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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kessel für flüssige Brennstoffe gemäss dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Es sind Kessel bekannt, bei denen senkrecht angeordnete zylindrische Heizflächen vorgese- hen sind. Solche Heizkessel werden mit Verdampferbrennern betrieben, die unterhalb der Heizflä- chen in einem eigenen Brennraum angeordnet sind. Die Verbrennungsluft wird durch ein dafür vorgesehenes Gebläse eingebracht. Zwischen dem Brennraum und dem durch die Heizflächen eingeschlossenen Raum ist dabei ein ringförmiges Leitglied angeordnet. Bei einem solchen Kessel erfolgt der Wärmeübergang von den Flammen bzw. dem Rauchgas auf die Heizflächen primär durch Gasstrahlung und ist daher von mässiger Effizienz. Weiters können sich bei solchen Kesseln zumindest in bestimmten Betriebspunkten Bereiche ausbilden, in denen keine Strömung vorliegt, so dass der Wärmeübergang an den Heizflächen weiter verschlechtert wird.
Andere Heizkessel werden mit Druckzerstäuberbrennern betrieben, welche vorne am Kessel angebracht sind, wobei mit Hilfe der hohen Ölzerstäubungs- und Gebläsedynamik eine zwangs- weise horizontale Flammenentwicklung entsteht. Weiters ist es bekannt, Druckzerstäuberbrenner so anzuordnen, dass eine vertikale Flammenausbildung von oben nach unten erreicht wird.
Ferner sind Kessel bekannt, bei denen Brennstoffe vor der Zündung und vor dem eigentlichen Verbrennungsbeginn innerhalb eines Hohlkörpers, einem sogenannten Flammenerzeuger, in gasförmigem Zustand mit Verbrennungsluft vermischt werden und über Öffnungen in diesem Flammenerzeuger austreten, um gezündet und verbrannt zu werden.
Die DE 42 25 749 A1 beschreibt einen Verdampfungsbrenner. Bei diesem Brenner wird Brenn- stoff in einem porösen Körper verdampft und in ein zylindrisches Mischrohr eingeführt. In diesem Mischrohr erfolgt die Mischung mit der Verbrennungsluft. Konzentrisch ausserhalb des Mischrohrs ist ein zylindrischer Körper zur Umlenkung der Flammen angeordnet. Der Wirkungsgrad eines mit einem solchen Brenner ausgestatteten Kessels ist begrenzt. Ausserdem ist die Baugrösse nach unten hin nicht beliebig zu verkleinern.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den oben beschriebenen Kessel so weiterzubilden, dass ein effizienter Wärmeübergang an den Heizflächen und damit ein hoher Wirkungsgrad er- reicht wird. Weiters sollen die Abgasemissionen, insbesondere die Stickoxidemissionen, verringert werden. Durch Erreichung einer hohen Leistungsfähigkeit soll ein kleiner Bauraum bei grosser Leistung ermöglicht werden. Gleichzeitig sollen Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten leicht und unproblematisch möglich sein.
Erfindungsgemäss ist vorgesehen, dass der Flammenerzeuger im wesentlichen konzentrisch innerhalb einer zylindrischen ersten Heizfläche angeordnet ist, wobei der Vormischbrenner vor- zugsweise lösbar mit einem die Heizflächen enthaltenden Teil des Kessels verbunden ist, wobei vorzugsweise oberhalb der ersten Heizfläche ein Umlenkkörper vorgesehen ist, und bevorzugt radial ausserhalb der ersten Heizfläche eine weitere Heizfläche angeordnet ist. Durch die Ausbil- dung entsprechend der vorliegenden Erfindung wird eine sehr gleichmässige Beaufschlagung der Heizflächen erreicht, was eine hohe Leistung bei geringem Bauraum und einen hohen Wirkungs- grad ermöglicht. Durch eine lösbare Verbindung des Vormischbrenners wird eine besonders leichte Wartung und Instandhaltung möglich.
