DE20007420U1

DE20007420U1 - Wärmetauscher

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Publication number: DE20007420U1
Application number: DE20007420U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-04-19
Filing date: 2000-04-19
Publication date: 2000-06-29
Anticipated expiration: 2010-04-20
Also published as: AT5653U1

Description

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19. April 2000

Thomas Franke
Dresdner Str. 35a

01471 Radeburg

"Wärmetauscher"

Wärmetauscher

Die Erfindung betrifft Wärmetauscher zur Abkühlung von Abgasen eines mit flüssigem Brennstoff betriebenen Heizkessels, bei dem heißes Abgas und dem Brenner des Heizkessels zugeführte Verbrennungsluft im Gegenstrom geführt sind, wobei das Abgas gekühlt und die Verbrennungsluft vor der Verbrennung im Brenner des Heizkessels vorgewärmt wird.

Dabei sollen unter flüssigem Brennstoff in erster Linie herkömmliches Heizöl, aber auch andere flüssige brennbare Stoffe, wie beispielsweise Biodiesel, verstanden werden.

Beim Betrieb von Heizkesseln ist eine Abkühlung der Abgase bis unter die Wasserdampftaupunktgrenze durch Vorwärmung der eingesetzten Verbrennungsluft aus energetischen Gründen sinnvoll, nur so ist eine effektive Nutzung der im Abgas enthaltenen Latentwärme, unabhängig von der jeweiligen Systemtemperatur des Heizkessels möglich. Insbesondere bei Heizkesseln, die mit flüssigen Brennstoffen betrieben werden, tre-0 ten aber in herkömmlichen Wärmetauschern zum einen Probleme durch einen relativ niedrigen Taupunkt, der beispielsweise bei Ölheizkesseln bei ca. 47 ⁰C liegt und zum anderen durch die im Abgaskondensat enthaltenen aggressiven Bestandteile auf. Die letztgenannten Bestandteile führen zu Problemen, da sie die üb-

licherweise im Heizkesselbau verwendeten Materialien angreifen und bis zu deren Zerstörung, bei entsprechenden ph-Werten führen können. Selbst veredelte Stähle sind für diesen Anwendungszweck nicht ohne weiteres geeignet, da es zu Auswaschungen von Schwermetall -Legierungskomponenten kommen kann, die über das generell anfallende Kondensat ausgewaschen und abgeführt werden. Ein solches Kondensat ist daher als Sondermüll zu betrachten und muss entsprechend deponiert oder in anderer Form, kostenintensiv behandelt werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Wärmetauscher zur Vorwärmung von Verbrennungsluft zur Verfügung zu stellen, der kostengünstig herstellbar, unter den Bedingungen mit den aggressiven Abgasen über große Zeiträume zerstörungsfrei betrieben werden kann und in dem anfallenden Kondensat keine Schwermetalle enthalten sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich mit den in den untergeordneten Ansprüchen genannten Merkmalen.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher verwendet anstelle der herkömmlichen Materialien für die Kanäle, durch die Abgas und zu erwärmende Verbrennungsluft im Gegenstrom geführt werden, anstelle metallischer Materialien, wie z.B. Aluminium oder Edelstahle, Kunststoff. Dabei werden die bevorzugt aus einem polymeren Kunststoff, wie z.B. aus Polypropylen oder PVDF bestehenden Kanäle so dimensioniert und ausgebildet, 5 dass der Kanal, durch den das Abgas geführt wird, den

Kanal für die Verbrennungsluft umschließt und das Abgas dementsprechend entlang der Oberfläche des Kanals für die Verbrennungsluft strömt und dabei sukzessive das aus dem Kesselkörper austretenden heißen Abgases verringert und dementsprechend die Verbrennungsluft, die dem Brenner zugeführt wird, vorgewärmt werden kann.

Vorteilhafterweise sind die Kanäle rohrförmig ausgebildet und es kann auf kostengünstig erhältliche

Kunstsstoffrohrprofile zurückgegriffen werden, die lediglich in die entsprechenden Formen gebogen oder mittels ebenfalls käuflich erhältlichen Formprofilstücken zusammengesetzt werden können. 15

Zur Einsparung des erforderlichen Raumbedarfs für den Wärmetauscher und zur gleichzeitigen Erreichung einer ausreichend großen Länge, über die die beiden unterschiedlichen Gase im Gegenstrom zum Austausch von 0 Wärme geführt werden können, sollten die Kanäle mäanderförmig gebogen sein.

Sinnvoll ist es ebenfalls, den Eintritt für das heiße Abgas vertikal unten anzuordnen und das abgekühlte Abgas entsprechend oben abzuziehen, wobei selbstverständlich die zugeführte Verbrennungsluft in entgegengesetzter Richtung geführt werden muss.

