AT505165B1 - Speicherblock als einsatz für den brennraum eines heizkessels mit ölfeuerung - Google Patents

Description

2 AT 505 165 B1

Die Erfindung betrifft einen Speicherblock als Einsatz für den Brennraum eines Heizkessels mit Ölfeuerung, der parallele Platten mit einer zentralen durchgehenden Öffnung als zentralen Flammenkanal aufweist.

Aus der DE 25 34 719 B2 ist eine Brennkammer eines Heizungskessels bekannt, in dem an den temperaturmäßig höchstbelasteten Stellen an den Wänden Gussplatten angeordnet sind. Es werden dadurch extreme Temperaturunterschiede der wasserführenden Kesselteile ausgeglichen und eine Überbeanspruchung des Kesselmaterials verhindert. Auf diese Weise kann die Lebensdauer eines Heizungskessels erhöht werden. Die DE 73 44 118.6 U betrifft einen Koksheizkessel mit relativ großem Brennraum, der auf Ölfeuerung umgestellt werden soll. Da ein bloßer Anbau eines Ölbrenners nicht ausreicht, um eine gleichmäßige vollständige Verbrennung in dem übergroßen Brennraum zu erhalten, werden Einsätze in Form von Leitblechen für die Brennerflamme vorgeschlagen, die auf Rahmengestellen unmittelbar im Brennraum positioniert werden.

Aus der DE 20 2005 015 992 U1 ist ein Wärmespeicherelement für den Einsatz in einem Brennraum eines Heizgerätes mit einer Prallscheibe bekannt. Diese ist gleichzeitig auch als ein groß-volumiges Wärmespeicherelement ausgebildet, welches sich in Längsrichtung in der Brennkammer erstreckt. In dem Wärmespeicherelement ist eine Durchgangsbohrung mit rundem, ovalem oder polygonem Querschnitt vorgesehen. Maßnahmen zur Flammenverzweigung in einem Schichtenaufbau aus parallelen Platten wurden dabei nicht getroffen.

Die DE 26 32 788 A1 betrifft einen Heizkessel mit Wärmespeicherelementen in der Rauchgaskammer, die den Strömungswiderstand der Rauchgase erhöhen. Die Rauchgase durchdringen die einzelnen Wärmespeicherelemente. Eine Flammenverzweigung in einem Speicherblock durch Seitenkanäle ist nicht vorgesehen.

Die DE 16 04 095 A1 zeigt eine Prallplatte aus feuerfestem Werkstoff für einen Ölbrenner, die auf Grund ihrer Anordnung und Ausführung das direkte Auftreffen der Flammen auf der Kesselwand verhindert. In der Prallplatte selbst wird Wärme gespeichert. Ein Wärmespeichereinsatz für einen Heizkessel mit Ölfeuerung nach der DE 24 57 529 A1 umfasst einen Block mit einer Anzahl von Kanälen, die zur Aufteilung der Flamme vorgesehen sind. Damit wird die gleichmäßige Wärmeabgabe an den Kessel erreicht und örtliche Überhitzungen können vermieden werden.

Die Erfindung zielt darauf ab, den Wirkungsgrad eines Heizkessels zu verbessern, insbesondere die Schadstoffe etwa bei Ölfeuerung pro Zeiteinheit zu reduzieren und Brennstoff zu sparen. Ein einfacher Aufbau und eine kostengünstige Herstellung sowie Wartung sind weitere Ziele. Dies wird mit einem Speicherblock der eingangs beschriebenen Art dadurch erreicht, dass in den einander zugewandten Flächen der parallelen, unmittelbar aneinander liegenden Platten etwa radial zur durchgehenden Öffnung orientierte Ausnehmungen vorgesehen sind, die paarweise aus dem Speicherblock herausführende Seitenkanäle zur Flammenverzweigung bilden. Die Platten bestehen aus wärmespeicherndem Material wie Schamotte oder beispielsweise auch Speckstein. Durch die Aneinanderreihung bilden die deckungsgleich liegenden Ausnehmungen in den beiderseitigen Oberflächen der Platten geschlossene Kanäle, durch welche Teile der zentralen Flamme seitlich ausgelenkt werden. Dadurch erfüllt die Brennerflamme den gesamten Brennerraum und heizt den Speicherblock darüber hinaus noch auf. Auch der Heizkessel selbst wird gleichmäßig thermisch belastet. Dies gilt für Ölbrenner und Gasbrenner gleichermaßen. Die Platten, die den Speicherblock aufbauen, sind sehr einfach herzustellen, zumal sie bloß eine zentrale Bohrung und sternförmig auseinanderführende Ausnehmungen in den einander gegenüber liegenden Oberflächen haben.

