DE3045387A1

DE3045387A1 - "vorrichtung zur nutzung der waerme der verbrennungsgase eines heizkessels"

Info

Publication number: DE3045387A1
Application number: DE19803045387
Authority: DE
Inventors: Wilhelm 4330 Mühlheim/Ruhr Hüßelmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-12-02
Filing date: 1980-12-02
Publication date: 1982-06-09
Also published as: DE3045387C2

Description

Dipl.-Ing. A. Spalthoff, Patentanwalt, 43 Essen

"Vorrichtung zur Nutzung der Wärme der Verbrennungsgase

eines Heizkessels"

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Nutzung der Wärme der Verbrennungsgase eines Heizkessels, welcher zur Abführung der Verbrennungsgase mittels eines Rohres an einen Schornstein angeschlossen ist.

Es ist bekannt, daß der Wirkungsgrad eines Heizkessels u.a. wesentlich dadurch beeinträchtigt ist, daß die Wärme der aus dem Heizkessel austretenden, sehr heißen Abgase ungenutzt bleibt, weil diese in den Schornstein geleitet werden und aus diesem in die Atmosphäre austreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung vorerwähnter Nachteile eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche in einfacher Weise die Nutzung der Wärme der Verbrennungsgase von Heizkesseln ermöglicht, so daß der Wirkungsgrad eines mit einer derartigen Vorrichtung ausgerüsteten Heizkessels erheblich verbessert wird.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die

H Q CJ

Vorrichtung aus einem aie Verbrennungsgase des Heizkessels

~ λ r, » ■·

Dipl.-lng. A. Spalthoii, Patentanwalt, 43 Essen

in den Schornstein überleitenden Rohr umgebenden Wärmeaustauscher besteht, dessen eines Ende an den Vor- oder Rücklauf des Heizkessels und dessen anderes Ende wieder an den Vorlauf, jedoch in Strömungsrichtung des Wärmeträgers hinter dem erstgenannten Abzweig bzw. an den Eingangsbereich des Wärmeträgers in den Heizkessel angeschlossen ist. Durch den auf das die Verbrennungsgase abführende Rohr aufgeschobenen Wärmeaustauscher wird erreicht, daß die vergleichsweise hohe Temperatur der aus dem Heizkessel austretenden Verbrennungsgase zu einem Teil nutzbar gemacht wird, und zwar zur Aufheizung des Wärmeträgers des Vor- oder Rücklaufes, so daß insgesamt eine erhebliche Brennstoffeinsparung bewirkt wird, weil durch die Nutzung der Abwärme die zur Aufheizung des Wärmeträgers benötigte Energiemenge verringert wird. Die Ausführung des aufschiebbaren Wärmeaustauschers eignet sich besonders für bestehende Anlagen. Für neu zu stellende Heizungsanlagen kann der Wärmetauscher auch so ausgebildet sein, daß dieser als selbständiges Rohrstück in das Rohr zur Ableitung der Verbrennungsgase vom Heizkessel in den Schornstein eingebaut ist. Bei dieser Ausführung ist der Wärmeübergang von den Verbrennungsgasen auf den den Wärmetauscher durchströmenden Wärmeträger noch intensiver.

Vorteilhaft ist der Wärmetauscher von zwei Kopfstücken mit zwischen diesen angeordneten Zwischenstücken gebildet, so daß dieser in seiner Länge je nach den gegebenen baulichen

Dipl.-Ing. A. Spalthoif, Patentanwalt, 43 Essen

Verhältnissen zusammengesetzt werden kann, um eine möglichst optimale Nutzung der Abwärme der Verbrennungsgase zu erreichen. Die Anzahl der zu verwendenden Zwischenstücke ist beliebig. Die Kopf- und Zwischenstücke bestehen aus Rohrstücken, so daß diese in einfacher Weise über das vorhandene, die Verbrennungsgase ableitende Rohr geschoben oder aber in dieses als selbständiges Rohrstück eingebaut werden können.

