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Die Erfindung betrifft eine Hausheizung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Als Hausheizung ist im Rahmen des vorliegenden Vorschlags eine vergleichsweise kleine Heizung bezeichnet, die zur Beheizung eines einzigen Gebäudes vorgesehen ist, beispielsweise eines Ein- oder Mehrfamilienwohnhauses. Gattungsgemäße Hausheizungsanlagen sind aus der Praxis bekannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Hausheizungsanlage dahingehend zu verbessern, dass diese für die Erzielung einer bestimmten Wärmeleistung einen möglichst geringen Einsatz eines Primärenergieträgers erfordert, wie beispielsweise Erdgas.
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Diese Aufgabe wird durch eine Hausheizungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die Erfindung schlägt mit anderen Worten vor, im Heizkessel einen Reaktor anzuordnen, der für die thermische Verwertung von organischem Material vorgesehen ist. Die Heizenergie für diese thermische Verwertung wird durch den Heizkessel der Hausheizungsanlage und somit durch den Primärenergieträger geliefert. Durch die thermische Verwertung des organischen Materials wird allerdings ein Brenngas erzeugt, so dass letztlich mehr Brennwert durch den Einsatz des Primärenergieträgers bereitgestellt wird, als an Aufwand dafür durch den Primärenergieträger erforderlich ist, so dass letztlich die Hausheizungsanlage mit einem besonders geringen Einsatz des Primärenergieträgers betrieben werden kann.
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Beispielsweise kann das im Reaktor erzeugte Brenngas an anderer Stelle verbrannt werden und ebenfalls zur Beheizung des Hauses genutzt werden, so dass dieser Teil des Hauses nicht unmittelbar mittels des eingesetzten Primärenergieträgers beheizt zu werden braucht oder es kann alternativ vorgesehen sein, das im Reaktor erzeugte Brenngas unmittelbar in den Heizkessel selbst einzuleiten und somit den Heizkessel mittels des im Reaktor erzeugten Brenngases entweder ausschließlich oder unterstützend zu betreiben, so dass auch auf diese Weise der Einsatz des ansonsten im Heizkessel verwendeten Primärenergieträgers möglichst gering gehalten werden kann.
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Der erwähnte Reaktor weist einerseits eine Reaktionskammer auf, in welcher das zu verwertende organische Material vorliegt, wobei diese Reaktionskammer durch die im Heizkessel herrschende Temperatur von außen beheizt wird und durch diese Hitzeeinwirkung das organische Material innerhalb der Reaktionskammer thermisch behandelt wird.
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Oberhalb der Reaktionskammer weist der Reaktor eine Reinigungskammer auf, in welche das im Reaktor erzeugte Gas aufsteigt, nämlich das Gas, welches bei der thermischen Behandlung des organischen Materials freigesetzt wird. Bei dem organischen Material kann es sich um biologisches Material handeln, beispielsweise aus der Küche stammende Fleisch- oder Gemüsereste, oder es kann sich um biologisches Material in Form von Gartenabfällen handeln, oder das organische Material kann in Form von Kunststoffabfällen vorliegen. Durch die thermische Behandlung wird das jeweilige organische Material zersetzt und das entstehende Gas gelangt in die Reinigungskammer. In der Reinigungskammer herrscht ein niedrigeres Temperaturniveau als in der Reaktionskammer, so dass sich gewisse Anteile des erzeugten Gases aus dem Gas abscheiden. Dadurch, dass die Reinigungskammer oberhalb der Reaktionskammer angeordnet ist, können diese abgeschiedenen Anteile in die Reaktionskammer zurückgelangen und in dem dort herrschenden höheren Temperaturniveau ein zweites Mal thermisch behandelt werden, so dass eine möglichst vollständige thermische Verwertung des eingesetzten organischen Materials hierdurch unterstützt wird.
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Der Reaktor weist weiterhin eine Beschickungsöffnung auf, durch welche das zu verwertende Material in den Reaktor eingebracht werden kann, so dass der Reaktor grundsätzlich in dem Heizkessel verbleiben kann.
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Diese Beschickungsöffnung ist mittels eines lösbaren Deckels verschlossen, so dass der Reaktor zur thermischen Verwertung geschlossen betrieben werden kann und nach einer möglichst vollständigen Umsetzung des eingesetzten Materials geleert bzw. mit frischem organischem Material neu beschickt werden kann, wozu der Deckel gelöst und die Beschickungsöffnung freigegeben werden kann.
