[go: up one dir, main page]

DE69100187T2 - Heizgerät mit grossem Wirkungsgrad. - Google Patents

Heizgerät mit grossem Wirkungsgrad.

Info

Publication number
DE69100187T2
DE69100187T2 DE91101510T DE69100187T DE69100187T2 DE 69100187 T2 DE69100187 T2 DE 69100187T2 DE 91101510 T DE91101510 T DE 91101510T DE 69100187 T DE69100187 T DE 69100187T DE 69100187 T2 DE69100187 T2 DE 69100187T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
heat exchanger
water
air
heat
heating system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE91101510T
Other languages
English (en)
Other versions
DE69100187D1 (de
Inventor
Martin K Gollin
Eric C Guyer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dunkirk Radiator Corp
Original Assignee
Dunkirk Radiator Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dunkirk Radiator Corp filed Critical Dunkirk Radiator Corp
Application granted granted Critical
Publication of DE69100187D1 publication Critical patent/DE69100187D1/de
Publication of DE69100187T2 publication Critical patent/DE69100187T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H8/00Fluid heaters characterised by means for extracting latent heat from flue gases by means of condensation
    • F24H8/003Fluid heaters characterised by means for extracting latent heat from flue gases by means of condensation having means for moistening the combustion air with condensate from the combustion gases
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23LSUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L15/00Heating of air supplied for combustion
    • F23L15/04Arrangements of recuperators
    • F23L15/045Arrangements of recuperators using intermediate heat-transfer fluids
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D21/0001Recuperative heat exchangers
    • F28D21/0003Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from exhaust gases
    • F28D21/0005Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from exhaust gases for domestic or space-heating systems
    • F28D21/0007Water heaters
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D5/00Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, using the cooling effect of natural or forced evaporation
    • F28D5/02Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, using the cooling effect of natural or forced evaporation in which the evaporating medium flows in a continuous film or trickles freely over the conduits
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Instantaneous Water Boilers, Portable Hot-Water Supply Apparatuses, And Control Of Portable Hot-Water Supply Apparatuses (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)
  • Air Supply (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft Heißwasser-Heizsysteme, insbesondere ein System, das eine Wiedergewinnung von Wärme in ausströmendem Dampf ermöglicht.
  • Wegen der hohen Brennstoffkosten besteht ein starker wirtschaftlicher Anreiz, den Wirkungsgrad von Heizsystemen für Räumlichkeiten zu optimieren. Der durch Gas- oder Heizölbrenner erzeugte Wasserdampf bei typischen Systemen ist einer der Hauptgründe für Energieverluste aufgrund der hohen Wärmekapazität und Verdampfungswärme von Wasser. Obwohl Wasserdampf bei derartigen Systemen ein wesentliches Verbrennungsprodukt ist, entweicht dieser als Abgas bei konventionellen Heizsystemen mit Rezirkulation, weil die Wärmetauscher primär auf die Wärme von den Brennern ansprechen. Deshalb kann der erhitzte Wasserdampf nur einen geringfügigen Beitrag zur erneuten Erhitzung des eintretenden Wärmeübertragungsmittels beitragen. Es wurde festgestellt, daß der Wasserdampf in typischem Abgas etwa 10% der aus der Verbrennung stammenden Wärmemenge enthält.
  • Ein ideales System für die Wiedergewinnung dieser Energie könnte darin gesehen werden, daß der Wasserdampf abkühlt und kondensiert wird, wodurch der Hauptanteil der in dem Dampf gespeicherten Wärme gewonnen werden könnte. Praktische Beschränkungen verursachen jedoch Schwierigkeiten bei der Realisierung von Konstruktionen derartiger Systeme. Abhängig von der Menge der bei der Verbrennung benutzten überschüssigen Luft liegt der Wasserdampf-Taupunkt von Methan oder von Verbrennungsprodukten natürlicher Gase zwischen etwa 49 und 48ºC (120 und 138ºF). Eine Kühlung des Abgases unter diesen Temperaturbereich kann bei Heizsystemen mit Zwangsumlauf für Luft brauchbar sein, wenn die Temperatur des Wärmeübertragungsmittels (erhitzte Luft) nur 21ºC (70ºF) beträgt. Eine derartige Kühlung ist jedoch im Falle traditioneller Heißwasser-Heizsysteme mit Zwangsumlauf ungeeignet. Die Wasserzufuhrtemperatur bei derartigen Systemen kann 93ºC (200ºF) übersteigen, während die Wassertemperatur im Rücklauf im allgemeinen 63ºC (145ºF) übersteigen und etwa 82ºC (180ºF) erreichen kann.
