DE2947496A1

DE2947496A1 - Vorrichtung zur nutzung der in den abgasen einer gebaeudeheizung enthaltenen waerme

Info

Publication number: DE2947496A1
Application number: DE19792947496
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Schnarr & Sohn
Current assignee: Schnarr & Sohn
Priority date: 1979-11-24
Filing date: 1979-11-24
Publication date: 1981-06-11

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Nutzung der in den Abgasen einer Gebäudeheizung enthaltenen Wärme, wobei die Gebäudeheizung einen durch einen Kessel hindurchgeführten Heizwasserkreislauf, einen Brenner für feste, gasförmige oder flüssige Brennstoffe zum Aufheizen des Heizwassers im Kessel, und einen Abgaskanal zum Ableiten der Abgase des Brenners aus dem Heizkessel enthält.

Die bisher verwendeten Kessel für Gebäudeheizungen sind in der Regel alle so dimensioniert, daß die Temperatur der an der Abgasöffnung des Kessels austretenden Abgase wesentlich höher ist als zur Einhaltung einer bestimmten Mindesttemperatur (Versottungstemperatur) innerhalb des Gebäudekamins und des Kessels erforderlich wäre. Die Abgase treten im allgemeinen viel zu heiß aus dem Kessel aus, und die in den Abgasen noch enthaltene Wärmeenergie wird ungenutzt durch den Kamin oder Abgaskanal in die freie" Umgebung abgegeben. Der Energieverbrauch derartiger Gebäudeheizungen ist dadurch größer als zur Erzielung der gewünschten Heizwassertemperatur erforderlich ist. Bei den heutigen hohen Energiekosten ist der dadurch bedingte Mehrverbrauch an Brennstoff äußerst nachteilig.

Auch bei den heutigen modernen Kesseln für Gebäude-

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heizungen treten die Abgase im allgemeinen mit einer unnötig hohen Temperatur aus dem Kessel in den Abgaskanal ein, um sicherzustellen, daß bei allen beliebigen individuellen Gebäude- und Kaminabmessungen innerhalb des Kamins die Versottungstemperatur nicht unterschritten wird.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, welche die Energie in den aus dem Kessel austretenden Abgasen nutzt und die Abgase mit einer wesentlich verringerten Temperatur stromabseitig an den Abgaskanal abgibt. Die Temperatur der Abgase beim Austreten aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist einerseits möglichst niedrig bemessen, um eine möglichst hohe Ausnutzung der in den Abgasen enthaltenen Wärmeenergie vorzunehmen, sie ist andererseits jedoch hoch genug, um innerhalb des Kamins die Versottungstemperatur nicht zu unterschreiten.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Mantel mit einer Einlaßöffnung und einer Auslaßöffnung zum Einfügen in den Abgaskanal, und ein Wasserkanal innerhalb des Mantels mit je einem den Mantel durchstoßenden Wassereinlaß und Wasserauslaß zum Einfügen in den Heizwasserkreislauf stromaufseitig vor dem Heizkessel vorgesehen ist.

Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung möglichst unmittelbar stromabseitig vom Abgasausgang des Kessels der Gebäudeheizung zwischen dem Abgaskanal setzbar

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ist, und daß die Abgase innerhalb des Mantels einen gewünschten Anteil an Wärme an das Heizwasser abgeben, welches in dem Wasserkanal innerhalb des Mantels geführt wird. Das Heizwasser tritt dann vorgewärmt aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus und wird dann in den Heizkessel zur weiteren Aufwärmung eingeleitet. Um das Heizwasser dann mit einer gewünschten Vorlauftemperatur aus dem Kessel austreten zu lassen, muß eine geringere Menge an Brennstoff verbrannt werden, als dies ohne die erfindungsgemäße Vorrichtung der Fall wäre.

