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PATENTANSPRÜCHE
1. Feststoff-Heizkessel, vorzugsweise für die Befeuerung mittels Holz oder fossiler Brennstoffe, mit einem einen Heizraum umgebenden Wassermantel (2), dessen Innenrohr (3) einen Heizraum (4) zur direkten Aufnahme des Brennstoff- materials peripher begrenzt, welcher frontseitig von einer Türe (11) mit einer zentralen Frischlufteintrittsöffnung (12), und rückseitig von einer Nachverbrennungsanordnung (5) für Rauch- und Brenngase abgeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Nachverbrennungsanordnung (5) ein Kesselwasser-Vorheizabschnitt (7) mit in dessen unterem Abschnitt eingebauten Rauchgasführungsmitteln (6) nachgeschaltet ist, welche die Nachverbrennungsanordnung (5) mit einer rückseits des genannten Vorheizabschnittes (7) angeordneten Rauchgaskammer (8) verbinden,
und dass die Rauchgaskammer (8) eine mit der Rückseite (7") des Vorheizabschnittes (7) in Wärmeaustauscherbeziehung stehende Rauchgasströmungslenkeinrichtung (25/25', 26, 27) enthält, über welche die Rauchgase dem Kamin (9) zugeführt werden.
2. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachverbrennungsanordnung (5) mittels einer Rippen-Stützanordnung (23) mit der Vorderwand (7') des Vorheizabschnittes (7) verbunden ist und mit diesem in Wärmeaustauschbeziehung steht.
3. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauchgas-Strömungslenkeinrichtung eine aus Kühlblechen (25') aufgebaute Rauchgasfalle (25) enthält in welcher zentral liegend ein sperrbarer Rauchgas-Direktdurchlasspfad (27) angeordnet ist.
4. Heizkessel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Rauchgas-Direktdurchlasspfad (27) eine bezüglich der Rauchgasdurchtrittsrichtung um 90" schwenkbare Durchlassklappe (26) vorhanden ist, welche in ihrer einen Endstellung den Direktdurchlasspfad vollständig freigibt, und in ihrer anderen Endstellung den Durchlasspfad sperrt, so dass die Rauchgase die Kühlbleche (25') umströmen müssen.
5. Heizkessel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauchgaskammer (8) mit einer rückseitigen Türe (28) verschlossen, und dass die Durchlassklappe (26) in der rückseitigen Türe (28) schwenkbar gelagert und durch eine Steuereinrichtung betätigbar ist.
6. Heizkessel nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlassklappe (26) durch eine Bimetalleinrichtung temperaturabhängig steuerbar ist.
7. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fronttüre (11) auf der Heizraumseite eine als Wärmeübertragungsmittel an die Frischluft arbeitende Luftfüh rungseinrichtung (15) trägt, welche gegenüber der Türinnenwand (11') einen Frischluftströmungsraum (16) mit einem abwärts gerichteten Hauptströmungsweg (17) für im wesentlichen gegen ein Glutbett (29) oder einen Rost (30) strömende primäre Frischluft festlegt, und gegenüber der übrigen Innenrohrfläche einen peripheren Nebenströmungsweg (18) ausbildet, der im wesentlichen für die Zufuhr sekundärer Frischluft an die Rauch- und Heizgase im Heizraum (4) bestimmt ist.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Feststoff-Heizkessel, vorzugsweise für die Befeuerung mittels Holz oder fossiler Brennstoffe, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei bekannten Heizkesseln dieser Art ist es üblich, das Brennmaterial auf einen Rost aufzulegen, unter dem sich ein primär für die Aschenaufnahme, dann aber auch für die Zufuhr wenigstens eines Teiles der Frischluft ausgebildeter Kanal befindet. Nachteilig ist, dass die vorzugsweise kalte Frischluft an die unteren Partien des Glutbettes gelangt und dieses abkühlt, so dass die davon in das darüberliegende Brennmaterial strömenden Rauch- und Heizgase eine eher mässige Temperatur aufweisen. Mit zunehmender Aschenfüllung im Rostkanal gelangt die Frischluft mehr und mehr überwiegend direkt in das über dem Glutbett liegende Brennstoffmaterial.
