DE2914528A1

DE2914528A1 - Rauchgas-abzugsrohr fuer feuerungsanlagen

Info

Publication number: DE2914528A1
Application number: DE19792914528
Authority: DE
Inventors: Volker Karl Reindl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-04-10
Filing date: 1979-04-10
Publication date: 1980-10-16

Description

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Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Rauchgas-Abzugsrohr für Feuerungsanlagen, wie z.B. Heizkessel, Industrieöfen oder dgl.

Bei den bisher bekannten Zentralheizungsanlagen wird sowohl das warme Brauchwasser als auch das Wasser für das Zentralheizungsnetz im gleichen Heizkessel erwärmt. Dies hat zur Folge, daß beispielsweise jede Entnahme von Warmwasser aus dem Warmwasserkreis durch eine entsprechende Menge Kaltwasser aus dem Wasserleitungsnetz ergänzt werden muß. Da dieses Kaltwasser üblicherweise eine Temperatur von ca. 8⁰C oder weniger hat, kühlt es bei seiner direkten Einspeisung in den Brauchwasserkreislauf des Heizkessels das in diesem Kessel befindlidie, auf ca. 60 bis 8O⁰C S oll-Temperatur erwärmte Brauchwasser ab. Das Einschalten der Heizung ist die normale Folge. Ebenso muß bei Einschalten der Zentralheizung nach erfolgter Stilllegung während der Nacht oder während eines Wochenendes bzw. bei einem Betrieb mit Temperaturabsenkung während der Nachtstunden am nächsten Morgen der völlig bzw. stark abgekühlte Heizwasserkreislauf wieder auf eine höhere Vorlauftemperatur gebracht werden. Zu diesem Zweck muß die Kesselheizung über längere Zeit eingeschaltet werden. Die während des Betriebs der Kesselheizung entstandenen Rauchgase, welche Temperaturen von 200 bis 25O⁰C aufweisen, werden über ein mehr oder weniger langes Rauchgas-Abzugsrohr in den Abzugskamin geleitet.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, das Rauchgas-Abzugsrohr so auszubilden, daß der Wärmeinhalt dieser Rauchgase für die Vorheizung des bei Warmwasserentnahme in den Heizkessel nachlaufenden Kaltwassers bzw. für die Vorheizung des stark abgekühlten Heizwasserkreislaufs des Zentralheizungssystems ausgenutzt werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

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Im einfachsten Falle besteht das erfindungsgemäße Rauchgas-Abzugsrohr aus zwei konzentrisch zueinander angeordneten Rohren, die vorzugsweise durch als Strömungsleitbleche ausgebildete Stege in einem bestimmten Abstand zueinander gehalten sind, wobei im zentralen Innenraum des innenliegenden Rohres die Rauchgase und in der von den beiden konzentrischen Rohren gebildeten Ringkammer das zu erwärmende Fluid strömt. Dieses Fluid ist in aller Regel Wasser. Es kann jedoch für den Zentralheizungskreislauf auch eine für diesen Zweck an sich bekannte andere Flüssigkeit vorgesehen sein. Im Prinzip ist die Erfindung auch auf eine Umluftheizung anwendbar, wobei dann als durch die Rauchgase zu erwärmendes Fluid Kaltluft in der zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr gebildeten Ringkammer strömt.

Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung besteht das Rauchgas-Abzugsrohr aus mehreren in axialer Richtung aneinander reihbaren und miteinander starr verbindbaren Teilgliedern, von denen jedes eine geschlossene Ringkammer mit Fluiddurchgangsöffnungen zu den benachbarten Ringkammern aufweist. Bei diesen Teilgliedern ist der Durchmesser des inneren Rohres den Normdurchmessern des Abzugrohrstutzens am Heizkessel angepaßt. Bei dieser besonderen Ausführungsform der Erfindung kann das Rauchgasabzugsrohr ähnlich einem Heizkörper oder Gliederheizkessel aus einer beliebigen Anzahl von Teilgliedern zusammengesetzt werden, bis die gewünschte Rohrlänge erreicht ist.

Im einfachsten Falle bestehen die Teilglieder aus hohlen Gußringen. Beim Zusammensetzen dieser Gußringe wird aus der zentralen Öffnung der einzelnen hintereinander angeordneten Teilglieder das Abzugsrohr für die Rauchgase gebildet. An die Ringkammer des letzten Teilgliedes dieses so zusammengesetzten Rauchgas-Abzugsrohrs wird der Kaltwasserzulauf angeschlossen, während die Kaltwasserverbindung zum Heizkessel an die erste Ringkammer angeschlossen ist.

