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DE2851206A1 - Verfahren und anlage zur nutzung der heissen abgase von waermeerzeugern - Google Patents

Verfahren und anlage zur nutzung der heissen abgase von waermeerzeugern

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DE2851206A1
DE2851206A1 DE19782851206 DE2851206A DE2851206A1 DE 2851206 A1 DE2851206 A1 DE 2851206A1 DE 19782851206 DE19782851206 DE 19782851206 DE 2851206 A DE2851206 A DE 2851206A DE 2851206 A1 DE2851206 A1 DE 2851206A1
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Germany
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exhaust gas
temperature
heating
heat exchanger
water
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Guenther Reimer
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FROELING KESSEL APP
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    • F24D19/1006—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
    • F24D19/1009—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating
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    • F24D19/1024—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating using a valve or valves a multiple way valve
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    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H15/00—Control of fluid heaters
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    • F24H15/212—Temperature of the water
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Description

..-!.„ V j j- Vf -5
■.'■-/, 24. Nov. 1978
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Belegexemplar I
Fröling GmbH & Co. Kessel-Apparatebau
5063 Overath
Verfahren und Anlage zur Nutzung der heißen Abgase von Wärmeerzeugern H
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nutzung der heißen Abgase eines brennstoffbefeuerten, zumindest teilweise zur Erwärmung von umlaufendem Heizwasser dienenden Wärmeerzeugers, wobei mit den heißen Abgasen das Heizungsrücklaufwasser vorge-
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wärmt wird, sowie eine Heizungsanlage zur Durchführung des Verfahrens.
Zur Nutzung von heißen Abgasen ist die Verwendung eines Abhitzekessels "bekannt, der einem Wärmeerzeuger nachgeschaltet und mit dessen Abgasen beaufschlagt wird. Die Mehrzahl der üblichen Wärmeerzeuger können mit Vollast und Teillast gefahren werden, wobei den Brennern bedarfsabhängige Brennstoffmengen zugeführt werden. In Abhängigkeit von dem Jeweiligen Betriebszustand entstehen dabei unterschiedliche Abgasmengen mit teilweise unterschiedlich hohen Temperaturen. Im Teillastbetrieb kommt es daher häufig vor, daß im Kamin der Taupunkt unterschritten wird, so daß schädliche Kondensationserscheinungen auftreten können.
In anderen bekannten Anlagen ist bereits versucht worden, die unterschiedlichen Abgasmengen dadurch auszugleichen, daß in den Abgasweg Bypaßleltungen eingebaut werden. Abgesehen davon, daß bei diesen Anlagen die Abgase nicht mehr hundertprozentig ausgenutzt werden können, stellt das Bypaßleitungssystem einen erheblichen vorrichtungstechnischen Aufwand dar und führt zu wechselndem Druck in der Abgasleitung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Nutzung der heißen Abgase von Wärmeerzeugern in einem Heizungskreislauf zu schaffen, das mit geringem vorrichtungstechnischem
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Aufwand auskommt, eine optimale Nutzung der Abgase ermöglicht und die Gefahr einer Taupunktunterschreitung im Kamin weitestgehend ausschließt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Teilstrom aus dem Heizungsrücklaufwasser abgezweigt, durch die Gesamtheit der aus dem Wärmeerzeuger kommenden Abgase durch Wärmeaustausch aufgeheizt und vor dem Wärmeerzeuger wieder mit dem übrigen Heizungsrücklaufwasser vereinigt wird und daß die Menge des abgezweigten Teilstroms in Abhängigkeit von der Kaminaustrittstemperatur der Abgase in der Weise gesteuert wird, daß die Abgastemperatur immer oberhalb des Taupunktes liegt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist also ein dem Wärmeerzeuger nachgeschalteter Wärmeaustauscher vorgesehen, durch den die Gesamtheit der aus dem Wärmeerzeuger kommenden Abgase geleitet wird, und zwar unabhängig davon, ob der Wärmeerzeuger mit Vollast oder Teillast gefahren wird. Die variablen Abgasbedingungen werden dadurch ausgeglichen, daß allein die Menge des aus dem Heizungsrücklaufwasser abgewzweigten Teiletroms variiert wird, die durch den Wärmeaustauscher geleitet wird und die Wärme der Abgase aufnimmt.
Die Menge des abgezweigten Teilstrome wird dabei bei fallender Kaminaustrittstemperatur verringert und bei steigender Kaninaustrittstemperatur vergrößert.
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Vorzugsweise wird bei wechselnden Abgasverhältnissen eine im wesentlichen konstante Austrittstemperatur der Abgase aufrechterhalten, die nur wenig über dem Taupunkt liegt. Auf diese Weise kann man die größtmögliche Wärmerückgewinnung erzielen.
Bei Betriebszuständen mit nur sehr geringen Abgasmengen und/oder geringen Abgastemperaturen könnte der Fall eintreten, daß der Teilstrom völlig ausgeschaltet werden müßte, um eine ausreichend hohe Kaminaustrittstemperatur der Abgase zu erreichen. Bei einem solchen Betriebszustand besteht aber die Gefahr, daß die im Wärmeaustauscher verbleibenden Restwassermengen unzulässig hoch aufgeheizt werden. Um zu gewährleisten, daß die Restwassermengen in dem Wärmeaustauscher beispielsweise eine Temperatur von 1100C nicht überschreiten, kann die Teilstrommenge in Abhängigkeit von der Wassertemperatur im Wärmeaustauscher wieder erhöht werden, und zwar auf die ftefahr hin, daß der Taupunkt im Kamin in Ausnahmefällen einmal unterschritten wird. Alternativ könnte aber bei Erreichen einer unzulässig hohen Wassertemperatur im Wärmeaustauscher der Brenner des Wärmeerzeugers kurzfristig abgeschaltet werden.
Die Heizungsanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht zweckmäßig aus einem brennstoffbeheizten, vorzugsweise gas- oder ölbefeuerten, zumindest teilweise zur Er-
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— ·ί "
wärmung von umlaufendem Heizungswasser dienenden Wärmeerzeuger sowie einem In dessen .Abgasweg geschalteten Äbgaswärmeaustauscher ziur Tforwärmung des HeIzungsrüciklaufwassers und ist dadurch gekennzeichnet., daß der itbgaswärineaustauscher von der Gesamtheit der .Abgase des Wfirraeerzenagers durchströmt ist, daß in der Rücklaufleitung des lamlauieaaden Beizungswassers ein motorbetätigtes Dreiwegeventil vorgesehen ist, Δ&Β der eine Ausgang des Breiwegeventils über eine direkte Hauptleitung mit dem Wärmeerzeuger und der andere Ausgang über eine Teil— stromleitung mit dem Abgaswärmeaustausclier verbunden ist» wobei zur Weiterleitung des vorgewärmten Teilstromwassers eine Zwischenleitung vorgesehen ist, die an einer Stelle zwischen dem Dreiwegeventil und dem Wärmeerzeuger in die Hauptleitung mündet, und daß zur Steuerung des Dreiwegeventils ein Temperatur regler vorgesehen 1st, der mit einem Temperaturfühler für die Kaminaustrittstemperatur verbunden 1st.
Der Temperaturfühler kann im Bereich des Kaminaustrittsquerschnitts angeordnet sein, wobei er unmittelbar die Kaminaustrittstemperatur bestimmt. Der Temperaturfühler kann Jedoch auch unterhalb des Kaminaustrittsquerschnitts angeordnet sein, wobei dann allerdings der Temperaturregler so einzustellen ist, daß in Abhängigkeit vom Isolierzustand und der Höhe des Kamins ein Korrekturfaktor für die Temperatur berücksichtigt werden muß.
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Um zu vermelden, daß das Wasser im Wärmeaustauscher unter bestimmten Extrembedingungen nicht unzulässig hoch aufgeheizt wird, kann im oberen Bereich des Wärmeaustauschers ein zweiter Temperaturfühler vorgesehen sein, der die Temperatur des erwärmten Teilstromwassers bestimmt und für eine Gegensteuerung zur Begrenzung der maximalen Wassertemperatur im Wärmeaustauscher ebenfalls mit dem Temperaturregeier verbunden ist.
Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben.
In der Zeichnung ist in schematlscher Darstellung die Ansicht einer Heizungsanlage für eine Wasser-Zentralheizung dargestellt.
