DE102004020346B4 - Brennwertheizkessel - Google Patents
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Abstract
Brennwertheizkessel, bestehend aus einem im Wesentlichen zylindrischen, horizontalangeordneten Brennraum im Zentrum für einen Öl- oder Gasbrenner, einem diesen umgebenden Wasserraum zur Kühlung der Nachschaltheizflächen, einem Abgasstutzen, einem Kondensatablauf im unteren Bereich der Nachschaltheizflächen sowie einer Kesseltür, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserraum aus mindestens zwei einander zugeordneten und wasserseitig verbundenen Teilbereichen (7, 7') besteht, welche derart ineinander greifen, dass zwischen zugeordneten Wänden der Teilbereiche (7, 7') des Wasserraumes mindestens ein Ringspalt (8) als Nachschaltheizfläche ausgebildet wird, wobei ein erster Teilbereich (7) des Wasserraumes an der Kesseltür (6) angeordnet ist und mit seiner Innenwand im Wesentlichen die Mantelfläche des Brennraumes (2) bildet, und wobei ein zweiter Teilbereich (7') des Wasserraumes im Wesentlichen den Boden des Brennraumes (2) bildet und zur Ausbildung eines Ringspalts (8) als Nachschaltheizfläche den ersten Teilbereich (7) des Wasserraumes außen mit Abstand umgreift und/oder diesem zugeordnete Wandbereiche aufweist.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Brennwertheizkessel nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
- Derartige Brennwertheizkessel werden mit Öl- oder Gasgebläsebrennern in einer Brennkammer befeuert. In nachgeschalteten Heizgaszügen findet dann der Wärmetausch zwischen den Heizgasen und dem Kesselwasser in einem umgebenden Wasserraum mit Vor- und Rücklaufanschlüssen statt. Dabei werden die Heizgase bis auf ein sehr niedriges Temperaturniveau unter den Taupunkt abgekühlt, um die latent im Abgas enthaltene Kondensationswärme zu nutzen. Für den Wärmeübergang bei entsprechend kleinen Temperaturdifferenzen zwischen Heizgas und Heizungswasser werden einerseits große Wärmetauscherflächen benötigt, andererseits sind aber Bauvolumen und Materialaufwand begrenzt. Zusätzlich müssen die verwendeten Materialien, wie zum Beispiel der relativ teure Werkstoff Edelstahl, erhöhte Anforderungen bezüglich Korrosionsbeständigkeit erfüllen.
- Aus der
DE 295 17 325 U1 sind Wärmetauscherrohre mit Einformungen zur Verbesserung des Wärmeübergangs bekannt. Mehrere solcher Rohre bilden dann einen Rohrbündel-Wärmetauscher, der beispielsweise über eine Einströmkammer mit einer oberen, horizontal angeordneten Brennkammer und mit einer Ausströmkammer mit dem Abgassammler verbunden ist. Diese Konzeption eignet sich wegen des relativ großen Gesamtaufbaus für größere Kesselleistungen. - Besonders für in Wohn- oder Nutzräumen aufgestellte Heizgeräte, im Wesentlichen im kleineren Leistungsbereich, ist ein kompakter Aufbau von Bedeutung, zum Beispiel um auch wandhängende Konzepte zu realisieren. Die
DE 102 11 489 C1 zeigt einen Kompaktheizkessel, insbesondere als Brennwertheizkessel. Mindestens eine Wasser führende Rohrwendel umgibt dabei die zylindrische, horizontal angeordnete Brennkammer, wobei zwischen den einzelnen Wendelgängen jeweils Spalte entstehen, durch die die Heizgase radial von der Brennkammer im Inneren nach außen in einen Abgassammelraum strömen. Dieser befindet sich unter dem Kesselmantel, begrenzt die gesamte Anordnung nach außen, besitzt nach oben hin einen Abgasstutzen und am tiefsten Punkt im unteren Bereich einen Kondensatablauf. Allerdings ist eine Reinigung dieser für das Montagepersonal schlecht einsehbaren Spalte relativ aufwendig und die Rohrwendel ist wegen des geringen Wasserinhalts zwangsdurchströmt. - Weiterhin geht aus der
DE 39 27 740 A1 eine Ölfeuerungsanlage zum Verbrennen von Altöl hervor, bei dem der Wasserraum aus zwei einander zugeordneten Teilen besteht. Erstens ist dabei ein die Brennkammer bildender, topfartiger Innenbereich vorgesehen, welcher zweitens von einem äußeren, Wasser führenden Zylinder umgeben und mit diesem wasserseitig verbunden ist. Beide Teile dieser Anordnung sind starr miteinander verbunden und im dazwischen angeordneten Ringspalt sind Abstandhalter und Strömungsleitkörper angebracht. Zusätzlich ist eine Wasser führende Kesseltür vorgesehen. Diese nimmt den Brenner auf, verschließt stirnseitig den Kesselkörper und gibt stirnseitig am topfartigen Innenbereich einen Spalt als Überströmöffnung frei, so wie in Verbindung mit Brennkammern für eine so genannte Umkehrfeuerung üblich. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kompakt aufgebauten Brennwertheizkessel zu schaffen.
