DE19608681C1

DE19608681C1 - Water-heating stove with photovoltaic panel for stand-alone operation

Info

Publication number: DE19608681C1
Application number: DE19608681A
Authority: DE
Inventors: Robert Hofmann
Original assignee: Viessmann Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Viessmann Generations Group GmbH and Co KG
Priority date: 1996-03-06
Filing date: 1996-03-06
Publication date: 1997-09-04
Anticipated expiration: 2016-03-07

Abstract

The housing (1) of the stove encloses a cylindrical combustion chamber (2) with a burner (3) and heating surfaces (4). At least part of the wall (2') of the chamber is covered with photovoltaic cells (5) connected to a current sink (6). The volume (V) of the chamber exceeds that of the flame from the burner. The cells are part of an electrical circuit connected to the stove and containing a battery, transformer and regulator (R). The return inlet (7) for the water is at the lowest level of the housing so that the area of wall covered by the cells is cooled as intensively as possible.

Description

Die Erfindung betrifft einen Heizkessel, bestehend aus einem das Wärmeträgermedium führenden Gehäuse mit darin angeordneter Brennkammer mit Brenner und Nachschaltheizflächen.The invention relates to a boiler consisting of a the housing carrying the heat transfer medium with arranged therein Combustion chamber with burner and secondary heating surfaces.

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.Boilers of the type mentioned are of the most varied Constructions known and in use. Ultimately, it is about in principle always more or less large Heat exchangers in which the supplied by combustion Fuels generate heat from the gas side to the Was side, d. that is, transferred to the heat transfer medium then the heat absorbed at the point of consumption (Hei heating / domestic water preparation) and into the boiler flows back unless it is a device for Warm air heating deals that are pure gas / gas heat exchangers.

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.From DE 40 06 742 C2 a boiler is known, the one Free-piston Stirling engine included. This one heated by the burner Free piston Stirling engine can optionally perform three tasks: First, the radiator of the Stirling engine serves as an additional one Heat source for heating the domestic water, second is with With the help of the waste heat from the cooler, an air flow is preheated either for preheating the burner intake air or for heating is used for purposes, and thirdly, the Stirling engine its mechanical performance to a linear generator, which again generated alternating current.

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.A particular disadvantage of the heating system described is the high effort in the form of various pipes for Conversion of the heat extracted from the boiler into electrical Energy or the high effort to transfer the from the Boiler extracted heat to another heat transfer medium. Add to that the additional required Rohrlei heat losses occur.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Heizkessel einer mit vergleichsweise geringem Aufwand verbundenen Stromerzeugung zu gänglich zu machen.The invention has for its object to have a boiler comparatively little effort associated electricity generation to make it accessible.

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.This object is achieved according to the invention in connection with the preamble in that at least part of the combustion chamber walls with photovol taik cells is occupied, which together on a downstream are connected to the boiler and that the volume the combustion chamber is larger than that of the burner generated flame volume.

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.Because fuel always burns in boilers takes place under flame formation and thus ver light generation is bound, this effect is exploited here to be paral lel to generate electricity at the same time for heat generation. in the Contrary to the usual construction practice for Boiler, namely to dimension the combustion chamber so and to design, especially with regard to a compact design of the boiler that the Combustion chamber volume essentially the burnout volume corresponds to the burner flame, it is for the present Case essential that at least for the arrangement area the photovoltaic cells at least distances to the flame be adhered to as otherwise for radiation provide for transmission and are also known to the extent. To, as provided according to the invention, the boiler Double function of heat generation on the one hand and Conveying electricity generation on the other hand is beyond an area for the heat transmission from the photovoltaic cells to keep the For example, only the best from the secondary heating surfaces can hen.

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.Apart from the fact that the generated electricity can be used for all common purposes can, in particular, is provided, this or a part of which for the power requirement of the boiler control system to exploit, d. that is, such a boiler then stops network-independent system, especially there can be used where no mains connection is available is available. In addition, the whole thing has the advantage of Electricity savings, the fundamental independence from an existing power grid, d. i.e., in the event of a power failure the boiler remains in operation, and ultimately the Boiler according to the invention a kind of emergency electricity gregat if in the circuit of the photovoltaic cells a battery may be included with a transformer.

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.Advantageous further developments result from the Un claims 3 to 6, the characteristics of which are in principle are also known in boiler construction, but in the front lying case considering the arrangement of the photo voltaic cells have special meaning.

Der erfindungsgemäße Heizkessel wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispie les näher erläutert.The boiler according to the invention is described below the graphic representation of an exemplary embodiment les explained in more detail.

