EP0017256B1

EP0017256B1 - Wärmetauscher

Info

Publication number: EP0017256B1
Application number: EP80101899A
Authority: EP
Inventors: Volker Reindl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-04-10
Filing date: 1980-04-09
Publication date: 1983-07-20
Also published as: EP0017256A3; EP0017256A2; DE3064201D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine zwischen dem Kesselaustritt und dem Kamineintritt anschliessbaren Wärmetauscher mit einem das Rauchgasrohr umgebenden Ringraum zum Vorwärmen von einem oder mehreren getrennten Medien vor ihrem Eintritt in den Heizkessel.
Mit fossilen Brennstoffen betriebene Feuerstätten, insbesondere Heizkessel von Einfamilienhäusern weisen in der Regel zwei getrennte Wasserkreise auf, von denen der eine der Heizung dient, während der andere die Warmwasserbedürfnisse des Haushaltes erfüllt, was in der Regel mit «Brauchwasser» bezeichnet wird.
Aufgrund der in den letzten Jahren sehr stark gestiegenen Kosten für fossile Brennstoffe erweist es sich als notwendig, die beim Verfeuern entstehende Wärmeenergie bestmöglichst auszunutzen, da insbesondere bei älteren Heizkesseln ein nicht vernachlässigbarer Teil der erzeugten Wärme ungenutzt in den Kamin abstreichen kann. Es ist daher bereits bekannt, in das Rauchgasabzugsrohr von Heizkesseln Wärmetauscher einzusetzen. In der DE-A-2 048 673 ist ein solcher Wärmetauscher beschrieben, in dem einerseits das in den Kessel zurückfliessende Wasser und anderseits die dem Brenner zugeführte Verbrennungsluft vom Rauchgas erwärmt werden. Das in den Heizkessel zurückströmende Wasser wird dabei in einer Rohrschlange um das Rauchgasrohr spiralig herumgeführt, während die Verbrennungsluft am Rauchgasrohr direkt entlangstreicht. Eine solche Anordnung liefert nur kleine Wärme- übergangskoeffizienten, der Hauptnachteil dieses bekannten Wärmetauschers ist jedoch darin zu sehen, dass seine Grösse fest vorgegeben ist, so dass der nachträgliche Einbau eines solchen Wärmetauschers, insbesondere in im Keller von Einfamilienhäusern gedrängten Raumbedingungen, Schwierigkeiten bereitet. Eine Anpassung der Grösser des Wärmetauschers an die Abgastemperatur des Heizkessels ist ebenfalls nicht möglich.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen zwischen Heizkessel und Kaminanschluss einsetzbaren Wärmetauscher für ein oder mehrere Wärmeträgermedien zu schaffen, bei welchem der Einbau selbst bei gedrängten räumlichen Bedingungen keine Schwierigkeiten bereitet.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Wärmetauscher aus einer Reihe im Baukastensystem hintereinander angeordneter Ringkammersegmente besteht, welche neben der mittigen Ausnehmung für den Durchlass des Rauchgases die Ein- und Auslässe für das oder die Medium(en) aufweisen.
Aufgrund der Tatsache, dass der Wärmetauscher gemäss der Erfindung aus einzelnen, hintereinander geschalteten scheibenförmigen Segmenten besteht, ergibt sich die Möglichkeit, dass der eingebaute Wärmetauscher sehr einfach an die vorhandenen Platzbedingungen angepasst werden kann, und das ein nachträglicher Einbau, insbesondere bei älteren Wärmekesseln mit geringerer Wärmeausbeute, keine Schwierigkeiten bedeutet.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 12.
Das Rauchgasrohr besteht aus mehreren in axialer Richtung aneinander reihbaren und miteinander starr verbindbaren Teilgliedern, von denen jedes eine geschlossene Ringkammer mit Fluiddurchgangsöffnungen zu den benachbarten Ringkammern aufweist. Bei diesen Teilgliedern ist der Durchmesser des inneren Rohres den Normdurchmessern des Abzugsrohrstutzens am Heizkessel angepasst. Das Rauchgas-Abzugsrohr kann ähnlich einem Heizkörper oder Gliederheizkessel aus einer beliebigen Anzahl von Teilgliedern zusammengesetzt werden, bis die gewünschte Rohrlänge erreicht ist.
Im einfachsten Fall bestehen die Teilglieder aus hohlen Gussringen. Beim Zusammensetzen dieser Gussringe wird aus der zentralen Öffnung der einzelnen hintereinander angeordneten Teilglieder das Abzugsrohr für Rauchgase gebildet. An die Ringkammer des letzten Teilgliedes dieses so zusammengesetzten Rauchgas-Abzugsrohrs wird der Kaltwasserzulauf angeschlossen, während die Kaltwasserverbindung zum Heizkessel an die erste Ringkammer angeschlossen ist.
Bei der Entnahme von erwärmtem Brauchwasser an irgendeiner Entnahmestelle des Warmwas- . sernetzes muss nun die entnommene Warmwassermenge durch eine entsprechende Kaltwassermenge aus der Frischwasserleitung ergänzt werden. Bei der Zumischung dieses Kaltwassers sinkt nun die Soll-Temperatur für das auf Vorrat gehaltene erwärmte Brauchwasser im Heizkessel ab, so dass ein Temperaturmessfühler ein entsprechendes Signal an den Reglerkreis der Heizung gibt, der seinerseits die Heizung im Heizkessel einschaltet. Die während dieser Aufheizperiode entstehenden Rauchgase erwärmen auf ihrem Weg durch das Rauchgas-Abzugsrohr das durch die Ringkammern hindurch in den Warmwasserboiler des Heizkessels einströmende Kaltwasser und kühlen sich während dieses Wärmeentzugs ab. Je nach Länge des Rauchgas-Abzugsrohres und der Wärmetauscherfläche auf der Rauchgas- bzw. Kaltwasserseite wird das einströmende Kaltwasser vorgewärmt, so dass bei seiner Vermischung mit dem im Warmwasserboiler vorhandenen Warmwasser die Abkühlung dieses Warmwassers wesentlich geringer ist, als es ohne diese Vorwärmung wäre. Damit verringert sich die Aufheizzeit zur Wiedererreichung der Solltemperatur und zwangsläufig auch der Brennstoffverbrauch.