- Erfindungsgemäß wird dies mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
- Der Brennwertheizkessel ist dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserraum aus mindestens zwei einander zugeordneten und wasserseitig verbundenen Teilbereichen besteht, welche derart ineinander greifen, dass zwischen zugeordneten Wänden der Teilbereiche des Wasserraumes mindestens ein Ringspalt als Nachschaltheizfläche ausgebildet wird.
- Dazu ist ein erster Teilbereich des Wasserraumes an der Kesseltür angeordnet und bildet mit seiner Innenwand im Wesentlichen die Mantelfläche des Brennraumes. Ein zweiter Teilbereich des Wasserraumes bildet im Wesentlichen den Boden des Brennraumes, umgreift den ersten Teilbereich des Wasserraumes außen mit Abstand und/oder weist diesem zugeordnete Wandbereiche auf. Dadurch ergibt sich ein Ringspalt als Nachschaltheizfläche zwischen den beiden Teilbereichen.
- Dieser mindestens eine Ringspalt beginnt vorzugsweise im Bereich des Brennraumbodens. Dort ist mindestens eine Einströmöffnung für die Heizgase vorgesehen. Der Querschnitt des mindestens einen Ringspalts nimmt von der Einströmöffnung im Bereich des Brennraumbodens ausgehend, in Strömungsrichtung der Heizgase, nach außen hin ab. Dadurch erfolgt eine Anpassung der Nachschaltheizfläche an das abnehmende Volumen der sich abkühlenden Heizgase.
- In einer ersten Ausführungsform verläuft der mindestens eine Ringspalt, ausgehend vom Bereich des Brennraumbodens, an der Trennstelle der beiden Teilbereiche des Wasserraumes in radialer Richtung, rechtwinklig zur Brennraumachse, nach außen. In diesem Fall ist der erste Teilbereich des Wasserraumes an der Kesseltür, welcher im Wesentlichen den Brennraum umgibt, als Hohlzylinder gestaltet.
- Dem gegenüber beginnt der mindestens eine Ringspalt in einer zweiten Ausführungsform im Bereich des Brennraumbodens und verläuft an der Trennstelle der beiden konisch gestalteten Teilbereiche des Wasserraumes radial nach außen, in einem Winkel zur Brennraumachse und in Richtung Kesseltür. Außen mündet der Ringspalt dann in einer ringförmigen Abgassammelkammer, welche mit dem Abgasstutzen an der Oberseite in Verbindung steht. Dazu ist die Abgassammelkammer unterhalb eines die Gesamtanordnung nach außen begrenzenden Kesselmantels angeordnet. Auf der Innenseite wird sie von den äußeren Wänden der Teilbereiche des Wasserraumes begrenzt.
- Der mindestens eine Ringspalt als Nachschaltheizfläche kann in einer weiteren Ausführungsform auch wedelförmig nach außen verlaufen. Dementsprechend sind die einander zugeordneten Wände an der Trennstelle der beiden Teilbereiche des Wasserraumes ausgeführt, wobei die Heizgase abwechselnd zur Kesseltür und zur Kesselrückseite hin geleitet werden.
- Zur Turbulenzerhöhung und Verbesserung des Wärmeübergangs in der Nachschaltheizfläche können die einander zugeordneten Wände an der Trennstelle der beiden Teilbereiche des Wasserraumes eingeprägte Strukturen besitzen. Alternativ oder ergänzend dazu kann mindestens eine der einander zugeordneten Wände an der Trennstelle mit aufgesetzten Strömungs- und/oder Wärmeleitelementen versehen sein. Vorzugsweise sind diese Strömungs- und/oder Wärmeleitelemente in der Nachschaltheizfläche als radial gekrümmte Rippen gestaltet.
- Um die Abmessungen des mindestens einen Ringspalts als Nachschaltheizfläche genau einzuhalten, werden die mindestens zwei einander zugeordneten Teilbereiche des Wasserraumes über Anschlagflächen und/oder Nocken zueinander positioniert.