Die Kopfstücke sind mit Anschlußbohrungen od.dgl. ausgerüstet, in die Anschlußstutzen des Vor- bzw. Rücklaufes sowie der Rohrleitung zum Anschluß an den Eingangsbereich des Wärmeträgers des Heizkessels einschraubbar sind. Gemäß einem weiteren Merkmal weist jedes Kopfstück über seinen Umfang verteilt mehrere Anschlußbohrungen od.dgl. unterschiedlichen Durchmessers auf, so daß mit einer Größe an Kopf- und Zwischenstücken ein Anschluß an verschiedene Rohrdurchmesser der Vor- und Rücklaufleitungen sowie der entsprechend bemessenen Verbindungsleitung zwischen Ausgang des Wärmeaustauschers und Eingangsbereich des Wärmeträgers des Heizkessels möglich ist.

Die Anschlußbohrungen od.dgl. der Kopfstücke stehen mit einem oder mehreren in diesen axial verlaufenden Kanälen in Verbindung, der bzw. die an den einen Stirnseiten der Kopfstücke münden. Über die Anschlußbohrungen od.dgl. sowie den bzw. die mit

Dipl.-Ing. A. Spalthoff, Patentanwalt, 43 Essen

diesen in Verbindung stehenden Kanäle wird der Wärmeträger geleitet.

Die Kopfstücke sind an ihren anderen Stirnseiten mit Einführungsoder Anschlußstutzen für das die Abgase führende Eohr versehen, so daß der Wärmeaustauscher als Einheit leicht über dieses Rohr geschoben oder aber in dieses eingebaut werden kann.

Die Zwischenstücke weisen nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung einen oder mehrere Kanäle auf, der bzw. die sich von deren einen Stirnseiten zu deren anderen Stirnseiten erstrecken und mit dem bzw. den Kanälen der Kopfstücke fluchtend angebracht sind. Es kann sowohl ein Ringkanal in den Kopf- und Zwischenstücken Verwendung finden, als auch eine Vielzahl nebeneinander angeordneter Kanäle, deren Mittenachsen auf einem gemeinsamen Durchmesser liegen.

Vorteilhaft ist bzw. sind der bzw. die Mündungsbereiche des bzw. der Kanäle der Kopf- und Zwischenstücke von einer Aussparung umgeben, welche der Einlage von Dichtungen dient, so daß sowohl die Kopfstücke als auch die Zwischenstücke dicht miteinander verbunden sind.

Dipl.-Ing. A. Spalthofi, Patentanwalt, 43 Essen

- 10 Die Befestigung der Kopf- und Zwischenstücke miteinander geschieht mit Hilfe von Flanschen, welche axial verlaufende, miteinander fluchtende Befestigungsbohrungen besitzen, in die Schraubbolzen einsetzbar sind. Die Flanschen befinden sich jeweils im Bereich einer Stirnseite der Kopfstücke sowie in den Bereichen beider Stirnseiten der Zwischenstücke.

Der Wärmeaustauscher ist aus gut wärmeleitfähigem Material, beispielsweise Aluminium, hergestellt. Die Fertigung erweist sich als außerordentlich einfach, da die einzelnen Teile als Gußteile gefertigt werden können. Um eine möglichst hohe Wärmenutzung zu gewährleisten, sind die Außenflächen des Wärmeaustauschers isoliert.

Je nach den gegebenen Verhältnissen, d.h. insbesondere der Länge des die Verbrennungsgase vom Heizkessel in den Schornstein abführenden Rohres, können mehrere Wärmeaustauscher hintereinander oder aber auch parallel angeordnet sein, wobei auch ein U-förmiger Bogen vorgesehen werden kann, auf dessen beide Schenkel je ein Wärmeaustauscher in Hintereinander- oder Parallelanordnung angeordnet sein kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist an Hand der Zeichnung

Dipl.-Ing. A. Spalthoä, Patentanwalt, 43 Essen

- 11 näher erläutert, und zwar zeigt:

Figur 1 eine Seitenansicht eines Heizkessels mit

einem Wärmeaustauscher,
Figur 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht

eines Kopfstückes des Wärmeaustausehers und Figur 3 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Zwischenstückes des Wärmeaustauschers.

Mit 1 ist der Heizkessel bezeichnet, der über das Rohr 2 zur Ableitung seiner Verbrennungsgase an einen nicht weiter dargestellten Schornstein angeschlossen ist. Die Leitung für den Vorlauf des Heizkessels 1 ist mit 3 und die für den Rücklauf mit 4 bezeichnet. Auf den waagerechten Teil des Rohres 2 ist der Wärmeaustauscher 5 aufgeschoben, oder aber als ein Rohrstück in dieses Rohr 2 eingebaut. Das eine Ende 6 des Wärmeaustauschers 5 ist über die Rohrleitung 8 an die Leitung 4 des Rücklaufs angeschlossen, während das. andere Ende 7 über die Rohrleitung 9 an den Eingangsbereich 10 des Wärmeträgers den Heizkessel 1 aigesehlossen ist, welcher z.B. Wasser oder Dampf sein kann.

Der Wärmeaustauscher 5 besteht aus den die Enden 6,7 bildenden Kopfstücken sowie die zwischen diesen angeordneten Zwischenstücke 11, deren Anzahl beliebig ist und sich je nach den gegebenen Ver-

045387

Dipl.-Ing. A. Spalthoff, Patentanwalt, 43 Essen

- 12 -

hältnissen richtet. Die Kopfstücke 6,7 sowie die Zwischenstücke 11 sind dichtend miteinander verbunden. Die Kopf-6,7 und Zwischenstücke 11 bestehen aus Rohrstücken, die baukastenmäßig zusammengefügt sind.

Wie aus Figur 2 ersichtlich, sind die Kopfstücke 6,7 mit Anschlußbohrungen 12 unterschiedlichen Durchmessers ausgerüstet, die zum Anschluß der Rohrleitungen 8,9 dienen, deren Anschlußstutzen in die Anschlußbohrungen 12 mittels Gewinde einschraubbar sind. Die Anschlußstutzen 12 weisen unterschiedlichen Durchmesser auf, so daß die Kopfstücke 6,7 zum Anschluß an verschiedene Rohrdurchmesser der Leitungen 8,9 "Verwendung finden können. Die nichtbenutzten Anschlußbohrungen 12 werden mittels einschraubbarer Stopfen verschlossen. Durch diese Ausgestaltung reduziert sich der für die Herstellung sowie Lagerhaltung benötigte Aufwand. Die Anschlußbohrungen 12 der Kopfstücke 6,7 stehen mit axial angeordneten Kanälen 13 in. Verbindung, welche beispielsweise als Sacklochbohrungen ausgeführt sein können, die dicht nebeneinander angeordnet sind, wobei ihre Mittenlängsachsen auf einem Durchmesser angeordnet sind. Die Kanäle 13 münden an der einen Stirnseite 14 der Kopfstücke 6,7i wobei ihre Mündungsbereiche von einer Aussparung 15 umgeben sind. An ihrer anderen Stirnseite 16 sind die Kopfstücke 6,7 mit Einführungsstutzen 17 versehen, so daß das Aufschieben

.-. ; .- 2045387

Dipl.-Ing. A. Spalthofi, Patentanwalt, 43 Essen

- 13 _

über das Rohr 2 leicht und schnell durchführbar ist.

Wie aus Figur 3 hervorgeht, weisen die Zwischenstücke 11 ebenfalls mehrere Kanäle 18 auf, die dicht nebeneinander verteilt angeordnet sind, und zwar derart, daß sich die Mittenlängsachsen der Kanäle 18 auf demselben Durchmesser befinden. In den Mündungsbereichen der Kanäle 18 sind an deren Stirnseiten 19, 20 ebenfalls Aussprungen I5 vorgesehen, welche deren Mündungsbereiche umgeben.

Sowohl die Kopfstücke 6,7 als auch die Zwischenstücke 11 sind mit Flanschen 21 ausgestattet, weihe axial verlaufende, miteinander fluchtende Befestigungsbohrungen 22 aufweisen, die zur Aufnahme von nicht weiter dargestellten Schraubbolzen dienen, so daß durch Zusammenfügung der beiden Kopfstücke 6,7 an den Enden und einer bestimmten Anzahl von Zwischenstücken 11 eine Wärmeaustauschereinheit gebildet ist. Durch den baukastenmäßigen Aufbau läßt sich der Wärmeaustauscher mit Leichtigkeit den .jeweiligen Gegebenheiten anpassen. In die Ausnehmungen I5 werden Ringdichtungen eingelegt, so daß sowohl die Kopfstücke 6,7 als auch die Zwischenstücke 1Ί dicht miteinander verbunden sind.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist es möglich, mit nur wenigen Grundtypen an Kopf- und Zwischenstücken das genormte

304538/

Dipl.-Ing. A. Spalthofi, Patentanwalt, 43 Essen

- 14 -

Programm an Heizkesseln abzudecken, da lediglich die Innendurchmesser der Kopf- und Zwischenstücke bestimmten Rohrnennweiten für die Ableitung der Verbrennungsgase angepaßt werden müssen.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist wie folgt:

Das durch die Leitung 4 des Rücklaufes rückströmende Wasser wird .durch die Rohrleitung 8 in das Kopfstück 6 des Wärmeaustauschers 5 geleitet und durchströmt in axialer Richtung dessen Kanäle 13, 18, wobei dieses Wasser durch die Wärme der das Rohr 2 durchströmenden Verbrennungsgase aufgeheizt wird, so daß dieses das Kopfstück 7 niit einer höheren Temperatur als der Eingangstemperatur im Kopfstück 6 wieder verläßt und über die Leitung 9 in den Eingangsbereich 10 des Wärmeträgers des Heizkessels 1 wieder eintritt und durch die Verbrennung im Heizkessel wieder stark aufgeheizt wird. Infolge der Temperaturdifferenz zwischen dem Eintritt am Kopfstück 6 und dem Austritt am Kopfstück 7 braucht der Wärmeträger im Heizkessel 1 nicht mehr so stark aufgeheizt zu werden, um im Vorlauf 3 dieselbe Temperatur aufzuweisen, so daß eine erhebliche Einsparung an Heizenergie erreicht wird.

- 2045387

Dipl.-Ing. A. Spalthoff, Patentanwalt, 43 Essen

- 15 -

Wie aus Figur 1 ersichtlich, ist es auch möglich, daß eine Ende, beispielsweise 6 des Wärmeaustauschers 5, über die gestrichelt eingezeichnete Leitung 9' unmittelbar an die Leitung 3 des Vorlaufes anzuschließen und das andere Ende 7 über die ebenfalls gestrichelt eingezeichnete Leitung 8¹ wieder in die Leitung 3 des Vorlaufs 3 einmünden zu lassen, jedoch in ßtrömungsrichtung des Wärmeträpers gesehen hinter dem vorerwähnten Abzweig über die Leitung; 9' · Auch bei dieser Anordnung ergibt sich eine erhebliche Energieeinsparung, da der Wärmeträger durch den Wärmeaustauscher 5 eine zusätzliche Erwärmung erfährt und infolgedessen im Heizkessel 1 nicht · mehr auf eine so hohe Vorlauftemperatur aufgeheizt zu werden braucht, wie sie im Heizsystem gewünscht ist.

Leerseite

Claims

PATENTANSPRÜCHE :

1.J Vorrichtung zur Nutzung der Wärme der Verbrennungsgase eines Heizkessels, welcher zur Ableitung der Verbrennungsgase mittels eines Rohres an einen Schornstein angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß diese aus einem das die Verbrennungsgase des Heizkessels (1) in den Schornstein überleitenden Rohr (2) umgebenden Wärmeaustauscher (5) besteht, dessen eines Ende (6) an den Vorlauf (3) oder an den Rücklauf (4) des Heizkessels (1) und dessen anderes Ende (7) wieder an den Vorlauf (3)» jedoch in Strömungsrichtung des Wärmeträgers hinter dem erstgenannten Abzweig bzw. an den Eingangsbereich (10) des Wärmeträgers in den Heizkessel (1)
angeschlossen ist.

2. Vorrichtung zur Nutzung der Wärme der Verbrennungsgase eines Heizkessels, welcher zur Ableitung der Verbrennungsgase mittels eines Rohres an einen Schornstein angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß diese aus einem in das die

ORIGINAL INSPECTED

.. -. .; ....... 30Λ5387

Dipl.-Ing. A. Spalthoff, Patentanwalt, 43 Essen

— 2 —

Verbrennungsgase des Heizkessels (1) in den Schornstein überleitenden Rohr (2) einbaubaren Wärmeaustauscher (5) besteht, dessen eines Ende (6) an den Vorlauf (3) oder an den Rücklauf (4) des Heizkessels (1), jedoch in Strömungsrichtung des Wärmeträgers hinter dem erstgenannten Abzweig bzw. an den Eingangsbereich (10) des Wärmeträgers in den Heizkessel (1) angeschlossen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Wärmeaustaseher (5) von zwei Kopfstücken (6,7) mit zwischen diesen angeordneten Zwischenstücken (11) gebildet ist.

4-. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder einem oder mehreren der vorhergehenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopf- (6,7) und Zwischenstücke (11) aus Rohrstücken bestehen.

5- Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder einem oder mehreren der vorhergehenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopfstücke (6,7) mit Anschlußbohrungen (12) od.dgl. ausgerüstet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder einem oder mehreren der vorhergehenden, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kopfstück (6,7) über seinen Umfang verteilt mehrere Anschlußbohrungen (12)

Dipl.-Ing. A. Spalthoff, Patentanwalt, 43 Essen

od.dgl. untersch.iedlich.erL Durchmessers aufweist.

7· Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder einem oder mehreren der vorhergehenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußbohrungen (12) od.dgl. der Kopfstücke (6,7) mit einem oder mehreren in diesen axial verlaufenden Kanälen (13) in Verbindung stehen, der bzw. die an den einen Stirnseiten (14) der Kopfstücke (£,7) münden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder einem oder mehreren der vorhergehenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopfstücke (6,7) an ihren anderen Stirnseiten (16) mit Einführungsstutzen (17) oder Anschlußstutzen versehen sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder einem oder mehreren der vorhergehenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenstücke (11) einen oder mehrere Kanäle (18) aufweisen, der bzw. die sich von deren einen Stirnseiten (19) zu deren anderen Stirnseiten (20) erstrecken und mit dem bzw. den Kanälen (13) der Kopfstücke (6,7) fluchtend angebracht sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder einem oder mehreren der vorhergehenden, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Mündungsba?eiche des bzw. der Kanäle (13,18) der Kopfstücke (6,7)

DipL-Ing. A. Spalthoff, Patentanwalt, 43 Essen

_ Zj. _

sowie der Zwischenstücke (11) von Aussparungen (15) umgeben ist bzw. sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder einem oder mehreren der vorhergehenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopf- (6,7) und Zwischenstücke (11) mit Flanschen (21) ausgerüstet sind, welche axial verlaufende, miteinander fluchtende Befestigungsbohrungen (22) besitzen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder einem oder mehreren der vorhergehenden, dadurch, gekennzeichnet, daß die Flanschen (21) sich jeweils im Bereich einer Stirnseite (14) der Kopfstücke (6,7) sowie in den Bereichen beider Stirnseiten (19,20) der Zwischenstücke (11) befinden.

13· Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder einem oder mehreren der vorhergehenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher (5) aus gut wärmeleitfähigem Material hergestellt ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder einem oder mehreren der vorhergehenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenflächen des Wärmeaustauschers (5) isoliert sind.

ORIGINAL INSPECTED

Dipl.-Ing. A. Spalthoff, Patentan-walt, 43 Essen

15· Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder einem oder mehreren der vorhergehenden, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Wärmeaustauscher (5) hintereinander und/oder parallel angeordnet sind.