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"Gebäudeheizeinrichtung"
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Die .Erfindung betrifft eine Gebäudeheizeinrichtung, bestehend aus
einem Feuerungsheizkessel mit einer Einrichtung zur Brauchwassereirwärmung und einem
Schornsteinabzug zur Ableitung der Rauchgase in die freie Atmosphäre.
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Es ist allgemein bekannt, daß von Feuerungsanlagen erzeugte Rauchgase
aggressive Bestandteile enthalten, die insbesondere beim Auftreten von Schwitzwasser
zur Säurebildung führen. Um der Gefahr der Schornsteinversottung vorzubeugen, werden
in neuerer Zeit die Schornsteininnenräume mit Keramikverkleidungen versehen. Die
eramikverkleidungen bestehen üblicherweise aus Keramikrohren, die abschnittweise
aufeinandergesetzt werden.
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Auch ältere Schornsteine können nachträglich mit derartigen Auskleidungen
versehen werden. Trotz dieser Schutzmaßnahmen dürfen Rauchgase nicht mit einer Temperatur
von weniger als 1800C in den Schornsteinabzug eintreten. Damit soll zusätzlich verhindert
werden, daß das Rauchgas vor Erreichen des Schornsteinendes seine Taupunkttemperatur
unterschreitet und damit Schlritzwasser abgibt. Vorsorglich werden deshalb die Rauchgase
allgemein mit Temperaturen von 220°C in die Schornsteine geleitet.
Die
hohe Rauchgastemperatur bedeutet jedoch einen erheblichen Wärmeverlust, der den
Gesamtwirkungsgrad beträchtlich herabsetzt. Der Wärmeverlust durch die Rauchgase
stellt den größten Anteil an allen den Wirkungsgrad beeinflussenden Verlusten dar.
Eine weitgehendere Wärmeausnutzung scheitertejedoch bisher am Einsatz von zu kostspieligem
Material und technisch zu aufwendigen Ausführungen für die zur Temperaturabsenkung
des Rauchgases notwendigen Wärmetauschereinrichtungen und der Rauchgaszüge.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Heizeinrichtung
so auszubilden, daß mit geringem technischen und Materialaufwand der Wärmeinhalt
des Rauchgases in einem weit höheren Maße ausgenutzt werden kann als dies bei den
bisher üblichen Einrichtungen möglich war.
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Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist gekennzeichnet durch
eine mehrstufige Heiz- und Brauchwasservorwärmung unter Verwendung von Rauchgasvorwärmern
und Rauchgaszügen aus gegen aggressive Rauchgasbestandteile widerstandsfähigem Material,
wobei sämtliche Vorwärmer mit Behältern zur Aufnahme der Wasseranteile der Rauchgase
verbunden sind. Durch die Verwendung von Vorwärmern aus .korrosionsfestem material
wird der Weg der Rauchgase zur Abgabe der Wärmemengen bis herab zur Raumtemperatur
vor ihrer Einleitung in den Schornsteinabzug.recht kurz gehalten, so daß mit einer
Gesamtanlage, die verhältnismäßig wenig Raum beansprucht,
eine erheblich
höhere Wärmegewinnung auch für kleine Hausanlagen möglich ist. Eine wesentliche
Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades und damit eine bedeutende Energieeinsparung
wird also hierbeimit einem geringen technischen Aufwand erreicht.
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Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Kunststoff für die von
geringen Wasserdrücken beaufschlagten Vorwärmer und für den Schornstein. Dadurch
können höhere Gewichte der beteiligten Elemente vermieden werden. Es ist nicht notwendig,
kostspielige korrosionsfeste Metalle einzusetzen, die, abgesehen von dem Gesichtspunkt
der Preisgestaltung zu einer wesentlich schwierigeren Fertigung führen würden.
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Besonders raumsparend ist die Anordnung eines Vorwärmers für den Brauchwasserboiler
des STelzkessels innerhalb eines Heizwasservorwärmers in Verbindung mit einem Auffangbehälter
für das sich bildende Schwitzwasser. Da Brauchwasser nicht ständig, sondern nur
von Zeit zu Zeit entnommen wird, ist zur Vermeidung einer Überhitzung der in dem
Heizwasservorwärmer angeordneten Brauchwasservorwärmer mit einem jedeYteifl'p'eratureizkörper
im Nebenschluß verbunden. Gleichzeitig ist dafür gesorgt, daß eine Umwälzpumpe für
das vorzuwärmende Brauchwasser zumindest während der Brenndauer des Heizkessels
id Betrieb ist. Der Zugang zum im Nebenschluß befindlichen Heizkörper ist ständig
geöffnet, so daß das Brauchwasser vom Vorwärmer aus ständig über den Heizkörper
t;Sulieren
kann und nur während einer Wasserentnahme aus dem Boiler die Zirkulation unterbrochen
ist.
