DE102012106896A1 - Waste-gas heat exchanger for use in shaft or chimney in building, has wire passage part provided for additional heat-collection and another wire passage part for enclosing exhaust pipe - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Abgaswärmetauscher für ein Blockheizkraftwerk und für den Verbundbetrieb oder für den Parallelbetrieb mit 5 einer Wärmepumpe nach Patentanspruch 1, wobei der Abgaswärmetauscher zum Einbau in Schächte oder Kamine ausgebildet ist.The invention relates to an exhaust gas heat exchanger for a combined heat and power plant and for the combined operation or for parallel operation with 5 a heat pump according to
Bei Gebäuden und Einrichtungen verschiedenster Art wird die Energieversorgung zunehmend mit Blockheizkraftwerken sichergestellt, und diese werden, oft auch um den jahreszeitlich bedingten Energiebedarf möglichst effizient und kostengünstig abdecken zu können, immer öfters auch im Verbund oder parallel mit Wärmepumpen betrieben. Wärmepumpen sind grundsätzlich dazu ausgelegt, Wärme aus einem geeigneten Medium, so etwa aus der Erde, aus Wasser oder aus Luft, aufzunehmen und in der Form von Wärmeenergie an den Verbraucher abzugeben. Allerdings unterliegt die Energiegewinnung mittels Wärmepumpen den bekannten jahreszeitlichen Schwankungen, weshalb die erwähnten Kombinationen mit Blockheizkraftwerken oft auch sinnvoll sind. Werden veraltete und ineffiziente Heizungsanlagen von Gebäuden ersetzt, kann also eine Kombination eines Blockheizkraftwerkes mit einer Wärmepumpe in Erwägung gezogen werden. Vielfach diktieren dann aber auch noch die örtlichen Verhältnisse, beispielsweise in bereits stark überbauten Siedlungsräumen, dass sich nur bestimmte Typen von Wärmepumpen sinnvoll und kostengünstig integrieren lassen. Die Einbaumöglichkeit solcher Anlagen in bereits bestehende Räume und bestehende bauliche Gegebenheiten steht deshalb bei derartigen Erneuerungen oft im Vordergrund. Kamine sind zwar meist vorhanden und sie werden zur Ableitung der Abgase aus dem Blockheizkraftwerk oft auch weiter verwendet. Im Allgemeinen ist es aber so, dass die Leitungsführung von verbundbetrieben Blockheizkraftwerken und Wärmepumpen ausserhalb des Maschinenraums, örtlich getrennt erfolgt. Technische Lösungen, die insbesondere auch bei Umbauten und beim Einbau in bereits bestehende Gebäude und räumliche Gegebenheiten kostengünstige Lösungen für einen Verbundbetrieb oder den Parallelbetrieb von einem Blockheizkraftwerk mit einer Wärmepumpe ermöglichen, sind deshalb erwünscht.In buildings and facilities of various kinds, the energy supply is increasingly ensured with cogeneration units, and these are often, even to meet the seasonal energy needs as efficient and cost-effective, more and more frequently operated in conjunction or in parallel with heat pumps. Heat pumps are basically designed to absorb heat from a suitable medium, such as from the earth, water or air, and deliver it to the consumer in the form of heat energy. However, energy production by means of heat pumps is subject to the known seasonal fluctuations, which is why the mentioned combinations with combined heat and power plants often make sense. If obsolete and inefficient heating systems are replaced by buildings, then a combination of a combined heat and power plant with a heat pump can be considered. In many cases, however, dictate the local conditions, for example, in already heavily overbuilt settlement areas, that only certain types of heat pumps can be meaningful and inexpensive to integrate. The possibility of installing such systems in existing rooms and existing structural conditions is therefore often in the foreground with such renovations. Although chimneys are usually present and they are often used to dissipate the exhaust gases from the cogeneration plant. In general, however, it is the case that the wiring of verbundbetrieben combined heat and power plants and heat pumps outside the engine room, takes place locally separated. Technical solutions that allow cost-effective solutions for a combined operation or parallel operation of a combined heat and power plant with a heat pump, especially in conversions and installation in existing buildings and spatial conditions are therefore desirable.
