DE3507252C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rekuperator zur Ausnutzung der Rauchgaswärme von Herden, Öfen und/oder offenen Kaminen mit den Merk­ malen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Zur Beheizung beispielsweise von Wohnräumen, Geschäftslokalen, Werk­ stätten und Aufenthaltsräumen werden Herde, Öfen und/oder offene Kamine verwendet. Hierbei strahlen diese Heizelemente die durch Verbrennen von z. B. Kohle, Briketts, Holz, Öl oder Papier gewonnene Wärme über entsprechende Flächen des Heizelementes ab, während die bei der ver­ brennung entstandenen heißen Rauchgase ungenutzt ins Freie abgeführt werden.

Bei den seit langem bekannten Kachelöfen wird die im Rauchgas ent­ haltene Wärmeenergie zur zusätzlichen Beheizung ausgenutzt. Hierbei werden die bei der Verbrennung entstandenen heißen Rauchgase über ein kompliziert ausgebildetes, langes Rauchgasrohrsystem derart abgeführt, daß die in dem Rauchgas enthaltene Wärmeenergie auf entsprechend ausge­ formte Kacheln übertragen wird, die ihrerseits die so gewonnene Wärme speichern und langsam über einen gewissen Zeitraum abstrahlen. Eine derartige Ausnutzung der Rauchgaswärme weist den Nachteil auf, daß hierfür sehr voluminöse und entsprechend kostenintensive Einrichtungen notwendig sind, die einen komplizierten Aufbau besitzen.

Man hat jedoch auch bereits schon vorgeschlagen, die Heizwärme an Rauchgasabrohren anderweitig auszunutzen. So sind aus der DE-OS 32 06 572 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Rückgewinnen von Heizwärme an Rauchgasabrohren von mit festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen beheizten Öfen bekanntgeworden. Die entsprechende Vorrichtung weist hierbei ein ein Rauchgasrohr mit Abstand umgebendes und sich wenigstens teilweise über dessen Länge erstreckendes Luftströmungsrohr zum Führen von zu erwärmender Luft entlang der Außenfläche des Rauchgasrohres auf, wobei das Luftströmungsrohr eine Lufteintrittsöffnung und eine Luftaus­ trittsöffnung besitzt. Ferner ist ein Gebläse zur Zwangsumwälzung der Luft durch das Luftströmungsrohr vorgesehen. Die vorliegende Erfindung geht von einem derartigen Rekuperator, der die Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 aufweist, aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rekuperator der ange­ gebenen Art zu schaffen, der einen besonders hohen Wirkungsgrad auf­ weist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Rekuperator der angegebenen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der erfindungsgemäß vorgesehene Einsatz bewirkt eine Querschnittsver­ engung des Rauchgasrohres, was zur Folge hat, daß die hierin strömenden Rauchgase in Richtung der Innenfläche des Rauchgasrohres abgelenkt werden und somit diese besonders gut aufheizen. Des weiteren stellt der Einsatz eine preiswerte Sekundärheizfläche dar. Schließlich bewirkt er eine Vergrößerung des Verbrennungsraumes, d. h. er verlängert den Rauch­ gasweg, so daß durch eine Sekundärströmung innerhalb des Einsatzes ein Nachverbrennungseffekt eintritt, wodurch der hochgiftige CO-Anteil gegenüber herkömmlichen Öfen beträchtlich herabgesetzt wird.

Durch den vorgesehenen Einsatz wird somit einerseits eine verbrennungs­ begünstigende Funktion und andererseits eine den Wärmeübergang zwischen Rauchgas und zu erwärmender Luft fördernde Funktion erreicht.

Die im inneren Bereich des Rauchgasrohres aufsteigenden Rauchgase ge­ langen in den Einsatz hinein und werden dort strömungsmäßig umgelenkt. Diese Strömungsumlenkung bewirkt eine Verzögerung des Rauchgasabzuges, so daß eine Ausbranderhöhung bzw. ein entsprechender Nachverbrennungs­ effekt auftritt. Gleichzeitig bewirkt der Einsatz für die im Randbe­ reich des Rauchgasrohres strömenden Rauchgase eine Ablenkung zur Wand des Rauchgasrohres hin, so daß auf diese Weise der Wärmeübergang ver­ bessert wird. Auch die aus dem Einsatz wieder nach unten austretenden Rauchgase werden dann mit gegen die Rohrwandung abgelenkt.

