AT401572B

AT401572B - CONDENSATION HEATER

Info

Publication number: AT401572B
Application number: AT0052593A
Authority: AT
Original assignee: Rapido Waermetechnik Gmbh
Priority date: 1993-03-17
Filing date: 1993-03-17
Publication date: 1996-10-25
Also published as: DE4409675A1; CH688493A5; DE9404812U1; ATA52593A

Description

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kondensationsheizgerät gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs.The present invention relates to a condensation heater according to the preamble of the independent claim.

Solche Kondensationsheizgeräte sind sogenannte Niedertemperaturheizgeräte, bei denen die von einem Brenner stammenden Abgase in einem oder mehreren Wärmetauscher(n) so weit heruntergekühlt werden, daß der Taupunkt unterschritten wird, so daß aus dem Abgas Wasser auskondensiert, womit die latente Wärme der Abgase genutzt werden kann. Durch diese Technologie ergeben sich feuerungstechnische Wirkungsgrade von über 100 %, bezogen auf den weiteren Heizwert Hu des Brennstoffes. Der Nachteil dieser Geräte liegt darin, daß sie mit diesen hohen Wirkungsgraden nur dann arbeiten, wenn das aufzuheizende Medium auf nicht allzu hohe Temperaturen aufgeheizt werden muß, um eben die Taupunktschwelle im Wärmetauscher zu unterschreiten. Ein vorzugsweises Anwendungsgebiet von Kondensationsheizgeräten ist somit die Speisung von Fußbodenheizungen oder, allgemeiner gesagt, Niedrigtemperaturheizanlagen. Es ist zwar möglich, Kondensationsheizgeräte auch so zu betreiben, daß das aufzuheizende Medium relativ hoch erhitzt wird, also beispielsweise bis 80/90 °C, nur geht damit der Kondensationseffekt zum großen Teil wieder verloren, weil die Temperatur des aufzuheizenden Wassers im Wärmetauscher das Unterschreiten des Taupunkts der Abgase verhindert. Dann arbeiten diese Geräte nicht mehr als Kondensationsheizgeräte, sondern als normale Heizgeräte, womit sich feuerungstechnische Wirkungsgrade von über 90 % erreichen lassen. Sie unterscheiden sich folglich in ihrer Arbeitsweise nicht mehr wesentlich von normalen Heizgeräten, welche mit erheblich geringerem konstruktiven Aufwand herstellbar sind.Such condensation heaters are so-called low-temperature heaters, in which the exhaust gases from a burner are cooled down in one or more heat exchangers so far that the dew point is undershot so that water condenses out of the exhaust gas, so that the latent heat of the exhaust gases can be used . This technology results in firing efficiencies of over 100%, based on the further heating value Hu of the fuel. The disadvantage of these devices is that they only work with these high efficiencies if the medium to be heated has to be heated to not too high temperatures in order to fall below the dew point threshold in the heat exchanger. A preferred area of application for condensation heaters is therefore the supply of underfloor heating or, more generally, low-temperature heating systems. It is possible to operate condensation heaters in such a way that the medium to be heated is heated relatively high, for example up to 80/90 ° C, only the condensation effect is lost to a large extent because the temperature of the water to be heated in the heat exchanger falls below the dew point of the exhaust gases prevented. Then these devices no longer work as condensation heaters, but rather as normal heaters, with which firing efficiencies of over 90% can be achieved. As a result, they no longer differ significantly in their mode of operation from normal heating devices, which can be produced with considerably less design effort.

