DE8312496U1 - Wassererhitzer fuer sammelheizungsanlagen mit rauchgaskuehler - Google Patents

Description

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Anmelders Etablissement Agura FL-9490 Vaduz

Titel: Wassererhitzer für Sammelheizungsanlagen mit Rauchgaskühler

Vertreter: Patentanwälte

Dipl.-Ing. S. Schulze Horn M.Sc. I)r. H. Hoffmeister Coldstraße 36
4400 Münster

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Wassererhitzer für SammelheiZuingsanlagen mit Rauchgaskühler

Die Neuerung betrifft einen Wassererhitzer für Sammelheizungsanlagen mit einem Verbrennungsraum und einem diesen als Heizungsregister umgebenden Wassermantel , sowie mit einem Rauchgaskühler » und insbesondere-für einen Gasheizkessel .

Ein Wassererhitzer der der Neuerung nsugrunde liegenden Gattung wird vielfach als Kondensatheizkessel bezeichnet . Bei diesem werden die Rauchgase zusätzlich durch einen Kondensator , einen sogenannten Economizer aus Edelstahl geleitet . Dieser kühlt die den Verbrennungs-

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raum bzw. das Heizungsregister mit Temperaturen zwischen 130 und 200 ⁰C verlassenden Rauchgase annähernd bis auf die Temperatur des einfließenden Rücklaufes herab . Dabei unterschreiten die Rauchgase die Taupunktgrenze und es bildet sich ein Kondensat . Durch die Kondensation des Rauchgases wird zusätzlich Wärmeenergie gewonnen . Dieser zusätzliche Energiegewinn liegt bei Erdgas annähernd bei 1 KWh/nr Gas .

Eine Schwierigkeit besteht dabei darin , den Rauchgas- f

wärmetauscher säurefest und dabei in unkomplizierter t

Weise axt erschwinglichen Kosten auszuführen und ange- £

sichts der gedrängten Platzverhältnisse im Wassererhit- 1

zer unterzubringen , und trotz der infolge der Bauver- §

hältnisse relativ geringen zur Verfügung stehenden War- $

meaustauschflächen einen genügend großen Wirkungsgrad |

für den erforderlichen Wärmeaustausch zwischen Rauchgas § und Rücklaufwasser zu erreichen .

Um diese Schwierigkeit zu umgehen , wurde bereits der Weg beschritten , einen Wärmetauscher zur Minimierung von Abgastemperaturen zwischen Kessel und Schornstein anzuordnen ( DE-OS 31 18 447 ·)

Hierbei wird mittels einer im Schornatsin angeordneten Ansaug - und Beschleunigungsstrecke durch einen Ringkanal Rauchgas aus der Außenzone des Schornsteinquerschnittes angesaugt , über eine außerhalb des Schornsteines angeordnete Wärmetauschereinrichtung heruntergekrlilfe S und durch eine vor dem Ringkanal befindliche Beschleu-

jüj nigungsdüse mittels eines Gebläses in Strömungsrichtung

wieder eingeblasen .

S Hierbei ergibt sich der Nachteil eines relativ großen

Aufwardes sowie der Notwendigkeit , einen Einbau im

Schornstein zu vollziehen .

Weil bei diesem Verfahren und der hierfür vorgesehenen Vorrichtung nicht auszuschließen ist , daß Kondensat-Flüssigkeit über den Ventilator mit dem £ezirkulierten , abgekühlten Abgas durch die Beschleunigungsdüse in den Schornstein gelangt , kann dieser in schädlicher Weise an seinen Innenwänden mit einem Kondensatfilm überzogen werden . Der weit-aus größere Nachteil besteht aber darin , daß offensichtlich nur ein Ringquerschnitt aus der durch den Schornstein geleiteten Rauchgasströmung abgesaugt und gekühlt wird , wogegen^-ein erheblicher Teil des Rauchgases ungekühlt durch den Schorn-•tein strömt .Eine im Schornstein stattfindende Mischung

gekühlten und ungekühlten Rauchgases könnte demnach ebenfalls zu Taupunktunterschreitungen und zu weiterer Kondensatbildung oder zum Auswurf von saurem Regen aus dem Schornstein führen .