Ergänzend zum Stand der Technik sei noch auf die DE-OS 30 25 651 ver­ wiesen, in der ein Heizungskessel beschrieben ist, der einen als Umkehrbrennkammer dienenden Einsatz aufweist, in den ein Gebläse­ brenner hineinbrennt, wobei nach Umlenkung die Heizgase in einer wand­ nahen Strömung um den Öffnungsrand des Einsatzes herum in den Heiz­ gaszug gelangen und dann den Heizungskessel durch einen Abzug verlassen. Das Ganze ist mit einem wasserführenden Gehäuse umgeben. Dieser be­ kannte Einsatz unterscheidet sich schon dadurch vom erfindungsgemäß vorgesehenen Einsatz, daß er als echte Umkehrbrennkammer ausgebildet ist, die in einem weit höheren Temperaturbereich, nämlich bei etwa 1300°C, arbeitet. Des weiteren findet hierbei ein Wärmeaustausch zwischen Wasser und den Rauchgasen statt.

Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes gehen aus den Unteransprüchen hervor.

So ist der Einsatz vorzugsweise im oberen Abschnitt des Rauchgasrohres angeordnet. Zur Verbesserung der Strömungsverhältnisse besitzt er zweck­ mäßigerweise einen konisch geformten Bodenabschnitt.

In Weiterbildung der Erfindung ist in der Bodenfläche des Einsatzes ein Schieber zur Rauchgasregulierung angeordnet. Dieser Schieber er­ möglicht eine indirekte Regelung der Temperatur der aufgeheizten Luft, da mit zunehmendem Schließen des Schiebers auch die Menge der abge­ lenkten Rauchgase zunimmt, was zu einer Temperaturerhöhung des ent­ sprechenden Abschnittes des Rauchgasrohres und somit auch zu einer Temperaturerhöhung der hieran vorbeiströmenden Luft führt.

Vorzugsweise sind im Luftströmungsrohr Luftleiteinrichtungen angeordnet, die zur Verbesserung des Wärmeaustausches die durch die Lufteintritts­ öffnung einströmende Luft über die gesamte Außenfläche des heißen Rauchgasrohres führen. Derartige Luftleiteinrichtungen bestehen insbe­ sondere aus Blechen, die spiralförmig auf der Außenfläche des Rauch­ gasrohres angebracht sind und sich zwischen den Luftströmungsrohren und dem Rauchgasrohr vollständig erstrecken. Eine derartige Anordnung bewirkt, daß die Strömungsgeschwindigkeit der eintretenden kalten Luft vergrößert und somit der Wärmeaustausch zwischen den heißen Rauchgasen und der kalten Luft verbessert wird. Was die Steigung der spiralförmigen Luftleiteinrichtungen anbetrifft, so hat sich hierfür ein Bereich zwischen etwa 15°-70° als besonders geeignet erwiesen. So kann bei­ spielsweise mit in spiralförmigen Bahnen um das Rauchgasrohr geführter Luft die im Rauchgas enthaltene thermische Energie mit einem Wirkungs­ grad von etwa 85% auf die kalte, in den Rekuparator einströmende Luft übertragen werden. Ein derartig hoher Wirkungsgrad wird darauf zurück­ geführt, daß mit Abnahme der Steigung der Luftleiteinrichtungen die kalte Luft nicht mehr im Gleich- bzw. Gegenstrom, sondern zunehmend im Kreuzstrom zum Rauchgas strömt.

Was das Material des erfindungsgemäß ausgebildeten Reku­ perators anbetrifft, so empfiehlt es sich, abhängig von der Temperatur des Rauchgases unlegierte oder le­ gierte Stahlsorten zu verwenden, die ggf. zunderbe­ ständig sind. Insbesondere bei hohen Rauchgastemperatu­ ren, die bis etwa 1000°C betragen können, haben sich legierte Chrom-Nickel-Stähle hervorragend bewährt.

Bei einer üblichen Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Rekuperators weist das Luftströmungsrohr eine Wandstärke von etwa 2 mm, eine Länge von etwa 100 cm und einen Durchmesser von etwa 45 cm auf, während das Rauchgasrohr hierbei einen Durchmesser von etwa 40 cm besitzt. Ferner ist bei einer derartigen Aus­ führungsform der obere und untere Abschnitt des Luft­ strömungsrohrs zylindrisch auf einen Durchmesser von etwa 55 cm erweitert, um ein besseres Einströmen bzw. Ausströmen der zugeführten Luft zu ermöglichen.

