EP0060338A2

EP0060338A2 - Fuel fired heater

Info

Publication number: EP0060338A2
Application number: EP81109344A
Authority: EP
Inventors: Robert Kremer
Original assignee: Froling & Co Kessel-Apparatebau GmbH
Current assignee: Froling & Co Kessel-Apparatebau GmbH
Priority date: 1981-03-14
Filing date: 1981-10-30
Publication date: 1982-09-22
Also published as: DE8107430U1; NO814473L; EP0060338A3; DK560781A

Abstract

A fuel-fired heater, in particular a gas heating boiler, is provided with an integrated service water heater employing the storage principle for heating up heating water. In order to achieve the result that an optimum heat utilisation takes place in the heating boiler and, at the same time, the hot flue gases of the heating boiler can be utilised with very low expenditure on equipment for heating the service water, the service water heater (6) is surrounded at a distance by an external jacket, the free space (28) between the wall of the service water heater (6) and the outer jacket has hot flue gases emerging from the heating boiler flowing through it. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen brennstoffbefeuerten Heizkessel, insbesondere Gasheizkessel, zur Erwärmung von Heizungswasser mit einem integrierten, nach dem Speicherprinzip arbeitenden Brauchwassererwärmer. Bei bekannten Gasheizkesseln der genannten Art wird das Brauchwasser durch Wärmeaustausch mit dem Heizungswasser erwärmt. In den Aufheizphasen des Brauchwassers wird dabei in der Regel der Heizwasserkreislauf so lange unterbrochen, um sämtliche Wärme des Heizkessels dem Brauchwasser zuführen zu können.The invention relates to a fuel-fired boiler, in particular a gas boiler, for heating heating water with an integrated hot water heater operating on the storage principle. In known gas boilers of the type mentioned, the process water is heated by heat exchange with the heating water. In the heating phases of the domestic water, the heating water cycle is usually interrupted so long that all the heat from the boiler can be supplied to the domestic water.

Ferner ist es bereits bekannt, die heißen Rauchgase in einem Wärmeaustauscher hinter dem Heizkessel zur Vorwärmung eines Mediums, beispielsweise Brauchwasser, auszunutzen.Furthermore, it is already known to use the hot flue gases in a heat exchanger behind the boiler to preheat a medium, for example process water.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Heizkessel zu schaffen, in dem eine optimale Wärmeausnutzung erfolgt und gleichzeitig die heißen Abgase des Heizkessels mit geringstem vorrichtungstechnischem Aufwand zur Vorwärmung des Brauchwassers ausgenutzt werden können.The invention has for its object to provide a boiler in which an optimal heat utilization takes place and at the same time the hot exhaust gases of the boiler can be used with the least device technology for preheating the domestic water.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Brauchwassererwärmer mit Abstand von einem Außenmantel umgeben ist und daß der freie Raum zwischen der Wandung des Brauchwassererwärmers und dem Außenmantel von den aus dem Heizkessel austretenden heißen Abgasen durchströmt ist.According to the invention, this object is achieved in that the hot water heater is surrounded at a distance by an outer jacket and in that the free space between the wall of the hot water heater and the outer jacket is flowed through by the hot exhaust gases emerging from the boiler.

Vorzugsweise ist der Brauchwassererwärmer unter dem Heizkessel angeordnet, wobei der Außenmantel auch den Heizkessel mit Abstand umgibt und der Abgasweg zunächst durch den freien Raum zwischen Heizkessel und Außenmantel und anschließend durch den freien Raum zwischen der Wandung des Brauchwassererwärmers und dem Außenmantel führt. Auf diese Weise geben die heißen Abgase ihre Wärme nicht nur an das Brauchwasser ab, sondern wärmen auch das in den Heizkessel eintretende Heizwasser vor.The hot water heater is preferably arranged under the boiler, the outer jacket also surrounding the boiler at a distance and the exhaust gas path first through the free space between the boiler and outer jacket and then through the free space between the wall of the hot water heater and the outside coat leads. In this way, the hot exhaust gases not only give off their heat to the domestic water, but also preheat the heating water entering the boiler.