Im Zuge der Heizungsregelung ist es bekannt, dass die Abgase in den Startphasen des Brenners problematisch sind, jedoch im Vollbetrieb ab Erreichen der Betriebstemperatur weit unter den Grenzwerten liegen. Durch die Wärmespeicherung im Speicherblock gelingt es, die Tempe- 3 AT505 165B1 ratur in der Anlage für einen längeren Zeitraum über der Einschalttemperatur für den Brenner zu halten. Dadurch kommt es zu weniger Brennerstarts und damit zu günstigeren Abgaswerten pro Zeiteinheit. Der Speicherblock ist infolge der hohen Flammentemperatur selbstreinigend. Ein Zerlegen in die einzelnen Platten kann sehr schnell durchgeführt werden, ebenso der Aus-5 tausch einzelner Platten bei Verschleiß oder dann, wenn eine spezielle Flammenablenkung oder Verteilung im Brennraum gewünscht wird.

Eine besondere Ausführung ist dadurch gekennzeichnet, dass die von der zentralen Öffnung ausgehenden etwa radialen Ausnehmungen der parallelen Platten in Flammenrichtung geneigt 10 sind, dass der Boden der Ausnehmungen bezüglich der Achse des Flammenkanals jeweils eine Pyramidenfläche bildet und dass die Seitenwände der Ausnehmungen fächerförmig divergieren. Durch die Orientierung der radialen Flammenkanäle entsprechend einem Flammenkegel kommt es zu einem harmonischen Strömungsbild, das Vorteile hinsichtlich der Verbrennung sowohl bezüglich des Brennstoffverbrauches aber insbesondere hinsichtlich der Abgaswerte bringt. 15

Die Geometrie der Platten ist auf einfache Herstellung und optimalen Wirkungsgrad im Kessel abgestimmt. Dies wird dadurch erreicht, dass die Platten von einem quadratischen Umriss ausgehen und vier Ausnehmungen auf jeder Flachseite entsprechend der Seitensymmetralen orientiert sind, dass die Ecken des Quadrates abgeflacht bzw. abgeschnitten sind, wobei sich 20 für die Platten die Form eines flachen achteckigen Prismas ergibt und dass radiale Stege in voller Stärke der Platte die Ausnehmungen jeder Flachseite voneinander trennen und die gegenseitigen Anlageflächen des Plattenpaktes bzw. Speicherblockes bilden. Dabei können in den Stegen axiale Bohrungen für Gewindestangen zum Zusammenspannen der Platten zu einem Plattenpaket vorgesehen sein. 25

Ein weiterer Vorteil des Speicherblocks gemäß der Erfindung liegt darin, dass ein Heizkessel bei gleicher Leistung viel kürzer gebaut werden kann. In diesem Sinn ist es zweckmäßig, wenn die im Speicherblock in Flammenrichtung zuletzt geschichtete Platte einen kleineren Durchmesser der Bohrung für den zentralen Flammenkanal aufweist, als die vorgelagerten Platten 30 bzw. wenn sich diese Durchmesser von Platte zu Platte bis zur letzten Platte hin verengen. Dadurch wird die Flamme gezwungen, Abzweigungen zur Seite hin zu bilden und insbesondere am Ende des Speicherblocks verstärkt in radialer Richtung auszuweichen. Dazu kann es auch vorteilhaft sein, wenn die im Speicherblock in Flammenrichtung zuletzt geschichtete Platte mittig einen Kegel zur Flammenumlenkung aufweist, dessen Spitze in den Flammenkanal gegen die 35 Flammenrichtung orientiert ist. Ergänzend oder alternativ dazu ist es zweckmäßig, wenn die im Speicherblock in Flammenrichtung zuletzt geschichtete Platte einen Bohrungskranz von sternförmig räumlich auseinander laufenden Bohrungen aufweist, deren Bohrungsachsen die Erzeugenden eines Kreiskegelmantels sind, dessen Kegelachse der Mittelachse des Flammenkanals entspricht. 40

