DE2648854B2

DE2648854B2 - Abgasrohr für einen mit strömenden Brennstoffen befeuerten Heizungskessel

Info

Publication number: DE2648854B2
Application number: DE2648854A
Authority: DE
Inventors: Donald Dipl.-Ing. 1000 Berlin Herbst
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-10-25
Filing date: 1976-10-25
Publication date: 1979-02-15
Also published as: DE2648854A1; DE2648854C3; US4147135A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Abgasrohr für einen mit strömenden Brennstoffen befeuerten Heizungskessel, in dem ein mit der Rücklaufleitung verbundener Wärmetauscher angeordnet ist

Bei Verbrennung von öl oder Gas in einem Heizungskessel entsteht durch im Brennstoff enthaltenes Wasser und Wasserstoff in dem den Kessel verlassenden Rauchgas Wasserdampf; dieser Wasserdampf fällt aus dem Rauchgas durch Kondensation dann aus, wenn der Taupunkt unterschritten wird. Bei den bevorzugt zum Betrieb von Heizungskesseln verwendeten schwefelhaltigen Heizölen liegt der Taupunkt bei ca. 150° C Der Heizungskessel und der Brenner müssen daher so ausgelegt und betrieben sein, daß die Temperatur des Rauchgases in keinem Teil der Anlage, also bis zum Ausgang des Schornsteines die Taupunkttemperatur unterschreitet

Um am Ausgang des Schornsteines eine Rauchgasternperatur von wenigstens 150° C zur Verfügung zu haben, beträgt die Rauchgastemperatur am Ausgang des Kessels ca. 210 bis 270° C. Bei einem solchen Betrieb eines Heizungskessels, bei dem die hohe Wärmekapazität des Rauchgases nicht genutzt wird, ergeben sich Wärmeverluste verschiedener Art, die in Abhängigkeit von der jeweiligen Auslegung des Heizungskessels 20 bis 30% betragen können gegenüber einer Heizungsanlage, deren Rauchgas den Heizkessel mit ca. 20° C verlassen würde. Der entstehende Wärmeverlust setzt sich zusammen aus dem Abgasverlust der durch die hohe Temperatur des Rauchgases bedingt ist

Ein weiterer Wärmeverlust ergibt sich durch unverbranntes CO. Dieser Verlust läßt sich natürlich vermeiden, wenn eine zum restlosen Verbrennen des CO ausreichende Verbrennungsluft zur Verfügung gestellt wird. Da sich aber hierbei die Abgasverluste wesentlich erhöhen, muß ein Verlustanteil an CO in Höhe von 0,5 bis 1,5% in Kauf genommen werden. Eine weitere Verlustquelle ist gegeben durch die Nichtausnutzung der Kondensationswärme des im Rauchgas enthaltenen Wasserdampfes.

Um diese Wärmeverluste zu vermindern, hat man in das Rauchgasrohr hinter dem Heizungskessel einen Wärmetauscher, beispielsweise in Form einer Rippenrohrbatterie angeordnet, der von dem dem Heizungskessel im Rücklauf zugeführten Heizwasser durchflossen wird. Dieser Wärmetauscher entzieht dem Bauchgas Wärme, die zur Vorwärmung des Heizwassers ausgenutzt wird, mit der Folge, daß die Rauchgase im Bereich des Wärmetauschers abgekühlt werden, wobei entsprechend dem Grad der Abkühlung das Heizwasser in dem Wärmetauscher erwärmt wird. Wenn ein korrosionsfester Wärmetauscher Anwendung findet, kann an sich bei der Kühlung der Rauchgase die Taupunkttemperatur von 150° C unterschritten werden, wobei sich der zu Wasser kondensierte Wasserdampf an dsm Wärmetauscher niederschlägt und das ausgefallene Wasser aufgefangen, neutralisiert und nach weiterer Abkühlung abgeleitet wird. Wenn die Rücklauftemperatur des Heizwassers zum Kessel 60° C beträgt, könnte zwar die Temperatur des Rauchgases auf etwa 70° C abgesenkt werden, wobei die Taupunkttemperatur ebenfalls 70° C beträgt Hierbei liegen die Rauchgase hinter dem Wärmetauscher im Zustand 100%iger Sättigung vor, so daß bei jeder weiteren Abkühlung ein weiterer Ausfall von kondensiertem Wasser erfolgt

Da aber die Rauchgase nach Verlassen des Wärmetauschers auf ihrem Weg ins Freie einer weiteren Abkühlung zwangsläufig unterliegen, kann tatsächlich bei Verwendung des Wärmetauschers eine Kühlung der Rauchgase auf 70°C nicht erfolgen, sondern das den Wärmetauscher verlassende Rauchgas muß eine Temperatur besitzen, die so weit über dem Taupunkt von 150° C liegt daß ein Ausfall von Kondenswasser bis zum Verlassen des Schornsteines verhindert ist Durch den Wärmetauscher kann somit die Rauchgastemperatur bei einer Heizwassertemperatur von 60° C tatsächlich nicht auf den optimalen Wert von 70° C gekühlt werden, sondern die Kühlung kann nur bis zu einem entsprechend höheren Temperaturgrad, beispielsweise von 200° C erfolgen, um einen Ausfall von Kondenswasser nach Verlassen des Wärmetauschers zu unterbinden.

Es ist ein Heizgerät bekannt (DE-OS 24 25 100), bei dem dem Rauchgas ein Wärmetauscher zugeordnet ist durch den die Rauchgase auf den Taupunkt gekühlt und nach Passieren des Wärmetauschers durch Wärmezufuhr nachgewärmt werden zu dem Zweck, eine Kondensation im Schornstein weitgehend zu verhindern. Bei dieser bekannten Ausführungsform dient der Wärmetauscher nicht der Vorwärmung des zuriickfließenden Heizwassers, sondern der Erzeugung einer zusätzlichen Wärmequelle, indem er mit Luft beschickt wird, die in dem Wärmetauscher erwärmt wird. Der Wärmetauscher umschließt das Abgasrohr, so daß eine indirekte Kühlung des Rauchgasstromes durch die Wandung des Wärmetauschers erfolgt, wobei eine gleichmäßige Kühlung des Rauchgasstromes über den gesamten Querschnitt nicht erfolgt

Die erforderliche Nachwärmung der Rauchgase erfolgt durch unmittelbaren Kontakt mit einem Teil der Rauchgase selbst, die über eine den Wärmetauscher umgebende Nebenschlußleitung unmittelbar aus der Heizkammer den in dem Abgasrohr befindlichen, den Wärmetauscher verlassenden Rauchgasen zugemischt wird. Hierdurch wird zwar die Temperatur der abströmenden Rauchgase über den Taupunkt angehoben, der Grad der Nacherwärmung ist jedoch nicht kontrollierbar und an unterschiedliche Leistungen des Wärmetauschers nicht anzugleichen; außerdem bedingt

die direkte Eingabe heißer Rauchgase in die durch den Wärmetauscher gekfihlten Rauchgase einen unvermeidbaren Wärmeverlust

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Wärmekapzität der gesamten anfallenden Rauchgase in optimaler Weise praktisch verlustlos auszunutzen und die Heizleistung, die für die Nacherwärmung der Rauchgase erforderlich ist, an die unterschiedliche Leistung des Wärmetauschers anzupassen.

Diese Aufgabe wird bei einem Abgasrohr nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches dadurch gelöst, daß in dem Abgasrohr ein oder mehrere an sich bekannte, eine Batterie bildende Wärmerohre vorgesehen sind, deren Enden vor und hinter dem Wärmetauscher liegen, wobei das warme Ende zwischen dem Heizungskessel und dem Wärmetauscher angeordnet ist

Bei der erfindungsgemäßen Anwendung des Wärmerohres können also die Rauchgase durch den Wärmetauscher bis auf den in Abhängigkeit von der Temperatur des Heizwassers optimal niedrigen Wert, beispielsweise von 70⁰C gekühlt werden, da die Wärmerohrbatterie die Rauchgase durch Nachwärmung wieder auf eine Temperatur von beispielsweise 100⁰C bringt, bei der der Ausfall von Kondenswasser ausgeschlossen ist

Wärmerohre sind an sich bekannt Sie sind mit Kältemittel gefüllte Rohre, mit denen Wärme von einer Seite des Rohres zur anderen übertragen werden kann. Auf der warmen Seite verdampft das Kältemittel und nimmt dabei Wärme auf, strömt zur kalten Seite und kondensiert dort wieder, wobei es die aufgenommene Wärme wieder abgibt Durch Kapillarwirkung strömt das durch Kondensation wieder verflüssigte Kältemittel von der kalten zur warmen Seite zurück, wo der Kreislauf von vorn beginnt Die Wärmerohre sind so gebogen und zu einer Batterie zusammengestellt daß dem Rauchgas von dem Wärmetauscher, also auf der dem Kessel zugewandten Seite, Wärme entzogen wird, die nach Umleitung um den Wärmetauscher hinter diesem wieder zugeführt wird. Bei entsprechender Auslegung der Wärmerohre wird somit das Rauchgas hinter dem Wärmetauscher so weit wieder erwärmt, daß bei der zwangsläufig im Schornstein erfolgenden Abkühlung mit Sicherheit der Taupunkt nicht unterschritten wird.

Bei einer Rauchgastemperatur von z. B. 270° C am Kesselausgang und einer Temperatur von z. B. 60⁰C des dem Wärmetauscher zufließenden Heizwassers wird durch die wärme Seite der Wärmerohre die Rauchgastemperatur von 27O°C auf ca. 240⁰C gesenkt während die Rauchgastemperatur am Ende des Wärmetauschers 70° C beträgt Die in der warmen Seite der Wärmerohre aufgenommene Temperaturdifferenz zwischen 270 und 240⁰C wird an die kalte Seite übertragen, so daß die Temperatur der Rauchgase von 70 auf 100° C angehoben wird.

Die Abkühlung des Rauchgases im Schornstein ist abhängig von der Temperaturdifferenz zwischen dem Rauchgas und der freien Umgebung. Je tiefer das Rauchgas im Wärmetauscher abgekühlt ist um so geringer ist die notwendige Nachwärmung, um Temperaturunterschreitungen im Schornstein zu verhindern. Die Leistung des Wärmetauschers verändert sich in Abhängigkeit von der Rücklauftemperatur des Heizwassers. Je niedriger die dem Wärmetauscher zufließende Temperatur des Heizwassers ist desto höher ist die Leistung des Wärmetauschers und desto größer damit die Kühlung der Rauchgase. Bei größerer Abkühlung der Rauchgase steigt daher die Temperaturdifferenz zwischen dem Rauchgas und dem Wärmerohr hinter dem Wärmetauscher und damit die Heizleistung des Wärmerohres, wodurch eine an sich unnötig hohe Wiedererwärmung der Rauchgase hinter dem Wärmetauscher erfolgt

Um den Grad der Wiedererwärmung des Rauchgases hinter dem Wärmetauscher der unterschiedlichen ίο Leistung des Wärmetauschers in Abhängigkeit von der Temperatur des zulaufenden Heizwassers anzupassen, kennzeichnet sich die Erfindung weiter dadurch, daß der Wärmetauscher aus wenigstens zwei im Abgasrohr hintereinander angeordneten Zweigen besteht, und daß is das Wärmerohr dem dem Heizkessel abgewandten Zweig zugeordnet ist Da die warme Seite des Wärmerohres zwischen den beiden Zweigen des Wärmetauschers liegt kann das Wärmerohr mit seiner warmen Seite Veränderungen in der Leistung des Wärmetauschers teilweise erfassen, so daß eine automatische Angleichung der Heizleistung des Wärmerohres und damit des Grades der Wiedererwärmung der Rauchgase an die Leistung des Wärmetauschers gewährleistet ist

Wenn dem Wärmetauscher Heizwasser aus einer einzigen Rücklaufquelle zugeführt wird, sind die beiden Zweige des Wärmetauschers in Reihe geschaltet

In der Regel werden jedoch bei Sammelheizungsanfagen die Rohrleitungen von verschiedenen Gruppen ω unterschiedlicher Rücklauftemperatur in den Heizkessel geführt und erst am Rücklaufsammler zusammengeführt So haben in der Regel Brauchwassererhitzer tiefere Rücklauftemperaturen als Fußbodenheizungen, und diese wiederum tiefere Temperaturen als Radiators renheizungen. Zur Vermeidung von Mischungsverlusten werden hierbei die Zweige des Wärmetauschers parallelgeschaltet und liegen hintereinander in dem Rauchgasstrom. Jeder Zweig des Wärmetauschers wird von dem Rücklaufwasser einer oder mehrerer gleiche -to Rücklauftemperaturen aufweisenden Gruppen durchströmt, wobei das kälteste Heizwasser dem in Strömungsrichtung des Rauchgases hinteren Zweig des Wärmetauschers zugeführt wird. Die einzelnen Zweige werden hinter dem Wärmetauscher zusammengeführt. f> Auch hier ist das Wärmerohr dem in Strömungsrichtung hinteren Zweig des Wärmetauschers zugeordnet

Die beiliegende Zeichnung zeigt beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung. Es zeigt

F i g. 1 schematische Darstellung der Einrichtung mit

in einem den Wärmetauscher übergreifenden Wärmerohr;

F i g. 2 Darstellung gemäß F i g. 1 mit einem den

letzten Zweig des Wärmetauschers übergreifenden Wärmerohr;

F i g. 3 Darstellung gemäß F i g. 2, bei dem die Zweige w des Wärmetauschers in Serie zueinander liegen.

Die F i g. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen mit öl befeuerten Heizungskessel 1, dessen Abgasrohr 2 in einen Schornstein 3 mündet Das Heizwasser wird durch die Rücklaufleitung 4 dem Heizungskessel 1 w> zwecks Erwärmung zugeführt In der Rücklaufleitung 4 ist ein als Rippenkörper ausgebildeter Wärmetauscher 5 angeordnet, der im Abgasrohr 2 liegt Das Heizwasser wird beim Durchlauf durch den Wärmetauscher 5 unter Abkühlung der Temperatur der Abgase einer Vorwarft mung unterzogen. Dem Wärmetauscher 5 ist ein diesen übergreifendes Wärmerohr 6 zugeordnet das U-förmig ausgebildet ist derart daß es mit seinen Enden 7,8 im Abgasrohr 2 vor und hinter dem Wärmetauscher 5 liegt.

Durch die Abgase wird das warme Ende 7 des Wärmerohres 6 erwärmt, und die Wärme zum kalten Ende 8 überführt, wobei die den Wärmetauscher 5 verlassenden Abgase einer Wiedererwärmung unterzogen werden, um einen Niederschlag von Kondenswasser im Schornstein 3 zu verhindern.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig.2 ist das Wärmerohr 6 dem in Strömungsrichtung des Abgases hinteren Zweig 5b des Wärmetauschers S zugeordnet, so daß die warme Seite 7 des Wärmerohres 6 zwischen den Zweigen 5a und 5b liegt und dem durch den Zweig 5a des Wärmetauschers S bereits teilweise gekühlten Abgas ausgesetzt ist und somit eine von der Leistung des Wärmetauschers 5 abhängige Erwärmung erfährt, die auf das kalte Ende 8 des Wärmerohres 6 übertragen

Bei der F i g. 3 liegen die beiden Zweige Sa, 5b des Wärmetauschers 5 ebenfalls hintereinander in dem Strom der Abgase; sie sind jedoch durch die zum Zweig 56 führende Leitung 9 und durch die zum Zweig 5a führende Leitung 10 parallel zueinander geschaltet, bevor das Heizwasser unterschiedlicher Temperaturen über die gemeinsame Rücklaufleitung 4 dem Heizungskessel 1 zugeführt wird. Auch hier ist das Wärmerohr 6 dem in Strömungsrichtung der Abgase hinten liegenden Zweig Sb des Wärmetauschers 5 zugeordnet, um den Grad der Nacherwärmung der Abgase durch das kalte Ende 8 des Wärmerohres 6 der Leistung des Wärmetauschers 5 anzupassen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Abgasrohr für einen mit strömenden Brennstoffen befeuerten Heizungskessel, in dem ein mit der Rücklaufleitung verbundener Wärmetauscher angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Abgasrohr (2) ein oder mehrere an sich bekannte, eine Batterie bildende Wärmerohre (6) vorgesehen sind, deren Enden (7,8) vor und hinter dem Wärmetauscher (S) liegen, wobei das warme Ende (7) zwischen dem Heizungskessel (1) und dem Wärmetauscher (5) angeordnet ist

2. Abgasrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (5) aus wenigstens zwei im Abgasrohr (2) hintereinander angeordneten Zweigen (5a, 5b) besteht und daß das Wärmerohr (6) dem dem Heizungskessel (1) abgewandten Zweig (5/>,> zugeordnet ist

3. Abgasrohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zweige (5a, 5b) des Wärmetauschers (5) in Reihe angeordnet sind.

4. Abgasrohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die Zweige (5a, 5 b) des Wärmetauschers (5) parallel angeordnet sind.