  • Niedrigere Rücklauftemperaturen bei Heißwasser-Heizsystemen mit Zwangsumlauf können theoretisch dadurch erzielt werden, daß die Durchflußrate des Wassers verringert wird, so daß ein weitergehender Wärmetausch bei den Radiatoren in dem Gebäude erfolgen kann. Ausreichend niedrige Durchflußraten, die eine Verringerung der Rücklauftemperatur unter den Taupunkt des Abgases ermöglichen, würden jedoch zu einer schlechten Wärmezufuhr durch konventionelle Radiatoren führen. In entsprechender Weise würde eine Verringerung der Zufuhrtemperatur des Wassers die Heizkapazität des Systems beträchtlich verringern.
  • Ein einschlagbarer Weg zur Wiedergewinnung von Energie bei Heißwasser-Heizsystemen mit Zwangsumlauf umfaßt sowohl die Übertragung von fühlbarer als auch latenter Wärme, die in dem Abgas enthalten ist, zu der eintretenden Luftströmung, im Gegensatz zu einer Übertragung zu der Zufuhr oder dem Rücklauf von Wasser. Die resultierende Einführung an einer Stelle der Verbrennung von Luft mit erhöhter Temperatur und Wasserdampf reduziert die Brennstoffmenge, die zur Erzielung einer gegebenen Heizleistung erforderlich ist und erhöht die Temperatur, bei der Wärmetausch aufgrund der Kondensation von Wasserdampf durchgeführt werden kann. Derartige Systeme sind seit einiger Zeit bekannt, zum Beispiel aus US-PS 1 291 175 und der GB-PS 2 103 510.
  • Es ist ferner auf dem Gebiet von Trocknern bekannt, einen Teil der Wärmeenergie wiederzugewinnen, die aus einem Trockner austritt und dem Einlaß des Trockners wieder zuzuführen. In GB-PS 2 081 866 wird ein thermisches Wiedergewinnungssystem für einen Trockner beschrieben, wobei ein Wärmetauscher mit Glasrohren in der Auslaßleitung des Trockners benutzt wird und ein flüssiges Warmeübertragungsmittel durch die Glasrohre und durch einen konventionellen Wärmetauscher mit metallischen Rohren in der Einlaßleitung des Trockners hindurchgeleitet wird. Die beim Wärmetausch benutzte Flüssigkeit ist normalerweise Wasser und es wird beabsichtigt, mindestens 25% Wärme wiederzugewinnen, aber andererseits Korrosionsprobleme in dem Fall korrosiver heißer Gase zu vermeiden.
  • Diese bekannten Systeme weisen aber eine Reihe von Nachteilen auf. Mehrfachpumpen und/oder Anforderungen hinsichtlich der Höhe für den sekundären Wärmetauscher begrenzen die resultierende Wiedergewinnung von Energie, und es können dadurch beträchtliche praktische Beschränkungenhinsichtlich der effizienten und wirtschaftlichen Anordnungen der Systemkomponenten verursacht werden. Ferner haben die Konstruktionen der sekundären Wärmetauscher bekannter Art eine ungünstige thermodynamische Charakteristik und erfordern Strömungs- und Abgleichkomponenten für den Flüssigkeitsspiegel, wodurch die Arbeitsweise weiter beeinträchtigt wird.
  • Durch die Erfindung können bei bekannten Systemen auftretende Schwierigkeiten vermieden werden, wenn ein geschlossenes System mit Selbstabgleich benutzt wird, das mit einer einzigen Pumpe arbeitet, sowie ein sekundärer Wärmetauscher mit hohem Wirkungsgrad. Das System enthält einen Brenner, einen primären Wärmetauscher, einen sekundären (zur Wiedergewinnung dienenden) Wärmetauscher, einen Verdampfungs- Wasserkühler/Lufterhitzer im Einlaß der Verbrennungsluft, sowie Zubehör-Komponenten. Das System wird derart ausgelegt, daß ein großer Bruchteil der fühlbaren und latenten Wärmeenergie in den Abgasen nach einer Berührung mit dem primären Wärmetauscher zur eintretenden Kaltluft rezirkuliert wird, mit Hilfe der Kombination des zweiten Wärmetauschers und dem Verdampfungs-Wasserkühler/Lufterhitzer.
  • Die Innenluft, deren Temperatur in der unten beschriebenen Weise erhöht wird, wird dem Brenner zugeführt. Der Brenner mischt die eintretender Luft mit gasförmigem oder flüssigem Heizstoff und zündet die Mischung. Die Verbrennungsprodukte mit erhöhter Temperatur strömen durch den primären Wärmetauscher. Bei diesem Schema wird die Wärme der Verbrennungsprodukte zu einer zirkulierenden Wasserströmung übertragen, die erhitztes Wasser den Radiatoren in dem zu heizenden Raum zuführt. Die Verbrennungsgase treten aus dem primären Wärmetauscher mit einer Temperatur in der Nähe derjeniger des zirkulierenden Wassers aus, das in den primären Wärmetauscher zurückgelangt. Diese Gase gelangen dann in den sekundären Wärmetauscher.