Vormischbrenner sind aus anderen Fachgebieten bekannt. Dabei wird in einer Verdampfer- kammer der zugeführte Brennstoff verdampft und mit Verbrennungsluft gemischt die über ein Gebläse zugeführt wird. Der Brennstoff wird in einen Flammenerzeuger eingebracht, und über Öffnungen aus diesem in den Brennraum abgegeben. Wesentlich dabei ist, dass im Inneren des Flammenerzeugers Temperaturen unterhalb der Zündtemperatur des brennfähigen Gemisches vorliegen. Ausserdem muss die Strömungsgeschwindigkeit des Gemisches beim Durchtritt durch die Öffnungen des Flammenerzeugers grösser sein als die Brenngeschwindigkeit, um einen Rück- brand zu vermeiden.
Die besonders vorteilhafte Lösung der Erfindung wird hauptsächlich dadurch erreicht, dass sich der wesentliche Teil des Brenners, nämlich der Flammenerzeuger innerhalb des von der Heizflä- che umschlossenen Raumes befindet. Dadurch kann der Wärmeübergang nicht nur durch Konvek- tion und Gasstrahlung sondern auch durch Festkörperstrahlung erfolgen, was zu einer deutlich höheren Effizienz führt.
Da der Vormischbrenner unterhalb des Flammenerzeugers angeordnet ist, und lösbar mit einem die Heizflächen enthaltenden Teil des Kessels verbunden ist, ist der erfindungsgemässe
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Kessel leicht demontierbar, um Inspektions- und Wartungsarbeiten durchführen zu können, so dass der Wartungsaufwand verringert werden kann.
Die Leistungsfähigkeit des erfindungsgemässen Kessels kann dadurch verbessert werden, dass oberhalb des Flammenerzeugers ein Leitkörper vorgesehen ist, der im wesentlichen konzentrisch mit dem Flammenerzeuger ausgebildet ist. Durch die Querschnittsverengung zufolge des Leitkör- pers wird eine Beschleunigung der Rauchgasströmung erreicht, so dass ein verbesserter Wärme- übergang an den Heizflächen erreicht werden kann.
Eine besondere Verbesserung der Rauchgasführung kann dadurch erreicht werden, dass oberhalb der ersten Heizfläche ein Umlenkkörper vorgesehen ist, und dass radial ausserhalb der ersten Heizfläche eine weitere Heizfläche angeordnet ist. Auf diese Weise wird bewirkt, dass die
Rauchgase zunächst an der Innenseite der ersten Heizfläche nach oben strömen, über den oberen
Rand der ersten Heizfläche umgelenkt werden und weiter an der Aussenseite dieser Heizfläche strömen. Durch geeignet ausgebildete Strömungsleitbleche kann die Geschwindigkeit der Strö- mung so eingestellt werden, dass ein optimaler Wärmeübergang möglich ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass ein
Heizungsrücklauf im oberen Bereich der ersten Heizfläche vorzugsweise tangential einmündet.
Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn der Heizungsrücklauf eine Haupteinströmöffnung in die erste Heizfläche und eine Nebeneinströmöffnung in eine weiter Heizfläche aufweist, die ausserhalb der ersten Heizfläche angeordnet ist. Bei herkömmlichen Kesselaufbauten wird der Heizungsrück- lauf üblicherweise im unteren Bereich des Kessels eingeführt. Bei einem Kessel des erfindungs- gemässen Aufbaus würde dies jedoch in bestimmten Betriebsbedingungen zur Bildung von Kon- densaten führen. Bei der Einleitung des Rücklaufs in den oberen Bereich des Kessels kann eine
Kondensation in allen Betriebszuständen sicher vermieden werden. Insbesondere günstig ist dabei die Erzeugung einer tangentialen Geschwindigkeitskomponente des rückgeführten Kesselwassers, um eine örtliche Unterkühlung zu vermeiden.
Indem die Hauptmenge des Rücklaufs in die innere Heizfläche eingebracht wird, wird die Gefahr einer Unterkühlung dadurch zusätzlich minimiert, dass hier die Heizflächenbeaufschlagung besonders gross ist.
In vielen Fällen werden durch einen Kessel zwei unterschiedliche Heizkreise bedient, bei- spielsweise ein Heizkreis für eine Fussbodenheizung und ein weiterer Heizkreis für Radiatoren.
Solche Heizkreise müssen auf einem deutlich unterschiedlichen Temperaturniveau unabhängig voneinander regelbar sein. Eine gegenseitige Beeinflussung kann dadurch weitgehend ausge- schlossen werden, dass vorzugsweise der Heizungsrücklauf einen ersten Rücklauf und einen weiteren Rücklauf aufweist, der vor dem Eintritt in die Heizfläche in den ersten Rücklauf düsenartig eingeführt ist.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass die erste Heizflä- che als zylindrischer Körper ausgeführt ist, der an seiner Aussenseite von Kesselwasser umspült ist, und dass Nachheizflächen rohrförmig oberhalb der ersten Heizfläche angeordnet sind. Ein solcher Aufbau eignet sich besonders für kompakte, wandhängende Zentralheizungskessel mit oder ohne integriertem Brauchwasserbereiter. Bei einer solchen Lösung kann die vertikale Einbau- lage in vorteilhafter Weise ausgenützt werden. Da solche Wandkessel primär im Wohnbereich installiert werden, kommen die besonderen Vorteile des vorverdampfenden Vormischbrenners in Bezug auf die geringe Geräuschemission besonders zum Tragen.
In der Folge wird die Erfindung anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch einen erfindungsgemässen Kessel, die Fig. 2 eine teilweise axonometrische Darstellung, die die Befestigung des Brenners zeigt, wobei Kessel und Brenner getrennt sind, die Fig. 3 eine Darstellung entsprechend der Fig. 2 in zusam- mengebautem Zustand, die Fig. 4 einen teilweisen Schnitt im Bereich der Einmündung des Rück- laufs nach Linie IV-IV in Fig. 5, die Fig. 5 einen Schnitt nach Linie V-V in Fig. 4, und die Fig. 6 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung.
Der erfindungsgemässe Kessel besteht aus einem Gestell 1, an dem ein Vormischbrenner an- geordnet ist, der aus einer Verdampfereinheit 2 und einem darüber angeordneten zylindrischen Flammenerzeuger 4 besteht. Die Verdampfereinheit 2 wird über eine Luftzufuhrleitung 3 mit Verbrennungsluft und über eine nicht dargestellte Brennstoffleitung mit einem flüssigen Brennstoff versorgt. Im oberen Abschnitt des Gestells 1 ist eine Flanschplatte 6 angeordnet. Eine Dichtung ist
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mit 9 bezeichnet.
In den Fig. 2 und 3 ist eine bevorzugte Ausführung der lösbaren Verbindung zwischen dem
Gestell 1 und dem oberen Teil 5 des Kessels dargestellt. An der Flanschplatte 6 sind Anpressha- ken 7 befestigt, die mit Auflaufstücken 8 in Eingriff bringbar sind, die am Kessel 5 befestigt sind.
Dadurch kann die Flanschplatte 6 in der Art eines Bajonettverschlusses am Teil 5 des Kessels befestigt werden. Eine in den Fig. 2 und 3 nicht sichtbare Dichtung ist in einer Nut im unteren
Abschnitt des Teils 5 eingelegt. Eine Sicherungsschraube 10 dient dazu, den nötigen Anpress- druck zu erzeugen, und ein unbeabsichtigtes Lösen des Brenners zu verhindern.
