DE2937692A1

DE2937692A1 - Anordnung zur rueckgewinnung eines grossteils der inneren waerme von aus kaminen oder abluftanlagen o.dgl. ausstroemenden heissen abgasen bzw. abluft

Info

Publication number: DE2937692A1
Application number: DE19792937692
Authority: DE
Inventors: Wilfried 8393 Freyung Keller
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-09-18
Filing date: 1979-09-18
Publication date: 1981-05-14

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Rückgewinnung der inneren Wärme von aus Kaminen oder Abluftanlagen oder dergleichen ausströmenden heißen Abgasen bzw. Abluft.

Untersuchungen haben gezeigt, daß bis zu 25 % der für die Heizung von Gebäuden oder Schwimmbädern oder dergl. aufgewendeten Energie (Brennstoffenergie) als Abgas ungenutzt über Kamine ins Freie entweicht. Ähnliche Ergebnisse hat man bei der Untersuchung von Abluftanlagen erhalten.

Der Erfinder hat sich daher die Aufgabe gestellt, eine Anordnung zu schaffen, mittels der sich in einfacher Weise ein Großteil der inneren Wärme von aus Kaminen oder Abluftanlagen oder dergl. ausströmenden heißen Gase bzw. Abluft für die Wiederverwendung rückgewinnen läßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung erreicht, die gekennzeichnet ist durch mindestens einen am Ausgang des Kamins oder dergleichen angeordneten Wärmetauscher mit an einem Strömungsmittelkreislauf angeschlossenen Wärmetauscherrohren, die aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit bestehen.

Die erfindungsgemäße Lösung erlaubt in denkbar einfacher Weise die Rückgewinnung eines Großteils der Wärme von aus Kaminen oder dergleichen ausströmenden heißen Abgasen. Dadurch, daß der Wärmetauscher am Ausgang des Kamins oder dergl. angeordnet ist, ist der Abzug der Abgase nicht beeinträchtigt, so daß gegen eine Nachrüstung bereits bestehender Kamine oder Abluftschächte ohne baupolizeiliche Schwierigkeiten möglich ist. Bei geeigneter

1 30020/0005

Dimensionierung des Wärmetauschers lassen sich mehr als 50 % der Abgas- bzw. Abluftwärme für Heizzwecke oder zur Erwärmung von Brauchwasser rückgewinnen. Insbesondere können mittels der vorliegenden Erfindung in den Übergangszeiten und im Winter das Wasser von Schwimmbecken und Schwimmhallen vorteilhaft heizen.

Vorzugsweise besteht der Wärmetauscher aus einem auf den Kann oder Abluftschacht aufsetzbaren Gehäuse mit einem Durchgang »ür die ausströmenden Abgase bzw. Abluft, wobei die Wärmetauscherrohre sich im Durchgang des Gehäuses befinden bzw. den Durchgang des Gehäuses durchsetzen. Diese Konstruktion zeichnet sich durch Einfachheit und hohe Effektivität aus. Ferner läßt sie sich in einfacher Weise als Verlängerung des Kamins oder Abluftschachtes an diesen anschließen.

In besonderer konstruktiver Weiterbildung erstrecken sich die Wärmetauscherrohre etwa quer zur Längsachse des Gehäusedurchganges und sind in Achsrichtung versetzt zueinander angeordnet. Dadurch wird eine Wärmetauscherrohrgruppe bzw. -batterie geschaffen, die den Abzug der Abgase bzw. Abluft nicht beeinträchtigt und bei der die Wärmetauscherflächen für das Abgas bzw. die Abluft gut zugänglich sind. Der Wirkungsgrad wird dadurch erheblich erhöht.

Vorzugsweise sind die Wärmetauscherrohre so bemessen und zu einer parallel oder in Reihe geschalteten Gruppe zusammengefaßt, daß die äußere Begrenzung der im Durchgang des Gehäuses angeordneten Wärmetauscherrohrgruppe etwa einen sich nach außen erweiternden bzw. umgekehrten Pyramidenstumpf bildet. Der Querschnitt der Wärmetauscherrohrgruppe bzw. -batterie soll also ausgehend vom Ausgang des Kamins in Richtung nach außen etwa kontinuierlich zunehmen. Dadurch ist gewährleistet, daß an den kaminnächsten

130020/0005

ORIGINAL INSPECTED

Wärmetauscherrohren kein Wärmestau und damit keine Überhitzung auftritt. Im übrigen können statt Wärmetauscherrohre auch andere Wärmetauscherelemente Verwendung finden, z.B. Platten, Lamellen oder dergl..

