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Vorrichtung zur Gewinnung der Restwärme aus
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Rauchgas in Haus-Heizungsnlagen Die Erfindung bezieht sich auf eine
Vorrichtung zur Gewinnung der Restwärme aus Rauchgas in Haus-Heizungsanlagen, die
einen bl-, Gas- oder Koks-Heizkessel und ggf. einen Warmwasserboiler sowie einen
Kamin enthalten.
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Bei der Verbrennung von Brennstoffen entsteht neben Kohlendioxid auch
Wasserdampf, so daß in den Rauchgasen eine relativ hohe Feuchtigkeit anzutreffen
ist. Wenn der Taupunkt unterschritten wird, fällt das Wasser aus und es löst sich
Schwefeldioxid darin, welches ebenfalls in den Rauchgasen zugegen ist. Es bilden
sich schweflige Säure und Schwefelsäure, wodurch die meisten im Hausbau verwendeten
Materialien angegriffen werden. Dies betrifft vor allem die üblichen Kamine, in
denen sich die geschilderte Abscheidung von zerstörender Säure abspielen würde.
Auf Kosten des Wirkungsgrades der Heizung werden deshalb die Rauchgase mit erheblicher
Temperatur - im Bereich von 1800 bis 2800C -entlassen, damit die Gefahr der geschilderten
Säurebildung und
der nachfolgenden 9'Versottunge des Kamins vermieden
wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erhebliche Restwärme
der Rauchgase zur Aufheizung eines Wärmeträgers auszunutzen, ohne daß die Gefahr
der"Versottung" des Kamins auftreten würde.
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Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Rauchgas-Abzugsweg
ein Wärmetauscher angeordnet ist, der aus säurebeständigem Material besteht, mit
Wärmeträger gefülltent Hohlräumen versehen ist und einen nischenartigen Aufbau aufweist,
der die Abscheidung von Ruß und ggf. Kondensat ermöglicht und zu Wartungszwecken
von außen zugänglich ist.
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Durch die Verwendung von säurebeständigem Material - austenitische
Stähle, insbesondere V4A - ist es möglich, dem Problem der raschen Zerstörung der
Vorrichtung Herr zu werden und zusätzlich noch die Belastung der Umwelt mit schädlichen
Bestandteilen des Rauchgases zu vermindern.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert.
Dabei zeigt: Fig. 1 eine Schemazeichnung der Unterbringung des Wärmetauschers; Fig.
2 einen Heizkessel mit Doppelmantel-Warmwasserboiler;
Fig. 3 einen
Querschnitt durch eine erste Ausftihi'ungsform des Wärmetauschers; Fig. 4 einen
Querschnitt durch eine zweite AusfUhrungsform des Wärmetauschers; Fig. 5 eine perspektivische
Darstellung dieses Wäremtauschers; Fig. 6 einen Doppelmantel-Rohrkamin für den Wärmetauscher;
Fig. 7 ein zweites Schema.
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Fig. 1 und 2 stellen zusammengenommen eine Heizungsanlage mtt indirekter
Beheizung dar. Wie in Ein- und Mehrfamilienhäusern üblich, ist der Heizkessel 1
im Keller untergebracht und am unteren Ende eines Kamins 2 angeschlossen. Gemäß
dem Ausführungsbeispiel soll noch ein Doppelmantel-Warmwasserboiler 3 vorgesehen
sein, der einen Wärmetauscher zwischen einem Wärmeträger im Außenmantel 4 und dem
Brauchwarmwasser im Inneren 5 darstellt. Der Außenmantel wird über eine Vorlaufleitung
6 und eine Rücklaufleitung 7 mit dem Wärmeträger (Wasser. Glykol oder Wärmeleitöl)
gespeist, wobei in der Vorlaufleitung eine Umwälzpumpe 8 vorgesehen ist. Die Leitungen
6, 7 führen zu einem Wärmetauscher 10 (Fig. 1), der Mantelhohlräume 11 zur Aufnahme
des Wärmeträgers und Rauchgaskammern 12 aufweist. Die Rauchgaskammern 12 sind über
ein Rohr 13 mit dem Kamin 2 verbunden, der durch einen Schieber 14 oberhalb des
Rohrs 13 abgesperrt ist. Wenn die Rauchgase den Heizkessel 1 mit einer Temperatur
im Bereich von 1800 bis 2800C verlassen, ist die Temperatur der Rauchgase im oberen
Stockwerk noch etwa 1100 bis 2000C, welches demnach die Eintrittstemperatur
in
den Wärmetauscher 10 bildet. Wie in der Zeichnung angedeutet, sind die Rauchgaskaimern
12 nischenartig ausgebildet, um die benötigte Wärmeübergangsfläche unterzubringen
und Beruhigungsbereiche zu schaffen, in denen sich der Ruß ablagern und leicht entfernt
werden kann. Die Nischen greifen kammartig ineinander, so daß der Weg der Rauchgase
zick-zackförmig ist. Mit der mehrfachen Rauchgasumlenkung geht ein entsprechender
Druckabfall einher, so daß darauf zu achten ist, daß der Kaminzug ausreichend bleibt.
In Situationen, wenn der Rauchgasabzug nicht ausreichen sollte, kann ein Lüfter
15 eingeschaltet werden, der für einen zusätzlichen Förderdruck sorgt.
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Im allgemeinen wird man aber den Rauchgasweg durch den Wärmetauscher
10 so modifizieren, daß der Druckabfall genügend klein bleibt, um zu keiner Störung
des Kaminzugs zu führen, Nach Verlassen des Wärmetauschers 10 gelangen die Rauchgase
mit einer Temperatur im Bereich von 600 bis 70 0C in einen Rohrkamin 16, der einen
sackartigen Kondensatsammler 17 aufweist, der wiederum über eine Kondensatleitung
18 je nach den örtlichen Gegebenheiten entweder mit der Regenrinne 19 oder mit dem
Abwasserkanal 20 (Fig. 2), ggf. über einen Abscheider 21, verbunden ist. Da sich
Kondensat auch in den oberen Nischen des Wärmetauschers 10 bilden kann, sind die
Nischenwände entsprechend geneigt ausgebildet, so daß sich das Kondensat in Ecken
22a, 22b, 22c sammeln kann und durch eine weitere Kondensatleitung 23 abgeführt
wird.
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Anstelle den Rohrkamin 16 über einen gesonderten Dachdurchbruch ins
Freie zu führen, ist es auch möglich, den vorhandenen Kamin 2 zu benutzen, und diese
Möglichkeit ist durch einen strichpunktiert dargestellten Rohrkamin 26 mit Kondensatsammler
27 angedeutet.
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Die Wände des Wärmetauschers 1.0 und des Rohrkamins 16 bzw. 26 bestehen
aus einem säurebeständigen Material. Als solches kommt hauptsächlich austenitischer
Stahl für die chemische Industrie mit der Bezeichnung V4A oder hochtemperaturbeständiges
glassiertes Material in Betracht.
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Fig. 3 zeigt einen vergrößerten Querschnitt des Wärmetauschers aus
Fig. 1. Der wassergefüllte Hohlraum 11 weist zur Bildung der Nischen plattenartige
Fortsätze 31a bis d und 32a bis d auf, die kammartig ineinandergreifen und in der
Zeichnung nach links abfallen, um eventuelles Kondensat den Abflußwinkeln 22a, 22b,
22c zuzuführen. In den Ecken der Nischen sind bogenförmige Leitbleche 35a bis d
und 34a bis d angeordnet, um den Druckabfall des hindurchstreìchenden Rauchgases
zu vermindern. Durchbrechungen in den Leitblechen sorgen dafür, daß eine gewisse
Zuströmung des Rauchgases auch in die Winkel des Wärmetauschers erfolgt. Wenn der
Kaminzug ausreichend ist, können die Leitbleche ganz oder teilweise fortgelassen
werden.
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Fig. 4 und 5 zeigen eine weitere Ausführungsform 40 des Wärmetauschers,
in dessen Inneren Kammwände 41a bis c und 42a bis c vorgesehen sind. Die Kammwände
41a bis c sind gewissermaßen als
Leitbleche ausgebildet und weisen
verlängerbare Enden 43a bis c auf, ferner ist der Neigungswinkel einstellbar. Auf
diese Weise läßt sich die Rauchgasströmung stärker oder weniger stark im Zick-Zack
ablenken, um den Jeweiligen Anforderungen genügen zu können. Zur Erhöhung des Wirkungsgrades
des Wärmetauschers ist eine starke Ablenkung erwünscht, Jedoch muß der Kaminzug
ausreichend bleiben. Die Kammwände 42a bis c sind mit dem Wärmeträger gefüllt -
im allgemeinen Wasser -, so daß in diesem Bereich eine Abkühlung mit Kondensatabscheidung
erfolgen kann.
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Die Neigung der Kammwände 42a bis c nach außen begünstigt die Ansammlung
von Kondensat in Jeweils einer Ecke, in der dann Jeweils ein Ableitungsrohr 44a
bis c vorgesehen ist. Die Ableitungsrohre 44a bis c münden in die Kondensatleitung
23 ein.
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Da die Kammwände 41a bis c nicht mit Wasser gefüllt sind, besteht
dort weniger Gefahr der Kondensatabscheidung. Die Ausi aßöffnung 45 des Rauchgases
ist so angeordnet, daß eventuell heruntertropfendes Kondensat von der Kammwand 42a
aufgefangen wird.
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Die Kammwände 41a bis c sind an einer lösbaren Wand 46 befestigt,
die einen bequemen Zugang ins Innere des Wärmetauschers zu Wartungszwecken ermöglicht.
Es wird sich nämlich Asche und Ruß in den Nischen oder Taschen des Wärmetauschers
ansammeln, da die Strömung dort am ruhigsten ist. Zur Erleichterung der Reinigung
des Wärmetauscherinneren können im übrigen Abdeckplatten 47a bis c auf den Kammwänden
42a bis c vorgesehen sein, die Kalk zur Neutralisation des Kondensats enthalten.
Wegen des Gehalts der Rauchgase an Schwefeldioxid, welches sich in Wasser löst und
verdünnte schweflige Säure bzw. Schwefelsäure ergibt,
ist eine
Neutralisation des Kondensats vor Einleitung in das Abwasser wUnschenswert. Die
Kalkplatten 47a bis c verwandeln sich allmählich in Gips und werden von Zeit zu
Zeit von dem Schornsteinfeger bei seiner Wartungsarbeit ausgetauscht. Entsprechendes
gilt für weitere Kalkplatten 48a bis c, die an den senkrechten Wänden aufgestellt
werden können.
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Der Vlarmetauscher 10 bzw. 40 kann aus einzelnen Segmenten zusammengestellt
werden, d.h., es wird nach dem Baukastensystem vorgegangen. Jeder Wärmetauscher
wird nach außen wärmeisoliert, was nicht weiter dargestellt worden ist.
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Fig. 6 zeigt das obere Ende des Rohrkamins 16 in vergrößerter Darstel
sng. Der Rohrkamin ist doppelwandig mit einer dazwischengeftigten Isolierschicht
ausgebildet und besteht aus dem gleichen säurebeständigen Material wie der Wärmetauscher
10 bzw.
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40. Oberhalb des Kondensatsammlers 17 ist eine Tropfsperre 51 vorgesehen,
die aus einem heruntergezogenen Blech besteht und an den Rohrwänden herunterlaufendes
Kondensat in den Kondensatsammler 17 hineintropfen läßt. Der Kondensatsammler 17
ist gleichzeitig als Wassersperre ausgebildet und kann insgesamt zu Reinigungszwecken
abgenommen werden. Es wird vorzugsweise eine schräge Trennfuge 52 vorgesehen, um
gleichzeitig einen bequemen Zugang in den waagrechten Ast des Rohrkamins 16 zu gewähren.
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Die Unterbringungsstelle des Wärmetauschers 10 bzw. 40 braucht nicht
in dem Dachboden erfolgen, beispielsweise kann der Wärmetauscher auch neben oder
oberhalb des Heizkessels 1 aufgestellt werden. Es ist eine Baugröße von etwa 70
auf 70 cm Grundfläche und einer Höhe von einem 1 m vorgesehen. Mehrere solcher Baugrößen
können parallel zueinander benutzt werden, wenn es sich um einen größeren Heizkessel
handelt.
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Anstelle der Verbindung des Wärmetauschers 10 bzw. 40 mit dem Doppelmantel-Warmwasserboiler
3 kann auch ein Anschluß an die Heizungsrücklaufleitung erfolgen, so daß das dem
Heizkessel zugeführte und aufzuheizende Wasser bereits eine höhere Anfangstemperatur
aufweist.
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Fig. 7 stellt ein weiteres Schema fUr den Einbau der neuen Vorrichtung
zur Gewinnung der Restwärme aus Rauchgas in eine Heizungsanlage dar. Es werden bisher
beschriebene Einzelteile verwendet und mit den gleichen Bezugszeichen belegt. Lediglich
der Doppelmantel-Warmwasserboiler ist abweichend ausgebildet und mit dem Bezugszeichen
60 belegt. Ein Innenmantel 61 ist mit der Vor- bzw. Rücklaufleitung 6, 7 verbunden,
während ein weiterer Innenmantel 62 mit dem Heizkessel 1 und ein dritter Innenmantel
63 mit einem Solarkollektor 64 in Verbindung stehen.
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Zu- und Rücklaufleitungen 65, 66 des Innenmantels 62 führen über eine
Umwälzpumpe 67 und ein Mischventil 68, so daß ein weiterer Heizungsverbraucher,
beispielsweise ein Wärmetauscher 69 für ein Schwimmbecken'versorgt werden kann.
Von dem Sonnenkollektor 64 führt eine Vor- und Rücklaufleitung 70, 71 zu dem
Innenmantel
63 und ggf. zu einem weiteren Wärmetauscher 72 für Fußbodenheizung. In die Rückleitung
71 sind Mischventile 73, 74 und eine Umwälzpumpe 75 angeordnet. Eine elektronische
Steuereinrichtung 76 ist über Fühlerleitungen 77, 78 mit dem Wärmekollektor 64 bzw.
dem Außenmantel des Wärmetauschers 60 verbunden und weist Steuerleitungen 79 für
die Umwälzpumpe 75, 80 für das Mischventil 74, 81 für den Sonnenkollektor 6 82 für
die Umwälzpumpe 8 und 83 für ein Mischventil 84 im Rauchgas-Umwälzkreis 7, 8 auf.
Es versteht sich, daß die Steuerelektronik 76 den örtlichen Gegebenheiten angepasst
ist und weitere Fühl- und Steuerleitungen aufweisen kann, ggf. aber auch weniger.
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Aus dem Heizkessel 1, der Rauchgas-Restwärme-Rückgewinnungsvorrichtung
40 und dem Sonnenkollektor 64 werden unterschiedliche Temperaturniveaus des Wärmeträgers
geliefert. Der Doppelmantel-Warmwasserboiler 60 kann diesem Umstand angepasst sein,
d.h., das Kaltwasser wird so durch einzelne Kammern im Inneren des Doppelmantel-Warmwasserboilers
60 geleitet, daß es in immer höhere Temperaturniveaus gelangt. Der Doppelmantel-Wärmetauscher
60 stellt somit ein vorzügliches Mittel dar, aus verschiedenen Quellen stammende
Energie in einen Verbraucherkreis, insbesondere den Warmwasserkreis, einzuspeisen.
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