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde , einen Wassererhitzer für Sammelheizungsanlagen der eingangs genannten Gattung mit einem Rauchgaskühler anzugeben , wobei dieser Rauchgaskühler in einer besonders glücklichen und zweckmäßigen Anordnung mit dem Wassererhitzer räumlich derart vereinigt ist , daß er trotz gedrängter Raumform mit relativ geringen Abmessungen und dadurch begrenzten Wärmeaustauschflächen infolge seiner baulichen Gestaltung sowie Anordnung einen so hohen Wirkungsgrad aufweist , daß dadurch eine weitgehende Temperaturerniedrigung und Taupunktsuntörschreitung des Rauchgases zwecks Kondensation darin enthaltener Feuchtigkeit erreicht wird und das Rauchgas trocken und zumindest teilweise entschwefelt in den Schornstein gelangt .

Die Lösung der Aufgabe gelingt mit einer Anordnung nach der Neuerung dadurch , daß der Kühler mit dem Wassererhitzer eine räumliche Baueinheit bildet und daß er von Lamellen aus Edelstahl durchsetzt ist , die von Rauchgas durchströmbar sind .

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ders günstiges Verhältnis zwischen dem räumlichen Volumen bzw. Platzbedarf der Baueinheit und deren thermischem Wirkungsgrad. Hierdurch ergeben sich Kostenersparnisse sowohl für die Herstellung des Wassererhitzers als auch für dessen Betrieb . Dabei bildet der Kühler mit Vorteil ein kompaktes , in sich geschlossenes Aggregat aus Edelstahl mit im Verhältnis zu seinen äußeren Abmessungen maximal nutzbaren Wärmeaustauschflächen .

Eine Ausgestaltung sieht vor . daß der Kühler ein Behälter mit glatten Seitenwänden , Boden und Deckel aus Edelstahl ist , und daß die Lamellen mit vertikalen Achsen und durchgehenden Strömungswegen in Deckel und Boden eingeschweißt sind .

Durch diese Bauart wird einerseits der Fertigungsaufwand minimiert und andererseits ein Höchstmaß an Wärmeaustauschflächen auf kleinem Raum erzielt .

Und weiter sieht eine Ausgestaltung vor , daß eine Lamelle im Querschnitt die Form eines rechteckigen Rohres mit einer relativ langen und einer relativ kurzen Seite hat , und daß die Wände der Lamelle mit darin eingearbeiteten Noppen ausgerüstet sind , wobei die Noppen in

den im Inneren der Lamelle gebildeten Strömungsweg hineinragen unrt in Richtung des Strömungsweges gegeneinander versetzt angeordnet sind ·

Die Anordnung von Noppen in den ansonsten glatten Wänden der Lamellen sind einerseits günstig für eine unkomplizierte Fertigung , da die Noppen mittels Drückwerkzeugen in die Flächen eingepreßt werden können , andererseits ergeben sie den Vorteil , daß der Wärmeübergang durch die erhöhte Fläche und durch die Verwirbelung rund um die Noppen wesentlich erhöht wird . ;

Weitere Vorteile für einen optimalen Wärmeübergang ergeben sich durch eine weitere Ausgestaltung der Neuerung , wobei vorgesehen ist , daß Lamellen im Innenraum des Kühlers mit ihren Längsseiten jeweils senkrecht einer Seitenwand zugeordnet und von dieser Seitenwand mit Abstand zur gegenüberliegenden Seitenwand sich erstreckend je wechselseitig derart angeordnet sind , daß sich zwischen ihnen ein in horizontaler Richtung mäanderförmiger Strömungsweg ergibt .

Durch diesen mäanderförmigen Strömungsweg ergibt sich bei der ümströmung der Lamellen mit dem Rücklaufwasser

•in so hoher Wärmeübergang vom Wasser zu den Wänden der Lamellen , daß diese praktisch die Wassertemperatur annehmen und dadurch ein maximales Temperaturgefälle gegenüber den Rauchgasen erreichen .

Weiter ist vorgesehen , daß oberhalb und unterhalb des Kühlers je eine Rauchgaskammer angeordnet und durch die Strömungswege der Lamellen miteinander verbunden sind , und daß der Verbrennungsraum mit der oberen Rauchgaskam-Her durch einen Rauchgaskanal verbunden ist .

Auf diese Weise wird eine Strömungsrichtung der Rauchgase durch den Kühler bzw, die Lamellen von oben nach unten erzwungen · Weil die Temperatur des Rücklaufwassers vom oberen Bereich des Kühlers zu dessen tiefer gelegenen Bereichen abnimmt , ergibt sich infolge der von oben nach unten gerichteten Strömung des Rauchgases sowohl ein optimaler Wärmeübergang , als auch ein beschleunigter Abfluß des Kondensatfilmes .