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Bei der Entnahme von erwärmtem Brauchwasser an irgendeiner Entnahmestelle des Warmwassernetzes muß nun die entnommene Warmwassermenge durch eine entsprechende Kaltwassermenge aus der Frischwasserleitung ergänzt werden. Bei der Zumischung dieses Kaltwassers sinkt nun die Soll-Temperatur für das auf Vorrat gehaltene erwärmte Brauchwasser im Heizkessel ab, so daß ein Temperaturmeßfühler ein entsprechendes Signal an den Reglerkreis der Heizung gibt, der seinerseits die Heizung im Heizkessel einschaltet. Die während dieser Aufheizperiode entstehenden Rauchgase erwärmen auf ihrem Weg durch das Rauchgas-Abzugsrohr das durch die Ringkammern hindurch in den Warmwasserboiler des Heizkessels einströmende Kaltwasser und kühlen sich während dieses Wärmeentzugs ab. Je nach Länge des Rauchgas-Abzugsrohrs und der Wärmetaus eher-Fläche auf der Rauchgas bzw. Kaltwasserseite wird das einströmende Kaltwasser vorgewärmt, so daß bei seiner Vermischung mit dem im Warmwasserboiler vorhandenen Warmwasser die Abkühlung dieses Warmwassers wesentlich geringer ist als es ohne diese Vorwärmung wäre. Damit verringert sich auch die Aufheizzeit zur Wiedererreichung der Soll-Temperatur und zwangsläufig auch der Brennstoffverbrauch.

Zur Verbesserung des Wärmeübertragungswirkungsgrades zwischen den Rauchgasen und dem zu erwärmenden Fluid können an den Wärme au stau sch-Flächen sowohl der fluiddurchströmten Ringkammer als auch auf der von den Rauchgasen durchströmten Seite des Innenrohrs die Wärmeaustausch-Fläche vergrößernde Einrichtungen und/oder Strömungsverwirbelungs-Einrichtungen vorgesehen sein. Als die Wärmeaustauschfläche vergrößernde Einrichtungen kommen z.B. Rippen, Wellrippen, Stege, Stacheln oder dgl., als strömungsverwirbelnde Einrichtungen z.B. besondere Oberflächen-Rauhigkeiten und -strukturen, Strömungsumlenkbleche, Schikanen oder dgl. in Frage. Durch spiralig angeordnete Kühlrippen in der Ringkammer wird sowohl eine Vergrößerung der Wärmeaustausch-Fläche als auch eine Verwirbelung des Kühlfluids erreicht. Auf der Rauchgasseite scheinen Rippen, Stege, oder dgl. wenig sinnvoll, will man die Reinigungsmöglichkeit des

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Rauchgaskanals im Abzugsrohr durch den Kaminkehrer nicht beeinträchtigen. Hier empfiehlt sich zur Vergrößerung der Wärmeaustausch-Fläche evtl. eine gewellte Oberfläche, die gleichzeitig auch für eine den Wärmeübergang ebenfalls verbessernde Verwirbelung sorgt.

Da das Kaltwasser aus dem Frischwasserleitungsnetz sofort während der Warmwasserentnahme nachläuft, der Temperaturfühler in der Regel aber erst nach einer gewissen Vermischungszeit zwischen Warm- und Kaltwasser auf die veränderte Temperatur im Warmwasserboiler anspricht, sind entsprechende Regelungsmaßnahmen erforderlich. Um das sofortige Einschalten der Heizung bei Beginn des Kaltwasserzulaufs zu erreichen, kann entweder das Einschalten der Heizung durch die beginnende Warmwasserentnahme aus dem Warmwasserboiler bewerkstelligt werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Temperaturfühler im Warmwasserboiler im Bereich des Kaltwasserzulaufs so anzuordnen, daß er vom Kaltwasser strom angespült wird und dabei ohne jede Verzögerung einen Steuerbefehl an die Heizung gibt. Damit ist gewährleistet, daß schon bei Beginn des Kaltwasserzulaufs bereits heiße Rauchgase im Rauchgas-Abzugsrohr zur Verfügung stehen, die das zuströmende Kaltwasser vorwärmen.

Sinngemäß läßt sich ein entsprechend langes Rauchgas-Abzugsrohr auch so umgestalten, daß zwei getrennte Einheiten von zusammengesetzten Gußringen vorgesehen werden, und zwar die eine für die Vorwärmung des in den Warmwasserboiler einströmenden Kaltwassers und die zweite für die Vorwärmung des Rücklaufs des Heizungssystems. So würde z.B. bei Aufheizen am Morgen auf Soll-Temperatur das gesamte Heizungswasser nach Einschalten des Brenners bereits stark vorgewärmt werden, ehe es in den Kessel gelangt.

Da bei einem Zentralheizungssystem die in dem Zentralheizungskessel enthaltene aufgeheizte Wassermenge nur einen geringen Anteil des im gesamten Rohr- und Heizkörpersystem befindlichen Vorlaufwassers ausmacht,

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ist die Abkühlung des in diesen Systemen befindlichen Vorlaufwassers entsprechend groß und damit die Aufzeizzeit der Heizung zur Wiedererwärmung des Vorlaufwassers auf die geforderte Soll-Temperatur entsprechend lang.

Durch das erfindungsgemäße Rauchgas-Abzugsrohr verkürzt sich durch das in den Gußringen bereits vorgewärmte Wasser die Aufheizzeit ganz wesentlich, da ja die Gußringe praktisch zusätzliche Kapazität zum Heizkessel selbst darstellen. Vom Rauchgas-Abzugsrohr nach der Erfindung wird aber keinerlei zusätzliches Heizmaterial verbraucht, da hier nur den in die Atmosphäre abströmenden Rauchgasen aus dem Heizkessel die Wärmeenergie entzogen wird, die bisher nur ungenützt verpuffte.

Diese Erfindung ist sowohl für bereits bestehende Bauten als auch für noch zu planende geeignet, da in jedem Fall eine Verbindung des Zentralheizungskesseis mit dem Abzugskamin vorhanden ist oder hergestellt werden muß.

An Stelle von Gußmaterial für die einzelnen Glieder des Rauchgas-Abzugsrohrs könnte aber ebenso Stahl oder ein anderes geeignetes Material verwendet werden. Elemente für die Reinigung oder Überprüfung des Abzugsrohrs durch den Kaminkehrer können ohne weiteres in das Rauchgas-Abzugsrohr eingebaut werden.

So könnten die Gußringe bei entsprechend vorbereitetem Kessel direkt mit dem Kessel verbunden werden, es wären also praktisch Kessel und Abzugsrohr eine Einheit. In diesem Fall ist auch eine direkte Einleitung des vorgewärmten Wassers in den Kessel gegeben, also ohne Rohrstücke.

Diese Art der Vorwärmung ist unabhängig vom Brennstoff; sie ist für feste, flüssige oder gasförmige Brennstoffe gleich gut geeignet, da ja nur die heiße Abluft ausgenützt wird.

Ebenso spielt die Größe des Kessels keine Rolle, ist also für den kleinsten Familienhaushalt ebenso geeignet wie für Mietobjekte, große Industrie-, Fernheiz- oder sonstige Anlagen.

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Eine Änderung der Form der Ringe bedeutet keinesfalls eine Änderung der Grundidee der Erfindung.

Ein Vorwärmen des Wassers auf ca. 50⁰C und mehr ist je nach Länge und Querschnitt der Vorwärme-Einheit als durchaus realistisch anzusehen. Bei Anlagen, an deren Kessel keine Vorbereitung für die Befestigung der Gußringe vorhanden ist, wo also die Verbindung der Ringelemente mit dem Kessel und in den·Abzugskamin noch mit herkömmlichen Rohrstücken erforderlich ist, sind Adapterringe als Anfangs- und Abschlußglieder möglich, die einen luftdichten Übergang gewährleisten.

Die Erfindung soll nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen näher erläutert werden; es zeigen:

Fig. 1 ein Rauchgas-Abzugsrohr für eine Feuerungsanlage, bei dem

zwei verschiedene Kaltwasserkreisläufe angeschlossen sind; Fig. 2 in Schrägansicht ein einzelnes Teilglied dieses Rauchgas Abzugsrohrs;

Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch das Teilglied gemäß Fig. 2; Fig. 4 eine Schnittansicht von oben durch eine Einheit von drei

zusammengesetzten Teilgliedern; und Fig. 5 einen Adapterring zur Ermöglichung einer Verbindung zwischen dem bisherigen Rauchgasrohrstutzen und dem erfindungsgemäßen Rauchgas -Abzugsrohr.

In Fig. 1 ist mit 1 der Heizofen, mit 2 der Brenner, mit 3 das Rauchgas-Abzugsrohr, mit 4 der Kamin, mit 5 der Warmwasserboiler des Brauchwassernetzes, mit 6 der Zentralheizungskessel, mit 7 der Heizwasservorlauf, mit 8 der Heizwasserrücklauf, mit 9 der Heizwassereinlauf vom Rauchgas-Abzugsrohr 3 in den Zentralheizungskessel 6, mit 10 der Frischwasserzulauf für das Rauchgasabzugsrohr 3, mit 11 der Frischwasserzulauf in den Warmwasserboiler 5, mit 12 der Warmwasserauslauf aus dem Heizkessel, mit die Reinigungsöffnung im Rauchgas-Abzugsrohr 3 bezeichnet.

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Fig. 2 zeigt in vergrößerter Darstellung ein einzelnes Teilglied, das in Form eines Gußrings 14 ausgeführt ist. Dieser Gußring besteht im wesentlichen aus einer Ringkammer 15 (Fig. 3), in der das zu erwärmende Wasser strömt. Dieses Wasser tritt über eine Einlauf öffnung 16 an der Stirnseite des Gußrings in die Ringkammer 15 ein und wird von einer Scheidewand 17 (Fig. 3) so umgelenkt, daß es zunächst die gesamte Ringkammer 15 durchströmen muß, bevor es über die Auslauföffnung 18 (Fig. 3) an der gegenüberliegenden Stirnseite des Gußrings 14 die Ringkammer 15 wieder verläßt. Selbstverständlich können in einer Ringkammer mehrere Spiralgänge vorgesehen sein. Die Trennwände zwischen den einzelnen Spiralgängen in jeder Ringkammer 15 können zur Erreichung eines gewissen Verwirbelungseffektes noch Überströmöffnungen, beispielsweise in Form von Löchern, Schlitzen, Spalten oder dgl. aufweisen.

Um mehrere Gußringe 14, 14* starr miteinander verbinden zu können, sind am äußeren Umfang der Gußringe 14, 14¹, ... Augen 19 vorgesehen, durch die Spannstäbe 20 (Fig. 4) hindurchgesteckt werden können. Durch den zentralen Innenraum 21 des Gußrings 14 strömen die Rauchgase vom Heizofen 1 in den Kamin 4.

Wie aus Fig. 3 und 4 hervorgeht, verhindert eine im Bereich der Einlauföffnung 16 und der Auslauf öffnung 18 diagonal durch den Ringkammerquerschnitt verlaufende Scheidewand 17, daß das über die Einlauf öffnung 16 in die Ringkammer 15 eintretende zu erwärmende Wasser sofort wieder durch die Aus lauf öffnung 18 austritt. Das Wasser muß vielmehr durch die Ringkammer in Umfangsrichtung durchlaufen, wobei es von den im zentralen Innenraum 21 in Richtung A strömenden Rauchgasen erwärmt wird. Der hierbei erreichte Kreuzstrom zwischen Wasser und Rauchgasen sorgt für eine gute Wärmeübertragung. In den Ein- und Aus lauf öffnungen 16, 18 können Gewindegänge 22 vorgesehen sein, in die Außengewindehülsen 23 eingeschraubt und die einzelnen Teilglieder des Rauchgas-Abzugsrohrs 3 ähnlich wie bei einem Gliederheizkessel starr miteinander verbunden werden können. Ih den Ringkammern 15 können besondere Strömungsleiteinrichtungen und/oder die Wärmeaustausch-Fläche vergrößernde Einrichtungen 26 vorge-

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sehen sein.

In Fig. 5 ist ein Adapterring 24 zur Ermöglichung einer Verbindung zwischen einem bisherigen Rauchgas-Rohrstutzen 25 am Heizofen 1 und dem aus mehreren Teilgliedern zusammengesetzten Rauchgas-Abzugsrohr 3 mit evtl. anderem Innenrohrdurchmesser dargestellt. Der Rauchgas-Rohrstutzen 25 wird in den Adapterring 24 eingesteckt während der letzte Gußring 14 des mehrgliedrigen Rauchgas-Abzugrohrs 3 auf den Adapterring 24 aufgesteckt werden muß.

Besorders vorteilhaft ist es natürlich, wenn der Rauchgas-Ausgang aus dem Heizofen auch schon dem mehrgliedrigen Rauchgas-Abzugsrohr angepaßt ist, so daß nunmehr die Rücklauf- bzw. Kaltwasserzulaufleitungen zu den Boilern im Heizofen durch den Innenraum des Rauchgas-Abzugsrohrs unmittelbar in den Heizofen eingeführt werden können, wodurch störende, außerhalb des Rauchgas-Abzugsrohrs zu verlegende Rücklauf- bzw. Kaltwasserleitungen vermieden werden können.

Selbstverständlich kann durch Anwendung des Wärmepumpenprinzips auf Grund einer Vergrößerung des Temperatur-Intervalls den Rauchgasen eine noch größere Wärmeenergie entzogen werden- und diese Wärmemenge dem zu erwärmenden Kaltwasser über einen Wärmetauscher zugeführt werden.

Durch einen zusätzlichen Wärmeisolierungsmantel aus an sich bekannten Wärmeisoliermaterialien um das einstückige bzw. aus Gußringen zusammengesetzte Rauchgas-Abzugsrohr lassen sich Wärmeverluste durch Abkühlung und Abstrahlung verhindern.

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Claims

DR.-REHM-STRASSE SS

8021 NEURIED (b. MÜNCHEN)

10. April 1979

Rauchgas-Abzugsrohr für Feuerungsanlagen

Patentansprüche

1. ] Rauchgas-Abzugsrohr für Feuerungsanlagen, wie z.B. Heizkessel,

Industrieöfen oder dgl., dadurch gekennzeichnet, daß dieses Rauchgas Abzugsrohr (3) zur Rückgewinnung der in den Rauchgasen noch enthaltenen Wärmeenergie mindestens teilweise von einer mit einem zu erwärmenden Fluid durchströmten Ringkammer (15) umgeben ist.

2. Rauchgas-Abzugs rohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus mehreren in axialer Richtung aneinander reihbaren und miteinander starr verbindbaren Teilgliedern (Gußringe 14) besteht, von denen jedes eine geschlossene Ringkammer (15) mit Fluiddurchgangsöffnungen (Einlauföffnung 16, Auslauf öffnung 18) zu den benachbarten Ringkammern (15) aufweisen.

3. Rauchgas-Abzugsrohr nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der fluiddurchströmten Ringkammer (15) Strömungsleiteinrichtungen vorgesehen sind.

4. Rauchgas-Abzugsrohr nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der fluiddurchströmten Ringkammer (15) die Wärmeaustauschfläche vergrößernde Einrichtungen (Rippen 26) und/oder Strömungsverwirbelungseinrichtungen (27) vorgesehen sind.

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5. Rauchgas-Abzugsrohr nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Rauchgasseite der Teilglieder (Gußringe 14) die Wärmeaustauschfläche vergrößernde Einrichtungen und/oder Verwirbe· lungseinrichtungen vorgesehen sind.

6. Rauchgas-Abzugsrohr nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der vorderen Stirnseite und die auf der rückwärtigen Stirnseite eines jeden Teilglieds (Gußring 14) vorgesehenen Fluideinlauf(16)- und -auslauf(18)öffnungen durch eine in der Ringkammer (15) angeordnete Scheidewand (17) voneinander getrennt sind.

7. Rauchgas-Abzugsrohr nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Fluideinlauf- und -aus lauf öffnungen (16,18) Gewindegänge (22) vorgesehen sind, über die durch Einschrauben von Außengewindehülsen (23) die Ringkammern (15) der einzelnen Teilglieder (Gußringe 14) miteinander verbindbar sind.

8. Rauchgas-Abzugsrohr nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei getrennte Einheiten von zusammengesetzten Teilgliedern (Gußringen 14) vorgesehen sind, wobei die Ringkammern (15) der einen Einheit für die Vorwärmung des einströmenden Kaltwassers und die Ringkammern (15) der anderen Einheit für die Vorwärmung des Rücklaufs des Zentralheizungssystems dienen.

9. Rauchgas-Abzügsrohr nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erreichung eines sofortigen Einschaltens der Heizung bei Beginn des Kaltwasserzulaufs in den Zentralheizungs - oder Brauchwasserboiler der Temperaturfühler für die Heizungssteuerung im Anströmbereich des Kaltwasserzulaufs (11) angeordnet ist.

10. Rauchgas-Abzugsrohr nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erreichung eines sofortigen Einschaltens der Heizung bei Beginn des Kft/fu/Aixdir ?-u.(ö<.u^H riefen Zentralheizungskessel (6)

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oder in den Warmwasserboiler (5) die Heizungs steuerung über den Zeitpunkt des Beginns der Warmwasserentnahme aus dem Heizungskessel (6) bzw. dem Warmwasserboiler (5) erfolgt.

11. Rauchgas-Abzugsrohr nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch Verwendung einer Wärmepumpe auf Grund einer Vergrößerung des Temperatur-Intervalls den Rauchgasen eine noch größere Wärmemenge entziehbar und diese Wärmemenge dem zu erwärmenden Frischwasser bzw. Rücklaufwasser über einen Wärmepumpen-Wärmetauscher zuführbar ist.

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