DE102006001590A1

DE102006001590A1 - Heizkessel

Info

Publication number: DE102006001590A1
Application number: DE102006001590A
Authority: DE
Inventors: Werner Dr. Klausmann; Gunthard Görge; Roger DÖNGES
Original assignee: Viessmann Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Viessmann Werke GmbH and Co KG
Priority date: 2006-01-11
Filing date: 2006-01-11
Publication date: 2007-07-12
Also published as: CA2634952A1; EP1899654A1; WO2007079730A1; DE112007000589A5; US20090056647A1; EP1899654B1; US8122855B2; ATE534873T1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Heizkessel, umfassend eine Brennkammer (1), wobei die Brennkammer (1) mindestens teilweise von einem als Primärwärmetauscher ausgebildeten Heizgaszug (2) umschlossen ist, wobei der Heizgaszug (2) mindestens teilweise von einem wasserführenden Gehäuse (3) umschlossen ist, wobei dem Heizgaszug (2) ein wasserführender, hydraulisch mit dem Gehäuse (3) verbundener Sekundärwärmetauscher (4) nachgeschaltet ist. Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass die Brennkammer (1) mindestens teilweise vom Sekundärwärmetauscher (4) umschlossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Heizkessel gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein Heizkessel der eingangs genannten Art wird von der Anmelderin unter der Produktbezeichnung "Vitolaplus" hergestellt und verkauft und ist dementsprechend bekannt (siehe 3).

Der Heizkessel "Vitolaplus" besteht aus einer Brennkammer, die mindestens teilweise von einem als Primärwärmetauscher ausgebildeten Heizgaszug umschlossen ist. Die Brennkammer muss dabei zur Gewährleistung einer sauberen Verbrennung eine bestimmte Länge, die sogenannte Ausbrandlänge, aufweisen. Der erwähnte Heizgaszug ist ferner mindestens teilweise von einem wasserführenden Gehäuse umschlossen, wobei dem Heizgaszug ein wasserführender, hydraulisch mit dem Gehäuse verbundener, wendelrohrförmig ausgebildeter und radial vom Heizgas von innen nach außen durchströmter Sekundärwärmetauscher nachgeschaltet ist. Das vom Brenner kommende Heizgas strömt somit zunächst von der Brennkammer in den Heizgaszug und gibt dort Wärme an das Wasser im Gehäuse ab. Im Anschluss an den Heizgaszug strömt das Heizgas radial von innen nach außen durch die Strömungsspalte des nachgeschalteten, das Abgas kondensierenden Wendelrohrwärmetausches und gibt dort nochmals – auf einem entsprechend niedrigeren Temperaturniveau–Wärme an das den Sekundärwärmetauscher durchströmende Wasser ab.

Wärmetechnisch gesehen hat sich dieser Brennwert-Heizkessel bestens bewährt. Er weist einen sehr hohen Norm-Nutzungsgrad von bis zu 103 % auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Heizkessel der eingangs genannten Art kompakter auszubilden, um den erforderlichen Bauraum und damit das erforderliche Aufstellvolumen zu reduzieren, und zwar bei Gewährleistung der erforderlichen Ausbrandlänge innerhalb der Brennkammer.

Diese Aufgabe ist mit einem Heizkessel der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Nach der Erfindung ist also vorgesehen, dass die Brennkammer mindestens teilweise vom kondensierenden Sekundärwärmetauscher umschlossen ist.

Die Maßgabe "mindestens teilweise" bringt dabei zum Ausdruck, dass nicht alle Teile des Sekundärwärmetauschers die Brennkammer umschließen müssen, wobei die Erfindung natürlich um so besser realisiert wird, je größer der umschlossene Anteil ist.

Mit anderen Worten ausgedrückt, wird die Kompaktheit des erfindungsgemäßen Heizkessels dadurch erreicht, dass mindestens ein Großteil des Sekundärwärmetauschers die Brennkammer umschließt, d. h. die äußeren Abmaße des Heizkessels sind nunmehr im wesentlichen durch die erwähnte, erforderliche Ausbrandlänge der Brennkammer und nicht mehr durch die Größe des Sekundärwärmetauschers definiert. Auf diese Weise kann der gesamte Heizkessel in Axialrichtung der Brennkammer gesehen kürzer ausgebildet werden. Darüber hinaus wird die von der Brennkammer abgegebene Wärme nunmehr auch dem Sekundärwärmetauscher zugeführt, wodurch sich eine weitere Verbesserung der Wärmenutzung ergibt. Die beim bekannten Stand der Technik (Vitolaplus) vorgesehene Schalldämpferkonstruktion hinter der Brennkammer entfällt bzw. wird bei Bedarf dem Sekundärwärmetauscher nachgeschaltet.

