DE3340281A1

DE3340281A1 - Heizungsanlage

Info

Publication number: DE3340281A1
Application number: DE19833340281
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl.-Ing. 8269 Burgkirchen Grabietz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-10-27
Filing date: 1983-11-08
Publication date: 1985-06-20

Description

Heizungsanlage
Heizungsanlage Die Erfindung richtet sich auf eine Heizungsanlage nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Eifl wesentliches Qualitätskriterium für Heizungsanlagen ist deren Wirkungsgrad, d.h. das Verhältnis von eingesetzter Energie, also von Brennstoffen wie Öl und dgl., zu der hierdurch erzielbaren, nutzbaren Wassererwärmung. Die Bedeutung eines hohen, derart verhältnismäßig einfach definierten Wirkungsgrades ist mit dem zunehmenden Bewußtsein gewachsen, daß die Energiereserven auf der Erde beschränkt sind und vor allem dadurch, daß die Primärenergiekosten erheblich gestiegen sind.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Heizungsanlage so auszugestalten, daß bei vertretbaren Investitionskosten ein sehr günstiger Wirkungsgrad erzielt wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch den kennzeichnenden Teil von Anspruch 1. Der danach vorgesehen Wärmetauscher ermöglicht im Vergleich zu herkömmlichen derartigen Einrichtungen die Übertragung sehr hoher Wärmemengen bezogen auf seine Länge-, wobei er gleichzeitig als Verteiler eingesetzt werden kann und so die Installationskosten der Gesamtanlage wesentlich senkt. Der gute Wärmeübergang wird wesentlich mit dadurch gefördert, daß durch das Umgießen der Wasserführungsrohre mit Metall eine erhebliche Wärmeaufnahmekapazi tät zur Verfügung gestellt wird und die Leitungsverluste gering gehalten werden.
In weiterer Ausgestaltung ist gemäß Anspruch 2 vorgesehen, daß der Wärmetauscher in zwei voneinander getrennte Abschnitte unterteilt ist. Hierdurch ist es möglich, jeden Abschnitt mit einer optimalen Temperaturdifferenz zwischen wärmeabgebendem und wärmeaufnehmendem Medium zu betreiben.
Dies bedeutet, daß z.B. ein erster Abschnitt im Bereich der noch sehr heißen Brennerabgase angeordnet sein kann, während ein zweiter hiervon getrennter Abschnitt im Bereich der kälteren Abgase vorgesehen ist, so daß in diesem Bereich durch eine niedrige Vorlauftemperatur des Wassers den nicht mehr allzu warmen Gasen trotzdem noch Wärme entzogen werden kann.
Besonders vorteilhaft ist die Ausgestaltung gemäß Anspruch 3 zur Heizwasserbereitung, da das im zweiten Abschnitt vorgewärmte Wasser im Brennerdoppelmantel noch auf die gewünschte Vorlauftemperatur von z.B. 800C nacherwärmt werden kann.
Auf diese Weise wird der Energieinhalt des Abgases vorteilhaft ausgenutzt, wobei die Gesamtanordnung äußerst kompakt ist.
Die Weiterbildung dieser Anordnung gemäß Anspruch 4 ermöglicht es, das Problem des Verkalkens, welches bei derartigen Heizungsanlagen eine wesentliche Rolle spielt, weitgehend in den Griff zu bekommen, indem die Kalkabscheidung im Bereich des Brennerdoppelmantels erfolgt und der abgeschiedene Kalk durch den verschließbaren Ablauf ebenso wie andere Verunreinigungen des Wassers, welche sich absetzen, abgezogen werden kann.
Das Vorsehen eines kragenförmigen Ansatzes zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt gemäß Anspruch 5 ermöglicht es, Kondenzwasser und darin gelöste aggressive Gase, wie SO2 und C02, problemlos zu entfernen. Hierdurch wird die Haltbarkeit des Wärmetauschers wesentlich erhöht.
Anspruch 6 beschreibt die vorteilhafte Verwendung einer erfindungsgemäßen Heizungsanlage in einem Kraftwerk, wobei anstelle des Brenners auch eine beliebige andere Wärmequelle, wie z.B. ein Kernreaktor, vorgesehen sein kann. Durch die erfindungsgemäße Grundkonzeption der Aufteilung des Wärmetauschers in zwei Abschnitte wird erreicht, daß auch hier wiederum besonders günstige Wärmetauschbedingungen eingestellt werden, indem auch für die kälteren Strahlungs- bzw.
Strömungsbereiche der Wärmequelle ein Wärmeaustauschmedium zur Verfügung gestellt wird, so daß ein hinreichender, den Wärmeaustausch begünstigender Temperaturunterschied besteht.