  • Bei der Erfindung ist der sekundäre Wärmetauscher ein Teil einer sekundären Wasserzirkulation, welches Wasser nur in der Heizeinheit zirkuliert. Verbrennungsgas wird weiter durch den sekundären Wärmetauscher auf eine Temperatur unter dessen Taupunkt abgekühlt, wodurch die latente Verdampfungswärme abgezogen und Wasserkondensat erzeugt wird. Eine Abkühlung des Verbrennungsgases führt zu einer Erhitzung des Wassers der zweiten Wasserzirkulation durch den sekundären Wärmetauscher. Das kondensierte Wasser aus dem Verbrennungsgas wird in dem Systemsumpf gesammelt, während die restlichen gasförmigen Verbrennungsprodukte aus dem System abgeleitet werden.
  • Die Wasserzirkulation des zweiten Wärmetauschers gelangt zu einem Verdampfungs-Wasserkühler/Lufterhitzer, der an dem Einlaß des Systems für die Verbrennungsluft vorgesehen ist. Der Wasserkühler/Lufterhitzer verteilt das erhitzte Wasser und richtet es gegen die eintretende Luftströmung. Durch eine enge Berührung mit der eintretenden Luftströmung verdampft ein Teil des aus der zweiten Wärmezirkulation austretenden Wassers, wodurch das restliche, nicht verdampfte Wasser gekühlt wird. Dieses nicht verdampfte Wasser, welches einen beträchtlichen Anteil der Strömung durch den Einlaß darstellt, gelangt in den Sumpf des Systems. Die den Verdampfungs-Wasserkühler/Lufterhitzer verlassende Luft tritt mit einer erhöhten Temperatur und Feuchtigkeit aus und wird dem Brenner zur Begünstigung der Verbrennung zugeführt.
  • Das Wasser von dem Sumpf wurde von der Kondensation um den zweiten Wärmetauscher und von dem Verdampfungskühler gesammelt und wird kontinuierlich durch den zweiten Wärmetauscher gepumpt. Der Wasserverlust der zweiten Wasserzirkulation, der durch Verdampfung verursacht wird, wird mehr als ausgeglichen durch den Gewinn von Wasser aus der Kondensation des zweiten Wärmetauschers, und ein Abfluß kann vorgesehen werden, um eine zu große Ansammlung in dem Sumpf zu vermeiden.
  • Anhand der aus einer einzigen Figur bestehenden Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert werden.
  • Die schematische Darstellung des bevorzugten Ausführungsbeispiels enthält eine erste Wasserzirkulation mit einem Einlaß 1, zu dem Rücklaufwasser von Radiatoren gelangt, die in den zu heizenden Räumlichkeiten angeordnet sind. Ferner ist ein primärer Wärmetauscher mit Komponenten 9 und 10 vorgesehen, und ein Auslaß 2, welcher erhitztes Wasser zu den Radiatoren zurückleitet. Die Pumpeinrichtung zur Zirkulation des Wassers durch die erste Wasserzirkulation ist nicht dargestellt.
  • Die Komponenten 9 und 10 des Wärmetauschers weisen eine ausreichend große Austauschfläche zwischen dem Wasser und den Verbrennungsprodukten auf, um die Wärmeübertragung zu begünstigen, aber eine physikalische Schranke dazwischen aufrecht zu erhalten. Die Komponenten 9 und 10 können als einzige Einheit einer gegossenen oder in sonstiger Weise hergestellten Einheit aus einem geeigneten Material gebildet sein, das für eine Erhitzung mit Hilfe eines Brenners geeignet ist. Ein Satz von kontinuierlichen Kanälen, die beispielsweise durch eine wendelförmige Rohrleitung gebildet werden, ist ein Beispiel für eine sehr einfache Ausführungsform.
  • Die zweite Wasserzirkulation enthält eine Pumpe 15, die in dem Sumpf 7 gesammeltes Wasser durch die Leitung 17 (die der Klarheit halber durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist) umpumpt, durch den Wärmetauscher 11, dem Wasser von der Leitung 17 durch den Einlaß 13 zugeführt wird, und durch eine Leitung 21, die Wasser von dem Wärmetauscher 11 dem Verdampfungs-Wasserkühler/Lufterhitzer 4 zuführt. Der Wärmetauscher 11 besteht aus einem Material, das in Verbindung mit einer kondensierenden Verbrennungsgas-Umgebung verwendbar ist und eine physikalische Trennung (aber einen guten thermischen Kontakt) zwischen dem Wasser und den Verbrennungsprodukten ermöglicht. Ein Satz von kontinuierlichen Kanälen wie beispielsweise eine wendelförmige Leitung ermöglicht eine einfache Ausbildung. Nach Verursachung eines Kontakts entlang dem Wasserkühler/Lufterhitzer 