DE19608681C1 - Heizkessel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Heizkessel, bestehend aus einem das Wärmeträgermedium führenden Gehäuse mit darin angeordneter Brennkammer mit Brenner und Nachschaltheizflächen.

Heizkessel der genannten Art sind mit den unterschiedlichsten Konstruktionen bekannt und in Benutzung. Letztlich handelt es sich dabei im Prinzip immer um mehr oder weniger große Wärmetauscher, in denen die durch Verbrennung zugeführter Brennstoffe erzeugte Wärme von der Gasseite auf die Was­ serseite, d. h., auf das Wärmeträgermedium übertragen wird, das dann die aufgenommene Wärme an der Verbrauchsstelle (Hei­ zung/Brauchwasserbereitung) wieder abgibt und in den Heizkessel zurückfließt, sofern es sich nicht um Geräte zur Warmluftheizung handelt, die reine Gas/Gas-Wärmetauscher sind.

Aus der DE 40 06 742 C2 ist ein Heizkessel bekannt, der einen Freikolben-Stirlingmotor umfaßt. Dieser vom Brenner beheizte Freikolben-Stirlingmotor erfüllt dabei wahlweise drei Aufgaben: Erstens dient der Kühler des Stirlingmotors als zusätzliche Wärmequelle zur Erwärmung des Brauchwassers, zweitens wird mit Hilfe der Abwärme des Kühlers ein Luftstrom vorgeheizt, der entweder zur Vorwärmung der Brenneransaugluft oder zu Heiz­ zwecken verwendet wird, und drittens gibt der Stirlingmotor seine mechanische Leistung an einen Lineargenerator ab, der wiederum Wechselstrom erzeugt.

Nachteilig an der beschriebenen Heizungsanlage ist insbesondere der hohe Aufwand in Form von diversen Rohrleitungen zur Umwandlung der aus dem Kessel abgezogenen Wärme in elektrische Energie bzw. der hohe Aufwand zur Übertragung der aus dem Kessel abgezogenen Wärme an ein anderes Wärmeträgermedium. Hinzukommt, daß durch die zusätzlich erforderlichen Rohrlei­ tungen Wärmeverluste entstehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Heizkessel einer mit vergleichsweise geringem Aufwand verbundenen Stromerzeugung zu­ gänglich zu machen.

Gelöst ist diese Aufgabe nach der Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff dadurch, daß mindestens ein Teil der Brennkammerwände mit Photovol­ taik-Zellen belegt ist, die gemeinsam auf einen Stromab­ nehmer am Heizkessel geschaltet sind und daß das Volumen der Brennkammer größer bemessen ist, als das vom Brenner erzeugte Flammvolumen.

Da eine Verbrennung von Brennstoffen in Heizkesseln immer unter Flammbildung erfolgt und damit Lichterzeugung ver­ bunden ist, ist dieser Effekt hier ausgenutzt, um paral­ lel zur Wärmeerzeugung gleichzeitig Strom zu erzeugen. Im Gegensatz zur bisher üblichen Konstruktionspraxis für Heizkessel, nämlich die Brennkammer so zu dimensionieren und zu gestalten, und zwar insbesondere mit Rücksicht auf eine möglichst kompakte Bauweise des Kessels, daß das Brennkammervolumen im wesentlichen dem Ausbrandvolumen der Brennerflamme entspricht, ist es für den vorliegenden Fall wesentlich, daß zumindest für den Anordnungsbereich der Photovoltaik-Zellen mindestens Distanzen zur Flamme eingehalten werden, wie sie sonst für eine Strahlungs­ übertragung vorzusehen und insoweit auch bekannt sind. Um, wie erfindungsgemäß vorgesehen, den Heizkessel diese Doppelfunktion der Wärmeerzeugung einerseits und der Stromerzeugung andererseits zu vermitteln, ist es außer­ dem notwendig, heizgasseitig eine Fläche für die Wärme­ übertragung von den Photovoltaik-Zellen freizuhalten, die bspw. ausschließlich aus den Nachschaltheizflächen beste­ hen kann.

Abgesehen davon, daß der auf diese Weise gewonnene bzw. erzeugte Strom für alle üblichen Zwecke verwendet werden kann, ist insbesondere vorgesehen, diesen oder einen Teil davon für den Strombedarf der Kesselregelung-Steuerung auszunutzen, d. h., ein solcher Heizkessel stellt dann ein netzunabhängiges System dar, das insbesondere auch dort zum Einsatz kommen kann, wo kein Netzanschluß zur Verfü­ gung steht. Außerdem hat das Ganze den Vorteil der Stromersparnis, der grundsätzlichen Unabhängigkeit von einem vorhandenen Stromnetz, d. h., bei Stromausfällen bleibt der Kessel in Betrieb, und letztlich stellt der erfindungsgemäße Heizkessel gewissermaßen ein Notstromag­ gregat dar, wenn im Stromkreis der Photovoltaik-Zellen eine Batterie ggf. mit Trafo enthalten ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich nach den Un­ teransprüchen 3 bis 6, deren Merkmale an sich zwar grund­ sätzlich im Heizkesselbau bekannt sind, die aber im vor­ liegenden Fall mit Rücksicht auf die Anordnung der Photo­ voltaik-Zellen besondere Bedeutung haben.

Der erfindungsgemäße Heizkessel wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispie­ les näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Gasheizkessel be­ vorzugter Ausführungsform und

Fig. 2 schematisch das Schaltschema des Heizkessels.

