DE19609014A1 - Vorrichtung zur Rückgewinnung von Wärme aus den Abgasen von haustechnischen Feuerungsanlagen - Google Patents

Vorrichtung zur Rückgewinnung von Wärme aus den Abgasen von haustechnischen Feuerungsanlagen

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Description

Beschreibung des technischen Gebiets
Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren und Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Abgasen haustechnischer Feuerungsanlagen und Heizkessel durch Abkühlung des Abgases auf unter 15 Grad Cel. mittels Wärmetauscher, Wasserkreislauf und Kälteanlage. Die Ableitung des Abgases erfolgt durch Zwangsströmung mittels eines Ventilators.
Stand der Technik
Verfahren und Vorrichtungen zur Wärmerückgewinnung aus den Abgasen von Feuerungsanlagen sind in unterschiedlichen Ausführungen bekannt. In verschiedenen Druckschriften werden Vorrichtungen zur Rückgewinnung von trockener und latenter Wärme vorgestellt, bei denen im wesentlichen die in den heißen Abgasen enthaltenen SO₂ unter den Taupunkt abgekühlt und ausgefällt werden und gleichzeitig die anfallende Abwärme und Kondensationswärme genutzt werden soll. (Siehe Patentschriften Absatz F 24 H 8/00).
Die hier angeführten Patentanmeldungen DE 44 25 741 A1, EP 0 632 238 A1, EP 0 368 599 A2, EP 0 441 315 B1 und aus der Gruppe F 24 B 13/00, DE 42 06 649 A1 sowie die Patente, die sich mit dem Brennwertkessel an sich befassen, beschäftigen sich mit dem o.g. Problem. Allen Anmeldungen ist jedoch gemeinsam, daß die Verfahren nicht oder nur sehr eingeschränkt geeignet sind, in bestehende Heizungsanlagen integriert werden zu können.
Die Rückgewinnung latenter Energie aus dem Rauchgas wird derzeit im wesentlichen mit der Brennwerttechnik realisiert. Der Einsatz von Brennwertkesseln ist aber nur für Niedertemperaturheizungen sinnvoll, da nur hier Vorlauftemperaturen von ca. 50 Grad Cel. realistisch sind.
Erfindungen über separate Aggregate zur Nachrüstung in vorhandene Systeme setzen in der Regel entweder zusätzliche Heizmedien ein oder schränkt die Einsatzmöglichkeiten auf Niedertemperaturanlagen ein.
Des weiteren wird bei der Kondensation des Rauchgases immer davon ausgegangen, daß eine Abkühlung des Rauchgases unter die Kondensationstemperatur ausreichend ist. Die Folge ist, daß es im Kamin auf Grund der niedrigeren Umgebungstemperaturen immer zu einer Nachkondensation kommt. Eine Sanierung des Kaminzuges ist deshalb immer erforderlich.
Technische Grundlage des Patentes
Die in den Abgasen einer feuerungstechnischen Anlage befindliche latente Wärme beträgt nach heutigem Stand der Technik ca. 11% bezogen auf den unteren Heizwert des Brennstoffes. Die vorgestellte Erfindung befaßt sich mit der Gewinnung dieser Energie als separates Aggregat, welches geeignet ist, als Zusatzgerät zu einer bereits vorhandenen Feuerungsanlage installiert zu werden.
Die Erfindung berücksichtigt die folgenden Randbedingungen.
  • - Die meistverbreitetste Heizungsart in den Haushalten ist heute die Pumpenwarmwasserheizung (PWWH). Die Wärme wird in den Räumen mittels Radiatoren übertragen. Die Steuerung der Anlagen erfolgt über außentemperaturgeführte Vorlauftemperaturregelung oder Raumthermostatregelung. Die Vorlauf- Rücklauftemperaturen betragen im Extremfall in der Regel 90-70 Grad Cel.
  • - Das in der Feuerungsanlage erzeugte Abgas wird mit einer Temperatur von ca. 180 über den Kamin an die Umwelt abgegeben. Die im Abgas enthaltene Kondensationsenergie des Wasserdampfes wird nicht genutzt.
  • - Die Abgastemperatur nach der Kondensation ermöglicht es nicht, das Abgas mittels thermischen Auftrieb in den Kamin zu leiten.
  • - Eine Abgastemperatur höher als die Umgebungstemperatur im Kamin würde zu einer Nachkondensation führen, die über kurz oder lang zu einer Versottung des Kaminzugs führt. Eine aufwendige Kaminsanierung für den Einsatz des Gerätes soll aber ausdrücklich nicht erforderlich werden.