Weiter ist vorgesehen , daß an die untere Rauchgaskammer eine Abzugsleitung angeschlossen und zwischen Rauchgas-

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kammer und Abzugsleitung ein Gebläse angeordnet ist . Mit Vorteil wird durch Anordnung des Gebläses innerhalb der Rauchgaskammer verhindert , daß Kondensat in die Ansaugöffnung des Gebläses gelangen kann .

Mit einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen , daß in der unteren Rauchgaskammer eine Kondensatwanne mit einem Abflußrohr angeordnet , bzw. daß die Rauchgaskammer als solche ausgebildet ist .

Um eine möglichst günstige Temperaturschichtung des Rücklaufwassers im Kühler zu erreichen ist mit Vorteil weiter vorgesehen , daß im unteren Bereich des Kühlers , am Anfang des durch die Lamellen gebildeten Strömungsweges , ein Anschlußstutzen für Rücklaufwasser angeordnet wid im oberen Bereich des Kühlers am Ende des zwischen den Lamellen gebildeten Strömungsweges ein Auslaß für das Rücklaufwasser angeordnet ist , und daß zwischen diesem und finem Wassereinlaß des Heizungsregisters ein Verbindungsrohr angeordnet ist .

Eine sehr zweckmäßige räumliche Einheit zwischen Kühler und Heizungskessel wird dadurch ermöglicht , daß der Kühler einen Querschnitt in Form eines Rechtecks mit Längs - und Querseiten hat , und daß er zwischen dem Verbrennungsraum und der Rückwand des Wassererhitzers mit seinen Längsseiten parallel zur Rückwand angeordnet ist .

Im folgenden wird die Neiierung anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung näher erläutert .

Es zeigen :

Figur 1

eine Seitenansicht des Wassererhitzers mit von der Betrachtungsseite abgenommener Blechverkleidung ,

Figur 2

eine Ansicht von rückwärts, desgleichen mit abgenommener Blechverkleidung ,

eine Draufsicht auf den Wassererhitzer gem. Fig.1 und 2, ebenfalls mit abgenommenem Verkleidungsdeckel _f

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Figur 4- : eine Draufsicht auf einen Schnitt des Kühlers in der Schnittebene IV-IV gemäß Fig. 2 .

Der Wassererhitzer 27 gemäß Fig. 1 und 2 umfaßt ein Heizungsregister 1 in Form eines Gußblockes , welcher von einer Isolierung 2 umgeben und mit einer Blechverkleidung 4 umkleidet ist . Im Heizungsregister 1 ist der Verbrennungsraum 21 angeordnet , worin ein ( nicht dargestellter ) Gasbrenner angeordnet ist . Csr Wassererhitzer besitzt ferner den Rauchgaskühler 11 . Oberhalb dessen ist eine obere Rauchgaskammer 5 und unterhalb eine untere Rauchgaskammer 7 angeordnet . Der Rauchgaskühler 11 ist von Lamellen 3 aus Edelstahl durchsetzt, die innen Strömungskanäle 15 besitzen , welche insgesamt einen Strömungsweg für Rauchgas von der oberen Rauchgaskammer 5 zur unteren Rauchgaskammer 7 bilden . Wie Figur 2 zeigt , sind die Lamellen 3 mit vertikalen Achsen und durchgehenden Strömungswegen 15 in den Deckel 14- und den Boden 13 des Kühlers 11 mit durchgehenden Strömungswegen 15 eingeschweißt . An die untere Rauchgaskammer 7 schließt sich seitlich das Gebläse 8 an . Dieses wird benötigt , da der thermische Auftrieb der abgekühlten Rauchgase für einen einwandfreien Hauchgasabzug nicht ausreicht .

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Mit Hilfe dieses Ventilators kann beim Betrieb des Kessels auch ein geringer Luftüberschuß von beispielsweise 20 - 30% im Verhältnis zum Brennstoff eingestellt werden Die Rauchgas - Verbindung vom Verbrennungsraum 21 zur oberen Rauchgaskammer 5 wird durch den Rauchgaskanal 22 hergestellt . Von dort werden die Rauchgase durch das Gebläse 8 über die Strömungskanäle 15 der Lamellen 3 in. die untere Rauchgaskammer 7 abgesaugt , in welcher die Kondensatwanne 10 angeordnet ist . Vom Gebläse 8 gelangen die gekühlten Abgase nach Abgabe ihrer Feuchtigkeit in Form eines Kondensatfilmes über den Rauchgaskanal 23 zum ( nic'-.t dargestellten ) Kaminanschluß . Von der an den Wassererhitzer 27 angeschlossenen ( nicht dargestellten ) Sammelheizungsanlage ist der kalte Rücklauf 29 unmittelbar an den unteren Bereich des Kühlers 11 angeschlossen , wie durch den Pfeil 29 in Fig. 2 rein schematisch angedeutet . Von der Anschlußstelle strömt das Rücklaufwasser unter Aufnahme von Wärme durch indirekten Wärmeaustausch mit den heißen Rauchgasen auf mäanderförmigen Strömungswegen 20 um die Lamellen 3 herum zur gegenüberliegend und im oberen Bereich angeordneten Auslaßeteile 30 . Diese Auslaßstelle 30 ist mit dem Einlaß des vorgewärmten Rücklaufwassers 24 am Heizungsregister 1 durch das Verbindungsrohr 25 verbunden .

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- 12 -

Die Lamellen 3 haben , wie aus der Draufsicht in Jig . 3 bzw. dem Schnitt in Fig. 4- erkennbar , die Form eines rechteckigen Rohres mit einer relativ langen Seite 16 und einer relativ kurzen Seite 1? · Zur Erhöhung der Wärmeaustauschfläche sowie zur Erhöhung des gasseitigen Wärmeüberganges mit Hilfe von turbulenten Strömungszonen sind die Wände 18 der langen Seiten 16 der Lamellen 3 mit eingearbeiteten Noppen 19 versehen . Diese ragen in den im Inneren der Lamelle 3 gebildeten Strömungska- T\al 15 hinein und sind in Richtung des Strömungskanaies gegeneinander versetzt , wie in Figur 4- bei der mittleren Lamelle 3 mit den Noppen 19 / 19'/ 19 /19' dargestellt . Hierdurch wird der Wirkungsgrad des Wärmeaustausches sehr vorteilhaft maximiert , was erfinduEgsgemäß einen sehr hohen Wirkungsgrad im Austausch zur Folge hat . Infolgedessen kann der Kühler 11 relativ klein ausgebildet und in der weiteren Folge mit dem Wassererhitzer 27 zu einer harmonischen Baueinheit integriert sein . Dabei ergibt sich eine optimale Raumgestaltung der Baueinheit durch den weiteren Vorschlag , daß der Kühler 11 einen Querschnitt in Form eines Rechtecks mit unterschiedlich langen Seitenwänden 12 hat , und daß er zwischen dem Verbrennungsraum 21 und der Rückwand 26 des Wassererhitzers 27 mit seinen längeren Seitenwänden 12 parallel zur Rückwand 26 angeordnet ist .

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Die Anordnung der vertikalen Strömungskanäle 15 in den Lamellen 3 hat überdies den weiteren Vorteil , daß diese ohne Schwierigkeiten von Zeit zu Zeit gereinigt werden können .

Zu diesem Zweck ist der obere Deckel 30 der Verkleidung abnehmbar ausgeführt und wird mitsamt dem Abschluß der oberen Rauchgaskammer 5 und dem entsprechenden Teil der Isolation 2 abgehoben . Sodann sind die Strömungskanäle 15 frei zugänglich und können ;sit einer mitgelieferten Spezialbürste gereinigt werden .

Die beispielhaft gezeigte Zuordnung der einzelnen Elemente des Wassererhitzers ist je nach Ausführung wie auch bei anderen Wassererhitzern variabel . So kann beispielsweise der Kühler infolge seiner vorteilhaft gedrungenen Bauart auch seitlich vom Heizungsregister 1 angeordnet sein . Wesentlich hingegen ist die Ausführung des Kühlers inclusive Anordnung der Rauchgaskammern und der hierdurch bedingten besonderen Rauchgasführung , wodurch im Zusammenwirken in Erfüllung der gestellten Aufgabe eine optimale Gesamtwirkung erreicht wird .

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Liste der Bezugszeichen

1. Gußblock_Heizun£sregister 25.

²· 2-J?°2-i§r^5S 26.

3. Lamellen 27.

^ · i^ckverkleidung ²⁸ ·

5. Rauchgaskammer 29.

6. Verbindungsrohr 30.

7. unt. Fauchgaskammer 31.

8. Gebläse __ _ 32.

9. Kondensatabfluß 33.

10. Kondensatwanne 34.

11. Rauchgaskühler _ 35. ¹²· Seitenwand Jiühler 36.

13. Boden ¹^ 37.

14. Deckel ¹^₁ 38.

16. l5ⁿge_Seite ¹^ _ 40.

17. kurze_Seite "__ 41.

18. Wand " 42.

19. Noppe_(i91). ^3.

20. Strömungsweg /Eücklauf 44.

21. Verbrennungsraum 45.

22. Rauchgaskanal 46.

23. Abzugskanal 47.

24. Wassereinlaß/Gußblock 48.

Claims (12)

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1. Wassererhitzer für Sammelheizungsanlagen mit einem Verbrennungsraum und einem diesen als Heizungsregister umgebenden Wassermantel , sowie mit einem Rauchgaskühler ,dadurch gekennzeichnet, daß der Kühler (11) mit dem Wassererhitzer (27) eine räumliche Baueinheit bildet , und daß er von Lamellen (3) aus Edelstahl durchsetzt ist , die von Rauchgas durchströmbar sind .

2. Wassererhitzer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß der Kühler (11) ein Behälter mit glatten Seitenwänden (12) , Boden (13) und Deckel (14-) aus Edelstahl ist , und daß die Lamellen (3) mit vertikalen Achsen und durchgehenden Strömungskanälen (15) in Deckel (14) und Boden (13) eingeschweißt sind .

_ A 2 -

3. Wassererhitzer nach Anspruch 1 und 2 , dadurch gekennzeichnet , daß eine Lamelle (3) im Querschnitt die Form eines rechteckigen Rohres mit einer relativ langen (16) und einer relativ kurzen Seite (17) hat .

4. Wassererhitzer nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet , daß eine Lamelle (3) Wände (18) mit darin eingearbeiteten Noppen (19) besitzt , wobei die Noppen (19) in den im Innern der Lamelle (3) gebildeten Strömungskanal (15) hineinragen und in Richtung des Strömungskanales (15) gegeneinander versetzt angeordnet sind .

5. Wassererhitzer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet , daß Lamellen (3) im Innenraum des Kühlers (11) mit ihren langen Seiten (16) jeweils senkrecht einer Seitenwand (12) des Kühlers (11) zugeordnet und von dieser Seitenwand (12) mit Abstand zur gegenüberliegenden Seitenwand (12*) lieh erstreckend je wechselseitig derart angeordnet sind , daß sich zwischen ihnen ein in horizontaler Richtung raäanderförmiger Strömungsweg (20) ergibt .

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- A 3 -

6. Wassererhitzer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 ι dadurch gekennzeichnet , daß oberhalb und unterhalb des Kühlers (11) je eine Rauchgaskammer (5 »7) ange ordnet und durch die Strömungskanäle (15) der Lamellen (3) miteinander verbunden sind , und daß der Verbrennungs raum (21) mit der oberen Rauchgaskammer (5) durch einen Rauchgaskanal (22) verbunden ist .

7. Wassererhitzer nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet , daß an die untere Rauchgaskammer (7) ein Abzugskanal (23) angeschlossen und zwischen Rauchgaskammer (7) und Abzugskanal (23) ein Gebläse (8) angeordnet ist .

8. Wassererhitzer nach einem der vorhergehenden An sprüche , dadurch gekennzeichnet , daß in der unteren Raiichgaskammer (7) eine Kondensatwanne (10) mit einem Abflußrohr (9) angeordnet , beziehungsweise daß die Rauchgaskammer (7) als Kondensatwanne (10) ausgebildet ist .

- A 4· -

9. Wassererhitzer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 , dadurch gekennzeichnet , daß im unteren Bereich des Kühlers (11) am Anfang des durch die Lamellen (3) gebildeten Strömungsweges (20) ein Anschlußstutzen (29) für Rücklaufwasser angeordnet ist .

10. Wassererhitzer nach einem oder mehreren der Ansprüche f

1 bis 9 ι dadurch gekennzeichnet , daß im oberen Bereich /

des Kühlers (11) am Ende des zwischen den Lamellen (3) ,

gebildeten Strömungsweges (20) ein Auslaß (30) für Rück- |

laufwasser angeordnet , und daß zwischen diesem und dem J

Wassereinlaß (24) des Heizungsregisters (1) ein Verbin- < dungsrohr (25) angeordnet ist .

11. Wassererhitzer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 , dadurch gekennzeichnet , daß der Kühler (11) einen Querschnitt in Form eines Rechtecks mit unterschiedlich langen Seitenwänden (12) hat , und daß er zwischen dem Verbrennungsraum (21) und der Rückwand (26) des Wassererhitzers (27) mit seinen längeren Seitenwänden (12) parallel zur Rückwand (26) angeordnet ist .

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12. Wassererhitzer nach Anspruch 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet , daß der Kühler (11) mit dem Wassererhitzer (27) eine Baueinheit bildet .

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