Falls der Betreiber eines Kondensationsheizgerätes eine Vorrichtung zum Erwärmen von Brauchwasser benötigt, ist es üblich, neben das Kondensationsheizgerät einen gasbeheizten Speicher zu stellen, der völlig unabhängig vom Kondensationsheizgerät arbeitet und mit dem es möglich ist, das aufzuheizende Brauchwasser auf einen Temperaturbereich von entweder bis zu 45 *C oder bis zu 80 ’C aufzuheizen. Im ersten Fall benötigt der Betreiber einen gasbeheizten Speicher relativ großen Volumens, da sich eine Beimischung von kaltem Wasser zum aufgewärmten Brauchwasser verbietet, im anderen Fall ist eine Beimischung von kaltem Wasser zum hochaufgeheizten Brauchwasser schon wegen des Vermeidens der Verbrühungsgefahr regelmäßig vonnöten. Im ersten Fall treten bei den niedrigen Brauchwassertemperaturen allerdings wenig Betriebsbereitschaftsverluste in Erscheinung, da das Brauchwasser auf einem niedrigeren Temperaturniveau gespeichert wird, andererseits erhöht sich die Anfälligkeit gegenüber Legionellenwachstum. Bei hoch erhitztem Brauchwasser steigen naturgemäß die Betriebsbereitschaftsverluste erheblich, da der Brauchwasserspeicher relativ große Wärmeströme an die Umgebung abstrahlt, andererseits ist die Legionelleninfektionsgefahr minimiert.If the operator of a condensation heater needs a device for heating domestic water, it is common to place a gas-heated storage tank next to the condensation heater, which works completely independently of the condensation heater and with which it is possible to heat the domestic water to a temperature range of either up to 45 * C or heat up to 80 'C. In the first case, the operator needs a gas-heated storage tank of a relatively large volume, since an addition of cold water to the heated domestic water is prohibited; in the other case, an addition of cold water to the heated domestic water is necessary because of the risk of scalding. In the first case, however, there are few operational readiness losses at the low hot water temperatures, since the hot water is stored at a lower temperature level, on the other hand, the susceptibility to Legionella growth increases. When hot water is heated, the operational readiness losses naturally increase considerably, since the hot water tank emits relatively large heat flows to the environment, on the other hand, the risk of Legionella infection is minimized.

Auf jeden Fall ergeben sich für den Verbraucher die Kosten für die Installation zweier Geräte. Nun wäre es mit einem Kondensationsheizgerät im Prinzip genauso möglich, einen neben dem Heizgerät aufgestellten Brauchwasserspeicher unter größtmöglicher Nutzung des Brennwertbetriebes zu erwärmen. Dies bedingt aber ein großes Bauvolumen, da große Mengen Wasser mit einem Temperaturniveau von nur ca. 45 °C benötigt werden, um eine ausreichend komfortable Warmwasserbereitung zu gewährleisten, da eine Beimischung kalten Wassers sich verbietet.In any case, the consumer has to pay for the installation of two devices. In principle, it would be just as possible with a condensation heater to heat a domestic hot water tank next to the heater using the condensing boiler as much as possible. However, this requires a large construction volume, since large quantities of water with a temperature level of only approx. 45 ° C are required in order to ensure sufficiently convenient hot water preparation, since adding cold water is prohibited.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kondensationsheizgerät der eingangs näher bezeichneten Art zu schaffen, das eine Brauchwasserbereitung sicherstellt, ohne den Platz und das finanzielle Investitionsvolumen für zwei separate Geräte zu benötigen.The present invention has for its object to provide a condensation heater of the type specified in the introduction, which ensures hot water preparation without requiring the space and the financial investment for two separate devices.

Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß bei einem Kondensationsheizgerät der eingangs näher bezeichneten Art in den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs.The object is achieved according to the invention in a condensation heater of the type specified in the introduction in the characterizing features of the independent claim.