4, dem Luft durch den Einlaß 3 zugeführt wird, gelangt das nicht verdampfte Wasser in den Sumpf 7 und wird dort gesammelt. Je nach den relativen Raten von Verdampfung und Sammlung kann es zweckmäßig sein, einen Abfluß für den Sumpf 7 vorzusehen, um eine zu große Ansammlung von Wasser zu verhindern. Es ist ferner zweckmäßig, eine wendelförmige Ausbildung für den Wärmetauscher 11 vorzusehen, welche Wendeln einen kleineren Durchmesser als diejenigen der Abschnitte 9 und 10 des ersten Wärmetauschers aufweisen, um eine möglichst große Austauschfläche zu erzielen und eine kompakte Konstruktion zu ermöglichen. Durchflußraten durch den zweiten Wärmetauscher können kleiner als diejenigen durch den ersten Wärmetauscher sein, um verhältnismäßig kleinere Durchflußkanäle in dem zuerst Genannten zu ermöglichen, ohne daß zum Umpumpen ein beträchtlicher Druck erforderlich ist.
  • Der Wasserkühler/Lufterhitzer 4 hat einen verhältnismäßig großen Oberflächenbereich für eine Berührung zwischen dem Wasser, das aufgrund von Schwerkraft abläuft, und der eintretenden Luft, die durch das Gebläse 19 angesaugt wird. Ein derartiger Wärmetausch mit direktem Kontakt kann durch eine Anzahl an sich bekannter Mittel erzielt werden. Ein bekannter verwendbarer Verdampfungs-Wasserkühler/Lufterhitzer ist eine Füllkörperkolonne, bei der die Füllkörper in eine vertikale Kolonne eingefüllt sind. Die Füllkörper vergrößern den Oberflächenbereich des Kontakts zwischen dem abwärts strömenden Wasser und der Gegenströmung aus Luft.
  • Die in den Einlaß 3 einströmende Luft gelangt in Berührung mit dem erhitzten Wasser der zweiten Wasserzirkulation in dem Verdampfungs- Wasserkühler/Lufterhitzer 4 und strömt deshalb durch die Leitung 5. Von der Heizstoffzuführleitung 18 wird der Leitung 5 Heizstoff zugeführt. Das Luft-Heizstoffgemisch gelangt in das Gebläse 19, welches die Mischung dem Brenner 6 zuführt, in dem die Verbrennung erfolgt. Durch die Flamme 8 wird der Abschnitt 9 des ersten Wärmetauschers direkt erhitzt. Verbrennungsprodukte von der Flamme 8 gelangen durch den Rest des Abschnitts 9 des ersten Wärmetauschers, dann durch den Abschnitt 10 und durch den zweiten Wärmetauscher 11. Schließlich werden die Verbrennungsprodukte aus dem System als Abzugsgas durch den Auslaß 12 abgelassen.
  • Sich als Ergebnis des Kontakts mit dem Wärmetauscherabschnitten 9,10 und 11 bildendes Kondensat wird in einer Mulde 20 gesammelt und in dem Sumpf 7 des zweiten Wassersystems abgeleitet. In Abhängigkeit von der Temperatur des Wasserrücklaufs zum Einlaß 1 zu dem Wärmetauscherabschnitt 10, kann eine Kondensation des Abzugsgases zuerst entlang dem primären Wärmetauscherabschnitt 10 auftreten. Saure Komponenten des Abzugsgases kondensieren schneller als andere Komponenten, und können deshalb einen nur kleinen Bruchteil des Wasserdampfs beinhalten, der den zweiten Wärmetauscher 11 erreicht. Da der zweite Wärmetauscher 11 über dem ersten Wärmetauscherabschnitt 10 angeordnet ist, ist das in dem zweiten Wärmetauscher 11 kondensierende Wasser weniger korrosiv als dasjenige, das vorher kondensierte, wodurch sich eine Rückspülfunktion ergibt, da dieses Wasser über die Wärmetauscherkomponenten 10 und 11 fließt. Durch einen Rückstau wird die Korrosion dieser Komponenten verringert.
  • Diese Konfiguration führt zu mehreren zusätzlichen Vorteilen im Vergleich zu bekannten Systemen. Die in den beiden zuerst genannten Patenten beschriebenen Systeme beruhen auf einer Heizeinrichtung mit einem direkten Kontakt sowohl in der Eingangsstufe (wo Luft durch Wasser erhitzt wird) und in der Wiedergewinnungsstufe für Wärmeenergie (wo Wasser durch Gas erhitzt wird). Mit einem derartigen Wärmetauschermechanismus in der Wiedergewinnungsstufe wird Wärmeübertragung thermodynamisch begrenzt, weil die Temperatur des erhitzten Gases die Temperatur des Wassers nicht über die eigene Feuchttemperatur erhöhen kann.
  • Durch Verwendung des Wärmetauschers gemäß der Erfindung, der physikalisch Gas und Wasser trennt, wird diese Beschränkung vermieden. Deshalb kann durch den Abschnitt 10 strömendes Wasser auf eine Temperatur erhitzt werden, die höher als die Feuchttemperatur des Verbrennungsgases ist. Diese höhere Temperaturgrenze ermöglicht eine größere Flexibilität im Hinblick auf die Auswahl des wirtschaftlich optimalen thermodynamischen Verzweigungspunkts zwischen dem ersten und dem zweiten Wärmetauscher.
