DE19820796C1 - Vorrichtung zum Beheizen von Räumen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beheizen von Räumen mit einer zur Wärmeabstrahlung dienenden Rohrleitung und einem Brenner zur Erzeugung eines strömungsfähigen Heizmediums, wobei die Temperatur der Rohrleitung mit zunehmenden Abstand vom Brenner abnimmt.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 25 19 091 C2 bekannt. Ein Brenner ist dabei mit einer Rohrleitung verbunden und erzeugt Verbrennungsgase, die in­ nerhalb der Rohrleitung als Heizmedium geführt sind. Das Heizmedium wird meist durch eine Fördereinrichtung durch die Rohrleitung gefördert und erwärmt dabei deren Wände, so daß die Wärme einerseits als konvektive Wärme und andererseits als Strahlungswärme abgegeben wird. Da derartige Vorrichtungen insbesondere an Decken oder Wänden angeordnet sind, wird dabei hauptsäch­ lich die Strahlungswärme genutzt.

Wegen der vom brennernahen Anfangsabschnitt der Rohrleitung in Strömungs­ richtung des Heizmediums hin zum Endabschnitt abnehmenden Temperatur des Heizmediums und damit der Rohrleitung besteht der Nachteil, daß die Vorrich­ tung in Brennernähe einen hohen Anteil an Strahlungswärme und im kühleren Endabschnitt einen geringen Anteil an Strahlungswärme abgibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Beheizung von Räumen derart weiterzubilden, daß die Wärmeabstrahlung entlang der gesamten Rohrleitung möglichst gleichmäßig erfolgt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Anspruch 1 gelöst. Danach ist die Wärmeabstrahlungsfläche der Rohrleitung zumindest in einem vom Brenner entfernten Bereich vergrößert.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, daß durch die vergrößerte Wärme­ abstrahlungsfläche im Endabschnitt, dort wo das Heizmedium gegenüber dem brennernahen Anfangsabschnitt abgekühlt ist, mehr Strahlungswärme abgege­ ben werden kann. Die vergrößerte Wärmeabstrahlungsfläche kann dadurch ent­ stehen, daß der Querschnitt der Rohrleitung oder die Oberflächenstruktur der Rohrleitung in einem vom Brenner entfernten Bereich, bspw. einem Endab­ schnitt, verändert ist. Die Gleichmäßigkeit der Strahlungswärmeabgabe kann dabei über die gesamte Rohrleitungslänge verbessert werden.

Bevorzugt ist die Wärmeabstrahlungsfläche der Rohrleitung mit zunehmenden Abstand vom Brenner, insbesondere schrittweise, vergrößert. Dabei kann die Rohrleitung beispielsweise in einem Anfangsabschnitt der Rohrleitung einen klei­ neren Querschnitt und in einem Endabschnitt einen vergrößerten Querschnitt aufweisen. Ferner kann der Anfangs- bzw. Endabschnitt entweder ein Bereich von geringer Länge sein oder sich jeweils über die halbe Rohrleitungslänge er­ strecken.

Die Zunahme der Wärmeabstrahlungsfläche kann derart ausgelegt sein, daß sie die Temperaturabnahme in etwa kompensiert, so daß die abgestrahlte Wärme über die ganze Rohrleitung in etwa konstant ist. Dies führt vorteilhaft dazu, daß bei großen Anlagen die Wärmeabstrahlung im brennernahen Bereich in etwa der Wärmeabstrahlung im vom Brenner entfernten Bereich entspricht, so daß im Raum eine gleichmäßige Wärmeverteilung erreichbar ist.

Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Anfangsab­ schnitt der Rohrleitung als Einzelrohr und der Endabschnitt als Mehrfachrohrlei­ tung, insbesondere als Doppelrohr ausgebildet. Beispielsweise strömt im Einzel­ rohr das Heizmedium mit voller Förderkapazität, während in der zweiten Hälfte der Rohrleitung das Heizmedium im Doppelrohr aufgeteilt wird, so daß in jedem Rohr nur ein Teil des Heizmediums zum Rohrleitungsende weiterströmt. Durch die Aufteilung des Heizmediums auf zwei separate Rohre ist vorteilhaft die Wär­ meabstrahlungsfläche vergrößert, so daß sich eine gleichmäßige Wärmeabgabe über der gesamten Länge der Rohrleitung ergibt.