Die Verankerung der Wärmetauscherrohre bzw. Wärmetauseherrohrgruppe innerhalb des Gehäuses erfolgt vorteilhafterweise durch gegenüber der Gehäusewand geneigte Stütz- bzw. Haltebleche, vorzugsweise schräg nach oben gerichtete Stütz- bzw. Haltebleche, die einerseits an einer Stelle der Wärmetauscherrohrgruppe und andererseits an der Gehäuseinnenwandung angelötet sind (Hartlötung). Die einzelnen Wärmetauscherrohre sind jeweils durch Verbindungsleitungen fluidverbunden, wobei die Verbindungsleitungen zugleich der gesamten Wärmetauscherrohrgruppe ihre innere Festigkeit verleihen.

Statt gruppenweise angeordneter, sich geradlinig durch den Durchgang des Wärmetausehergehäuses durch erstreckender Wärmetauscherrohre können auch Wärmetauscherrohrschlagen Verwendung finden.

Zur Verbesserung des Abzugs der Abgase bzw. Abluft aus dem Kamin bzw. Abluftschacht ist der freie Querschnitt bzw. die Querschnittsfläche des Durchganges des Wärmetausehergehäuses größer gewählt als der freie Querschnitt bzw. die Querschnittsfläche des Kamins bzw. des Abluftschachtes. Dadurch läßt sich leicht eine Kompensation der von den Wärmetauscherrohren eingenommenen bzw. abgedeckten Austrittsfläche für das Abgas bzw. die Abluft erzielen. Ein Abgas- bzw. Abluftstau im Wärmetausehergehäuse kann dadurch vermieden werden. Versuche haben gezeigt, daß gute Ergebnisse sich dann erzielen lassen, wenn der freie Querschnitt des Gehäusedurchgangs mindestens etwa doppelt so groß ist wie der freie Querschnitt des Kamins bzw. Abluftschachtes. Besonders gute Ergebnisse erhält man dann, wenn der freie Querschnitt des Gehäusedurchgangs etwa das

130020/0006

C C/O /

Dreifache des freien Kaminquerschnitts beträgt. In diesem Falle lassen sich eine genügend große Anzahl von Wärmetauscherrohren ohne Schwierigkeiten in einem genügend großen Abstand voneinander im Wärmetauschergehäuse anordnen, ohne daß der Abzug beeinträchtigt ist.

Vorzugsweise ist der Wärmetauscher zur Reinigung des Kamins oder Abluftschachtes bzw. der Abluftanlage am Ausgang abkl^j.ptbar befestigt. Diese Befestigung kann z.B. durch ein Scharnier erfolgen. Zur Arretierung des des Wärmetauschers in seiner Arbeitsbzw. Gebrauchsstellung, also in seiner herabgeklappten Stellung erfolgt vorzugsweise durch eine an sich bekannte Klinkenraste.

Die Wärmetauscherrohre sind vorteilhafterweise fächgedrückt und im Gehäusedurchgang so angeordnet, daß ihre Flachseiten sich etwa parallel zur Längsachse des Durchgangs bzw. der Strömungsrichtung der Abgase bzw. Abluft erstrecken. Bei dieser Anordnung ist der Wärmetaustausch am wirkungsvollsten.

Falls der Wärmetauscher am oberen Ende des Kamins oder Abluftschachtes einer Abluftanlage abklappbar angelenkt ist, sind die Zu- und Ablaufleitungen für das Strömungsmittel bzw. Wärmetauschermittel zu- und von den Wärmetauscherrohren im Bereich der Anlenkung des Wärmetauschers am oberen Ende des Kamins oder des Abluftschachtes elastisch ausgebildet. Die elastische Ausbildung dieser Leitungsabschnitte kann z.B. durch den Einsatz von Kunststoffrohrabschnitten erfolgen.

