DE3300608A1

DE3300608A1 - Einrichtung zur gewinnung und speicherung von waermeenergie aus rauchgasen

Info

Publication number: DE3300608A1
Application number: DE19833300608
Authority: DE
Inventors: Robert 6951 Limbach Grünwald
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-01-11
Filing date: 1983-01-11
Publication date: 1984-07-19
Also published as: DE3300608C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Gewinnung und Speicherung von Wärmeenergie gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Das Problem der Nutzbarmachung von Wärmeenergie aus Abgasen hat in den letzten Jahren als Folge der immer weiter steigenden Brennstoffkosten erheblich an Bedeutung zugenommen. Dies hat zu zahlreichen Lösungsvorschlägen mit mehr oder weniger großem Erfolg geführt.

So ist es beispielsweise bekannt, in industriellen Betrieben im sogenannten Wärmeaustauschverfahren die Abwärme beispielsweise zum Vorwärmen von Wasser, Luft oder dergleichen auszunutzen. Diese Vorrichtungen eignen sich nur zur Ausnutzung der Wärme in Großbetrieben, sind dementsprechend aufwendig und nehmen von der Konstruktionsseite her viel Raum in Anspruch.

Die DE-OS 24 02 991 beschreibt eine Vorrichtung zur Ausnutzung der Abgaswärme bei Heizkesseln, insbesondere Zentralheizungskesseln, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie aus einer zwischen Rücklauf und Vorlauf des Heizwasserkreislaufs einer Kesselanlage, zweckmäßig in unmittelbarer Nähe des Austritts der Verbrennungsgase aus dem Kessel, im Abgasrohr angeordneten spiralförmig gewundenen Rohrschlange besteht.

Aus der DE-AS 25 55 417 ist eine Einrichtung zur Verbesserung des Wirkungsgrades von Wasserzentralheizungsanlagen mit einem vom Abgas durchströmten Wärmetauscher und einer vom Abgas beaufschlagten Steuerklappe bekannt, wobei zusätzlich im Abgasrohr ein Temperaturfühler angeordnet ist, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Steuerklappe den Öffnungsquerschnitt des Wärmetauschers regelt und ihre Stellung durch den in Strömungsrichtung

hinter der Steuerklappe angeordneten Temperaturfühler derart regelbar ist, daß die Abgastemperatur unterhalb eines vorgegebenen Wertes bleibt.

Schließlich beschreibt die DE-OS 29 24 049 einen Wärmetauscher für Warmwasser-Heizungsanlagen zur Auswertung der Wärme der Heizkesselabgase für ein Aufheizen des Rücklaufwassers, gekennzeichnet durch ein zwischen Heizkessel und Schornstein anordenbares, einen Abschnitt des Rauchgaskanals bildenden Gehäuse, innerhalb welchem mehrere,vom Rücklaufwasser durchfließbare Rohrwendel aus korrosionsbeständigem Material angeordnet sind, die parallel zueinander mit ihren Enden an einen am Gehäuse ausgebildeten Sammelzufluß- und Sammelabflußkanal lösbar angeschlossen sind.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin den Ausnutzungsgrad der in Kesselabgasen enthaltenen Wärmeenergie gegenüber bekannten Vorrichtungen dieser oder ähnlicher Art in wesentlicher Weise zu verbessern.

Die Lösung dieser Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 beschriebene technische Lehre vermittelt.

Die erfindungsgemäße Einrichtung besteht aus einem zu einem Block zusammengefaßten bzw. kombinierten Wärmetauscher für Heizungsanlagen, der den Rauchgasen überflüssige Wärme entzieht, diese an den zu beheizenden Raum direkt oder aber wahlweise an einen Speicher abgibt, der z.B. als Nachtheizung Verwendung findet.

Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung besonders für Heizungsanlagen älterer Bauart geeignet, die meistens mit sehr hohen Rauchgastemperaturen betrieben werden und gewinnt so aus diesen Abgasen Energie zum Nulltarif. Die Vorrichtung

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kann Verwendung finden bei Anlagen, die mit festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen betrieben werden.