  • Die wendelförmigen Wärmetauscher, die bei einem Ausführungsbeispiel der Wiedergewinnungskomponente gemäß der Erfindung benutzt werden, führen auch zu einem geringeren Druckverlust der Gasströmung, als es bei bekannten Wärmetauschern mit direktem Kontakt ist. Ein verringerter Druckverlust führt zu geringeren Anforderungen hinsichtlich der Gebläseleistung und damit zu einem geringeren Stromverbrauch.
  • Eine weitere Effektivität wird durch die Verwendung einer einzigen Pumpe erzielt, was zu einem verringerten Energieverbrauch bei der Erfindung im Vergleich zu der Konstruktion bei der GB-PS 2 103 510 führt. Ferner werden bei beiden eingangs genannten Patentschriften durch Schwerkraft angetriebene Wasserkaskaden vorgesehen, um den Wärmetausch mit Gegenströmung zu begünstigen. Eine derartige Konstruktion bedingt Schwierigkeiten sowohl hinsichtlich des Aufrisses als auch der Orientierung, da die Wärmetauscherleitung vertikal angeordnet werden muß und eine ausreichende Länge besitzen muß, um die gewünschte energieübertragung zu erzielen. Bei der Erfindung findet ein einziger Verdampfungs-Wärmetauscher Verwendung und ist deshalb hinsichtlich Höhe und Orientierung nur Beschränkungen im Hinblick auf diese Einheit unterworfen, welche physikalisch von dem Rest des Systems getrennt werden kann.
  • Das zwei Pumpen aufweisende System gemäß der GB-PS 2 103 510 benötigt auch ein Ausgleichsrohr, um durch die Wassersäule bedingte Druckdifferenzen zu verhindern oder um die Flüssigkeiten auf den Basisbereichen auszugleichen, wie auf Seite 2, Spalte 1, Zeilen 47-48 des Britischen Patents beschrieben ist. Diese Verbindung zwischen zwei Sümpfen, von denen einer verhältnismäßig heiße Flüssigkeit vor der Übertragung und der andere relativ kühle Flüssigkeit nach der Übertragung enthält, verschlechtert notwendigerweise den thermischen Wirkungsgrad des Systems. Bei der Erfindung erfolgt ein Seibstabgleich im Hinblick auf die Strömungsraten und in dem Sumpf 7 wird nur Flüssigkeit nach der Übertragung gesammelt, von der Wärme absorbiert wurde.
  • Die in der GB-PS 2 103 510 und in der US-PS 1 291 175 beschriebenen Konstruktionen sind Systeme mit einer offenen Schleife, mit dem Resultat daß der Pumpdruck durch die Höhe der Wasserableitung auf der Oberseite der Einheit bestimmt wird. Bei der Erfindung ist eine weitgehend geschlossene Schleife vorhanden, mit Ausnahme des Verdampfungs-Wasserkühler/Lufterhitzers 4. Diese Konstruktion ermöglicht eine verringerte Druckhöhe aufgrund der größeren statischen Druck-Wiedergewinnung. Die erforderliche Pumpleistung wird nur durch internen Strömungswiderstand plus der Höhe des Verdampfungs-Wasserkühler/Lufterhitzers 4 bestimmt. Obwohl es möglich wäre, einen wendelförmigen Wärmetauscher anstelle des Verdampfungs-Wasserkühler/Lufterhitzers 4 zu verwenden, wie in der US-PS 4 344 568 vorgeschlagen wurde, ist der von einer Wendel ermöglichte Oberflächenbereich hinsichtlich seiner Nützlichkeit beim Erhitzen einer eintretenden Luftströmung durch die Verdampfungskühlung von Wasser beschränkt, weil eine unabhängige Einrichtung zum ständigen Benetzen der Oberflächen benötigt wird. Die Beibehaltung einer gleichförmigen Benetzung wird in der Praxis im allgemeinen als praktische Konstruktionsschwierigkeit angesehen. Im Gegensatz dazu ist jedoch ein wendelförmiger Wärmetauscher sehr gut für die Übertragung von Wärme von einer kondensierenden, Feuchtigkeit enthaltenden Gasquelle auf eine strömende Flüssigkeit geeignet, wie es im Falle des zweiten Wärmetauschers bei der Erfindung der Fall ist.
  • Dadurch ist ersichtlich, daß durch die Erfindung eine Anzahl von Vorteilen im Vergleich zum bekannten Stand der Technik erzielt werden. Sie ist vorteilhaft in Verbindung mit traditionellen Heizsystemen mit Zwangsumlauf für heißes Wasser geeignet. Wie oben erwähnt wurde, benutzen derartige Systeme typischerweise Wasserzuleitungstemperaturen bis zu 93ºD (200ºF) oder gar mehr, und Rücklauftemperaturen bis zu etwa 82ºC (180ºF). Während konventionell erhitzte Heizeinheiten für Wasser nicht den hohen Wirkungsgrad kondensierender Wärmeübertragungsvorgänge mit Rücklauftemperaturen von mehr als etwa 49ºD (120ºF) ausnutzen können, ermöglicht die Erfindung eine derartige Wärmeübertragung mit den damit verbundenen Vorteilen bei Rücklauftemperaturen, die normalerweise bei derartigen konventionellen Heizungseinheiten auftreten.