Daraus resultiert eine schlechte Aufheizung der Rauch- und Heizgase, die auch beim Passieren von Nachverbrennungszonen infolge zu geringer Anfangstemperatur nicht in der Lage sind, die in den Heizgasen vorhandene Wärmeenergie in angemessener Weise abzugeben. Die Überführung solcher wenig ausgenützten Rauch- und Heizgase an das Kamin führt daher zu starker Russ-, Teer- und Kondenswasserausscheidung und nebst einem schlechten Wirkungsgrad des Heizkanals zu Versottung und Verpechung der Abgaswege des Kamins.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Feststoff Heizkessel vorzuschlagen, bei dem die geschilderten Nachteile mit einem relativ einfachen und vor allem wenig stört rungsanfälligen Aufbau wirksam eliminierbar sind. Vor allem soll eine wesentliche Steigerung des Wirkungsgrades des Feststoff-Heizkessels gegenüber dem Stand der Technik erzielt werden, wobei die in das Kamin gelangenden Rauchgase praktisch keine verbrennbaren Bestandteile mehr aufweisen und ihre Wärme optimal in einem vorzugsweise als Vorheizzone des Heizkessels gestalteten Bereich abgeben.
Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 festgelegt. Besondere Ausführungsformen sind durch die abhängigen Ansprüche definiert.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäss gestalteten Feststoff-Heizkessels wird nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt:
Fig. 1 einen erfindungsgemässen Heizkessel schematisch im Längsschnitt, wobei nur die für die prinzipielle Gestaltung erforderlichen Teile dargestellt sind und
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Pfeilrichtung gesehen.
Der Heizkessel enthält im wesentlichen einen mit einer Wärmeisolation 1 versehenen Wassermantel 2 mit einem direkt beheizten Innenrohr 3, der den eigentlichen Heizraum 4 in Längsrichtung innenseitig begrenzt, eine Nachverbren- nungsanordnung 5 für die mit den Rauchgasen anströmenden Heizgase, einen von Rauchgasführungsmitteln 6 durchsetzten Vorheizabschnitt 7 des Wassermantels 2, und eine Rauchgaskammer 8, deren Ausgang mit dem Kamin 9 verbunden ist.
Zur Abstützung des Heizkessels ist schematisch eine Lagerungsstruktur 10 vorgesehen, die auch auf nicht gezeigte Weise die Abschlusselemente der Wärmeisolation 1, des Wassermantels 2 samt dem Innenrohr 3 und die Lagerungselemente einer Fronttüre 11 enthält.
Die frontseitig des Kessels angeordnete Türe 11 enthält neben einer wärmefesten Dichtungsanordnung insbesondere eine zentrale Frischlufteintrittsöffnung 12. Letztere ist mit einer Luftklappe 13 versehen, die durch einen beispielsweise herkömmlichen, auf die Heizwassertemperatur ansprechenden Zugregler 14 gesteuert, die Öffnungsweite des Frischlufteintrittes regelt. Die Fronttüre 11 weist heizraumseitig eine Luftführungseinrichtung 15 auf, die gegenüber der Türinnenwand 11' einen mit der Frischluftöffnung 12 direkt verbundenen Frischluftströmungsraum 16 abgrenzt. Dieser legt einen mit einem niedrigen Strömungswiderstand behafteten, nach unten gerichteten Hauptströmungsweg 17 und einen peripher daran anschliessenden seitwärts und nach oben gerichteten Nebenströmungsweg 18 mit wesentlich höherem Strömungswiderstand fest.
Die unterschiedlichen Widerstandswerte der Luftströmungswege 17 und 18 werden im wesentlichen dadurch erzielt, dass die vorzugsweise aus einem Wandelement mit verstärkter Wärmespeicherfähigkeit bestehende
Luftführungseinrichtung 15 in ihrem unteren Teil segmentförmig abgesetzt ist. Die Grösse dieses Abschnittes kann zur Variierung des Strömungswiderstandes veränderbar sein. Im Hauptströmungsweg 17 fliesst die nachstehend mit Primärzuluft bezeichnete Frischluft. Über dem genannten segmentförmigen Ausschnitt schliesst sich peripher ein Luftspalt von etwa 3 bis 4 mm Breite zwischen dem Rand der Luftführungseinrichtung 15 und dem Innenrohr 3 an, durch die jene Frischluft zuströmt, welche die Verbrennung der in den initialen Rauchgasen vorhandenen Heizgase ermöglicht. Diese Frischluftfraktion wird nachstehend mit Sekundärzuluft bezeichnet.
Dem zweckmässig im hinteren Drittel oder Viertel des Heizkessels angeordneten Vorheizabschnitt 7 ist die Nachverbrennungsanordnung 5 vorgeschaltet, die auf bekannte Weise im wesentlichen aus einer Abschlusswand 21 mit einer obenliegenden Gaseintrittsöffnung 22 unterhalb einem freien Durchlass 4' und in seiner frontseitigen Abschlusswand 21 weitere (nicht gezeigte) Gaseintrittsöffnungen aufweist. Die Nachverbrennungsanordnung 5 sitzt zweckmässig wegnehmbar auf einer Rippenstützanordnung 23 an der Vorderwand 7' des Abschnittes 7 auf. Die aus dem Heizraum 4 abströmenden Rauch- und unverbrannten Heizgase treten über den freien Durchlass 4' und die Öffnung 22 sowie die genannten Öffnungen in der Abschlusswand 21 in die Nachverbrennungsanordnung 5 ein, wie z.B. mit dem obenliegenden Pfeil angedeutet ist.
In der Nachverbrennungsanordnung 5 verbrennen die verbrennbaren Rauchbestandteile und die Heizgase praktisch restlos, wobei die durch die Vorderwand 7' des Vorheizabschnittes 7 bereits etwas gekühlten Anteile durch die Durchlässe 6' und 6" abströmen. Dabei geben die Rauchgase bereits einen erheblichen Teil ihres Wärmeinhaltes an das Wasser im Vorheizabschnitt 7 ab. Sie gelangen sodann - immer in Pfeilrichtung - in den unteren Abschnitt 8' der Rauchgaskammer 8, von wo aus sie vorerst eine im wesentlichen aus Kühlblechen 25' aufgebaute Rauchgasfalle 25 einer Rauchgasströmungslenkeinrichtung passieren müssen. Letztere sind als Wärmeaustauscherflächen gestaltet, mit der Rückwand 7" des Vorheizabschnittes 7 verbunden und zusätzlich samt der Innenfläche des rückwärtig über den Vorheizabschnitt 7 nach rechts hinausreichenden Wassermantels 2 als Wärmeaustauschereinrichtungen wirksam.
Eine symmetrisch auf die Durchlässe 6', 6" und die Kühlbleche 25' ausgerichtete temperaturgesteuerte Rauchgas Durchlassklappe 26 kann - von Hand oder automatisch gesteuert - im Bereich eines Direktdurchlasses 27 in zwei senkrecht zueinanderstehende Extremstellungen gebracht werden: In der ersten, mit unterbrochenem Strich gezeigten vertikalen Stellung erlaubt er den Rauchgasen - zwecks Erzielung eines starken Luftzuges hauptsächlich in der Anwärmperiode bzw. beim Heizungsbeginn des Kessels, aber auch bei Schwachlastbetrieb und gedrosselter Frischluftzufuhr über die Öffnung 12 -, unmittelbar von den Durchlässen 6', 6" in das Kamin 9 aufzusteigen, ohne die Rauchgasfalle 25 bzw.
die Kühlbleche 25' passieren zu müssen. In der zweiten, mit ausgezogenem Strich gezeigten horizontalen Stellung der Rauchgasklappe 26, in welche sie infolge zunehmender Rauchgastemperatur z.B. mittels einer Bimetallsteuerung gebracht worden ist, sperrt sie den direkten Weg zum Kamin 9, so dass die Rauchgase nun die Kühlbleche 25' wärmeaustauschend passieren müssen.