Die Aufgabe besteht darin, einen Abgaswärmetauscher für ein Blockheizkraftwerk anzugeben, der zum Einbau in Schächte oder Kamine ausgebildet ist und der bei einem Parallelbetrieb oder bei einem Verbundbetrieb mit einer Wärmepumpe eine sinnvolle und kostengünstige Integration und Kombination der Leitungsführungen erlaubt. Natürlich gibt es auch schon seit längerer Zeit Bestrebungen, möglichst viel von der Restwärmeenergie, die noch in Verbrennungsabgasen von Heizungen und dergleichen enthalten ist und durch Kamine in die Umgebungsluft ausgeleitet wird, zu nutzen und zurückzugewinnen. Ein Beispiel einer solchen Einrichtung ist in der
Neuere Lösungen von Kaminabgaswärmetauschern (KAWT) sind ebenfalls bekannt. So zeigt die
Die Lösung der genannten Aufgabe besteht nun darin, dass ein zum Einbau in Schächte oder Kamine geeigneter Abgaswärmetauscher gemäss der Merkmalskombination des Patentanspruchs 1 so ausgebildet wird, dass sowohl der Vorlauf wie auch der Rücklauf des in einer Wärmepumpe verwendeten Fluides entlang dem Abgasrohr des Blockheizkraftwerkes geführt sind und dass zusätzlich der Rücklauf des in der Wärmepumpe verwendeten Fluides auch noch zur Aufnahme der Restwärme des den Schacht oder den Kamin durchströmenden Abgases genutzt werden kann.The solution of the above problem is that a suitable for installation in manholes or chimneys exhaust heat exchanger according to the feature combination of
Einer der Hauptvorteile des erfindungsgemässen Abgaswärmetauschers besteht unter anderem darin, dass sowohl der Einbau der Verrohrung (für Blockheizkraftwerk und Wärmepumpe) in neue Gebäude wie auch der nachträgliche Einbau der Verrohrung in bestehende Gebäude oder Gebäudeteile sehr viel kompakter, platzsparender und kostengünstiger erfolgen kann. Dies wird insbesondere durch den Einsatz hochwärmeisolierender Dämmungen erreicht, die es ermöglichen, dass Leitungen nun nahe beabstandet parallel geführt werden können, die man bisher aus Gründen der störenden Wärmeübertragung nicht benachbart anordnen konnte.One of the main advantages of the inventive exhaust gas heat exchanger is, inter alia, that both the installation of the piping (for cogeneration plant and heat pump) in new buildings as well as the subsequent installation of the piping in existing buildings or parts of buildings can be done much more compact, space-saving and cost-effective. This is achieved in particular by the use of highly heat insulating insulation, which make it possible that lines can now be performed closely spaced parallel, which could not be arranged adjacent for reasons of disturbing heat transfer adjacent.
Wird ein Blockheizkraftwerk im Verbund oder parallel mit einer Wärmepumpe eingesetzt, so lässt sich darüber hinaus auch noch eine zusätzliche Nutzung der meist immer noch vorhandenen Restwärme der im Kamin aufsteigenden Abgase aus dem Blockheizkraftwerk erzielen. Zwar wird bei Blockheizkraftwerken die Restwärme im Abgas ohnehin innerhalb des Blockheizkraftwerkes vor der Ausleitung in einen Kamin oder ein Abzugsrohr grösstenteils bereits genutzt, dennoch verbleibt in der Regel aber noch ungenutzte Restwärme. Diese Restwärme kann zur Verbesserung des Wirkungsgrades einer Wärmepumpe eingesetzt werden. Man geht also davon aus, dass das wärmeaufnehmende Medium der eingesetzten Wärmepumpe nicht nur Wärme aus der gewählten Primärwärmequelle (also aus Erde, Luft oder Wasser) aufnehmen soll, sondern zusätzlich auch noch Restwärme aus den im Kamin aufsteigenden Abgasen des Blockheizkraftwerkes.If a combined heat and power plant is used in combination or in parallel with a heat pump, then there is also an additional use of the residual heat, which usually still exists Achieve the rising in the chimney flue gases from the cogeneration plant. Although the residual heat in the exhaust gas is already mostly used in cogeneration plants before the discharge into a chimney or a flue pipe in cogeneration plants, but still remains unused residual heat as a rule. This residual heat can be used to improve the efficiency of a heat pump. It is therefore assumed that the heat-absorbing medium of the heat pump used should not only absorb heat from the selected primary heat source (ie from earth, air or water), but also also residual heat from the rising in the chimney flue gases of the combined heat and power plant.