Der Heizkessel und der Brauchwassererwärmer sind zweckmäßig als Zylinder mit etwa gleichen Durchmessern ausgebildet, wobei die beiden Zylinder mit fluchtenden Achsen übereinander angeordnet sind, wodurch ein von oben nach unten durchgehender ringförmiger Abgaskanal entsteht.The boiler and the domestic hot water heater are expediently designed as cylinders with approximately the same diameters, the two cylinders being arranged one above the other with aligned axes, as a result of which an annular flue gas duct is formed which runs from top to bottom.

Um einen zuverlässigen Abzug der Abgase zu garantieren, kann im Ausgangsbereich des Abgaskanals ein Ventilator angeordnet sein.In order to guarantee a reliable extraction of the exhaust gases, a fan can be arranged in the outlet area of the exhaust gas duct.

Zusätzlich kann noch in Strömungsrichtung unmittelbar hinter dem Heizraum ein wahlweise verschließbarer Abgasabzug vorgesehen sein.In addition, an optionally lockable exhaust vent can be provided in the flow direction directly behind the boiler room.

Der Wärmeaustauscherteil des Heizkessels ist vorzugsweise als Ringraum ausgebildet, der den Heizraum umgibt, wobei die äußere Wandung des Ringraums unmittelbar an den von oben nach unten verlaufenden ringförmigen Abgaskanal angrenzt. Durch diese konstruktive Maßnahme wird erreicht,-daß ein sehr intensiver Wärmeübergang der heißen Abgase auf das Heizwasser erfolgen kann. Dabei kann in den unteren Bereich des Heiz-Ringraums einerseits der Heizungsrücklauf und andererseits der Rücklauf des Brauchwasser-Wärmetauschers münden, während die Vorläufe vom oberen Bereich des Heiz-Ringraums ausgehen. Durch diese konstruktive Maßnahme wird ein Wärmeaustausch im Gegenstrom-Verfahren bewirkt.The heat exchanger part of the boiler is preferably designed as an annular space which surrounds the heating space, the outer wall of the annular space directly adjoining the annular exhaust duct running from top to bottom. This constructive measure ensures that a very intensive heat transfer from the hot exhaust gases to the heating water can take place. The heating return and on the other hand the return of the process water heat exchanger can open into the lower area of the heating annulus, while the flow starts from the upper area of the heating annulus. This constructive measure causes a heat exchange in the countercurrent process.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist im unteren Teil des Heiz-Ringraums ein Ringmantel angeordnet, der den unteren Bereich des Heiz-Ringraums in zwei konzentrische Teilringräume unterteilt, wobei die Anschlüsse des Heizungsrücklaufs und des Rücklaufs des Brauchwasser-Wärmetauschers in den äußeren Teilringraum münden. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß den Abgasen im Bereich des Heizkessels eine weitestgehend kalte Wärmeaustauscherfläche angeboten wird, wodurch der Wärmeaustausch intensiviert wird.In a preferred embodiment of the invention, an annular jacket is arranged in the lower part of the heating annulus, which is the lower region of the heating annulus divided into two concentric partial annular spaces, the connections of the heating return and the return of the domestic water heat exchanger opening into the outer partial annular space. This measure ensures that the exhaust gases in the area of the boiler are offered a largely cold heat exchanger surface, as a result of which the heat exchange is intensified.

Ferner kann im oberen Bereich des Brauchwassererwärmers ein Temperaturfühler zur Auslösung des Nachheizvorgangs mit Hilfe des Brauchwasser-Wärmetauschers angeordnet sein. Dadurch wird erreicht, daß in dem Brauchwassererwärmer nur der oberste Teil auf Gebrauchstemperatur nachgeheizt wird, während der untere Teil relativ kaltes Frischwasser enthält, das mit den heißen Abgasen vorgewärmt werden kann. Durch diese Konstruktion wird also eine größtmögliche Niedertemperatur-Heizfläche erzeugt.Furthermore, a temperature sensor can be arranged in the upper area of the hot water heater to trigger the reheating process with the help of the hot water heat exchanger. This ensures that only the uppermost part is reheated to service temperature in the hot water heater, while the lower part contains relatively cold fresh water that can be preheated with the hot exhaust gases. This construction creates the largest possible low-temperature heating surface.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben.The invention is illustrated in the drawing, for example, and described in detail below with reference to the drawing.