Im oberen Teil 5 des Kessels ist eine erste Heizfläche 11 vorgesehen, die im wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und konzentrisch zum Flammenerzeuger 4 angeordnet ist. Oberhalb des
Flammenerzeugers 4 ist an der ersten Heizfläche 11 ein Leitkörper 12 angeordnet, der ebenfalls zylindrisch ausgebildet ist und konzentrisch zum Flammenerzeuger 4 und zur ersten Heizfläche 11 angeordnet ist. Der Leitkörper 12 ist aus einem hitzebeständigen und isolierenden Material herge- stellt. Radial ausserhalb und konzentrisch zur ersten Heizfläche 11 ist eine weitere Heizfläche 13 angeordnet, die nach oben hin durch einen Umlenkkörper 14 abgeschlossen ist. In dem Spalt 15 zwischen den Heizflächen 11 und 13 sind Strömungsleitbleche 16 angeordnet. Am äusseren Um- fang der weiteren Heizfläche 13 ist ein Rauchgasabzug 17 befestigt.
Durch den oben beschriebenen Aufbau wird folgende Funktion erreicht. Das aus dem Ver- dampfereinheit 2 ausströmende Brennstoff-Luftgemisch wird in dem Flammenerzeuger 4 vollstän- dig verdampft und nach aussen hin abgegeben und verbrannt. Die Rauchgase strömen entlang des
Pfeils 18 zunächst entlang der Innenfläche der ersten Heizfläche 11 nach oben. Durch den Leitkör- per 12 wird eine Verengung des Strömungsquerschnittes und eine Beschleunigung der Strömung erreicht. Der Umlenkkörper 14 lenkt die Strömung nach aussen hin um, so dass diese in den Spalt 15 zwischen der ersten Heizfläche 11 und der weiteren Heizfläche 13 nach unten strömt. Zur Erleichterung von Service- und Wartungsarbeiten ist der obere Umlenkkörper 14 abnehmbar am oberen Rand der weiteren Heizfläche 13 angeordnet.
Die Leitbleche 16 zwingen die Rauchgase zu einer auf- und abgehenden Strömungsbewegung entlang des Umfangs der Heizflächen 11,13.
Letztlich strömen die Rauchgase durch den Rauchgasabzug 17 aus. Der Heizkessel gemäss der vorliegenden Erfindung kann dabei sowohl als Kondensationskessel als auch als herkömmlicher Niedertemperaturkessel betrieben werden. Im ersten Fall sind die Heizflächen im Rauchgasweg so grosszügig dimensioniert und aus korrosionsfestem Material, so dass eine Kondensation des Rauchgases herbeigeführt werden kann, wodurch auch die Kondensationswärme des in den Abgasen enthaltenen Wassers ausgenutzt wird. Dadurch wird die in dem Brennstoff enthaltene Energie bis nahezu an den Brennwert genutzt. Das entstehende Kondensat wird am untersten Punkt des Rauchgasweges 18 abgeleitet. In einem solchen Fall erfolgt die Einleitung des Hei- zungsrücklaufes an einem tiefen Punkt der Heizfläche.
Dadurch wird erreicht, dass die Rauchgase im letzten Teil ihres Strömungsweges auf ein möglichst niederes Temperaturniveau gebracht werden, so dass ein hoher Wirkungsgrad erzielt wird.
Fig. 4 und 5 zeigen den detaillierten Aufbau der Einmündung des Rücklaufs im Fall eines Kes- sels, bei dem eine Kondensation vermieden wird. Ein solcher Kessel ist einfacher und kostengüns- tiger herzustellen als ein Kondensationskessel.
Der Heizungsrücklauf besitzt einen ersten Rücklaufanschluss 20 und einen weiteren Rücklauf- anschluss 21. Diese Rücklaufanschlüsse 20,21 sind beispielsweise einem Fussbodenheizkreis und einem Radiatorheizkreis zugeordnet. Der erste Rücklauf ist als Düse 22 ausgebildet, um die herum ein Ringraum 23 konzentrisch angeordnet ist. Der weitere Rücklauf 21 mündet in diesen Ringraum 23. Auf diese Weise ist es möglich, die Umwälzpumpen für beide Heizkreise im Rücklauf anzuord- nen, wobei eine gegenseitige Beeinflussung der beiden Heizkreise weitestgehend vermieden wird.
