DE7721822U1 - Vorrichtung zur nutzbarmachung der restwaerme eines abgases - Google Patents

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Anmelden Fritz Haugg GmbH., Polar-Lufterhitzerwerk 8876 Jettingen-Scheppach

Vorrichtung zur Nutzbarmachung der Restwärme eines Abgase«

Sie Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Nutzbarmachung der Restwärme eines Abgases« das durch einen Gasabzug abgeführt wird.

Bei vielen wärmetechnischen Anlagen fallen große Mengen heißer Abgase mit oft noch ganz erheblicher Restwärme an, so z.B. bei Feuerungsanlagen in Form von heißen Rauchgasen oder bei Trocknungsanlagen in Form von Heißluft. Bisher war es nicht möglich, diese Restwärme zu nutzen. Auf der einen Seite war man bestrebt, diese Abgase möglichst ungekühlt an die Atmosphäre abzugeben, was ersichtlich eine schlechte Wärmewirtschaftlichkeit derartiger Anlagen

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ergibt und außerdem auf die Dauer au einer nicht unbeträchtlichen Beeinträchtigung der Umwelt führen kann. Auf _ der anderen Seite hat man für diverse andere Zwecke, beispielsweise die Warmwasser- oder Warmlufterzeugung, oft mehrere, separat betriebene Anlagen installiert, was einen vergleichsweise hohen Brennstoff-Gesamtbedarf ergibt*

Bei Brennkraftmaschinen ist es zwar bekannt, den Abgasen mit Hilfe sogenannter Abgasturbolader weitere Energie abzugewinnen und damit den Wirkungsgrad der Gesamtanlage zu verbessern. Anordnungen dieser Art sind jedoch auf die speziellen Verhältnisse bei Brennkraftmaschinen beschränkt. Ganz abgesehen davon ist auch die Restenergie der die Antriebsturbine eines Abgasturboladers verlassenden Abgase immer noch sehr hoch.

Hiervon ausgehend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung mit geringem Aufwand eine Anordnung eingangs erwähnter Art su schaffen, die eine weitgehende und wirtschaftliche Nutzung anfallender Abgase gestattet und die gleichzeitig nicht nur einfach und übersichtlich aufgebaut und ohne nennenswerten Aufwand installierbar ist, sondern auch variabel einsetzbar und leicht den Verhältnissen des Einzelfalls anpaßbar ist und die daher die Wärmewirtschaftlichkeit einer bereits vorhandenen Anlage in bisher nicht für möglich gehaltener Weise verbessert.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der Erfindung in überraschend einfacher Weise dadurch, daß ein an den Gasabzug anschließbarer, mit einem asu beheizenden Brauchmedium beaufschlagbarer Wärmetauscher vorgesehen ist, der abzugsei tig eine Einlaßkammer und eine daneben angeordnete Auslaßkarnmer aufweist, die jeweils mit Anschluß stutzen für den Gasabzug versehen und über einen Heizzug miteinander verbunden sind, der einen von der Einlaßkammer aus beauf-

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schlagbaren und in eine Mischkammer mündenden Vorlaufast und einen von der Mischkammer aus beaufschlagbaren und in die Auelaßkammer mündenden Rücklaufast aufweist.

Eine derart ausgebildete Vorrichtung gestattet in vorteilhafter Weise die Nutzung bisher als nutzlos angesehener Abgase und führt damit nicht nur zu guten Gesamtwirkungsgraden und einer Senkung des Brennstoffbedarfs, sondern bewirkt gleichzeitig auch eine Entlastung der Umwelt. Dadurch, daß Sin- und Auslaßkammer nebeneinander angeordnet sind, wird in vorteilhafter Weise nicht nur ein einfacher Aufbau und eine einfache Montierbarkeit auch bei bereits vorhandenen Anlagen erreicht, sondern gleichzeitig auch eine einfache Steuerbarkeit der Abgasführung ermöglicht. Die bei einer derartigen Anordnung von Ein- und Auslaßkammer leicht zu bewerkstelligende Doppelzug-Ausführung ergibt gleichzeitig in vielfach erwünschter Weise eine lange Heizstrecke und erlautet damit eine ausgezeichnet«» Abgasnut sung= Innerhalb der den ÜSsergangsbereich zwischen Vorlauf- und Rücklaufast bildenden Mischkammer kann in vorteilhafter Weiss ein Temperaturausgleich zwischen den Teilen des Abgases, die an den Wärmeübergangsflächen des Vorlaufastes bereits relativ stark abgekühlt wurden und solchen Teilen des Ab- | gases„ die hiermit nicht in Berührung kamen, vonstatten gehen, ho daß auch im Bereich des Rücklaufastes ein brauchbarer Wärmeübergang ermöglicht wird und keine Kondensatbildung zu befürchten ist. Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind demnach in einem einfachen und übersichtlichen Aufbau sowie einem guten Wirkungsgrad und einer langen Lebens- | dauer und daher insgesamt einer ausgezeichneten Wirtschaftlichkeit zu sehen.

Eine große Wärmeübergangefläche und damit ein ausgezeichneter Gesamtwärmefluß kann in weiterer Fortbildung der Erfindung auf einfache Weise dadurch erreicht werden, daß die

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Äste des Heizzugs mehrere, parallele Heizelemente aufweisen. Mit Hilfe dieser Maßnahme läßt sich in vorteilhafter Weise die Zuglänge bei vorgegebener Übergangsfläche relativ klein halten, wodurch eine annähernd gleichmäßige Wärmeabgabe über der gesamten Zuglänge erreicht wird.

