DE4406141A1 - Vorrichtung zur Erwärmung von Heiz- und Brauchwasser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erwärmung von Heiz- und Brauchwasser gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Erwärmung von Heiz- und Brauchwasser mit verbessertem Wirkungsgrad und verringertem Schadstoff­ ausstoß anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß Anspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der er­ findungsgemäßen Aufgabenlösung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann für sämtliche Brennstoffe, wie Gas, Öl, Holz, Kohle etc., verwendet wer­ den und erzielt für sämtliche Brennstoffe einen höheren Wirkungsgrad als bisherige Vorrichtungen, insbesondere durch die erfindungsgemäße Wärmerückgewinnung, und eine wesentliche Reduzierung des Schadstoffausstoßes. Die er­ findungsgemäße Vorrichtung kann zur Sanierung von Altanla­ gen verwendet werden. Ein Kombination mit Neuanlagen ist vorteilhaft möglich. Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Neuanlage kann durch die erfindungsgemäß vorgesehene Erwärmung des Brauchwassers auf den bisher üblichen Warmwasserspeicher verzichtet werden. Es fällt wesentlich weniger Kondensat an, wodurch die Belastung der Kanalisation verringert ist und eine Kaminversottung nicht mehr auftreten kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist relativ preiswert herstellbar und erzielt eine erhebliche Energieeinsparung.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden.

Es zeigt

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Erwärmung von Heiz- und Brauchwasser mit Wärmerückgewinnung,

Fig. 2 ein bei der Vorrichtung nach Fig. 1 einge­ setztes Abgasgebläse mit Nebenluftvorrich­ tung und

Fig. 3 einen in Verbindung mit der Vorrichtung nach Fig. 1 eingesetzten Kunststoffkamin.

Gleiche Bauteile in den Figuren der Zeichnung sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Zeichnung zeigt eine Vorrichtung zur Erwärmung von Heiz- und Brauchwasser mit Wärmerückgewinnung.

Die Vorrichtung umfaßt einen Heizkessel 2, einen in den Abgasstrom geschalteten Wärmeaustauscher 4 und einen Gegenstromwärmeaustauscher 6 für Brauchwasser. Der Heiz­ kessel 2 weist einen Kesselauslaß 8 für Heizwasser auf, an den ein Vierwege-Mischventil 10 angeschlossen ist, das einen Anschluß 12 für den Vorlauf und Anschlüsse 14 und 16 für den Rücklauf aufweist.

Der Gegenstromwärmeaustauscher 6 für Brauchwasser wird durch den Kessel 2 über eine Pumpe 18 aufgeladen.

Der Wärmeaustauscher 4 weist zwei Stufen 20 und 22 auf. Er umfaßt ein Gehäuse 24, das durch eine Trennwand 25 in zwei Kammern 26 und 28 aufgeteilt ist, die durch einen Durchlaß 30 im oberen Bereich der Trennwand 25 miteinander in Verbindung stehen und in denen mehrere Rippenrohre 32 und 34 angeordnet sind. Die Kammer 26 bildet die erste Stufe und die Kammer 28 die zweite Stufe des Wärmeaustau­ schers 4. Die Kammer 26 weist einen unteren Abgasein­ trittsstutzen 27 und die Kammer 28 einen unteren Abgasaus­ trittsstutzen 29 auf. Beide Kammern sind mit Umlenkblechen 31, 33 für die Abgase versehen, wodurch ein mehrfach umge­ lenkter Strömungsweg für die Abgase und damit eine längere Verweilzeit für die Abgase geschaffen wird.

Die Rippenrohre 32 der ersten Stufe 20 (Kammer 26) werden von oben nach unten von Rücklaufwasser der Hei­ zungskörper durchströmt und weisen hierzu einen oberen Rücklaufwasser-Einlaß 36 und einen unteren Rücklaufwasser- Auslaß 38 auf, der an den Rücklaufanschluß 14 des Vierwe­ geventils 10 angeschlossen ist. Die Rippenrohre 34 der zweiten Stufe 22 (Kammer 28) werden von unten nach oben von Kaltwasser des Brauchwassersystems durchströmt und weisen hierzu einen unteren Kaltwassereintritt 40 und ei­ nen oberen Austritt 42 für vorgewärmtes Wasser auf. Die Rippenrohre sind mit Faltenrippen versehen, die das Kon­ densat aus dem Abgas durch die hohe Faltenzahl an der Rohroberfläche sammeln, wodurch ein höherer Wärmeüber­ gangswert auf die Rohroberfläche erreicht wird.