Über einen Krümmer 24 gelangt der vereinigte Rücklauf in ein Strömungsrohr 25. Das Strömungs- rohr 25 öffnet sich in die erste Heizfläche 11. Aus der Fig. 5 ist ersichtlich, dass die Öffnung 26 des Strömungsrohres 25 abgeschrägt ausgebildet ist, so dass dem rückströmenden Heizungsmedium eine tangentiale Geschwindigkeitskomponente entlang des Pfeils 27 erteilt wird. Über eine kleinere Öffnung 28 wird ein kleinerer Teil des Rücklaufsmediums in die weiteren Heizflächen 13 eingeführt.
Ein Kesselverbinder 29 umhüllt das Strömungsrohr 25. Durch diese Ausbildung wird sichergestellt, dass die Hauptmenge des rückgeführten Heizungsmediums in die erste Heizfläche 11eingebracht wird Eine aufgeschweisste Stahlplatte 33 im Bereich der Einmündung des Strömungsrohrs 25
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erhöht den Wärmedurchgangswiderstand und verhindert zusätzlich das Auftreten von kalten Berei- chen an der Kesselwandung, die zu einer Kondensation führen könnten.
In der Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung dargestellt. Konzentrisch zum Flammenerzeuger 4 ist eine Heizfläche 11angeordnet. Die Heizfläche 11ist an ihrer Oberseite mit einer Platte 31 abgeschlossen. Ausgehend von dieser Platte 31 sind Nachheizflächen 32 senkrecht nach oben geführt. In dem Inneren der Nachheizflächen sind aus Blech gebogene Strömungshin- dernisse in an sich bekannter Weise eingesetzt, die die Strömungswege der Rauchgase verlän- gern, um einen verbesserten Wärmeübergang zu bewirken. Diese Einsätze werden auch als Tubolatoren 33 bezeichnet. Neben diesen Bauteilen ist ein Brauchwasserbehälter 34 angeordnet.
Alle diese Bauteile sind in einer gemeinsamen Wanne 35 angeordnet, wobei der zwischenliegende Freiraum 36 mit Heizungsmedium gefüllt ist. Eine Isolierung 37 verhindert übermässige Wärme- verluste. Die Verdampfereinheit 2 des Brenners ist unterhalb der Wanne 35 angeordnet, und kann, wie bei der oben beschriebenen Ausführungsvariante, leicht nach unten hin ausgebaut werden. Die Verbrennungsluft wird bei 38 entweder aus der Umgebung oder aus einer entsprechenden Rohrlei- tung zugeführt. Der Rauchgasanschluss ist mit 39 bezeichnet. Bei dieser Ausführungsvariante kommen die besonderen Vorteile der erfindungsgemässen Lösung besonders zum Tragen.
Durch den erfindungsgemässen Brenner kann eine sehr gleichmässige Temperaturverteilung er- reicht werden, so dass eine hohe Leistung erreicht werden kann und gleichzeitig die Stickoxid- emission verringert werden kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kessel für flüssige Brennstoffe, mit Heizflächen (11,13) und mit einem vorzugsweise am äusseren Umfang des Kessels angeordneten Rauchgasabzug (17), sowie mit einem Bren- ner, der aus einer Verdampfereinheit (2) und einem zylindrischen Flammenerzeuger (4) aufgebaut und als Vormischbrenner ausgeführt ist, bei dem in der Verdampfereinheit (2) der Brennstoff verdampft und mit Luft zu einem zündfähigen Gemisch vermischt wird und das Gemisch in den Flammenerzeuger (4) eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet.
dass der Flammenerzeuger (4) im wesentlichen konzentrisch innerhalb einer zylindrischen ersten Heizfläche (11) angeordnet ist, wobei der Vormischbrenner vorzugsweise lösbar mit einem die Heizflächen (11,13) enthaltenden Teil (5) des Kessels verbunden ist, wobei vorzugsweise oberhalb der ersten Heizfläche (11) ein Umlenkkörper (14) vorgesehen ist, und bevorzugt radial ausserhalb der ersten Heizfläche (11) eine weitere Heizfläche (13) an- geordnet ist.