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Weitere Einzelheiten und zusätzliche, einer Verbesserung des Erfindungsgegenstandes
dienende Merkmale sind in den Unteransprüchen angegeben.
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In der Zeichnung ist lediglich ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
rein schematisch dargestellt und nachstehend erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 eine Skizze der Gesamtanlage, Fig. 2 einen Längsschnitt
durch einen Teil des Schornsteins, Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Heizwasservorwärmer,
Fig. 4 den Querschnitt A-B durch den Vorwärmer gemäß Fig. 3, Fig. 5 einen Schwitzwasserbehälterquerschnitt,
Fig. 6 einen Neutralisierungsbehälter mit Seifenlaugenanschluß.
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Im einzelnen bedeuten: 1 - Heizkessel, 2 - Brenner, 3 - Boiler für
die Brauchwasseraufheizung, 4 - Brauchwasserfüllung, 5 - Verbindungsleitung'für
im Schwitzwasserbehälter entstehende brennbare Gase zum Brenner,
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- Rauchgasgebläse, 7 - SammelbehEltér für Schwitzwasser, 8 - Schwitzwasser, 9 -
Rauchgasableitung vom Schwitzwasserbehälter, 10 - Kunststoffwärmetauscher für Heizwasser,
11 - Kunststoffwärmetauscher für Heizwasser, 12 - Heizkörper für vorgewärmtes Brauchwasser,
13 - Niedertemperaturheizkörper, 14 - Schornsteinabzug, 15 - Drosselklappe für Kurzschlußverbindung
zum Schornsteinabzug, 16 - Vorlauf für Heizkörper (13), 17 - Schornsteinsockel,
18 - Behälter zur Brauchwasservorwärmung für hohe Drücke aus korrosionsfestem Metall,
19 - Wärmetauscherschlangen, 20 - großvolumiger KunststoffwärmeOauscher für hohe
Temperaturen bis ca. 300 C, 21 - Rücklauf aus dem Heizkörper (12), 22 - Frischwasseranschluß,
23 - Umwälzpumpe für Brauchwasservorwärmung, 24 - Sammelbehälter für Schwitzwasser,
25 - Kesselrücklauf, 26 - Schwitzwasser, 27 - Rauchgasanschluß für Kessel, 28 -
Umwälzpumpe für Heizwasser, 29 - Kesselvorlauf, 30 - Vorlaufanschluß des Brauchwasservorwärmers(18)
für Boiler (3) und Heizkörper (12), 31 - Brauchwassel5nahme, s 32 - Schornsteinaußenwand,
33 - Schaumstoffüllung, 34 - Schornsteininnenwands 35 - Rauchgasanschluß,
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- Vorlaufanschluß für Heizwasser im Vorwärmer (10 bzw. 11), 37 - äußerer Wassermantel
des Heizwasservorwärmers (10 bzw. 11), 38 - Stabilisierungslamellen, 39 - Abgas,
40 - Wassermantel des inneren Wärmetauschers, 41 - innerer Wärmetauscher, 42 - Rücklauf
des inneren Wärmetauschers, 43 - Rücklauf des äußeren Wärmetauschers, 44 - Vorlauf
des inneren Wärmetauschers, 41a - Haltestreben des inneren Wärmetauschers, 45 -
Neutralisierungsbehälter, 46 - Verbindungsleitung zum Kesselbrenner, 47 - abnehmbarer
Behälterverschluß, 48 - im Schwitzwasserbehälter entstehende Wasserstoff- bzw. Schwefelwasserstoffgase,
49 - Stahlwolle als Neutralisierungsmittel für Schwitzwasser, 50 - Schwitzwasser,
51 - Rücklaufleitung des Vorwärmers (18) (Fig. 1), 52 - Neutralisierungsbehälter,
53 - Seifenlauge, 54 - Zuleitung aus Kondensatsammler, 55 - Anschluß für Abwasserentlüftung,
56 - Abwasserleitung, 57 - Förderpumpe für neutralisiertes Abwasser, 58 - Waschmaschine.
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Die Heizgase verlassen den mit einem Brauchwasserboiler 3 ausgerüsteten
Kessel 1 über ein Abgasrohr 27 und treten in einen Heizwasserwärmetauscher ein.
Dieser Wärmetauscher 20, der aus Kunststoff gefertigt ist, bildet einen Wassermantel.
