DE2820748A1 - Heizkessel - Google Patents

Description

• "Heizkessel"
• Die Erfindung betrifft einen Heizkessel mit einer mit einem Brennstoff beheizbaren Brennkammer, einem die Brennkammer umgebenden Heizwasserbehälter, in welchem durch Wärmeaustausch mit dem Mantel der Brennkammer das Heizwasser fUr eine zentrale Warmwasserheizung erwärmt wird, einen in dem Heizwasserbehälter unterhalb der Brennkammer angeordneten Solar- Wärmeaustauscher, der mit einem mit Solar-Energie erwärmten Medium speisbar ist und seine Wärme an das Heizwasser des Heizungsrücklaufs überträgt.
• In jüngster Zeit wird in steigendem Maße Solar-Energie zur Beheizung von Wlhnhäusern und zur Erzeugung von Brauchwasser eingesetzt. Da jedoch die Solar-Energie nur ungleichmäßig und vorwiegend in der wärmeren Jahreszeit anfällt, ist es in den meisten Fällen erforderlich, weitere Heizquellen vorzusehen.
• Die Kombination herkömmlicher Heizquellen mit Solar-Energie in derselben Heizanlage bereitet jedoch erhebliche Schw1erigkeiten und ist zur Erreichung zufriedenstellender Ergebnisse nur mit einem größeren Vorrichtungsaufwand lösbar.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Solar-Energie mit einer herkömmlichen Heizquelle in einer einzigen Anlage problemlos zu kombinieren, ohne daß aufwendige Zusatzeinrichtungen erforderlich sind.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Solar-Wärmeaustauscher ein Doppelmantelbehälter ist, dessen Doppeimanteiraum mit dem mit Solar-Energie erwarten Medium beaufschlagbar ist, und daß der innere Mantel einen Brauchwasserspeicher mit einem Brauchwassereinlaß und einem Brauchwasserauslaß bildet.
• Der erfindungsgemäße Heizkessel ist sehr vielseitig verwendbar.
• Bei intensiver Sonneneinstrahlung reicht die Sonnenenergie aus, um das Heizwasser zu erwärmen, so daß die gesamte Heizungsanlage lediglich mit Sonnenenergie arbeiten kann. Nachts oder in kälteren Jahreszeiten mit geringerer Sonneneinstrahlung wird die Anlage insbesondere durch Beheizung der Brennkammer mit herkömmlichem Brennstoff, wie öl oder Gas, betrieben. Es ist jedoch auch eine Kombination beider Heizquellen möglich, wobei das abgekühlte Rücklauf-Heizwasser zunächst auf den Solar-Wärmeaustauscher trifft, dort vorgewärmt wird und anschließend durch Wärmeaustausch mit der Brennkammer auf die geforderte Vorlauftemperatur erwärmt wird. Gleichzeitig kann in dem erfindungsgemäßen Heizkessel Brauchwasser erwärmt werden. Der innere Mantel des Doppelmantelbehälters dient hierbei zum Wärme austausch zwischen dem mit Solar-Energie erwärmten Medium und dem zu. erwärmenden Brauchwasser, während der äußere Behältermantel zum Wärmeaustausch zwischen dem Heizungsrücklaufwasser und dem mit Solar-Energie erwärmte Medium dient.
• Da das Wärmeangebot des Solar-Heizkreislaufs unter Umständen nicht ausreicht, um das Brauchwasser auf eine gewünschte Temperatur zu bringen, kann in dem Heizwasserbehälter oberhalb der Brennkammer ein Brauchwas s ernachwärmsp eicher angeordnet sein, dessen Einlaß mit dem Auslaß des unteren Brauchwasserspeichers verbunden ist. Der untere Brauchwasserspeicher wird dabei zur Vorwärmung des Brauchwassers mit Solarenergie ausgenutzt, während der obere, in Reihe mit dem Vorwärmspeicher angeordnete Behälter zur Nachwarmung auf die eingestellte Endtemperatur des Brauchwassers dient.
• Bei einem Heizkessel mit einer zylindrischen Brennkammer, deren Achse horizontal liegt, kann der Solar-Doppelmantelbehälter des Solar-Wärmeaustauschers und der Brauchwasser-Nachwärmspeicher ebenfalls zylindrisch£ein, wobei die Zylinderachsen der drei Behälter übereinander angeordnet sind und vorzugsweise in einer gemeinsamen vertikalen Ebene liegen. Der den Solar-Doppelmantelbehälter, die Brennkammer sowie den Brauchwasser-Nachwärmspeicher umgebende Heizwasserbehälter kann dabei durch drei übereinander angeordnete Zylinder gebildet sein, deren Innenräume in den Berührungsbereichen der Zylindermäntel durchgehend miteinander verbunden sind. Mit dieser Konstruktion kann eine raumsparende, sehr wirksame Anordnung geschaffen werden.
• In dem Heizwasserbehälter kann vorzugsweise in Höhe des Brauchwassernachwärmspeichers eine Elektro-Heizpatrone angeordnet sein. Diese kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn zusätzlich zu dem Wärmeangebot des Solar-Heizkreises nur ein geringer Zusatzenergiebedarf erforderlich ist. Auf eine Beheizung der Brennkammer kann in diesem Betriebsfall dann verzichtet werden.
• Sämtliche Aufheizelemente, nämlich die Brennkammer, der untere Wärmeaustauscher mit Doppelmantel und Vorwärmspeicher, der obere Nachwärmspeicher sowie die Elektro-Heizpatrone, können in einem gemeinsamen, geschlossenen Druckbehälter angeordnet sein. Mit dieser Konstruktion kann nicht nur der vorrichtungstechnische Aufwand gering gehalten werden, sonden es besteht darüber hinaus der Vorteil, daß sich in dem den gesamten übrigen Raum des Druckbehälters ausfüllenden Heizwasser in Abhängigkeit von den verschiedenen Betriebszuständen unter reinen Schwerkraft-Zirkulationsbedingungen vertikale Strömungsverhältnisse und Temperaturschichtungen ausbilden können. Der Kessel arbeitet stets optimal, auch wenn sich die Temperaturverhältnisse aufgrund eines unterschiedlichen Wärmeangebotes durch den Solar-Heizkreislauf, durch Änderung der Temperatur des HeizungsrUcklaufs, aufgrund unterschiedlicher Wärme von Brauchwasser oder durch Ein- und Ausschaltung des Brenners oder der Elektro-Heizpatrone ständig ändern.
• Zur Unterstützung der Einstellung der gewünschten Strömungsverhältnisse kann der Druckbehälter oberhalb der Brennkammer den Anschluß für den Heizwasservorlauf und unterhalb der Brennkammer den Anschluß für den Heizwasserrücklauf aufweisen.
• Ferner kann zur besseren Mischung des in den Druckbehälter eintretenden Rücklaufwassers mit dem übrigen Heizwasser ein sich trichterförmig erweiternder Rohrstutzen vorgesehen sein, der sich vom Anschluß des Heizwasserrücklaufs aus inden Innenraum des Heizwasserbehälters erstreckt.
• Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben.
• Es zeigen: Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch den Heizkessel sowie eine Darstellung der Kreisläufe und Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II aus Fig. 1.
• Nach der Zeichnung besteht der Heizkessel 2 aus einem Druckbehälter 4, der von einem isolierenden Außenmantel 6 umgeben ist.
• Der Druckbehälter 4 weist entsprechend dem in Fig. 2 dargestellten Querschnitt einen Außenumriß auf, der durch drei übereinander angeordnete Zylinder 8, 10 und 12 gebildet ist, wobei die übereinanderliegenden Zylinder in ihrem Berührungsbereich über eine größere Breite durchgehend miteinander verbunden sind, so daß ein im Verhältnis zur Höhe schmaler Behälter mit drei Ausbauchungen entsteht.
• In die mittlere Ausbauchung 10 ist eine zylindrische Brennkammer 14 eingesetzt, die mit Hilfe eines 1- oder Gasbrenners 16 beheizbar ist. Der Brenner 16 ist in der einen Stirnwand 18 der zylindrischen Brennkammer 14 befestigt, während der Rauchgasabzug 20 in der gegenüberliegenden Stirnwand 22 angebracht ist.
• In der unteren Ausbauchung 8 des Druckbehälters 4 befindet sich ein zentrisch angeordneter Doppelmantel-Behälter 24. Der innere Mantel 26 dient zur AuSnahme von Brauchwasser und weist in seinem unteren Bereich einen Brauchwassereinlaß 28 und in seinem oberen Bereich einen Brauchwasserauslaß 30 auf. Der Ringraum 32 zwischen dem inneren Brauchwasser-Behälter 26 und dem äußeren Mantel 34 wird mit einem mit Solar-Energie erwärmten Medium gespeist. Der Sol-ar-Vorlauf 36 wird mit Hilfe einer Umwälzpumpe 38 durch Sonnenkollektoren 40 gedrückt und gelangt über einen RUcklauf 42 wieder in den durch den Doppelmantel 24 gebildeten Ringraum 32. Die Anschlüsse 44 und 46 des Vor- bzw. Rücklauf des Solar-Kreislaufs befinden sich an gegenüberliegenden Enden des Ringraums 32.
• In die obere Ausbauchung 12 des Druckbehälters 4 ist in zentrischer Anordnung ein zylindrischer Behälter 48 eingesetzt, der als Nachwärm-Speicher für das Brauchwasser vorgesehen ist.
• Zu diesem Zweck ist er mit dem Vorwärm-Speicher26 in Reihe geschaltet, wobei der Auslaß 30 des Vorwärm-Speichers 26 über eine Leitung 50 und einen Einl aß anschluß 52 in den unteren Bereich des Nachwärm-Speichers 48 mündet. Aus dem oberen Bereich des vom Heizwasser umspülten Nachwärm-Speichers 48 führt ein Auslaß 54 zur Entnahmestelle 56.
• Zwischen der Brennkammer 14 und dem oberen Nachwärm-Brauchwasser-Speicher 48 befindet sich noch eine Zusatzheizung in Form einer Elektro-Heizpatrone 58, deren Heizflächen in dichtem Abstand unterhalb des Nachwärm-Brauchwasserspeichers 48 verlaufen.
• Der Anschluß 60 des Heizwasservorlaufs befindet sich in Höhe des zwischen der Brennkammer 14 und dem Nachwärm-Brauchwasserspeicher 48 gelegenen Bereichs Von dort läuft das Heizwasser über eine Vorlaufleitung 62, ein Mischerventil 64, in welchem es gegebenenfalls mit Rücklaufwasser gemischt werden kann, und über eine Umwälzpumpe 66 zu den Heizkörpern 68 und gelangt von dort über die Rücklaufleitung 70 und einen Anschluß 72 zurück in den Druckbehälter 4,und zwar liegt der Anschluß 72 in dem Bereich zwischen dem unteren Doppelmantelbehälter 24 und der Brennkammer 14. Von dem Anschluß 72 des Heizwasserrücklaufs geht ein sich in den Innenraum des Druckbehälters 4 erstreckender trichterförmig erweiterter Rohrstutzen 74 aus, der für eine gute Durchmischung des Rücklaufwassers mit dem im Druckbehälter befindlichen übrigen Heizwasser sorgt.
• In Zeiten starker Sonneneinstrahlung kann der Heizkessel allein mit Sonnenenergie betrieben werden. Das durch den Ringraum 32 des Doppelmantelb ehäl ters 24 zirkulierende Solar-Medium gibt dabei über den inneren Mantel 26 seine Wärme an das Brauchwasser und über den äußeren Mantel 34 an das in den Druckbehälter 4 befindliche Heizwasser ab. Wenn die Solar-Energie zum Betrieb des Heizkessels nicht mehr ausreicht, kann die Elektro-Heizpatrone 58 und/oder der Brenner 16 zugeschaltet werden. Die Solar-Energie kann aber in jedem beliebigen Betriebsfall ausgenutzt werden; selbst bei geringsterSawxneinstrahlung läßt sich die Solar-Energie zumindest zur Vorwärmung des Brauchwassers in dem unteren Vorwärm-Brauchwasserspeicher 26 verwenden.
• Im Inneren des Druckbehälters vollzieht sich automatisch eine gute Wärmeübertragung an das Heizwasser durch selbsttätige wechselnde Umspülung der Heizflächen. Unter der reinen Schwerkraft-Zirkulation bilden sich vertikale Strömungsverhältnisse und Temperaturschichtungen aus. Diese Eigenschaften machen innerhalb des Heizkessel jegliche durch Fremdenergie angetriebenen Regelgeräte, Motormischer, Pumpen usw. überflüssig, da die einzelnen Wärmequellen von dem Heizwasser bereits selbsttatig optimal umspült werden.

Claims (10)

1. Ansprüche Heizkessel mit einer mit einem Brennstoff beheizbaren Brennkammer, einem die Brennkammer umgebenden Heizwasserbehälter, in welchem durch Wärmeaustausch mit dem Mantel der Brennkammer das Heizwasser für eine zentrale Warmwasserheizung erwärmt wird, einen in dem Heizwasserbehälter unterhalb der Brennkammer angeordneten Solar-Wärmeaustauscher, der mit einem mit Solar-Energie erwärmten Medium speisbar ist und seine Wärme an das Heizwasser des Heizungsrücklaufs überträgt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Solar-Wärmeaustauscher ein Doppelmantelbehälter (24) ist, dessen Doppelmantelraum (32) mit dem mit Solar-Energie erwärmten Medium beaufschlagbar ist, und daß der innere Mantel (26) einen Brauchwasserspeicher mit einem Brauchwassereinlaß (28) und einem Brauchwasserauslaß (30) bildet.
2. 2. Heizkessel nach Anspruch 1, d a d u r ch g e k e n nz e i c h n e t, daß in dem Heizwasserbehälter (4) oberhalb der Brennkammer (14) ein Brauchwassernachwärmspeicher (48) mit einem Brauchwassereinlaß (52) und einem Brauchwasserauslaß (54) angeordnet ist, wobei der Brauchwassereinlaß (52) mit dem Brauchwasserauslaß (30) des unteren Brauchwasserspeichers (26) verbunden ist.
3. 3. Heizkessel nach Anspruch 2 mit einer zylindrischen Brennkammer, deren Achse horizontal liegt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Solar-Doppelmantel-Behälter (24) des Solar-Wärmeaustauschers und der Brauchwasser-Nachwärmspeicher (48) zylindrisch sind und daß die Zylinderachsen des Solar-Doppelmantel-Behälters (24), der Brennkammer (14) und der Brauchwasser-Nachwärmspeicher (48) übereinander liegen.
4. 4. Heizkessel nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß die drei Zylinderachsen des Solar-Doppelmantel-Behälters (24), der Brennkammer (14) und des Brauchwasser-Nachwärmspeichers (48) in einer gemeinsamen vertikalen Ebene liegen.
5. 5. Heizkessel nach Anspruch 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß der den Solar-Doppelmantel-Behälter (24), die Brennkammer (14) sowie den Brauchwasser-Nachwärmspeicher (48) umgebende Heizwasserbehälter (4) durch drei übereinander angeordnete Zylinder (8, 10, 12) gebildet ist, deren Innenräume in den BerUhrungsbereichen der Zylindermäntel durchgehend miteinander verbunden sind.
6. 6. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a -d u r c h g e k e n n z ei c h n e t, daß in dem Heizwasserbehälter (4) eine Elektro-Heizpatrone (58) angeordnet ist.
7. 7. Heizkessel nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß die Elektro-Heizpatrone (58) etwa in Höhe des Brauchwassernachwärmspeichers (48) angeordnet ist.
8. 8. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 - 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß sämtliche Aufheizelemente in einem gemeinsamen, geschlossenen Druckbehälter (4) angeordnet sind.
9. 9. Heizkessel nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß der Druckbehälter oberhalb der Brennkammer (14) den Anschluß (60) für den Heizwasservorlauf und unterhalb der Brennkammer den Anschluß (72) für den Heizwasserrücklauf aufweist.
10. 10. Heizkessel nach Anspruch 9, d ad u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß von dem Anschluß (72) des Heizwasserrücklaufs ein sich in den Innenraum des Heizwasserbehälters (4) erstreckender trichterförmig erweiterter Rohrstutzen (74) ausgeht.