Bevorzugt ist der Querschnitt jedes einzelnen Rohres im Endabschnitt der Rohr­ leitung kleiner als der Querschnitt des Einzelrohres im Anfangsabschnitt. Bei entsprechend gewähltem Querschnitt der Rohre der Mehrfachrohrleitung, bei­ spielsweise viereckig, oval oder kreisrund sowie bei unterschiedlichem Rohr­ durchmesser, kann die Wärmeabstrahlungsfläche im kühleren Endabschnitt bei Rohren mit kleinerem Querschnitt dennoch größer sein als im brennernahen Ein­ zelrohr. Der Vorteil mehrerer parallel angeordneter und kleinerer Rohre besteht darin, daß sich kein separater Kernstrom im Heizmedium ausbilden kann, wie dies bei größeren Rohrdurchmessern der Fall ist. Dadurch ist bei Rohren mit ge­ genüber dem Einzelrohrquerschnitt verkleinerten Querschnitten der Wärmeaus­ tausch zwischen Kern und Wand effektiver.

Bei einer anderen Weiterbildung der Erfindung sind das Einzelrohr und die ein­ zelnen Rohre der Mehrfachrohrleitung nebeneinander und insbesondere parallel zueinander angeordnet. Dabei kann das Einzelrohr als Vorlauf und die Rohre der Mehrfachrohrleitung als Rücklauf eines Kreislaufs ausgebildet sein. Außerdem kann ein geschlossener Kreislauf vorgesehen sein, in dem das Heizmedium oh­ ne Öffnungen in der Rohrleitung im Kreis gefördert wird. Bevorzugt ist jedoch ein teilweise offener Kreislauf vorgesehen, wobei das Heizmedium im Anfangsab­ schnitt zugeführt und am Endabschnitt, zumindest teilweise aus der Rohrleitung austritt.

Wenn der Anfangsabschnitt der Rohrleitung neben dem Endabschnitt, d. h. ne­ ben den Rohren der Mehrfachrohrleitung, angeordnet ist, kompensiert sich da­ durch der Temperaturabfall entlang der Rohrleitung zusätzlich. Denn das wärme­ re Einzelrohr ist dann neben den kühleren Rohren der Mehrfachrohrleitung an­ geordnet, so daß sich sowohl die Abgabe der Strahlungs-wärme ausgleicht, als auch die konvektive Wärme zusätzlich ein übermäßiges Abkühlen der Rohrlei­ tung im Endabschnitt verhindert. Wenn die Rohre der Mehrfachrohrleitung einen kleinen Querschnitt aufweisen, erfolgt der gewünschte Wärmeaustausch zwi­ schen dem heißeren Einzelrohr und den kühleren Rohren des Endabschnitts nicht lediglich an der Unterseite der Rohre, da sich kein separater Kernstrom im Heizmedium ausbildet, der in der Rohrleitung wegen der Schwerkraft absinkt.

Das Einzelrohr kann gegenüber einer durch die Längsachsen der Rohre der Mehrfachrohrleitung bestimmten Ebene versetzt angeordnet sein. Auf diese Wei­ se können die Rücklaufrohre beispielsweise nach unten versetzt angeordnet sein, so daß der Weg der Strahlungswärme zu dem zu beheizenden Raum ge­ ringer ist. Andererseits können die einzelnen Rohre auf diese Weise an eine über der Vorrichtung angeordnete Haube zur oberseitigen Abschirmung angepaßt sein.

Eine Umlenkkammer verbindet bevorzugt die einzelnen Rohrleitungen in einem vom Brenner entfernten Bereich miteinander, so daß das Heizmedium vom An­ fangsabschnitt zum Endabschnitt der Rohrleitung gelangen kann. In der Umlenk­ kammer wird das Heizmedium vom Einzelrohr bzw. Vorlaufrohr zur Mehrfach­ rohrleitung bzw. den Rücklaufrohren geleitet. Es können Ventile oder Schieber zur Steuerung des Heizmedium-Durchflusses vorgesehen sein.

Bevorzugt ist eine Fördereinrichtung für das Heizmedium im Endabschnitt der Rohrleitung, insbesondere in der Nähe des Brenners angeordnet. Die Förderein­ richtung fördert das Heizmedium in der gesamten Rohrleitung und kann prinzipi­ ell sowohl im Vor- als auch im Rücklauf angeordnet sein. Sind jedoch zwei sepa­ rate Fördereinrichtungen im Endabschnitt der Rohrleitung, in den separaten Roh­ ren der Mehrfachrohrleitung, angeordnet, so läßt sich der Fluß des Heizmediums innerhalb der Rücklaufrohre auch über die Fördereinrichtungen steuern. Außer­ dem kann zumindest ein Teil des Heizmediums im Bereich der Fördereinrichtung zum Brenner rückgeführt werden. Auf diese Weise kommt es vorteilhaft zu einer Vorwärmung der Verbrennungsluft.