Nach der Zeichnung besteht die Heizungsanlage aus einem Heizkessel 1 mit einem Brenner 2, der in Abhängigkeit vom Bedarf mit einer entsprechenden Gas- oder ölmenge beaufschlagbar ist. Die Abgase aus dem Heizkessel 1 gelangen in ihrer Gesamtheit in einen dem Heizkessel 1 unmittelbar nachgeschalteten Wärmeaustauscher 3, aus dem sie Über ein Abgasrohr 4 in den Kamin 5 gelangen. *
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Der Heizkessel, der von beliebiger Bauart sein kann, ist mit einem Einlaßstutzen 6 sowie einem Auslaßstutzen 7 versehen, an den die Heizwasserrücklaufleitung θ bzw. die Heizwasservorlaufleltung 9 angeschlossen ist.
Der Wärmeaustauscher 3 weist in seinem Inneren ein Bündel paralleler, in vertikaler Richtung angeordneter Rohre 10 auf, die an ihrer Unterseite mit einem gemeinsamen Wassereinlaß 11 und an der Oberseite mit einem gemeinsamen Wasserauslaß 12 in Verbindung stehen.
Die aus dem Heizkessel 1 austretenden Abgase werden im unteren Bereich des Wärmeaustauschers 3 über einen Eintrittsstutzen 13 in den Wärmeaustauscher eingeleitet, so daß sie die wasserführenden vertikalen Rohre 10 im Querstrom umspülen, über das Abgasrohr 4, das seitlich an den oberen Bereich des Wärmeaustauschers 3 angeschlossen ist, verlassen die Abgase nach dem Wärmeaustausch den Wärmeaustauscher wiederum im Querstrom zu den vertikalen Rohren 10 und gelangen über den Kamin 5 ins Freie.
In die Heizwasserrücklaufleitung 8 ist ein motorbetätigtes Dreiwegeventil 14 geschaltet, von dem ein Ausgang 15 über eine direkte Hauptleitung 16 mit dem Einlaßstutzen 6 des Heizkessels 1 verbunden ist, während der andere Ausgang 17 über eine Teil-
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stromleitung 18 mit dem Wassereiniaßstutzen 11 des Abgas-Wärmeaustauschers 3 verbunden ist. Zur Weiterleitung des im Wärmeaustauscher 3 vorgewärmten Teilstromwassers dient eine vom oberen Stutzen 12 des Wärmeaustauschers 3 ausgehende Zwischenleitung 19» die an einer Stelle zwischen dem Dreiwegeventil 14 und dem Einlaßetutzen 6 des Heizkessels 1 in die Hauptleitung 16 mündet.
Zur Steuerung dee motorbetätigten Dreiwegeventile 14 ist ein Temperaturregler 20 bzw. ein entsprechend geeignetes Regelgerät vorgesehen. Dieses steht mit einem Temperaturfühler 21 in Verbindung, mit dem direkt oder indirekt die Kaminaustrittstemperatur gemessen wird.
Um die Abgase soweit wie möglich auszunutzen, wird die Anlage so gefahren, daß die Kaminaustrittstemperatur stets etwas über dem Taupunkt liegt. Dies wird dadurch erreicht, daß die Menge dee abgezweigten Teilstroms bei fallender Kaminaustrittstemperatur verringert und bei steigender Kaminaustrittstemperatur vergrößert wird. Änderungen der Abgasbedingungen werden dabei automatisch berücksichtigt, so daß die Anlage sowohl bei Vollastbetrieb als auch bei beliebigem Teillastbetrieb des Heizkessels 1 optimal arbeitet.
Aus Sicherheitsgründen ist nahe dem Ausgangebereich des Wärme-
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austauschere 3» wo das vorgewärmte Teilstromwasser den Wärmeaustauscher verläßt, ein zweiter Temperaturfühler 22 vorgesehen, der ebenfalls mit dem Temperaturregler 20 in Verbindung steht. Der Temperaturfühler 22 überwacht dabei die Wassertemperatur in dem Wärmeaustauscher 3 und gibt, wenn die maximale Wassertemperatur in dem Wärmeaustauscher 3 überschritten wird, ein Signal an das Regelgerät 20. Eine Überschreitung der maximalen Wassertemperatur kann unter ungünstigen Bedingungen bei einer Unterbrechung des durch den Wärmeaustauscher geführten Teilstroms 3 auftreten. In einem solchen Fall wird der Teilstrom 3 unabhängig von der Kaminaustrittstemperatur kurzzeitig wieder eingeschaltet bzw. etwas erhöht.