Um eine Ausnutzung der in den Abgasen enthaltenen Wärmeenergie mit hohem Wirkungsgrad vorzunehmen, soll einerseits die Wärmeisolation des Mantels möglichst gut sein. Dies wird entweder durch eine außenliegende Schicht aus Wärmedämmstoff, bevorzugt jedoch mit einem doppelwandigen Mantel aus Stahl od. dgl. verwirklicht, der zwischen seinen beiden Wänden isolierende Luftkammern enthält, die zur Erhöhung der thermischen Isolierung noch evakuierbar sind.

Andererseits soll der Wirkungsgrad der Wärmetauschung zwischen den heißen Abgasen und dem in dem Wasserkanal fließenden Heizwasser möglichst groß sein. Dies wird dadurch erreicht, daß der Wasserkanal innerhalb des Mantels eine in sich geschlossene Doppelplatte, mit einer von der Doppelplatte eingeschlossenen flächigen Waserkammer enthält. Die Doppelplatte ist bevorzugt konzentrisch zum Mantel angeordnet. Mantel und Doppelplatte des Wasserkanals besitzen z.B. eine kegelstumpf förmige Gestalt.

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lu'i i-iiiiM Κλμι'/.ιιιιΙιίι Λιι:; I Γι 111 ii in ι:; I ι > im tier Krlindung ist der Wassereinlaß in der Nähe der Auslaßöffnung des Mantels, und der Wasserauslaß in der Nähe der Einlaßöffnung des Mantels angeordnet. Wassereinlaß und Wasserauslaß stehen unmittelbar mit der kegelstumpf förmigen Doppelplatte des Wasserkanals in Verbindung.

Zur Erhöhung der Wärme-Austauschfläche zwischen Wasserkanal und Abgasstrom wird in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung innerhalb des Mantels in Heizwasser-Strömungsrichtung vor und/oder hinter die Doppelplatte eine erste und/oder zweite Spirale aus Rohrmaterial angeordnet, die mit der Wasserkammer der Doppelplatte sowie dem Wassereinlaß und ausgangsseitig mit dem Wasserauslaß in Verbindung steht. Alternativ lassen sich auch mehrere dünne Doppelplatten-Kegelstümpfe konzentrisch ineinander anordnen, deren Wasserkammern miteinander verbunden werden. Zwischen den Doppelplatten sind Strömungswege für den Gasstrom vorgesehen, um eine intensive Wärmetauschung zu verwirklichen. Alternativ läßt sich anstelle der Doppelplatten und/oder der Spiralen auch ein Kanal-Flachgitter mit großer Kontaktfläche gegenüber dem Abgasstrom einsetzen.

Um den Abgasstrom beim Durchströmen der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglichst wenig zu behindern, ist der kleinste lichte Querschnitt des Mantels bevorzugt größer als der lichte Querschnitt des Abgaskanals gewählt. Sofern der Mantel die Form eines Kegelstumpfes besitzt, liegt der kleinste lichte Querschnitt unmittel-

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bar stromaufwärts vor der Auslaßöffnung.

An der Auslaßöffnung und/oder an der Einlaßöffnung sind zum einfachen Ein- und Ausbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung Flansche vorgesehen, die mit entsprechenden Gegenflanschen des Abgaskanals verschraubt werden können. Alternativ lassen sich die Einlaßöffnung und/oder die Auslaßöffnung als Steckhülse ausbilden, die in den Abgaskanal einsteckbar sind.