Die Fördereinrichtung kann das Heizmedium dem Anfangsabschnitt der Rohrlei­ tung wieder zuführen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn ein Brenner mit verlängertem Brennerrohr vorgesehen ist. Auf diese Weise wird die vorge­ wärmte, jedoch mit den Verbrennungsabgasen verunreinigte Luft nicht durch den Brenner, sondern direkt in die zur Wärmeabstrahlung dienende Rohrleitung rückgeführt. Infolgedessen hat der Brenner wegen der geringeren Verunreini­ gung des Brennraums eine höhere Lebensdauer.

Die Mehrfachrohrleitung, d. h. die Rücklaufrohre, sind bevorzugt als dünnwandige Blechrohre, insbesondere als Wickelfalzrohre ausgebildet. Wickelfalzrohre kön­ nen besonders dünnwandig ausgebildet sein und das verwendete Material kann auf die Anwendung der Vorrichtung angepaßt sein. Es können aber auch belie­ bige andere Blechrohre verwendet werden, die in Bezug auf Durchmesser, Querschnitt und Materialdicke an die gegebene Oberflächentemperatur ange­ paßt sind und deren Wärmeabstrahlungsmenge dadurch optimiert werden kann.

Bei einer anderen Weiterbildung der Erfindung sind der Brenner, die Rohrleitun­ gen und/oder die Fördereinrichtungen zu- oder abschaltbar, um die Vorrichtung in Teil- bzw. Vollastbetrieb zu schalten. Beispielsweise kann bei Teillastbetrieb lediglich eine von mehreren Fördereinrichtungen in Betrieb sein. Rohrleitungen können über Schieber zusätzlich abtrennbar sein. Außerdem kann ein Teilluft­ strom der als Heizmedium dienenden Verbrennungsluft zwecks Rezirkulation zur Verbesserung der Verbrennung und Erhöhung des Verbrennungswirkungsgra­ des wieder in den Kreislauf rückgespeist werden und dieser Prozeß kann zu- bzw. abschaltbar sein.

Vorteilhaft können auch zwei unabhängig voneinander betreibbare Brenner, ge­ gebenenfalls gekoppelt mit jeweils einer Fördereinrichtung, vorgesehen sein.

Bspw. können die Brenner gleiche oder unterschiedliche Nennleistungen aufwei­ sen und unabhängig voneinander betrieben werden.

Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind zwei Vorlaufroh­ re mit jeweils einem Brenner und ein Rücklaufrohr mit einer Fördereinrichtung vorgesehen. Dabei läßt sich vorteilhaft eine Fördereinrichtung einsparen. Die Verhältnisse der Wärmeabstrahlungsflächen können dabei so ausgestaltet sein, daß das Rücklaufrohr eine größere Wärmeabstrahlungsfläche aufweist als die beiden Vorlaufrohre zusammen.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung. Zwei Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Es zei­ gen, jeweils in schematischer Darstellung,

Fig. 1 eine Unteransicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nach ei­ nem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Unteransicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nach ei­ nem zweiten Ausführungsbeispiel und

Fig. 4 eine Seitenansicht der Vorrichtung nach Fig. 3.

Die Vorrichtung 1 weist eine Rohrleitung 2 und einen mit dieser verbundenen Brenner 3 auf. Ausgehend vom Brenner 3 weist die Rohrleitung 2 einen An­ fangsabschnitt 4 auf, der als langgestrecktes Einzelrohr 5, beispielsweise mit rundem oder viereckigem Querschnitt, ausgebildet ist.

Über eine Umlenkkammer 6 ist der Anfangsabschnitt 4 der Rohrleitung 2 mit ei­ nem Endabschnitt 9 der Rohrleitung 2 verbunden. Zur Vergrößerung der Wär­ meabstrahlungsfläche besteht der Endabschnitt 9 aus zwei getrennt ausgebil­ deten Rohren 7 und 8. Die beiden Rohre 7, 8 sind parallel und unter Umständen versetzt zueinander bzw. zum Einzelrohr 5 angeordnet. Im Endabschnitt 9 ist die Temperatur der Rohre 7, 8 geringer als im Anfangsabschnitt 4 der Rohrleitung 2.

Am Ende der Rohre 7 und 8 weist die Vorrichtung 1 zwei Fördereinrichtungen 10 und 11 auf. Die durch den Verbrennungsprozeß 12 des Brenners 3 erzeugten Verbrennungsgase strömen zunächst durch den Anfangsabschnitt 4 der Rohr­ leitung 2, werden in der Umlenkkammer 6 aufgeteilt und über die Fördereinrich­ tungen 10 und 11 durch die Rohre 7 und 8 des Endabschnitts 9 gefördert. Die Verbrennungsluft tritt schließlich durch zwei Luftauslässe 13 und 14 in der Nähe des Brenners 3 aus den Rohren 7, 8 am Ende der Rohrleitung 2 aus.