Die oben angegebenen Maßnahmen können in vorteilhafter Weise ohne weiteres sowohl an Speicherbetrieb als auch an Durchlaufbetrieb angepaßt werden. Wie Versuche gezeigt haben, kann es sich dabei bei Anordnungen mit Speicherbetrieb als besonders vorteilhaft erweisen, wenn eine die Einlaß» und Auslaßkaoiner aufnehmende Abgasleiteinrichtung vorgesehen ist, die mit einer Umschaltklappe ausgerüstet 1st, welche in Abhängigkeit von der Temperatur in einem an die Abgasleiteinrichtung angesetzten, von den Heizelementen durchsetzten Brauchmedium-Speicher von Kurzschlußbetrieb zwischen Sin- und Auslaßkammer auf über die Heizelemente laufenden Bypassbatrieb umschaltbar ist und umgekehrt. Diese Maßnahmen erlauben in vorteilhafter Weise eine exakte Anpassung der Speicherbeaufschlagung an den Bedarf sowie sonstige Randbedingungen, beispielsweise die im Gasabzug gevorderte Mindesttemperatur. Infolge der hier in Vorschlag gebrachten Aufteilung in zwei Hauptbaugruppen, nämlich Abgas-Leiteinrichtung und Brauchmedium-Speicher werden gleichzeitig die Herstellung, die Montage und Wartung außerordentlich erleichtert.

In zweckmäßiger Fortbildung dieser Maßnahmen können zweckmäßig das Gehäuse der Abgas-Leiteinrichtung und der hieran angesetzte Brauchmedium-Speicher thermisch voneinander isoliert sein. Hierdurch ist sichergestellt, daß beispielsweise bei voll geladenem Speicher jede weitere Aufheizung über unkontrollierbare Wärmebrücken zuverlässig unterbleibt, was in vorteilhafter Weise ersichtlich eine hohe Betriebssicherheit garantiert.

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Eine weitere vorteilhafte Maßnahme kann darin bestehen,.daß die Endstellung der Umechaltklappe bei Bypassbetrieb in Abhängigkeit von der Temperatur in der Rücklaufkammer einstellbar ist= diese Maßnahmen ermöglichen in vorteilhafter Weise einen Mischbetrieb mit gleichzeitiger Direktbeaufschlagung der Auslaßkammer, so daß diese stets auf einem solchen Temperaturniveau gehalten wird, daß eine Kondensatbildung zuverlässig unterbleibt. Diese Maßnahme erweist sich daher insbesondere dort als besonders angebracht, wo mit aggressiven Stoffen beladene Rauchgase etc. bentutzt werden.

Eine besonders einfache Art der Klappenanordnung läßt sich dadurch erreichen, daß das Gehäuse der Abgas-Leiteinrichtung im Bereich der speicherseitigen Wand von Ein- und Auslaßkammer jeweils ein durch die Umschaltklappe gesteuertes Bypassfenster und in einer etwa senkrecht hierzu verlaufenden Katnmertrennwand ein gegenläufig gesteuertes Kurzschlußfenster aufweist» Hierbei kann in vorteilhafter Weise die Umschaltklappe einfach als im Schnittpunkt der Fensterebenen gelagerte, zweiflügelige Drehklappe ausgebildet sein, die zwei durch die Fensterebenen definierte Schließstellungen aufweist.

Eine weitere zweckmäßige Maßnahme kann darin bestehen, daß gegenüber der Ein- und Auslaßkaramer speicherseitig jeweils eine Vorkammer angeordnet ist, zwischen denen eine zumindest der Flügelgröße der Umechaltklappe entsprechende Trennwand vorgesehen 1st. Diese Vorkammern erleichtern in vorteilhafter Weise die gegenseitige thermische Isolation von Abgas-Leiteinrichtung und Brauchmedium-Speicher und ergeben gleichzeitig ausreichend Schwenkraum für die Umschaltklappe.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der übergeordneten

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Maßnahmen kann der Versorgungsstutzen zur Beaufschlagung des Brauehraediura-Speichers mit Brauchmedium etwa im Bereich eines mittleren Temperaturfeldes an diesen angesetzt sein. Hierdurch werden in vorteilhafter Weise lokale Temperatur sprünge sowie eine lokale zu starke Abkühlung vermieden und gleichzeitig der durch Schwerkraft in Gang kommende Temperaturausgleich zwischen warmen und kalten Speicherbereichen unterstützt.

Eine weitere Fortbildung der erfindungsgemäßen Maßnahmen kann darin bestehen, daß der Brauchmedium-Speicher einen von den Heizelementen durchsetzten Primärspeicher und. einen hiervon beaufschlagten Sekundärspeicher aufweist. Sofern Primärspeicher und Sekundärspeicher aneinander angeschlossen sind, wird hierdurch eine vielfach, beispielsweise bei der Warmwasserbereitung für Duschanlagen von Werksduschen, erwünschte Vergrößerung des Speichervolumens ermöglicht» Primärspeicher und Sekundärspeicher lassen sich andererseits aber auch ohne weiteres leitungsmäßig trennen, etwa zur Versorgung unterschiedlicher Abnehmer, beispielsweise einer Warmwasserheizung und einer Wannwasserzapfstelle. Hierbei kann es zweckmäßig sein, wenn der Sekundärspeicher mantelartig um den Primärspeicher herumgelegt ist.