Zwischen dem Speicherblock und dem Brennraum ist rundum ein Spalt vorgesehen, der etwa 2 cm betragen kann. Dazu können ferner in der Mantelfläche des Speicherblocks axiale Ausnehmungen als Flammenleitkanäle vorgesehen sein. 45 Ausführungsbeispiele zum Erfindungsgegenstand sind in der Zeichnung dargestellt.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Heizkessel mit einem Speicherblock im Querschnitt, Fig. 2 eine Platte des Speicherblockes in Draufsicht, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie lll-lll in Fig. 2, Fig. 4 eine Ansicht der Platte nach Fig. 2 von der Seite, Fig. 5 eine Variante einer Platte für den so Speicherblock in Draufsicht, Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie Vl-Vl in Fig. 5 und Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie Vll-Vll in Fig. 5.

Ein Heizkessel 1 mit einem Ölbrenner 2 weist einen Brennerraum 3 auf, der von einem Wassermantel 4 umgeben ist. Im Brennerraum 3 befindet sich ein Speicherblock 5, der aus paralle-55 len Platten 6, 7, 8, 9, 10 zusammengesetzt ist, die durch Gewindestangen in Bohrungen 11

Claims (8)

1. 4 AT 505 165 B1 (Fig. 29 zu einem Paket oder Block zusammengespannt sind. In diesem Ausführungsbeispiel haben die Platten 6, 7, 8, 9, 10 Füße 12, sodass der Speicherblock 5 einfach in den Brennraum 3 hineingestellt werden kann. Es kann aber auch eine Haltekonstruktion z.B. aus Eisen vorgesehen sein. Die Platten 6, 7, 8 und 9 sind jeweils mit einer zentralen Öffnung 13 als Flammenkanal ausgebildet. Die Öffnungen können im Durchmesser gleichgroß sein oder allenfalls abnehmen, um die Flamme des Ölbrenners 2 in radial ausgerichtete Seitenkanäle 14 zur Flammenverzweigung zu zwingen. Diese Seitenkanäle 14 werden durch radiale Ausnehmungen 15, 16 in den gegeneinander gerichteten Flächen benachbarter Platten, z.B. der Platten 8, 9 gebildet. Fig. 2 zeigt die Platte 8 in Draufsicht. Die Ausnehmungen 15 sind jeweils vierfach beiderseits der Platte 8 vorgesehen. Wenn man mehrere solcher Platten zu einem Paket oder Block zusammenspannt, dann ergeben sich die vorgenannten radialen Seitenkanäle 14, die vom zentralen Flammenkanal (Öffnung 13) abzweigen. Alle Platten des Speicherblockes können so ausgebildet sein, wie es Fig. 2, 3 und 4 zeigt. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 weisen die Öffnungen 13 unterschiedliche Durchmesser auf und die letzte Platte 10 umfasst mittig einen Kegel 16 in der zentralen Öffnung 13 dieser Platte 10. Der Kegel 16 kann durch radiale Stege mit der Platte 10 verbunden sein. Es kann auch bloß ein Bohrungskranz vorgesehen sein, mit räumlich auseinander laufenden Bohrungsachsen, die von den Erzeugenden eines Kreiskegelmantels gebildet werden. Die Bohrungen 17 liegen dicht nebeneinander, und laufen strahlenförmig auseinander, sodass die Flammenzunge mehrfach geteilt und von einem theoretischen Aufprallpunkt an der ßrenn-raum-Hinterwand kegelförmig abgelenkt wird. Ergänzend zu Fig. 2 wird bemerkt, dass die Ausnehmungen 15 auseinander laufende Seitenwände aufweisen können, um der Verbrennung der Gase während der Expansion gerecht zu werden. Der Speicherblock 5 hat rundherum etwa gleichen Abstand zu den Brennraumwänden. Es können gemäß Fig. 2 randseitig an den Platten Ausnehmungen 23 vorgesehen sein, die an der Mantelfläche des Speicherblocks 5 Kanäle bilden. Wie die Pfeile in Fig. 1 andeuten, wird die Flamme in viele Verzweigungen aufgeteilt, woraus eine gleichmäßige Hitzebelastung der Brennkammerwände und ein gleichmäßiger Wärmeübergang zum Wassermantel resultiert. Als Werkstoff für die Platten 6, 7, 8, 9, 10 eignen sich Schamotte, Speckstein oder andere hitzebeständige und wärmespeichernden Materialien. Die Fig. 5, 6 und 7 zeigen eine Alternative für die Platten des