Eine Haube 15 zur Abdeckung der Rohrleitung 2 ist oberhalb und seitlich der Rohre 5, 7, 8 angeordnet und weist Befestigungsösen 16 und 17 zum Aufhän­ gen der Vorrichtung 1 oder Haube 15 im Bereich der Decke oder einer Wand auf.

In den Fig. 3 und 4 ist eine Vorrichtung 18 nach einem zweiten Ausführungs­ beispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Am Ende der Rohre 7 und 8 ist dabei ein Verteiler 19 vorgesehen, der die Verbrennungsgase am Ende der Rohrleitung 2 einerseits einem Luftauslaß 20 mit einer Fördereinrichtung 21 zu­ leitet und andererseits einen Teil der endseitig austretenden Verbrennungsgase wieder dem Rohr 5 im Anfangsabschnitt 4 der Rohrleitung 2 rückführt. Dadurch entsteht ein höherer Wirkungsgrad der Anlage und die Rußpartikel können durch eine Zweitverbrennung der Verbrennungsgase reduziert werden. Der Verteiler 19 fördert den Teil der Verbrennungsgase nicht in den Brenner 3 direkt zurück, son­ dern in die Nähe eines Brennerrohres 22, an dessen freiem Ende der Verbren­ nungsprozeß 12 stattfindet. Dabei werden die Verbrennungsgase in Strömungs­ richtung vor dem freien Ende des Brennerrohrs 22 in das Einzelrohr 5 eingeleitet, was zu einer verbesserten Verbrennung führt. Da die Verbrennungsgase nicht in den Brenner 3 rückgeführt werden, kann der Brenner 3 frei von Verbrennungs­ rückständen bleiben, die durch eine direkte Rückführung entstehen.

Claims (16)

1. Vorrichtung zum Beheizen von Räumen mit einer zur Wärmeabstrahlung dienenden Rohrleitung (2) und einem Brenner (3) zur Erzeugung eines strö­ mungsfähigen Heizmediums, wobei die Temperatur der Rohrleitung (2) mit zu­ nehmenden Abstand vom Brenner (3) abnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeabstrahlungsfläche der Rohrleitung (2) zumindest in einem vom Brenner (3) entfernten Bereich vergrö­ ßert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wär­ meabstrahlungsfläche der Rohrleitung (2) mit zunehmenden Abstand vom Bren­ ner (3), insbesondere schrittweise, vergrößert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunahme der Wärmeabstrahlungsfläche derart ausgelegt ist, daß sie die Temperaturab­ nahme in etwa kompensiert, so daß die abgestrahlte Wärme über die ganze Rohrleitung in etwa konstant ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung (2) im Anfangsabschnitt (4) als Einzelrohr (5) und im Endabschnitt (9) als Mehrfachrohr, insbesondere Doppelrohr (7, 8), ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Quer­ schnitt jedes einzelnen Rohres (7, 8) im Endabschnitt (9) kleiner oder gleich als der Querschnitt des Einzelrohres (5) ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Einzelrohr (5) und die einzelnen Rohre (7, 8) der Mehrfachrohrleitung nebeneinander und insbesondere parallel zueinander angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Einzelrohr (5) als Vorlauf und die Mehrfachrohre (7, 8) als Rücklauf ei­ nes Kreislaufs ausgebildet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelrohrleitung (5) gegenüber einer durch die Längsachsen der Rohre (7, 8) der Mehrfachrohrleitung bestimmten Ebene versetzt angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umlenkkammer (6) die Rohre (5, 7, 8) in einem vom Brenner (3) entfernten Be­ reich miteinander verbindet.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fördereinrichtung (10, 11, 21) für das Heizmedium im Endabschnitt (9) der Rohrleitung (2), insbesondere in der Nähe des Brenners (3), angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die För­ dereinrichtung (21) das Heizmedium zum Einzelrohr (5) in der Nähe des Bren­ ners (3) rückführt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Brenner (3) mit verlängertem Brennerrohr (22) die Fördereinrich­ tung (21) das Heizmedium der Rohrleitung (2) in Strömungsrichtung vor dessen freiem Ende zuführt.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (5, 7, 8), insbesondere im Endabschnitt (9), als dünnwandiges Blechrohr oder Wickelfalzrohr ausgebildet sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (3), die Rohre (5, 7, 8) und/oder die Fördereinrichtungen (10, 11, 21) zu- oder abschaltbar sind, um die Vorrichtung (1, 18) in Teil- bzw. Vollast zu betreiben.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwei unab­ hängig voneinander betreibbare Brenner (3), gegebenenfalls gekoppelt mit je­ weils einer Fördereinrichtung (10, 11), vorgesehen sind.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Vorlaufrohre mit jeweils einem Brenner (3) und ein Rücklaufrohr mit einer Fördereinrichtung vorgesehen sind.