DE68906533T2 - Heizungsvorrichtung mit wärmeaustauschvorrichtung. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Heizungsvorrichtung, vorzugsweise vom ölgeheizten Typ, die einen Wärmeaustauscher aufweist, und deren zweck übliche Heizungsinstallationen, z.B. Einfamilienhauskessel und dgl., zu ergänzen bzw. ersetzen ist.
• Wegen der Steigerung des Ölpreises, und weil Öl gelegentlich eine schwer erhältliche Handelsware ist, hat der Wunsch brennstoffsparende sowie kostengünstige Installationen für Heizungszwecke zu schaffen immer mehr zugenommen. Diese Erfindung ist an sich im Zusammenhang mit Problemen betreffend Einfamilienhäuser beschrieben, wobei aber der Fachmann einsieht, dass die Erfindung viele Anwendungen hat, und dass sie somit nicht auf diesen Bereich beschränkt ist.
• Es gibt ölgeheizte, derart ausgerüstete Wärmeaustauscher, dass die Rauchgase dem zu erhitzende und auf z.B. einen Heizkörper in einem Gebäude Wärme übertragenden Fluid ihren Wärmeinhalt befördern können. Ein Heizungssystem von diesem Typ mit einem Brenner, einem Kanal für heisses Gas aus dem Brenner, einem den Kanal umgebenden und ein primäres Fluid enthaltenden flüssigen Mantel (oder Kammer), wobei das primäre Fluid ein sekundäres Fluid, das durch ein spulenformiges, innerhalb des Mantels oder der Kammer angeordnetes Rohr durchfliesst, erhitzt, ist in US-2 320 532 beschrieben. Das sekundäre Fluid ist für Hausheizungszwecke verwendet. In einigen Fälle, wie in der in US-A-4 318 366 offenbarten Vorrichtung, ist somit im Rauchgaskanal einen Vorwärmer um auch das wärmeverteilende Fluid zu vorwärmen vorgesehen. Indessen ist es aber keine gute Lösung wenn mann beachtet, dass die Rauchgase Substanze enthalten, die kondensieren und koksähnliche Ablagerungen sowie Korrosionssubstanze bilden können, was hohen Anforderungen an das Material im Wärmeaustauscher und im Rauchgaskanal stellt. Ausserdem nehmen solche Installationen viel Platz weg. Ein Wunsch ist es somit einen verbrennungskraftsbetriebenen Wärmeaustauscher, in welchem die Wärme in den Rauchgasen bis zu einem gewissen Grad zurückgewonnen und für Heizungszwecke ausgenützt werden kann, zu schaffen. Ein anderer Wunsch ist es eine kompakte und kostengünstige Einheit, die sich einfach, als erfordert, an das System anschliessen lässt, zu schaffen.
• Der vorliegende Erfindung liegt die Aufgabe vor, unter Vermindern der obengenannten Problemen, einen verbrennungskraftsbetriebenen und die erwähnten Wünsche befriedigenden Wärmeaustauscher zu schaffen. Dieser Zweck wird durch eine Konstruktion vom in den Ansprüchen offenbarten Typ erzielt, wobei die Ansprüche auch die Merkmale der Erfindung offenbaren.
• Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher beschrieben, wobei
• Fig. 1 zeigt einen vereinfachten Durchschnitt durch einen Wärmeaustauscher, die ein Teil der Heizungsvorrichtung gemäss der Erfindung ist, und
• Fig. 2 zeigt einen Längsdurchschnitt durch den Wärmeaustauscher in Fig. 1.
• Der in den Figuren schematisch dargestellte Wärmeaustauscher 1 ist im allgeimenen rohrformig, und weist eine von einem Isoliermantel 3 umgegebene, äussere Ummantelung 2 auf. Auf der Innenseite der Isoliermantel 3 ist eine durchläufende, eine kreisförmige Kammer 5 des primären Fluids, d.h. des Heizfluids, bildende Leitung 4 vorgesehen. In der Kammer dient die Ummantelung 2 als Ausserwand und die Leitung 4 als Innenwand unter axiale Absperrung durch die Wände 6 und 7, während der Innenteil der Leitung 4 einen Kanal 8 für aus einem nicht dargestellten Brenner hinauskommende Abgasen bildet. Der Kanal 8 weist einen Einlauf 9 und einen Auslass 10 auf, welche beide, um den Abgasen in dem durchgehenden Kanal 8 eine verminderende Geschwindigkeit als in dem Einlauf und dem Auslass zu geben, einen kleineren Durchmesser als der der Leitung 4 haben.
• Ein Rohr 11 für Leitung des sekundären Fluids, d.h. das zu erhitzende Fluid, erstreckt sich schraubenartig durch die Kammer 5 um die Leitung 4 und durch die Leitung 4 und bis zum Kanal 8 für Rauchgase, in welchem das Rohr 11 sich in mehreren, auf und ab in der Längsrichtung des Kanales 8 verlaufende Schlingen erstreckt. Ein Expansionsgefäss 12 ist mit der Kammer 5 verbunden und weist um eine Explosion im Falle einer Überhitzung im Wärmeaustauscher zu verhindern ein Sicherheitsventil 13 auf, wobei das Gefäss auch ein Entlüftungsventil 14 aufweist.
• Alle Fluidanschlusse sind in derselben Wand angeordnet. Der Anschluss 15 für zulaufendes primäres Fluid ist auf dem Boden der Kammer 5 angeordnet und erstreckt sich beinahe bis zur gegenseitigen Stirnwand 6, wo das vom Brenner geheiztes Fluid in die Kammer herein fliesst und mittels einer mit dem Brenner vereinigten, auch nicht dargestellten Pumpe in Zirkulation gehalten wird. Am Oberteil der Kammer ist ein Auslassanschluss 16 für das primäre Fluid angeordnet und dieser erstreckt sich nur einen kurzen Abstand durch die Stirnwand 7.
• Ein Einlaufsanschluss 17 für sekundäres Fluid ist oberhalb der Leitung 4 angeordnet, und erstreckt sich in Richtung der gegenseitigen Stirnwand 6, wo er, um in Richtung der Stirnwand 7, durch welche der Einlauf verläuft, zurückzulaufen, spiralartig um die Leitung 4 geformt ist, und an dieser Stirnwand wird das Rohr 11 durch die Leitung 4 geführt, in welcher es um noch einmal durch die Leitung 4 in Nähe der Stirnwand 7 durchgeführt zu werden und durch diese Wand in Form eines Auslasses 18 auszutreten die vorerwähnte Schlingen bildet.
• Die Leitung 4 weist einen Einlauf 9 bei der Stirnwand 6 sowie einen Auslass 10 bei der Stirnwand 7 auf. Da der Einlauf 9 und der Auslass 10 einen bedeutlich geringeren Durchmesser als den der Leitung 4 aufweisen, sind sich verjüngende Übergänge 19, 20 an den Verbindungen zwischen der Leitung 4 und dem Einlauf 9 und dem Auslass 10 angeordnet. Alle Durchführungen sind sowohl flüssigkeitsdicht als auch gasdicht ausgeführt.
• Vorzugsweise wird ein Ölbrenner mit mindestens zwei Leistungsstufen benutzt. Dieser Brenner erhitzt das vorzugsweise aus einer Flüssigkeit, z.B. Wasser, bestehende primäre Fluid, welches aus dem von dem Brenner erhitzten Bereich über den Einlauf 15 in die Kammer 5 gepumpt wird, in welcher es dem sekundären Fluid die Wärme durch Wärmeaustausch abgibt und um weitere Heizung zu erfahren zum Auslass 16 zurückkehrt.
• Das sekundäre Fluid, z.B eine Flüssigkeit in einem Heizungssystem, wird durch den Einlauf 17 und durch das Rohr 11 gepumpt, zunächst durch die Wendel, die in der Kammer 5, in welcher das sekundäre Fluid eine erste Erhitzung gegeben wird, angeordnet ist, und danach durch die Schlingen im Kanal 8, wo es vor seinem Austritt aus dem Wärmeaustauscher eine weitere Erhitzung gegeben wird.
• Die Rauchgase, die eine Temperatur von mehr als 200ºC, vorzugsweise von mindestens 240ºC, aufweisen, fliessen vom Brenner durch den Einlauf 9 und in den Kanal 8 herein, wo die Rauchgase sowohl über die Schlingen des Rohres 11 in diesem Kanale 8 als auch gegen die Innnenwand der Leitung 4 strömen. Wärme ist somit von den Rauchgasen sowohl auf das primäre Fluid als auch auf das sekundäre Fluid übertragen. Der Durchmesser des Kanales 8 ist in Verhältnis zu den Durchmessern des Einlaufs 9 bzw. des Auslasses 10 derart angepasst, dass die Rauchgase eine bestimmte Verweilzeit in diesem Kanale 8 erhalten und dass die aus dem Auslass 10 strömenden Rauchgase somit eine Temperatur, die nicht 100ºC unterschreitet, aufweisen. Das bedeutet, dass die Temperatur sowohl an der Innenseite der Leitung 4 als auch an der Aussenseite der Schlingen des Rohres 11 im Kanal 8 eine Temperatur von mehr als 100ºC hat. Somit ist es erreicht, dass der Kondensationspunkt der Rauchgasen niedriger als die Temperaturen der verschiedenen Teilen ist, und es gibt somit keine Ablagerungen von koksähnlichen substanzen und Korrosionssubstanzen an den betreffenden Teilen. Dies hat seinerseits zur Folge, dass die Reinigung entberlich wird und dass die Teile eine lange Lebensdauer haben.
• Ein wichtiger, beiträgender Grund der tatsächlicher Funktionsfähigkeit des Wärmeaustauschers ist darin gefunden, dass die Rauchgase nicht für die Vorheizung des sekundären Fluids benutzt werden, sondern für seine Nachheizung, nachdem sie eine erste Wärmezufuhr erhalten haben. Es ist somit erreicht, dass die Temperaturunterschiede zwischen dem Verbrennungsgas und dem sekundären Fluid mässig sind und vor allem hinreichend hoch so dass die Rauchgasen um die Oberflächentemperatur der Leitung 4 und den Schlingen des Kanals 8 auf etwa 110ºC halten können.
• Übliche Steuer- und Kontrolleeinrichtungen für die Beibehaltung konstanter, vorbestimmter Temperaturen sind selbstverständlich für die Heizungsvorrichtung mit einem Wärmeaustauscher gemäss der Erfindung vorgesehen sowie verschiedene Regelelementen des Brenners und der Pumpe.
• Der in der Einleitung erwähnte Zweck ist durch die Erfindung erzielt geworden, und eine Heizungsvorrichtung mit einem Wärmeaustauscher, die kompakt und kostengünstig ist und nur geringere Wartung erfordert, ist erhalten.

Claims (4)

1. Heizungsvorrichtung mit einem Brenner und einem Wärmeaustauscher (1), wobei der Brenner ein primäres Fluid erhitzt das durch den Wärmeaustauscher (1) zirkuliert um einem im Wärmeaustauscher (1) sich befindenden sekundären Fluid die Wärme des primären Fluids zu übertragen, und der Wärmeaustauscher eine durch den Wärmeaustauscher (1) laufende sowie einen Kanal (8) für die Abgase des Brenners bildende Leitung (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher (1) eine der Leitung (4) umgebende Kammer (5) des primären Fluidflußes und ein Rohr (11) zur Leitung des sekundären Fluids aufweist, wobei das Rohr (11) in der Kammer (5) und anschließend um die Leitung (4) verläuft, wonach es durch die Leitung (4) und anschließend in den Kanal (8) läuft, wo es eine oder mehrere Schlingen bildet, wonach das Rohr (11) aus dem Wärmeaustauscher (1) läuft, wodurch das Rohr (11) derart angeordnet ist, daß es erst um das sekundäre Fluid durch das primäre Fluid in der Kammer (5) und danach durch die die Leitung (4) gleichzeitig durchfließenden Abgase leitet, wobei die Abgase, um die Wand der Leitung (4) sowie die dem Rohr (11) zugehörige(n) Schlinge(n) zu erhitzen, durch den Kanal (8) geleitet sind.

2. Heizungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher als ein wesentlich zylindrischer, von der Leitung (4) der Rauchgase axiell durchgelaufener Behälter ausgebildet ist.

3. Heizungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (4) am einen Ende einen Einlauf (9) der Abgase und am anderen Ende einen Auslaß (10) der Abgase aufweist, wobei der Durchmesser des Kanales (8) größer als der Durchmesser des Einlaufs (9) der in diesem hineinkommenden Verbrennungsabgase ist.

4. Heizungsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner als Ölbrenner mit stellbarer Heizleistung ausgebildet ist.