Wie Versuche gezeigt haben, erweist sich eine liegende Anordnung des Wärmetauschers vielfach' als besonders zweckmäßig, da sich hierbei auf Grund relativ kleiner Potentialunterschiede eine saubere Gasströmung besonders leicht erreichen läßt. Als besonders zweckmäßig hat es sich dabei herausgestellt, wenn die Einlaßkammer unterhalb der Auslaßkammer angeordnet wird. Durch dies* Maßnahme wird in vorteilhafter Weise der Temperaturausgleich innerhalb des zu beheizenden Brauchmediuras beschleunigt, da der praktisch mit Abgaseingangstempe- » ratur beheizte, an die Einlaßkammer sich anschließende Vorlaufast in der auf Grund der Schwerkraft immer unten liegen-

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den Kaltzone innerhalb des Brauchmediums verläuft. Andererseits wird der bereits mit kälteren Abgasen beaufschlagte Rücklaufast weniger stark von außen gekühlt, wodurch einer Kondensatbildung in vorteilhafter Weise wirksam vorgebeugt ist.

Eine weitere, insbesondere im Zusammenhang mit einer liegenden Anordnung besonders zweckmäßige Maßnahme kann darin bestehen, daß die Anschlußstutzen für den Gasabzug mit etwa horizontalen Achsen einander etwa diagonal gegenüber liegend etwa tangential an das Abgas-Leitgehäuse angesetzt sind. Hierdurch können sich die Installationsarbeiten wesentlich vereinfachen.

Zur Anpassung der erfindungsgemäßen Anordnung an Durchlaufbetrieb, etwa zur Erzeugung von Warmluft, können die Heizelemente zweckmäßig so angeordnet werden, daß diese ein im Durchlaufbetrieb beaufschlagbares Heizgitter bilden. Dieses kann vorteilhaft in einer auf ihrem gesamten Querschnitt quer zur Längserstreckung der das Heizgitter bildenden Heizelemente mit Brauchmedium beaufschlagbaren Durchlaufkammer angeordnet sein. Hierdurch lassen sich für ausgezeichneten Wärmeübergang positive Strömungsverhältnisse erreichen.

In zweckmäßiger Fortbildung dieser Maßnahmen kann das Heizgitter aus mehreren hintereinander angeordneten Reihen paralleler Heizelemente aufgebaut sein, was in vorteilhafter Weise eine lange Heizstrecke ergibt»,

Wie Versuche weiter gezeigt haben, erweist es sich in diesem Zusammenhang als besonders zweckmäßig, wenn die den Vorlaufast bildende Gitterseite im Bereich der Brauchmedium-Eintrittsiseite und die den Rücklaufast bildende Gitterseite im Bereich der Brauchmedium-Austrittsseite angeordnet sind. Diese Maßnahmen verhindern in vorteilhafter Weise eine zu starke Abkühlung

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des Abgases im Bereich des Rücklaufastes, so daß auch hier keine Taupunktunterschreitung zu befürchten ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Ansprüchen.

Hierbei zeigen:

Figur 1 ein Installationsbeispiel für eine Anordnung erfindungsgemäßer Art,

Figur 2 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines liegend angeordneten Rauchgas-Wasser-Wärmetauschers im Bypassbetrieb,

Figur 3 die Anordnung nach Figur 2 im Kurzschlußbetrieb, Figur 4 eine Stirnansicht der Anordnung nach Figur 2,

Figur 5 sine bevorzugte Ausführungsform der Verbindung zwischen Abgas-Leitgehäuse und Speicher,

Figur 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines Durchlauf-Lufterhitzers,

Figur 7 ein Beispiel für aus Heiztaschenreihen aufgebautes Erhitzergitter und

Figur 8 eine Ansicht einer einzelnen Heiztasche.

In Figur 1 ist bei 1 ein Backofen angedeutet, wie er etwa in Bäckerein etc. Verwendung finden kann. Der Backofen 1 wird mittels eines Brenners 2 beheizt. Die hierbei entste-

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henden Abgase werden über einen Gasabzug 3 in einen Kamin 4 abgeführt. Abgase dieser Art haben in der Regel eine noch relativ hohe Temperatur und besitzen daher einen relativ hohen Restwärmeanteil. Zur Nutzung dieser Restwärme ist der Gasabzug 3 durch einen hieran angeschlossenen, als Ganzes mit 5 bezeichneten Wärmetauscher unterbrochen. Im Wärmetauscher 5 wird den den Backofen 1 mit einem relativ hohen Temperaturniveau verlassenden Abgasen weitere Wärme entzogen, die hier sur Bereitung von warmem Brauchwasser _t das in Bäckereien in der Regel in großem Umfang benötigt wird, und zum Betrieb einer Warmwasserheizung benutzt wird. Der Brauch*· wasservor- bzw. -rücklauf ist mit 6 bzw. 7 bezeichnet. Der Heizwasservor- bzw. -rücklauf trägt die Bezugeziffern 8 bswo 9. Aber auch eine Warmluftbereitung wäre ohne ohne weiteres denkbar, was sich insbesondere dann als vorteilhaft auswikken kann, wenn größere Betriebsgebäude direkt beheizt werden sollen*