- Mit der erfindungsgemäßen Gestaltung wird ein kompakt aufgebauter Brennwertheizkessel geschaffen. Die Nachschaltheizfläche ist gut zugänglich und liegt frei, wenn der vordere Teilbereich des Wasserraumes an der Kesseltür für Wartungsarbeiten herausgezogen und zur Seite geschwenkt wird. Der Öffnungsmechanismus besteht entweder aus der Kombination von zwei Drehpunkten mit einem Schwenkarm oder aus einer linearen Führung mit einem Drehpunkt. Daher erfolgt die wasserseitige Verbindung mit dem hinteren Teilbereich über elastische Metallschläuche. Für Inspektions- und Reinigungsarbeiten ist die gesamte Nachschaltheizfläche einsehbar, und es wird kein Spezialwerkzeug benötigt. Auch fertigungstechnisch bietet die erfindungsgemäße Gestaltung Vorteile, weil wesentliche Bauteile, insbesondere des Wasserraumes, kostengünstig durch Umformtechniken, zum Beispiel durch Tiefziehen, hergestellt werden können.
- Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Es zeigt:
-
1 : Einen Brennwertheizkessel mit einem in radialer Richtung, rechtwinklig zur Brennraumachse verlaufenden Ringspalt als Nachschaltheizfläche in einem vertikalen Längsschnitt, -
2 : einen Brennwertheizkessel mit einem radial nach außen, in einem Winkel zur Brennraumachse verlaufenden Ringspalt als Nachschaltheizfläche und konisch gestalteten Teilbereichen des Wasserraumes in einem vertikalen Längsschnitt sowie -
3 : ein Ringspalt als Nachschaltheizfläche eines Brennwertheizkessels mit radial gekrümmten Rippen in einem vertikalen Querschnitt. - Der Brennwertheizkessel besteht im Wesentlichen aus einem Kesselmantel
1 , einem zylindrischen, horizontal angeordneten Brennraum2 für einen Öl- oder Gasbrenner3 , einem Abgasstutzen4 , einem Kondensatablauf5 im unteren Bereich sowie einer Kesseltür6 . - Der Wasserraum besteht aus mindestens zwei einander zugeordneten und wasserseitig verbundenen Teilbereichen
7 ,7' , welche derart ineinander greifen, dass zwischen zugeordneten Wänden der Teilbereiche7 ,7' mindestens ein Ringspalt8 als Nachschaltheizfläche für einen besonders intensiven Wärmetausch entsteht. Dabei ist der erster Teilbereich7 des Wasserraumes an der Kesseltür6 angeordnet und bildet mit seiner Innenwand im Wesentlichen die Mantelfläche des Brennraumes2 . Der zweite Teilbereich7' ist hauptsächlich als Boden des Brennraumes2 vorgesehen. - Gemäß
1 verläuft der Ringspalt8 als Nachschaltheizfläche in radialer Richtung, etwa rechtwinklig zur Brennraumachse, und der erste Teilbereich7 des Wasserraumes an der Kesseltür6 ist zylindrisch gestaltet. Ausgehend vom Boden des Brennraumes2 gelangen die Heizgase somit durch den Ringspalt8 in eine ringförmige Abgassammelkammer9 , welche zur Außenseite hin vom Kesselmantel1 und nach innen hin von der äußeren Wand des ersten Teilbereiches7 des Wasserraumes begrenzt ist. -
2 zeigt einen radial nach außen, in einem Winkel zur Brennraumachse verlaufenden Ringspalt8 als Nachschaltheizfläche, gebildet durch konisch gestaltete, einander zugeordnete Teilbereiche7 ,7' des Wasserraumes. Dazu umgreift der zweite Teilbereich7' des Wasserraumes den ersten Teilbereich7 außen mit einem definierten Abstand. Die Heizgase strömen aus dem Bodenbereich des Brennraumes2 , durch den Ringspalt8 , an den Wänden der Teilbereiche7 ,7' des Wasserraumes entlang, zur Kesseltür hin und treten dort in die ringförmige Abgassammelkammer9 ein. - Zur Turbulenzerhöhung und Verbesserung des Wärmeübergangs sind gemäß
3 im Ringspalt8 radial gekrümmte Rippen10 angebracht. Diese befinden sich wahlweise nur an einer oder an beiden Wänden des Ringspalts8 .