Um einen gleichförmigeren Temperaturverlauf längs des Rauchgas-Abzugsrohrs zu erreichen, werden bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die zwei Strömungswege der zu erwärmenden Fluide nicht hintereinander sondern alternierend angeordnet. Damit wird erreicht, dass das Fluid des ersten Systems durch die erste, dritte, fünfte, siebte usw. Ringkammer geleitet wird, wogegen das Fluid des zweiten Systems durch die zweite, vierte, sechste, usw. Rinkammer fliesst. Durch diese alternierende Anordnung der einzelnen Fluidwege wird ein entsprechend gleichmässigeres Vorwärmen der einzelnen Fluide bewirkt. Aus der dem Heizkessel am nächsten liegenden Ringkammer können die zwei Austrittsleitungen für beide Fluide austreten und direkt in den Heizkessel geleitet werden. Damit ist die Montage dieser Leitungen erleichtert.
In vielen Fällen ist der Verbrauch der einzelnen Fluide unterschiedlich, so dass ihre Aufbereitung in der Wärmetausch-Einrichtung in unterschiedlichen Mengen erfolgen soll. Zur Berücksichtigung dieses Sachverhalts wird in einer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, die Breiten der Ringkammern im jeweiligen System dem jeweiligen Fluidbedarf anzupassen, d. h. mit andren Worten, dass die Ringkammern für das System mit dem geringeren Fluidbedarf schmäler ausgebildet sind. Ein solch unterschiedlicher Fluidbedarf tritt vor allem bei Heizanlagen auf, welche einerseits das Wasser der Gebäude- bzw. Wohnungsheizung erhitzen und anderseits des warme Brauchwasser liefern. Gewöhnlich ist der Warmwasserumlauf weitaus geringer als der Heizungswasserumlauf. In diesem Fall wird das Fluidsystem für das Brauchwasser mit den schmäleren Ringkammern versehen werden. Statt für jeden Strömungsweg der beiden Heizungssysteme jeweils eine getrennte Ringkammer zu verwenden, kann man diese beiden Strömungswege in einer Ringkammer vereinigen. Ein derartiger Wärmetauscher hat den Vorteil, dass beide Wärmetauscher-Fluidsysteme vom gleichen Abschnitt des Rauchgasrohres Wärme abziehen, so dass man nicht auf eine übergrosse Länge abziehen, so dass man nicht auf eine übergrosse Länge des Rauchgasrohres angewiesen ist.
Da das Kaltwasser aus dem Frischwasserleitungsnetz sofort während der Warmwasserentnahme nachläuft, der Temperaturfühler in der Regel aber erst nach einer gewissen Vermischungszeit zwischen Warm- und Kaltwasser auf die veränderte Temperatur im Warmwasserboiler anspricht, sind entsprechende Regelungsmassnahmen erforderlich. Um das sofortige Einschalten der Heizung bei Beginn des Kaltwasserzulaufs zu erreichen, kann entweder das Einschalten der Heizung durch die beginnende Warmwasserentnahme aus dem Warmwasserboiler bewerkstelligt werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Temperaturfühler im Warmwasserboiler im Bereich des Kaltwasserzulaufs so anzuordnen, dass er vom Kaltwasserstrom angespült wird und dabei ohne jede Verzögerung einen Steuerbefehl an die Heizung gibt. Damit ist gewährleistet, dass schon bei Beginn des Kaltwasserzulaufs bereits heisse Rauchgase im Rauchgas-Abzugsrohr zur Verfügung stehen, die das zuströmende Kaltwasser vorwärmen.
Wie bereits oben erwähnt, können zwei getrennte Einheiten von zusammengesetzten Ringkammern vorgesehen werden, und zwar die eine für die Vorwärmung des in den Warmwasserboiler einströmenden Kaltwassers und die zweite für die Vorwärmung des Rücklaufs des Heizungssystems. So wird z.B. beim Aufheizen am Morgen auf Solltemperatur das gesamte Heizungswasser nach Einschalten des Brenners bereits stark vorgewärmt, ehe es in den Kessel gelangt. Da bei einem Zentralheizungssystem die in dem Zentralheizungskessel enthaltene aufgeheizte Wassermenge nur einen geringen Anteil des im gesamten Rohr- und Heizkörpersystems befindlichen Vorlaufwassers ausmacht, ist die Abkühlung des in diesen Systemen befindlichen Vorlaufwassers entsprechend gross und damit die Aufheizzeit der Heizung zur Wiedererwärmung des Vorlaufwassers auf die geforderte Solltemperatur entsprechend lang.
Durch das erfindungsgemässe Rauchgas-Abzugsrohr verkürzt sich durch das in den Ringkammern bereits vorgewärmte Wasser die Aufheizzeit ganz wesentlich, da die Ringkammern praktisch eine zusätzliche Kapazität zum Heizkessel selbst darstellen. Mit dem erfindungsgemässen Rauchgas-Abzugsrohr wird kein zusätzliches Heizmaterial verbraucht, da hier nur den in die Atmosphäre abströmenden Rauchgasen aus dem Heizkessel die Wärmeenergie entzogen wird, die bisher nur ungenützt austrat.
Aufgrund der erfindungsgemässen einfachen Anpassungsmöglichkeit des Rauchgas-Abzugsrohres an bestehende Abmessungen kann es einfach bei bestehenden Zentralheizungsanlagen oder noch zu planenden Heizungsanlagen eingebaut werden, da in jedem Fall eine Verbindung des Zentralheizungskessels mit dem Abzugskamin vorhanden ist oder hergestellt werden muss. Die Ringkammern bestehen vorzugsweise aus Gussmaterial, können jedoch ebenfalls aus Stahl oder einem anderen geeigneten Material bestehen. Elemente für die Reinigung des Abzugsrohres können ebenfalls vorgesehen sein.
Die Gussringe können bei entsprechend vorbereiteten Kesseln direkt mit dem Kessel verbunden werden, so dass Abzugsrohr und Kessel eine Einheit bilden. In diesem Fall ist eine direkte Einleitung des vorgewärmten Wassers in den Kessel ohne Rohrzwischenstücke gegeben.
Das erfindungsgemässe Rauchabgasrohr ist vom Brennstoff unabhängig. Es ist für feste, flüssige und gasförmige Brennstoffe gleich gut geeignet. Ebenso spielt die Grösse des Kessels keine Rolle, so dass das erfindungsgemässe Rauchgasabzugsrohr ebenso für kleinste Familienhaushalte als auch für Industrie-, Fernheiz-, oder sonstige Anlagen geeignet ist.
Ein Vorwärmen des Wassers auf ca. 50°C und mehr ist je nach Länge und Querschnitt des Rauchgas-Abzugsrohres als durchaus realistisch anzusehen. Bei Anlagen, an deren Kessel keine Vorbereitung für die Befestigung der Ringkammern vorhanden ist, wo also die Verbindung der Ringelemente mit dem Kessel und dem Abzugskamin noch mit herkömmlichen Rohrstücken erforderlich ist, sind Adapterringe als Anfangs- und Abschlussglieder möglich, die einen gasdichten Übergang gewährleisten.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:

Fig. 1 ein Rauchgasabzugsrohr für eine Feuerungsanlage, bei dem zwei verschiedene Kaltwasserkreisläufe angeschlossen sind
Fig. 2 ein einzelnes Teilglied des Rauchgas-Abzugsrohres in perspektivischer Darstellung,
Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch das Teilglied gemäss Fig. 2,
Fig. 4 eine Schnittansicht von oben durch eine Einheit von drei zusammengesetzten Teilgliedern,
Fig. 5 einen Adapterring zur Ermöglichung einer Verbindung zwischen einem bisherigen Rauchgasrohrstutzen und dem erfindungsgemässen Rauchgas-Abzugsrohr,
Fig. 6a, b schematische Ansichten des Rauchgas-Abzugsrohres an einem Heizungssystem in waagrechter und senkrechter Anordnung,
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des Rauchgas-Abzugsrohres,
Fig. 8 einen Querschnitt längs der Linie 111-111 von Fig. 7 durch eine Anordnung mehrerer hintereinandergeschalteter Ringkammern mit unterschiedlicher Dicke,
Fig. 9 einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform der Erfindung, wobei zwei Ringkammern unterschiedlicher Grösse in einem Ring zusammengefasst sind,
Fig. 10 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 11 eine Stirnansicht der in Fig. 10 dargestellten Ausführungsform,
Fig. 12 einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 13 eine perspektivische Ansicht des in Fig. 12 dargestellten Verschraubungsrohres,
Fig. 14a, b eine andere Ausführungsform der Verbindung der Ringkammern, wobei die Verbindungsschraube vom Fluid durchströmt wird,

