EP0046476A1

EP0046476A1 - Verfahren zur Rückgewinnung von Abwärme und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: EP0046476A1
Application number: EP80810266A
Authority: EP
Inventors: Alfred Jörger; Meinrad Jörger; Guido Caduff
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-08-27
Filing date: 1980-08-27
Publication date: 1982-03-03

Abstract

Zur Erzielung einer möglichst kleinen Einrichtung zur Rückgewinnung von Abwärme aus dem Rauchgas einer Heizanlage weist die Einrichtung eine in einem wärmeisolierten, von Rauchgas durchströmten Behälter (2) angeordnete Heizschlange (3) auf, welche aus zwei konzentrisch zueinander angeordneten, schraubenlinienförmig gewundenen Abschnitten (3a.3b) besteht. Eintrittsseitig ist die Heizschlange (3) mit einer Zirkulationspumpe (15) verbunden, welche derart ausgelegt ist, dass die durch diese in der Heizschlange (3) erzwungene Strömung mindestens in der Grenzschicht turbulent ist.

Ferner sind Steuermittel (16,19) vorgesehen, welche die Zirkulationspumpe (15) bei Ueberschreiten einer bestimmten Rauchgastemperatur (T,) in bzw. bei Unterschreiten einer bestimmten Rauchgastemperatur (T, ) ausser Betrieb setzen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rückgewinnung von Abwärme aus dem Rauchgas einer Heizanlage, sowie eine Wärmerückgewinnungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Es sind im Handel bereits derartige Einrichtungen erhältlich, die jedoch die Nachteile aufweisen, dass sie infolge ihrer konstruktiven Ausbildung und Betriebsweise meistens zu gross sind, um nachträglich in bereits bestehende Heizanlagen eingebaut werden zu können, und dass sie schlecht zu reinigen sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens sowie einer Einrichtung der eingangs genannten Art, welche diese Nachteile nicht aufweisen, das heisst bei welchen die Einrichtung bedeutend kleiner als bisher und sehr einfach zu reinigen ist, was insbesondere für den nachträglichen Einbau in bereits bestehende Heizanlagen einen grossen Vorteil darstellt.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass man das zu erwärmende flüssige Medium in Abhängigkeit von der Rauchgastemperatur derart gesteuert zwangsweise durch mindestens eine im Rauchgas angeordnete Heizschlange hindurchleitet, dass diese Zwangsdurchströmung nur oberhalb einer bestimmten Rauchgastemperatur erfolgt.
Zur Erzielung einer besseren Ausnützung der Abwärme beim Auftreten von unterschiedlichen Rauchgastemperaturen ist es zweckmässig, wenn man die Zwangsdurchströmung der Heizschlange mit dem zu erwärmenden flüssigen Medium zusätzlich in Abhängigkeit von der Rauchgastemperatur mengennässig steuert, derart, dass bei höheren Abgastemperaturen bzw. Abgastemperaturbereichen eine grössere Zwangsdurchströnung der Heizschlange bewirkt wird als bei tieferen Abgastemperaturen bzw. Abgastemperaturbereichen, vorzugsweise derart, dass am Kaminaustritt eine möglichst gleichmässige, bestimmte Rauchgastemperatur erzielt wird.
Gegenstand der Erfindung ist ausserdem eine Wärmerückgewinnungseinrichtung zur Durchfünrung des erfindungsgemässen Verfahrens, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass sie mindestens eine in einer: wärmeisolierten, von Rauchgas durchströmten Behälter angeordnete Heizschlange aufweist, welche ein- und/oder austrittsseitig mit mindestens einer Zirkulationspumpe verbunden ist, und dass Steuermittel vorgesehen sind, welche die Zirkulationspumpe bei Ueberschreiten einer bestimmten Rauchgastemperatur in bzw. bei Unterschreiten einer bestimmten Rauchgastemperatur ausser Betrieb setzen.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Heizschlange aus mindestens zwei konzentrisch zueinander angeordneten, schraubenlinienförmig gewundenen Abschnitten besteht, die Rauchgashauptdurchströmrichtung mindestens annähernd parallel zur Schraubenlinienlängsaxe verläuft, und der seitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Heizschlangenwindungen mindestens lcm, vorzugsweise mindestens 1,5cm, höchstens jedoch 3cm beträgt.
Ferner hat es sich als zweckmässig erwiesen, wenn die Heizschlange zu Reinigungszwecken lösbar mit dem Behälter verbunden ist.
Um zu erreichen, dass die Heizschlange von allen Seiten gut vom abzukühlenden Rauchgas umströmt wird, ist es vorteilhaft, wenn der die Heizschlange umgebende Behälter eine mindestens annähernd zylindrische Form aufweist, und die Heizschlange mit ihrer Aussenseite seitlich um mindestens 1,5% vorzugsweise um mindestens 3%, jedoch um höchstens 13%, vorzugsweise um höchstens 8% des Behälterinnendurchmessers von der Behälterinnenwandung distanziert ist.
Weitere vorteilhafte Weiterausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 7 bis 13.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigt:

Fig.l einen Längsschnitt durch eine beispielsweise Ausführungsform einer erfindungsgemässen Wärmerückgewinnungseinrichtung, und
Fig.2 einen Querschnitt längs der Linie II-II in Figur 1.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, weist die dargestellte Wärmerückgewinnungseinrichtung eine in einem mit einer Wärmeisolation 1 versehenen, vom Rauchgas einer Heizanlage durchströmten Behälter 2 angeordnete Heizschlange 3 auf, welche aus zwei konzentrisch zueinander angeordneten, schraubenlinien- oder wendelförmig gewundenen Heizschlangenabschnitten 3a und 3b besteht.
Die Heizschlange 3 ist dabei derart angeordnet, dass die Rauchgashauptdurchströmrichtung mindestens annähernd parallel zur Schraubenlinienlängsaxe 5 verläuft. Der seitliche Abstand ,a, zwischen zwei zueinander benachbarten Heizschlangenwindungen ist mindestens so gross bemessen, dass die Heizschlange 3 problemlos ohne Ausbau von Hand oder mittels einem Staubsauger gereinigt werden kann. Dazu genügt im allgemeinen ein Rohrabstand A von etwa 2cm.
Selbstverständlich ist es auch möglich, die Heizschlange 3 lösbar mit dem Behälter 2 zu verbinden und über elastische Schlauchverbindungen mit dem Wassersystem der Heizanlage zu kuppeln, so dass die Heizschlange 3 zu Reinigungszwecken ganz aus dem Innern des Behälters 2 herausgenommen werden kann.
Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich, ist zur einfachen Reinigung der Einrichtung in Umfangsrichtung des Behälters 2 betrachtet zum Beispiel die obere Hälfte 6a der zylindrischen Behälterwandung 6 mittels zweier Scharniere 7 um eine parallel zur Behälterlängsaxe 5 verlaufende Schwenkachse 8 öffenbar. Auf der den Scharnieren 7 gegenüberliegenden Seite des Behälters 2 sind zwischen dem schwenkbaren Teil 6a und dem übrigen feststehenden Gehäuseteil des Behälters 2 Spannverschlüsse 9 vorgesehen. Diese Scharniere 7 sind dabei derart ausgebildet, dass nach dem Anheben der oberen Hälfte 6a der Behälterwandung 6 diese obere Hälfte 6a durch eine Verschiebung parallel zur Schraubenlinienlängsaxe 5 aus den Zapfen der Scharniere 7 herausbewegt werden kann, so dass sich eine sehr gute Zugänglichkeit zum Innern des Behälters 2 ergibt, und dasselbe somit einfach zu reinigen ist.
Um bei allen Betriebszuständen sicher zu sein, dass auch der äussere Heizschlangenabschnitt 3a stets regelmässig und gleichmässsig von frischem, heissem Rauchgas beaufschlagt wird, ist in der Längsaxe des Behälters 2 ein über dessen ganze Länge sich erstreckender Luftvolumen-Verdrängungskörper 10 angeordnet, welcher bewirkt, dass der über den Anschlussstutzen 11 zugeführte Rauchgasstrom aus dem Kernbereich des Behälters 2 heraus auch in dessen Aussenbereiche verdrängt wird und dort auch den äusseren Heizrohrschlangenabschnitt 3a intensiv beaufschlagt.
Der Verdrängungskörper 10 besteht vorzugsweise aus sehr gut wärmeleitendem Material wie zum Beispiel Kupfer, und ist über aus mindestens gleich gut wärmeleitendem Material bestehende Halterungsstege 12 mit der Heizschlange 3 gut wärmeleitend verbunden, so dass vom Ver- ;drängungskörper 10 aus dem Rauchgas aufgenommene Wärme ebenfalls an die Heizschlange 3 abgegeben wird.
Zur Vergrösserung der wärmeaufnehmenden Oberfläche und um dem durchströmenden Rauchgas im Behälterinnern einen Drall zu erteilen, ist der Verdrängungskörper 10 längs seiner Aussenoberfläche mit mindestens einer schraubenlinienförmig umlaufenden, gut wärmeleitenden Strömungsleitrippe 13 versehen. Auf diese Weise kann eine Verlängerung der Aufenthaltszeit des Rauchgases im Innern des Behälters 2 erreicht werden.
Zur Erhöhung der Turbulenz im Innern des Behälters 2 ist es zweckmässig, wenn die beiden konzentrisch zueinander angeordneten, schraubenlinienförmig gewundenen Heizschlangenabschnitte 3a und 3b in zueinander entgegengesetztem Drehsinn gewunden sind.
Um eine möglichst hohe Austrittstemperatur der zu erhitzenden Flüssigkeit zu erzielen, ist der Heizschlangenaustritt mit dem inneren Rohrabschnitt 3b verbunden, da dieser dem eintretenden Rauchgasstrom am direktesten ausgesetzt ist.
Ferner ist die Einrichtung eintrittsseitig mit einer Zirkulationspumpe 15 verbunden, welche über eine Steuerschaltung 16 mit einem auf der Rauchgaseintrittsseite 17 angeordneten Rauchgas-Temperaturfühler 19 verbunden sind.
Die Steuerschaltung 16 ist derart ausgebildet beziehungsweise eingestellt, dass die Zirkulationspumpe 15 bei Ue_Derschreiten einer bestimmten Rauchgastemperatur T₁, bei welcher am Kaminaustritt eine Temperatur von etwa 75 bis 80°C erreicht wird, eingeschaltet, beziehungsweise bei Unterschreiten dieser Temperatur ausgeschaltet wird.

Claims

1. Verfahren zur Rückgewinnung von Abwärme aus dem Rauchgas einer Heizanlage, dadurch gekennzeichnet, dass man das zu erwärmende flüssige Medium in Abhängigkeit von der Rauchgastemperatur derart gesteuert zwangsweise durch mindestens eine im Rauchgas angeordnete Heizschlange hindurchleitet, dass diese Zwangsdurchströmung nur oberhalb einer bestimmten Rauchgastemperatur erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Zwangsdurchströmung der Heizschlange mit dem zu erwärmenden flüssigen Medium zusätzlich in Abhängigkeit von der Rauchgastemperatur mengenmässig steuert, derart, dass bei höheren Abgastemperaturen bzw. Abgastemperaturbereichen eine grössere Zwangsdurchströmung der Heizschlange bewirkt wird als bei tieferen Abgastemperaturen bzw. Abgastemperaturbereichen, vorzugsweise derart, dass am Kaminaustritt eine möglichst gleichmässige, bestimmte Rauchgastemperatur erzielt wird.

3. Wärmerückgewinnungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine in einem wärmeisolierten, vom Rauchgas durchströmten Behälter (2) angeordnete Heizschlange (3) aufweist, welche ein- und/oder austrittsseitig mit mindestens einer Zirkulationspumpe (15) verbunden ist, und dass Steuermittel (16,19) vorgesehen sind, welche die Zirkulationspumpe (15) bei Ueberschreiten einer bestimmten Rauchgastemperatur (T_l) in bzw. bei Unterschreiten einer bestimmten Rauchgastemperatur (T_1,) ausser Betrieb setzen.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizschlange aus mindestens zwei konzentrisch zueinander angeordneten, schraubenlinienförmig gewundenen Abschnitten (3a,3b) besteht, die Rauchgashauptdurchströmrichtung mindestens annähernd parallel zur Schraubenlinienlängsaxe (5) verläuft, und der seitliche Abstand (A) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Heizschlangenwindungen mindestens 1 cm, vorzugsweise mindestens 1,5cm, höchstens jedoch 3cm beträgt.

5 Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizschlange (3) zu Reinigungszwecken lösbar mit dem Behälter (2) verbunden ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der die Heizschlange (3) umgebende Behälter (2) eine mindestens annähernd zylindrische Form aufweist, und die Heizschlange (3) mit ihrer Aussenseite seitlich um mindestens 1,5% vorzugsweise um mindestens 3%, jedoch um höchstens 13%, vorzugsweise um höchstens 8% des Behälterinnendurchmessers von der Behälterinnenwandung distanziert ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Innern der Heizschlangenanordnung (3) und von dieser um mindestens 5 mm distanziert, ein in Längsrichtung des Behälters (2) sich erstreckender Luftvolumen-Verdrängungskörper (10) angeordnet ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Umfangsrichtung des Behälters (2) betrachtet mindestens annähernd die Hälfte (6a) der Behälterwandung (6), vorzugsweise um eine parallel zur Behälterlängsaachse (8), offenbar ausgebildet ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zirkulationspumpe (15) derart ausgelegt ist, dass die durch diese in der Heizschlange (3) erzwungene Strömung mindestens in der Grenzschicht turbulent ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich- ) net, dass zwei einander benachbarte, konzentrisch zueinander angeordnete, schraubenlinienförmig gewundene Heizschlangenabschnitte (3a,3b) in zueinander entgegengesetztem Drehsinn gewunden sind.

11. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichi net, dass der Luftvolumen-Verdrängungskörper (10) über gut wärmeleitende Halterungsstege (12) wärmeleitend mit der Heizschlange (3) verbunden sind.

12. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizschlangenaustritt (14) mit dem innersten der konzentrisch zueinander angeordneten, schraubenlinienförmig gewundenen Rohrabschnitte verbunden ist, und dieser innerste Rohrabschnitt (3b) von der Rauchaustrittsseite (18) zur Raucheintrittsseite (17) hin von der zu erwärmenden Flüssigkeit durchströmt wird.

13. Einrichtung nach Anspruch 7 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängungskörper (10) längs seiner Aussenoberfläche mit mindestens einer schraubenlinienförmig um die Behälterlängsaxe (5) umlaufenden, vorzugsweise aus gut wärmeleitendem Material bestehenden Rauchgas-Strömungsleitrippe (13) versehen ist, und vorzugsweise auch die Halterungsstege (12) strömungsmässig derart ausgebildet sind, dass sie dem durch den Behälter (2) strö-5 menden Rauchgas im Behälterinnern einen Drall erteilen.