DE2941989A1 - Waste heat recovery system for domestic boiler - uses heat exchanger coil inside chimney adding heat to return line from radiators - Google Patents

Waste heat recovery system for domestic boiler - uses heat exchanger coil inside chimney adding heat to return line from radiators

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Hanns W. 8104 Grainau Lücke
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    • F28D21/0003—Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from exhaust gases
    • F28D21/0005—Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from exhaust gases for domestic or space-heating systems
    • F28D21/0007—Water heaters

Abstract

The waste heat recovery system uses a heat exchanger coil (6) which matches the shape of the chimney and which is installed inside immediately above the junction with the flue gas duct. The coil can be made up of sections added one after the other, installed by insertion into the top of the chimney. The coil is connected in the return line from the radiators so that the returning water is preheated before entering the boiler again. Adaptors can be used to divide the incoming flow to the coil into more than one flow. A flap is fitted to the top of the coil, so that the chimney can be cut off when the burner is not in operation. The connections to the coil are made horizontally through the side of the chimney near the boiler. Due to the shape of the coil, the cross-sectional opening of the chimney is reduced by a minimum amount.

Description

NAOHQEREICHTNEAR RANGE

Hanns W.Lücke, Zugspitzstrasse 67, 81o4 Grainau Vorrichtung zur Abgaswärme-RückgewinnungHanns W.Lücke, Zugspitzstrasse 67, 81o4 Grainau Device for exhaust heat recovery

Abgas - Wärme - SpiraleExhaust - heat - spiral

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abgaswärmerückgewinnung bei Heizungsanlagen, bei denen ein Verbrennungsprozess entsprechend heiße Abgaswärme an die Umwelt durch den Schornstein abgibt.The invention relates to a device for exhaust gas heat recovery in heating systems in which a combustion process releases correspondingly hot exhaust heat to the environment through the chimney.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung entspricht einem Wärmetauscher, der aus einem spiralförmigen Rohrsystem besteht, durch das die Wärmeträgerflüssigkeit (Heizwasser/Thermoöl oder auch Brauchwasser) hindurchgeleitet wird. Das spiralförmige Rohrsystem entzieht der Abgaswärme Heizenergie dort, wo diese am heißesten anfällt, nähmlich direkt oberhalb des Abgasrohrs des Heizungskessels im Schornstein. Eine ^steuerte Absperrklappe oberhalb der Vorrichtung bewirkt, dass die Abgase dann im Schornstein, d.h. im Bereich der eingebauten erfindungsgemäßen Vorrichtung verbleiben, wenn beispielsweise der Brenner der Heizungsanlage nicht in Betrieb ist. Sowie dieser seine Tätigkeit beginnt, öffnet sich die Absperrklappe um einen Abfluss der Abgase zu gestatten. Die Abgaswärmespirale ist innen hohl, d.h. sie liegt an oder in der Innenwandung des Schornsteins. Ein beispielsweise großer Querschnitt des Heizungsvor-, oder Heizungsrücklaufs wird vor Eintritt in die Abgaswärmespirale in eine entspr. Anzahl von kleinen Rohrquerschnitten aufgeteilt, die am Ende der Abgaswärmespirale wieder zusammengeführt werden. Diese kleinen Rohrquerschnitte in der Abgaswärmespirale ermöglichen eine bessere Wärmeaufnahme und Wärmeabgabe. Die entsprechenden Rohre können als Lamellen-Rohre ausgeführt sein um einen bessseren Wirkungsgrad zu erzielen.The device according to the invention corresponds to a heat exchanger which consists of a spiral pipe system through which the Heat transfer fluid (heating water / thermal oil or service water) is passed through. The spiral-shaped pipe system extracts heating energy from the exhaust gas heat where it is the hottest, namely directly above the flue gas pipe of the boiler in the chimney. A ^ controlled shut-off valve above the device causes that the exhaust gases then remain in the chimney, i.e. in the area of the built-in device according to the invention, if for example the burner in the heating system is not in operation. As soon as this begins its activity, the butterfly valve opens to allow the exhaust gases to flow away. The exhaust gas heat spiral is hollow on the inside, i.e. it lies on or in the inner wall of the Chimney. For example, a large cross-section of the heating flow or heating return is before entry into the exhaust gas heat spiral divided into a corresponding number of small pipe cross-sections, which are brought together again at the end of the exhaust gas heat spiral will. These small pipe cross-sections in the exhaust gas heat spiral enable better heat absorption and heat dissipation. The corresponding Tubes can be designed as lamellar tubes in order to achieve better efficiency.