Das hier als Erfindung angemeldete Gerät ermöglicht es, dem Abgas enthaltene Restwärme sowie vorhandene Kondensationsenergie zu entziehen und der vorhandenen Heizungsanlage in ausreichendem Temperaturniveau zur Verfügung zu stellen. Dabei wird die Rauchgastemperatur auf ca. 15 Grad Cel. abgesenkt, so daß eine Nachkühlung im Kamin und damit verbunden eine Nachkondensation nicht erfolgen kann. Eine Kaminsanierung ist somit für den Einsatz des Gerätes nicht notwendig.
Verfahrensbeschreibung
Das Gerät arbeitet als selbständiges Gerät und ist geeignet zur Nachrüstung in bestehende Feuerungsanlage.
Das heiße Abgas aus dem Kessel wird durch den Anschlußstutzen über den Wärmetauscher 1 geleitet. Hier erfolgt die 1 Stufe der Abkühlung des Abgases. Der Wärmetauscher ist sekundärseitig direkt an den Rücklauf der Heizungsanlage angeschlossen, d. h. die Energie wird hier dem Heizkreis direkt zur Verfügung gestellt.
Hinter dem Wärmetauscher wird das Abgas durch die Tropfbleche 2 in die Sprühkammer 3 geleitet. Hier wird das Abgas in einem offenen System mittels Kreislauf-Kühlwasser auf eine Temperatur von ca. 15 Grad Cel. abgekühlt. Die Kühlung erfolgt im Gegenstrom.
Die Sprühkammer ist mit Raschidringen gefüllt, um einen besseren Wärmeübergang von den Sprühtropfen an das Abgas zu gewährleisten.
Über den Ventilator 4 wird das Abgas in den Kamin abgegeben.
Das Kühlwasser, welches die Energie von dem Rauchgas in der Sprühzone 3 aufgenommen hat, sammelt sich in der Auffangwanne 5 und wird über die Pumpe 6 in den Gegenstorm- Wärmetauscher 7 der Kälteanlage 10 gepumpt. Die Temperatur des Kühlwassers beträgt im Eintritt des Wärmetauschers ca. 40 Grad Cel.
Im Wärmetauscher 7 wird das Wasser auf eine Temperatur von ca. 10 Grad Cel. abgekühlt. Mit dieser Temperatur wird das Wasser weiter in den obliegenden Düsenstock 8 der Sprühkammer geleitet und in den Kühlkreislauf eingesprüht.
Die Kälteanlage 10 entzieht dem Kreislaufkühlwasser im Wärmetauscher 7 die Energie und überträgt sie mit dem erforderlichen Temperaturniveau auf den Rücklauf der PWWH.
Das bei der Abkühlung des Rauchgases in der Sprühkammer entstehende zusätzliche Kondensat wird mit dem Kreislauf-Kühlwasser in der Auffangwanne 5 gesammelt. Über den Füllstandsmesser A wird das Wasservolumen gemessen. Ist das Wasserniveau am Punkt o angekommen, wird das Magnetventil 9 geöffnet und überschüssiges Wasser ausgeschleust. Wird der Punkt u des Füllstandsmessers A erreicht, schließt das Magnetventil 9 wieder.
Die Vorrichtung wird von der Steuerungsanlage 12 überwacht. Über den Temperaturfühler 13 wird die Rücklauftemperatur der Heizungsanlage aufgenommen und darüber die Vorrichtung gesteuert.
Wirtschaftlicher Nutzen
Der wirtschaftliche Nutzen der Anlage besteht im hauptsächlich in dem Effekt, latent vorhandene Energie aus dem Rauchgas zu nutzen und der Heizungsanlage zuzuführen. Wesentlich hierbei sind die folgenden Aspekte:
  • - Die Vorrichtung wurde gezielt danach ausgelegt, um sie in herkömmliche, schon bestehende Heizungsanlage integrieren zu können. Hierbei wurde die Überlegung berücksichtigt, daß die Vorrichtung den gegebenen Bedingungen angepaßt wird und nicht umgekehrt. Das heißt, daß außer der Installation des Gerätes an sich keine Änderungen an der bestehenden Heizungsanlage erforderlich sind. Aufwendige Maßnahmen wie Kaminsanierung, Vergrößerung der Heizkörper, Änderung an den Rohrleitungen oder sogar zusätzliche Warmluftsysteme sind für dieses Gerät nicht erforderlich.
Die Vorrichtung ist ein Beitrag zum Umweltschutz. Nicht nur durch die höhere Energieausbeute sondern auch durch die Kondensatniederschlagung in der Sprühzone wird die CO₂-Emission in die Atmosphäre erheblich reduziert.

Claims (3)

1. Eine Vorrichtung zur Energierückgewinnung aus Rauchgasen einer Feuerungsanlage für Pumpen-Warmwasserheizungen, in dem das Abgas in zwei Stufen bis auf eine Temperatur von ca. 15 Grad abgekühlt wird und dann ohne Nacherhitzen in einen herkömmlichen Kamin eingeleitet werden kann,
  • - dadurch gekennzeichnet nach Anspruch 1, daß das Rauchgas hinter dem Eintrittsstutzen in einem ersten Wärmetauscher (1) abgekühlt wird. Die Energie wird über den Wärmetauscher direkt in den Rücklauf der Heizungsanlage übertragen indem der Rücklauf der Heizungsanlage direkt an den Wärmetauscher angeschossen ist,
  • - dadurch gekennzeichnet nach Anspruch 1, daß das Rauchgas nach dem ersten Wärmetauscher von unten in eine Sprühkammer (3) geleitet wird, wo die Temperatur mit Hilfe von Kreislauf-Kühlwasser auf unter 15 Grad gesenkt wird,
  • - dadurch gekennzeichnet nach Anspruch 1, das die Sprühkammer (3) mit Raschidringen gefüllt ist, um einen besseren Wärmeübergang von dem Rauchgas auf das Kreislauf- Kühlwasser zu gewährleisten,
  • - dadurch gekennzeichnet nach Anspruch 1, daß das Rauchgas hinter der Sprühkammer über eine Ventilator mit Drosselklappe (4) in den Kamin eingeleitet wird.
2. Eine Vorrichtung mit der die aus dem Rauchgas gewonnene Energie dem Heizungswasser einer PWWH zugeführt werden kann, deren Vorlauf/Rücklauftemperatur höher ist als die Abgasaustrittstemperatur von 15 Grad Cel,
  • - dadurch gekennzeichnet nach Anspruch 2, daß der Rücklauf der Heizungsanlage zuerst direkt an den Wärmetauscher (11) der Kälteanlage angeschlossen wird und danach an den den Wärmetauscher (1),
  • - dadurch gekennzeichnet nach Anspruch 2, daß das aus der Sprühkammer ablaufende Kreislauf-Kühlwasser über Sammelbleche (2) und Drainageleitung an den Wärmetauscher (1) vorbei in einer Auffangwanne (5) gesammelt wird. In der Auffangwanne befindet sich eine Füllstandsmesseinrichtung,
  • - dadurch gekennzeichnet nach Anspruch 2, daß das Kreislauf-Kühlwasser über ein Pumpe aus dem Auffangbecken in einen Wärmetauscher (7) gepumpt wird,
  • - dadurch gekennzeichnet nach Anspruch 2, das das Kreislauf-Kühlwasser hinter dem Wärmetauscher entweder in den Düsenstock der Sprühkammer (3) gepumpt wird, um dort verrieselt zu werden, oder über daß Magnetventil (9) ausgeschleust wird,
  • - dadurch gekennzeichnet nach Anspruch 2, daß dem Kreislauf-Kühlwasser im Wärmetauscher (7) die Energie mit Hilfe einer Kälteanlage (10) verdampferseitig entzogen wird,
  • - dadurch gekennzeichnet nach Anspruch 2, daß die Energie aus dem Kreislauf- Kühlwasser durch die Kälteanlage (10) über einen Kondensator (11) auf den Rücklauf der Heizungsanlage übertragen wird.
3. Die Vorrichtung mit einer zentralen Steuerungsanlage (12) ausgerüstet ist, die Überwachung aller Funktionen und die Abstimmung mit der vorhandenen PWWH übernimmt,
  • - dadurch gekennzeichnet nach Anspruch 3, daß über den Temperaturfühler (13) die Rücklauftemperatur aufgenommen wird und als Sollwert die Kondensationstemperatur der Kälteanlage (10) steuert,
  • - dadurch gekennzeichnet nach Anspruch 3, daß über die Füllstandsanzeige (A) in der Auffangwanne das Magnetventil (9) zum Ausschleusen von überflüssigem Kondensat- Kreislauf-Kühlwasser-Gemisch erfolgt. Das Magnetventil ist in Flußrichtung hinter dem Wärmestauscher (7) angeordnet.
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