DE19543931A1 - Heizkessel zur Brennwertnutzung - Google Patents

Description

Die heutzutage am Markt bekannten Brennwertkessel bestehen in der Regel aus 100% Edelstahl bzw. säurefesten Materialien. Aus diesem Grund sind diese Geräte nahezu doppelt so teuer wie herkömmliche Heizkessel und kommen deshalb aus Kostengründen nur zögerlich zum Einsatz. Die Erfindung bezieht sich auf einen Heizkessel zur Brennwertnutzung, der mit einem sehr geringen Anteil aus säurefesten Materialien auskommt, wie z. B. Edelstahl, Aluminium, Keramik, Glas usw. Aus diesem Grund sind diese Heizgeräte wesentlich billiger zu produzieren. Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß nur die Stellen entsprechend zu schützen sind, wo tatsächlich die Rauchgase kondensieren. Dies sind in der Regel die sogenannten Rauchgaszüge. Die hier beschriebene Kesseltechnik besteht aus einem oder mehreren Heizgaszügen, auch Rauchgaszüge genannt. In der Grundausstattung werden diese Kesselkörper aus einem Stahl gefertigt, wie er in der DIN für normale Heizkessel vorgesehen ist. Nach Fertigstellung des Kesselkörpers werden dann in den Heizgaszügen korrosionsbeständige Schutzrohre eingeschrumpft und/oder eingeschoben und dann gegen die Heizgaszüge verpreßt. Zur besseren Wärmeübertragung könnte eine Wärmeleitpaste auf die Einschubrohre aufgetragen werden, die den Wärmeübergang an der Berührungsstelle beider Materialien begünstigt. Um eine gezielte Rauchgasführung zu schaffen, werden die Rauchgaszüge so bemessen, daß die Rauchgase zwangsweise sehr dicht an den wassergekühlten Rohrwänden vorbeifließen. Zu diesem Zweck ist es notwendig, daß ein weiteres Rohr zentriert in die Rauchgaszüge einzuschieben, dessen Innenraum gegen den Rauchgasdurchfluß abgesperrt ist.

Als weiterer besonderer Vorteil dieser Technik ist hervorzuheben, daß die korrosionsbeständigen Schutzrohre, die nach längerem Einsatz durch schwefelhaltige Rauchgase angegriffen werden, insbesondere, wenn die Heizungsanlage mit Öl betrieben wird, ohne besondere Hilfsmittel leicht ausgetauscht werden können. Weiterhin ist darauf zu achten, daß die korrosionsbeständigen Schutzrohre fest gegen die Heizgaszüge verpreßt werden, um so den Wärmetransfer zu begünstigen. Besonders gefährdet ist der offene Übergang im rauchgasberührten Kesselinnern vom metallischen Schutzrohr zum Kesselstahl, da an dieser Stelle die Möglichkeit der elektrochemischen Korrosion in Verbindung mit den kondensierenden Rauchgasen besteht; hier muß ein Isoliertrennstück eingearbeitet werden, so daß das möglicherweise bei kaltem Kesselwasser entstehende Kondensat keine Verbindung zwischen den beiden unterschiedlichen Metallsorten herstellen kann. Gelöst wird dieses Problem mit einer hitzebeständigen Dichtung (z. B. Silikon) bei der auf dem Umfang lippenartige Ringe angebracht sind. In diesen Zwischenräumen kann das entstehende Kondensat ablaufen, ohne daß es Kontakt zum Schutzrohr bekommt.

Zusätzlich wird die Oberfläche der rauchgasbeströmten Seite des Schutzrohres durch das Anbringen von Rippen vergrößert, so daß auf kleinem Raum mehr Energie auf das Kesselwasser übertragen werden kann.

Um ein sehr hohes Kesselwirkungsgrad zu erreichen, ist es erforderlich, daß eine intensive Rauchgaskondensation erzielt wird. In diesem Fall ist es notwendig, daß das kälteste zu erwartende Rücklaufwasser direkt an die Stellen des Heizkessels geführt wird, an denen gemäß den zuvor beschriebenen Konstruktionsmerkmalen die Rauchgaskondensation eintreten soll.