Speicherblocks 5. Gemäß Fig. 5 hat die Platte 18 von der zentralen Öffnung 13 ausgehende Ausnehmungen 19, die aber im Vergleich zu den Ausnehmungen 15 (Fig. 2) in Flammenrichtung (Pfeil 22, in Fig. 6) geneigt sind. Der Boden der Ausnehmung 19 bildet eine Teilfläche einer Pyramide. Lediglich Stege 20 verbleiben zwischen den Ausnehmungen 19 in voller Höhe der Platte 18. Wie Fig. 6 zeigt, bilden sich bei Aneinanderreihung von Platten 18,18' sternförmig auseinander laufende Seitenkanäle 21, die leicht schräg in Flammenrichtung verlaufen. Dadurch wird die Ausbildung von Flammenverzweigungen begünstigt. Patentansprüche: 1. Speicherblock als Einsatz für den Brennraum eines Heizkessels mit Ölfeuerung, der parallele Platten mit einer zentralen durchgehenden Öffnung als zentralen Flammenkanal aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in den einander zugewandten Flächen der parallelen unmittelbar aneinander liegenden Platten (6, 7, 8, 9, 10, 18, 18’) etwa radial zur durchgehenden Öffnung (13) orientierte Ausnehmungen (15, 16, 19) vorgesehen sind, die paarweise aus dem Speicherblock (5) herausführende Seitenkanäle (14, 21) zur Flammenverzweigung bilden. 5 AT 505 165 B1
2. 2. Speicherblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von der zentralen Öffnung (13) ausgehenden etwa radialen Ausnehmungen (15, 16, 19) der parallelen Platten (6, 7, 8, 9, 10, 18, 18') in Flammenrichtung geneigt sind, dass der Boden der Ausnehmungen (15, 16) bezüglich der Achse des Flammenkanals jeweils eine Pyramidenfläche bildet und dass die Seitenwände der Ausnehmungen (15, 16, 19) fächerförmig divergieren (Fig. 5).
3. 3. Speicherblock nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (6, 7, 8, 9, 10, 18, 18') von einem quadratischen Umriss ausgehen und vier Ausnehmungen (15, 16, 19) auf jeder Flachseite entsprechend der Seitensymmetralen orientiert sind, dass die Ecken des Quadrates abgeflacht bzw. abgeschnitten sind, wobei sich für die Platten (18, 18') die Form eines flachen achteckigen Prismas ergibt und dass radiale Stege (20) in voller Stärke der Platte (18, 18') die Ausnehmungen (15, 16, 19) jeder Flachseite voneinander trennen und die gegenseitigen Anlageflächen des Plattenpaktes bzw. Speicherblockes (5) bilden (Fig. 5).
4. 4. Speicherblock nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in den Stegen (20) axiale Bohrungen (11) für Gewindestangen zum Zusammenspannen der Platten (6, 7, 8, 9, 10, 18, 18') zu einem Plattenpaket vorgesehen sind.
5. 5. Speicherblock nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die im Speicherblock in Flammenrichtung zuletzt geschichtete Platte (10) einen kleineren Durchmesser der Bohrung für den zentralen Flammenkanal aufweist, als die vorgelagerten Platten bzw. dass sich diese Durchmesser von Platte zu Platte (6, 7, 8, 9, 10, 18, 18') bis zur letzten Platte (10) hin verengen.
6. 6. Speicherblock nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die im Speicherblock (5) in Flammenrichtung zuletzt geschichtete Platte (10) mittig einen Kegel (16) zur Flammenumlenkung aufweist, dessen Spitze in den Flammenkanal gegen die Flammenrichtung orientiert ist.
7. 7. Speicherblock nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die im Speicherblock (5) in Flammenrichtung zuletzt geschichtete Platte (10) einen Bohrungskranz von sternförmig räumlich auseinander laufenden Bohrungen (17) aufweist, deren Bohrungsachsen die Erzeugenden eines Kreiskegelmantels sind, dessen Kegelachse der Mittelachse des Flammenkanals entspricht.
8. 8. Speicherblock nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Mantelfläche des Speicherblocks (5) axiale Ausnehmungen (23) als Flammenleitkanäle vorgesehen sind. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen /