DE2731391C3 - Rauchgasbeheizter Wassererhitzer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen rauchgasbeheizten Wassererhitzer der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen ArL

Eine Anordnung dieser Art ist aus der DE-AS 17 78 199 bekannt. Bei der bekannten Anordnung ist jedoch zwischen Abgas-Leiteinrichtung und Wasserkammer keine thermische Isolierung vorhanden, so daß sich unkontrollierbare Wärmebrücken und damit eine Überhitzung der Wasserkammer ergeben können. Die Umschaltklappe ist bei der bekannten Anordnung einflügelig ausgebildet und kann lediglich von einer den Vorlaufast absperrenden Endstellung in eine den direkten Strömungsweg zwischen Einlaß- und Auslaßkammer absperrende Endstellung verschwenkt werden. Der Rücklaufast kann hierbei gegenüber der Auslaßkammer nicht abgesperrt werden. Es besteht daher die

2^r> Gefahr, daß bei Kurzschlußbetrieb heiße Rauchgase über den offenen Rücklaufast in die Heizgaszüge gelangen und somit zu einer weiteren Aufheizung der Wasserkammer führen. Außerdem wird bei der bekannten Anordnung ein nicht unerheblicher baulicher

in und regelungstechnischer Aufwand zur Vermeidung von Kondensatbildung in Kauf genommen. Hierzu ist die Wasserkammer von einem Heizmantel umgeben, der mit aus einem Heizkessel entnommenem warmem Wasser beschickt wird. Mit Hilfe dieses Heizmantels soll

v> bei der bekannten Anordnung die Wasserkammer dauernd soweit auf Temperatur gehalten werden, daß die Rauchgase nicht unterkühlt werden. Eine Anordnung dieser Art wirkt sich jedoch negativ auf den Gesamtwirkungsgrad aus.

•tn Hiervon ausgehend ist es daher die Aufgabe der Erfindung einen rauchgasbcheizten Wassererhitzer gattungsgemäßer Art mit einfachen Mitteln so zu verbessern, daß nicht nur eine Kondensatbildung mit Sicherheit unterbleibt, sondern auch eine Überhitzung

■f> der Wasserkammer zuverlässig vermieden wird und dennoch ein guter Gesamtwirkungsgrad erreicht wird.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der Erfindung mit den im Kennzeichen Jcs Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

ίο Die erfindungsgemäßen Maßnahmen stellen infolge der thermischen Isolierung tier Abgas-Leiteinrichtung von der Wasserkammer sicher, daß keine unkontrollierbaren Wärmebrücken entstehen können. Ferner führt die erfindungsgemüß gewählte Anordnung und Ausfüh-

■)·> rung der Umschaltklappe nicht nur zu einer konstruktiv höchst einfachen Lösung, sondern gewährleistet in vorteilhafter Weise in der Kiirzsehlußstellung eine gleichzeitige Absperrung sowohl des Vorlaufasts als auch des Kiickl.iuf.ists der I leizgjszüge, so daß kein

<><> Hei/iiieiliuiii in ilie I Ici/gas/uge gelangen kann und somit eine Ühcihiiziing im ISereich der Wasserkammer nicht zu befiiiihten ist. l)ie der tinlaßkaiiimer und tier Aiislaßkamnier wassci kam in ei sei tig gegenüberliegenden Voi kaniinei η bilileii bei Km /si hlullbetrieb, el. h. bei

·' abgespen lern Heiz/Mg aiisge/en linete Wärmeschränken und vereinfai In.· η m> 11 it.- sii iktc iheniiische Isolation iler Wttssiik.imiiiii. Die gli ii li/ntige Kupplung ilcr HviMss-Slellunn del I Inisi li.iltkl ippe an die I cmpcr.ilur

in der Auslaßkammer der Abgas-Leiteinrichtung stellt außerdem eine einfache Maßnahme dar, um die Temperatur in der Auslaßkammer stets über dem sogenannten Taupunkt zu halten, so daß keine Kondensatbildung zu befürchten ist, ohne daß hier fremde Energie verbraucht wird, was in vorteilhafter Weise positiv auf den Gesamtwiii.ungsgrad durchschlägt.

Weitere Merkmale im Rahmen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis ; 2 in Verbindung mit der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung schematisch dargestellt ist Es zeigt

F i g. 1 ein Installationsbeispiel für einen rauchgasbeheizten Wassererhitzer,

F i g. 2 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel anhand eines liegend angeordneten Wassererhitzers im Bypassbetrieb,

F i g. 3 einen Wassererhitzer nach F i %. 2 im Kurzschlußbetrieb,

Fig.4 eine Stirnansicht des Wassererhitzers nach Fig. 2.

In Fig. I ist ein Backofen I angedeutet, wie er etwa in Bäckereien oder dergleichen Verwendung finden kann. Der Backofen 1 wird mittels eines Brenners 2 beheizt. Die hierbei entstehenden Abgase werden über eine Abgasleitung 3 in einen Kamin 4 abgeführt. Abgase dieser Art haben in der Regel noch eine verhältnismäßig hohe Temperatur und besitzen daher einen relativ hohen Restwärmeanteil. Zur Nutzung dieser Restwärme ist die Abgasleitung 3 durch einen hieran angeschlossenen Wassererhitzer 5 unterbrochen. Im Wassererhitzer 5 wird den den Backofen I mit einem relativ hohen Temperaturniveau verlassenden Abgasen weitere Wärme entzogen, die hier zur Bereitung von warmem Brauchwasser, das beispielsweise in Bickbetrieben in großem Umfang benötigt wird, und zum Betrieb einer Warmwasserheizung benutzt wird und mit einem Kaltwasserzulauf 6 bzw. einem Heißwasserablauf 7 sowie einem Heizungsvorlauf 9 bzw. einem Heizungsrücklauf 8 versehen ist.

Der in F i g. 2 dargestellte Wassererhitzer 5 soll der Einfachheit halber ausschließlich zur Bereitung von warmem Brauchwasser dienen. Der Wassererhitzer 5 besitzt daher eine Wasserkammer 10, die an eine an die Abgasleitung 3 anschließbare Abgas-Leiteinrichtung 11 angebaut ist. Diese besteht aus einer Einlaßkammer 12 und einer daneben sich befindenden Auslaßkammer 13, die mit Anschlußstutzen 14 bzw. 15 /ur Abgasleitung 3 versehen sind, wie am besten aus Fig.4 erkennbar ist. Von der Einlaßkammer 12 aus ist der Vorlaufast 16 von durch die Wasserkammer 10 hindurchgehenden Heizgaszügen 19 beaufschlagbar. Der Rücklaufast 17 der lleizgaszüge 19 mündet in die Auslaßkammer 13. Der Übergangsbereich zwischen Vorlaufast 16 und Rücklauf· ast 17 auf der der Abgas-Leiteinrichtung 11 gegenüberliegenden Wasserkammerstirnseite ist als Mischkammer 18 ausgebildet, in welcher ein Temperaturausgleich der den Rücklaufast 17 beaufschlagenden Abgase stattfinden kann. Der Vorlaufast 16 und der Rücklaufast 17 der durch die Wasserkai'.:i"-r IO hindurchgehenden llei/gaszüge 19 umfassen /weckmaUig jeweils mehrere, hier durch Rohre gebildete Heizelemente. Hierdurch werden große Warmciihcrg.ingslUchcn erreicht. Die Qiierschiiittsverleikmg sowie die Anzahl bzw der Durchmesser der Rohre l.issen su h ohne '.weiteres so variieren, dall praktisch |fde gcwiüiuhte Waiinefüherreicht werden k.iiiu Im .l.imcslclltcn Ausführungsbeispiel sind im Bereich beider Äste der Heizgaszüge 19 jeweils gleich viele Rohre vorgesehen, die etwa gleichmäßig über den zu beheizenden Querschnitt der Wasserkammer 10 verteilt sind. Für Anlagen vorliegender Art ist eine derart einfache und übersichtliche Bauweise vollkommen ausreichend.

Die Abgas-Leiteinrichtung 11 ist, wie die F i g. 2 und 3 anschaulich erkennen lassen, mit einer Umschaltklappe 20 versehen, die von über die Heizgaszüge 19

ίο führendem Bypassbetrieb, wie in Fig.2 dargestellt, auf Kurzschlußbetrieb zwischen Einlaßkammer 12 und Auslaßkammer 13, wie in Fig. 3 dargestellt, umschaltbar ist. Die Umschaltklappe 20 ist als zweiflügelige Drehklappe ausgebildet, die in der aus F i g. 2 entnehmbaren Uypass-Stellung ein im Bereich der Kammertrennwand 21 zwischen Einlaßkammer 12 und Auslaßkammer 13 vorgesehenes Kurzschlußfenster 22 verschließt und im Bereich der wasserkammerseitigen Auslaßwand 23 von Einlaßkammer 12 und Auslaßkammer 13 jeweils vorgesehene Bypassfenster 24 öffnet. Im Kurzschlußbetrieb sind das Kurzschlußfenster 22 geöffnet und die Bypassfenster 24 verschlossen. Hierzu ist die Umschaltklappe 20 im Bereich des Schnittpunkts der senkrecht aufeinander ausgerichteten Fensterebenen gelagert, so daß bei einer Scnwenkung der Umschaltklappe 20 um 90° eine Umschaltung von Bypassbetrieb auf Kurzschlußbetrieb und umgekehrt erfolgt.

Um speicherseitig ausreichend Schwenkraum für die

so Umschaltklappe 20 zur Verfügung zu haben, ist gegenüber von Einlaßkammer 12 und Auslaßkammer 13 jeweils eine über das Bypassfenster 24 zugängliche Vorkammer 25 vorgesehen, deren gemeinsame Trennwand 26 zumindest so hoch ist, daß der in der

)) Bypass-Stellung hieran zur Anlage kommende Flügel der Umschaltklappe 20 genügend Schwenkraum hat. Bei Bypassbetrieb wird die Wasserkammer 10 über die hier über den Vorlaufast 16 und den Rücklaufast 17 geführten heißen Abgase erwärmt. Sobald die Temperatür in der Wasserkammer 10 ein vorgegebenes Maß erreicht hat, schaltet die Umschaltklappe 20 auf Kurzschlußbetrieb um, so daß die in die Einlaßkammer 12 eintretenden Abgase auf direktem Wege in die Auslaßkammer 13 gelangen, ohne daß eine weitere Beaufschlagung der Wasserkammer 10 erfolgt.

Die Bypass-Stellung der Umschaltklappe 20 wird so gewählt, daß eine bestimmte Teilmenge des Abgases auf direktem Wege in die Auslaßkammer 13 gelangt, so daß diese stets auf einem Temperaturniveau gehalten wird,

>u das sicher über dem Taupunkt des Abgases liegt, so daß eine Kondensatbildung mit Sicherheit unterbleibt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind zusätzlich Kondensatablaufstutzen 27 vorgesehen, so daß die Kondensatbildung ständig kontrollierbar ist. Zur Betätigung der

Vi Umschaltklappe 20 ist ein in Fig.4 angedeuteter Stellmotor 28 vorgesehen, der durch einen an der Wasserkammer 10 angebrachten Temperaturfühler gesteuert wird. Zur Aufrechterhaltung der gewünschten Temperatur in der Auslaßkammer 13 ist dem Stellmotor

lh 28 die Temperatur in der Auslaßkammer 13 als weitere Stellgröße aufgegeben. Vielfach genügt es jedoch, bei Inbetriebnahme der Anlage einfach die gewünschte B)passT^;ndstellung als Zwischenstellung der Umschaltklinpe einzustellen.

Die der Abgas· Leiteinrichtung 11 ben.ichb.irtcn Voikammern 25 der Wasserkammer 10 verhindern im Kurzsi hliißbelrieb bereits weilgehend einen im diesem /usl.nnl nieist unerwünschten Warmi lliili \om der

Abgas-Leiteinrichtung 11 zur Wasserkammer 10, der zu einer Überladung der Wasserkammer 10 führen könnte. Zur Vermeidung weiterer Wärmebrücken sind die Wasserkammer 10 und die Abgas-Leiteinrichtung 11 als zwei voneinander separate Baugruppen ausgeführt, die ohne weiteres ohne direkte metallische Berührung aneinander angebaut werden können.

Die die Wasserkammer 10 bildende Baueinheit ist zweckmäßig, wie Fig. 2 am besten erkennen läßt, als Rundkessel ausgebildet, in den die die Heizgaszüge 19 κι bildenden Rohre in Form einer vormontierten Baugruppe eingesetzt sind. Hierzu können die Rohre mit ihren Stirnseiten etwa in entsprechende Böden 35 eingesetzt sein, die unter Bildung der Vorkammern 25 bzw. der Mischkammer 18 mit dem Kesselmantel 30 verschweißt r> sind.

Wie F i g. 2 weiter erkennen läßt, soll die Wasserkammer 10 mit etwa waagerechter Mittellängsachse installiert sein. Dies hat den Vorteil, daß die Abgase im Bereich der Heizgaszüge 19 keinen Höhenunterschied zu überwinden haben, so daß sich eine saubere Strömung ausbildet. Bei Ausführungsformen dieser Art ist die Einlaßkammer 12, wie im dargestellten Ausführungsbeispiel, unterhalb der Auslaßkammer 13 angeordnet. Der Vorlaufast 16 befindet sich dabei 2"> ebenfalls unterhalb des Rücklaufasts 17, der somit im Bereich der Sammelzone für auf Grund seines leichteren Gewichts nach oben steigendes warmes Wasser zu liegen kommt, so daß hier die äußere Kühlung soweit abgeschwächt ist, daß auch bei einer so Beaufschlagung mit bereits im Vorlaufast 16 abgekühlten Abgasen eine Kondensatbildung weitestgehend unterbleibt bzw. in der Anfahrphase gegebenenfalls allenfalls anfallendes Kondensat sofort wieder aufgetrocknet wird. Die Kammertrennwand 21 zwischen v> Einlaßkammer 12 und Auslaßkammer 13 verläuft hierbei etwa horizontal, was eine saubere Querschnittsaufteilung im Bereich der Heizgaszüge ergibt. Die in der Wasserkammer 10 sich ausbildende Schwerkraftströmung führt im Bereich zwischen Vorlaufast 16 und Rücklaufast 17 zu einer relativ starken Mischung von Wasser unterschiedlicher Temperatur und damit zu einem relativ schnellen Temperaturausgleich.

Das bei einer Entnahme von warmem Wasser aus der Wasserkammer 10 zur Füllung in diese nachströmende Kaltwasser wird daher in diesen Bereich schnellen Temperaturausgleichs eingebracht. Die Strömung des nachfließenden Kaltwassers ist dem Mischprozeß äußerst förderlich. In Fig.4 ist dies anhand eines angedeuteten Kaltwasserstutzens 40 erkennbar, der in etwa im Bereich der Ebene der Kammertrennwand 21 an die Wasserkammer 10 angesetzt ist. Die Entnahme von Warmwasser erfolgt im Bereich erhöhter Temperatur. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist daher ein nach oben abgehender Heißwasserstutzen 41 vorgesehen. Bei einer liegenden Anordnung der den F i g. 2 bis zugrunde liegenden Art kann sich die Installatior dadurch wesentlich erleichtern, daß die Anschlußstutzer 14 bzw. 15 zum Anschluß der Abgas-Leiteinrichtung 1 an die Abgasleitung 3 ebenfalls horizontal, d. h. paralle zur Kammertrennwand 21 ausgebildet sind, wie arr besten aus Fig.4 erkennbar ist. Dabei sind die Anschlußstutzen 14 und 15 mit einander diagona gegenüberliegenden Anschlußquerschnitten etwa tan gential an das Gehäuse der Abgas-Leiteinrichtung 11 angesetzt, was eine saubere Verteilung des Abgases be Bypassbetrieb und eine möglichst geringe Abgasumlcn kung bei Kurzschlußbetrieb gewährleistet.

Für viele Anwendungsfäüe reicht das einfache Aufnahmevermögen der Wasserkammer 10 aus, insbesondere wenn sich die Wasserentnahme über einen größeren Zeitraum verteilt. In Fällen, in denen es auf die Bereitstellung größerer Warmwassermengen für eine punktuell einsetzende Abnahme ankommt, beispielsweise bei der Bereitstellung von Duschwasser füi Werksduschen, läßt sich das Speichervermögen aul einfache Weise dadurch vergrößern, daß einer an eine Abgas-Leiteinrichtung 11 angesetzten und daher beheizbaren Wasserkammer als Primärspeicher einet oder mehrere Sekundärspeicher bildende Behälter nachgeordnet sind. Die dem beheizten Primärspeicher nachgeordneten Sekundärspeicher benötigen keine eigenen Heizelemente mehr, sondern können als einfache Speicherbehälter ausgebildet sein. Vielfach genügt hierbei bereits der zwischen Primärspeicher und Sekundärspeicher automatisch in Gang kommende Kreislauf, um einen Temperaturausgleich herbeizuführen.

Es wäre aber auch denkbar, diesen Kreislauf durch eine entsprechende Umwälzpumpe zu unterstützen Vielfach ist es auch erwünscht, neben der Aufbereitung von warmem Brauchwasser zusätzlich eine Warmwasserheizung zu bedienen. Hierzu ist ein vom in die Warmwasserversorgung einbezogenen Primärspeicher leitungsmäßig völlig separater Sekundärspeicher vorgesehen. Eine Anordnung dieser Art liegt der Fig. 1 zugrunde. Der in den Heizungskreislauf einbezogene Wasserbehälter 42 ist dabei in Form eines Mantels um den Primärspeicher gelegt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt der mantclartig ausgebildete Wasserbehälter 42 den gesamten Querschnitt der den Primärspeicher bildenden Wasserkammer 10. Vielfach kann aber auch ein derartiger Sekundärspeicher lediglich im Bereich des Vorlaufasts 16 vorgesehen werden, so daß im Bereich des Rücklaufasts 17 eine Wärmeentnahme nach außen unterbleibt. Zur Vermeidung von Wärmeverlusten kann die gesamte Anordnung mit einer Isolierschicht 43 umgeben sein, wie in Fig. 2 angedeutet ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Rauchgasbeheizter Wassererhitzer zum Anschluß an einen Abgasstutzen, mit einem Wärmetauscher, der eine von parallelen, rohrförmigen Heizgaszügen durchsetzte Wasserkammer aufweist, welche über eine Mischkammer von einer Einlaßkammer als Vorlaufast und zu einer Auslaßkammer als Rücklaufast ausgebildet sind sowie mit einer separaten Abgas-Leiteinrichtung, die mit Anschlußstutzen für die Abgase und einer in Abhängigkeit von der Wassertemperatur steuerbaren Umschaltklappe versehen ist und zwei nebeneinander angeordneten Ein- und Auslaßkammern aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgas-Leiteinrichtung (11) als von der Wasserkammer (10) thermisch isoliertes Gehäuse ausgebildet ist und an seiner Auslaßwand (23) sowie in einer senkrecht dazu verlaufenden Kammertrennwand (21) ein Bypassfenster (24) bzw. ein Kurzschlußfenster (22) aufweist, wobei die Umschaltklappe (20) als im Schnittpunkt der Fensterebenen gelagerte, zweiflügelige Drehklappe ausgebildet ist, die zwei durch die Fensterebenen definierte Schließstellungen aufweist und deren Endstellung bei Bypassbetrieb auf eine vorgegebene Temperatur in der Auslaßkammer (13) einstellbar ist, und daß über der Ein- und Auslaßkammer (12,13) jeweils eine Vorkammer (25) angeordnet ist, zwischen denen eine zumindest der Flügelgröße der Umschaltklappe (20) entsprechende Trennwand (26) vorgesehen ist.

2. Wassererhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkammer (25) und die Mischkammer (18) durch einander gegenüberliegende Böden (35) begrenzt sind, in welche die Stirnseiten der Heizgaszüge (19) eingesetzt sind.

3. Wassererhitzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wassererhitzer (5) zylinderförmig ausgebildet ist.

4. Wassererhitzer nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der durch die Kammertrennwand (21) definierten Ebene ein Kaltwasserstutzen (40) angeordnet ist.

5. Wassererhitzer nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Oberseite der Wasserkammer (10) ein Fleißwasserstutzen (41) angeordnet ist.

6. Wassererhitzer nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserkammer (10) mit einem zweiten Wasserbehälter (42) versehen ist.

7. Wassererhitzer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der /weite Wasserbehälter (42) mantelförmig um die Wasserkammer (10) angeordnet ist.

8. Wassererhitzer nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wassererhitzer (5) liegend angeordnet ist.

9. Wassererhitzer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die F.inlaßkammcr (12) unterhalb der Aiislaßkummcr (1 3) angeordnet ist.

10. Wassererhitzer nach Anspruch 8 und 9, iladun.h gekennzeichnet, daß die Kaminertrenn· vv .mti (21) horizontal angeordnet ist.

11. Wassererhitzer nach Anspruch 8 his K), il.ulurth gekennzeichnet, daß die Anschliißstutzcn (14, Ii) mit jeweils etwa horizontal verlaufender \i Ilse .in iler Abgas I .eileiiirichliing(l I) angeordnet

12. Wassererhitzer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußstutzen (14, 15) etwa tangential an der Abgas-Leiteinrichtung (11) angeordnet sind.