Claims (9)

1. Heißwasser-Heizsystem mit Selbstabgleich und Zwangsumlauf, wobei Eigenwärme und latente Wärme von Abgasen in eintretende Luft rezirkuliert wird, mit
a. einem Brenner (6) zum Verbrennen von Heizstoff in einer Strömung von eintretender Luft,
b. einem ersten Wärmetauscher (9,10) zur Übertragung von Wärme von den Verbrennungsprodukten des Brenners zu einer durch den zu heizenden Raum zirkulierenden Wasserströmung (1,10,9,2),
c. einem zweiten Wärmetauscher (11) in Strömungsrichtung hinter dem ersten Wärmetauscher (9,10) relativ zu der Strömung der Verbrennungsprodukte, um zusätzlich Wärme von den Verbrennungsprodukten zu einer zweiten Wasserzirkulation (7,15,17,13,11,21,4) zu übertragen, während eine physikalische Barriere dazwischen beibehalten wird,
d. einer verdampfenden Einrichtung (4) zur Lufterhitzung und Wasserkühlung, um Wärme von der zweiten Wasserzirkulation zu der eintretenden Luft (3) zu übertragen,
e. einer Einrichtung (5) zur Weiterleitung der eintretenden Luft von der verdampfenden Einrichtung (4) zur Wasserkühlung und Lufterhitzung zu dem Brenner (6),
f. einem Sumpf (7) zum Sammeln von nicht verdampftem Wasser von der verdampfenden Einrichtung (4) zur Wasserkühlung und Lufterhitzung, sowie mit
g. einer Pumpeinrichtung (15), um Wasser von dem Sumpf (7) zu dem zweiten Wärmetauscher (11) und dann zu der verdampfenden Einrichtung (4) zur Wasserkühlung und Lufterhitzung zu leiten.
2. Heizsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Wärmetauscher (9,10) mindestens einen Satz von Kanälen aufweist, durch die die erste Wasserzirkulation strömt, und daß der zweite Wärmetauscher (11) einen einzigen Satz von Kanälen aufweist, durch die die zweite Wasserzirkulation strömt.
3. Heizsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Kanäle des ersten Wärmetauschers (9,10) größer als der Durchmesser der Kanäle des zweiten Wärmetauschers (11) ist.
4. Heizsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine luftbewegende Einrichtung (19) vorgesehen ist, um eine Luftströmung in und durch die verdampfende Einrichtung (4) zur Lufterhitzung und Wasserkühlung, zu dem und durch den Brenner (6), zu dem und durch den ersten (9,10) und den zweiten Wärmetauscher (11), sowie zu einem Abzug (12) zu verursachen.
5. Heizsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (19) zum Bewegen der Luft ein Gebläse ist, das sich in irgend einer Lage in der Strömung befindet, die an dem Einlaß beginnt, der zu der verdampfenden Einrichtung (4) zur Lufterhitzung und Wasserkühlung führt, und die in dem Abzug (12) endet.
6. Heizsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Wärmetauscher (11) über dem ersten Wärmetauscher (9,10) an der Stelle angeordnet ist, an der der erste Wärmetauscher zurückgeleitetes Wasser von der ersten Wasserzirkulation erhält.
7. Heizsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sumpf (7) Kondensat von dem ersten (9,10) und dem zweiten Wärmetauscher (11) sammelt.
8. Heizsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verdampfende Einrichtung (4) zur Lufterhitzung und Wasserkühlung eine Wärmetauscher-Füllkörperkolonne mit direktem Kontakt ist.
9. Heizsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des zurückgeleiteten Wassers der ersten Wasserzirkulation (1,10,9,2) höher als 60ºC ist.
DE91101510T 1990-02-06 1991-02-05 Heizgerät mit grossem Wirkungsgrad. Expired - Fee Related DE69100187T2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/478,128 US4989781A (en) 1990-02-06 1990-02-06 High-efficiency heating unit