In Fig. 1 ist mit 1 der Heizkessel, mit 2 der Brenner, mit 3 das Rauchgas-Abzugsrohr, mit 4 der Kamin, mit 5 der Warmwasserboiler des Brauchwassernetzes, mit 6 der Zentralheizungskessel, mit 7 der Heizwasservorlauf, mit 8 der Heizwasserrücklauf, mit 9 der Heizwassereinlauf vom Rauchgas-Abzugsrohr 3 in den Zentralheizungskessel 6, mit 10 der Frischwasserzulauf für das Rauchgas-Abzugsrohr 3, mit 11 der Frischwasserzulauf in den Warmwasserboiler 5, mit 12 der Warmwasserauslauf aus dem Heizkessel und mit 13 die Reinigungsöffnung im Rauchgas-Abzugsrohr 3 bezeichnet.
Fig. zeigt in vergrösserter Darstellung eine einzelnes Teilglied, das in Form eines Gussrings 14 ausgeführt ist. Dieser Gussring besteht im wesentlichen aus einer Ringkammer 15 (Fig. 3) in der das zu erwärmende Wasser strömt. Dieses Wasser tritt über eine Einlauföffnung 16 an der Stirnseite des Gussrings in die Ringkammer 15 ein und wird von einer Scheidewand 17 (Fig. 3) so umgelenkt, dass es zunächst die gesamte Ringkammer 15 durchströmen muss, bevor es über die Auslauföffnung 18 (Fig.3) an der gegenüberliegenden Stirnseite des Gussrings 14 die Ringkammer 15 wieder verlässt.
Selbstverständlich können in einer Ringkammer mehrere Spiralgänge vorgesehen sein. Die einzelnen Spiralgänge in jeder Ringkammer 15 können zur Erzielung eines gewissen Verwirbelungseffektes Überströmöffnungen, beispielsweise in Form von Löchern, Schlitzen, Spalten u.dgl. aufweisen. Um mehrere Gussringe 14, 14' starr miteinander verbinden zu können, sind am äusseren Umfang der Gussringe 14, 14' Augen 19 vorgesehen, durch die Spannstäbe 20 (Fig. 4), hindurchgesteckt werden können. Durch den zentralen Innenraum 21 des Gussrings 14 strömen die Rauchgase vom Heizofen 1 in den Kamin 4.
Wie aus den Fig. 3 und 4 hervorgeht, verhindert eine im Bereich der Einlauföffnung 16 und der Auslauföffnung 18 diagonal durch den Ringkammerquerschnitt verlaufende Scheidewand 17, dass das über die Einlauföffnung 16 in die Ringkammer 15 eintretende zu erwärmende Wasser sofort wieder durch die Auslassöffnung 18 austritt. Das Wasser muss vielmehr die Ringkammer in Umfangsrichtung durchlaufen, wobei es von den im zentralen Innenraum 21 in Richtung A strömenden Rauchgasen erwärmt wird. Der hierbei erreichte Kreuzstrom zwischen Wasser und Rauchgasen sorgt für eine gute Wärmeübertragung. In den Ein- und Auslauföffnungen 16, 18, können Gewindegänge 22 vorgesehen sein, in die Aussenge- . windehülsen 23 eingeschraubt und die einzelnen Teilglieder des Rauchgas-Abzugsrohres 3 ähnlich wie bei einem Gliederheizkessel starr miteinander verbunden werden können. In den Ringkammern 15 können besondere Strömungsleiteinrichtungen und/oder die Wärmeaustauschfläche vergrössernde Einrichtungen 26 sowie Verwirbelungseinrichtungen 27 vorgesehen sein.
Fig. 5 ist ein Adapterring 24 zur Ermöglichung einer Verbindung zwischen einem bisherigen Rauchgas-Rohrstutzen 25 am Heizkessel 1 und dem aus mehreren Teilgliedern zusammengesetzten Rauchgas-Abzugsrohr 3 mit eventuell anderem Innenrohrdurchmesser dargestellt. Der Rauchgas-Rohrstutzen 25 wird in den Adapterring 24 eingesteckt, während der letzte Gussring des mehrgliedrigen Rauchgas-Abzugsrohres 3 auf den Adapterring 24 aufgesteckt werden muss.
In den Fig. 6a und 6b ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Man sieht einen Heizkessel 101, an dessen Rückseite ein Rauchgas-Abzugsrohr 102 austritt und in einen Kamin 103 führt. Die erfindungsgemässen Ringkammern bzw. Gussringe 104 und 105 bilden in einem oder mehreren Abschnitten das Rauchgas- Abzugsrohr 102. Die dicht aneinandergesetzten Gussringe werden vom Rauchgas durchstörmt. Die mit Punkten versehenen Ringe 104 gehören zu einem ersten Kreislauf und die weissen Ringe 105 zu einem zweiten Kreislauf. Die Gussringe bzw. Ringkammern 104 und 105 sind in abwechselnder Folge hintereinander angeordnet und werden im folgenden genauer beschrieben.
An dem Heizkessel 101 ist ferner eine Montageplatte oder eine Stütze 106 angebracht, welche das Rauchgas-Abzugsrohr 102 umgibt bzw. abstützt und beispielsweise die Ringanordnung 104 und 105 tragen kann. In der Montageplatte 106 sind auch die Austrittsleitungen 107 und 108 für das Heizungswasser HW bzw. das Brauchwasser BW gehaltert, welche das vorerwärmte Wasser in den Heizkessel 101 führen.