Ein grosser Vorteil besteht natürlich in der besonders einfachen und kompakten Bauweise der erfindungsgemässen Abgaswärmetauschers, weil alle hochzuziehenden Leitungen – was natürlich insbesondere dann der Fall ist, wenn die Ausseneinheit der Wärmepumpe auf dem Dach eines Hauses installiert werden soll – in einem integrierten Bauteil untergebracht sind, das einen im wesentlichen kreisförmigen Gesamtquerschnitt hat. Somit kann mit kleinstem Gesamtdurchmesser die grösste Leitungsquerschnittesumme realisiert werden und die Einbaubarkeit wird so natürlich ebenfalls verbessert.Of course, a great advantage is the particularly simple and compact design of the exhaust gas heat exchanger according to the invention, because all the cables to be pulled up - which of course is particularly the case when the outdoor unit of the heat pump to be installed on the roof of a house - are housed in an integrated component, which has a substantially circular overall cross section. Thus, with the smallest total diameter, the largest cable cross-section sum can be realized and the installability is of course also improved.
Durch den Einsatz einer hochwärmeisolierende Dämmung, beispielsweise einem der heute bekannten Hochleistungsdämmstoffe, lässt sich eine Anlage bei der ein Blockheizkraftwerk und eine Wärmepumpe im Verbund- oder im Parallelbetrieb eingesetzt werden, im Normalbetrieb sicher betreiben. Im Normalbetrieb ist die Abgastemperatur des Blockheizkraftwerks relativ niedrig (< 120°C). Bei einem Ausfall der Blockheizkraftwerk-eigenen Abgaswärmetauscher wird das Blockheizkraftwerk beim Überschreiten einer definierten Abgastemperatur im Kamin oder einer definierten, maximalen Soletemperatur im Solekreis automatisch abgeschaltet. Die hochwärmeisolierende Dämmung vermag sowohl den Vorlauf des Wärmepumpen-Fluidkreislaufes wie auch die ebenfalls Abgasrohr-nahen elektrische Versorgungs- und Steuerleitungen kurzzeitig wirksam zu schützen.By using a highly heat-insulating insulation, for example, one of the high-performance insulation materials known today, a system in which a combined heat and power plant and a heat pump in compound or parallel operation can be operated safely in normal operation. In normal operation, the exhaust gas temperature of the combined heat and power plant is relatively low (<120 ° C). In case of failure of the cogeneration plant-own exhaust gas heat exchanger, the combined heat and power plant is automatically switched off when exceeding a defined exhaust gas temperature in the chimney or a defined maximum brine temperature in the brine circuit. The highly heat-insulating insulation is able to effectively protect both the flow of the heat pump fluid circuit as well as the also close to the exhaust pipe electrical supply and control lines effectively.
Selbstverständlich muss aber – insbesondere auch im Hinblick auf mögliche Störfälle – der Abgaswärmetauscher so konstruiert sein, dass Wärmedehnungen stets wirksam aufgefangen werden. Weil das Abgasrohr aus Sicherheitsgründen (Verhinderung des Austrittes von gefährlichen und Gesundheitsschädigenden Gasen) einstückig gefertigt sein muss, können sich wegen der sich oft über mehrere Stockwerke erstreckenden Gesamtlänge des Abgasrohres grosse Ausdehnungsveränderungen ergeben. Deshalb muss das Abgasrohr gegenüber dem Durchleitungsteil auch verschieblich angeordnet sein.Of course, however - especially with regard to possible incidents - the exhaust gas heat exchanger must be designed so that thermal expansion is always effectively absorbed. Because the exhaust pipe for safety reasons (prevention of the escape of dangerous and harmful gases) must be made in one piece, may arise because of the often over several floors extending total length of the exhaust pipe large expansion changes. Therefore, the exhaust pipe must also be arranged displaceable relative to the passage part.