Der in Figur 2 dargestellte und hier ebenfalls als Ganzes mit 5 bezeichnete Wärmetauscher soll der Einfachheit halber ausschließlich der Warmwasserbeheizung dienen. Der Wärmetauscher 5 besitzt daher einen Warmwasserspeicher 10, der an eine an den Gasabzug 3 anschließbare Abgas-Leiteinrichtung 11 angebaut ist. Diese beherbergt eine Einlaßkammer 12 und eine daneben sich befindende Auslaßkammsr 13, die mit Anschlußstutzen 14 bzw. 15 zum Anschluß an den Gasabzug 3 versehen sind, wie am besten aus Figur 4 erkennbar 1st. Von der Einlaßkammer 12 aus ist der Vorlaufast 16 eines durch den Warmwasserspeicher 10 hindurchgehenden Heizzugs beaufschlagbar. Der Rücklaufast 17 dieses Heizzugs mündet in die Auslaßkammer 13. Der Übergangsbereich zwischen Vorlaufast 16 und Rücklaufast 17 auf der der Abgas-Leiteinrichtung 11 gegenüberliegenden Speicherstirnseite ist als Mischkammer 18 ausgebildet, iß welcher ein Temperaturausgleich der den Rücklaufast 17 beaufschlagenden Gase stattfinden kann. Der Vorlauf -

ast 16 und der Rücklaufast 17 des durch den Warmwasserspeieher 10 hindurchgehenden Heizzugs umfassen zweckmäßig jeweils mehrere, hier durch Rohre 19 gebildete Heizelemente. Hierdurch werden in vorteilhafter Weise große Wärmeübergangsflächen erreicht. Die Querschnittsverteilung sowie die Anzahl bzw. Durchmesser der Rohre 19 innerhalb der einsselr nen Äste des Heizzugs lassen sich ohne weiteres so variieren, daß praktisch jede gewünschte Wärmeführung erreicht werden kann. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind im Bereich beider Äste des Heizzugs jeweils gleichviel Heizelemente vorgesehen, die etwa gleichmäßig über den zu beheizenden Querschnitt des Warmwasserspeichers 10 verteilt sind. Für Anlagen vorliegender Art ist eine derart einfache und übersichtliche Bauweise vollkommen ausreichend.

Die Abgas-Leiteinrichtung 11 ist, wie die Figuren 2 und 3 anschaulich erkennen lassen, mit einer Umschaltklappe 20 versehen, die von über die Heizelemente 19 führendem Bypassbetrisb, wie in Figur 2 dargestellt, auf Kursschlußbetrieb zwischen Einlaßkammer 12 und Auslaßkammer 13, wie in Figur dargestellt, umschaltbar ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Umschaltklappe 20 als einfache, zweiflügelige Drehklappe ausgebildet, die in der aus Figur 2 entnehMr« baren Bypasstellung ein im Bereich der Trennwand 21 zwischen Einlaßkammer 12 und Auslaßkammer 13 vorgesehenes Kurzschlußfenster 22 verschließt und im Bereich der speicherseitigen Kammerbegrenzungswand 23 von Einlaßkammer 12 und Auslaßkammer 13 jeweils vorgesehene Bypassfenster 24 öffnet. Im Kurzschlußbetrieb, wie in Figur 3 dargestellt, sind das Kurzschlußfenster 22 geöffnet und die Bypassfenster 24 verschlossen. Die Drehklappe 20 ist hierzu zweckmäßig im Bereich des Schnittpunkts der senkrecht aufeinander ausgerichteten Fensterebenen gelagert, so daß in einfacher Weise bei einer Schwenkung der Drehklappe 20 um 90° eine Umschaltung von Bypassbetrieb auf Kurzschlußbetrieb und umgekehrt erfolgt.

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Um speicherseitig ausreichend Schwenkraum für die Drehklappe 20 zur Verfügung zu haben, ist gegenüber von Einlaßkamme r 12 und Auslaßkammer 13 jeweils eine über das Bypassfenster 24 zugängliche Vorkammer 25 vorgesehen, deren gemeinsame Trennwand 26 zumindest so hoch ist, daß der in der Bypasstellung hieran zur Anlage kommende Flügel der Drehklappe 20 genügend Schwenkraum hat. Bei Bypassbetrieb wird der Warmwasserspeicher 10 durch die hier über den Vorlaufäst 16 und den Rücklaufast 17 geführten heißen Abgase geladen. Sobald die Temperatur im Warmwasserspeicher 10 ein vorgegebenes Maß erreicht hat, schaltet die Umschaltklappe 20 auf Kurzschlußbetrieb um, so daß die In die Einlaßkammer 12 eintretenden Abgase sofort auf direktem Weg in die Auslaßkammer 13 überführt werden, ohne daß eine weitere Beaufschlagung des Warmwasserspeichers 10 erfolgt. In vielen. Fällen kann es sich als vorteilhaft erweisen, wenn die Bypasstellung der Umschaltklappe 20 so gewählt wird, daß auch hier eine bestimmte Teilmenge des Abgases auf direktem Wege in die Auslaßkammer 13 gelangt, so daß diese stets auf einem Temperaturniveau gehalten wird, das sicher über dem Taupunkt des Abgases liegt, so daß eine Kondensatbildung mit Sicherheit unterbleibt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind zusätzlich bei 27 angedeutete Kondensatablaufstutzen vorgesehen, so daß die Kondensatbildung ständig kontrollierbar ist. Zur Betätigung der Umschaltklappe 20 ist ein in Figur 4 bei 28 angedeuteter Stellmotor vorgesehen, der zweckmäßig durch einen am Warmwasserspeicher 10 angebrachten Temperaturfühler 29 gesteuert wird«, Zur Aufrechterhaltung der gewünschten Temperatur in der Auslaßkammer 13 kann dem Motor 28 die Temperatur in der Auslaßkammer 13 als weitere Stellgröße aufgegeben werden. Vielfach genügt es jedoch, die gewünschte Bypasseudstellung der Umschaltklappe 20 bei Inbetriebnahme der Anlage fest einzustellen.