Mit der in der Zeichnung dargestellten Heizungsanlage ist mit geringem vorrichtungstechnischen Aufwand eine größtmögliche Auskühlung der Gesamtheit der aus dem Heizkessel 1 kommenden Abgase möglich, indem die Wärme der Abgase an einen variablen Teilstrom des Heizungsrücklaufwasser3 äagegeben wird.
Selbstverständlich läßt sich das beschriebene Prinzip auch bei anderen Heizungssystemen verwenden.
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Claims (1)

  1. 28512:
    ' ' "if nidi yg'^*·; °-? '-
    24·Nov·
    Fröling GmbH & Co.
    Kesael-Apparatetoaii
    Overatfa
    Patentansprüche
    Verfahren zur Nutzung der heißen Abgase eines brennstoffbefeuerten, zumindest teilweise zur Erwärmung von umlaufendem Heizungswasser dienenden Wärmeerzeugers, wobei mit den heißen Abgasen das HeizungsrUcklaufwasser vorgewärmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilstrom aus dem HeizungsrUcklaufwasser abgezweigt, durch die Gesamtheit der aus dem Wärmeerzeuger kommenden Abgase durch Wärmeaustausch aufgeheizt und vor dem Wärmeerzeuger wieder mit dem Übrigen Heizungsrücklaufwasser vereinigt wird und daß die Menge des abgezweigten Teil-. Stroms in Abhängigkeit von der Kaminaustrittstemperatur der Abgase in der Weise gesteuert wird, daß die Abgastemperatur immer oberhalb des Taupunktes liegt.
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    2· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des abgezweigten Teilotroins bei fallender Kaminaustrittstemperatur verringert und bei steigender Kaminaustrittstemperatur vergrößert wird.
    3· Verfahren nach Anspruchi oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei wechselnden Abgasverhältnissen eine im wesentlichen konstante Kaminaustrittstemperatur der Abgase aufrechterhalten wird, die nur wenig über dem Taupunkt liegt.
    4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für Betriebszustände mit geringen Abgasmengen und/oder geringen Abgastemperaturen bei überschreiten einer vorgegebenen oberen TeilStromtemperatur die Teilstrommenge erhöht wird.
    5. Heizungsanlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem brennstoffbefeuerten, zumindest teilweise zur Erwärmung von umlaufendem Heizungswasser dienenden Wärmeerzeuger sowie einem in dessen Abgasweg geschalteten Wärmeaustauscher zur Vorwärmung des HeizungsrUcklaufwassers, dadurch gekennzeichnet, daß der
    Ö3G022/0482
    Abgaswärmeaustauscher (3) von der Gesamtheit der Abgase des Wärmeerzeugers (1) durchströmt ist, daß in der Rücklauf leitung (8) des umlaufenden Heizungswassers ein motorbetätigtes Dreiwegeventil (14) vorgesehen ist, daß der eine Ausgang (15) des Dreiwegeventils (14) über eine direkte Hauptleitung (16) mit dem Wärmeerzeuger (1) und der andere Ausgang (17) über eine Teilstromleitung (18) mit dem Abgaswärmeaustauscher (3) verbunden ist, wobei zur Weiterleitung des vorgewärmten Teilstromwassers eine Zwischenleitung (19) vorgesehen ist, die an einer Stelle zwischen dem Dreiwegeventil (14) und dem Wärmeerzeuger (1) in die Hauptleitung (16) mündet, und daß zur Steuerung des Dreiwegeventils (14) ein Regelgerät (20) vorgesehen 1st, das mit einem Temperaturfühler (21) für die Kaminaustritts temperatur verbunden ist.
    6. Heizungsanlage nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (21) im Bereich des Kaminaustrittsquerschnitts angeordnet ist,
    7. Heizungsanlage nach Anspruch 5» dadurch g e kennzeichnet, daß der Temperaturfühler (21) unterhalb des Kamlnaustrittsquerschnitts angeordnet ist.
    03GO22/0482
    8. Heizungsanlage nach Anspruch 5t dadurch g e - kennzeichnet, daß im oberen Bereich des Wärmeaustauschers (3) ein zweiter Temperaturfühler (22) vorgesehen ist, der die Temperatur des erwärmten TeIlstromwassers mißt und zur Begrenzung der maximalen Wasser temperatur in dem Wärmeaustauscher (3) für eine entsprechende Gegensteuerung mit dem Regelgerät (20) verbunden ist.
    Q3C022/0482
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