Um zu verhindern, daß bei irgendeiner Betriebsstörung, z.B. bei einer Leckage innerhalb dem Heizwasser-Rohrsystem, eine überhitzung des Heizwassers innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung auftritt, wird stromabseitig vom Wasserauslaß ein erster Thermofühler angeordnet, der die Heizwassertemperatur mißt und bei einem oberen Grenzwert anspricht und dann den Brenner unterbricht. Dadurch wird ein Oberhitzen bzw. Verdampfen des Heizwassers innerhalb des Wasserkanals sicher verhindert.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein zweiter Thermofühler im Abgaskanal, bevorzugt am freien Ende des Abgaskanals, vorgesehen, der bei Unterschreiten einer Mindesttemperatur anspricht, die bevorzugt z.B. der Versottungstemperatur des Kairins entspricht, und dann die Wasserdurchflußmenge durch den Wasserkanal der erfindungsgemäßen Vorrichtung so steuert, daß die Abgase die erfindungsgmeäße Vorrichtung wieder mit höherer Temperatur austreten. Die Erfindung umfaßt auch geeignete Regelsysteme, welche die erfindungsgemäße Vorrichtung zusammen mit dem Kessel der Gebäudeheizung ständig so regeln, daß die am Ende des Abgaskanals abgegebenen

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Abgase innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereichs liegen.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen;

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung, im Schnitt;

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung im Schnitt; und

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt den Querschnitt durch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Zwischen einem stromaufseitigen Abschnitt des Abgaskanals 16 und einem stromabseitigen Abschnitt des Abgaskanals 16 ist ein Mantel 2 aus Stahl od. dgl. eingesetzt, der stromabseitig eine Auslaßöffnung 6, und stromaufseitig eine Einlaßöffnung 4 besitzt, an denen Flansche 30 sitzen, die mittels Schrauben 34 an die entsprechend angeflanschten Enden des Abgaskanals 16 angeschraubt sind. Der Mantel 2 ist mit einer Schicht aus Wärmedämmstoff 18 isoliert.

Innerhalb des Mantels 2 ist ein Wasserkanal 10 angeordnet, der aus einer in sich geschlossenen Doppelplatte 20 besteht, welche die Form eines Kegelstumpfes besitzt und konzentrisch zum Mantel 2 angeordnet ist. Die Wände 24 der Doppelplatte 20 schließen eine Wasserkammer 22 ein, die mit einem Wassereinlaß 12 und einem Wasserauslaß 14 in Verbindung steht. Der Wassereinlaß 12 ist der Auslaßöffnung 6 des Mantels 2 benachbart angeordnet und tritt z.B. durch die Seitenwand des

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Mantels 2 aus dem Innenraum des Mantels aus. Der Wasserauslaß 14 liegt der Einlaßöffnung 4 benachbart und tritt ebenfalls seitwärts aus dem Mantel 2 aus. Zwischen dem Wassereinlaß bzw. dem Wasserauslaß und dem Mantel besteht eine eine dichte Verbindung, z.B. eine Schweißverbindung. Der kleinste lichte Querschnitt des Mantels 2 ist größer als der Querschnitt des Abgaskanals 16 und liegt der Austrittsöffnung 6 benachbart.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer der Fig. 1 entsprechenden Schnittdarstellung. Der Mantel 2 ist mit seiner Auslaßöffnung 6 und der Einlaßöffnung 4 in den Abgaskanal 16 eingefügt und mit einer entsprechenden Schicht aus Wärmedämmstoff 18 isoliert. Der Wasserkanal 10 innerhalb des Mantels 2 beginnt mit dem seitwärts in den Mantel eintretenden Wassereinlaß 12, an den sich eine erste Spirale 26 aus Rohrmaterial anschließt, die sich zur Einlaßöffnung 4 hin kegelförmig erweitert und an ihrem, dem Einlaß 12 entgegengesetzten Ende in eine Doppelplatte 20 mündet, deren Wände 24 eine Wasserkammer 22 einschließt. Die Doppelplatte 20 besteht, wie in der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform, aus einem Kegelstumpf. Am oberen Ende der Doppelplatte 20 zweigt eine zweite Spirale 28 ab, die längs der Innenwand der kegelstumpfförmigen Doppelplatte 20 abwärts verläuft und anschließend in dem Wasserauslaß 14 mündet, welcher die Seitenwand des Mantels 2 seitlich durchstößt. An Her Auslaßöffnung 6 und der Einlaßöffnung 4 sind Flansche 30 den Mantel angesetzt, die an· den Abgaskanal 16 anschraubbar sind. Gegenüber dem Querschnitt des Abgas-

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kanals 16 stellt dor Mantel eine Querschnittserweiterung dar.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung in einem den Fig. 1 und 2 entsprechenden Querschnitt. Der Mantel 2 besteht aus einer doppelten Wand 3, 3¹, wobei zwischen der Außenwand 3 und der Innenwand 3' eine Luftkammer 5 angeordnet ist, die als Isolierschicht dient. Um die Isolierung der Vorrichtung gegen den Außenraum zu verbessern, besitzt die Außenwand 3 einen Saugstutzen 7 mit Ventil, um die Luftkammer 5 zu evakuieren. Der Mantel 2 besitzt eine Auslaßöffnung 6 und eine Einlaßöffnung 4, an denen Hülsen 32 konzentrisch zur Symmetrieachse 40 der Vorrichtung angebracht sind. Der Wassereinlaß 12 tritt seitlich in den Mantel 2 ein, geht dann in eine erste, zur Symmetrieachse 40 konzentrisch verlaufende Spirale 26 über, die an ihrem dem Einlaß 12 abgewandten Ende in eine kegelstumpfförmige Doppelplatte 20 übergeht, welche um die Spirale 26 herum in sich geschlossen ist und eine Wasserkammer 22 einschließt. An dem der Auslaßöffnung 6 benachbarten Ende der Doppelplatte ist der Wasserauslaß 14 angebracht, der seitwärts aus dem Mantel 2 austritt. Am Wasserauslaß 14 sitzt ein Thermofühler 34, der bei überhitzung des im Wasserkanal geführten Heizwassers anspricht und den Brenner des -Heizkessels abschaltet. Der Wasserkanal 10 aus Doppelplatte 20 und der inneren Spirale 26 wird von Streben 38 gehalten, welche sich an der Innenwand 3¹ des Mantels 2 abstützen.

Die aus dem Kessel der Heizungsanalage austretenden Abgase treten durch die Einlaßöffnung 4 in die Vorrichtung 1 ein und strömen dann längs des Wasserkanals 10, 20, 26, 28 innerhalb des Mantels 2, und treten

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dann durch die Auslaßöffnung 6 aus der Vorrichtung aus und in den Abqaskanal 16 ein. Der Abgaskanal 16 besteht bevorzugt aus einem Metallrohr, das bevorzugt über die gesamte Länge innerhalb des Gebäudekamins geführt ist. Das durch den Wassereinlaß 12 eintretende Heizungswasser zirkuliert - z.B. unter der Wirkung einer Umlaufpumpe - in dem Wasserkanal 10, 20, 26, wird von dem vorbeiströmenden Abgasen erwärmt und tritt mit höherer Temperatur am Wasserauslaß 14. Das Heizungswasser wird vom Wasserauslaß 14 in den Kessel geführt.

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Claims

Firma Schnarr + Sohn, Industrie- und Rohrleitungsbau GmbH & Co. KG, Waltjenstr. 90, 2800 Bremen 21

Vorrichtung zur Nutzung der in den Abgasen einer Gebäudeheizung enthaltenen Wärme

ANSPRÜCHE

Vorrichtung zur Nutzung der in den Abgasen Gebäudeheizung enthaltenen Wärme, wobei die Gebäudeheizung einen durch einen Kessel hindurchgefühften Heizwasserkreislauf, einen Brenner für feste, gasförmige oder flüssige Brennstoffe zum Aufheizen des Heizwassers im Kessel, und einen Abgaskanal zum Ableiten der Abgase des Brenners aus dem Heizkessel enthält, gekennzeichnet durch einen Mantel (2) mit einer Einlaßöffnung (4) und einer Auslaßöffnung (6) zum Einfügen in den Abgaskanal, und einen Wasser-

WWR/eo

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ORIGINAL INSPECTED

kanal (10) innerhalb des Mantels (2) mit je einem den Mantel (2) durchstoßenden Wassereinlaß (12) und Wasserauslaß (14) zum Einfügen in den Heizwasserkreislauf stromaufseitig vor dem Heizkessel.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (2) einen kleinsten lichten Querschnitt aufweist, der größer ist als der lichte Querschnitt des Abgaskanals (16).
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (2) die Form eines Kegelstumpfes besitzt, dessen kleinster Querschnitt unmittelbar stromaufwärts vor der Auslaßöffnung (6) liegt.
4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (2) mit einer außenliegenden Schicht (18) aus Wärmedämmstoff isoliert ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (2) eine doppelte Wand (3, 3') mit einer isolierenden Luftkammer (5) zwischen den Wänden (3, 3¹) enthält.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwand (3) des Mantels (2) einen Saugstutzen (7) mit einem Ventil zum Evakuieren der Luftkammer (5) enthält.
7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wassereinlaß (12) bei der Auslaßöffnung (6) des Mantels,

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und der Wasserauslaß (14) bei der Einlaßöffnung (4) des Mantels angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserkanal (10) innerhalb des Mantels eine in sich geschlossene Doppelplatte (20) mit einer flächigen Wasserkammer (22) zwischen den Wänden (24) der Doppelplatte (20) enthält.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Doppelplatte die Form eines Kegelstumpfes einnimmt, dessen Achse im wesentlichen koaxial zur Achse des Mantels (2) verläuft.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserkanal (10) innerhalb des Mantels (2) eine erste Spirale (26) aus Rohrmaterial enthält, deren Achse parallel zur Mantelachse verläuft.
11. Vorrichtung nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Spirale (26) um die Doppelplatte (20) heraum veräuft und in die Doppelplatte (20) mündet.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Spirale (26) innerhalb der Doppelplatte (20) läuft und in die Doppelplatte (20) mündet.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Spirale (28) aus

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Rohrmaterial auf der der ersten Spirale (26) entgegengesetzten Seite der Doppelplatte (20) angeordnet ist und mit der Kammer (22) der Doppelplatte(20) in Verbindung steht.
14. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserkanal (10) ein Kanal-Flachgitter mit großer Kontaktfläche gegenüber den vorbeiströmenden Abgasen enthält.
15. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserkanal (10) um den Pfad des Abgasstroms herum angeordnet ist.
16. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Auslaßöffnung (6) und der Einlaßöffnung (4) ein Flansch (30) zum Anflanschen der Vorrichtung zwischen einem stromaufseitigen und einem stromabseitigen Abschnitt des Abgaskanals (16) vorgesehen ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (6) und/oder die Einlaßöffnung (4) in eine Steckhülse (32) mündet, die mit einem stromabseitigen und stromaufseitigen Abschnitt des Abgaskanals (16) verbindbar sind.
18. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Wasserauslaß (14) ein Thermofühler (34) vorgesehen ist, der bei einer vorgegebenen maximalen Wassertemperatur anspricht und den Brenner stillegt.

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19. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Thermofühler im Abgaskanal (16) stromabseitig von der Austrittsöffnung (6) angeordnet ist und bei Unterschreiten einer vorgegebenen Temperatur ein stromaufseitig vor dem Wassereinlaß (12) angeordnetes Ventil betätigt, welches die Durchflußrate des Heizwassers durch den Wasserkanal (10) regelt.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Thermofühler am stromabseitigen Ende des Abgaskanals (16) angeordnet ist, und daß die untere Ansprechtemperatur des zweiten Thermofühlers der Versottungstemperatur des Abgaskanals entspricht.
21. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgaskanal (16) als Metallrohr ausgebildet ist, welches innerhalb des Schornsteins des zu heizenden Gebäudes geführt ist.

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