Da innerhalb des erfindungsgemäßen Wärmetauschers die 0 Taupunkttemperatur des Abgases unterschritten wird und demzufolge Kondensat anfällt, sollte auch eine Kondensatabführung vorhanden sein, die dann im Bereich des Abgaseintrittes angeordnet werden kann. Dabei kann das anfallende Kondensat, das wegen der verwendeten Kanalmaterialien schwermetallfrei ist,

aufgefangen und auf herkömmliche Art und Weise mit an sich bekannten Zusatzstoffen behandelt (neutralisiert) werden, so dass das entsprechend behandelte Kondensat unbedenklich abgeleitet werden kann. 5

Durch das sich auch auf der äußeren Oberfläche des Kanals, durch den die Verbrennungsluft geführt wird, absetzende Kondensat, wird der Wärmeübergang vom Abgas zur Verbrennungsluft verbessert. Dies wird durch Abfließen des Kondensats an der tiefsten Stelle des Wärmetauschers begünstigt, da sämtliches anfallendes Kondensat - auch das aus der sich anschließenden Abgasleitung - den ganzen Wärmetauscher ständig befeuchtet und gleichzeitig eventuelle Ablagerungen ausspült.

Außerdem ist es günstig, die innere und/oder die äußere Oberfläche des Kanals für die Verbrennungsluft strukturiert auszubilden, so dass die Gasströme ent-0 sprechend verwirbelt und eine laminare Strömung dort verhindert wird, was zu einem verbesserten Wärmeübergang bzw. einer verbesserten Wärmeaufnahme der Verbrennungsluft führen kann. Eine solche Strukturierung kann in unterschiedlichster Form erfolgen, wobei es jedoch relativ einfach ist, eine gewellte Form zu wählen, d.h., beispielsweise den Kanal für die Verbrennungsluft aus einem kommerziell erhältlichen Kunststoffprofilmaterial mit einer gewellten Wandung, wie sie als flexible Rohrprofile kommerziell erhältlieh sind, zu bilden. Der Verbrennungsluftkanal sollte im Abgaskanal nicht zentriert angeordnet werden. Durch die Eigenspannung wird sich ein flexibles Rohr, das ein Wellrohr sein kann, immer in den Außenbogen der Umlenkungen legen und eine zusätzliche Verwirbe-5 lung des Abgasstromes bewirken.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher kann für Heizkessel ohne weiteres verwendet werden, die die für die Brennwerttechnik erforderlichen Parameter erfüllen.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Beispiels näher erläutert werden.

Dabei zeigt:

Figur 1 schematisch den Aufbau eines Beispiels für

einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher.

Das in Figur 1 dargestellte Beispiel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers verwendet ein Rohrsystem, bestehend aus den beiden rohrförmigen Kanälen 1 und 2, durch die die vorzuwärmende Verbrennungsluft und das Abgas im Gegenstrom geführt werden.

Das heiße Abgas tritt im vertikal unteren Bereich des Wärmetauschers im Eintrittsbereich 2' in den Kanal 2 ein und wird durch diesen mäanderförmig zu dem vertikal oben angeordneten Abgasabzug, der in einen herkömmlichen Kamin münden kann, ein. Dabei kann bei Bedarf die Strömung des Abgases mittels einer nicht dargestellten Saugeinrichtung unterstützt werden.

Die Verbrennungsluft wird vertikal von oben durch den Kanal 1, der im Bereich des Wärmetauschers vom Abgaskanal 2 umschlossen ist, im Gegenstrom geführt und vertikal unten abgezogen und zum Brenner des Heizkessels geführt.

Dabei ist im dargestellten Beispiel die vorteilhafte mäanderförmige Ausbildung der Kanäle 1 und 2 gezeigt, 5 wobei jedoch ohne weiteres eine größere Anzahl von

Schleifen über die Abgas und Verbrennungsluft geführt werden sollen, verwendet werden können.

Der innenliegende Kanal 1 für die Verbrennungsluft besteht aus einem wellenprofilförmigen Rohr, dessen Innendurchmesser gewährleistet, dass dem Brenner die jeweils für die Kesselleistung erforderliche Verbrennungsluftmenge zur Verfügung gestellt werden kann. Der Kanal 2 für das Abgas muss so groß sein, dass durch den Ringspalt zwischen den Kanälen 1 und 2 der Abgasstrom problemlos abgeführt werden kann. Zur Erreichung ausreichend großer freier Querschnitte für Abgas und Verbrennungsluft können zwei oder mehrere Wärmetauscher in Parallelschaltung angeordnet werden.

In der Nähe des Abgaseintritts 2' ist eine Kondensatabführung 3 vorhanden, durch die das anfallende Abgaskonzentrat in einen Sammelbehälter (Neutralisationseinrichtung) gelangen kann.

Claims

1. Wärmetauscher zur Abkühlung von Abgasen eines mit flüssigem Brennstoff betriebenen Heizkessels, bei dem Verbrennungsluft und Abgas im Gegenstrom geführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus einem Kunststoffmaterial bestehender Kanal (1), durch den Verbrennungsluft strömt, von einem aus einem Kunststoffmaterial bestehenden äußeren Kanal (2), durch den das Abgas strömt, umschlossen ist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (1, 2) aus Polypropylen oder PVDF bestehen.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (1, 2) rohrförmig ausgebildet sind.

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (1, 2) mäanderförmig gebogen sind.

5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaseintritt (2') vertikal unten angeordnet ist.

6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Abgaseintritts (2') eine Kondensatabführung (3) angeordnet ist.

7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die innere und/oder äußere Oberfläche des Kanals (1) strukturiert ist.

8. Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die innere und/oder äußere Oberfläche des Kanals (1) gewellt ist.

9. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Wärmetauscher parallel geschaltet sind.