Bei dieser Kesselentwicklung ist deshalb ein Überschubrohr vorgesehen, das den Wasserraum des Kessels in einen Primär- und Sekundarkreislauf unterteilt. Dieses Überschubrohr wird nicht wasserdicht verschweißt, sondern beim Einbau zentriert und an mehreren Stellen elektrisch auf den Rauchgaszug angeheftet. Aus diesem Grund ist auch kein zusätzlicher Wasserfüll- und Entleerungsstutzen vorgesehen. Um sicherzustellen, daß auf der nicht korrosionsgeschützten rauchgasberührten Seite im Kesselende keine Kondensation der Rauchgase entsteht, darf das Überschubrohr nicht über die gesamte Länge des Rauchgaszuges angebracht werden, sondern muß, wie in der Fig. 15 dargestellt, einen bestimmten Abstand zum vorderen Kesselende aufweisen. Infolgedessen wird aus Korrosionsschutzgründen der dabei freigelassene Raum mit Wasser hoher Temperatur umspült.

Das Überschubrohr wird mit einem geringen Abstand über die Heizgaszüge geschoben und am Kesselende mit einem Vor- und Rücklaufanschluß versehen. Im Primärkreislauf wird nahezu die gesamte erzeugte Wärmeenergie an das Wasser abgegeben. Im Sekundärkreislauf hingegen wird noch relativ wenig Energie übertragen. Dort ist die Menge der übertragenen Energie noch abhängig vom Heizungsrücklaufwasser. Durch diese Konstruktion wird es ermöglicht, daß das am weitesten abgekühlte Anlagenrücklaufwasser diesen Anschlüssen zugeführt wird und dadurch die größtmögliche Rauchgaskondensation bzw. das höchstmögliche Wirkungsgrad erreicht wird. Bei dieser hydraulischen Beschaltungsmöglichkeit ist jedoch eine zusätzliche Umwälzpumpe erforderlich, da der entsprechende Heizungskreislauf unabhängig von den anderen Kesselvor- und Rücklaufanschlüssen funktioniert. Diese Schaltung könnte z. B. angewendet werden bei einem Brauchwasserboiler mit zwei Heizschlangen.

Eine weitere hydraulische Schaltungsmöglichkeit wäre der Rücklaufanschluß eines Nieder­ temperaturheizkreises, bei dem nur das Rücklaufwasser dem Sekundärkreislauf zugeführt wird. In diesem Fall müßte der im Vorlauf eingebaute Wasserumlenkstutzen entfernt werden, so daß das ankommende Rücklaufwasser innerhalb des Heizkessels von der Sekundär- in die Primärzone wechseln kann. In diesem Fall würde die zusätzliche Umwälzpumpe entfallen.

Für den Einbau der Schutzrohre werden drei Varianten vorgeschlagen, die eine kostengünstige Montage ermöglichen.

1. Möglichkeit

Die einzubauenden Schutzrohre werden mit Untermaß gefertigt und in der Längsrichtung einmal aufgetrennt. Weiter wird rechts und links der Trennstelle eine Nut zum Anbringen eines Bolzens oder Keils vorgesehen. Bedingt durch das Untermaß ist das Schutzrohr leicht in die Heizgaszüge einzuschieben. Nach der Justierung wird der Bolzen oder Keil, der im geringen Übermaß gefertigt ist, in die vorgesehene Nut eingepreßt. Auf diese Weise wird das Schutzrohr gegen die Heizgaszüge fest verpreßt. Mit dieser Möglichkeit wird auch gleichzeitig ein optimaler Wärmeübergang erreicht. Bei der Auswahl des Materials des einzutreibenden Bolzen ist darauf zu achten, daß keine elektrochemische Korrosion entsteht. Bei diesem Konzept ist der Kessel in einer geringfügigen Schräglage zu installieren, damit das Kondensat zum Kesselende hin abfließen kann.

2. Möglichkeit

Die einzubauenden Schutzrohre sind ebenso wie die Heizgaszüge konisch. Der größere Durchmesser der konischen Rohre befindet sich am Kesselende. Von hier aus werden die Schutzrohre in die Heizgaszuge eingeschoben und aufgrund der Konusform so fest wie möglich an die Heizgaszüge gepreßt und gegen selbständiges Lösen mit Maschinenschrauben am Kesselende (außerhalb der Rauchgasführung) befestigt. Der Vorteil bei diesem Konzept liegt darin, daß das entstehende Kondensat aufgrund der Konusform automatisch zum Kesselende abfließen kann.

3. Möglichkeit

Die einzubauenden Schutzrohre sind ebenso wie die Heizgaszüge zylindrische Rohre, die in einer sehr genauen Passung gefertigt werden müssen. Zur Montage werden entweder die Heizgaszüge erhitzt, so daß aufgrund der Ausdehnung der Heizgaszüge ein Übermaß entsteht und/oder die Schutzrohre vereist, so daß ein Untermaß entsteht. In diesem Zustand werden die Schutzrohre in die Heizgaszüge eingeschoben. Nach Temperaturausgleich kommt es automatisch zur Ver­ pressung der Rohre. Bei diesem Konzept ist der Kessel in einer geringfügigen Schräglage zu installieren, damit das Kondensat zum Kesselende hin abfließen kann.

Legende

Fig. 1 Kesselkörper-Vorderansicht

Fig. 2 Kesselkörper-Seitenansicht

Fig. 3 vergrößerte Detailzeichnung mit eingebautem Wasserumlenkstutzen

Fig. 4 Wasserumlenkstutzen im ausgebauten Zustand (vergrößerte Darstellung)

Fig. 5 Vorlauf-Primärwasserkreislauf

Fig. 6 Rücklauf-Primärwasserkreislauf

Fig. 7 Sekundärwasserkreislauf

Fig. 8 Überschubrohr zwischen Primär- und Sekundärwasserkreislauf

Fig. 9 Vorlauf-Sekundärkreislauf

Fig. 10 Rücklauf-Sekundärkreislauf

Fig. 11 korrosionsbeständiges Schutzrohr mit Rippen

Fig. 12 Primärwasserkreislauf

Fig. 13 Feuerraum

Fig. 14 unterschiedlich hohe Kesselfüße zur Erreichung einer Schräglage

Fig. 15 Ende des Überschubrohres

Fig. 16, 19, 22, 25 unterschiedliche Darstellung des korrosionsbeständigen Schutzrohres mit Rippen

Fig. 16a, 19a, 22a, 25a vergrößerte Detailzeichnung des aufgetrennten Schutzrohres mit Darstellung der Nut zum Eintreiben des Bolzen oder Keils

Fig. 17, 20, 23, 26 Nut zum Eintreiben des Bolzen oder Keils

Fig. 18, 21, 24, 27 unterschiedliche Darstellung für Bolzen oder Keil

Fig. 28 Teilzeichnung: Einbindung des korrosionsbeständigen Schutzrohres in den Kesselkörper am Eingang eines Rauchgaszuges

Fig. 29 vergrößerte Teilzeichnung von Fig. 28

Fig. 30 Isoliertrennstück

Fig. 31 lippenartige Ringe des Isoliertrennstückes

Fig. 32 korrosionsbeständiges Schutzrohr wie Darstellung Fig. 16, 19, 22, 25

Fig. 33 Darstellung des Schutzrohres ohne Isoliertrennstück

Fig. 34 rauchgasberührte Seite im Kesselinnern

Claims (3)

1. Herkömmlicher Heizkessel zum Brennwertkessel weiterentwickelt, so daß im Heizkessel die Kondensation der Rauchgase erreicht wird, dadurch gekennzeichnet, daß in den sogenannten Heizgaszügen korrosionsbeständige Schutzrohre eingebaut sind, die mit den Rohren der Heiz­ gaszüge fest verpreßt sind, um einen guten Wärmeübergang zu bewirken. Weiterhin sind auf den Schutzrohren zusätzliche Rippen aufgebracht, um die Heizfläche zu vergrößern. Außerdem ist an einem oder beiden Enden ein Dichtring vorgesehen, der einerseits den Zwischenraum zwischen Heizgaszug und dem Schutzrohr abdichtet und andererseits das gegebenenfalls entstehende Kondensat so abfließen läßt, daß eine beidseitige metallische Berührung durch das Kondensat verhindert wird.
2. Weiterhin wird im Kesselwasserraum ein Überschubrohr mit geringem Abstand über den bzw. die Heizgaszüge angebracht, die mit wenigstens zwei Anschlüssen versehen sind. In einem oder beiden Anschlüssen kann ein Wasserumlenkstutzen eingebaut werden.
3. Das im Wasserraum angebrachte Überschubrohr wird nicht über die gesamte Länge der Heizgaszüge angebracht, sondern, wie in der Fig. 15 dargestellt, mit einem gewissen Abstand zur Kesselvorderwand.