Durch diese Merkmale ergibt sich der Vorteil, daß nur ein einziges Gerät gebraucht wird, das in seinem Gehäuse sowohl das Kondensationsheizgerät wie auch den Brauchwasserspeicher aufnimmt. Liegt der Brauchwasserspeicher unten, ergeben sich relativ geringe Kosten für den Aufbau des Kondensationsheizgerätes, da dieses dann nicht den relativ schweren Speicher tragen muß. Wird das Volumen des Brauchwasserspeichers relativ klein gewählt, so ergeben sich besonders günstige Betriebsweisen für das Kondensationsheizgerät: Bei relativ kleinem Brauchwasservolumen wird nämlich das Brauchwasservolumen relativ häufig voll bei Warmwasserzapfungen ausgenutzt, so daß nach dem Schließen des Brauchwasserzapfventils nahezu der gesamte Inhalt des Brauchwasserspeichers leergezapft ist. Damit ist der Brauchwasserspeicher aber mit frischem Kaltwasser gefüllt, so daß die Rücklauftemperatur des Wärmeträgermediums zum Kondensationswärmetauschersehr niedrig ist, womit der Kondensationswärmetauscher im Kondensationsbetrieb arbeitet. Das heißt, es ist bei dieser geschickten Betriebsweise möglich, wenigstens in großen Zeitbereichen das Kondensationsgerät auch im Kondensationsbetrieb arbeiten zu lassen, obwohl es zur Brauchwassererwärmung dient. Lediglich in der Endphase der Aufheizung des Brauchwasserspeichers verläßt das Kondensationsheizgerät den Kondensationsbetrieb und geht in den kondensationsfreien Betrieb über. Diese Zeiten sind aber in aller Regel vernachlässigbar gegenüber den Zeiten, die bei Kondensationsbetrieb auftreten, weil sich hier die Zeiten für die Speisung der Heizanlage und für den ersten Bereich der 2These features have the advantage that only a single device is used, which accommodates both the condensation heater and the domestic hot water tank in its housing. If the domestic hot water tank is below, there are relatively low costs for the construction of the condensation heater, since this then does not have to carry the relatively heavy tank. If the volume of the domestic hot water tank is selected to be relatively small, the condensation heater has particularly favorable modes of operation: with a relatively small domestic water volume, the domestic water volume is used relatively frequently to a large extent in hot water taps, so that after the hot water tap valve is closed, almost the entire contents of the domestic water tank are tapped. However, the service water tank is filled with fresh cold water so that the return temperature of the heat transfer medium to the condensation heat exchanger is very low, which means that the condensation heat exchanger works in condensation mode. This means that with this clever mode of operation it is possible to let the condensation device work in condensation mode, at least in large time periods, although it is used to heat the process water. Only in the final phase of heating the domestic hot water tank does the condensation heater leave condensation mode and go into condensation-free mode. However, these times are generally negligible compared to the times that occur during condensation operation, because here the times for the heating system supply and for the first area of the second

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Aufheizung nach vollständigem Leerzapfen des Brauchwasserbereiters addieren. Somit läßt sich als Kombinationsgerät das Kondensationsheizgerät sehr vorteilhaft ausnutzen, obwohl von der Art der Anforderungen zunächst das Kondensationsheizgerät nicht als Kombinationsheizgerät - wie für nicht kondensierende Heizgeräte aus dem Viessmann-Prospekt „Vitocell" an sich bekannt - zur Speisung sowohl der Heizung wie auch des Brauchwasserspeichers geeignet erscheint.Add the heating after the water heater has been completely drained. Thus, the condensation heater can be used very advantageously as a combination device, although the type of requirements initially does not make the condensation heater a combination heater - as for non-condensing heaters from the Viessmann brochure "Vitocell". known per se - appears to be suitable for supplying both the heating and the domestic hot water tank.

In Ausgestaltung der Erfindung werden die Merkmale der Ansprüche 2 und 3 vorgeschlagen, die die Maßnahmen nach Anspruch 1 bezüglich der Betriebsweise synergetisch unterstützen.In an embodiment of the invention, the features of claims 2 and 3 are proposed which synergistically support the measures according to claim 1 with regard to the mode of operation.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der Figur der Zeichnung näher erläutert.An embodiment of the invention will now be explained in more detail with reference to the figure of the drawing.