Der Wassermantel enthält'Heizwasser, das einem vom Kesselkreislauf 1 unabhängigen
Wasserkreislauf zugeführt wird. Es verläßt bei 16 den Wärmetauscher und wird zum
Heizkörper 13 geführt. Von dort gelangt das Wasser in einen Kunststoffvorwärmer
10, der von Abgasen durchströmt wird. Das Wasser strömt gegen die Richtung
der
Abgase und tritt am Ende des Vorwärmers 10 in einen zweiten Rauchgasvorwärmer 11
ein, der ebenfalls aus Kunststoff besteht, wobei wieder ein Gegenstrom erzeugt wird.
Von dort gelangt das Wasser über eine Pumpe 28 zurück in den Wärmetauscher 20. Das
Wasser im Wärmetauscher 20 kühlt den Kunststoffinnenmantel soweit ab, daß er die
hohen Heizgastemperaturen von ca. 3000C verträgt.
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Die Heizgase durchströmen nach dem Austritt aus dem Wärmetauscher
20 zunächst den Vorwärmer 11, gelangen über das Sauggebläse 6 in einen Schwitzwasserbehälter
7. Dort schlägt sich der Rest des Schwitzwassers nieder. Es ist mit 8 bezeichnet.
Der ph-Wert liegt bei 3. Die Abgase verlassen über das Rohr 9 den Schwitzwasserbehälter
7 , durchströmen den Vorwärmer 10 und gelangen in den Kamin 14. Unterhalb des Wärmetauschers
20 befindet sich ein erster Schwitzwasserauffangbehälter 24, der Schwitzwasser 26
mit einem ph-Wert von etwa 2,2 sammelt. Das Schwitzwasser in diesem Behälter verdunstet
zum weitaus größten Teil und gelangt mit dem Rauchgas in den Schwitzwasserbehälter
7. Dabei verbleibt ein Rückstand bzw. Bodensatz zurück, der zum großen Teil aus
Schwefels säure besteht. Der Behälter 24 dient praktisch nur zur Zwischenlagerung.
Aus dem Behälter 7 kann das Schwitzwasser abgenommen werden Die Verdunstung aus
dem Behälter 24 wird durch einen großen Übergangsquerschnitt zwischen diesem und
dem Heizwasserwärmetauscher 20 erleichtert.
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In dem Wärmetauscher 20 ist ein Brauchwasservorwärmer 18 angeordnet.Er
weist einen Frischwasseranschluß 22 auf. Am oberen Ende ist ein Ablaufanschluß 30
vorgesehen. Sobald Brauchwasser
aus dem Boiler 3 entnommen wird,
strömt aus dem Vorwärmer 18 das vorgewärmte Brauchwasser über die Leitung 30 in
den Boiler 5 Die Boilerabnahme ist mit 31 bezeichnet. Wird jedoch vom und Boiler
3 kein Wasser entnommen erwärmt sich das Wasser im Vorwärmer 18 stark, so steigt
es über eine Rohrleitung in einen Heizkörper 12, von wo es nach entsprechender Abkühlung
über die Leitung 21 und die Pumpe 23 in einen unteren Anschlußbehälter 18a zurückgelangt,
der unterhalb des Vorwärmers 18 angeordnet ist und mit diesem über die Schlangenleitungen
19 verbunden ist.
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Von dort wird das Wasser durch den Druck der Pumpe 23 nach oben in
den Behälter 18 gedrückt, wo es wieder nach unten sinken kann, und zwar in den Saugstutzen
der Pumpe 23. Es bildet sich somit ein Kreislauf. Ein Teil wird dabei immer über
den Heizkörper 12 abgeführt, da auch der Heizkörper 12 am Saugstutzen der Pumpe
23 hängt. Der Behäler 18 ist ein Hochdruckbehälter, da er mit dem Frischwasserdruck
beaufschlagt wird.
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Die Vorwärmer 10, 11 und der Wärmetauscher 20 sind als Niederdruckvorwärmer
nur mäßigen Temperaturen ausgesetzt und aus Kunststoff . Der Wärmetauscher 20 verträgt
trotz der relativ hohen Heizgastemperaturen die Wärmezufuhr, da sein innerer Mantel
ständig vom Wassermantel gekühlt wird, der Temperaturen von mehr als 350C nicht
aufweist.
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Der Schwitzwasserbehälter 7 ist mit einem Rohranschluß 5 versehen,
aus dem die leichteren Anteile des Rauchgases, wie beispielsweise
Wasserstoff
abgezogen werden. Diese geringen Wasserstoffanteile werden der Verbrennungsluft
beigemischt und dem Brenner zugeführt, wo sie dann verbrannt werden können.
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Der wesentliche Vorteil des gezeigten Ausführungsbeispiels ist, daß
den Rauchgasen, sobald sie den Kessel verlassen haben, die Wärme bis herab zur Umgebungstemperatur
entzogen wird. Bisher konnten den Rauchgasen nur wesentlich geringere Wärmemengen
entnommen werden und zwar nur auf dem kurzen Weg innerhalb des Kessels zum unmittelbaren
Schornsteinanschluß. Die beiden Heizkörper12- und 13 sind als Niedertemperaturheizkörper
ausgebildet.
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Die Drosselklappenfür den unmittelbaren Schornsteinanschluß, also
einem Kurzschluß unter Umgehung der Vorwärmer 10 und 11 öffnet sich selbstständig
sobald das Gebläse 6 ausfallen sollte.
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Der Schornstein wird von einem massiven Sockel 17 getragen und besteht
aus einer äußeren, statische Aufgaben übernehmenden Außenwand 32, einer glatten
Kunststoffauskleidung 34 im Innenraum und einer dazwischenliegenden Kunststoffschaumfüllung
33 zur Verbindung dieser beiden Schalen.
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In dem gezeigten Beispiel gemäß Figuren 3 und 4 sind röhrenförmige
Heizwasservorwärmer gezeigt, die aus zwei konzentrisch in-einanderruhenden Wärmetauschern
mit einem inneren Wassermantel 40 und einem äußeren Wassermantel 37 bestehen. Der
innere Wärmetauscher besteht aus kreisförmigen Rippen 41 mit Vor- und RUcklaufanschlüssen
44 bzw. 42 Gehalten wird der innere Wärmetauscher
in dem äußeren
mittels Haltestreben 52. Diese Form der Wärmetauscher führt zu einer kompakten Bauweise
und damit guten Raumausnutzung.
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Ein Neutralisierungsbehälter 45 kann das in dem Sammelbehälter niedergeschlagene
und gesammelte Schwitzwasser übernehmen, um es mit Stahlwolle zu neutralisieren.
Das bei der Neutralisierung entstehende Schwefelwasserstoffgas verläßt den Behälter
über eine Leitung 46 und wird dem Brenner 2 des Kessels zugeführt. Ein nicht dargestelltes
Ventil gibt in Abhängigkeit von der Brenndauer den Strömungsquerschnitt frei.
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Das anfallende Schwitzwasserkondensat kann wahlweise auch mit Seifenlaufe
neutralisiert werden, die in jedem Haushalt anfällt. Zu diesem Zweck kann ein Neutralisierungsbehälter
52 aus Kunststoff mit einem Zuleitungsanschluß 54 für das Kondensat und mit einem
Anschluß 56 für Seifenlauge (Abwasser) aus einer Waschmaschine 58 ausgerüstet werden.
Das mit Seifenlauge (pH-Wert 9-10) neutralisierte Schwitzwasserkondensat (pH-Wert
2-3) kann mit einem pH-Wert 6-7 durch eine Förderpumpe 57 in die Abwasserkanalisation
gepumpt werden. Sobald der Behälter 52 zu 60% mit Seifenlauge gefüllt ist, wird
automatisch durch Betätigen eines Niveauschalters Schwitzwasserkondensat hinzugepumpt,
bis das Restvolumen aufgefüllt ist. Die Verfahrensschritte sina auch in umgekehrter
Reihenfolge möglich.
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Durch die Neutralisierung mit Seifenlauge wird nicht nur verhindert,
daß Säureanteile mit dem Rauchgas in die freie
Atmosphäre gelangen,
sondern die Abwasserkanalisation wird von stark basischem Abwasser mit einem pH-Wert
von 9-10 entlastet. Das neutralisierte Abwasser ist bereits für in den Klärwerken
vorzunehmende biologische Abwasserreinigung aufbereitet.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe ist mittels konstruktiv einfacher Anlagenteile
gelöst. Die Gefahr der Schornsteinversottung und Zerstörung der Anlage durch aggressive,
in Feuchtigkeit gelöste Bestandteile wird durch das aufgefangene und neutralisierte
Schwitzwasser verhindert.
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Die in die freie Atmosphäre gelangenden Rauchgase sind bis auf vernachlässigbare
Reste frei von Schadstoffen.
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Die Ausführung des Schornsteines zumindest mit einem Innenrohr oder
einer Innenauskleidung aus Kunststoff führt zu äußerst geringen Strömungswiderständen,
so daß gegebenenfalls das Rauchgasgebläse eingespart werden kann.
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