Die Abgase des Heizkessels 2 strömen über einen Abgas­ stutzen 44, der je nach Abgastemperatur aus Glas, Kunst­ stoff oder Edelstahl bestehen kann, in ein Fallrohr 46 und aus diesem Fallrohr über ein Knie 48 und den Abgasein­ trittsstutzen 27 in den unteren Teil der Kammer 26 der ersten Stufe 20 des Wärmeaustauschers 4, strömen nach oben und gelangen aus der ersten Stufe über den Durchlaß 30 in den oberen Teil der Kammer 28 der zweiten Stufe 22, strö­ men weiter nach unten und über den Abgasaustrittsstutzen 29 in ein Abgasrohr 50, in dem ein Abgasgebläse 52 ange­ ordnet ist, das die Abgase des Heizkessels 2 durch den Wärmeaustauscher 4 saugt und einem nachgeschalteten Kunst­ stoffkamin 54 zuführt, vgl. Fig. 3.

Das Abgasrohr 50 führt über eine Vorrichtung 66 zur Einstellung der Abgas/Gebläsedruckdifferenz zu einem in den Kunststoffkamin 54 führenden Abgasaustritt 70 (vgl. Fig. 1 und 3). Die Einstellung der Druckdifferenz erfolgt durch Querschnittseinstellung.

An das Abgasansaugrohr 72 des Gebläses 52 ist eine einstellbare Frischluftzufuhrvorrichtung 74 angeschlossen, die in einfacher Weise durch ein offenes Rohrstück 76 ge­ bildet wird, dessen offenes Ende 78 durch eine Klappe 80 verschließbar ist. Durch manuelle Verschiebung der Klappe 80 können bestimmte Öffnungsquerschnitte eingestellt wer­ den.

Gebläsedruckseitig ist eine Verbindungsleitung 56 vor­ gesehen, die aus dem Abgasrohr 50 abzweigt und in das Fallrohr 46 führt zur Zugabe eines Gemisches aus Frisch­ luft und Abgas zu den den Heizkessel 2 verlassenden Abga­ sen, wodurch eine schnelle Kondensation der frischen, aus dem Abgasstutzen 44 strömenden Abgase und eine Anhebung des pH-Wertes der Abgase erfolgt.

Außerdem kann im Fallrohr 46 eine Vorrichtung 58 zur Berieselung der Abgase mit Kondensat vorgesehen sein, das sich im Bodenraum 60 des Wärmeaustauschers 4 ansammelt mit Hilfe einer Pumpe 62 über eine Leitung 64 der Beriese­ lungsvorrichtung 58 zugeführt wird.

An das Abgasrohr 50 ist ein T-Stück 81 senkrecht ange­ schlossen. An den oberen Anschluß dieses T-Stückes 81 ist eine zu einem Differenzdruckwächter 82 führende Meßleitung 84 und an den unteren Anschluß eine Leitung 86 für Kon­ denswasser angeschlossen, welches in das Saugrohr 72 des Gebläses 52 geführt ist. Eine weitere Meßleitung 88 des Differenzdruckwächters 82 führt in das Saugrohr 72 des Gebläses 52. Der Druckwächter 82 überwacht die Druckdiffe­ renz über dem Abgasgebläse 52 und schaltet den Brenner des Heizkessels 2 bei Ausfall des Abgasgebläses ab.

Der Kunststoffkamin 54 ist an mehreren Stellen mit mehreren nachgiebigen, nach außen vorgespannten und um­ fangsmäßig verteilten Halterungen 90 aus Edelstahl verse­ hen, die den Kamin mit Abstand zum Mauerwerk 91 des ge­ nannten Kamins halten und die jederzeit ein müheloses Ein­ setzen und Entfernen des Kunststoffkamins gestatten.

Im Bodenraum 60 des Wärmeaustauschers 4 können Neutra­ lisationsmaterialien zur Neutralisierung des Kondenswas­ sers vorgesehen sein.

An den Austritt 42 für erwärmtes Kaltwasser aus der zweiten Stufe ist eine Zirkulationspumpe 92 angeschlossen, über die das Brauchwasser dem Gegenstromwärmeaustauscher 6 zur Erwärmung bzw. weiteren Aufheizung zugeführt wird, aus dem das aufgeheizte Brauchwasser dann über eine Brauchwas­ serabnahmeleitung 94 entnehmbar ist. Die Pumpe 92 versorgt über eine Zirkulationsleitung 96 einen zusätzlichen, ab­ schaltbaren Heizkörper 98, der von in der zweiten Stufe 22 des Wärmeaustauschers 4 durch Restwärmeentzug erwärmtem Brauchwasser durchströmt wird.