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE69100187D1 DE69100187D1 (de) 1993-09-02
DE69100187T2 true DE69100187T2 (de) 1993-12-02

Family

ID=23898644

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE91101510T Expired - Fee Related DE69100187T2 (de) 1990-02-06 1991-02-05 Heizgerät mit grossem Wirkungsgrad.
DE199191101510T Pending DE441315T1 (de) 1990-02-06 1991-02-05 Heizgeraet mit grossem wirkungsgrad.

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE199191101510T Pending DE441315T1 (de) 1990-02-06 1991-02-05 Heizgeraet mit grossem wirkungsgrad.

Country Status (5)

Country Link
US (1) US4989781A (de)
EP (1) EP0441315B1 (de)
AT (1) ATE92174T1 (de)
CA (1) CA2035629C (de)
DE (2) DE69100187T2 (de)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19538067A1 (de) * 1995-10-13 1997-04-17 Erdgas En Systeme Gmbh Stationäre Brennkraftmaschine und Verfahren zu ihrem Betreiben
AT405879B (de) * 1998-03-05 1999-12-27 Vaillant Gmbh Heizeinrichtung
US6684878B2 (en) * 2001-10-11 2004-02-03 Carrier Corporation Condensate drainage system for an outdoor condensing furnace
GB0124669D0 (en) * 2001-10-13 2001-12-05 Robertson Alastair Improved secondary heat exchanger for water boiler
KR100466783B1 (ko) * 2003-03-12 2005-01-24 주식회사 경동보일러 콘덴싱 기름보일러
US20080277262A1 (en) * 2007-05-11 2008-11-13 Intevras Technologies, Llc. System and method for wastewater reduction and freshwater generation
JP5485613B2 (ja) * 2009-08-12 2014-05-07 株式会社テイエルブイ 加熱冷却装置
US9810455B2 (en) 2013-01-30 2017-11-07 Gasn Llc Heat and energy recovery and regeneration assembly, system and method
RU2721496C2 (ru) * 2016-02-01 2020-05-19 Интергэс Хитинг Эсетс Б.В. Водонагреватель, труба выпуска газообразных продуктов сгорания для водонагревателя и способ нагревания текучей среды
US10982862B1 (en) 2018-01-22 2021-04-20 Commercial Energy Savings Plus, Llc System and method for heat and energy recovery and regeneration
CN110715449B (zh) * 2019-10-24 2021-04-27 中国特种设备检测研究院 一种燃气锅炉烟气潜热回收装置交叉布置方法
JP7484074B2 (ja) * 2020-02-26 2024-05-16 株式会社ノーリツ 熱交換器およびこれを備えた温水装置
KR102618663B1 (ko) * 2021-12-27 2023-12-29 인하대학교 산학협력단 보일러