In einem Gehäuse 1 aus Blechen, die einen Deckel 2, zwei Seitenwände 3 und 4 und einen Boden 5 bilden, ist im unteren Bereich unterhalb einer Gehäusetrennwand 6 ein Brauchwasserspeicher 7 gelagert. Dieser weist in seinem Innenraum 8 eine Rohrschlange 9 auf, die die Wandung des Speicherbehälters an zwei Stellen durchtritt und mit Krümmern 10 und 11 versehen ist. Der Innenraum 8 des Brauchwasserspeichers 7 ist weiterhin mit einem Rücklaufanschluß 12 und einem Vorlaufanschluß 13 versehen, wobei ersterer an ein speisendes Kaltwassernetz und letzterer an einer Mehrzahl von mit je einem Zapfventil versehenen Warmwasserzapfstellen führt.In a housing 1 made of sheet metal, which forms a lid 2, two side walls 3 and 4 and a base 5, a domestic hot water tank 7 is mounted in the lower region below a housing partition 6. This has in its interior 8 a pipe coil 9 which passes through the wall of the storage container in two places and is provided with elbows 10 and 11. The interior 8 of the hot water tank 7 is further provided with a return connection 12 and a flow connection 13, the former leading to a supplying cold water network and the latter to a plurality of hot water taps, each provided with a tap valve.

Oberhalb der Trennwand 6 ist ein Kondensationsheizgerät 10 angeordnet, das im wesentlichen aus einem Wärmetauscher 15 und einem Sturz-Gas-Gebläsebrenner 16 besteht, zu dem eine Luftleitung 17 führt, in die ein Gebläse 18 eingeschaltet ist. In die Luftleitung 17 mündet zwischen Gebläse 18 und dem Sturz-Gas-Gebläsebrenner eine Gaszuleitung 19, die mit einem Regelventil 20 versehen ist. Das stetig arbeitende Regelventil 20 weist einen nicht weiter dargestellten Stellantrieb auf, der von einem Regler 21 gesteuert wird. Dem Regler sind ein Außentemperaturfühler 22 über eine Leitung 23, ein einstellbarer Sollwertgeber 24 über eine Leitung 25 und über eine Leitung 26 ein Vorlauftemperaturfühler 27 zugeordnet. Weiterhin ist über eine Leitung 28 ein Temperaturfühler 29 angeschlossen, der im Innenraum 8 des Brauchwasserspeichers 7 vorgesehen ist.Arranged above the partition 6 is a condensation heater 10, which essentially consists of a heat exchanger 15 and a drop-gas forced-air burner 16, to which an air line 17 leads, into which a fan 18 is switched on. A gas supply line 19, which is provided with a control valve 20, opens into the air line 17 between the fan 18 and the drop gas forced-air burner. The continuously operating control valve 20 has an actuator, not shown, which is controlled by a controller 21. The controller is assigned an outside temperature sensor 22 via a line 23, an adjustable setpoint generator 24 via a line 25 and a flow temperature sensor 27 via a line 26. Furthermore, a temperature sensor 29 is connected via a line 28, which is provided in the interior 8 of the domestic hot water tank 7.

Der Wärmetauscher 15 ist mit einer Rücklaufleitung 30 versehen, die die Gehäusetrennwand 6 durchsetzt, die mit dem Krümmer 11 verbunden ist und an die weiterhin eine Heizungsrücklaufleitung 31 angeschlossen ist, die die Seite 4 des Gehäuses 1 durchsetzt. Den Wärmetauscher verläßt eine Vorlaufleitung 32, in der eine Umwälzpumpe 33 und der Vorlauftemperaturfühler 27 angeordnet sind. Diese Vorlaufleitung verzweigt sich und führt einmal zu einer Heizungsvorlaufleitung 34 und zu einer Speichervor-laufleitung 35, die mit dem Krümmer 10 verbunden ist. Es ist ein 3-Wege-Umschaltventil 36 vorgesehen, das von einem Stellantrieb 37 beherrscht ist, der das Ventil entweder so schaltet, daß die Vorlaufleitung 32 mit der Heizungsvorlaufleitung 34 oder mit der Brauchwasser-Speichervorlaufleitung 35 verbunden ist. Unterhalb des Wärmetauschers 15 befindet sich ein Abgassammelkasten 38, an dessen Unterseite ein Siphon 39 angeschlossen ist. Statt eines 3-Wege-Ventiles wäre auch eine Ladepumpe für den Speicher denkbar.The heat exchanger 15 is provided with a return line 30 which passes through the housing partition 6, which is connected to the manifold 11 and to which a heating return line 31 is also connected, which passes through the side 4 of the housing 1. A flow line 32 leaves the heat exchanger, in which a circulation pump 33 and the flow temperature sensor 27 are arranged. This flow line branches and leads once to a heating flow line 34 and to a storage flow line 35 which is connected to the manifold 10. A 3-way switch valve 36 is provided, which is controlled by an actuator 37, which either switches the valve so that the supply line 32 is connected to the heating supply line 34 or to the process water storage supply line 35. Below the heat exchanger 15 there is an exhaust gas collection box 38, to the underside of which a siphon 39 is connected. Instead of a 3-way valve, a charge pump for the storage would also be conceivable.

Die Funktion des eben beschriebenen Kondensationsheizgerätes ist folgende:The function of the condensation heater just described is as follows:

Fordert die Heizung, die als Vielzahl parallel und oder in Serie geschalteter Radiatoren oder Fußbodenheizungsabschnitte an die Heizungsvorlaufleitung 34 beziehungsweise die Heizungsrücklaufleitung 31 angeschlossen ist. Wärme an, was aus einer Temperaturdifferenz zwischen dem vom Vorlauftemperaturfühler 27 gegenüber der eingestellten Heizkurve sich ergebenden Differenz ersichtlich wird, so geht das Kondensationsheizgerät in Betrieb, das heißt, die Pumpe 33 läuft, das Vorrangumschaltventil 36 37 wird so gestellt, daß die Vorlaufleitung 32 mit der Heizungsvorlaufleitung 34 verbunden ist, der Brenner geht in Betrieb, das heißt, das Gebläse 18 fördert Luft, und der Luft wird über einen sich einstellenden Öffnungsquerschnitt des Gasregelventils Gas beigemischt, so daß ein stöchiometrisch brennendes Gas-Luft-Gemisch bestimmten Durchsatzes resultiert. Der Durchsatz hängt hierbei von der Temperaturabweichung ab. Unterstellt man als Heizungsanlage eine Fußbodenheizung oder eine sonstige Niedertemperaturheizung, so arbeitet das Kondensationsheizgerät 14 im Kondensationsbereich, das heißt, kondensierendes Abgas sammelt sich am Boden der Abgassammelhaube 38 und wird über den Siphon 39 abgeführt. Findet nun eine Brauchwasserzapfung statt, das heißt, ein im Zuge der Zapfwasserauslaßleitung liegendes Zapfventil wird geöffnet, so strömt über die Kaltwasserzulaufleitung 12 kaltes Wasser in den Speicher nach. Wenn der Temperaturfühler 29 eine entsprechende Abkühlung des Speicherinhalts an den Regler 21 meldet, so wird das Vorrangumschaltventil 36/37 umgesteuert, und die Vorlaufleitung 32 wird mit der Speichervorlaufleitung 35 verbunden, das Kondensationsgerät lädt nunmehr den Inhalt des Speichers in seinem Temperaturniveau auf. Da das Speicherwasser relativ kalt ist, wird das Heizungswasser beim Passieren der Rohrschlange 9 relativ stark abgekühlt, das heißt, es tritt relativ stark abgekühltes Wasser über die Rücklaufleitung 30 in den Kondensationswärmetauscher 15 ein. Dies führt zu einem Weiterbetreiben des Kondensationsheizgerätes im Kondensationsbereich. Erst wenn sich die Temperatur des Brauchwasserspeichers über 45" angehoben hat. nimmt die Kondensationsneigung der Abgase ab. so daß das Heizgerät in einen kondensationsfreien 3Requires the heater, which is connected to the heating flow line 34 or the heating return line 31 as a plurality of radiators or underfloor heating sections connected in parallel and or in series. Heat to what can be seen from a temperature difference between the difference resulting from the flow temperature sensor 27 compared to the set heating curve, the condensation heater goes into operation, that is, the pump 33 runs, the priority switch valve 36 37 is set so that the flow line 32 with the heating flow line 34 is connected, the burner goes into operation, that is, the fan 18 delivers air, and the air is admixed with gas via an opening opening cross section of the gas control valve, so that a stoichiometrically burning gas-air mixture results in a certain throughput. The throughput depends on the temperature deviation. Assuming underfloor heating or other low-temperature heating as the heating system, the condensation heater 14 works in the condensation area, that is, condensing exhaust gas collects at the bottom of the exhaust gas collection hood 38 and is discharged via the siphon 39. If there is now a tap water tap, that is, a tap valve located in the course of the tap water outlet line is opened, then cold water flows in via the cold water supply line 12 into the storage tank. When the temperature sensor 29 reports a corresponding cooling of the memory content to the controller 21, the priority switching valve 36/37 is reversed and the flow line 32 is connected to the storage flow line 35, the condensing device now charges the content of the memory at its temperature level. Since the storage water is relatively cold, the heating water is cooled to a relatively great extent as it passes through the coil 9, that is to say, relatively strongly cooled water enters the condensation heat exchanger 15 via the return line 30. This leads to continued operation of the condensation heater in the condensation area. Only when the temperature of the domestic hot water tank exceeds 45 " has raised. the tendency of the exhaust gases to condense decreases. so that the heater in a condensation-free 3rd

Claims

AT 401 572 B operation passes. The choice of the size of the domestic hot water tank is to be made according to the fact that the tank is drained as often as possible during dispensing operations, that is to say that as much warm water as possible is discharged from it. It would also be possible to switch the setpoint value by switching the condensation heater from feeding the heating system to reloading the domestic hot water tank 7; here it is possible, as the setpoint generator, to no longer pass the slidingly controlled outside temperature specification to the controller 21, but instead rather, a fixed and higher setpoint value via the setpoint generator 24. The higher this setpoint value, the less the condensation heater runs in condensation mode. The period of time in which the condensing boiler operates in condensing mode when the storage tank is charging can be increased further by suppressing the switch-on pulse for storage charging for a certain time. This leads to a further cooling of the storage tank when hot water is drawn off. The period of time is expediently designed to be adjustable in order to be able to work with different conditions. This can be done in the target value transmitter 24 via a timer 40 to be provided there. 1. condensation heater (14) with a heat exchanger (15) heating burner (16), the fuel supply via a in a fuel supply line (19) to the burner (16) arranged control valve (20) as a function of a flow or return temperature of the heat exchanger heated medium is controlled in relation to a target value (22) and which is arranged together with the heat exchanger (15) in a housing (1), characterized in that in a manner known per se in the same housing (1) a domestic hot water tank ( 7) is provided, the heating medium supply (35) and return line (30) can be connected to the heat exchanger (15).

2. A condensation heater according to claim 1, characterized in that for the controller controlling the condensation device (21) a second set value generator (24) is provided, to which the desired set value transmitter (22) is switched when the condensation heater (14 ) is connected to the domestic hot water tank (7).

3. condensation heater according to claim 1 or 2, characterized in that in the controller controlling the condensation device (21) a target value transmitter (24) with an adjustable timer (40) is provided. Including 1 sheet of drawings 4