DE19528353A1 - Wärmeerzeuger für NT-Betrieb und Verfahren zum Betreiben des Wärmeerzeugers - Google Patents

Description

Wärmeerzeuger gemäß Oberbegriff werden in Heizungsanlagen und für Warmwasserbereitung eingesetzt. Das Heizwasser im Gehäuse des Wärmeerzeugers wird vorzugsweise von einem Öl- bzw. Gasbrenner erwärmt, wobei die Wärmeübertragungsflächen von der Brennraumwand und den zwischen Brennraum und Abgasleitung angeordneten Nachschaltheizflächen gebildet werden.

Der Heizwasserraum des Wärmeerzeugers ist über mindestens einen Vorlaufanschluß und einen Rücklaufanschluß mit einem Heizkreis verbindbar.

Bei NT-Betrieb des Wärmeerzeugers, d. h. bei Rücklauftemperaturen unterhalb der sogenannten Taupunkt­ temperatur des Heizgases, müssen Maßnahmen gegen Kondenswasser-Korrosion getroffen werden. Eine diesbezüglich wirksame Maßnahme besteht darin, daß das kalte Rücklaufwasser mit dem bereits erwärmten Heizwasser gemischt wird, bevor es an die heizgasberührten Wärmetauscherwände gelangt.

Bekannte Ausgestaltungen von NT-Wärmeerzeugern, in denen diese Maßnahme verwirklicht ist, weisen z. B. Einmündungen des Kesselrücklaufs im oberen Bereich des Heizwasserraum auf (siehe PS 32 10 327 oder DE 441 50 289).

Die Zumischung von kaltem Rücklaufwasser im oberen Bereich des Heizwasserraumes verbessert zwar die NT-Tauglichkeit des Wärmeerzeugers, beeinflußt aber gleichzeitig auch die Temperaturschichtung im Heizwasserraum. Durch eine Zumischung von kaltem Rücklaufwasser in den oberen Bereich des Heizwasserraumes wird die Ausbildung einer stabilen Temperaturschichtung im Heizwasserraum ständig gestört. Es kommt örtlich zu plötzlichem Austausch von zum Teil nur geringen kalten und und warmen Wassermengen und damit zu Temperatursprüngen mit erheblichen Temperaturdifferenzen.

Treten diese Temperatursprünge im Bereich des auf den Brenner wirkenden Temperaturfühlers auf, so wird der Brenner zu häufig (unnötigerweise) ein- und abschalten. Dies führt zu erhöhtem Verschleiß des Brenners sowie zu erhöhtem Energieverbrauch und erhöhtem Schadstoffausstoß und damit insgesamt zu einem unbefriedigenden Betriebsverhalten des Wärmeerzeugers.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Betriebsverhalten des Wärmeerzeugers zu verbessern und zwar bei gleichbleibend guter oder erhöhter NT-Tauglichkeit.

Dies wird dadurch erreicht, daß der Wärmeerzeuger einen im Gehäuse angeordneten, den Heizwasserraum mit dem Vorlaufanschluß verbindenden Vorlaufkanal aufweist, und daß der Temperaturfühler im Vorlaufkanal angeordnet ist.

Durch diese Anordnung ist der Temperaturfühler immer einer erzwungenen Heizwasserströmung ausgesetzt, wenn Heizwasser durch den Wärmeerzeuger gefördert wird. Die Heizwassertemperatur im Vorlaufkanal und damit auch am Fühler weist nur geringe Schwankungen auf, weil die erzwungenen Strömung im Vorlaufkanal für eine gute Durchmischung unterschiedlich temperierter Heizwassermengen sorgt und damit die aus der Zerstörung der Heizwasserschichtung resultierenden Temperaturschwankungen im Bereich des Fühlers nicht wirksam werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich dadurch, daß der den Temperaturfühler aufweisende Teil des Vorlaufkanals im höchsten Bereich des Heizwasserraumes angeordnet ist. Dieser Einbauort ist für alle Temperaturfühler des Wärmeerzeugers, für den auf den Brenner wirkende Kessel-/Vorlauffühler, für den Fühler des Sicherheitstemperaturbegrenzers, für den Fühler des Temperaturwächters und den Fühler des Thermometers gleichermaßen geeignet. Damit ist eine besonders kostengünstige Komplettfertigung der Tauchhülsengruppe für die Temperaturfühler möglich.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ergibt dadurch, daß zwei Vorlaufkanäle mindestens einen gemeinsamen Temperaturfühler aufweisen. Dieser Vorteil ergibt sich insbesondere, wenn für den Wärmeerzeuger zwei zusätzliche Anschlüsse für einen zweiten Heizkreis vorgesehen werden. Für jeden der beiden Vorlaufanschlüsse wird ein Vorlaufkanal vorgesehen. Diese beiden Vorlaufkanäle weisen jeweils ein gemeinsames Kanal-Teilstück auf, in welchem die gemeinsamen Temperaturfühler angeordnet sind.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich dadurch, daß die Einmündung des Vorlaufkanals im unteren Bereich des Heizwasserraumes angeordnet ist. Dadurch wird bevorzugt das Heizwasser aus dem unteren Bereich des Heizwasserraumes, in dem relativ gesehen die geringsten Temperaturen vorherrschen, aus dem Heizwasserraum gefördert. So wird der Ausbildung einer kalten Heizwasserzone im unteren Bereichs des Wärmeerzeugers entgegengewirkt, was zur Verbesserung der NT-Tauglichkeit führt.

Als weitere vorteilhafte Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß der Wärmeerzeuger einen im Gehäuse angeordneten, den Rücklaufanschluß mit dem oberen Bereich des Heizwasserraums verbindenden Rücklaufkanal aufweist. Der Rücklaufanschluß kann damit, wie bisher üblich, unten am Gehäuses angeordnet werden. Das Rücklaufwasser wird intern durch den Rücklaufkanal zum oberen Bereich des Heizwasserraums geführt. Wenn auch noch der o.a. Vorlaufkanal (mit Einmündung im unteren Bereich) vorgesehen wird, weist der Wärmeerzeuger intern einen Zulauf von Rücklaufwasser im oberen Bereich des Heizwasserraums, sowie ein Abströmen von Vorlaufwasser aus dem unteren Bereich auf, während extern die Anschlüsse am Wärmeerzeuger in bekannter Weise vorgesehen sind: Vorlaufanschluß oben, Rücklaufanschluß unten. Dies ist insbesondere bei Austausch eines alten Kessels gegen den erfindungsgemäßen NT-Wärmeerzeuger von Vorteil, da bestehende Heizkreis-Anschlußleitungen weitgehend unverändert verwendet werden können. Darüber hinaus wird durch den Rücklaufkanal die NT-Tauglichkeit des Wärmeerzeugers verbessert, weil das kalte Rücklaufwasser im Rücklaufkanal vorgewärmt wird, bevor es in den oberen Bereich des Heizwasserraums strömt.

Als weitere vorteilhafte Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß der Rücklaufkanal und/oder der Vorlaufkanal von den Wandungen des Gehäuses und einem vorzugsweise einstückigen Formteil begrenzt werden. Das Formteil kann bei einem zylindrischen Gehäuse die entsprechenden Kanäle sowohl mit dem Mantel als auch mit der Rückwand des Gehäuses bilden. Neben dem Vorteil der Materialersparnis ergeben sich insbesondere fertigungstechnische Vorteile dadurch, daß mit einem Formteil (z. B. aus einem Preßwerkzeug) auch komplizierte Kanalformen einfach und kostengünstig realisiert werden können.

Als weitere vorteilhafte Ausgestaltungen wird vorgeschlagen, daß der Wärmeerzeuger einen im Gehäuse auf dem Strömungsweg zwischen dem Rücklaufanschluß und dem Heizwasserraum angeordneten Mischraum aufweist. Der Mischraum ist so gestaltet, daß das kalte Rücklaufwasser mit bereits erwärmtem Heizwasser gut vermischt wird, bevor es in den Heizwasserraum eintritt. Dies kann z. B. durch eine mit Mischöffnungen versehene Trennwand zwischen Mischraum und Heizwasserraum erreicht werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich, wenn für den Wärmeerzeuger ein im Gehäuse angeordneter, den Vorlauf mit dem Rücklauf verbindender Überströmkanal vorgesehen wird. Ein Teil des kalten Rücklaufwassers strömt dann durch den Überströmkanal direkt zum Vorlaufanschluß. Damit wird beim Betrieb des Wärmeerzeugers die Heizwassertemperatur im Heizwasserraum immer höher liegen als im Vorlauf, was zu einer Verbesserung der NT-Tauglichkeit beiträgt.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben des Wärmeerzeuger sieht vor, daß der Volumenstrom im Überströmkanal einstellbar ist. Die Einstellung kann für den Wärmeerzeuger durch geeignete Wahl von Länge und Querschnittfläche des Überströmkanals fest vorgegeben werden, sie kann aber auch mittels eines im Überströmkanal angeordneten Drosselelementes durchgeführt werden. Durch die Einstellung kann auf einfache Weise eine Anpassung des Wärmeerzeugers an unterschiedliche Betriebsbedingungen vorgenommen werden. Ein größerer Volumenstrom im Überströmkanal kann z. B. immer dann eingestellt werden, wenn besondere Anforderungen an die NT-Tauglichkeit des Wärmeerzeugers gestellt werden, d. h. wenn der Wärmeerzeuger bei sehr geringeren Rücklauf- und Vorlauftemperaturen betrieben werden soll, ohne daß es zu Korrosionsschäden durch Kondenswasserbildung kommt.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ergibt sich dadurch, daß der Volumenstrom nach der Heizwassertemperatur gesteuert wird. So kann z. B. bei Heizwassertemperaturen über der sogenannten Taupunkttemperatur der Volumenstrom im Überströmkanal ganz gedrosselt werden, so daß der für die jeweilige Temperaturspreizung maximal erreichbare Kesselwirkungsgrad erzielt wird.

Zum Drosseln des Volumenstromes kann z. B. ein einfaches Stell- und Drosselelement im Heizwasser angeordnet werden, das mittels eines Bi-Metalls oder eines Dehnkörpers den Volumenstrom selbsttätig nach der Heizwassertemperatur steuert.

Der Volumenstrom im Überströmkanal kann auch mit Vorteil nach der Vorlauf-Solltemperatur z. B. einer witterungsgeführten Regelung gesteuert werden. Für diesen Fall würde sich der Vorteil einer genauen Vorlauftemperaturregelung durch eine im Kessel integrierte, preiswerte Mischeinrichtung ergeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von zwei möglichen Ausführungsformen beschrieben, woraus sich weitere erfinderische Merkmale ergeben.

Fig. 1 zeigt einen vertikalen Längsschnitt durch die erste Ausführungsform des Wärmeerzeugers,

Fig. 2 zeigt einen Schnitt quer zur Längsachse des Wärmeerzeugers (erste Ausführungsform),

Fig. 3 zeigt einen vertikalen Längsschnitt durch die zweite Ausführungsform des Wärmeerzeugers,

Fig. 4 zeigt einen Schnitt quer zur Längsachse des Wärmeerzeugers (zweite Ausführungsform),

Fig. 5 zeigt schematisch die Heizwasserführung für die zweite Ausführungsform.

In Fig. 1 bis Fig. 5 haben gleiche Teile gleiche Bezugszahlen.

Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine erste Ausführungsform des Wärmeerzeugers mit einem zylindrischen Gehäuse (27), bei dem ein Mantel (21), eine Vorderwand (22) und eine Rückwand (20) einen Heizwasserraum (4) umschließen. Im Heizwasserraum (4) ist ein Heizgasraum (24) angeordnet, der auf einer Seite mit einer Tür (23) verschließbar ist und auf der anderen Seite eine Auslaßöffnung (25) für Abgas aufweist. Die Tür weist eine Öffnung (26) zur Montage eines Gebläsebrenners auf.

Im Mantel (21) sind Durchbrüche für den Vorlaufanschluß (7) und den Rücklaufanschluß (10) vorgesehen. Stromabwärts des Rücklaufanschlusses (10) ist ein Mischraum (16) angeordnet, in welchem das kalte Rücklaufwasser mit von unten über Öffnungen zuströmendes Wasser aus dem Heizwasserraum (4) vermischt wird und dann vorgewärmt durch die seitlichen Öffnungen (28) in den Heizwasserraum (4) gelangt. Aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen dem Wasser im Heizwasserraum (4) und dem kalten Rücklaufwasser kommt es zu einer mehr oder weniger starken Störung der Temperaturschichtung im gesamten Heizwasserraum (4).

Im höchsten Bereich des Heizwasserraums (4) ist der den Heizwasserraum (4) mit dem Vorlaufanschluß (7) verbindende Vorlaufkanal (3) angeordnet. Der Vorlaufkanal (3) wird vom Mantel (21) des Gehäuses (27) und einem halbschalenförmigen Formteil (19) begrenzt.

Im Vorlaufkanal ist eine Tauchhülse (30) dargestellt, die zur Aufnahme eines hier nicht dargestellten Temperaturfühlers vorgesehen ist. Das Heizwasser strömt durch den zwischen Rückwand (20) und Formteil (19) gebildeten Spalt (29) in den Vorlaufkanal (3), an der Tauchhülse (30) entlang und wird durch den Vorlaufanschluß (7) dem Heizkreis zugeführt.

Fig. 2 zeigt schematisch den Querschnitt des Wärmeerzeugers (erste Ausführungsform) gemäß der in Fig. 1 dargestellten Schnittlinie B-B. Neben der auch in Fig. 1 dargestellten Tauchhülse (30) sieht man drei weitere im Vorlaufkanal angeordneten Tauchhülsen (31, 32, 33), die zur Aufnahme weiterer Temperaturfühler dienen (z. B. Temperaturfühler für Sicherheitstemperaturbegrenzer etc.).

Fig. 3 zeigt in einer schematischen Darstellung eine zweite Ausführungsform des Wärmeerzeugers mit einem zylindrischen Gehäuse (27), bei dem ein Mantel (21), eine Vorderwand (22) und eine Rückwand (20) einen Heizwasserraum (4) umschließen. Im Heizwasserraum (4) ist ein Heizgasraum (24) angeordnet, der auf einer Seite mit einer Tür (23) verschließbar ist und auf der anderen Seite eine Auslaßöffnung (25) für Abgas aufweist. Die Tür weist eine Öffnung (26) zur Montage eines Gebläsebrenners auf.

Ein im Heizwasserraum angeordnetes Formteil (18) bildet mit dem Gehäuse zwei Vorlaufkanäle (1, 2), zwei Rücklaufkanäle (11, 12) und einem Mischraum (15). Die Kanäle (1, 2, 11, 12) verlaufen weitgehend parallel zum Mantel (21) des Gehäuses (27). Der Vorlaufkanal (1, 2) ist vom Rücklaufkanal (11, 12) durch die Wulste (36, 38, 39) getrennt.

Fig. 4 zeigt schematisch den Querschnitt des Wärmeerzeugers (zweite Ausführungsform) gemäß der in Fig. 3 dargestellten Schnittlinie A-A. Neben der auch in Fig. 3 dargestellten Tauchhülse (30) sieht man drei weitere im Vorlaufkanal angeordneten Tauchhülsen (31, 32, 33), die zur Aufnahme weiterer Temperaturfühler dienen (z. B. Temperaturfühler für Sicherheitstemperaturbegrenzer etc.). Der Wärmeerzeuger hat zwei Stutzen für den Vorlaufanschluß (5, 6) und zwei Stutzen für den Rücklaufanschluß (8, 9).

Fig. 5 zeigt die Heizwasserführung für die zweite Ausführungsform des Wärmeerzeugers.

Das Gehäuse des Wärmerzeugers und die Stutzen für den Vorlaufanschluß und den Rücklaufanschluß sind hier nicht dargestellt. Das Heizwasser tritt über den Rücklaufanschluß (Pfeil 8a) in das vom Wulst (38) und Wulst (39) begrenzte Teilstück des Rücklaufkanals (11, 12) ein und strömt dann (z. B. Pfeil 12a) durch die radialen Teilstücke des Rücklaufkanals (11, 12) in den Mischraum (15). Über die Mischöffnungen (40) und die Überströmöffnung (41) findet eine teilweise Vermischung des Rücklaufwassers mit dem bereits erwärmten Heizwasser des Heizwasserraums (4) statt. Im gleiche Maße, wie Rücklaufwasser dem Heizwasserraum (4) zuströmt, tritt Heizwasser (Pfeil 13a, 14a) über die Einmündung (13, 14) in den Vorlaufkanal (1, 2) ein. Im Vorlaufkanal (1, 2) strömt das Heizwasser (Pfeil 1a, 2a) radial nach oben und durch den Vorlaufanschluß (Pfeil 5a) in den angeschlossenen Heizkreis. Dabei wird immer eine Teilmenge (Pfeil 1a) des Heizwassers an den Tauchhülsen (30, 31, 32, 33) zwangsweise vorbeigeführt, so daß die Temperaturfühler in den Tauchhülsen im Sinne eines zufriedenstellenden Betriebsverhaltens des Wärmeerzeugers funktionieren können.

Der den Vorlaufkanal (1, 2) mit dem Rücklaufkanal (11, 12) verbindende Überströmkanal (17) erfüllt bei der zweiten Ausführungsform gleichzeitig die Funktion einer Entlüftungsöffnung zwischen den Kanälen (1, 2, 11, 12). Ein austauschbares Drosselelement zur Veränderung des Volumenstroms im Überströmkanal (17) kann durch den Entlüftungs-Anschlußstutzen (34) eingebracht werden.

Claims (10)

1. Wärmeerzeuger für Niedertemperatur-Heizbetrieb mit einem in einem Gehäuse angeordneten Heizwasserraum, mit einem Vorlaufanschluß und einem Rücklaufanschluß für Heizwasser sowie mit einem im Gehäuse angeordneten, auf den Brenner des Wärmeerzeugers wirkenden Temperaturfühler, dadurch gekennzeichnet,
daß der Wärmeerzeuger einen im Gehäuse (27) angeordneten, den Heizwasserraum (4) mit dem Vorlaufanschluß (5, 6, 7) verbindenden Vorlaufkanal (1, 2, 3) aufweist,
und daß der Temperaturfühler im Vorlaufkanal (1, 2, 3) angeordnet ist.

2. Wärmeerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der den Temperaturfühler aufweisende Teil des Vorlaufkanals (1, 2, 3) im höchsten Bereich des Heizwasserraums (4) angeordnet ist.

3. Wärmeerzeuger nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Vorlaufkanäle (1, 2, 3) einen gemeinsamen Temperaturfühler aufweisen.

4. Wärmeerzeuger nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einmündung (13, 14) des Vorlaufkanals (1, 2) im unteren Bereich des Heizwasserraumes (4) angeordnet ist.

5. Wärmeerzeuger nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeerzeuger einen im Gehäuse (27) angeordneten, den Rücklaufanschluß (8, 9, 10) mit dem oberen Bereich des Heizwasserraums (4) verbindenden Rücklaufkanal (11, 12) aufweist.

6. Wärmeerzeuger nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rücklaufkanal (11, 12) und/oder der Vorlaufkanal (1, 2) von den Wandungen des Gehäuses (27) und einem vorzugsweise einstückigen Formteil (18, 19) begrenzt werden.

7. Wärmeerzeuger nach Anspruch 5 und/oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeerzeuger einen im Gehäuse (27) auf dem Strömungsweg zwischen dem Rücklaufanschluß (8, 9, 10) und dem Heizwasserraum (4) angeordneten Mischraum (15, 16) aufweist.

8. Wärmeerzeuger nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeerzeuger einen im Gehäuse (27) angeordneten, den Rücklaufkanal (13, 14) mit dem Vorlaufkanal (1, 2) verbindenden Überströmkanal (17) aufweist.

9. Verfahren zum Betreiben des Wärmeerzeugers nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenstrom im Überströmkanal (17) einstellbar ist.

10. Verfahren zum Betreiben des Wärmeerzeugers nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenstrom im Überströmkanal (17) nach der Heizwassertemperatur gesteuert wird.