Die Temperatur des Wassers im Heizkessel wird von ei­ nem Thermostaten 100 auf eine Temperatur von 65 bis 70°C eingeregelt. Das Vierwegeventil 10 wird von einem Außen­ fühler für Heizzwecke (nicht dargestellt) gesteuert, wie dies an sich bekannt ist.

Der Heizkessel 2 ist so ausgelegt, daß die Wärmeüber­ tragung im Gegenstromwärmeaustauscher 6 auf das Brauchwas­ ser für eine Dauerentnahme von auf 65 bis 70°C erwärmtem Brauchwasser ausreicht, so daß auf einen zusätzlichen Brauchwasserspeicher und die übliche Opferanode verzichtet werden kann, die Gefahr einer Keimbildung sicher vermieden ist und überdies eine Gefahr einer Kesselsteinbildung er­ heblich verringert ist. Der Gegenstromwärmeaustauscher 6 ist dabei vorzugsweise ein preiswerter Plattenwärmeaustau­ scher mit einer sehr großen Wärmeübertragungsfläche, aber mit sehr engen Fließspalten für das Brauchwasser und damit sehr kleinem Brauchwasservolumen, beispielsweise von nur einem halben Liter, so daß der Gegenstromwärmeaustauscher 6 praktisch wie ein Durchlauferhitzer arbeitet.

Der abschaltbar ausgebildete Heizungskörper 98 wird vorzugsweise dann gespeist, wenn kein warmes Brauchwasser benötigt wird. Die in der zweiten Stufe 22 ausgenutzte Restwärme kann dann vorteilhaft zu Heizzwecken genutzt werden.

Die Klappe 80 der Frischluftzufuhrvorrichtung 74 be­ findet sich stets in einer bestimmten einstellbaren Offen­ stellung zur Einstellung eines bestimmten minimalen Unter­ druckes, beispielsweise von 0,2 mbar, wenn der Brenner des Heizkessels 2 nicht arbeitet, wodurch die sonst vorhandene Luftdurchströmung des Kessels 2 und des Wärmeaustauschers 4 und die hierdurch bewirkte Abkühlung vermieden wird.

Durch Zufuhr von über die Frischluftzufuhrvorrichtung 74 zugeführte und durch Mischung mit den Abgasen erwärmte Frischluft über die Leitung 56 in die Falleitung 46 wird eine pH-Wertanhebung erzielt (von etwa pH 2,5 auf pH 5,5). Ferner wird durch diese Frischluftzufuhr eine Kondensat­ verringerung im dem Kamin zugeführten Abgas erreicht, so daß die Gefahr einer Kaminversottung vermieden ist.

Wenn ein Heizkessel mit größerem Wasserinhalt bei­ spielsweise von 104 l und hoher Kesselleistung beispiels­ weise 35 kw gewählt wird, aber nur mit verringerter Lei­ stung beispielsweise 20 kw gefahren wird, verringert sich die Abgastemperatur im Abgasstutzen des Kessels von 208°C auf 102°C.

Die Berieselung der Abgase über die Berieselungsvor­ richtung 58 dient der Verringerung des Schwefeldioxidan­ teiles im Gas durch Bildung von schwefeliger Säure, die zusammen mit Kondensat im Bodenraum 60 gesammelt und mit Hilfe von Neutralisationsmaterialien neutralisiert werden kann.

Mit einer Anlage in der oben beschriebenen Ausführung mit einem Heizkessel der vorstehend genannten Ausführung werden folgende Daten erreicht, wobei Stufe 1 die Verhält­ nisse im Heizkessel, Stufe 2 die Verhältnisse im Abgas­ stutzen 44 und die Stufe 3 die Verhältnisse im Abgasaus­ trittsrohr 70 darstellen.

Raumluft: Sauerstoff 20,7%

Stufe 1
Verbrennungsluft|21°C
Abgastemperatur	806°C
Kohlendioxid	9,8%
Sauerstoff	7,7%
Kohlenmonoxyd	6 ppm
Stickstoffdioxid	97 ppm
Schwefeldioxid	48 ppm
Wirkungsgrad	53,0%
Luftgemisch	1,58

Stufe 2
Verbrennungsluft|20°C
Abgastemperatur	102°C
Kohlendioxid	9,6%
Sauerstoff	7,9%
Kohlenmonoxyd	24 ppm
Stickstoffdioxid	88 ppm
Schwefeldioxid	33 ppm
Wirkungsgrad	95,0%
Luftgemisch	1,60

Stufe 3
Verbrennungsluft|20°C
Abgastemperatur	27°C
Kohlendioxid	1,7%
Sauerstoff	18,7%
Kohlenmonoxyd	3 ppm
Stickstoffdioxid	12 ppm
Schwefeldioxid	0 ppm
Wirkungsgrad	97,6%
Luftgemisch	9,50

Claims (15)

1. Vorrichtung zur Erwärmung von Heiz- und Brauchwasser mit einem Heizkessel und einem dem Heizkessel nachgeschal­ teten, von den Abgasen des Heizkessels durchströmten Wär­ meaustauscher zur Wärmerückgewinnung, wobei für den Heiz­ kreis ein durch die Außentemperatur gesteuertes Mischven­ til vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Wärmeaustauscher (4) eine erste Stufe (20), die in den Heizwasserrücklauf zur Erwärmung des Rücklaufwas­ sers geschaltet ist, und eine der ersten Stufe nach­ geschaltete zweite Stufe (22) aufweist, die in den Kaltwasserzulauf des Brauchwasserkreises zur Vorwär­ mung des Brauchwassers geschaltet ist,
• - eine Vorrichtung (52, 74, 56) zur Zufuhr von Frisch­ luft oder eines Abgas/Frischluftgemisches zu den aus dem Heizkessel (2) ausströmenden Abgasen vorgesehen ist,
• - zur Erwärmung des Brauchwassers ein Gegenstromwärme­ austauscher (6) vorgesehen ist, der vom Heizwasser des Heizkessels aufgeladen wird und
• - ausgangsseitig des Wärmeaustauschers (4) ein Abgasge­ bläse (52) angeordnet ist, das die Abgase über ein Abgasrohr (50) einem Kamin (54) zuführt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher (4) zwei in einem Gehäuse (24) ausgebildete Kammern (26) und (28) aufweist, die durch eine Trennwand (25) voneinander getrennt sind, über eine im oberen Bereich der Trennwand vorgesehene Öffnung mit­ einander in Verbindung stehen und in denen Rippenrohre (32) und (34) angeordnet sind, die in der ersten Kammer (26), die die erste Stufe (20) bildet, in den Rücklauf des Heizwassers geschaltet sind und von oben nach unten durch Heizungsrücklaufwasser durchflossen werden, und die in der zweiten Kammer (28), die die zweite Stufe (22) bildet, in den Kaltwasserzulauf für Brauchwasser geschaltet sind und von unten nach oben von Kaltwasser durchflossen wird, wo­ bei die erste Kammer (26) unten oberhalb eines Bodenraumes (60) einen Einlaßstutzen (27) für die aus dem Heizkessel (2) kommenden Abgase und die zweite Kammer (28) unten oberhalb eines Bodenraumes (60) einen Auslaßstutzen (29) für die aus dem Wärmeaustauscher (4) ausströmenden Abgase aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischventil (10) ein Vierwegeventil ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstromwärmeaustauscher (6) ein Plattenwärme­ austauscher ist, der vom Heizwasser des Heizkessels über eine Pumpe (18) aufgeladen wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kammern (26) und (28) Umlenkbleche für die Ab­ gase angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an das Saugrohr (72) des Abgasgebläses (52) eine einstellbare Vorrichtung (74) zur Zufuhr von Frisch­ luft angeschlossen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (74) ein in das Saugrohr führendes offenes Rohr (76) aufweist, in dessen Öffnung (78) eine in eine vorgebbare Offenstellung verschiebbare Klappe (8) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Vorrichtung (56) zur Zufuhr von Frisch­ luft oder eines Gemisches aus Abgas und Frischluft an ei­ nen Abgasstutzen (44) des Heizkessels (2) angeschlossen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (56) eine Leitung ist, die vom an die Druckseite des Abgasgebläses (52) angeschlossenen Abgas­ rohr (50) abzweigt und mit dem Abgasstutzen (44) in Ver­ bindung steht.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den Abgasstutzen (44) ein Fallrohr (46) angeschlossen ist, in das die Leitung (56) für die Zufuhr von Frischluft führt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Fallrohr (46) eine Vorrichtung (58) zur Berie­ selung der Abgase mit Wasser angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Berieselung Kondenswasser aus dem Bodenraum (60) des Wärmeaustauschers (4) der Vorrichtung (58) über eine Pumpe (62) zuführbar ist.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein separater, an den Ausgang der Rippenrohre (34) der zweiten Kammer (28) angeschlosse­ ner Heizkreis (96, 98) vorgesehen ist.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im zum Kamin (54) führenden Abgasrohrstrang eine Vorrichtung (66) zur Einstellung der Abgas/Gebläsedruckdifferenz angeordnet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Kamin (54) ein Kunststoffkamin ist, der durch ela­ stische, nach außen vorgespannte Halterungen (90), die an mehreren Stellen umfangsmäßig verteilt am Kunststoffkamin angebracht sind, im gemauerten Kamin (91) gehalten ist.