Es zeigtIt shows

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Gasheizkessel be vorzugter Ausführungsform und Fig. 1 shows a longitudinal section through the gas boiler preferred embodiment and

Fig. 2 schematisch das Schaltschema des Heizkessels. Fig. 2 shows schematically the circuit diagram of the boiler.

Der Heizkessel besteht, wie üblich, aus einem das Wärme trägermedium führenden Gehäuse 1 mit darin angeordneter Brennkammer 2 mit Brenner 3 und Nachschaltheizflächen 4.The boiler consists, as usual, of a housing 1 carrying the heat carrier medium with a combustion chamber 2 arranged therein with a burner 3 and secondary heating surfaces 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.For such a boiler it is now essential that at least a part of the combustion chamber walls 2 'is occupied with photovoltaic cells 5 , which are connected to a current collector 6 on the boiler and that the volume V of the combustion chamber 2 is larger, than the flame volume generated by the burner 3 . With reference to Fig. 2, the photovoltaic cells 5 are part of a circuit S arranged on the Kes sel, the batteries B, transformer T and the boiler control R includes.

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.In order to further expose the photovoltaic cells 5 as little as possible to convective heat transfer, the heating boiler in a preferred embodiment according to FIG. 1 forms a vertical boiler with a combustion chamber arranged below, in which the burner 3 is also arranged in the lower region, the Connect secondary heating surfaces 4 to the combustion chamber 2 . The Brennkam mer 2 is cylindrical or approximately cylindrical in cross-section, that is, the cross-section of the combustion chamber can also be designed as a polygon in order to be able to attach the generally flat photovoltaic cells 5 bes water. How the photovoltaic cell len 5 are held on the combustion chamber walls 2 'is not particularly shown and explained, since this depends on the design of the combustion chamber walls and their shape. E.g. it is possible to incorporate the photovoltaic cells 5 in a basket-like holder that can be inserted as closely as possible into the combustion chamber. It is essential that the wall contact to the cooled combustion chamber walls 2 is as intimate as possible in order to cool the photovoltaic cells 5 from the water side. For this reason, in this case the return 7 of the boiler is arranged in the lowest area of the housing 1 to ensure that the area occupied by the photovoltaic cells 5 of the combustion chamber walls 2 'is cooled as intensively as possible. If the boiler is a horizontal boiler, in which the combustion chamber is also arranged horizontally, which boiler can of course also be considered, then in this case the photovoltaic cells 5 would be up to half the height be arranged in the combustion chamber, that is to say in the region which is exposed to the return. Not only in such a form of execution of the boiler, but also in the preferred embodiment according to FIG. 1, it is also possible in a known manner to ensure by water-side guide elements that the return water returned to the boiler as evenly as possible on the with photovoltaic -Cells 5 occupied combustion chamber walls 2 'is distributed.

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.Furthermore, the burner 3 is preferably designed as an atmospheric gas surface burner in the form of a hemisphere or a cylinder, which is arranged with its axis 3 'centrally in the combustion chamber 2 . As experiments have shown, this contributes to the fact that there is practically no solid particle deposit on the photovoltaic cells.

Claims

1. Boiler, consisting of a medium leading the Wärmeträgerme medium housing ( 1 ) arranged therein combustion chamber ( 2 ) with burner ( 3 ) and Nachschaltheiz surfaces ( 4 ), characterized in that at least part of the combustion chamber walls ( 2 ') with photovoltaic Cells ( 5 ) is occupied, which are switched together to a pantograph ( 6 ) on the boiler, and that the volume (V) of the combustion chamber ( 2 ) is larger than the flame volume generated by the burner.

2. Boiler according to claim 1, characterized in that the photovoltaic cells ( 5 ) are part of a circuit arranged on the boiler (S), the battery (B), transformer (T) and the boiler control (R).

3. Boiler according to claim 2, characterized in that the boiler is a vertical boiler with the combustion chamber arranged below ( 2 ), in which the burner ( 3 ) is also arranged below, and that the Nachschaltheizflächen ( 4 ) up to the Brennkam mer Connect ( 2 ).

4. Boiler according to one of claims 1 to 3, characterized in that the combustion chamber ( 2 ) is cylindrical or approximately cylindrical in cross section.

5. A boiler according to claim 3 or 4, characterized in that the return ( 7 ) of the boiler is arranged in the lowest area of the housing.

6. Boiler according to one of claims 3 to 5, characterized in that the burner ( 3 ) as an atmospheric gas surface burner in the form of a hemisphere or a cylinder and with its axis ( 3 ') is arranged centrally in the combustion chamber ( 2 ).