Besonders beim Beheizen mit Festbrennstoffen entstehen meistens Abgastemperaturen in Bereichen um 400⁰C und darüber, die einen besonders hohen Wirkungsgrad bringen.

Den Rauchgasen mit diesen überhöhten Rauchgastemperaturen kann mittels der erfindungsgemäßen Einrichtung die Wärme bis zur für die richtige Funktion des Schornsteins nötige Mindesttemperatur entzogen und als kostenlose Energie rückgewonnen werden. Am Wärmetauscher entsteht darüber hinaus nicht mehr das bekannte lästige Schwitzwasser.

Der Wärmetauscherteil der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht aus Stahlblech mit einem Rauchrohranschluß in einer Verteilervorkammer und Rippenstahlrohren, die der Leistung des Kessels angepaßt und mit einer Sammelkammer verschweißt sind, die einen Abgasstutzen zum Anschließen an den Schornstein besitzt.

Die Rauchgase strömen vom Kessel kommend in die Verteilerkammer, weiter durch die Rippenstahlrohre in die Sammelkammer, durch den Abgasstutzen in den Schornstein. Beim Durchströmen der Abgase von der Vertexlerkammer durch die Rippenstahlrohre, die Sammelkammer und den Abgasstutzen wird den Abgasen Wärme entzogen, insbesondere an den Rippenstahlrohren.

Die durch den Zuluftschlitz über dem Boden des Verkleidungsmantels eintretende Luft· wird sofort durch den Wärmetauscher vertikal und nach oben erwärmt abgestrahlt. Es entsteht eine dauernde Luftzirkulation. Die Anlage kann als Umluft-Heizungsanlage und auch als Speicherheizung betrieben werden.

Eine Ausfuhrungsform der Erfindung wird'nachstehend anhand der Zeichnungen beschrieben in denen Fig. 1 die erfindungsgemäße Einrichtung im Schnitt und Fig. 2 die gleiche Anlage von der Seite gesehen verkleidet darstellen.

Die heißen, vom Kessel 1 durch den Kesselabgasstutzen 6 durch das Rauchrohr 2 strömenden Rauchgase treten in den aus Ruchrohrstutzen 3a, der Verteilerkammer 3b, den Rippenstahlrohren 3c, der Sammelkammer 3d, dem Rauchrohrstutzen 3e bestehenden Wärmetauscher 3 ein und verlassen diesen nach Abgabe ihrer Wärme an die Luft über den Rauchrohrstutzen 4 und den Schornstein 5. Beim Durchströmen der Rauchgase des auf den Querschnitt des Kesselabgasstutzens 6 angepaßten Wärmetauschers 3, wird diese Wärme entzogen und unmittelbar an den zu beheizenden Raum oder den über dem Wärmetauscher 3 liegenden Speicher abgeführt.

Der Wärmetauscher 3 ist mit einem wärmeisolierten Mantel 8 umgeben, der unten mit einem Luftzuführungsschlitz 9 und am Deckel mit einem Luftaustrittsschlitz versehen ist. Der Luftaustrittsschlitz 10 wird mit einer thermisch gesteuerten Klappe 11 geöffnet bzw. geschlossen. Durch diese thermisch gesteuerte Klappe 11 wird gewährleistet, daß die zur richtigen Funktion des Schornsteins benötigte Mindestwärme nicht unterschritten wird.

Sinkt die Temperatur des Rauchgases beim Eintritt in den Schornstein 5 unter die eingestellte Höhe ab, schließt sich die Klappe 11 und den Rauchgasen wird keine Wärme mehr entzogen, die Temperatur steigt wieder.

Die Folge davon ist, daß sich die Klappe 11 öffnet und erwärmte Luft strömt wieder aus.

Die erwärmte Luft strömt entweder durch eine an der

Verkleidung 14 bzw. 15 angebrachte geöffnete Jalousie direkt in den Raum aus oder aber bei geschlossener Jalousie 12 in einen über dem Wärmetauscher 3 liegenden Speicher 7, der aus Schamottesteinen, Magnesitsteinen oder ähnlichen wärmespeichernden Materialien bestehen kann.

Der gesamte Block 13 kann dann mit Kacheln 14 ummauert einen Speicherkachelofen darstellen oder aber mit lackiertem Blech verkleidet einem Elektrospeicherofen 15 ähnlich sein. Mit 16 ist eine oben am Block angeordnete Klappe bezeichnet, die zur Abgabe der Speicherwärme an den umliegenden Raum geöffnet werden kann.

Reicht die Wärme durch den Wärmetauscher nicht aus, so kann die vorhandene Warmwasserheizung zugeschaltet werden. Dadurch wird dem Heizkessel mehr Energie abverlangt, folglich stehen wieder mehr Rauchgase zur Verfügung, die wiederum im Wärmetauscher genutzt und als Wärme an den Raum bzw. Speicher abgegeben wird. Sind an den vorhandenen Heizkörpern Thermostatventile angebracht, läßt sich eine exakte Regelung der Raumtemperatur im Zusammenspiel zwischen Wärmetauscher und Heizlörpern bewerkstelligen, um den bestmöglichsten Wirkungsgrad zu erreichen.

Eine erfindungsgemäß bestückte Zentralheizungsanlagc wurde in einem nicht wärmeisolierten zweigeschossigen Haus des Baujahres 1963 als Versuchsanlage betrieben. Das Haus besaß eine Niederdruck-Warmwasserzentralheizung und die Wohnfläche betrug je Geschloß 100 m². Der Heizkessel hatte eine Leistung von 20,9 kW und es wurde als Brennstoff Holz bzw. Weichholz von geringem

Heizwert verwendet. Die Kesselvorlauftemperatur lag bei 60⁰C, die Abgastemperatur zwischen 300 und 400°C am Kessel bzw. vor dem Wärmetauscher und bei etwa 150⁰C nach dem Wärmetauscher. Die Außentemperatur betrug minus 2 bis minus 5⁰C. Im Erdgeschoß war die erfindungsgemäße Einrichtung installiert und das Obergeschoß wurde mit Hilfe der vorhandenen Warmwasseranlage geheizt. Das Erdgeschoß wurde mit der Wärme aus den Abgasen zur Beheizung des Obergeschosses mit einer Temperatur von 21⁰C ohne jegliche Zuschaltung der Warmwasserheizung beheizt. Ab 22 Uhr wurdsnicht mehr geheizt. Die- während des Tages im Speicher angesammelte Wärme strahlte über Nacht ab und reichte aus bis zum nächsten Morgen.

Λ.

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Claims

Patentansprüche

.) Einrichtung zur Gewinnung und Speicherung von Wärmeenergie aus Rauchgasen von Heizkesseln, Herden, öfen und dergleichen, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Block (13) mit einem mit einem Speicher (7) kombinierten Wärmetauscher (3) besteht.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (3) aus dem Rauchrohrstutzen (3a), der Verteilerkammer (3b), den leicht ansteigenden Rippenrohren (3c), der Sammelkammer (3d), dem Rauchrohrstutzen (3e), dem Rauchrohr (4), dem wärmeisolierten Mantel (8) mit Luftzuführungsschlitz (9) und Luftaustrittsschlitz (10) mit einer Klappe (11) und der

Speicher (7) aus wärmespeichernden Materialien, wie Schamotte- oder Magnesitsteinen und einer Kachelummauerung (14) bzw. Blechverkleidung (15) und den Jalousien (12, 16) bestehen.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den Rauchgasen entnommene Wärmeenergie über die geöffnete Jalousie (12) in den Raum oder bei geschlossener Jalousie (12) in den Speicher (7) abgegeben werden kann.
4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3 ,· dadurch gekennzeichnet, daß die Klappe (11) zur Gewährleistung einer ordnungs- oder vorschriftsmäßigen Funktion des Schornsteins (5) thermisch steuerbar ist.