Bei einer weiteren, gemäß Anspruch 7 vorgesehenen erfindungsgemäßen Variante wird der Wärmegehalt der Abgase eines Brenners dadurch optimal ausgenutzt, daß die Brennergase mit Wasser bzw. Wasserdampf versetzt werden, wobei Wasser bzw. Wasserdampf eine hohe Wärmekapazität aufweisen. Hierdurch ist es möglich, in einem anschließend angeordneten Wärmetauscher einen Wärmetausch mit hohem Wirkungsgrad vorzunehmen. In der sich daran anschließenden Wasser- bzw. Gasabscheidungsanordnung wird der Wasserdampf wieder zu Wasser kondensiert und die Abgase, hauptsächlich Kohlen-, Schwefel-und Stickoxide, werden durch ein Abgasrohr, welches im Vergleich zu herkömmlichen Kaminen mit einem sehr geringen Querschnitt ausgestattet sein kann, ausgeschieden. Das kondensierte Wasser wird über eine Umwälzpumpe wieder der Brennerdoppelmantelanordnung zugeführt.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Diese zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Heizungsanlage.
Die Zeichnung zeigt das Kernstück der erfindungsgemäßen Heizungsanlage umfassend einen handelsüblichen und lediglich schematisch dargestellten Brenner 1, einen Brennerdoppelmantel 2 und einen Wärmetauscher 3.
Der Wärmetauscher 3 umfaßt einen ersten Abschnitt 4 und einen zweiten Abschnitt 5. In beiden Abschnitten sind jeweils schraubenförmig angeordnete Wasserführungsrohre 6 vorgesehen. Die Wasserführungsrohre 6 liegen in einem Zwischenraum zwischen einem zylinderförmigen Außenmantel 7, welcher nach außen - wie im einzelnen nicht dargestellt - thermisch isoliert ist, und einem ebenfalls zylinderförmigen, konzentrisch zum Außenmantel 7 angeordneten Innenmantel 8. Der Zwischenraum 9 zwischen Innenmantel 8 und Außenmantel 7 ist mit Metall, z.B. Zink, vergossen.
Die Wasserführungsrohre des zweiten Abschnitts 4 weisen an dem dem Brenner 1 abgewandten Ende einen Zuführ-Anschluß lo für Brauchwasser und einen Ablauf 11 auf. Der Ablauf befindet sich in jenem Bereich, in welchem der erste Abschnitt 5 der Wasserführungsrohre 6 endet. Die Wasserkreisläufe der Abschnitt 4 und 5 sind also völlig getrennt, wobei die Wasserführungsrohre beider Abschnitte aber in einem gemeinsamen Außenmantel 7 und Innenmantel 8 untergebracht sind.
Vom Ablauf 11 führt eine Leitung 12 zum Brennerdoppelmantel 2, wobei diese Leitung im Bereich des Bodens 13 des Brennerdoppelmantels 2 mündet. Vom Bereich der Oberkante 14 des Brennerdoppelmantels 2 führt eine Brauchwasser-Vorlaufleitung 15 nach außen. Ebenfalls im Bereich des Bodens 13 ist ein verschließbarer, nach unten geneigter Ablauf 16 angeordnet, dessen Verschließeinrichtungen in üblicher Weise ausgebildet sein können und im einzelnen nicht dargestellt sind.
Im Bereich zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt 4 bzw.
5 des Wärmetauschers 3 ist ein kragenförmiger, nach außen und unten geneigter Ansatz am Innenmantel 8 befestigt. Dieser weist eine innere Öffnung 20 auf, welche den Durchtritt der Brennerabgase gestattet. Dieser Ansatz ermöglicht das Auffangen des im kälteren, zweiten Abschnitts 4 kondensierenden Wassers, welches durch eine Leitung 20 nach außen abgeführt wird.
Aus der vorstehenden Beschreibung ergeben sich bereits die wesentlichen Vorteile der beschriebenen Ausführungsform, insbesondere auch die des verwendeten Wärmetauschers: Im ersten Abschnitt 5 findet ein Wärmeaustausch zwischen den dort noch sehr heißen Brennergasen und dem Heizungswasser statt, so daß Heizungswasser mit hoher Vorlauftemperatur von z.B. 80°C gewonnen werden kann. Im zweiten Abschnitt 4 findet ein Wärmeaustausch der bereits abgekühlten aber noch nicht kalten Brennerabgase mit dort im Gegenstrom einfliessendem kaltem Vorlaufwasser statt. Diese Wärme geht üblicherweise sonst ungenutzt verloren. Die dem Abgas innewohnende Wärmemenge wird herangezogen, um das Vorlaufwasser im Abschnitt 4 von z.B. 20 auf 300 vorzuwarmen. Dieses vorgewärmte Wasser wird dann dem Brennerdoppelmantel 2 zugeführt. Aufgrund der hohen, dort herrschenden Temperaturen kann über den Brauchwasservorlauf Brauchwasser der gewünschten Temperatur entnommen werden. Da lediglich in diesem Bereich hohe Wassertemperaturen auftreten, erfolgt praktisch die gesamte Kalkabscheidung im Brauchwasserkreislauf im Brennerdoppelmantel, so daß diese Ausgestaltung die Nachschaltung von Wasserenthärtern und dgl. weitgehend entbehrlich macht. Der abgeschiedene Kalk oder andere Wasserverunreinigungen können in periodischen Abständen bequem durch den Ablauf 16 entnommen werden.

Claims

Ansprüche () Heizungsanlage, umfassend eine Wärmequelle, insbesondere einen Brenner, einen sich an den Brennerraum anschließenden Wärmetauscher und Anschlüsse für einen Brauchwasser- und/ oder Heizungskreislauf, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (3) einen rohrförmigen Außenmantel (7), einen hierzu konzentrischen Innenmantel (8) und zwischen Außen--und Innenmantel (7 bzw. 8) schraubenförmig angeordnete metallische Wasserführungsrohre (6) umfaßt, wobei dieser Zwischenraum (9) mittels einer Metallschmelze ausgegossen ist.
2. Heizungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserführungsrohre (6) in wenigstens zwei aufeinanderfolgende Abschnitte (4, 5) mit je wenigstens einem Zu-und Ablaufanschluß (13, 11 bzw. 17, 18) unterteilt sind.
3. Heizungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem ersten Abschnitt (5) im Bereich des Brennerraums (21) ein wasseraufnehmender Brennerdoppelmantel (2) mit einem vom zweiten Abschnitt (4) kommenden Zulauf (Leitung 12) und einem Ablauf (Brauchwasservorlauf 15) angeordnet ist.
4. Heizungsanlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Boden des Brennerdoppelmantels (2) ein verschließbarer Ablauf (16) angeordnet ist.
5. Heizungsanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt (4 bzw. 5) ein am Innenmantel (8) dicht anliegender, nach außen und unten geneigter kragenförmiger Ansatz (19) mit einer von dessen Unterkante nach außen führenden Leitung (20) angeordnet ist.
6. Heizungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, für ein Kraftwerk mit Turbine, Kompressor und gegebenenfalls einem Generator, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Abschnitt des Wärmetauschers an seinem der Wärmequelle zugewandten Ende mit der Turbine verbunden ist, und daß der Turbinen-Auslaß mit dem der Wärmequelle abgewandten Ende des zweiten Abschnitts verbunden ist.
7. Heizungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Brennerraum und Wärmetauscher eine die heißen Brennergase umgebende Doppelmantelanordnung mit einer Mehrzahl von Wasseraustrittsdüsen angeordnet ist, daß anschliessend an den Wärmetauscher eine Wasser- bzw. Gasabscheidungsanordnung mit einem Gasauslaß und einem Wasserauslaß vorgesehen ist, und daß der Wasserauslaß über eine Umwälzpumpe mit der Doppelmantelanordnung verbunden ist.