Der Heizkessel besteht, wie üblich, aus einem das Wärme­ trägermedium führenden Gehäuse 1 mit darin angeordneter Brennkammer 2 mit Brenner 3 und Nachschaltheizflächen 4.

Für einen solchen Heizkessel ist nun wesentlich, daß min­ destens ein Teil der Brennkammerwände 2′ mit Photovol­ taik-Zellen 5 belegt ist, die gemeinsam auf einen Strom­ abnehmer 6 am Heizkessel geschaltet sind und daß das Vo­ lumen V der Brennkammer 2 größer bemessen ist, als das vom Brenner 3 erzeugte Flammvolumen. Unter Verweis auf Fig. 2 sind die Photovoltaik-Zellen 5 Teil eines am Kes­ sel angeordneten Stromkreises S, der Batterien B, Trafo T und die Kesselregelung R umfaßt.

Um ferner die Photovoltaik-Zellen 5 möglichst wenig einer konvektiven Wärmeübertragung auszusetzen, ist der Heiz­ kessel in bevorzugter Ausführungsform gemäß Fig. 1 als Vertikalkessel mit unten angeordneter Brennkammer aus ge­ bildet, in der der Brenner 3 ebenfalls im unteren Bereich angeordnet ist, wobei sich die Nachschaltheizflächen 4 nach oben an die Brennkammer 2 anschließen. Die Brennkam­ mer 2 ist dabei im Querschnitt zylindrisch oder angenä­ hert zylindrisch ausgebildet, d. h., der Querschnitt der Brennkammer kann auch als Mehreck ausgebildet sein, um die in der Regel ebenflächigen Photovoltaik-Zellen 5 bes­ ser anbringen zu können. Wie dabei die Photovoltaik-Zel­ len 5 an den Brennkammerwänden 2′ gehalten sind, ist nicht besonders dargestellt und erläutert, da dies von der Gestaltung der Brennkammerwände und deren Formgebung abhängt. Bspw. ist es möglich, die Photovoltaik-Zellen 5 in einen korbähnlichen Halter einzubinden, der möglichst dicht passend in die Brennkammer einsetzbar ist. Wesent­ lich ist dabei, daß ein möglichst inniger Wandkontakt zu den gekühlten Brennkammerwänden 2′ besteht, um die Photo­ voltaik-Zellen 5 von der Wasserseite her kühlen zu kön­ nen. Aus diesem Grunde ist in diesem Falle auch der Rück­ lauf 7 des Heizkessels im untersten Bereich des Gehäuses 1 angeordnet, um sicherzustellen, daß der mit den Photovol­ taik-Zellen 5 belegte Bereich der Brennkammerwände 2′ möglichst intensiv gekühlt wird. Sollte es sich beim Heizkessel um einen Horizontal-Kessel handeln, in dem also auch die Brennkammer horizontal angeordnet ist, wel­ che Heizkessel selbstverständlich auch in Betracht gezo­ gen werden können, so würden in diesem Fall die Photovol­ taik-Zellen 5 maximal bis zur halben Höhe der Brennkammer angeordnet werden, also in dem Bereich, der dem Rücklauf ausgesetzt ist. Nicht nur bei einer solchen Ausführungs­ form des Heizkessels sondern auch bei der bevorzugten Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist es außerdem in bekannter Weise möglich, durch wasserseitig eingebaute Leitelemente dafür zu sorgen, daß das in den Kessel rückgeführte Rück­ laufwasser möglichst gleichmäßig auf die mit Photovol­ taik-Zellen 5 belegten Brennkammerwände 2′ verteilt wird.

Ferner ist der Brenner 3 bevorzugt als atmosphärischer Gasflächenbrenner in Form einer Halbkugel oder eines Zy­ linders ausgebildet, wobei dieser mit seiner Achse 3′ zentrisch in der Brennkammer 2 angeordnet ist. Dies trägt, wie Versuche gezeigt haben, dazu bei, daß sich praktisch kein Feststoffpartikelniederschlag auf den Pho­ tovoltaik-Zellen ergibt.

Claims (6)

1. Heizkessel, bestehend aus einem das Wärmeträgerme­ dium führenden Gehäuse (1) mit darin angeordneter Brennkammer (2) mit Brenner (3) und Nachschaltheiz­ flächen (4), dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Brennkammerwände (2′) mit Photovoltaik-Zellen (5) belegt ist, die gemein­ sam auf einen Stromabnehmer (6) am Heizkessel ge­ schaltet sind, und daß das Volumen (V) der Brennkam­ mer (2) größer bemessen ist, als das vom Brenner er­ zeugte Flammvolumen.

2. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Photovoltaik-Zellen (5) Teil eines am Kessel angeordneten Stromkreises (S) sind, der Batterie (B), Trafo (T) und die Kesselregelung (R) umfaßt.

3. Heizkessel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizkessel ein Vertikalheizkessel mit unten angeordneter Brennkammer (2) ist, in der der Brenner (3) ebenfalls unten angeordnet ist, und daß sich die Nachschaltheizflächen (4) nach oben an die Brennkam­ mer (2) anschließen.

4. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (2) im Querschnitt zylindrisch oder angenähert zylindrisch ausgebildet ist.

5. Heizkessel nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rücklauf (7) des Heizkessels im untersten Bereich des Gehäuses angeordnet ist.

6. Heizkessel nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (3) als atmosphärischer Gasflächen­ brenner in Form eine Halbkugel oder eines Zylinders ausgebildet und mit seiner Achse (3′) zentrisch in der Brennkammer (2) angeordnet ist.