Was das Gebläse anbetrifft, so können hierfür übliche Saug- oder Druckgebläse eingesetzt werden. Ist je­ doch ein Sauggebläse derart angeordnet, daß es direkt mit der durch den erfindungsgemäß ausgebildeten Rekuperator aufgeheizten Luft in Kontakt kommt, so empfiehlt es sich, daß die mit der heißen Luft in Berührung kommenden Gebläsebauteile aus einem temperaturbeständigen Material bestehen. Vorzugsweise wird jedoch ein Ventilator verwendet, der entweder direkt oder über entsprechende Rohrsysteme die kalte Luft in die Lufteintrittsöffnung einführt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Aus­ führungsbeispiels und in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert.

Die einzige Figur zeigt eine perspektivische, teilweise ge­ schnittene Ansicht einer Ausführungs­ form eines Rekuperators.

Der in der Figur gezeigte und insgesamt mit 1 be­ zeichnete Rekuperator weist ein Rauchgasrohr 2 auf, durch das die bei einer Verbrennung in einem nicht gezeigten Ofen, Herd oder offenen Kamin entstandenen Rauchgase in Pfeilrichtung 9 geführt werden. Das Rauchgasrohr 2 wird von einem Luftströmungsrohr 3, das sich bei der dort dargestellten Ausführungsform über die gesamte Länge des Rauchgasrohres erstreckt, im Abstand umgeben. Das Luftströmungsrohr 3 weist in seinem unteren Abschnitt eine zylindrische Er­ weiterung 13 mit einer Lufteintrittsöffnung 5 und in seinem oberen Abschnitt eine zylindrische Er­ weiterung 14 mit einer Luftaustrittsöffnung 6 auf. Die Lufteintrittsöffnung 5 ist über ein gestrichelt dargestelltes Rohrsystem 15 mit einem schematisch gezeigten Gebläse 4 verbunden, während die dort dargestellte Ausführungsform an der Luft­ austrittsöffnung 6 einen gestrichelt gezeichneten Stutzen 16 besitzt. In einem oberen Abschnitt des Rauchgasrohres 2 ist symmetrisch zu dessen Längs­ achse 17 ein zylindrischer, einseitig geschlossener Einsatz 10 vorgesehen, der einen konischen Abschnitt 12 an seinem unteren Ende und einen Schieber 11 in seiner Bodenfläche besitzt. In dem Hohlraum zwischen dem Luftströmungsrohr 3 und dem Rauchgasrohr 2 ist eine Vielzahl von Luftleiteinrichtungen 18 spiral­ förmig auf der Außenfläche des Rauchgasrohres 3 angeordnet, wobei diese bei der dort dargestellten Ausführungsform eine Steigung von etwa 20° auf­ weisen.

Die in der Figur dargestellte Ausführungsform funktioniert in folgender Weise:

Durch das Gebläse 4 wird über das Rohrsystem 15, die Lufteintrittsöffnung 5 und die zylindrische Erweiterung 13 dem Rekuperator ständig Luft zugeführt, die den durch die Luftleiteinrichtungen 18 spiralförmig ausgebildeten Hohlraum zwischen dem Rauchgasrohr 2 und dem Luftströmungsrohr 3 durchströmt und danach über die zylindrische Erweiterung 14, die Luftaus­ trittsöffnung 6 und den Stutzen 16 in Pfeilrichtung 8 ausgeblasen wird. Hierbei findet der Wärmeaustausch zwischen den in Pfeilrichtung 9 von einem nicht ge­ zeigten Ofen, Herd oder offenen Kamin aufsteigenden heißen Rauchgasen und der in Pfeilrichtung 7 ein­ tretenden kalten Luft statt. Zur Verbesserung des Wirkungsgrades des Rekuperators werden in einem oberen Abschnitt des Rauchgasrohres die bereits durch diesen Wärmeaustausch abgekühlten Rauchgase durch den Einsatz 10 in Richtung eines Abschnitts 20 des Rauchgasrohres 2 abgelenkt, wie dies durch die Pfeile 19 in der Figur zu entnehmen ist. Durch Be­ tätigung des Schiebers 11 im Boden des Einsatzes 10 kann die Menge des abgelenkten Rauchgases variiert werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform eines Rekuperators ist dieser mit einer Steuereinrichtung versehen, die das Gebläse abhängig von der Rauchgastemperatur ein- und abschaltet. Vorzugsweise ist stromauf des Reku­ perators ein Sensor angeordnet, der ein Signal zum Abschalten des Gebläses erzeugt, wenn die Rauchgastemperatur eine vorgegebene Temperatur, die beispielsweise etwa 160-180°C beträgt, unterschreitet. Mit Hilfe einer derartigen Steuer­ ung ist es möglich, ein Versotten des Kamines zu verhindern.

Darüber hinaus kann der Rekuperator auch eine die Drehzahl des Gebläses regu­ lierende Steuerung aufweisen. Hierbei ist ebenfalls stromauf des Rekuperators ein Sensor angeordnet, der abhängig von der jeweiligen Temperatur des Rauchgases Signale zur Regulierung der Drehzahl des Gebläsemotors erzeugt.

Um eine unnötige Geräuschbelästigung bei dem Rekuperator durch das Gebläse zu vermeiden, empfiehlt es sich, hierfür geräuscharme Axial- bzw. Radialgebläse einzusetzen.

Was die in den Rekuperator einströmende Luft anbetrifft, so ist anzumerken, daß diese sowohl im Gegen- als auch im Gleichstrom zum Rauch­ gas geführt werden kann, wobei die Luftleiteinrichtungen mit abnehmender Steigung zunehmend eine Kreuzgegen- bzw. Kreuzgleichströmung bewirken. Ferner verursachen die Luftleiteinrichtungen noch eine Erhöhung der Luft­ strömungsgeschwindigkeit sowie eine gleichmäßige Ver­ teilung der in das Luftströmungsrohr eintretenden kalten Luft über die gesamte Außenfläche des Rauch­ gasrohres, so daß hierdurch der Wärmeaustausch zwischen den heißen Rauchgasen und der kalten Luft weiter verbessert wird.

Claims (9)

1. Rekuperator zur Ausnutzung der Rauchgaswärme von Herden, Öfen und/ oder offenen Kaminen, die ein Rauchgasrohr zum Abführen der Rauchgase aufweisen, mit einem das Rauchgasrohr mit Abstand umgebenden und sich wenigstens teilweise über dessen Länge erstreckenden Luftströmungsrohr zum Führen von zu erwärmender Luft entlang der Außenfläche des Rauchgas­ rohres, wobei das Luftströmungsrohr eine Lufteintrittsöffnung und eine Luftaustrittsöffnung aufweist, und einem Gebläse zur Zwangsumwälzung der Luft durch das Luftströmungsrohr, dadurch gekennzeichnet, daß im Rauch­ gasrohr (2) im Bereich des Luftströmungsrohres (3) ein in bezug auf die Rauchgasrohrlängsachse (17) symmetrisch angeordneter, eine Querschnitts­ verengung des Rauchgasrohres (2) bewirkender Einsatz (10) vorgesehen ist, der als zylindrischer, oben geschlossener und unten offener Körper ausgebildet ist.

2. Rekuperator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (10) im oberen Abschnitt (20) des Rauchgasrohres (2) angeordnet ist.

3. Rekuperator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (10) einen konisch geformten Bodenabschnitt besitzt.

4. Rekuperator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß in der Bodenfläche des Einsatzes (10) ein Schieber (11) zur Rauchgasregulierung angeordnet ist.

5. Rekuperator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß er im Luftströmungsrohr (3) angeordnete Luftleiteinrichtungen (18) aufweist.

6. Rekuperator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft­ leiteinrichtungen (18) schraubenförmig ausgebildet sind.

7. Rekuperator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der schraubenförmigen Luftleiteinrichtungen (18) 15°-70° beträgt.

8. Rekuperator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der Abstand zwischen dem Luftströmungsrohr (3) und dem Rauch­ gasrohr (2) 10 mm-80 mm beträgt.

9. Rekuperator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, daß das Luftströmungsrohr (3) in einem oberen und einem unteren Abschnitt je eine zylindrische Erweiterung (13, 14) aufweist, wobei die Lufteintrittsöffnung (5) und die Luftaustrittsöffnung (6) in dieser Erweiterung angeordnet sind.