Die der Abgas-Leiteinrichtung 11 benachbarten Vorkammern 25

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des Warmwasserspeichers 10 verhindern im Kursschlußbetrieb in vorteilhafter Weise bereits weitgehend einen In diesem Zustand meist unerwünschten Wärmefluß von der Abgas-Leiteinrichtung 11 zum Warmwasserspeicher 10, der zu einer Überladung des Warmwasserspeichers 10 führen könnte. Vielfach kann es jedoch zweckmäßig sein, insbesondere wenn lange Speicherzeiten zu erwarten sind, auch einer metallischen Wärmeleitung vorzubeugen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind hierzu der Warmwasserspeicher 10 und die Abgas-Leiteinrichtung als zwei voneinander separate Baugruppen ausgeführt, die ohne weiteres praktisch ohne direkte metallische Berührung aneinander angebaut werden können. Wie die Figur 5 näher zeigt, kann beispielsweise der Mantel 30 des Warmwasserspeichers 10 mit seinem freien, der Abgas-Leiteinrichtung 11 zugewandten Rand I in eine im Bereich der Kammerbegrenzungswand 23 der Abgas- J Leiteinrichtung 11 vorgesehene Aufnahmenut 31 eingesteckt sein, in welche zur Unterbrechung des Wärmeflusses eine Asbestschnur 32 eingelegt ist. Der mechanische Zusammenhalt f der beiden Baugruppen kann etwa über am Umfang verteilte j Zuganker 33 bewerkstelligt werden, die sich jeweils an einander gegenüberliegenden Haltelaschen 34 abstützen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Zuganker 33 gegenüber den Haltelaschen 34 thermisch nicht isoliert, da der hierüber sich ausbildende Wärmefluß in vernachlässigbaren Grenzen bleibt. Vielfach lassen sich hierdurch gerade die trotz einer Isolierung nicht zu vermeidenden Wandverluste ausgleichen«, Es wäre aber auch denkbar, auch hier mittels entsprechender Asbestbuchsen etc. den Wärmefluß zu unterbrechen. Die den Warmwasserspeicher 10 bildende Baueinheit ist zweckmäßig, wie Pigur 2 am besten erkennen läßt, als Rundkessel ausgebildet, in den die den Heizzug bildenden Heizelemente 19 in Form einer vormontierbaren Baugruppe eingesetzt sind. Hierzu können die die Heizelemente 19 bildenden Rohre mit ihren Stirnseiten etwa in entsprechende Böden 35 eingesetzt sein, die

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unter Bildung der Vorkammern 25 bzw. der Mischkammer 18 mit dem Kesselmantel 30 verschweißt sind·

Wie Figur 2 weiter erkennen läßt, seil der Warmwasserspeieher 10 mit etwa waagerechter Mittellängsachse installiert sein. Dies hat den Vorteil, daß die Abgase im Bereich der Heizelemente 19 keinen Höhenunterschied zu überwinden haben, so daß sich eine saubere Strömung ausbildet. Bei Ausführung sformen dieser Art ist es besonders zweckmäßig, wenn die Einsatzkammer 12, wie im dargestellten Ausführungsbei» spiel unterhalb der Auslaßkammer 13 angeordnet ist« Der Vorlaufast 16 befindet sich dabei ebenfalls unterhalb das Rücklaufastes 17, der somit in vorteilhafter Weise im Bereich der Sammelzone für auf Grund seines leichteren Gewichts nach oben steigendes warmes Wasser zu liegen kommt, so daß hier die äußere Kühlung soweit abgeschwächt ist, daß auch bei einer Beaufschlagung mit bereits im Vorlaufast 16 abgekühlten Abgasen eine Kondensatbildung weitestgehend unterbleibt, bzw. in der Anfahrphase gegebenenfalls anfallendes Kondensat sofort wieder aufgetrocknet wird. Die Trennwand 21 zwischen Einlaßkammer 12 und Auslaßkammer 13 verläuft hierbei etwa horizontal, was eine saubere Querschnittsaufteilung im Bereich des Heiazugs ergibt· Die im Warmwasserspeicher 10 sich ausbildende Schwerkraftströmung führt im Bereich zwischen Vorlaufast 16 und Rücklaufast 17 zu einer relativ starken Mischung von Wasser unterschiedlicher Temperatur und damit zu einem relativ schnellen Temperaturausgleich. Das bei einer Entnahme von warmem Wasser aus dem Speicher 10 zur Speicherfüllung in diesen nachströmende Kaltwasser wird daher zweckmäßigerweise in diesen Bereich schnellen Temperaturausgleichs eingebracht. Die Strömung des nachfließenden Kaltwassers ist dem Mischprozeß außerdem noch sehr förderlich» In Figur 4 ist dies anhand eines bei 40 angedeuteten Versorgungsstufczens erkennbar, der et-

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wa Im Bereich der Ebene der Trennwand 21 an den Warmwasserspeicher 10 angesetzt 1st. Die Entnahme von warmem Wasser erfolgt zweckmäßig im Bereich erhöhter Temperatur· Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist daher ein nach oben abgehender Entnahraestutzen 41 vorgesehen» Bei einer liegenden Anordnung der den Figuren 2 bis S zugrundeliegenden Art kann sich die Installation dadurch wesentlich vereinfachen, daß die Anschlußstutzen 14 bzw. 15 zum Anschluß der Abgas-Leiteinrichtung 11 an den Gasabzug 3 ebenfalls horizontal» d.h. parallel zur Trennwand 21 ausgerichtet sind, wie sich am besten aus Figur 4 erkennen läßt· ZweckmSßigerweise sind dabei die Anschlußstutzen 14 und 15 mit einander diagonal gegenüberliegenden Anschlußquerschnitten etwa tangential an das Gehäuse der Abgas-Leiteinrichtung 11 angesetzt, was eine saubere Verteilung des Albgases bei Bypassbetrieb und eine möglichst geringe Abgasuinlenkung bei Kurzschlußbetrieb gewährleistet.

Für viele Anwendungsfälle reicht das einfache Aufnahmevermögen des Warmwasserspeichers 10 aus, insbesondere wenn, sich die Wasserentnahme über einen größeren Zeitraum verteilt. In Fällen, in denen es auf die Bereitstellung größerer Warmwassermengen für eine punktuell einsetzende Abnahme ankommt, beispielsweise bei der Bereitstellung von Duschwasser für Werksduschen, läßt sich das Speichervermögen auf einfache Weise dadurch vergrößern, daß einem an eine Abgas-Leiteinrichtung 11 angesetzten und daher beiheizbaren Warmwasserspeicher der bei 10 angedeuteten Art als Primärspeicher einer oder mehrere, Sekundärspeicher bildende Behälter nachgeordnet sind· Die dem beheizten Primärspeicher nachgeordneten Sekundärspeicher benötigen keine eigenen Heizelemente mehr sondern können als einfache Speicherbehälter ausgebildet sein. Vielfach genügt hierbei bereits der zwischen Primärspeicher und Sekundärspeicher automatisch in Gang kommende Kreislauf, um einen Temperaturausgleich herbaisu-

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führen. Es wäre aber auch denkbar, diesen Kreislauf durch eine entsprechende Umwälzpumpe zu unterstützen. Vielfach 1st es auch erwünscht, neben der Aufbereitung von warmest». . Brauchwasser zusätzlich eine Warmwasserheizung zu bedienen. Hierbei ist zweckmäßig ein vom in die Warmwasserversorgung einbezogenen Primärspeicher leitungsmäßig völlig separater Sekundärspeicher vorgesehen. Eine Anordnung dieser Art liegt der Figur 1 zugrunde. Der in den Heizungskreislauf einbezogene Sekundärspeicher 42 ist dabei zweckmäßig in Form eines Mantels um den Primärspeicher 10 herumgelegt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt der mantelartig ausgebildete Sekundärspeicher 42 den gesamten Querschnitt des Primärspeichers 10. Vielfach kann es sich aber auch zweck« mäßig erweisen, einen derartigen Sekundärspeicher lediglich im Bereich des Vorlaufastes 16 vorzusehen, so daß im Bereich des Rücklaufastes 17 eine Wärmeabnahme nach außen unterbleibt. Zur Vermeidung von Wärmeverlusten kann es vielfach zweckmäßig sein, die gesamte Anordnung mit einer Isolierschicht zu umgeben, wie in Figur 2 bei 43 angedeutet ist.

Die weiteren Figuren 6 bis 8 beziehen sich auf einen im Durchlaufbetrieb zu betreibenden Lufterhitzerο Hierzu ist, wie Figur 6 am besten erkennen läßt, ein als Ganzes mit 50 bezeichneter Wärmetauscher In ein Erhitzergehäuse 51 eingesetzt, das etwa mittels eines hler nicht näher dargestellten Ventilators auf seinem gesamten Querschnitt mit zu beheizender Luft versorgt wird· Der Wärmetauscher 50 besitzt ebenfalls jeweils eine Einlaßkammer 52 und eine daneben angeordnete Auslaßkammer 53, die an einen hier nicht mehr näher dargestellten Gasabzug angeschlossen werden können. Die Einlaßkammer 52 und Auslaßkammer 53 sind strömungsmäßig über einen in das Erhitzergehäuse 51 sich hineinerstreckenden Heizzug mit einem Vorlaufast 54 und einem RUcklaufast 55 verbunden. In dem der Einlaßkammer 52 bzw. Auslaßkammter 53 gegenüberliegenden Übergangsbereich zwischen Vorlaufast

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und Rücklaufast ist eine Mischkammer 56 vorgesehen, die hier ebenfalls von zu beheizender Luft umspült wird. Der durch die Äste 54 und 55 gebildete Heizzug ist im vorliegenden Fall so ausgebildet, daß, wie am besten aus Figur 7 erkennbar 1st, die einzelnen Heizelements 57 der Äste 54 bzw. 55 ein als Ganzes mit 58 bezeichnetes Heizgitter bilden, welches quer zur Längserstreckung der Heizelemente 58 mit Luft beaufschlagt wird» Zur Vermeidung einer Unterkühlung des durch das Heizgitter 58 geleiteten Abgases ist das Gitter so Im Erhitzergehäuse 51 angeordnet, daß die den Vorlaufast 54 bildende Gitterseite auf der Seite des Lufteintritts zu liegen kommt und die den Rücklaufast 55 bildende Gitterseite luftaustrittsseitig angeordnet ist.

Das Heizgitter 58 wird einfach dadurch gebildet, daß die Heizelemente 57 der Äste 54 und 55 in Form von mehreren hintereinander liegenden Reihen angeordnet sind. Im dar- ■" gestellten Ausführungsbeispiel hat jeder Ast zwei Reihen mit einer gleichen Anzahl von parallel nebeneinander stehenden Heizelementen. Die in Strömungsrichtung der zu beheizenden Luft jeweils hintereinander liegenden Reihen können dabei zur Stärkung der Konvexion seitlich gegeneinander versstzt sein. Vielfach wird aber auch schon bei fehlender Versetzung, wie im dargestellten Ausführungsbeispiel, eine ausreichende Wärmeaufnahme erreicht. Die einzelnen Heiaelemente 57 warden vorteilhaft durch im Querschnitt langgestreckte Heiztaschen gebildet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist hier zur Versteifung jeweils eine bei 59 angedeutete mittlere Stegwand eingeschweißt«

Die Heizelemente 57 sind, wie cm besten aus Figur 8 erkennbar ist, im Bereich ihrer Enden jeweils trichterartig aufgeweitet. Benachbarte Elemente können so zur Erzeugung eines größeren Verbands einfach randseltig miteinander verschweißt

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sein, wie bei 60 angedeutet ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sollen die Heizelemente 57 jeweils astweise zu einem gemeinsamen Verband miteinander verschweißt sein, wodurch sich in vorteilhafter Weise zwischen Vorlaufast 54 und Rücklauf»st 55 eine in Figur 7 bei 61 angedeutete Dehnfuge ergibt. Wärraespannungen sind daher hier auch bei einem relativ starken Temperaturabfall innerhalb des Heizzugs nicht zu befürchten. Der Grad der trichterartigen Aufweitung, die gleichzeitig einen Strömungsweg für die zu beheizende Luft bewerkstelligt, läßt sich einfach den gewünschten Strömungsverhältnissen anpassen.

Bei Lufterhitzern kann der Heizzug des Wärmetauschers, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel, ständig an den Gasabzug angeschlossen sein. Eine Stillegung erfolgt hierbei einfach durch Abschaltung der Luftzufuhr. Eine thermische Überbeanspruchung der Erhitzerbauteile ist hierbei in der Regel nicht zu befürchten, da ohnehin entsprechendes Material zu verwenden ist. Es wäre aber auch ohne weiteres denkbar, auch hier die Einlaßkammer 52 und die daneben angeordnete Auslaßkammer 53 kurzzuschließen. Dabei könnte vorteilhaft ebenfalls eine Abgas-Leiteinrichtung oben geschilderter Art Verwendung finden.

Vorstehend sind zwar einige bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert, ohne daß jedoch hiermit eine Beschränkung verbunden sein soll. Vielmehr stehen den Fachmann eine Reihe von Möglichkeiten zur Verfügung, um den allgemeinen Gedanken der Erfindung durch Anwendung gleichwertiger Maßnahmen an die Verhältnisse des Einzelfalls anzupassen.

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Claims (31)

Ansprüche

1) Vorrichtung ssur Nutzbarmachung der Restwärme eines Abgases, das durch einen Gasabzug abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein an den Gasabzug (3) anschließe barer, mit einem zu beheizenden Brauchroedium beaufschlagbarer Wärmetauscher (5, 50) vorgesehen ist, der abzugsseitig eine Einlaßkararaer (12, 52) und eine daneben angeordnete Auslaßkammer (13, 53) aufweist, die jeweils mit Anschlußstutzen (14 baw. 15) für den Gasabzug (3) versehen und über einen Heizzug miteinander verbunden sind, der einen von der Einlaßkammer (12, 13) aus beaufschlagbaren und in eine Mischkammer (IS₉, 56) mündenden Vorlaufast (16, 54) und einen von der Mischkammer (18, 56) aus beaufschlagbaren und in die Auslaßkamraer (13, 53) mündenden Rücklaufast (17, 55) aufweist.

2) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Äste (16, 17 bzw. 54, 55) des Heizzugs mehrere

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parallele Heizelemente (19, 57) aufweisen.

3.3 Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Vorlaufasts (16, 54) und des Rücklaufasts (17, 55) jeweils eine gleiche Anzahl von Heizelementen (19, 57) vorgesehen ist.

4) Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Heizelemente (19, 57) etwa gleichmäßig über den mit Brauchmedium beaufschlagbaren Querschnitt verteilt sind«

5) Vorrichtung nach Anspruch 1 mit Speicherbetrieb, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Einlaß- und Auslaßkammer (12 bzw. 13) aufnehmende Abgas-Leiteinrichtung (11) vorgesehen ist, die mit einer Umschaltklappe 20 ausgerüstet ist, die in Abhängigkeit von der Temperatur in einem an die Abgas-Leiteinrichtung (11) angesetzten, von den Heizelementen (19) durchsetzten Brauchmedium-Speicher (10) von Kurzschlußbetrieb zwischen Ein- und Auslaßkammer (12, 13) auf über die Heizelemente (19) laufenden Bypassbetrieb umschaltbar ist.

6) Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse der Abgas-Leiteinrichtung (11) und der hieran angesetzte Brauchmeäium-Speicher (10) thermisch voneinander isoliert sind.

7) Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse der Abgas-Leiteinrichtung (11) im Bereich der speicherseitigen Wand (23) von Ein- und Auslaßkammer (12, 13) jeweils ein durch die Umschaltklappe (20) gesteuertes Bypassfenster (24) und in einer etwa senkrecht hierzu verlaufenden Kammertrennwand (21) ein ge-

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genläufig gesteuertes Kurzschlußfenster (22) aufweist.

8) Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltklappe (20) als im Schnittpunkt der Penstarebenen gelagerte, zweiflügelige Drehklappe ausgebildet ist, die zwei durch die Fensterebenen definierte Schließstellungen aufweist.

9) Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Endstellung der Umschaltklappe (20) bei Bypassbetrieb in Abhängigkeit von der Temperatur in der Rücklaufkammer .(13) einstellbar ist.

10) Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Kondensatablaufstutzen (27) vorgesehen ist.

11) Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennseichnet, daß gegenüber der Ein- und Auslaßkammer (12 bzw. 13) speicherseitig jeweils eine Vorkammer (25) angeordnet ist, zwischen denen eine zumindest der Flügelgröße der Umschaltklappe (20) entsprechende Trennwand (26) vorgesehen ist.

12) Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkammern (25)bzw. die Mischkammer (18)- des Heizzugs speicherseitig durch einander gegenüberliegende Böden

(35) begrenzt sind, in welche die rohrförmigen Heizele- ] mente (19) mit ihren Stirnseiten eingesetzt sind. i

13) Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet. \ daß der Brauchmedium-Speicher (10) als durch die die { Heizelemente (19) haltenden Böden (35) ausgesteifter ■

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Rundkessel ausgebildet ist.

14) Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Brauchmedium-Speicher (10) mit einem im Bereich mittlerer Temperatur einmündenden Versorgungsstutzen (40) versehen ist.

15) Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Brauchmedium-Speicher (10) mit einem im Bereich erhöhter Temperatur abgehenden Entnähmestutzen (41) versehen ist.

16) Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Brauchmediura-Speicher einen von den Heizelementen durchsetzten Primärspeicher (10) und zumindest einen hiervon beaufschlagten Sekundärspeicher (42) aufweist.

17) Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärspeicher (42) mantelartig um den Primärspeicher (10) herumgelegt ist.

18) Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (5) liegend angeordnet ist.

19) Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß die Einlaßkammer (12) unterhalb der Auslaßkammer (13) angeordnet ist.

20) Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 18 und 19, dadurch gekennzeichnet, daß die

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Kammertrennwänd (21) etwa horizontal verläuft.

21) Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußstutzen (14 bzw. 15) mit jeweils etwa horizontal verlaufender Achse an das Gehäuse der Abgas-Leiteinrichtung (11) angesetzt sind.

22) Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet. daß die Anschlußstutzen (14 bzw. 15) etwa tangential an das Gehäuse der Abgas-Leiteinrishttang (11) angesetzt sind.

23) Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4 für Durchlaufbetrieb, dadurch gekennzeichnet . daß die Heiaelemente (57) ein im Durchlaufbetrieb beaufschlagtes Heizgitter (58) bilden.

24) Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet« daß das Heizgitter (58) aus mehreren hintereinander angeordneten Reihen paralleler Heizelemente (57) aufgebaut ist«

25) Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet« daß die hintereinander angeordneten Heizelementreihen seitlich gegeneinander versetzt sind.

26) Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet ^ daß die den Vorlaufast (54) bildende Gitterseite und die den Rücklaufast (55) bildende Gitterseite jeweils zwei hintereinander angeordnete Heizelementreihen aufweisen.

27) Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß das

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Heizgitter (58) in einer auf ihrem gesamten Querschnitt quer zur Längserstreckung der das Heiagitter (58) bildenden Heizelemente (57) mit Brauchmedium beaufschlagbaren Erhitzerkammer (51) angeordnet ist.

28) Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet. daß die den Vorlaufast (54) bildende Gitterseite im

f Bereich der Brauchmedium-Eintrittsseite und die den

r Rücklaufast (55) bildende Gitterseite im Bereich der

Brauchmedium-Austrittsseite angeordnet sind«

29) Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 23 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die das Heizgitter (58) bildenden Heizelemente (57) als im Querschnitt langgestreckte Heiztaschen ausgebildet sind, deren Querschnitt-Längsseite in Strömungsrichtung des Brauchmediums angeordnet ist.

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30) Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet«

daß die Heiztaschen querschnittsmäßig durch jeweils mindestens eine eingeschweißte Stegwand (59) ausgesteift sind.

31) Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 29 und 30, dadurch gekennzeichnet« daß die Stirnseiten der Heiztaschen trichterartig aufgeweitet und an ihrem Rand zumindest astweise miteinander verschweißt sind.

f 32) Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 23 bis 31, dadurch gekennzeichnet _f daß, zumin~

dest die der Mischkammer (56) gegenüberliegende Gitterstirnseite mit einer zwischen Vorlaufest (54) und Rücklaufast (55) angeordneten Dehnfuge (61) vergehen ist.

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¹ Patentanwalt

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