Die Zeichnung zeigt einen vertikalen Schnitt durch einen Gasheizkessel 1, der in seinem oberen Teil 2 einen mit einem Gasbrenner 3 beheizten Heizraum 4 und in seinem unteren Teil 5 einen nach dem Speicherprinzip arbeitenden Brauchwassererwärmer 6 aufweist. Der gesamte Kessel 1 ist außen herum mit einer Wärmeisolierung 7 versehen.The drawing shows a vertical section through a gas boiler 1, which has in its upper part 2 a heating chamber 4 heated with a gas burner 3 and in its lower part 5 a domestic hot water heater 6 operating according to the storage principle. The entire boiler 1 is provided on the outside with thermal insulation 7.

Der Heizraum 4 ist nach unten hin gegen den Brauchwassererwärmer 6 durch eine feuerfeste Isolierschicht 8 getrennt. Der Umfangsbereich des Heizraums 4 ist durch einen Doppelmantel 9 gebildet, dessen innerer Ringraum 10 von dem Heizwasser durchströmbar ist. Nach oben hin ist der Heizraum 4 durch eine Platte 11 begrenzt, deren Außendurchmesser etwas kleiner ist als der innere Mantel 12 des Doppelmantels 9, so daß um die Platte 11 herum ein Ringspalt 13 entsteht, durch den die Abgase aus dem Heizraum 4 nach oben entweichen können und mit dem Innenmantel 12 zwecks Wärmeaustausch mit dem Heizwasser in Berührung gebracht werden. Damit die Abgase über einen möglichst langen Weg dicht an der Mantelfläche 12 verbleiben, ist der Durchtrittsspalt 13 nach oben hin durch ein zylindrisches Blech 14 verlängert.The boiler room 4 is separated from the domestic water heater 6 by a fire-resistant insulating layer 8. The peripheral region of the heating chamber 4 is formed by a double jacket 9, the inner annular space 10 of which the heating water can flow through. At the top, the heating chamber 4 is delimited by a plate 11, the outer diameter of which is somewhat smaller than the inner jacket 12 of the double jacket 9, so that around the plate 11 an annular gap 13 is created, through which the exhaust gases can escape from the heating chamber 4 upwards and are brought into contact with the inner jacket 12 for the purpose of heat exchange with the heating water. So that the exhaust gases remain close to the lateral surface 12 over the longest possible path, the passage gap 13 is extended upwards by a cylindrical plate 14.

Über der Platte 11 befindet sich ein Abgassammelraum 15, von dem aus ein senkrecht nach oben gerichteter Abgasabzug 16 ausgeht. Der Querschnitt des Abgasabzugs 16 ist mit Hilfe einer Abgasklappe 17 wahlweise verschließbar.Above the plate 11 there is an exhaust gas plenum 15, from which a flue gas extractor 16 directed vertically upwards emerges. The cross section of the exhaust vent 16 can be optionally closed with the aid of an exhaust flap 17.