Zur Vereinfachung des Aufbaus und des Unterhaltes des Heizkessels ist er mit einer einfach wegnehmbaren Rückwand oder rückseitigen Türe 28 versehen, an der die Rauchgas Durchlassklappe 26 samt ihren allenfalls auch manuell betätigbaren Steuerelementen aufgebaut sein kann.
Beim Betrieb des erfindungsgemässen Heizkessels wird bei Holzbefeuerung das Brennmaterial direkt auf den Basisbereich 3' des Innenrohres 3 aufgelegt, so dass dort ein mit Asche durchsetztes Glutbett 29 entsteht. Im Falle der Kohlenbefeuerung ist ein mit unterbrochenem Strich gezeigter Rost 30 vorzusehen, um die Zuführung der Zuluft unter das Glutbett der Kohle zu erreichen. Die Primär- und Sekundärverbrennungsluft gelangt über die Eintrittsöffnung 12 in der Fronttüre 11 und die geregelte Luftklappe 13 auf oben beschriebene Weise in den Brenn- oder Heizraum 4. Die Verbrennungsluft (primär und sekundär) wird betriebsmässig durch die Luftführungseinrichtung 15 vorgewärmt, so dass im Bereich der Lufteintrittsstellen der Haupt- und Nebenströmungswege 17, 18 auch in der kritischen Anheizperiode keine Kondensatbildung auftritt.
Über die genannen Öffnungen der Nachverbrennungsanordnung 5 gelangen heisse Gase aus der Mitte des Heizraumes 4, deren Temperatur bei 500-700 C liegen. zwischen die Nachverbrennungsanordnung 5 und die Vorderwand 7' des Vorheizabschnittes 7.
Dadurch werden die aus dem Heizraum 4 aufsteigenden und die Innenwand 3 bestreichenden Rauch- und Heizgase, die bereits einen Teil ihrer Wärmeenergie abgegeben haben und auf eine Temperatur von 300450 " C abgekühlt sind, wieder aufgeheizt und auf die Temperatur des Flammpunktes gebracht, wobei sie praktisch vollständig verbrennen. Durch die Durchlässe 6', 6" der Rauchgasführungsmittel 6 gelangen sie sodann in den unteren Abschnitt 8' der in Gasdurchlaufrichtung hinter dem Vorheizabschnitt 7 liegenden Rauchgaskammer 8.
Die Durchlässe 6', 6" liegen unmittelbar benachbart der kältesten Zone des Wassermantels 2, nämlich nächst des Rücklaufwassereintritts 32. (Der Vorlaufanschluss 33 ist am Heizkessel vorne obenliegend angeordnet.) Das Rücklaufwasser strömt zur Vermeidung einer direkten Anströmung der Durchlässe 6', 6 ' gegen eine im Wassermantel 2 gegenüberliegend angeordnete Prallplatte 34. Dadurch kann eine Kondenswasserbildung in den Durchlässen 6', 6" im Anfahrtsbetrieb und im Kleinlastbetrieb im wesentlichen verhindert werden.
Rauchgase mit einer Temperatur unter 160 C werden dem oberen Abschnitt der Rauchgaskammer 8 direkt zugeleitet. Im automatisch regulierten Betrieb werden die Rauchgase über die Rauchgasfalle 25 geführt, von wo aus sie dem Kamin 9 zugeleitet werden und in dieses mit einer zwischen etwa 160 und 320 C (im Anfahrtsbetrieb) liegenden etwa mittleren Temperatur von 190-220 C eintreten.