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Heizkessel zum Verfeuern von flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Heizkessel zum Verfeuern von flüssigen
oder gasförmigen Brennstoffen in einem liegenden, zylindrischen, von einem glockenförmigen
Wassermantel begrenzten Feuerraum, in den der Brenner an einer Stirnwand des Wassermantels
hineinragt und gleichachsig zu diesem gegen die gegenüberliegende Stirnwand gerichtet
ist, wobei zwischen dem Wassermantel (Innenmantel) und einem diesen mit Abstand
umgebenden und wasserseitig mit ihm verbundenen Wasseraußenmantel ein ebenfalls
glockenförmiger und mit einer längsverlaufenden Umlenkwand versehener Heizgaszug
gebildet ist und eine unten im Wasserinnenmantel vorgesehene Verbrennungsgasaustrittöffnung
den Feuerraum mit dem Heiz gaszug verbindet.
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Bei einem bekannten Kessel dieser Bauart ist der Brenner an der einen
und der Abgasstutzen an der anderen Stirnwand des Kesselwasseraußenmantels angeordnet
und der dachförmige Teil des Wassermantels der mit dem Abgasstutzen versehenen Stirnwand
des Kesselwasseraußenmantels benachbart.
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Bei diesem Heizkessel ist die Umlenkwand in Nachbarschaft einer der
beiden Längskanten der unten im Wassermantel vorgesehenen Verbrennungsgasaustrittöffnung
angeordnet und radial nach unten gerichtet. Der Abgasstutzen ist in Nachbarschaft
der von der Verbrennungsgasaustrittöffnung abgewandten Seite der Umlenkwand unten
an der hinteren Stirnwand des Kesselwasseraußenmantels angebracht.
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Diese Anordnung der Umlenkwand und des Abgasstutzens bedingt folgenden
Verlauf der Rauchgasströmung: Die Verbrennungsgase verlassen den Feuerraum über
die Verbrennungsgasaustrittöffnung, treten unten in den von den beiden Wassermänteln
gebildeten, ringzylindrischen Heizgaszug ein und strömen in diesem nach hinten,
wobei sie den inneren Wassermantel auf einem etwa schraubenlinienartigen Weg umströmen,
und zwar auf Grund ihres geringen spezifischen Gewichtes, des Gebläsedruckes oder
Kaminzuges sowie der zwangläufigen Führung durch die innere Wandfläche des zylindrischen
Kesselwasseraußenmantels. Die Rauchgase gelangen so schließlich zum unten angeordneten
Abgasstutzen, durch welchen sie den Heizkessel verlassen und z. B. in einen Kamin
eintreten. Bei dieser Rauchgasführung werden die Rauchgase, nachdem ihre Strömung
im vorderen Teil des Heizgaszuges eine senkrecht nach oben gerichtete Strömungskomponente
aufwies, anschließend zwangläufig nach unten gelenkt. Dadurch, daß die heißen Rauchgase,
die auf Grund ihres geringen spezifischen Gewichtes die Tendenz haben, weiter nach
oben zu strömen, entgegen diesem natürlichen Auftrieb zwangläufig nach unten geführt
werden, ist ein höherer Gebläsedruck beim Brenner erforderlich.
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Ferner muß bei diesem bekannten Heizkessel die gesamte Rauchgasmenge
durch den geringen Querschnitt des Heizgaszuges hindurchgeführt werden, was zu einem
hohen Durchtrittswiderstand führt und ebenfalls eine höhere Pressung beim Brennergebläse
erfordert. Bei Heizkesseln wird jedoch meist eine gedrängte Bauweise oder geringe
Größe gefordert, so dar der lichte Querschnitt des Heizgaszuges nur klein gewählt
werden kann.
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Auch bei Kesseln anderer Bauart ist es an sich bereits bekannt, mittels
längsverlaufender Umlenkwände für die Heizgase mehrere hintereinanderliegende Heizgaszüge
zu bilden oder ringzylindrische Heizgaszüge entsprechend zu unterteilen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Heizkessel zu schaffen,
welcher bei kleinem Querschnitt der Heizgaszüge einen geringen Gebläsedruck erfordert
und gleichwohl einen hohen Kesselwirkungsgrad, d. h. eine hohe spezifische Heizflächenbelastung,
gewährleistet. Um das zu erreichen, besteht die Erfindung bei einem Heizkessel der
eingangs erwähnten Bauart darin, daß die Umlenkwand hufeisenförmig ausgebildet ist
und den Wasserinnenmantel etwa in der Waagerechten derart umgibt, daß im Heizgaszug
zwei übereinanderliegende Kammern entstehen, die über zwei von den beiden Schenkeln
der Umlenkwand und der diesen benachbarten Stirnwand
des Wasseraußenmantels
frei gelassene Durchlaßöffnungen miteinander verbunden sind, während ein Abgasstutzen
oberhalb der Umlenkwand angeordnet ist.
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Durch die hufeisenförmig ausgebildete, wenigstens annähernd waagerecht
angeordnete Umlenkwand wird im Verein mit dem oberhalb von ihr angeordneten Abgasstutzen
und im Zusammenhang mit der im Wasserinnenmantel vorgesehenen Verbrennungsgasaustrittöffnung
aus dem Feuerraum nun auch bei einem Heizkessel mit glockenförmigen und mit Abstand
übereinandergestülpten Wassermänteln und so gebildetem, etwa ringzylindrischem Heizgaszug
eine zügige Heizgasströmung ohne besonderen Durchtrittswiderstand, d. h. ein geringer
Gebläsedruck beim Brenner sowie hohe Heizflächenbelastung und damit hoher Kesselwirkungsgrad,
auf einfache Weise erreicht.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Heizkessels gemäß
der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen senkrechten Mittelschnitt
durch den Heizkessel nach der Linie I-I der F i g. 2 und F i g. 2 einen senkrechten
Querschnitt durch den Heizkessel nach der Linie II-II der F i g. 1.
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Der in der Zeichnung dargestellte Heizkessel kann, abgesehen von seiner
Heizungsfunktion, auch zum Aufwärmen von Brauchwasser dienen und ist zu diesem Zweck
mit einem über ihm vorgesehenen Warmwasserbereiter ausgerüstet, in dem das Brauchwasser
in bekannter Weise durch das Kesselheizwasser mittelbar erwärmt wird.
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In F i g. 1 ist mit 1 ein liegend angeordneter zylindrischer Feuerraum
bezeichnet. Der Feuerraum 1 ist umgeben von einem ringzylindrischen Wasserinnenmantel
2, welcher das hintere Ende des Feuerraumes glockenförmig überdacht. Der Wasserinnenmantel2
ist mit Abstand von einem Wasseraußenmantel3 umgeben, so daß zwischen den beiden
Wassermänteln 2 und 3 ein Heizgaszug 4 gebildet ist, der seinerseits den Wasserinnenmantel
2 hinten ebenfalls glockenförmig überdacht. Im Wasserinnenmante12 ist unten eine
Verbrennungsgasaustrittöffnung 5 vorgesehen, welche den Feuerraum 1 mit dem Heizgaszug
4 verbindet. An einer vorderen Stirnwand 6 des Wasserinnenmantels 2, die zugleich
auch die vordere Stirnwand des Wasseraußenmantels 3 bildet und über welche die beiden
Wassermäntel 2 und 3 wasserseitig miteinander in Verbindung stehen, ist ein mit
einem Gebläse versehener Gas- oder Ölbrenner 7 angebracht, der in F i g. 1 nur andeutungsweise
dargestellt ist. Der Brenner 7 ist koaxial zur Hauptachse des Wasserinnenmantels
2 angeordnet und gegen dessen hintere Stirnwand 8 gerichtet. An einer hinteren Stirnwand
9 des Kesselwasseraußenmantels 3 ist ein Abgasstutzen 10 vorgesehen, durch welchen
die aus dem Heizgaszug 4 austretenden Rauchgase den Heizkessel verlassen.
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Eine hufeisenförmig ausgebildete Umlenkwand 11, welche im Heizgaszug
4 waagerecht angeordnet ist und an die einander zugekehrten Wandflächen der beiden
Wassermäntel 2 und 3 anschließt, umgibt den hinteren dachförmigen Teil des Wasserinnenmantels
2, wodurch im Heizgaszug 4 zwei übereinanderliegende Heizgaskammern 12 und 13 gebildet
sind. Diese beiden Kammern sind über zwei Durchlaßöffnungen 14 miteinander verbunden,
wobei diese DurchlaßölInungen von den beiden Schenkeln 11 a der Umlenkwand 11 und
der vorderen Stirnwand 6 des Wasseraußenmantels 3 frei gelassen sind. Die Umlenkwand
1.1 ist in ihrer ganzen Erstreckung in der waagerechten Hauptebene des Wasserinnenmantels
2 angeordnet, und ihre beiden Schenkel 11 a erstrecken sich über den größeren Teil
der Länge des Wasserinnenmantels. Der Abgasstutzen 10 ist oberhalb der Umlenkwand
11 angeordnet, steht mit der oberen Heizgaskammer 13 des Heizgaszuges 4 in
Verbindung und schließt sich an den oberen Teil dieser Kammer an. Der Wasseraußenmantel3
ist oben entsprechend dem zylindrischen Wasserinnenmantel2 abgerundet, wobei die
Achse des so gebildeten halbzylindrischen Teiles mit der Hauptachse des Wasserinnenmantels
2 zusammenfällt und die beiden an den abgerundeten Teil anschließenden Seitenwände
des Wasseraußenmantels 3 sich senkrecht nach unten erstrecken und die untere Heizgaskammer
12 seitlich begrenzen (vgl. F i g. 2). Diese untere Heizgaskammer ist unten durch
eine Fußplatte 15 abgeschlossen, welche sich an die Stirnwände 6 und 9 sowie die
Seitenwände des Wasseraußenmantels 3 anschließt. An der hinteren Stirnwand 9 ist
oben ein Vorlaufstutzen 16 und unten ein Rücklaufstutzen 17 für das Heizwasser sowie
eine Putztür 18 vorgesehen.
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Oberhalb des Wasseraußenmantels 3 ist ein zylindrischer Warmwasserbereiter
liegend angeordnet, der von einem ihn umgebenden, mit den Wassermänteln 2 und 3
verbundenem ringzylindrischem Wassermantel beheizt wird.
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Im zuvor beschriebenen Heizkessel verläuft die Rauchgasströmung wie
folgt: Die Verbrennungsgase verlassen den Feuerraum 1 durch die Verbrennungsgasaustrittöffnung
5 und treten in den unteren Teil der Heizgaskammer 12 ein. In der Kammer 12 strömen
die Heizgase beiderseits der unteren Hälfte des zylindrischen Wasserinnenmantels
2 nach oben und werden von den beiden Schenkeln 11 a der horizontalen Umlenkwand
11 nach vorn umgelenkt, worauf sie durch die beiden Durchlaßöffnungen
14
in die obere Heizgaskammer 13 eintreten und in dieser beiderseits der oberen
Hälfte des Wasserinnenmantels 2 nach hinten zum Abgasstutzen 10 strömen. Dieser
Strömungsverlauf ist in F i g.1 und 2 durch Richtungspfeile veranschaulicht, was
die Aufteilung des Heizgasstromes in zwei Teilströme aus F i g. 2 gut veranschaulicht.
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Hieraus ergibt sich, daß die Heizgase nach Austritt aus dem Feuerraum
1 auf ihrem weiteren Weg durch die beiden Heizgaskammern 12 und 13 des Heizgaszuges
4 bis zum Abgasstutzen 10 an keiner Stelle von oben nach unten strömen, sondern
immer nur von unten nach oben oder höchstens nur in waagerechter Richtung. Infolgedessen
ist im ganzen Heizgaszug 4 an keiner Stelle irgendeine senkrecht nach unten gerichtete
Strömungskomponente vorhanden, welche den durch das geringe spezifische Gewicht
der Heizgase bedingten natürlichen Gasauftrieb nach oben beeinträchtigen könnte.
Der Gasauftrieb begünstigt hier aber gerade die Heizgasströmung in erheblichem Maße,
da der Heizgaseintritt in den Heizgaszug 4 unten und der Heizgasaustritt aus diesem
oben angeordnet ist. Es treten somit senkrecht nach unten gerichtete Strömungskomponenten
im Heizgaszug nicht auf, wodurch sich der Gasauftrieb unvermindert im Sinne einer
Unterstützung der Heizgasströmung auswirkt, was eine
geringe Luftpressung
beim Brennergebläse und damit einen billigen Brenner ermöglicht.
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Der erforderliche Gebläsedruck ist aber auch deshalb gering, weil
der Heizgasstrom nach Austritt aus dem Feuerraum 1 oder Eintritt in die untere Heizgaskammer
12, wie beschrieben, in zwei gleiche Teilströme unterteilt wird. Durch diese Aufteilung
der den Heizgaszug 4 zu durchsetzenden Rauchgasmenge wird der Durchgangswiderstand
des Heizgaszuges, dessen gesamter lichter Querschnitt gering ist, erheblich verkleinert,
so daß der Heizkessel trotz des langen Heizgasweges mit geringem Überdruck betrieben
werden kann. Es können daher handelsübliche Brenner verwendet werden; ferner ist
der Bau des Heizkessels auch für kleine Einheiten wirtschaftlich gerechtfertigt.
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Abweichend von dem in der Zeichnung dargestellten und zuvor beschriebenen
Ausführungsbeispiel könnte der Heizkessel auch anders ausgeführt sein, ohne hierbei
die zuvor beschriebene Heizgasführung und Gasstromunterteilung zu verlassen.
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Manchmal besteht die Forderung, daß der Heizkessel nur mit geringer
Teillast gefahren werden soll. In diesem Falle würde die Rauchgastemperatur am Abgasstutzen
zu gering sein. Um den Heizkessel auch für solche Fälle verwenden zu können, kann
die hufeisenförmige Umlenkwand 11 an ihrem hinteren Joch 11 b (vgl. F i g. 1) mit
mindestens einer abdeckbaren Durchlaßöffnung versehen sein, welche die beiden übereinanderliegenden
Heizgaskammern 12 und 13 an der Stelle vor der hinteren Stirnwand 9 des Wasseraußenmantels
3 miteinander verbindet. Wird der Heizkessel nur mit Teillast betrieben, dann wird
diese Durchlaßöffnung nicht abgedeckt, so daß ein gewisser Teil der heißen Rauchgase
von der Heizgaskammer 12 durch die Durchlaßöffnung in den hinteren Teil der Heizgaskammer
13 strömt, d. h. sofort in den Abgasstutzen 10 eintreten kann. Auf diese Weise wird
eine Teilmenge heißer Abgase auf einem Kurzschlußweg zum Abgasstutzen geführt, wodurch
eine unerwünscht geringe Austrittemperatur der Rauchgase vermieden wird. Wird jedoch
der Heizkessel mit normaler Last betrieben, dann wird diese Durchlaßöffnung mittels
eines entsprechenden Deckels abgedeckt, so daß die Heizgase den weiter oben an Hand
der Zeichnung beschriebenen Weg nehmen. Auf diese Weise kann der Heizkessel den
jeweiligen Lastbedingungen angepaßt werden.
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Die über den Inhalt der Ansprüche hinausgehenden Teile der Beschreibung
und Zeichnung dienen nur zur Erläuterung und sind nicht Gegenstand der Erfindung.