Claims (11)
- Brennwertheizkessel, bestehend aus einem im Wesentlichen zylindrischen, horizontalangeordneten Brennraum im Zentrum für einen Öl- oder Gasbrenner, einem diesen umgebenden Wasserraum zur Kühlung der Nachschaltheizflächen, einem Abgasstutzen, einem Kondensatablauf im unteren Bereich der Nachschaltheizflächen sowie einer Kesseltür, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserraum aus mindestens zwei einander zugeordneten und wasserseitig verbundenen Teilbereichen (
7 ,7' ) besteht, welche derart ineinander greifen, dass zwischen zugeordneten Wänden der Teilbereiche (7 ,7' ) des Wasserraumes mindestens ein Ringspalt (8 ) als Nachschaltheizfläche ausgebildet wird, wobei ein erster Teilbereich (7 ) des Wasserraumes an der Kesseltür (6 ) angeordnet ist und mit seiner Innenwand im Wesentlichen die Mantelfläche des Brennraumes (2 ) bildet, und wobei ein zweiter Teilbereich (7' ) des Wasserraumes im Wesentlichen den Boden des Brennraumes (2 ) bildet und zur Ausbildung eines Ringspalts (8 ) als Nachschaltheizfläche den ersten Teilbereich (7 ) des Wasserraumes außen mit Abstand umgreift und/oder diesem zugeordnete Wandbereiche aufweist. - Brennwertheizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Ringspalt (
8 ) als Nachschaltheizfläche im Bereich des Brennraumbodens beginnt und dort mindestens eine Einströmöffnung für die Heizgase vorgesehen ist. - Brennwertheizkessel nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des mindestens einen Ringspalts (
8 ) als Nachschaltheizfläche, von der Einströmöffnung im Bereich des Brennraumbodens ausgehend, in Strömungsrichtung der Heizgase, nach außen hin abnimmt. - Brennwertheizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Ringspalt (
8 ) als Nachschaltheizfläche im Bereich des Brennraumbodens beginnt und an der Trennstelle der beiden Teilbereiche (7 ,7' ) des Wasserraumes in radialer Richtung, rechtwinklig zur Brennraumachse, nach außen verläuft. - Brennwertheizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Ringspalt (
8 ) als Nachschaltheizfläche im Bereich des Brennraumbodens beginnt und an der Trennstelle der beiden konisch gestalteten Teilbereiche (7 ,7' ) des Wasserraumes radial nach außen, in einem Winkel zur Brennraumachse und in Richtung Kesseltür (6 ) verläuft. - Brennwertheizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Ringspalt (
8 ) als Nachschaltheizfläche in einer ringförmigen Abgassammelkammer (9 ) mündet, welche mit dem Abgasstutzen (4 ) in Verbindung steht, unterhalb eines die Anordnung nach außen begrenzenden Kesselmantels (1 ) angeordnet ist und auf der Innenseite von den äußeren Wänden der Teilbereiche (7 ,7' ) des Wasserraumes begrenzt ist. - Brennwertheizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Ringspalt (
8 ) als Nachschaltheizfläche wedelförmig nach außen verläuft und dementsprechend die einander zugeordneten Wände an der Trennstelle der beiden Teilbereiche (7 ,7' ) des Wasserraumes ausgeführt sind, wobei die Heizgase abwechselnd zur Kesseltür (6 ) und zur Kesselrückseite hin geleitet werden. - Brennwertheizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die einander zugeordneten Wände an der Trennstelle der beiden Teilbereiche (
7 ,7' ) des Wasserraumes eingeprägte Strukturen zur Turbulenzerhöhung und Verbesserung des Wärmeübergangs in der Nachschaltheizfläche besitzen. - Brennwertheizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der einander zugeordneten Wände an der Trennstelle der beiden Teilbereiche (
7 ,7' ) des Wasserraumes mit aufgesetzten Strömungs- und/oder Wärmeleitelementen zur Turbulenzerhöhung und Verbesserung des Wärmeübergangs in der Nachschaltheizfläche versehen ist. - Brennwertheizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungs- und/oder Wärmeleitelemente zur Turbulenzerhöhung und Verbesserung des Wärmeübergangs in der Nachschaltheizfläche als radial gekrümmte Rippen (
10 ) gestaltet sind. - Brennwertheizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen des mindestens einen Ringspalts (
8 ) als Nachschaltheizfläche eingehalten werden, indem die mindestens zwei einander zugeordneten Teilbereiche (7 ,7' ) des Wasserraumes über Anschlagflächen und/oder Nocken zueinander positioniert sind.
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2004
- 2004-04-27 DE DE102004020346A patent/DE102004020346B4/de not_active Expired - Fee Related
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: ROBERT BOSCH GMBH, 70469 STUTTGART, DE |
|
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |