DE3519086A1 - Heizkessel - Google Patents

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Heizkessel nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

ίο Bekannt sind Heizkessel, welche die Rauchgase unter den Taupunkt abkühlen. Durch die Nutzung der Kondensationswärme, des bei der Verbrennung entstehenden Wasserdampfes, wird der Wärmeinhalt der Abgase besser genutzt. Mit sog. Brennwertkesseln sind Wirkungsgrade bis zu 108% (vom unteren Heizwert) möglich.

Voraussetzung ist, daß die Abgase möglichst weit unter 50°C abgekühlt werden, um einen größeren Wasserdampfanteil zu kondensieren. Brennwertkessel benötigen also ein entsprechend niedriges Temperaturniveau des Heizungswassers. Die von Brennwertkesseln austretenden Rauchgase sind mit Wasserdampf gesättigt. Eine weitere Abkühlung im Kamin führt zu uner

wünschter Kondensatbildung. Ein Wärmepumpeneffekt kammer (13) zuerst Wärme an den Zeolithbe- 25 ist mit Brennwertkesseln nicht möglich,
hälter (2) dann an den Heizungsbehälter (t) In der Wärmepumpentechnik sind Adsorptionssyste

me bekannt, die in diskontinuierlichen Verfahren die eingesetzte Antriebsenergie durch Anhebung von Umgebungswärme vermehren.

Die DE-OS 34 13 349 beschreibt einen Adsorptionsapparat mit dem Stoffpaar Zeolith/Wasser im Einsatz als Nachtstrom-Wärmespeicher. Ein mit Zeolith gefüllter Behälter wird mittels elektrischer Heizelemente auf Temperaturen bis 3Q0°C erhitzt. Dabei entweicht aus

30

und erst dann an den Verdampfer (11) übertragen.

4. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

— daß an dem Verdampfer (11) über ein Absperrorgan (16) ein Wasserbehälter (17) zur Aufnahme von Wasser angeschlossen ist.

5. Verfahren zur Nutzung des Wärmeinhaltes von

Rauchgasen unterhalb der Heizungswassertempe- 35 dem Zeolith Wasserdampf, der in einem Kondensator ratur von Heizkesseln nach Anspruch 1, dadurch verflüssigt wird. Die Kondensationswärme wird an die gekennzeichnet, Raumluft abgeführt. Das Kondensat tropft in einen

— daß durch den Zeolith-Adsorptionsprozess Sammelbehälter. Tagsüber wird der Zeolithfüllung die im Verdampfer (11) Eis erzeugt wird und die gespeicherte Wärme entnommen. Der Zeolith kann heißen Rauchgase zuerst Wärme an den Zeo- 40 wieder Wasserdampf adsorbieren. Das Kondensat im lithbehälter (2) dann an den Heizungsbehälter Sammeltank kühlt sich dadurch ab. Eine Kombination

dieses Systems mit einem Heizkessel würde zu keiner besseren Nutzung der Rauchgase führen. Die hohen Zeolithtemperaturen erlauben es nicht, die Rauchgase unter 300⁰C abzukühlen. Während der Brennerlaufzeit ist der Sammeltank heiß; er kann von den Rauchgasen keine Wärme aufnehmen. Vom Kondensator muß Wärme abgeführt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Heizkessel so mit einer Zeolith-Adsorptionswärmepumpe zu koppeln, daß der Wärmeinhalt der Rauchgase weit unter das Temperaturniveau des Heizungswassers genutzt werden kann und zusätzlich Umgebungswärme hochtransformiert bzw. Nutzkälte entnommen werden

(I) und dann anschließend an den Verdampfer

(II) abgeben.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

— daß die im Verdampfer (11) abgekühlten Rauchgase vor dem Einleiten in einen Kamin wieder erwärmt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

— daß die Rauchgase durch Wärme aus dem Sammelbehälter (6) wieder erwärmt werden.

8. Verfahren zur Nutzung des Wärmeinhaltes von Rauchgasen unterhalb der Heizungswassertemperatur von Heizkesseln nach Anspruch 1, dadurch 55 kann.

gekennzeichnet,

- daß das Absperrorgan (9) das Kondensat (8) aus dem Sammelbehälter (6) erst im abgekühlten Zustand in den Verdampfer (11) fließen läßt.

9. Verfahren zur Bereitstellung von Nutzkälte mit Heizkesseln nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

— daß zur Verringerung der Wasserfüllung im

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß innerhalb eines Heizkessels ein Behälter mit dem Stoffpaar Zeolith/Wasser angeordnet ist. An diesem Zeolithbehälter ist ein Kondensator angeschlossen, der die Kondensationswärme an das Heizungswasser überträgt. Der Kondensator steht mit einem Sammelbehälter in Verbindung. Ein Absperrorgan trennt den Sammelbehälter von einem Verdampfer. Die Rauchgasführung ist so gewählt, daß die heißen Rauchgase zunächst den Zeolith-

Verdampfer (11) im Wasserbehälter (17) Was- 65 behälter erwärmen, dann Wärme an das Heizungswasser abgespeichert wird, ser abgeben und anschließend im Verdampfer unter 10. Verfahren zur Bereitstellung von Nutzkälte mit Heizungswassertemperatur abgekühlt werden. In nach-Heizkesseln nach Anspruch 1, dadurch gekenn- geschalteten Wärmetauschern können die Rauchgase,

3

bevor sie in den Kamin geleitet werden, wieder erwärmt Innerhalb eines Heizungswasserbehälters (1) befindet

werden. Der Sammelbehälter vermag die gesamte Kon- sich ein Zeolithbehälter (2) um eine Brennkammer (13). densatmenge aufzunehmen. Der Verdampfer ist für ein Über Wärmeleitbleche (3) ist der Zeolithbehälter (2) an Mehrfaches dieser Kondensatmenge ausgelegt. Zeolith- den Heizungswasserbehälter (1) gekoppelt. Vom Zeobehälter, Kondensator, Sammeltank und Verdampfer 5 lithbehälter (2) führt eine Dampfleitung (4) zu einem sind evakuiert. Kondensator (5) und einem Sammelbehälter (6). Der

Während der Brennerlaufzeit wird die Zeolithfüllung Zeolithbehälter (2) ist mit Zeolith (7) gefüllt. Der Samim Zeolithbehälter erhitzt. Der aus dem Zeolith entwei- melbehälter (6) kann die Kondensatmenge (8) aufnehchende Wasserdampf kondensiert währenddessen im men. Ein Absperrorgan (9) ist in die Leitung (10) zwi-Kondensator. Das Kondensat sammelt sich im Sammel- io sehen Sammelbehälter (6) und Verdampfer (11) eingebehälter. Das Absperrorgan zum Verdampfer ist dabei baut. Unter dem Verdampfer (11) befindet sich eine geschlossen. Das Heizungswasser wird vom Kondensa- Wanne (12) zur Ableitung und Neutralisation des tor und den Rauchgasen, die den Hauptteil ihres War- Rauchgaskondensates. Die Rauchgase werden von der meinhaltes bereits an den Zeolithbehälter übertragen Brennkammer (13) kommend über die Wärmeleitbleche haben, erwärmt. Im Verdampfer befindet sich Eis. Die 15 (3), vorbei am Zeolithbehälter (2) und Heizungswasser-Rauchgase werden über den Verdampfer geleitet und behälter (1) in den Verdampfer (11) geführt und von dort unter die Temperatur des Heizungswassers abgekühlt. am Sammelbehälter (6) vorbei in den Kamin. Der Ver-Da die Eistemperatur im Verdampfer weit unter O⁰C dämpfer (11) enthält Anschlüsse (15) für einen zusätzlisinken kann, läßt sich der im Rauchgas enthaltene Was- chen Umgebungswärmetauscher zur Aufnahme von serdampf auch ausfrieren. Im Verdampfer schmilzt 20 Niedertemperaturwärme bzw. zur Bereitstellung von durch die Wärmeaufnahme ein Teil der enthaltenen Eis- Kälte. Über ein Absperrorgan (16) ist am Verdampfer füllung. Um auch bei extrem kalten Außentemperaturen (11) ein Wasserbehälter (17) zur Zwischenspeicherung eine Taupunktunterschreitung im Schornstein zu ver- von Wasser angebaut, meiden, können die Rauchgase nach Passieren des Verdampfers wieder erwärmt werden. Dies erfolgt vorteilhafterweise durch Aufnahme der Kesselverluste oder durch Abkühlen des Sammelbehälters. Sobald die Zeolithfüllung im Zeolithbehälter regeneriert ist und der Wasserdampf im Sammelbehälter als Kondensat vorliegt, wird der Brenner abgestellt. Das Heizungswasser wird nunmehr durch die im Zeolithbehälter gespeicherte bzw. freigesetzte Wärme erwärmt. Dies kann durch Wärmebrücken, durch einen separaten Wärmeträgerkreislauf oder durch Umlenkung des Heizungswassers über den Zeolithbehälter erfolgen. Eine Abkühlung der Zeolithfüllung führt zur erneuten Adsorption des ausgetriebenen Wasserdampfes. Der Inhalt des Sammelbehälters kühlt sich dadurch ab. Bevor das Kondensat gefriert, wird das Absperrorgan zum Verdampfer geöffnet. Das kalte Kondensat fließt in den Verdampfer ab und vermischt sich mit der Eisfüllung. Eine fortgesetzte Wärmeentnahme aus dem Zeolithbehälter führt jetzt zu einer Vergrößerung des Eisanteils im Verdampfer. Der Eisanteil im Eis-Wassergemisch schwankt somit je nach Betriebspunkt des Heizkessels. Am Ende der Adsorptionsphase ist der Eisanteil am höchsten. Die während dieser Phase erzeugte Eismenge ist größer, als die während der anschließenden Aufheizphase des Zeolithbehälters vom Rauhgas abgeschmolzen wird. Die überschüssige Eismenge kann entweder im Verdampfer verbleiben, für externe Kühlzwecke oder zur Aufnahme von Umgebungswärme genutzt werden. Der erfindungsgemäße Heizkessel arbeitet in diesem Fall als Sorptionswärmepumpe mit Eisspeicher. Im Sommerbetrieb läßt sich der Verdampfer für Kühl- oder Klimatisierungsaufgaben nutzen. Die dabei im Heizungwasser anfallende Wärme dient zur Erwärmung von Brauchwasser. Der Zeolithbehälter dient in diesem Fall als zusätzliches Wärmereservoir. In diesen Fällen ist es von Vorteil, die Kälte im Verdampfer erst bei Bedarf zu erzeugen. Das Absperrorgan bleibt in diesem Fall während der Adsorptionsphase geschlossen und wird nur bei Bedarf von Nutzkälte geöffnet. Um den Wasserinhalt im Verdampfer klein zu halten, kann ein Teil der Wasserfüllung in einem separaten Wasserbehälter abgespeichert werden.

Die Zeichnung zeigt einen Querschnitt durch einen beispielhaften Heizkessel.

Claims (3)

Patentansprüche

1. Heizkessel zur Erwärmung von Heizungswasser durch die Verbrennung von flüssigen, gasförmigen oder festen Brennstoffen unter Verwendung eines Zeolith/Wasser-Adsorptionsapparates, bestehend aus einem Zeolithbehälter (2) gefüllt mit Zeolith (7), einem Kondensator (5) und einem Verdampfer, (11), dadurch gekennzeichnet,

— daß zwischen Kondensator (5) und Verdampfer (11) ein Sammelbehälter (6) zur Zwischenspeicherung von Kondensat (8) und ein Absperrorgan (9) geschaltet ist.

2. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

— daß der Sammelbehälter (6) die gesamte Kondensatmenge (8) aufnehmen kann und der Verdampfer (11) eine größere Wassermenge enthält, die an der Verdampfung nicht beteiligt ist.

3. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

— daß die Rauchgasführung so ausgelegt ist, daß die heißen Rauchgase nach der Brennzeichnet,

— daß während der Adsorptionsphase das Absperrorgan (9) geschlossen ist und nur bei Bedarf von Nutzkälte geöffnet wird.