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Vorrichtung zur Herabsetzung der Taupunkt-
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temperatur von Abgasen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur
Herabsetzung der Taupunkttemperatur von mittels eines mit einem Gebläse versehenen
Brenners erzeugbaren, durch eine an einen vom Brenner beaufschlagten Wärmetauscher
angesetzte Abgasleitung einem Kamin zugeführten Abgasen.
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Zur Vermeidung von Bauschäden am Kamin darf es in diesem nicht zu
einer Unterschreitungdes Säure- bzw. Wassertaupunkts des Abgases kommen. Dies kann
durch hohe Abgastemperaturen erreicht werden. Hierbei ergeben sich jedoch nicht
nur hohe Abgasverluste, sondern auch eine hohe Aufheizung des unteren Eaminbereichs,
was auch noch nach Ab-
schalten des Brenners zu einem starken Kaminzug
führt, aufgrund dessen nach Abschaltung des Brenners viel kühle Luft durch den Brenner
und den diesem nachgeordneten Wärmetauscher hindurch angesaugt wird, die den Wärmetauschflächen
des Wärmetauschers Nutzwärme entzieht und damit die Gesamtwirtschaftlichkeit weiter
verschlechtert. Aus diesem Grund hat man Brenner bereits mit Luftabschlußklappen
versehen bzw. dicht schließende, motorisch gesteuerte Abgasklappen vorgesehen. Hierbei
ergibt sich jedoch nach Abschaltung des Brenners im Kamin eine stehende Abgassäule,
die auskühlen und kondensieren kann, wodurch die sogenannte Versottung des Kamins
eingeleitet wird.
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Um dies zu verhindern, wurden Vorrichtungen eingangs erwähnter Art
in Form von in die Abgasleitung eingebauten Nebenluftklappen in Vorschlag gebracht,
durch welche die warme Luft des Heizraums durch natürlichen Zug in den Kamin einströmen
kann, wobei sich eine Verdünnung der Abgase mit Luft und-damit eine Herabsetzung
der Taupunkttemperatur ergibt Nachteilig hierbei ist, daß auch hier in Form der
auch nach Brennerabschaltung über die Nebenluftklappen angesaugten Raumluft Nutzwärme
über den Kamin entweichen kann. Ein besonderer Nachteil ist jedoch darin zu sehen,
daß das Ein- und Nachströmen der warmen Raumluft in den Kamin in Abhangigkeit vom
Zug des Kamins erfolgt Bei hohem Kaminzug ergeben sich besonders starke Wärmeverluste,
da sich die in den Heizungsraum nachströmende Kaltluft an den Einbauteilen der Heizung
erwärmt, und somit dieser bereits erzeugte Nutzwärme entzieht.
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Ein niedriger Kaminzug ist oft nicht ausreichend, um die Abgase gegen
den abgasseitigen Widerstand des vom Brenner beaufschlagten Wärmetauschers abzusaugen.
Brennerstörungen
und Rußbildungen, die zu einer Verschlechterungdes
Wärmeübergangs führen und damit eine Verschlechterung des Wirkungsgrades und eine
Erhöhung des Brennstoffverbrauches sind die Folge, ohne daß es zu einer nennenswerten
Verdünnung der Abgase mit Luft kommen kann. Da in der Rußablagerungsschicht in der
Regel auch Rückstände von Schwefel enthalten sind, kann sich außerdem bei längeren
Abschaltzeiten durch Luftfeuchtigkeit eine stark korrodierende Säure bilden, welche
die metallischen Abgaszüge bzw.
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Abgasrohre etc. in verhältnismäßig kurzer Zeit zerstören kann. Hiervon
ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, mit einfachen und
daher kostengünstigen Mitteln eine Vorrichtung eingangs erwähnter Art zu schaffen,
die eine vom Kaminzug unabhängige, einfach dosierbare Beimischung von Luft zum Abgas
ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird im Zusammenhang mit einer Vorrichtung gattungsgemäßer
Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Druckseite des Gebläses des Brenners
mittels einer Bgpass-Leitung mit der Abgasleitung verbunden ist.