Insgesamt eignet sich der vorgeschlagene Abgaswärmetauscher besonders gut für Anlagen mit Luftwärmepumpen bei denen die Ausseneinheit (d.h. der Verdampfer) auf dem Hausdach installiert ist. Insbesondere beim Ersatz alter Feuerungsanlagen können bauliche Änderungen am Gebäude durch Umnutzung bestehender Kamine und Schornsteine mittels Einbau des erfindungsgemässen Abgaswärmetauschers mit derart integrierter Führung des wärmeaufnehmende Medium der Wärmepumpe weitgehend vermieden werden.Overall, the proposed exhaust gas heat exchanger is particularly well suited for installations with air heat pumps in which the outdoor unit (i.e., the evaporator) is installed on the house roof. In particular, when replacing old furnaces structural changes to the building by conversion of existing fireplaces and chimneys by installing the novel exhaust gas heat exchanger with such integrated management of the heat-absorbing medium of the heat pump can be largely avoided.
Es hat sich gezeigt, dass bei Wärmepumpen der beschriebenen Art das wärmeaufnehmende Medium vorzugsweise ein Wasser/Glykol Gemisch, also eine Sole ist. Solekreisläufe erweisen sich als besonders geeignet für Systeme, bei denen Wärme aus verschiedenen Quellen alternativ oder gleichzeitig aufgenommen werden soll.It has been shown that in heat pumps of the type described, the heat-absorbing medium is preferably a water / glycol mixture, ie a brine. Brine circuits are particularly suitable for systems where heat from different sources should be taken up alternatively or simultaneously.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Abgaswärmetauschers anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigtIn the following, an embodiment of an inventive exhaust gas heat exchanger will be described in more detail with reference to drawings. It shows
Die
Der Abgaswärmetauscher besteht aus einem zentralen, einstückigen Abgasrohr (
Der Gesamtquerschnitt des erfindungsgemässen Abgaswärmetauschers ist im Wesentlichen kreisförmig. So entsteht in platzsparender Weise eine Konstruktion die sehr gut in eine bestehende Kaminanlage eingeführt /eingebaut werden kann und natürlich auch in Neuanlagen einsetzbar ist.The total cross section of the inventive exhaust gas heat exchanger is substantially circular. This results in a space-saving way a construction that can be very well introduced into an existing chimney / installed and of course can also be used in new plants.
Die erwähnte hochwärmeisolierende Dämmung (
Das Durchleitungsteil (
Funktionsbeschreibung:Function Description:
Aus einem Blockheizkraftwerk (BHKW) anfallendes Abgas wird über einen Abgaskanal E zum Kamin
Der Vorlauf des Solekreislaufs D der Wärmepumpe (WP) wird über das weitere Durchleitungsteil
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Kamin fireplace
- 22
- Abgasrohr exhaust pipe
- 33
- Durchleitungsteil (Solekreis Rücklauf) Passage part (brine circuit return flow)
- 44
- weiteres Durchleitungsteil (Solekreis Vorlauf) further passage part (brine circuit flow)
- 55
- Wärmedämmung thermal insulation
- 66
- Hüllrohr cladding tube
- AA
- Ausseneinheit (Verdampfer im Solekreis der Wärmepumpe) Outdoor unit (evaporator in the brine circuit of the heat pump)
- BB
- Steuerung der Ausseneinheit Control of the outdoor unit
- CC
- Stromversorgung der Ausseneinheit Power supply of the outdoor unit
- DD
- Solekreislauf der Wärmepumpe Brine circuit of the heat pump
- Ee
- Abgaskanal des Blockheizkraftwerks Exhaust duct of the combined heat and power plant
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DD 212288 [0003] DD 212288 [0003]
- CH 699393 [0004] CH 699393 [0004]
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Applications Claiming Priority (2)
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- 2012-07-20 AT ATA812/2012A patent/AT514877B1/en not_active IP Right Cessation
- 2012-07-30 DE DE102012106896A patent/DE102012106896A1/en not_active Withdrawn
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
AT514877B1 (en) | 2017-11-15 |
AT514877A3 (en) | 2017-07-15 |
CH705373A2 (en) | 2013-02-15 |
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