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An die Reinigungskammer schließt eine so genannte Brenngasleitung an, so dass das im Reaktor erzeugte Gas, nachdem gewisse Anteile in der Reinigungskammer aus dem Gas abgeschieden sind, aus dem Reaktor herausgeführt werden kann und seinerseits als Brenngas verwendet werden kann.
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Vorteilhaft kann – wie weiter oben erwähnt – die Brenngasleitung das erzeugte Gas als Brennstoff in den Heizkessel der Hausheizungsanlage führen, so dass es nicht erforderlich ist, durch Verlegung von Leitungen oder die Anordnung von Sammelbehältern das im Reaktor erzeugte Gas an einer anderen Stelle zu verwerten.
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Vorteilhaft kann der Reaktor höhenverstellbar in dem Heizkessel angeordnet sein, um auf diese Weise die Reaktionskammer in unterschiedliche Temperaturzonen des Heizkessels zu bewegen. Auf diese Weise kann die thermische Verwertung des organischen Materials beeinflusst werden und eine optimale, möglichst vollständige Umsetzung des eingesetzten organischen Materials unterstützt werden. Dadurch, dass im Heizkessel der Hausheizungsanlage ein Wärmetauscher vorgesehen ist, in dem ein Wärmeträger erhitzt wird, herrschen in unterschiedlichen Bereichen des Heizkessels sehr unterschiedliche Temperaturen, welche dementsprechend die Steuerung des Temperaturniveaus im Reaktor, dort insbesondere in der Reaktionskammer, ermöglichen.
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Dabei ist die Höhenverstellung des Reaktors vergleichsweise einfach zu erzielen, da ein Höhenverstellweg von 100 mm ausreichend erscheint, um die gewünschte Temperaturbeeinflussung in der Reaktionskammer zu erzielen. In ersten praktischen Versuchen hat sich sogar herausgestellt, dass ein Höhenverstellweg von 50 mm ausreichend ist, um die gewünschte Temperatursteuerung des Reaktors zu bewirken.
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Vorteilhaft kann die Höhenverstellung dadurch erfolgen, dass ein ringförmiger Balg oder mehrere um den Reaktor herum verteilt angeordnete Bälge vorgesehen sind, die mit einem Hydraulikfluid gefüllt sind, beispielsweise mit Wasser, und auf dem bzw. auf denen sich der Reaktor abstützt. Der eine bzw. die mehreren Bälge sind mit einem Druckerzeuger wirksam verbunden, so dass der Fülldruck innerhalb der Bälge beeinflusst werden kann und dementsprechend auch die Balghöhe veränderlich ist, um auf diese Weise den Reaktor höher oder niedriger anzuordnen.
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Vorteilhaft kann die Beschickungsöffnung des Reaktors an der Oberseite der Reinigungskammer angeordnet sein. Auf diese Weise kann in einem einfach und schnell durchzuführenden Vorgang, nämlich in gradliniger Bewegungsrichtung, Material aus der Reaktionskammer des Reaktors entfernt werden und neues Material in die Reaktionskammer eingefüllt werden, und auch eine eventuell gewünschte Reinigung von Innenwänden der Reinigungskammer kann bei dieser Gelegenheit schnell und unkompliziert durchgeführt werden, so dass Temperaturverluste aufgrund des geöffneten Reaktors möglichst gering gehalten werden und damit eine Beeinträchtigung des Wirkungsgrades des gesamten Heizkessels minimiert werden können.
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Vorteilhaft kann innerhalb der Reaktionskammer eine Wechselkartusche angeordnet sein, die ähnlich wie ein Eimer ausgestaltet sein kann, also als nach oben offener Behälter, der mit dem zu verwertenden organischen Material bereits außerhalb der Hausheizungsanlage befüllt werden kann und dann in einer schnell und unkompliziert durchzuführenden Handhabung bei geöffnetem Reaktor in dessen Reaktionskammer eingesetzt werden kann, nachdem vorher eine gleichartige Wechselkartusche, welche Reste des zuvor verwerteten organischen Materials enthält, in genauso einfacher und schneller Weise aus dem Reaktor entnommen wurde. Die Wechselkartusche ist dementsprechend ausgestattet und gelagert, dass sie problemlos in den Reaktor eingesetzt bzw. aus dem Reaktor entnommen werden kann, was bedeutet, dass die Wechselkartusche beispielsweise an die Abmessungen der Beschickungsöffnung angepasst ist, um diese problemlos passieren zu können. Weiterhin muss die Wechselkartusche eine Angriffsfläche aufweisen, um ein Handhabungswerkzeug anzusetzen, so dass die vergleichsweise heiße, zuvor im Reaktor benutzte Wechselkartusche erfasst und aus dem Reaktor herausgenommen werden kann und umgekehrt die neue, befüllte Wechselkartusche mittels eines solchen Handhabungswerkzeugs, beispielsweise eines Hakens o. dgl. erfasst und in den Reaktor eingesetzt werden kann.