Die Konstruktion der Abgaswärmespirale geht davon aus, dass sich diese in den Schomsteinquerschnitt einpasst. Zur nachträglichen Montage kann sie durch den Schornstein von oben abgesenkt werden, bis sie die Einbaustelle erreicht hat. Hier wird sie durch zwei Rohrstutzen (Anschlußstutzen) die durch entsprechend eingebrachte Öffnungen eingeführt werden an der Vorrichtung verschraubt, wonachThe design of the exhaust gas heat spiral assumes that it fits into the chimney cross-section. For subsequent Installation, it can be lowered through the chimney from above until it has reached the installation point. Here it goes through two Pipe sockets (connecting pieces) which are inserted through openings made accordingly are screwed to the device, after which

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diese Öffnungen wieder zugemauert, bzw. zuzementiert werden. Hierdurch wird ein perfekter Halt der Vorrichtung im Schornstein erreicht.these openings are bricked up again or cemented over. This ensures that the device is held perfectly in the chimney.

Die Abgaswärmespirale kann in einzelnen Bausteinen hergestellt werden, die in sich jeweils eine funktionsfähige Einheit darstellen, gleichzeitig jedoch durch Hinzufügen weiterer Einheiten zusammengeschraubt und gekoppelt v/erden kann. Die hierzu notwendigen Rohranschlüsse sind entspr. vorhanden und gestatten den Zusammenbau bis zu leistungsfähigen Großanlage.The exhaust gas heat spiral can be produced in individual modules, each of which represents a functional unit, at the same time, however, can be screwed together and coupled by adding further units. The necessary Pipe connections are available and allow assembly up to high-performance large-scale systems.

Vorhandene Heizungsanlagen haben von der Wohnhausheizung bis zur Industrieheizungsanlage Abgas tempera türen von ca. 2oo - 75o° C, wobei insbesondere bei den meist knapp ausgelegten Wohnhausheizungen Abgastemperaturen von 28o - 3So0C anzutreffen sind. Dieses bedeutet, dass die notwendige dem riamin zuträgliche Abgaswärme von ca. 18o C. um loo bis 17o überschritten wird, die nutzlos durch den Schornstein entweicht. Durch eine sinnvolle Bestückung der Schornsteine mit einer entspr. zusammengestellten Abgaswärmespirale ist eine weitgehende Nutzung dieser Abgastemperaturen möglich, sodass je nach Anlage mit einer Energieeinsparung von 1o - 3o% gerechnet werden kann.Existing heating systems have of the residential house heating to industrial exhaust gas heating system tempera doors of about 2oo - 75o ° C, in particular at the most just designed residential house heaters exhaust gas temperatures of 28o - are encountered 0 C 3SO. This means that the necessary exhaust gas heat of approx. 18o C., which is beneficial for the fireplace, is exceeded by 10 to 17o, which escapes uselessly through the chimney. A sensible equipping of the chimneys with a correspondingly assembled exhaust gas heat spiral enables extensive use of these exhaust gas temperatures, so that, depending on the system, energy savings of 1o - 3o% can be expected.

Die Herstellungskosten der Abgaswärmespirale incl. der Einbaukosten sind gering und werden bereits durch die Einsparungen in einer Heizperiode amortisiert.The manufacturing costs of the exhaust gas heat spiral including the installation costs are low and are already amortized by the savings in one heating period.

Weitere Einzelheiten ergeben sich aus den Zeichnungen und der nachstehenden Beschreibung:Further details can be found in the drawings and the description below:

FIG. I. zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung in der Ansicht. FIG. II. zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung im SchnittFIG. I. shows the device according to the invention in a view. FIG. II. Shows the device according to the invention in section

FIG.III. zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung schematisch im eingebautem Zustand bei Zwischenschaltung in den Heizwasser-Rücklauf .FIG.III. shows the device according to the invention schematically in built-in condition when connected to the heating water return.

FIG. IV. zeigt schematisch die Ankoppelungsmöglichkeiten der einzelnen Bausteineinheiten der Abgaswärmespirale.FIG. IV. Shows schematically the coupling options of the individual Building block units of the exhaust gas heat spiral.

FIG.I. zeigt die Spirale 6 mit der Anschlußmuffe 8 durch die die'. Wärmeträgerflüssigkeit, beispielsweise aus dem Heizwasser-Rücl^laufFIG.I. shows the spiral 6 with the connecting sleeve 8 through the '. Heat transfer fluid, for example from the heating water return

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der Heizungsanlage, in die Spirale eingeführt wird. Das Rohrsystem nimmt die Abgaswärme 11 auf und gibt diese an die hindruchlaufende Wärmeträgerflüssigkeit ab, sodass diese nach dem Durchlaufen des spiralförmigen Rohrsystems an der Anschlußmuffe 7 entsprechend aufgeheizt erscheint. Die Anschlußmuffen A und 1o dienen der Koppelung mehrerer Abgaswärmespiralen übereinander.the heating system into which the spiral is inserted. The pipe system absorbs the exhaust gas heat 11 and passes it on to the impeller Heat transfer fluid from, so that this after passing through the spiral pipe system at the connecting sleeve 7 accordingly appears heated. The connecting sleeves A and 1o are used for coupling several exhaust gas heat coils on top of each other.

Der Gesamtumfang der Abgaswärmespirale 6 incl. aller Anschlußmuffen kann geringfügig kleiner sein, als der Querschnitt 2 des Kamins, sodass die Abgaswärraespirale für einen nachträglichen Einbau leicht von oben her in den Kamin abgesenkt werden kann.The total scope of the exhaust gas heat spiral 6 including all connecting sleeves can be slightly smaller than the cross section 2 of the chimney, so that the exhaust gas heat spiral can be retrofitted can be easily lowered into the chimney from above.

FIG.II. zeigt die Abgaswärmespirale im Schnitt, woraus ersichtlich ist, dass die in den Kaminquerschnitt abgesenkte Spirale 6 durch die Öffnungen 12 die beiden Rohrstutzen 15 und 16 aufnehmen kann, d.h. dass diese in die beiden Anschlußmuffen 7 und 8 eingeschraubt werden können. Nach der Verfüllung der beiden Öffnungen 12 ist die Abgaswärmspirale im Kamin befestigt. Die Spirale 6 kann eng an der Kaminmauerung 1 anliegen und vermindert dann den Kaminquerschnitt 2 nur unwesentlich.FIG.II. shows the exhaust gas heat spiral in section, from which it can be seen is that the spiral 6, which is lowered into the chimney cross-section, can accommodate the two pipe sockets 15 and 16 through the openings 12, i.e. that these can be screwed into the two connecting sleeves 7 and 8. After filling the two openings 12 is the Exhaust heating coil attached in the chimney. The spiral 6 can lie tightly against the chimney wall 1 and then reduces the chimney cross-section 2 only insignificant.

FIG.III. zeigt schematisch zwei übereinander eingebaute Abgaswärmespiralen 6 im Kaminquerschnitt 2, wobei die obere Spirale mit einer gesteuerten Absperrklappe 3 versehen ist, die sich dann schließt, wenn beispielsweise der Brenner einer öl- oder Gasheizungsanlage nicht in Betrieb ist. Hierdurch wird die Abgaswärme T1 im Bereich der Abgaswärmespirale gehalten, bis neue Abgaswärme durch die Brennertätigkeit anfällt, in diesem Fall öffnet sich die Absperrklappe und gestattet den Abzug der Abgase. Die Abgaswärmespiralen 6 sind aneinandergekoppelt und sind hier beispielsweise in den Heizwasser-Rücklauf zwischengeschaltet. Der Temperaturunterschied zwischen Heizwasservor- und Heizwasserrücklauf beträgt normalerweise ca. 1o C, dieser Temperaturunterschied wird im Heizungskessel durch Aufheizen wieder ausgelglichen. Durch die Zwischenschaltung der Abgaswärmespirale in den Heizwasserrücklauf bevor dieser in den Heizungskessel eintritt, kann das um ca. 1o° abgekühlte Heizwasser bereits in dieser Abgaswärmespirale um ca. 3 - 5°C aufgeheizt werden, sodass der eigentliche Heizvorgang im Heizungskessel nur noch 5 - 7°C zusätzlich aufheizen muss! Selbstverständlich kann dieFIG.III. shows schematically two exhaust gas heat coils installed one above the other 6 in the chimney cross-section 2, whereby the upper spiral is provided with a controlled shut-off valve 3, which then closes, if, for example, the burner of an oil or gas heating system is not in operation. As a result, the exhaust gas heat T1 is in the area the exhaust gas heat spiral is held until new exhaust gas heat is generated by the burner activity, in this case the shut-off valve opens and allows the exhaust gases to be extracted. The exhaust gas heat spirals 6 are coupled to one another and are here, for example, in the heating water return interposed. The temperature difference between the heating water flow and the heating water return is normally approx. 1o C, this temperature difference is compensated for in the boiler by heating up. Through the interposition of the Flue gas heat spiral into the heating water return before it enters the boiler, the heating water cooled by approx. 10 ° can can already be heated up by approx. 3 - 5 ° C in this exhaust gas heat spiral, so that the actual heating process in the boiler only takes place 5 - 7 ° C must also heat up! Of course, the

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Abgaswärmespirale auch in den Heizwasser-Vorlauf eingeschaltet werden, oder aber zur Brauchwasserbereitung benutzt werden.The exhaust gas heat spiral can also be switched on in the heating water flow, or used for domestic hot water preparation.

FIG.IV. zeigt die schematische Darstellung der Anschlußführungen an der Abgaswärmespirale, wobei die Zusammenkoppelung zweier Spiralen 6 und 6a durch eine Rohrverbindung zwischen den Anschlußrauffen 4 und 8 , sowie J und 4a erfolgt. Am oberen Abschluss einer beliebigen Anzahl von Abgaswärmespiralen wird die Anschlussmuffe 4 mit der Muffe 4a verbunden um den Kreislauf zu schließen.- Die angedeuteten Rohrstücke 25, 26, 27 und 28 zeigen die jeweiligen Koppelungsmöglichkeiten. Die beiden Aufteilungsstücke 23 und 24 spalten den Rohrquerschnitt in kleinere Rohrquerschnitte der eigentlichen Spirale, bzw. fügen diese Aufteilung wieder zusammen.FIG.IV. shows the schematic representation of the connection guides on the exhaust gas heat spiral, two spirals 6 and 6a being coupled together by a pipe connection between the connection racks 4 and 8, as well as J and 4a. At the upper end of any number of exhaust gas heat spirals, the connecting sleeve 4 is connected to the sleeve 4a in order to close the circuit. The indicated pipe sections 25, 26, 27 and 28 show the respective coupling options. The two dividing pieces 23 and 24 split the pipe cross-section into smaller pipe cross-sections of the actual spiral, or join this division back together.

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Claims (13)

PatentansprücheClaims 1^Vorrichtung zur Abgaswärmerückgewinnung dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung aus einem spiralförmigen, an oder in der Innenwandung eines Schornsteins liegenden Rohrleitungssystem besteht, welches dazu geeignet ist Abgaswärme aufzunehmen und diese an die hindurchlaufende Wärmeträgerflüssigkeit abzugeben.1 ^ Device for exhaust gas heat recovery characterized in that that the device consists of a spiral-shaped pipeline system lying on or in the inner wall of a chimney exists, which is suitable to absorb exhaust gas heat and to give it off to the heat transfer fluid flowing through. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1,2. Device according to claim 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrleistungssystem der Spirale mit dem Aufteilungsstück (23) in zwei oder mehrere kleinere Rohrquerschnitte aufgeteilt wird, die am Ende der Spirale mit dem Aufteilungsstück (2A) wieder auf den ursprühfliehen Rohrquerschnitt begracht werden.characterized in that the pipe system of the spiral with the dividing piece (23) is divided into two or more smaller pipe cross-sections at the end of the spiral with the dividing piece (2A) back on the original flee Pipe cross-section are to be observed. 3. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung über die Rohrstutzen (15) und (16) in den Wärmeträgerkreislauf einer Heizungsanlage zwischengeschaltet werden kann.3. Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the device via the pipe socket (15) and (16) can be interposed in the heat carrier circuit of a heating system. 4. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung über die Rohrstutzen (15) und (16) auch in die Warmwasser (Brauchwasser)-Versorgung eingeschaltet werden kann.4. Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the device via the pipe socket (15) and (16) also into the hot water (service water) supply can be switched on. 5. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung in sich eine funktionsfähige Einheit darstellt, an die weitere Einheiten angebaut werden können und somit eine Vergrößerung des Systems möglich wird.5. Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the device is a functional one Represents a unit to which further units can be attached, making it possible to enlarge the system will. 6. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am oberen Ende der Vorrichtung eine gesteuerte Absperrklappe (3) angebracht ist, die die Abgaswärme im Bereich der Vorrichtung dann hält, wenn neue Abgaswärme durch ein Aussetzen der beispielsweisen Brennertätigkeit nicht anfällt.6. Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that at the upper end of the device a controlled shut-off valve (3) is attached, which keeps the exhaust gas heat in the area of the device when new exhaust gas heat by suspending the burner activity, for example, does not arise. 7. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorgenannten Ansprüche,7. Device according to at least one of the preceding claims, 130019/0059130019/0059 j NACHeERElQHTlj NACHeERElQHTl dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung durch die Formgebung des äußeren Umfangs dazu geeignet ist, zum nachträglichen Einbau durch den Schornstein von oben abgesenkt werden zu können.characterized in that the device is suitable due to the shape of the outer periphery to the subsequent Installation through the chimney to be able to be lowered from above. 8. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorgenannten Anpsrüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung der Vorrichtung im Schornstein durch zwei Rohrstutzen erfolgt, die durch das Schornsteinmauerwerk gesteckt in die Vorrichtung verschraubt werden und gleichzeitig Vor und Rücklauf-Anschlußstutzen sind.8. The device according to at least one of the aforementioned claims, characterized in that the attachment of the device takes place in the chimney through two pipe sockets, which are inserted through the chimney wall and screwed into the device and at the same time are flow and return connection pieces. 9· Vorrichtung nach wenigstens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrleistungssystem der Vorrichtung aus den verschiedensten hitzebeständigen Materialien bestehen kann, die neben einer Lamellenbestückung die verschiedensten Rohrquerschnitte ausweisen kann.9 device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the pipe system of the device is made from a wide variety of heat-resistant materials can exist, which can have a wide variety of tube cross-sections in addition to a lamellar assembly. 10. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung durch ihre Konstruktion keine, oder nur eine unwesentliche Verengung des Kaminquerschnittes hervorruft.10. Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the device has no or only an insignificant narrowing of the Chimney cross-section causes. 11. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung im Schornsteinquerschnitt unmittelbar oberhalb dem Eintritt der Abgaswärme aus dem Heizungskessel montiert werden kann.11. Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the device is in the chimney cross-section directly above the entry of the exhaust gas heat can be installed from the boiler. 12. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorgenannten Anpsrüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorrichtung eine Pumpe zugeordnet werden kann, welche die Durchflußgeschwindigkeit der Wärmeträgerflüssigkeit verändern kann.12. The device according to at least one of the aforementioned claims, characterized in that the device is assigned a pump can be, which can change the flow rate of the heat transfer fluid. 13. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorrichtung bei Zwischenschaltung in den Brauchwasserkreislauf, ein Heißwasserboiler zugeordnet werden kann.13. Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the device, when interposed in the domestic water circuit, is a hot water boiler can be assigned. 130019/0059130019/0059
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE9314557U1 (en) * 1993-09-25 1995-02-02 List Hans Heat exchangers in heating systems
ITTV20080151A1 (en) * 2008-11-24 2010-05-25 Giorgio Eberle HEAT RECOVERY DEVICE.

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