Die Montageplatte 106 könnte auch in einer vertikalen Anordnung direkt an der Ausstrittsseite des Abzugsrohres 102 am Heizkessel 101 angebracht sein, wenn entweder das Abzugsrohr 102 auf einem längeren horizontalen Weg geführt ist oder die Gussringe 104 und 105 um die Biegung des Abzugsrohres 102 bis zum Heizkessel 101 angeordnet sind. Aus dieser Alternative ist bereits zu ersehen, dass mit den Ringen 104, 105 in Anpassung an die verschiedensten baulichen Gegebenheiten universelle Anwendungsmöglichkeiten gegeben sind. Das erhitzte Heizungswasser HW tritt durch die Leitung 109 aus dem Heizkessel 101 aus und wird darin zu den einzelnen Heizkörpern geführt. Das abgekühlte Heizungswasser wird in einer Leitung 111 zur Einlassöffnung der ersten Ringkammer 104a geführt. Das Brauchwasser BW vom Versorgungsnetz wird über die Leitung 112 in die Einlassöffnung des zweiten Rings 105a eingegeben und in der vom Heizkessel 101 ausgehenden Leitung 110 an die Verbraucherstellen geführt.
In Fig. sind einige Ringe der Ringkammeranordnung aus Fig. 6 dargestellt, welche alle eine zentrale Ausnehmung 114 für das Rauchgas-Abzugsrohr 102 aufweisen sowie Verschraubungsbohrungen 115 zum Zusammenfügen der einzelnen Ringe. Der erste Ring 104a für das Heizwassersystem weist eine Einlassöffnung 113 und eine Durchführung 116 auf. Durch diese Durchführung 116führt der Zulauf 112 des Brauchwassers zu der in der Fig. nicht zu sehenden Einlassöffnung der schmäleren Ringkammer 105a. Das Innere der einzelnen Ringe wird am besten aus Fig. 8 deutlich.
In Fig. 8 ist auf der rechten Seite die erste Ringkammer 104a mit der Einlassöffnung 113 dargestellt, in welche zum Zwecke der Verbindungen ein Rohrstutzen 113a eingesetzt ist. Mit der Einlassöffnung 113 fluchtend ist auf der gegenüberliegenden Seitenwand der Ringkammer 104a eine Auslassöffnung 117 vorgesehen, an welcher ein Rohrstutzen 117a ausgeformt ist. Im Inneren der Ringkammer 104a ist eine Abweiswand 118 angeordnet, die sich im wesentlichen vor der Einlassöffnung 113 erstreckt, so dass die durch die Einlassöffnung 113 eintretende Flüssigkeit in den kreisförmigen Umlauf des Rings gelenkt wird und erst nach einer Zirkulation auf der Rückseite der Abweiswand 118 durch die Auslassöffnung 117 austreten kann. Die Durchführung 116 in der Ringkammer 104a ist gebenüber dem Inneren der Ringkammer 104a ist gegenüber dem Inneren der Ringkammer dicht abgeschlossen und führt zu einem Rohrstutzen 119a einer Einlassöffnung 119 der zweiten, schmäleren Ringkammer 105a.
Hinter dieser Einlassöffnung 199 ist ebenfalls eine Abweiswand 120 angebracht, welche die einlaufende Flüssigkeit in den Kreisring lenkt. Hinter der Abweiswand 120 ist eine Auslassöffnung 121 vorgesehen, an welcher ein Rohrstutzen 121a angeformt ist. Die an den Auslassöffnungen 117 bzw. 121 angegossenen Rohrstutzen 117a bzw. 121a haben eine Länge, die jeweils der Breite der nachfolgenden Kammer 105a bzw. 104b entspricht und überbrücken somit die jeweils benachbarte Kammer. Diese Rohransätze 117a und 121a werden ferner an den Rohrstutzen 113b bzw. 119b in den Einlassöffnungen der Ringkammern 104b bzw. 105b flüssigkeitsdicht angesetzt.
Im Betrieb wird nun die durch die Einlassöffnung 113 eintretende Flüssigkeit von der Abweiswand 118 in den Ring der Ringkammer 104a geleitet, durch den Auslass 117 ausgegeben und durch den Rohrstutzen 117a an der Kammer 105a vorbeigeführt und in die Einlassöffnung der dritten Kammer 104b eingegeben, in welcher der gleiche Strömungsvorgang abläuft. Die Flüssigkeit des zweiten Systems wird in die Durchführung 116 eingegeben und gelangt durch die Einlassöffnung 119 in die zweite Kammer 105a, in welcher sie von der Abweiswand in den Ringkreislauf abgelenkt wird. An der Rückseite der Abweiswand 120 tritt die Flüssigkeit durch die Auslassöffnung 121 aus und gelangt über die Durchführung 121a in die vierte Kammer 105b. Die Durchführungen 116, 117a und 121a sind dabei derart dicht, dass sich die Flüssigkeiten der einzelnen Systeme nicht miteinander vermischen können.
Wie bereits oben erwähnt, können die einzelnen Ringgruppen eine unterschiedliche Dicke aufweisen. Bei Zentralheizungsanlagen mit gleichzeitiger Warmwasserbereitung kann beispielsweise für das Brauchwasser der schmälere Ring 105 mit entsprechend geringerer Durchlaufmenge und für das Heizungssystem der breitere Ring 104 mit doppelter oder erhöhter Durchlaufkapazität verwendet werden. Beim Aufheizen des Heizungswassers strömt nämlich während der kalten Jahreszeit bei jedem Anspringen des Brenners die gesamte im Heizsystem befindliche Wassermenge, angetrieben durch die Pumpe, mehrmals zu den Heizkörpern hin und zum Heizkessel zurück. In diesem Fall ist also eine grossflächige Wärmeübertragung aus der Abgasluft erwünscht. Beim Brauchwasser sind grössere Durchlaufmengen seltener, da bei jeder Wasserentnahme nur eine entsprechende Menge aus dem Netz nachläuft. Grössere Mengen werden aber erfahrungsgemäss lediglich beim Duschen oder dem Füllen der Badewanne benötigt.