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Die Reinigungswirkung der Reinigungskammer kann dadurch verbessert werden, dass eine besonders intensive Kühlung einer Wandfläche der Reinigungskammer vorgesehen ist, so dass sich erzeugtes Gas, wenn es gegen diese Wandfläche gerät, abkühlt und so dass dann Kondensationserscheinungen an dieser Wandfläche auftreten und bestimmte Inhaltsstoffe des erzeugten Gases besonders wirkungsvoll abgeschieden werden können. Zu diesem Zweck kann eine Wandfläche des Reaktors im Bereich der Reinigungskammer mit einem Kühlmittelkanal versehen sein, so dass diese Wandfläche von einem Kühlmedium durchströmt werden kann und die erwünschte Kondensationsfläche bildet.
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Vorteilhaft kann der Kühlmittelkanal nahe einer Deckeldichtung verlaufen, die dort vorgesehen ist, wo die Beschickungsöffnung durch den Deckel verschlossen ist. Dadurch, dass die Deckeldichtung durch das Kühlmittel vor besonders hohen Temperaturen geschützt ist, kann die Lebensdauer der Deckeldichtung und ihre Dichtwirkung verbessert werden. Der dafür vorgesehene Kühlmittelkanal kann derselbe Kühlmittelkanal sein, durch welchen auch die Kondensationsfläche der Reinigungskammer geschaffen wird, oder es kann sich um einen separaten Kühlmittelkanal handeln, der ggf. auch von einem anderen Kühlmedium durchströmt wird als der Kühlmittelkanal, der die Kondensationsfläche kühlt.
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Vorteilhaft kann als Kühlmittel der Wärmeträger verwendet werden, der im Heizkessel der Hausheizungsanlage zur Hausbeheizung erwärmt wird. Dieser Wärmeträger strömt auf seinem Rücklauf mit einer erheblichen niedrigeren Temperatur zum Heizkessel zurück, und an diese Rücklaufleitung schließt ein Einlass des Kühlmittelkanals an, so dass der Kühlkanal von dem vergleichsweise kühleren Wärmeträger durchströmt wird, der zu dem Rücklauf des Heizkessels strömt.
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Vorteilhaft kann außerhalb des Reaktors ein Sauggebläse in der Nähe der Beschickungsöffnung angeordnet sein und zwar derart, dass es seine Saugseite zur Beschickungsöffnung hin aufweist. Wenn die Beschickungsöffnung geöffnet wird und Gas aus dem Reaktor aus der Beschickungsöffnung entweicht, wird dieses daher von dem Sauggebläse abgesaugt. Druckseitig ist das Sauggebläse an den Kamin angeschlossen, so dass das abgesaugte Gas in den Kamin geführt wird. Eine ansonsten eventuell auftretende Geruchsbelästigung in dem Heizungsraum, in dem der Heizkessel aufgestellt ist, kann auf diese Weise vermieden werden.
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Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass im Kamin ein Aktivkohlefilter angeordnet ist. Geruchsbelästigungen, die durch das Verbrennen des im Reaktor erzeugten Brenngases im Heizkessel zu befürchten sein könnten, wenn das Abgas aus dem Heizkessel durch den Kamin ins Freie entlassen wird, können auf diese Weise zuverlässig vermieden werden. Auch das oben erwähnte Sauggebläse kann vorteilhaft stromabwärts von dem Aktivkohlefilter an den Kamin angeschlossen sein, so dass auch die durch dieses Sauggebläse in den Kamin geförderten Abgase durch den Aktivkohlefilter gefiltert werden.