In den unteren Bereich des den Heizraum 4 umgebenden Doppelmantels 9 mündet einerseits der Heizungsrücklauf 18 und andererseits der Rücklauf 19 eines Brauchwasser-Wärmeaustauschers 20, der als Rohrspirale ausgebildet ist und sich im mittleren Bereich des Brauchwassererwärmers 6 befindet. Der Rücklauf 19 geht dabei von dem unteren Anschlußende des Wärmeaustauschers 20 aus. Das obere Eintrittsende 22 des Wärmeaustauschers 20 ist mit einem aus dem oberen Bereich des Doppelmantels 9 herausgeführten Stutzen 23 verbunden. Ferner führt aus dem oberen Bereich des Doppelmantels 9 der Heizungsvorlauf 24 heraus.In the lower area of the double jacket 9 surrounding the heating chamber 4, on the one hand the heating return 18 and on the other hand the return 19 of a hot water heat exchanger 20, which is designed as a spiral pipe and is located in the central area of the hot water heater 6. The return 19 starts from the lower connection end of the heat exchanger 20. The upper inlet end 22 of the heat exchanger 20 is connected to a nozzle 23 which is led out of the upper region of the double jacket 9. Furthermore, the heating flow 24 leads out of the upper region of the double jacket 9.

Im unteren Teil des Heiz-Ringraums 10.ist ein Ringmantel 25 angeordnet, der den Heiz-Ringraum 10 in zwei konzentrische Teilringräume 26 und 27 unterteilt. Die Anschlüsse des Heizungsrücklaufs 18 sowie des Rücklaufs 19 des Brauchwasser-Wärmeaustauschers münden dabei in den äußeren Teilringraum 27.In the lower part of the heating annulus 10, an annular jacket 25 is arranged, which divides the heating annulus 10 into two concentric partial annuli 26 and 27. The connections of the heating return 18 and the return 19 of the process water heat exchanger open into the outer partial annular space 27.

Rund um den Doppelmantel 9 sowie den Brauchwassererwärmer 6 verläuft ein vertikaler ringförmiger Abgaskanal 28, dessen oberer Eintrittsquerschnitt mit dem Abgassammelraum 15 in Verbindung steht und dessen unterer Ausgangsquerschnitt in einen ringförmigen Sammelraum 29 mündet, aus dem eine Abzugsleitung 30 herausführt. In der Abzugsleitung 30 befindet sich ein Ventilator 31, der die Abgase durch den vertikalen ringförmigen Abgaskanal 28 ansaugt.Around the double jacket 9 and the domestic hot water heater 6 there is a vertical annular exhaust gas duct 28, the upper inlet cross section of which is connected to the exhaust gas collecting space 15 and the lower one Output cross section opens into an annular collecting space 29 from which a discharge line 30 leads out. In the exhaust line 30 there is a fan 31 which draws in the exhaust gases through the vertical annular exhaust duct 28.

Mit diesem Heizkessel in Kombination mit dem Brauchwassererwärmer ist die Wärmeübertragung der Abgase an kältestmögliche Wandungen nach dem Gegenstromprinzip möglich. Das aus dem Abgassammelraum 15 in den Abgaskanal 28 gesaugte Abgas kommt dabei zunächst mit der Außenwand des Doppelmantels 9 in Berührung und gibt zunächst einen Teil seiner Wärme an das Rücklaufwasser des Heizkreises ab. Während der Aufheizphase des Brauchwassererwärmers 6, in der der Heizkreislauf zweckmäßig unterbrochen wird, gibt das Abgas seine Wärme entsprechend an den durch den Wärmeaustauscher 20 führenden Kreislauf, bis das Wasser. in dem Brauchwassererwärmer 6 seine vorbestimmte Temperatur erreicht hat und der durch den Wärmetauscher 20 führende Kreislauf wieder abgeschaltet wird.With this boiler in combination with the domestic hot water heater, the heat transfer of the exhaust gases to the coldest possible walls is possible according to the counterflow principle. The exhaust gas sucked from the exhaust gas collection chamber 15 into the exhaust duct 28 first comes into contact with the outer wall of the double jacket 9 and initially releases part of its heat to the return water of the heating circuit. During the heating phase of the domestic water heater 6, in which the heating circuit is expediently interrupted, the exhaust gas gives its heat accordingly to the circuit leading through the heat exchanger 20 until the water. has reached its predetermined temperature in the domestic water heater 6 and the circuit leading through the heat exchanger 20 is switched off again.

In dem Brauchwassererwärmer wird der Temperaturverlauf so gesteuert, daß nur der obere Bereich auf die Gebrauchstemperatur aufgeheizt wird, aus dem das Brauchwasser über eine Auslaßleitung 32 entnommen werden kann. Dieser Temperaturverlauf wird mit Hilfe eines Temperaturfühlers 33 erzielt, der im oberen Bereich des Brauchwassererwärmers 6 angeordnet ist. Im unteren Bereich des Brauchwassererwärmers 6 befindet sich das über eine Einlaßleitung 34 eingeleitete relativ kalte Leitungswasser, das normalerweise nicht wärmer als 10 °C ist.In the hot water heater, the temperature profile is controlled so that only the upper area is heated to the service temperature, from which the hot water can be removed via an outlet line 32. This temperature profile is achieved with the aid of a temperature sensor 33, which is arranged in the upper region of the domestic water heater 6. In the lower area of the domestic water heater 6 is the relatively cold tap water introduced via an inlet pipe 34, which is normally not warmer than 10 ° C.

Wenn also das Abgas durch den Abgaskanal 28 weiter nach unten strömt, so gibt es seine Wärme an das in dem Brauchwassererwärmer 6 enthaltene Wasser ab. Durch den oben beschriebenen Temperaturverlauf in dem Brauchwassererwärmer wird eine größtmögliche Niedertemperatur-Wärmeübertragungsfläche im unteren Bereich des Brauchwassererwärmers 6 geschaffen, wodurch eine intensive Wärmeausnutzung der Abgase möglich ist.Thus, when the exhaust gas flows further down through the exhaust gas duct 28, it gives off its heat to the water contained in the domestic water heater 6. The above-described temperature profile in the hot water heater results in the largest possible low-temperature heat transfer area in the lower area of the hot water sererwärmers 6 created, whereby an intensive heat utilization of the exhaust gases is possible.

In dem in der Zeichnung dargestellten Heizkessel wird also das auf seinem Strömungsweg abkühlende Abgas mit einem stets wärmer werdenden Aufheizmedium in Berührung gebracht. Dabei ist stets für ein ausreichend großes Temperaturgefälle zwischen Abgas und dem aufzuheizenden Medium gesorgt, da in allen Bereichen des Kessels große Wärmeübertragungsflächen mit relativ zu dem Abgas niederen Temperaturen geschaffen werden.In the boiler shown in the drawing, the exhaust gas cooling on its flow path is brought into contact with a heating medium that is getting warmer and warmer. A sufficiently large temperature gradient between the exhaust gas and the medium to be heated is always ensured, since large heat transfer surfaces with low temperatures relative to the exhaust gas are created in all areas of the boiler.

Claims

1. Brennstoffbefeuerter Heizkessel, insbesondere Gasheizkessel, zur Erwärmung von Heizungswasser mit einem integrierten, nach dem Speicherprinzip arbeitenden Brauchwassererwärmer, dadurch gekennzeichnet, daß der Brauchwassererwärmer (6) mit Abstand von einem Außenmantel umgeben ist und daß der freie Raum (28) zwischen der Wandung des Brauchwassererwärmers (6) und dem Außenmantel von den aus dem Heizkessel austretenden heißen Abgasen durchströmt ist.1. Fuel-fired boiler, especially gas boiler, for heating heating water with an integrated, working on the storage principle hot water heater, characterized in that the hot water heater (6) is surrounded at a distance by an outer jacket and that the free space (28) between the wall of the Hot water heater (6) and the outer jacket is flowed through by the hot exhaust gases emerging from the boiler.

2. Brennstoffbefeuerter Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brauchwassererwärmer (6) unter dem Heizkessel angeordnet ist, daß der Außenmantel auch den Heizkessel mit Abstand umgibt und daß der Abgasweg zunächst durch den freien Raum zwischen Heizkessel und Außenmantel und anschließend durch den freien Raum zwischen der Wandung des Brauchwassererwärmers (6) und dem Außenmantel führt.2. Fuel-fired boiler according to claim 1, characterized in that the hot water heater (6) is arranged under the boiler, that the outer jacket also surrounds the boiler at a distance and that the exhaust gas path first through the free space between the boiler and outer jacket and then through the free Space between the wall of the domestic water heater (6) and the outer jacket leads.

3. Brennstoffbefeuerter Heizkessel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Heizkessel und der Brauchwassererwärmer (6) als Zylinder mit etwa gleichem Durchmesser ausgebildet sind und daß die beiden Zylinder mit fluchtenden Achsen übereinander angeordnet sind, wodurch ein von oben nach unten durchgehender ringförmiger Abgaskanal (28) entsteht.3. A fuel-fired boiler according to claim 2, characterized in that the boiler and the domestic hot water heater (6) are designed as cylinders of approximately the same diameter and that the two cylinders are arranged one above the other with aligned axes, so that a continuous exhaust gas channel from top to bottom ( 28) arises.

4. Brennstoffbefeuerter Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Ausgangsbereich des des Abgaskanals (28) ein Ventilator (31) angeordnet ist.4. Fuel-fired boiler according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the output region of the of the exhaust duct (28) a fan (31) is arranged.

5. Brennstoffbefeuerter Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung unmittelbar hinter dem Heizraum (4) ein wahlweise verschließbarer Abgasabzug (16) vorgesehen ist.5. Fuel-fired boiler according to one of claims 1 to 4, characterized in that an optionally lockable flue gas extractor (16) is provided in the flow direction immediately behind the boiler room (4).

6. Brennstoffbefeuerter Heizkessel nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscherteil des Heizkessels als ein Ringraum (10) bildender Doppelmantel (9) ausgebildet ist, der den Heizraum (4) umgibt, und daß die äußere Wandung des Doppelmantels (9) unmittelbar an den von oben nach unten verlaufenden ringförmigen Abgaskanal (28) angrenzt.6. Fuel-fired boiler according to one of claims 3 to 5, characterized in that the heat exchanger part of the boiler is designed as an annular space (10) forming a double jacket (9) which surrounds the heating chamber (4), and that the outer wall of the double jacket ( 9) directly adjoins the annular exhaust duct (28) running from top to bottom.

7. Brennstoffbefeuerter Heizkessel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in den unteren Bereich des Heiz-Ringraums (10) einerseits der Heizungsrücklauf (18) und andererseits der Rücklauf (19) des Brauchwasser-Wärmetauschers (20) münden, während die Vorläufe (23 und 24) vom oberen Bereich des Heizringraums (10) ausgehen.7. A fuel-fired boiler according to claim 6, characterized in that in the lower region of the heating annulus (10) on the one hand the heating return (18) and on the other hand the return (19) of the hot water heat exchanger (20) open out while the preliminary runs (23 and 24) start from the upper area of the heating annulus (10).

8. Brennstoffbefeuerter Heizkessel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Teil des Heiz-Ringraums (10) ein Ringmantel (25) angeordnet ist, der den unteren Bereich des Heiz-Ringraums (10) in zwei konzentrische Teilringräume (26, 27) unterteilt, wobei die Anschlüsse des Heizungsrücklaufs (18) und des Rücklaufs (19) des Brauchwasser-Wärmetauschers (20) in den äußeren Teilringraum (27) münden.8. A fuel-fired boiler according to claim 7, characterized in that in the lower part of the heating annulus (10) an annular jacket (25) is arranged which the lower region of the heating annulus (10) in two concentric partial annular spaces (26, 27) divided, the connections of the heating return (18) and the return (19) of the domestic water heat exchanger (20) open into the outer partial annular space (27).

9. Brennstoffbefeuerter Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Bereich des Brauchwassererwärmers (6) ein Temperaturfühler (33) zur Auslösung des Nachheizvorgangs mit Hilfe des Brauchwasser-Wärmetauschers (20) angeordnet ist.9. Fuel-fired boiler according to one of claims 1 to 8, characterized in that in the upper region of the domestic hot water heater (6) a temperature sensor (33) for triggering the reheating process with the help of the domestic hot water heat exchanger (20) is arranged.