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Diese Maßnahmen ergeben eine Zwangs zuführung von Luft in die Abgasleitung,
was völlige Zugunabhängigkeit gewährleistet und gleichzeitig eine gute Nutzung des
Brennergebläses ergibt. Durch die Beimischung von Luft zum Abgas während des Brennerbetriebs
wird die Abgastemperatur direkt nach dem vom Brenner beaufschlagten Wärmetauscher
stark abgesenkt. Infolge der dabei bewerkstelligten Verdünnung des Abgases mit Luft
sinkt dabei jedoch die Taupunkttemperatur ab, so daß die niedrige Temperatur für
den Kamin nicht schädlich ist. Aufgrund der niedrigen Temperatur der Abgas-Luft-Nischung
wird in vorteilhafter Weise auch eine nennenswerte Aufheizung der auf den Wärmetauscher
folgenden Bauteile der Abgasanlage verhindert.
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Aus diesem Grund kann in vorteilhafter Weise der Kaminzug so niedrig
gehalten werden, daß er gerade noch ausreicht, um die Abgas-Luft-Mischung gegen
seinen eigenen Widerstand ins Freie abzuleiten. Aufgrund der Zwangszuführung der
Luft, durch welche auch die Abgase mitgerissen werden, kann sich hierbei der niedrige
Kaminzug im Gegensatz zum Stand der Technik nicht nachteilig auf die Störungsfreiheit
des Brenners und Rußfreiheit im Bereich des Wärmetauschers auswirken. Nach Abschaltung
des Brenners ergibt sich hierbei in vorteilhafter Weise kein nennenswerter Durchzug
von angesaugter Luft, da aufgrund des niedrigen Kaminzug ein selbsttätiges Ansaugen
von Luft weitgehend unterbleibt. Aufgrund der vorher erfolgten starken Verdünnung
der Abgase mit Luft unterbleibt in vorteilhafter Weise aber auch eine Kondensation.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Maßnahmen ist darin zu sehen, daß das
Brennergebläse im wesentlichen lediglich bodenseitige Luft ansaugt. Die in den Heizraum
nachströmende Luft strömt aufgrund ihrer niedrigeren Temperatur ebenfalls bodenseitig
nach, so daß es zu keinem nennenswerten Entzug von Wärme aus dem Heizraum kommt.
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Die erfindungsgemäßen Maßnahmen führen ferner in vorteilhaNter Weise
z;u einer Absenkung des bisher auf das Brennergebläse wirkenden Rückstaus und damit
zu einer Entlastung un infolge dessenrn einer Erhöhung der Lebensdauer des Brennergebläses.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind demnach insbesondere in einer ausgezeichneten
Gesamtwirtschaftlichkeit zu sehen.
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In vorteilhafter Weiterbildung der übergeordneten Maßnahmen kann im
Bereich der Bypass-Leitung eine Reguliereinrichtung vorgesehen sein. Diese Reguliereinrichtung
ermöglicht eine genaue Einstellung und Dosierung des der
Abgasleitung
zwangsweise zugeführten Nebenluftstroms.
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Gemäß einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der übergeordneten
Maßnahmen kann eine durch die Bypass-Leitung mit Luft beaufschlagbare, in die Abgasleitung
einmündende Mischdüse vorgesehen sein, die in bevorzugter Fortbildung als Injektionsdüse
ausgebildet sein kann.
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Hierbei wird mit Hilfe des verfügbaren Förderdrucks des Brennergebläses
im Mündungsbereich der Bypass-Leitung ein Luftstrahl erzeugt, der einen in Richtung
Wärmetauscher wirkenden Unterdruck erzeugt und damit die Abgase aus dem vom Brenner
beaufschlagten Wärmetauscher absaugt. Dieser die Abgase aus dem Wärmetauscher absaugende
Unterdruck ist dabei in vorteilhafter Weise unabhängig vom Kaminzug.
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Der Kaminzug hat dementsprechend lediglich noch die Aufgabe, dgn Weitertransport
der Abgas-Luft-Mischung bis zur Kaminmündung zu bewekstelligen. Es genügt daher
in vorteilhafter Weise ein sehr kleiner Kaminzug, so daß bei Brennerstillstand kein
Luftdurchzug zu erwarten ist.
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Eine weitere zweckmäßige Maßnahme kann darin bestehen, daß der Mündungsquerschnitt
der vorteilhaft als Injektionsdüse ausgebildeten Mischdüse einstellbar ist. Hiermit
lassen sich die Einströmgeschwindigkeit der Luft und damit der hiermit erzeugbare
Unterdruck genau regulieren.
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Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen
der übergeordneten Maßnahmen ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines
bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung in Verbindungmit den restlichen
Unteransprüchen.
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In der Zeichnung zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung einer
einen mittels eines Brenners beheizbaren Heizkessel aufweisenden Heizungsanlage
und Figur 2 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer als Injektionsdüse ausgebildeten
Mischdüse im Schnitt.
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Die der Figur 1 zugrunde liegende Heizungseinrichtung besteht aus
einem Heizkessel 1, der mittels eines angeflanschten Brenners 2 beheizbar ist. Die
Abgasseite des praktisch einen Wärmetauscher bildenden Heizkessel 1 ist mittels
einer Abgasleitung 3 an einen Kamin 4 angeschlossen, durch welchen die Abgase ins
Freie abgeleitet werden.
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Die Abgasleitung 3 im Sinne der vorliegenden Erfindung, die hier durch
einen Rohrstutzen verdeutlicht ist, umfaßt den Strömungsweg vom Ausgang der Abgaszüge
des Heizkessels 1 bis zum Kamin 4. Beim Brenner 2 kann es sich um einen Ol- oder
Gasbrenner handeln, der ein mit Brennstoff und Luft beaufschlagbares Flammrohr aufweist.
Die zur Verbrennung benötigte Luft wird mittels eines dem Brenner 2 zugeordneten
Gebläses 5 bodenseitig aus dem Heizraum abgesaugt, wie durch den Pfeil 6 angedeutet
ist. Der Aufbau und die Wirkungsweise eines Heizkessels und eines Brenners hier
vorliegender Art sind an sich bekannt, so daß es diesbezüglich keiner weiteren Erläuterungen
bedarf.
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Die Druckseite des Gebläses ist mittels einer den Heizkessel 1 umgehenden
Bypass>Leitung 7 mit der Abgasleitung 3 verbunden. Hierdurch kann der Abgasleitung
3 während des Brennerbetriebs Luft zwangsweise zugeführt werden, die sich mit den
aus den Abgaszügen des Heizkessels 1 austretenden Abgasen vermischt. Dabei kommt
es praktisch
zu einer starken Verdünnung der Abgase mit Luft und
damit zu einer Absenkung der Taupunkttemperatur, so daß trotz niedriger Temperaturen
des Abgas-Luftgemisches keine Kondensation im Bereich des Kamins 4 zu befürchten
ist. Das Gebläse 5 des Brenners 2 ist in der Regel so dimensioniert, daß ohnehin
ein hoher BuStüberschuß vorhanden ist. Durch die Beaufschlagung der Abgasleitung
3 läßt sich dementsprechend der bisher übliche Rückstau abbauen, was sich positiv
auf die Beanspruchung des Gebläseantriebes und dementsprechend auf die Lebensdauer
auswirkt.
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Infolge der Zwangsbeaufschlagung der Abgasleitung 3 durch das Gebläse
5 ist die der Abgasleitung 3 zugeführte Luftmenge unabhängig vom Kaminzug. Da die
unter dem Förderdruck des Gebläses 5 stehende Luft beim Einströmen in die Abgasleitung
3 auch die Abgase mitreißen kann, genügt auch ein verhältnismäßig geringer Kaminzug,
um die Ableitung des Abgas-Luft-Gemisches ins Freie zu bewerkstelligen. Zur Regulierung
der zugeführten Luftmenge ist im Bereich der Bypass-Leitung 7 eine Reguliereinrichtung
in Form eines Absperrschiebers vorgesehen. Dieser kann von Hand oder mtorisch in
Abhängigkeit vom Betriebszustand des Brenners 2 verstellt werden.
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Im Mündungsbereich der Bgpass-Leitung 7 wird der in die Abgasleitung
3 eintretenden Luft eine in Strömungsrichtung des Abgases verlaufende Richtungskomponente
erteilt.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist hierzu eine in den Rohrstutzen
der Abgasleitung 3 im Bereich hinter dem Heizkessel 1 eingesetzte oder in den Heizkessel
1 im Bereich hinter den Abgaszügen integrierte, durch die Bgpass-Leitung 7 beaufschlagbare
Mischdüse 9 vorgesehen, die zur Erzielung eines in Richtung
der
Abgasseite des Heizkessels 1 wirkenden Unterdrucks als Injektionsdüse ausgebildet
ist.
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Hierzu ist, wie Figur 2 zeigt, ein in die Abgasleitung 3 einsetzbarer,
das Nischdüsengehäuse 10 bildender Rohrstutzen vorgesehen, der eingangsseitig einen
fest angeordneten Einsatz 11 mit einem in Strömungsrichtung des Abgases sich verengenden
Konus 12 aufweist, der mit einem Gegenkonus 13 zusammenwirkt. Der Konus 12 und der
diesem zugeordnete Gegenkonus 13 begrenzen einen konischen Ringspalt 14, der einen
in Strömungsrichtung nach innen geneigten Strömungsweg zwischen einem an die Bgpass-Leitung
7 angeschlossenen, umlaufende-n Ringraum 15 und dem Inneren der Mischdüse 9 bildet.
Im Bereich des Ringspalts 14 erfährt die unter dem Förderdruck des Gebläses 5 stehende
BuSt eine starke Beschleunigung, so daß sich ein mit hoher Geschwindigkeit in das
Innere der Mischdüse 9 eintretender, eine in Förderrichtung der Abgase weisende
Richtungskomponente aufweisender Luftstrahl ergibt, der einen inRShtung des vorgeordneten
Heizkessels 1 wirkenden Unterdruck erzeugt, dunh den die Abgase aus dem den Heizkessel
1 bildenden Wärmetauscher abgesaugt werden. Der Heizkessel 1 wird somit hinsichtlich
der Abgasführung vom Kaminzug unabhängig, so daß große Heizflächen vorgesehen werden
können. Infolge der Zwangsbeaufschlagungder Abgasleitung 3 mit Luft durch das Brennergebläse
5 genügt hier ein vergleichsweise kleiner Kaminzug, der lediglich dafür zuständig
ist, das Abgas-Luft-Gemisch gegen den Strömungswiderstand des Kamins ins Freie ab
zuführen. Der Kamin 4 kann dabei so dimensioniert werden, daß aufgrund des Kaminzugs
allein keine Luft durch den Brenner 2 bzw. die Bypass-Leitung 7 hindurch angesaugt
wird, so daß hierdurch verursachte Verluste unterbleiben. Aufgrund der durch die
Verdünnung der Abgase mit Luft bewerkstelXgten Absenkung der
Taupunkttemperatur
ist dennoch keine Kondensation im Bereich des Kamins 4 bzw. der Abgasleitung 3 zu
befürchten.
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Der Querschnitt des Ringspalts 14 und damit die Strömungsgeschwindigkeit
der in das Innere der Mischdüse 9 einströmenden Luft sind einstellbar. Hierzu ist
der Gegenkonus 13 in axialer Richtung verstellbar angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der Gegenkonus 13 an ein in das Mischdüsengehäuse 10 verschiebbar eingesetzten
Rohr 16 angeformt, das mittels einer Stelleinrichtung von außen betätigbar ist.
Die Stelleinrichtung besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem an das
Rohr 16 angesetzten Bolzen 17, der durch einen zugeordneten Schlitz 18 des Mischdüsengehäuses
10 hindurchgreift und hiergegen zur Fixierung des Rohrs 16 und damit des Gegenkonus'13
mittels eines Spannkopfes 19 verspannbar ist.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der vom Bolzen 17 durchsetzte
Schlitz 18 gegenüber der Achse des Mischdüsengehäuses 10 geneigt angeordnet. Durch
Verschieben des Bolzens 17 innerhalb des Schlitzes 18 wird somit das Rohr 16 verdreht
und in axialer Richtung verschoben, wodurch der Querschnitt des Ringspalts 14 eingestellt
werden kann. Hiermit lassen sich demnach die Strömungsgeschwindikeit der Luft und
damit der vom Luft strahl erzeugte Unterdruck an den abgasseitigen Strömungswiderstand
des Heizkessels 1 anpassen. Diese Einstellung kann von Hand erfolgen. Nach erfolgter
Einstellung wird der Bolzen 17 mittels des Spannkopfes 19 fixiert.
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Das den Gegenkonus 13 tragende Rohr 16 ist, wie Figur 2 weiter erkennen
läßt, gegenüber dem Mischdüsengehäuse 10 durch mindestens einen umlaufenden Dichtring
20 abgedichtet, so daß über den Spalt zwischen Mischdüsengehäuse 10
und
Rohr 16 keine Luft aus den von der Bypass-Leitung7 beaufschlagten Ringraum 15 entweichen
kann. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei den Schlitz 18 zwischen sich
einschließende Dichtringe vorgesehen.
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Hierdurch wird sichergestellt, daß kein Abgas durch den Schlitz 18
austreten kann. Zur Bildung der Dichtringe 20 können einfach ADestringe vorgesehen
sein.