In Fig. 9 ist eine andere Ausbildung der in Fig. 7 und 8 dargestellten Ringkammern wiedergegeben. In diesem Fall sind zwei nebeneinander liegende Ringkammern in einem gemeinsamen Ring zusammengefasst, in welchem die entsprechenden Kammern ausgebildet sind. Ein solcher Ring 122 weist demnach eine erste Einlassöffnung 123 auf, welche in eine erste Ringkammer 124 führt. Hinter dieser Einlassöffnung 123 ist die Abweiswand 128 angeordent, hinter welcher sich die Auslassöffnung 127 befindet. An derselben Seite wie die Einlassöffnung 123 ist eine zweite Einlassöffnung 126 angeordnet, welche in eine zur Ringkammer 124 parallele, jedoch schmälere Ringkammer 125 führt. Auch hier ist hinter der Einlassöffnung 126 die Abweiswand 130 angeordnet, hinter welcher sich die Auslassöffnung 129 befindet. Nachdem die einzelnen Kammern von der Einlaufseite zur Auslaufseite hin durch Leitungen der anderen Kammer durchdrungen werden müssen, ist zwischen der ersten Einlauföffnung 123 und der Ringkammer 124 ein Rohrstutzen 123a vorgesehen, wogegen von der Auslassöffnung 129 der Ringkammer 125 zur Auslassseite des Rings 122 eine Rohrleitung 129a führt. Bei hintereinander angeordneten Ringen 122 fluchten nun die Auslassöffnung 127 und die Einlassöffnung 123 von zwei benachbarten Ringen für das erste Flüssigkeitssystem und die Rohrleitung 129a des einen Rings mit der Einlassöffnung 126 des nachfolgenden Rings. Zur Verbindung der einzelnen Übergänge werden wie in Fig. 8 zwischen den Öffnungen bzw. Rohrleitungen Gewindehülsen 113a eingesetzt, die zur wasserdichten Verbindung der Kammern miteinander dienen. Im übrigen gleicht die Wirkungsweise der in Fig. 9 beschriebenen Anordnung der nach Fig. 8.
Die in Fig. 10 dargestellte weitere Ausführungsform stellt eine in den Herstellungskosten günstige Ringausführung dar. In diesem Fall kann, wenn auf die unterschiedlichen Volumen kein Wert gelegt wird, eine einzige Gussringform für beide Systeme verwendet werden. Bei dieser Ausführungsform erfolgt die Durchführung des Fluids von der einen in die übernächste Kammer über ein aussen an dem dazwischenliegenden Ring vorbeigeführtes Rohr. Die Ringkammer 134a für das erste System weist ähnlich wie in Fig. 7 einen nasenartigen Vorsprung 132 auf, in welchem die Einlassöffnung 133 vorgesehen ist. Hinter der Einlassöffnung 133 befindet sich, wie bei den vorangegangenen Beispielen eine Abweiswand, welche die eintretende Flüssigkeit in die Ringkammer lenkt. An der Rückseite der mit gestrichelten Linien angedeuteten Abweiswand 138 befindet sich die Auslassöffnung 137, welche in eine Rohrleitung 136 übergeht. Die Länge der Rohrleitung 136 ist dabei gleich der Dicke des Rings 134a. Zweckmässigerweise ist die Rohrleitung 136 ausserhalb des Ringdruchmessers angeordnet und fluchtet mit der Einlassöffnung des übernächsten Rings 134b und ist an dem dazwischenliegenden Ring 135a vorbeigeführt.
Für das zweite Fluidsystem sind die identisch ausgebildeten Ringe 135 um einen bestimmten Winkel, beispielsweise 30°, versetzt zu den Ringen 134 des ersten Systems angeordnet, wie aus Fig. 11 ersichtlich ist. An den beiden Stirnseiten der einzelnen Ringe sind dabei Kerben bzw. Wülste (ähnlich Nut und Feder) 140 ausgeformt, durch die bei einem zusammengeschraubten Ringsatz eine Verdrehsicherung der einzelnen Ringe gewährleistet ist. Die Verschraubung durch die Bohrung 115 erfolgt dabei zweckmässigerweise für nur ein System, das damit diese zwischenliegenden Ringe hält.
Selbstverständlich könnten bei dem in den Fig. 10 und 11 beschriebenen Beispiel auch Ringe unterschiedlicher Dicke verwendet werden. In einem solchen Fall ist zu beachten, dass die überstehenden Rohrstücke 136 der einen Ringsorte eine Länge gleich der Dicke der anderen Ringsorte haben und umgekehrt.
Der Vorteil der in den Fig. 10 und 11 dargestellten Anordnung ist vor allen Dingen darin zu sehen, dass das Rauchgasabzugsrohr auf einfache Weise an die vorhandenen Zu- und Ablaufleitungen angepasst werden kann. Herstellung und Lagerhaltung werden vereinfacht.
Statt einer besonderen Ausbildung der einzelnen Ringkammern können die Strömungsöffnungen und -durchführungen auch in einer die einzelnen Ringe miteinander verbindenden Spezialschraube 141 ausgebildet sein. In Fig. 13 ist eine derartige Schraube 141 dargestellt, welche im wesentlichen aus einem längeren Rohr 142 besteht, das an einem Ende ein Aussengewinde 144 trägt und am anderen Ende einen über den Rohrdurchmesser überstehenden, leicht konischen Kopf 145 aufweist. In dem Kopf 145 befindet sich die Einlassöffnung 143, deren Innenseite mit einem Innengewinde 146 ausgeformt ist. Das Innengewinde 146 passt mit dem Aussengewinde 144 zusammen.
Im ersten Drittel des Rohres 142 befindet sich eine Öffnung 147, der etwa gegenüber eine zweite Öffnung 149 in der zylindrischen Rohrwand ange" ordnet ist. Zwischen den beiden Öffnungen ist die schräg verlaufende Abweiswand 148 angebracht. An der Stirnseite des Kopfes 145 ist eine Marke 150 angebracht, durch welche die richtige Einstellung der Schraube 141 in einer Ringkammer zu ersehen ist.
Der Zusammenhang der Spezialschraube 141 mit den Ringkammern wird aus Fig. 12 deutlich. In Fig. 12 ist eine erste Ringkammer 154a, eine zweite Ringkammer 155a, eine dritte Ringkammer 154b, eine vierte Ringkammer 155b sowie ein Teil einer fünften Ringkammer 154c dargestellt. Mit der Linie 151 ist die Innenseite des das Rauchgasabzugsrohr 102 umgebenden Innenzylinders bezeichnet. Die Spezialschraube 141a, welche mit ihrem Kopf 145 in geeigneter Weise in einer Ausnehmung in der Kammer 154a versenkt ist, ist mit ihrem Gewindeende in das Innengewinde 146 der nächsten Spezialschraube 141b in der Kammer 154b eingeschraubt. In gleicher Weise ist die Schraube 141b mitihrem Gewinde in das Gewinde der Schraube 141c eingeschraubt. Damit werden die einzelnen Kammern 154a, b, c aneinander gedrückt und halten dabei die dazwischenliegenden Kammern 155a, b fest. Die für die Kammern 154a, b, c dargestellte Verschraubung ist zweckmässigerweise auf der anderen Seite des Abzugsrohres 102 in gleicher Weise für die Kammern 155a, b vorgenommen, so dass diese zwischen sich die Kammern 154a, b, c halten.
Zum Einschrauben und Spannen werden an der Stirnwand der Spezialschraube 141 Bohrungen 158 oder ähnliches vorgesehen, in die ein Spannwerkzeug eingesetzt oder eingesteckt werden kann.
Durch eine korrekte Ausrichtung der Schrauben 141 kommt deren Öffnung 147 gegenüber einer Einlassöffnung 153 in der Kammer 154a zu liegen. Ebenso liegt die Öffnung 149 der Schraube 141 gegenüber einer Auslassöffnung 157 in der Kammer 154a. Eine durch den Einlass 143 in der Schraube 141 eintretende Flüssigkeit wird daher durch die Abweiswand 148 in der Schraube durch die Ausnehmung 147 und die Einlassöffnung 153 in die Kammer 154a gelenkt. Nach ihrem Zyklus durch die Ringkammer tritt die Flüssigkeit durch die Auslassöffnung 157 der Kammer und die Ausnehmung 149 in der Schraube 141 in das Rohr der Schraube 142 ein und gelangt darin in die Einlassöffnung 143 der nächsten Schraube 141b. Das Rohr 142 ist dabei durch eine Durchführung 152 an der dazwischenliegenden Kammer 155a vorbeigeführt. Mit einer solchen Anordnung ist ein Baukastensystem geschaffen, mit welchem mit einfachen Mitteln Ringkammern unterschiedlicher Grösse zusammenzustellen sind. Eine derartige Anordnung ermöglich eine einfache Montage, da nur wenige Verschraubungen erforderlich sind.
Um Abdichtprobleme beim Montieren der Ringkammern zu umgehen, kann man die notwendigen Verschraubungen auch von aussen zugänglich ausbilden. In diesem Fall werden wie in Fig. 14a gezeigt, die Einlauf-/Auslauföffnungen gegenüber der Gesamtbreite der Ringe so verkürzt, dass man einen sechskantigen Flansch mit Rechts- und Linksgewinde (Fig. 14b) zwischen die beiden zusammenzufügenden Ringe einschrauben bzw. einspannen kann.
Beide Einlauföffnungen können aber auch um 180° versetzt hergestellt werden, wie dies strichpunktiert in Fig. 11 angedeutet ist. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Verschraubungen die einzelnen Ringe gleichmässig verspannen, so dass die zusätzlichen Verschraubungen 115 (Fig. 7) auch entfallen können.
Der Wärmetauscher sollte im übrigen mit einem Überdruckventil ausgerüstet sein. Vorzugsweise kann zwischen Wärmetauscher und Kamin noch eine Klappe angeordnet werden, die eine Rückkühlung durch über den Kamin einströmende Kaltluft verhindern soll.
Selbstverständlich wird der Wärmetauscher auf geeignete Weise isoliert, um Wärmeverluste möglichst zu vermeiden.
Das erfindunsgemässe Rauchgasabzugsrohr bewährt sich vor allem im Sommerbetrieb, wo in der Regel nur das Brauchwassersystem in Betrieb ist. Das Heizsystem ist an einem üblicherweise im System vorhandenen Vierwegmischer so geschaltet, dass kein erwärmtes Wasser zu den Heizkörpern fliessen kann. Das erwärmte Heizwasser fliesst nur in einem «kurzgeschlossenen» Kreislauf zwischen Kessel und Vierwegmischer. Da die Ringkammern zwischen Vierwegmischer und Kessel eingebaut sind, befindet sich auch bei Sommerbetrieb, d. h. bei abgeschalteter Raumheizung ständig erwärmtes Wasser in den Ringen, die zum Heizsystem gehören. Die benachbarten Ringe des Brauchwassersystems werden also zusätzliche von diesen Ringen des Heizsystems erwärmt. Wird nun an irgendeiner Stelle des Brauchwassersystems Warmwasser entnommen, so läuft eine entsprechende Menge kalten Wassers in die Ringkammern des Brauchwassersystems nach und wird bereits beim Durchströmen der ersten Ringkammern durch die von den vom Heizwasser durchströmten Ringkammern überströmende Wärme vorgewärmt. Es erfolgt somit keine nennenswerte Abkühlung des im Kessel auf Solltemperatur gehaltenen Wassers. Ein zu häufiges Anspringen des Brenners wird vermieden, wodurch eine Energieeinsparung bis zu dreissig Prozent über das ganze Jahr hinweg erzielt werden kann.

Claims

1. Zwischen dem Kesselaustritt und dem Kamineintritt anschliessbarer Wärmetauscher mit einem das Rauchgasrohr (3, 102) umgebenden Ringraum zum Vorwärmen von einem oder mehreren getrennten Medien vor ihrem Eintritt in den Heizkessel (1, 101), dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher aus einer Reihe im Baukastensystem hintereinander angeordneter Ringkammersegmente (14,104,105,134,135,154,155) besteht, welche neben der mittigen Ausnehmung für den Durchlass des Rauchgases die Einlass-(16, 113, 119, 123, 126, 133, 153) und Auslassöffnungen (18, 117, 121, 127, 129, 137, 157) für das oder die Medium(en) aufweist(en).

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslass- und Einlassöffnungen benachbarter Ringkammersegmente fluiddicht aufeinanderliegen.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnung jeder Ringkammer mit der Einlassöffnung der übernächsten Ringkammer mittels einer gegenüber dem Kammerinneren abgeschlossenen Rohrleitung, (117a, 121a, 123a, 129a, 136, 152) verbunden ist und dass die Ringkammern alternierend von dem einen oder anderen Medium durchströmt werden.

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass in den Ringkammern Strömungsleiteinrichtungen (118, 120, 128, 130, 138, 148), Verwirbelungseinrichtungen (27) und die Wärmeaustauschfläche vergrössernde Einrichtungen (26) vorgesehen sind.

5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass in den Einlass- und Auslassöffnungen (16, 18, 113, 119, 123, 126, 133, 153, 117, 121, 127, 129, 137, 157) Gewindegänge (22) vorgesehen sind, über die durch Einschrauben von Aussengewindeösen (23) die Ringkammern (15) der einzelnen Segmente miteinander verbindbar sind.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringkammern (104, 124, 134, 154a, b, c, 105, 125, 135, 155a, b) für beide Medien eine unterschiedliche Breite aufweisen.

7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Ringkammern (124, 125) in einer Ringeinheit (122) zusammengefasst sind, die für jedes von zwei Medien eine Einlassöffnung (123, 126) und eine Auslassöffnung (127, 129) aufweist.

8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1-7, gekennzeichnet durch einen nasenartigen Vorsprung (132) an der Mantelfläche der Ringkammer (134,135), in welchem die Einlassöffnung (137) vorgesehen ist, wobei Einlass- und Auslassöffnung mit dem Kammerinneren in Verbindung stehen und sich an die Auslassöffnung (137) ein über die Ringbreite hinausgehender Rohransatz (136) anschliesst.

9. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Rohransatzes (136) gleich der Dicke der benachbarten Ringkammer (135a) ist und mit der Einlassöffnung (133) der übernächsten Ringkammer (134b) fluchtet.

10. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 3-9, dadurch gekennzeichnet, dass an der Stirnseite einer Ringkammer (134, 135) in einem bestimmten Drehwinkel zueinander versetzte Kerben (140) und an der anderen Stirnseite ein mit den Kerben (140) zusammenwirkender Wulst vorgesehen ist, um die Ringkammern in zwei unterschiedlichen, aber definierten Winkelstellungen hintereinander anordnen zu können.

11. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1-10, gekennzeichnet durch eine in die Rohrleitung (152) einer Kammer (155a) eingesetzte Hohlschraube (141), welche die beiden beiderseits dieser Kammer (155a) angeordneten Ringkammern (154a, 154b) mechanisch miteinander verbindet und einen Durchfluss zwischen diesen beiden Ringkammern ermöglicht, wobei die Schraube im wesentlichen aus einem langen Rohr (142) besteht, in welchem eine erste, mit der Einlassöffnung (153) in der Ringkammer (154a) fluchtende Ausnehmung (147) und eine zweite mit der Auslassöffnung (157) der Ringkammer (154a) fluchtende Ausnehmung (149) vorgesehen ist, und dasszwischen diesen beiden Ausnehmungen (147, 149) eine dichtende Abweiswand (148) angeordnet ist.

12. Wärmetauscher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlschraube (141) an einem Ende ein Aussengewinde (144) und am anderen Ende ein zu dem Aussengewinde (144) passendes Innengewinde (146) aufweist, welches in einem überstehenden Schraubenkopf (145) untergebracht ist.