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2609797A (en) * 1948-06-09 1952-09-09 Foster Wheeler Corp Heat exchanger
US3896992A (en) * 1974-07-18 1975-07-29 Anton Borovina Heat recovery system for space heating and for potable water heating
US4136731A (en) * 1977-08-26 1979-01-30 Deboer Richard J Heat transfer apparatus
US4175518A (en) * 1978-02-21 1979-11-27 Reames Cedric Ted A Jr Preheater device for hot water heaters
HU177192B (en) * 1978-10-31 1981-08-28 Energiagazdalkodasi Intezet Combined boiler equipment utilizing the heat of flue gas for glass ovens of recuperative system
US4344568A (en) * 1980-03-10 1982-08-17 Stewart Owen E Closed-loop heat-reclaiming system
GB2081866B (en) * 1980-08-14 1984-11-21 Hall Thermotank Int Ltd Thermal recuperation system and a heat exchanger for use therein
FR2508616B1 (fr) * 1981-06-29 1987-04-10 Gaz De France Dispositif de traitement des fumees et des gaz comburants d'un foyer
US4651923A (en) * 1982-05-21 1987-03-24 Heat Extractor, Inc. Heat extractor
FR2576404B1 (fr) * 1985-01-21 1989-06-09 Gaz De France Echangeur de chaleur et application a un appareil de rechauffage d'un fluide, notamment accumulateur d'eau chaude sanitaire
FR2576397B1 (fr) * 1985-01-22 1989-05-26 Gaz De France Procede de prechauffage d'un gaz comburant par des gaz de combustion et dispositif de prechauffage associe a un bruleur comportant application de ce procede

Also Published As

Publication number Publication date
EP0441315B1 (de) 1993-07-28
US4989781A (en) 1991-02-05
EP0441315A1 (de) 1991-08-14
CA2035629A1 (en) 1991-08-07
CA2035629C (en) 2001-09-18
DE69100187D1 (de) 1993-09-02
DE441315T1 (de) 1992-09-24
ATE92174T1 (de) 1993-08-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2822808C2 (de) Vorrichtung zum Kühlen von Kaminabgasen
DE69926600T2 (de) Verbesserter Verdampfereintritt
DE69100187T2 (de) Heizgerät mit grossem Wirkungsgrad.
DE69412488T2 (de) Wärmeaustauschgerät und -verfahren für wärmeaustausch zwischen austreiber und absorber und deren verwendung in einer wärmepumpe
DE69426579T2 (de) Verdampfungswärmetauscher mit geschlossenem direktem und indirektem Kreislauf in Kombination
DE112007000222T5 (de) Kühlvorrichtung für ein Fluid
DE2820734A1 (de) Abwaermespeicher
EP0274643B1 (de) Klimaprüfkammer
DE102007034710B4 (de) Zweistufiger Absorptionskühler
DE3440266C3 (de) Heizkessel mit Abgaskondensation
DE6601963U (de) Kondensatoranordnung bei dampfturbinen
DE2648855A1 (de) Einrichtung zur senkung der durch rauchgase bedingten waermeverluste bei einem mit oel oder gas betriebenen heizkessel
DE2810889A1 (de) Ekrnomiser fuer rauchrohrkessel fuer hochdruckdampf und heisswasser
EP0927326B1 (de) Wärmetauschverfahren und wärmetauscher
DE69511904T2 (de) Heizungsanlage für ein gebäude mit wärmerohr
DE69921871T2 (de) Absorptionskälteanlage mit Kupplung von Kondensat und Lösung
EP0084846B1 (de) Wärmetauscher für den Betrieb einer Heissdampf-Kesselanlage
DE69727319T2 (de) Abhitzekessel mit variabler ausgangsleistung
DE3113063A1 (de) Vorrichtung zur erhoehung der temperatur eines waermetraegers auf der grundlage von absorption und austreibung, verdampfung und verfluessigung eines kaeltemittels
DE2839638A1 (de) Trockenkuehlsystem fuer kraftwerkanlagen
AT3888U2 (de) Brennkraftmaschine
DE3035207C2 (de) Wärmepumpe
DE2454757A1 (de) Kaeltemittelseitig umschaltbarer waermetauscher
DE2248124A1 (de) Destillationsanlage
EP0036981A2 (de) Verfahren zum Betreiben einer Absorptions-Heizanlage

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee