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Vorrichtung zum Erwärmen von Fluiden zwecks Beheizung von
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Gebäuden Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erwärmen von
Fluiden zwecks Beheizung von Gebäuden, durch Verbrennung flüssiger oder gasförmiger
Brennstoffe, Übertragung der Verbrennungswärme auf das Fluid und Abführen der Abgase.
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Bei der herkömmlichen Beheizung von Gebäuden wird in einem Brenner,
beispielsweise Heizöl oder Erdgas, verbrannt und die Flammgase gegen die äußere
Oberfläche eines das Heizmedium führenden gesonderten Kessels gelenkt. Dabei geben
die Flammgase ihre Wärmeenergie an das Heizmedium, beispielsweise Wasser, ab und
werden dann üblicherweise in einem gesonderten Schornstein in die freie Atmosphäre
geführt.
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Diese Heizanlagen weisen eine Reihe von Nachteilen auf, die bisher
noch nicht behoben werden konnten. So ist beispielsweise für den Heizkessel je nach
abzugebender Leistung
ein mehr oder weniger großer Raum notwendig.
Weiterhin ist der Wirkungsgrad derartiger Anlagen noch unbefriedigend. Der Wirkungsgrad
derartiger Anlagen liegt oft nur in der Große von 50 bis 6o O gerechnet über das
Jahresmittel. Darüber hinaus sind die konventioncllen Heizungsanlagen, bestehend
aus Heizkessel und gesondertem Schornstein, sehr teuer.
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Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, die obengenannten
Nachteile zu vermeiden und eine Heizungsanlage zu schaffen, die raumsparender und
kostengünstiger ist und mit einem höheren Wirkungsgrad arbeitet.
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Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art
gelöst durch ein koaxiales Rohrsystem in vorzugsweise vertikaler Anordnung, in dessen
Innenrohr aus vorzugsweise rostfreiem Stahl am unten liegenden Ende ein Brenner
eingeführt ist, wobei das Innenrohr gleichzeitig als Verbrennungsraum und Abgasführung
bis in die freie Atmosphäre dicnt, dessen Außenrohr durch geeignete Abstandshalter
zum Innenrohr in Lage gehalten ist, wobei der Zwischenraum zwischen Innen- und Außenrohr
von dem zu erwärmenden Fluid durchströmt ist und das Außenrohr durch eine Wärmeisolationsschicht
gegenüber der Umgebung thermisch isoliert ist.
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Zdg-verluste treten kaum auf, da das innere Metallrohr gegenüber einem
normalen Schornstein nur einen geringen Querschnitt aufweist. Außerdem weist dieses
System eine geringe thermische Trägheit auf, da es in Leichtbauweise erstellt ist.
Wegen der geringen Zugverluste und der schnellen Einstellung des stationären Arbeitspunktes
ergibt sich der höhere Wirkungsgrad einer solchen Anlage gegenüber einer Anlage
nach konventioneller Bauweise Von Vorteil ist, daß
der ztlgvermindernde
wassergekühlte geringe Querschnitt des Illnenrollres durch einen entsprechenden
Brennerlufttüberdruck beaufschlagt werden darf, ohne daß Undichtigkeiten des Rohres
beftirchtet werden essen. Mit besonderem Vorteil wird cin iieißgasbrenner modernster
Bauweise, wie er z.B. von der Firma BLiN entwickelt wurde, eingesetzt, der nahezu
rußfrei arbeitet. Mit besonderem Vorteil ist die Drennerflamme in Richtung der Rohrlängsachse
gerichtet. Dadurch wird gewährleistet, daß das inncre Metallrohr sich an keiner
Stelle übermäßig erhitzt. Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist zwischen
dem Innenrohr und dem Außenrohr eine wärmeisolierende Trennschicht vorgesehen und
das Fluid durchströmt zunächst den Ringraum zwischen der Trennschicht und dem Außenrohr
iind strömt dann im Zwischenraum zwischen dem Innenrohr und der Trennschicht im
Gegenstrom zu den Heizgasen zurück. Die Trennschicht besteht dabei zweckmäßigerweise
aus einem flexiblen Kunststoffrohr, kann aber auch als doppelwandiges Wellrohr ausgebildet
sein, wobei zwischen den einzelnen Wellrohren eine Luftschicht oder Wärmeisolationsmaterial
vorhanden ist. Diese Maßnahme bewirkt, daß Zu- und Abfluß für das aufzuheizende
Fluid an einem Ende des Rohrsystems angebracht werden können. Zu- und Alslauf sind
zweckmäßigerweise am unteren Ende in der Nähe des Brenners angemacht. Auf eine gesonderte
Rückführung des erwärmten Mediums kann somit verzichtet werden. Dieses Problem kann
man auch dadurch lösen, daß man den Abstandshalter als wendelförmig um das Innenrohr
herumgeformtes Wellrohr aus vorzugsweise nichtrostendem Stahl herstellt. Das zu
erwärmende Fluid wird dabei zunächst durch das Abstandshalterwellrohr hindurchgeleitet,
tritt am oberen Ende aus diesem aus und durchströmt den Ringraum zwischen Innen-
und Außenrohr von oben nach unten, wobei es zunehmend erwärmt wird. Damit das koaxiale
Rohrsystem in den Längen, in denen es eingesetzt wird, ohne Flanschverbindung oder
ähnliche Verbindungen herstellbar ist, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, sowohl
das Innenrohr als auch das Außenrohr als
längesnahtgeschweiße Wellrohre,
vorzugsweise aus nichtrostendem Stahl auszubilden. Auf diese Weise hergestellte
Wellrohre können in nahezu unbegrenzten Längen gefertigt werden. Zweckmäßigerweise
wird man zur Herstellung des koaxialen Rohrsystems von den Wellrohren mit unterschiedlichem
Durchmesser eine bestimmte Länge ablängen, dabei das Innenrohr mit dem Abstandshalter
versehen uni dieses Gebilde in das Außenrohr einschieben. Die Abdichtung des oberen
Ringraumes sowie die Herstellung der Anschlußverbindungen für den Heizwasserzu-
und ablauf werden bereits werksseitig vorgenommen. Es besteht aber auch die Möglichkeit,
das koaxiale Rohrsystem in einem kontinuierlichen Arbeitsprozeß herzustellen, von
diesem die benötigten Längen abzuschneiden und wie eben beschrieben, zu konfektionieren.
Mit besonderem Vorteil wird der Zwischenraum zwischen den Rohren bzw. das Abstandshalterwellrohr
vom Heizwasser einer Heizungslage durchströmt. Dabei ist es ohne Belang, oh es sich
um einen Neii- o(ler Altbau handelt. Dadurch, daß das Rohrsystem flexibel ist, 1
kann es auch in bereits bestehende Schornsteine nachträglich eingeführt werden.
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Die Erfindung ist anhand der in den Figuren 1 bis 3 schematisch dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Die Figuren zeigen den Erhizerteilt einer Warmwasserheizungs anlage,
welche im wesentlichen aus einem koaxialen Rohrsystem 1, welches in nahezu vertikal
er Richtung angeordnet ist und einem Brenner 2 , in welchem beispielsweise heizöl
oder Erdgas verbrannt wird, besteht. Das Rolirsyst em 1 besteht. aus einem Innenrohr
3, sowie einem Außenrohr 4, welche beide als längsahtgescweißte tind gewellte Edelstahirohre
ausgebildet sind. Die Rohre 3 und 4 weisen unterschiedliche Durchmesser auf und
werden durch aine Abstandshalterwendel 5 aus geeignetem Material, beispielsweise
eine Drahtwendel o.ä. zueinander in koaxialer Lage gehalten. Auf diese Weise entsteht
zwischen den Rohren 3 und 4 ein Ringraum 6, welcher durch
einen
Zulauf 7 mit dem Rücklauf der lleizungsanlage verbunden ist. Das aufzuheizende Fluid,
in den meisten Fällen wird dies Wasser sein, durchströmt den Ringraum 6 von oben
nach unten, wobei es durch die Rohrwandung 3 zunehmend Energie aiis den Fiammgasen
aufnimmt und nach Erreichen der Vorlauftemperatur über den Rohrstutzen ö, dem Vorlauf
der Heizungsanlage zugeführt wird. Um Wärmeverlllste zu vermeiden, ist das Außenrohr
4 mit einer thermischen Isolierschicht 9, vorzugsweise auf der Basis von Polyurethan
versehen, welche durch ein weiteres Wellrohr 10 umhüllt ist.
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In Abänderung des in der Figur 1 dargestellten Ausfiihrungsbeispiels
ist die Abstandshalterwendel 5 in der Figur 2 als metallisches Wellrohr, vorzugsweise
ebenfalls aus Edelstahl, ausgebildet. Dadurch entsteht der Vorteil, daß die Anschlußstutzen
7 und 8 für den Vor- und den Rücklauf beide am unteren Ende angeordnet sind, wodurch
die Anschlußtechnik vereinfacht wird. Das Wellrohr 5 ist dabei an den Rücklauf angeschlossen
und leitet, da es an scinem oberen Ende offen ist, das Wasser in den Ringraum 6,
welches dann wiederum im Ringraum 6 zum Anschlußstutzen 8 zurückströmt.
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Bei dem in der Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Ringraum
6 durch ein Trennrohr 12 in nahezu zwei gleiche Querschnitte aufgeteilt0 Das TE1lnrohr
12 ist über Abstandshalter 5 und 13 zu den Rohren 3 und 4 konzentrisch gehalten.
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Das Wasser des Rücklaufs strömt durch den Anschlußstutzen 7 in den
Ringraum zwischen dem Trennrohr 12 und dem Wellrohr 4 und strömt dann von oben nach
unten durch den Ringraum zwischen dem Trennrohr 12 und dem Innenwellrohr 3 zum Anschlußstutzen
8 zurück. Auch diese Ausführungsform verbessert die Anschlußtechnik, da die Anschlußstutzen
7 und 8 in nahezu gleicher Höhe am unteren Ende des Rohrsystems 1 angeordnet sind.Allen
dargestellten Ausführungsbeispielen ist gemein, daß zumindest der oben liegende
Bereich zwischen dem Innen-
rohr 3 und dem Außenrohr 10 feuchtigkeitsdicht,
vorzugsweise durch eine verschweißte Metallplatte 14 abgedichtet ist.
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Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß es gelungen
ist, eine bauliche Einheit von Schornstein und Kessel herzustellen. Der Wirkungsgrad
einer Vorrichtung gemäß der Lehre der Erfindung wird einem um etwa 20 % höheren
jährlichen Wert als herkömmliche Heizungsanlagen aufweisen. Die beschriebene Vorrichtung
hat nämlich wesentlich geringere Zugverluste als normale Schornsteine. Außerdem
wird aufgrund der leichten Bauweise eine geringe thermische Trägheit erreicht, was
zu einem schnellen Erreichen des stationären Arbeitspunktes der Anlage führt. Darüber
hinaus benötigte die Anlage wesentlich weniger Platz als herkömmliche Heizungsanlagen.
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Insbesondere, wenn man, wie in den Figuren dargestellt, als Rohre
sogenannte Wellrohre verwendet, erhält man ein flexibles System, welches man auch
in Altbauten nachträglich in bereits bestehende Schornsteine einziehen kann. Dies
wird immer dann der Fall sein, wenn entweder der Schornstein oder aber der Kessel
defekt ist und ersetzt werden muß.
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Aber auch in Neubauten und hier insbesondere solchen, die in Fertigbauweise
erstellt werden, läßt sich die erfindungsgemäße Heizungsanlage mit Vorteil einsetzen.
Die in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Rohrsysteme werden zweckmäßigerweise werksseitig
konfektioniert, indem man in das thermisch isolierte Rohr 4, das mit der Abstandshalterwendel
5 bzw.
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dem gewellten Metallrohr versehene Innenrohr 3 einschiebt, die Anschlüsse
7 und 8 anbringt und das Rohrsystem an seinen Stirnflächen zwischen dem Innenrohr
3 und dem Rohr 10 abdichtet. Es ist aber auch möglich, in einem kontinuierlichen
Arbeitsprozeß große Längen des Rohrsystems 1 herzustellen und von diesen großen
Längen die gewünschte Länge abzutrennen und dann zu konfektionieren wie beschrieben.
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Die Erfindung beschränkt sich selbstredend nicht auf die in den Figuren
dargestellten Ausführungsbeispiele unter Verwendung von Wellrohren und einer äußeren
Isolierschicht aus Polyurethan0 So könnte es auch denkbar sein, starre Rohre zu
verwenden. Auch die äußere Isolierschicht könnte als Mineralisolierung ausgebildet
sein, beispielsweise in Form einer Schüttisolierung oder einer Umwicklung mit Mineralwolle.
Zur Verbesserung des optischen Eindrucks sollte die Nineralisolierung von einer
Umhüllung umgeben sein.
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