Als Strömungs- bzw. Wärmetauschermedium dient vorzugsweise Wasser. Falls das Strömungsmedium zur Beschickung einer Luftheizung dienen soll, wird als Wärmetauschermedium bzw. Strömungsmedium vorzugsweise Luft verwendet.

130020/0006

Bei Beheizung des Wassers eines Schwimmbades kann das Schwimmbadwasser selbst das Wärmetauschermedium sein.

Das Gehäuse sowie die Stütz- bzw. Haltebleche für die Wärmetauscherrohre bestehen vorteilhafterweise aus rostfreiem und zunderfreiem Stahl, vorzugsweise V2A-Stahl.

Die Wärmetauscherrohre können z.B. aus dem sehr wärmeleitfähigen Material Kupfer hergestellt sein.

Zur Erhöhung der Flexibilität bzw. Anpaßbarkeit an unterschiedliche Abgasmengen und -energien besteht der Wärmetauscher aus mehreren zusammensetzbaren Wärmetauschereinheiten gem. der beschriebenen Art.

Im folgenden wir die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles, das in den anliegenden Zeichnungen schematisch darsgestellt ist, näher erläutl»f*t.

Es zeigen:

Fig. 1 einen auf einen Kamin aufgesetzten Wärmetauscher teilweise geschnitten, teilsweise in Ansicht,

Fig. 2 den Wärmetauscher gemäß Fig. 1 in Draufsicht, und

Fig. 3 den Wärmetauscher gemäß Fig. 1 im Schnitt längs Linie III-III.

Fig. 1 zeigt eine Anordnung zur Rückgewinnung eines Großteils der inneren Wärme von aus einem Kamin 22 ausströmenden heißen Abgasen bestehend aus einem am oberen Ausgang 20 des Kamins an-

130020/0006

/ OZJ

geordneten Wärmetauscher 10 mit einem Gehäuse 16, in dem an einem Strömungsmittelkreislauf angeschlossene Wärmetauscherrohre 14 angeordnet sind, die z.B. aus Kupfer bestehen. Der Strömungsmittelkreislauf ist in Fig. 1 schematisch dargestellt und mit der Bezugsziffer 30 versehen. Der Strömungsmittelkreislauf umfaßt eine Pumpe P, die vorzugsweise durch ein Magnetventil gesteuert wird, derart, daß die Pumpe beim Einschalten der Heizung fe.B. des Brenners einer Ölheizung) ebenfalls eingeschaltet wird, so daß durch die Wärmetauscherrohre 14 Strömungsmittel bzw. das Wärmetauschermedium umgewälzt wird. Die Pumpe saugt Strömungsmittel bzw. Wärmetauschermedium aus einem Reservoir R an und fördert dieses über eine Zulaufleitung 34 zur dem Wärmetauscher, um von dort über eine Ablaufleitung 32 wieder in das Reservoir R zurückzufließen. Das Reservoir R kann z.B. ein Schwimmbecken sein. Es kann aber genauso gut ein Heizkörper in einem von der normalen Heizung nicht beheizten Raum sein.

Der Wärmetauscher 10 ist, wie Fig. 1 deutlich zeigt, am oberen Ausgang des Kamins 22 abklappbar befestigt, und zwar mittels eines Scharniers 26 am oberen Ende des Kamins angelegt. Zur Arretierung des Wärmetauschers in seiner herabgeklappten bzw. Arbeitsstellung dien-t eine an sich bekannte Klinkenraste 28. Die Klinkenraste,28 ist an der dem Scharnier 2 6 gegenüberliegenden Seite des Wärmetauschers 10 bzw. Kamins 22 angeordnet.

Die Wärmetauscherrohre sind geradlinig ausgeführt und erstrecken sich quer zur Längsachse des Durchganges 18 und sind ferner in Achsrichtung versetzt zueinander angeordnet. Dadurch entsteht eine Wärmetauscherrohrgruppe bzw. -batterie. Die Wärmetauscherrohre

130020/0006

ORIGINAL INSPECTED

14 sind ferner so bemessen und in einer Gruppe angeordnet, daß die äußere Begrenzung der im Durchgang des Gehäuses 16 angeordneten Wärmetauscherrohrgruppe einen sich nach außen erweiternden bzw. umgekehrten Pyramidenstumpf 24 bildet. Die einzelnen Wärmetauscherrohre sind durch Verbindungsleitungen 36 miteinander verbunden, derart, daß sie in Reihe geschaltet sind. Eines der in oberster Ebene angeordneten Wärmetauscherrohre ist mit der Zulaufleitung 34 und eines der zu unterst angeordneten Wärmetauscherrohre mit der Ablaufleitung 32 fluidverbunden. Sämtliche dazwischenliegende Wärmetauscherrohre sind mit den beiden genannten Wärmetauscherrohren in Reihe geschaltet, so daß ein stetiger Durchlauf von Strömungsmitteln durch den Wärmetauscher gewährleistet ist. Im Bereich der Anlenkung des Wärmetauschers 10 am Kamin 22 sind die Zulauf- und Ablaufleitungen 34 bzw. 32 flexibel ausgebildet. Die flexible Ausbildung erfolgt durch Einsatz flexibler Kunststoffrohrabschnitte 38, 40.

Die Wärmetauscherrohrgruppe bestehend aus den Wärmetauscherrohren 14 ist innerhalb des Gehäuses 16 durch nach oben geneigte Stützbzw. Haltebleche 26 gehalten. Diese Ausbildung hat den Vorteil, daß sich die Wärmetauscherrohrgruppe, also der Wärmetauschereinsatz ungehindert axial und radial ausdehnen kann. Aus Fig. 3 ist erkennbar, daß die Wärmetauscherrohre flachgedrückt und so im Gehäuse 16 angeordnet sind, daß sich ihre Flachseiten jeweils etwa parallel zur Längsachse des Durchganges 18 bzw. der Strömungsrichtung der Abgase erstrecken. Es hat sich gezeigt, daß bei derartiger Anordnung der Austauscheffekt am größten ist.

Wie die Fig. 1 und 3 zeigen, ist der freie Querschnitt des Durchganges 18 größer gewählt als der freie Querschnitt des Kamins 22. Dadurch läßt sich in einfacher Weise ein gleichbleibend großer freier Abzugsquerschnitts auch im Wärmetauscher herstellen.Ein Rückstau von Abgasen wird dadurch verhindert.

130020/0006

Das Gehäuse 16 ist ebenso wie die Stüz- bzw. Haltebleche 26 aus rostfreiem und zunderbeständigem Material hergestellt» vorzugsweise V2A-Stahl.

Die Zulauf- und Ablaufleitung 34 bzw. 32 ist vorzugsweise im Luftschacht des Kamins angeordnet. Der Luftschacht des Kamins 22 ist mit der Bezugsziffer 42 versehen.

Die Höhe des Wärmetauschers 10 sowie die Anzahl der Wärmetauscherrohre sind so bemessen, daß bei einem Kamin die Austrittstemperatur der Abgase mindestens H5° C beträgt. Dann ist der Aufstieg der Abgase gesichert.

Abschließend sei noch erwähnt, daß es unter Umständen nicht erforderlich ist, im Strömungsmittelkreislauf 3 0 eine Pumpe P vorzusehen. Die Zirkulation kann aufgrund der natürlichen Temperaturunterschiede zwischen dem Strömungsmittel im Wärmetauscher und dem Strömungsmittel im Reservoir R selbsttätig erfolgen. Die Gesamtenergieersparnis ist dann bei einem solchen System erheblich.

Vorzugsweise kann der Wärmetauscher 10 zusammen mit dem entsprechend dimensionierten Kamin 22 als gemeinsame zu installierende Baueinheit hergestellt werden.

Statt der gelenkigen Befestigung des Wärmetauschers 10 am oberen Ende bzw. am Ausgang des Kamins 22 kann dieser auch so ausgebildet sein, daß er auf das obere freie Ende des Kamins 22 hutförmig aufsteckbar ist.

Alle in den Unterlagen offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere räumliche Ausgestaltung, werden als erfindungswesentlich

130020/0005

ORIGINAL INSPECTED

beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.

Anmelder: Für den Anmelder:

WiIfired Keller Dr. Eugen Popp

Geyersberg 8 Patentanwalt

8393 Freyung Maria-Theresia-Str.

8000 München80

1 30020/0006

Claims

dr. eugen popp

dlpl.-lng., dlpl.-wlrt.-lng.

Patentanwalt

Wilfried Keller
Geyersberg 8

Freyung

Ihr zelcrien your ref. votre ref.

d-8OOO münchen 8O marla-theresla-str. 3O/III postfach 86O624 tel.: O 89/9818 O2 telex via: 522 862 spez d telegramme: epopat Ihr· naehrlcrtt unser zeichen your letter our ref. votr· lettr· notre ref. mOnohen

Anordnung zur Rückgewinnung eines Großteils der inneren Wärme von aus Kaminen oder Abluftanlagen oder dergleichen ausströmenden heißen Abgasen bzw. Abluft

Ansprüche

Anordnung zur Rückgewinnung eines Großteils der inneren Wärme von aus Kaminen oder Abluftanlagen oder dergleichen ausströmenden heißen Abgasen bzw. Abluft, gekennzeichnet durch mindestens einen am Ausgang (20) des Kamins (22) oder Abluftschachtes angeordneten Wärmetauscher (10) mit an einem Strömungsmittel- bzw. Wärmetauscher/kreis lauf (30) angeschlossenen Wärmetauscherrohren (IO, die aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit bestehen.

130020/0005

2) Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (10) aus einem auf den Kamin (22) oder dergleichen aufsetzbaren Gehäuse (16) mit einem Durchgang (18) für die ausströmenden Abgase bzw. Abluft besteht, wobei die Wärmetauscherrohre (It) den Durchgang (18) des Gehäuses (16) durchsetzen.
3) Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherrohre (14) sich etwa quer zur Längsachse des Durchgangs (18) erstrecken und in Achsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind.
4) Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherrohre (14) so bemessen und zu einer parallel oder in Reihe geschalteten Gruppe zusammengefaßt sind, daß die äußere Berenzung der im Durchgang (18) des Gehäuses (16) angeordneten Wärmetauscherrohrgruppe etwa einen sich nach außen erweiternden bzw. umgekehrten Pyramidenstumpf (24) bildet.
5) Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherrohre (14) durch gegenüber der Gehäusewand geneigte Stütz- bzw. Haltebleche (26) im Gehäuse (16) des Wärmetauschers (10) gehalten sind.
6) Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß

die Stütz- bzw. Haltebleche (26) schräg nach oben gerichtet sind.
7) Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Querschnitt des Durchgangs (18) des Gehäuses (16) größer ist als der freie Querschnitt des Kamins (22) oder dergleichen.

130020/0006
8) Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Querschnitt des Gehäusedurchganges (18) mindestens etwa doppelt so groß ist wie der freie Querschnitt des Kamins (22).
9) Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Querschnitt des Gehäusedurchgangs (18) etwa das 3-fache des freien Kaminquerschnitts beträgt.
10) Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (10) zur Reinigung des Kamins (22) oder dergleichen am Ausgang desselben abklappbar befestigt ist.
11) Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher durch ein Scharnier (26) am oberen Ende des Kamins (22) oder dergleichen angelenkt ist und daß eine Klinkenraste (28) oder dergleichen vorgesehen ist, mittels der der Wärmetauscher in seiner auf den Kamin geklappten Arbeits- bzw. Gebrauchsstellung arritierbar ist.
12) Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmetauscherrohre (ΙΌ flach gedrückte Rohre dienen, die im Gehäusedurchgang (18) so angeordnet sind, daß ihre Flachseiten sich etwa parallel zur Längsachse des Durchgangs (18) bzw. der Strömungsrichtung der Abgase bzw. Abluft erstrecken.
13) Anordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Ablaufleitungen (34, 32) für das Strömungsmittel zu und von den Wärmetauseherrohren im Bereich der Anlenkung des Wärmetauschers (10) am oberen Ende des Kamins (22) oder dergleichen elastisch ausgebildet sind.

130020/0005

-H-
14) Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Strömungs- bzw. Wärmetauschermedium Wasser oder Gas, vorzugsweise Luft dient.
15) Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (16) sowie die Stütz- bzw. Haltebleche (26) aus rostfreiem Stahl, vorzugsweise V2A-Stahl bestehen.
16) Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherrohre (14) aus Kupfer hergestellt sind.
17) Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (10) aus mehreren zusammensetzbaren Wärmetauschereinheiten gemäß einem der Ansprüche 2 bis 16 besteht.

130020/OOOS