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Vorteilhaft kann der Reaktor im Wesentlichen gasdicht ausgestaltet sein, also einen luftdicht schließenden Deckel aufweisen, so dass das organische Material im Wesentlichen unter Luftabschluss thermisch verwertet werden kann. Lediglich die Brenngasleitung schafft in diesem Fall eine gasdurchlässige Verbindung aus dem Reaktor nach außen, um das erzeugte Brenngas aus dem Reaktor zu leiten.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der rein schematischen Darstellung nachfolgend näher erläutert.
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Dabei ist mit 1 insgesamt eine Hausheizungsanlage bezeichnet, die einen Heizkessel 2 aufweist, in welchem ein Wärmetauscher 3 angeordnet ist. Der Wärmetauscher 3 wird von einem Wärmeträger in Form von Wasser durchströmt und durch einen Primärenergieträger in Form von Erdgas beheizt. Der Primärenergieträger gelangt durch einen Gaseinlass 4 in den Heizkessel 2 und wird dort mit offener Flamme verbrannt. Erwärmter Wärmeträger gelangt aus einem als Vorlauf 5 bezeichneten Auslass aus dem Wärmetauscher 3 und wird zu den verschiedenen Heizelementen, wie beispielsweise Radiatoren geführt. Mit einem niedrigeren Temperaturniveau gelangt der Wärmetauscher zu einem als Rücklauf 6 bezeichneten Einlass des Wärmetauschers 3 zurück.
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Das Abgas wird aus dem Heizkessel 2 in einen Kamin 7 geführt und gelangt, nachdem es einen Aktivkohlefilter 8 passiert hat, ins Freie.
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Innerhalb des Heizkessels 2 ist ein Reaktor 9 angeordnet, der zur Verwertung von organischem Material dient. Der Reaktor weist in seinem unteren Bereich eine Reaktionskammer 10 auf, in welcher sich das organische Material befindet. Zu diesem Zweck ist in dem Reaktor 9 eine Wechselkartusche 11 angeordnet, die das zu verwertende Material enthält. Nach oben schließt sich an die Reaktionskammer 10 eine Reinigungskammer 12 an, die mit einem Deckel 14 verschlossen ist. Der Deckel 14 weist einen Kühlmittelkanal 15 auf, der einerseits dazu dient, den Deckel 14 als Kondensationsfläche der Reinigungskammer 12 auszugestalten, so dass sich an dieser Kondensationsfläche Kondensat aus dem im Reaktor 9 erzeugten Gas niederschlägt. Das Kondensat kann anschließend nach unten abtropfen bzw. nach unten abfließen und erneut thermisch umgesetzt werden.
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Das in der Reinigungskammer 12 gereinigte Brenngas gelangt durch eine Brenngasleitung 16 in den Heizkessel 2, so dass es zusammen mit dem Erdgas oder in einem abwechselnden, alternierenden Betrieb anstelle des Erdgases im Heizkessel 2 verbrannt werden kann, um den Wärmetauscher 3 und den Reaktor 9 zu beheizen.
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Als Kühlmittel, welches durch den Kühlmittelkanal 15 strömt, wird der Wärmeträger genutzt, der auch im Wärmetauscher 3 erwärmt wird. Bevor der Wärmeträger in den Rücklauf 6 gelangt, wird er über eine Kühlmittelleitung zum Deckel 14 und in den Kühlmittelkanal 15 geführt, anschließend gelangt der Wärmeträger durch eine Kühlmittelrückleitung 18 in die Leitung des Wärmeträgers, die aus dem Vorlauf 5 zu den verschiedenen Heizelementen führt. Der Wärmeträger ist nämlich im Kühlmittelkanal 15 so weit erwärmt worden, dass er nun gemeinsam mit dem im Wärmetauscher 3 erwärmten übrigen Wärmeträger zu den Heizelementen zur Beheizung des Hauses strömen kann.
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Alternativ dazu kann vorgesehen sein, den im Kühlmittelkanal 15 erwärmten Wärmeträger über eine verlängerte Kühlmittelrückleitung, welche durch die Abschnitte 18 sowie 18' gebildet wird, bis zum Rücklauf 6 des Wärmetauschers zu führen, so dass der Wärmeträger mit einem vergleichsweise höheren Temperaturniveau, von den Heizkörpern und von dem Deckel 14, in den Wärmetauscher 3 einströmt.