Wie auch bei der Vitolaplus-Konstruktion ist bei der erfindungsgemäßen Lösung bevorzugt, aber nicht zwingend vorgesehen, den Sekundärwärmetauscher wendelrohrförmig und radial vom Heizgas von innen nach außen durchströmt auszubilden. Insbesondere in diesem Fall ergibt sich die konstruktiv vorteilhafte Lösung, dass die Brennkammer unter Ausbildung eines Ringraumes vom Sekundärwärmetauscher umschlossen ist, wobei der Heizgaszug vorzugsweise direkt in den Ringraum ausmündet. Dies wird weiter unten noch genauer erläutert.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.

Der Vollständigkeit halber wird noch auf die weiter abliegende DE 34 25 667 A1 verwiesen, die einen Heizkessel mit Primär- und Sekundärwärmetauscher offenbart, wobei der Sekundärwärmetauscher in Axialrichtung gesehen ebenfalls hinter der Brennkammer angeordnet ist, mithin eine kompakte Bauweise wegen der erforderlichen Ausbrandlänge nicht möglich ist.

Der erfindungsgemäße Heizkessel einschließlich seiner vorteilhaften Weiterbildungen gemäß der abhängigen Patentansprüche wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigt jeweils im Schnitt
1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizkessels, bei der der Sekundärwärmetauscher auf der dem Brenner abgewandten Seite des Heizkessels angeordnet ist;
2 eine zweite Ausführungsform, bei der der Sekundärwärmetauscher auf der gleichen Seite wie der Brenner am Heizkessel angeordnet ist; und
3 ein "Vitolaplus"-Heizkessel gemäß dem bekannten, vorerwähnten Stand der Technik.
In den 1 und 2 sind zwei unterschiedliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Heizkessels darstellt. Sofern keine weiteren Hinweise gegeben sind, gelten die folgenden Ausführungen stets für beide Ausführungsformen.
Der erfindungsgemäße Heizkessel besteht aus einer zylindrischen Brennkammer 1, wobei diese mindestens teilweise kon zentrisch von einem als Primärwärmetauscher ausgebildeten Heizgaszug 2 umschlossen ist und wobei der Heizgaszug 2 wiederum mindestens teilweise konzentrisch von einem wasserführenden Gehäuse 3 umschlossen ist. Dabei ist dem Heizgaszug 2 ein wasserführender, hydraulisch mit dem Gehäuse 3 verbundener, in diesem Fall wendelrohrförmig ausgebildeter und radial vom Heizgas von innen nach außen durchströmter Sekundärwärmetauscher 4 nachgeschaltet. Dieser Sekundärwärmetauscher 4 ist in einem Gehäuse 6 angeordnet, das einerseits einen noch zu erläuternden Ringraum 5 und andererseits einen weiteren, den Sekundärwärmetauscher 4 umschließenden, ringraumförmigen Abgassammelraum 7 begrenzt, wobei der Abgassammelraum 7 einen (nicht explizit dargestellten, aber durch den nach oben weisenden Pfeil angedeutet) Abgasabzugsanschluss zur Abfuhr des Abgases aufweist. An diesen Abgasabzugsanschluss kann sich bei Bedarf ein Schalldämpfer anschließen.
Wie auch beim in 3 dargestellten, bekannten Stand der Technik, ist beim erfindungsgemäßen Heizkessel bevorzugt vorgesehen, dass der Sekundärwärmetauscher 4 in Form einer schraubenförmig gewickelten Rohrwendel ausgebildet ist, die ebene, radial durchströmbare Strömungsspalte 8 aufweist. Ferner ist zur Vermeidung von Korrosionsschäden vorgesehen, dass der Sekundärwärmetauscher 4 aus Edelstahl gebildet ist. Ausserdem ist in der Brennkammer 1 ein Wärmedämmblock 13 (beispielsweise aus Vermiculit) angeordnet, der zur Umlenkung des Heizgasstrahles dient.
An einer Stirnseite 9 der Brennkammer 1 ist stets ein Brenner 10 angeordnet (hier ein Ölbrenner, ein Gasbrenner ist aber genauso gut möglich). Der Zugang 11 von der Brennerkammer 1 zum Heizgaszug 2 ist wahlweise im Bereich der brennerseitigen Stirnseite 9 (siehe 1) oder im Bereich der anderen, brennerabgewandten Stirnseite 12 (siehe 2) angeordnet.
Wesentlich für alle Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Heizkessels ist nun, dass die Brennkammer 1 mindestens teilweise vom Sekundärwärmetauscher 4 umschlossen ist.
Bevorzugt ergibt sich dabei der oben bereits erwähnte Ringraum 5, in den der Heizgaszug 2 direkt ausmündet. Selbstverständlich kann bei alternativer Ausbildung des Sekundärwärmetauschers auch eine weniger direkte Strömungsführung vom Heizgaszug zum Sekundärwärmetauscher vorgesehen sein.
Bei der Ausführungsform nach 1 umschließt der Sekundärwärmetauscher 4 im Bereich des Wärmedämmblocks 13 die Brennkammer 1 und nimmt auf diese Weise die vom Wärmedämmblock 13 abgegebene Wärme auf.
Die erfindungsgemäße Ausführung führt bei gleicher Ausbrandlänge der Brennkammer, wie eingangs erwähnt und wie ein Vergleich mit 3 zeigt, zu einem erheblich kompakter ausgebildeten Heizkessel, bei dem zusätzlich die direkte Wärmeabstrahlung aus der Brennkammer vom Sekundärwärmetauscher genutzt werden kann. Die bisher erforderliche, recht aufwendige Konstruktion zu Strömungsleitung des Heizgases vom Primärwärmetauscher zum Sekundärwärmetauscher entfällt.

1: Brennkammer
2: Heizgaszug
3: Gehäuse
4: Sekundärwärmetauscher
5: Ringraum
6: Gehäuse
7: Abgassammelraum
8: Strömungsspalte
9: Stirnseite (brennerseitig)
10: Brenner
11: Zugang zum Heizgaszug
12: Stirnseite (brennerabgewandt)
13: Wärmedämmblock

Claims

Heizkessel, umfassend eine Brennkammer (1), wobei die Brennkammer (1) mindestens teilweise von einem als Primärwärmetauscher ausgebildeten Heizgaszug (2) umschlossen ist, wobei der Heizgaszug (2) mindestens teilweise von einem wasserführenden Gehäuse (3) umschlossen ist, wobei dem Heizgaszug (2) ein wasserführender, hydraulisch mit dem Gehäuse (3) verbundener Sekundärwärmetauscher (4) nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (1) mindestens teilweise vom Sekundärwärmetauscher (4) umschlossen ist.
Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärwärmetauscher (4) wendelrohrförmig und radial vom Heizgas von innen nach außen durchströmt ausgebildet ist.
Heizkessel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (1) unter Ausbildung eines Ringraumes (5) vom Sekundärwärmetauscher (4) umschlossen ist.
Heizkessel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizgaszug (2) direkt in den Ringraum (5) ausmündet.
Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärwärmetauscher (4) in einem Gehäuse (6) angeordnet ist, das einerseits den Ringraum (5) und andererseits einen weiteren, den Sekundärwärmetauscher (4) um schließenden, ringraumförmigen Abgassammelraum (7) begrenzt.
Heizkessel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgassammelraum (7) einen Abgasabzugsanschluss aufweist.
Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärwärmetauscher (4) in Form einer schraubenförmig gewickelten Rohrwendel ausgebildet ist, die ebene, radial durchströmbare Strömungsspalte (8) aufweist.
Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärwärmetauscher (4) aus Edelstahl gebildet ist.
Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Stirnseite (9) der Brennkammer (1) ein Brenner (10) angeordnet ist und dass ein Zugang (11) zum Heizgaszug (2) wahlweise im Bereich der brennerseitigen Stirnseite (9) oder im Bereich der anderen, brennerabgewandten Stirnseite (12) angeordnet ist.
Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Brennkammer (1) ein Wärmedämmblock (13) angeordnet ist.
Heizkessel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärwärmetauscher (4) im Bereich des Wärmedämmblocks (13) die Brennkammer (1) umschließt.
Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizgaszug (2) die Brennkammer (1) mindestens teilweise konzentrisch umschließt.
Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (1) zylindrisch ausgebildet ist.