DE19753065B4

DE19753065B4 - Heizkessel mit thermohydraulischer Abkopplung für zwei Heizkreise

Info

Publication number: DE19753065B4
Application number: DE19753065A
Authority: DE
Inventors: Robert Kremer; Manfred Siebenhaar
Original assignee: Wolf GmbH
Current assignee: Wolf GmbH
Priority date: 1997-11-29
Filing date: 1997-11-29
Publication date: 2012-08-16
Anticipated expiration: 2017-11-30
Also published as: DE19753065A1

Abstract

Heizkessel aus einem mit mehreren Vor- und Rücklaufstutzen versehenen Kesselmantel mit darin liegender Nachschaltheizfläche (16), Feuerraum und einem in Einbaulage oben angeordneten Verbindungskanal (3), der in Einbaulage unterhalb eines Kesselrücklaufs (1), eines Hochtemperaturvorlaufs (6) und eines Niedertemperaturvorlaufs (5) angeordnet ist und an diese angeschlossen ist sowie zu einer Kesselrückwand (15) hin geöffnet ist, wobei der Verbindungskanal (3) einen vorderen Teil mit dem Kesselrücklauf (1) und einen hinteren Teil mit dem Hochtemperaturvorlauf (6) und dem Niedertemperaturvorlauf (5) aufweist, der zwischen Hochtemperaturvorlauf (6) und Kesselrücklauf (1) angeordnet ist, eine regelbare Absperreinrichtung zwischen dem vorderen und hinteren Teil des Verbindungskanals (3) zur geregelten Rücklaufbeimischung eines ersten Teilstroms (18) in den Niedertemperaturvorlauf (5) angeordnet ist und zwischen Kesselmantel (2) und Verbindungskanal (3) einschnürende Übergangsschlitze (4) zur Erzeugung eines zweiten Teilstromes (19) aus dem Kesselrücklaufs (1) in den Kessel vorgesehen sind.

Description

Die Neuerung betrifft einen Heizkessel mit thermohydraulischer Abkopplung für zwei Heizkreise.
Kessel dieser Bauart mit großer Leistung sind nach dem Stand der Technik liegende Flammrohr-Rauchrohr-Konstruktionen nach dem Zwei- oder Dreizug-Prinzip mit oben liegenden Anschlüssen für Vor- und Rücklauf.
Kessel dieser Bauart werden mit modulierenden oder zweistufigen Gebläsebrennern ausgerüstet und müssen zur Verhinderung von Taupunktunterschreitungen bei Teil- und Volllast mit einer Mindestvorlauftemperatur (Stütztemperatur) und je nach Konstruktion auch mit einer Mindestrücklauftemperatur betrieben werden.
Es sind auch Kesselkonstruktionen bekannt, in denen die Nachschaltheizflächen des letzten Kesselzuges zur ”Verschlechterung” des Wärmeüberganges mit Wärmeübergang verhindernden Doppelrohren ausgerüstet sind, mit dem Ziel, eine Absenkung der zulässigen Stütztemperatur zu erreichen.
Nach Gebrauchsmuster DE 296 02 075 U1 ist eine Lösung bekannt, bei der durch Anordnung eines Einströmkanals unter dem Rücklaufstutzen eine Verteilung der kalt eintretenden Rücklaufwassermengen auf die Nachschaltheizflächen-Rohre und die Umlenkung einer Teilwasserströmung in Richtung Vorlaufstutzen bewerkstelligt wird. Kessel dieser Bauart können nun mit weiter abgesenkter Heizwassertemperatur betrieben werden (Niedertemperaturkessel 50°C).
Aus der EP 0 616 173 A2 ist eine Kesselkonstruktion bekannt, bei der durch thermohydraulische Abkopplung eines separaten Heizwasserkreises vom Hauptheizkreis des Kessels ein zweites Temperaturniveau an einem zweiten Vorlaufstutzen des Kessels erreicht wird.
Auch hier wird durch eine innen liegende Rücklaufbeimischstelle und zusätzliche Ableitung einer Teilwassermenge vom Rücklaufstutzen zum Vorlaufstutzen hin ein Niedertemperaturbetrieb des Kessels möglich.
Außerdem werden in solchen Kesseln nach dem Stand der Technik immer noch Rauchrohr-Nachschaltheizflächen eingesetzt, bei denen durch sehr teure Doppelrohrkonstruktion die Wärmeübertragung vom Abgas an das Heizwasser künstlich verschlechtert wird, um auf diese Weise Taupunktunterschreitungen in der Nachschaltheizfläche zu verhindern.
Die DE 94 21 208 U1 offenbart eine Einrichtung für eine Vor- und Rücklaufführung zwischen Heizkessel und Heizkreis mit einer einfachen Bypassleitung zur Mischventil freien Vermischung eines Teiles der Vorlaufströmung mit der Rücklaufströmung. Ähnlich ist in der CH 496 930 A ein Bypass mit einer Klappe vorgesehen.
In der DE 84 14 084 U1 wird der Einsatz eines zusätzlichen Abschirmbleches im Wasser führenden Innenraum des Heizkessel vorgeschlagen, wobei das in den Innenraum eintretende Rücklaufwasser in einem Bereich zwischen Abschirmung und Innenraumwandung mit dem Kesselwasser vorgemischt wird, bevor es weiter in den Innenraum gelangt. Hierdurch kann lediglich eine einfache Vorvermischung erzielt werden.
Ähnlich wird in der DE 93 18 956 U1 ein Leitblech zur Führung des Rücklaufwassers von einem hinteren Teil des Kessels bis etwa zur Feuerungsseite desselben hin beschrieben.
In der DE 38 32 323 C2 ist der Rücklaufstutzen so konstruiert, dass einströmendes Rücklaufwasser nach dem Prinzip einer Wasserstrahlpumpe heißes Vorlaufwasser aus dem Kessel ansaugt und sich mit demselben vermischt.
Diese Lösungen haben den Nachteil, dass die Vorlauftemperatur jedoch nicht beliebig abgesenkt werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu finden, bei der einerseits eine beliebig niedrige Vor- und Rücklauftemperatur möglich ist und andererseits an einem zweiten Vorlaufstutzen des Wärmeerzeugers eine Mindesttemperatur für spezielle Heizkreise wie Lüfter, Trinkwasserwärmung usw. verfügbar wird.
Die gestellte Aufgabe wird durch Bereitstellung eines Heizkessels gemäß Anspruch 1 bzw. 4 gelöst. Insbesondere wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Heizkessel einen mit mehreren Vor- und Rücklaufstutzen versehene Kesselmantel mit darin liegender Nachschaltheizfläche, Feuerraum und einem in Einbaulage oben angeordnetem Verbindungskanal, der in Einbaulage unterhalb eines Kesselrücklaufs, eines Hochtemperaturvorlaufes und eines Niedertemperaturvorlaufs angeordnet ist und an diese angeschlossen ist sowie zu einer Kesselrückwand hin geöffnet ist, wobei der Verbindungskanal einen vorderen Teil mit dem Kesselrücklauf und einen hinteren Teil mit dem Hochtemperaturvorlauf und dem Niedertemperaturvorlauf aufweist, der zwischen Hochtemperaturvorlauf und Kesselrücklauf angeordnet ist, eine regelbare Absperreinrichtung zwischen dem vorderen und hinteren Teil des Verbindungskanals zur geregelten Rücklaufbeimischung eines ersten Teilstroms in den Niedertemperaturvorlauf angeordnet ist und zwischen Kesselmantel und Verbindungskanal einschnürende Übergangsschlitze zur Erzeugung eines zweiten Teilstromes aus dem Kesselrücklauf in den Kessel vorgesehen sind.
Hierdurch kann das eintretende heiße Kesselwasser einerseits zur Verhinderung von Taupunktunterschreitungen auf den hinteren Teil der Nachschaltheizfläche zielgerichtet gelenkt und andererseits zunächst an einem Vorlaufstutzen für höhere Temperatur und danach an einem Vorlaufstutzen für geringere Heizwassertemperaturen herangeführt werden. Mittels der regelbaren Absperreinrichtung kann je nach Öffnung ein mehr oder weniger großer Teilstrom des eintretenden Rücklaufwassers zum Hauptvorlaufstutzen gelangen.
Der Heizkessel wird nach 1 zu diesem Zweck so gestaltet, dass durch Anordnung eines Verbindungskanals 3 unterhalb der Vorlaufstutzen 5 und Rücklaufstutzen 1 alle aufsteigenden Heizwassermengen im Kessel zur hinteren Rückwand 15 des Kessels gelenkt werden. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Rauchrohre 16 im hinteren Teil des Kessels schnellstmöglich mit einer Heizwassertemperatur von über 60°C beaufschlagt werden.
Diese Maßnahme verhindert Taupunktunterschreitungen bei Öl- und Gasfeuerung mit großer Sicherheit.
Das in den hinteren, offenen Kanal eintretende Kesselwasser kann am Stutzen 6 (Hochtemperatur Vorlauf) mit Temperaturen über 60°C entnommen werden.
Die am Hauptvorlaufstutzen 5 des Kessels gewünschte Temperatur wird durch Mischung von heißem Kesselwasser 17 aus dem hinteren Teil des Kanals mit kaltem Rücklaufwasser 18 aus dem vorderen Teil des Kanals erreicht.
Die Anordnung der einfachen regelbaren Klappe 8 nach 4 – im Verbindungskanal 3 zwischen Vorlaufstutzen 5 und Rücklaufstutzen 1 macht nun eine beliebige Vorlauftemperatur zwischen 20°C und 110°C möglich, ohne dass es zu Taupunktunterschreitungen im Kessel kommen kann.
Durch Verschließen der Klappe 8 im Verbindungskanal 3 wird bei hohen Vorlauftemperaturen, unter Verzicht auf die Rücklaufbeimischung, eine identische Austrittstemperatur an beiden Vorlaufstutzen 5, 6 mit der höchsten Kesselwassertemperatur möglich.
Die gestellte Aufgabe wird ferner dadurch gelöst, dass der Heizkessel einen mit mehreren Vor- und Rücklaufstutzen versehene Kesselmantel mit darin liegender Nachschaltheizfläche, Feuerraum und einem in Einbaulage oben angeordnetem Verbindungskanal umfasst, der in Einbaulage unterhalb eines Kesselrücklaufs, eines Hochtemperaturvorlaufes und eines Niedertemperaturvorlaufs angeordnet ist und an diese angeschlossen ist sowie zu einer Kesselrückwand hin geöffnet ist, wobei der Verbindungskanal einen vorderen Teil mit dem Kesselrücklauf und einen hinteren Teil mit dem Hochtemperaturvorlauf und dem Niedertemperaturvorlauf aufweist, der zwischen Hochtemperaturvorlauf und Kesselrücklauf angeordnet ist, eine regelbare Absperreinrichtung mit einer Absperrklappe mit Stellmotor in Einbaulage oberhalb des Kessel in einer separaten Verbindung zwischen Niedertemperaturvorlauf und Kesselrücklauf angeordnet ist, zwischen dem vorderen und dem hinteren Teil des Verbindungskanals ein festes Drosselblech, eine Pendelklappe oder eine federbelastete Klappe eingebaut ist und zwischen Kesselmantel und Verbindungskanal einschnürende Übergangsschlitze zur Erzeugung eines zweiten Teilstromes aus dem Kesselrücklauf in den Kessel vorgesehen sind.
Somit kann die Anordnung einer regelbaren Klappe 8 im Kessel nach 4 beliebig auch oberhalb des Kessels nach 2 in einer separaten Verbindung zwischen Vorlauf 5 und Rücklauf 1 erfolgen.
Die Übertrittsschlitze können in Form einer keilförmigen Düse oder von gleichen Schlitzen mit variablem Abstand ausgeführt sein. Hierdurch können die eintretenden Rücklaufwassermenge 19 vorwiegend an der Kesselwandung abwärts strömen, sich schwerpunktförmig im vorderen Teil des Kessels mit dem heißen Kesselwasser mischen, um dann zentrisch durch die Nachschaltheizfläche wieder nach oben zu strömen.
Versuche und Auswertungen mit thermographischen Aufnahmen zeigten nach 3, dass es gelingt, durch keilförmige Übertrittsschlitze 4 zwischen Kesseldecke 2 und dem Verbindungskanal 3 einerseits eine sehr gute Mischung des eintretenden Rücklaufwassers 1 mit dem heißen Kesselwasser 17 in diesem Bereich zu erreichen, und andererseits die dargestellte Wasserdurchströmung des vorderen Kesselteils 14 zu erreichen.
Auf diese Weise entsteht im vorderen Teil des Verbindungskanals 3 je nach Wassermenge ein mehr oder weniger großer Überdruck, der einerseits dazu genutzt wird, das eintretende kalte Rücklaufwasser in einem Teilstrom zum Vorlauf abzuzweigen und zum größeren Teil turbulent in die Heizwasserräume links und rechts vom Verbindungskanal 3 übertreten zu lassen.
Die keilförmige Ausbildung der Übertrittsschlitze 4 führt genauso zu der gewünschten Verteilung eintretender Rücklaufwassermengen 19 über den vorderen heißen Kesselbereich, wie die Anordnung genau gleicher, rechteckiger Strömungsquerschnitte mit variablem Abstand zueinander.

Claims

Heizkessel aus einem mit mehreren Vor- und Rücklaufstutzen versehenen Kesselmantel mit darin liegender Nachschaltheizfläche (16), Feuerraum und einem in Einbaulage oben angeordneten Verbindungskanal (3), der in Einbaulage unterhalb eines Kesselrücklaufs (1), eines Hochtemperaturvorlaufs (6) und eines Niedertemperaturvorlaufs (5) angeordnet ist und an diese angeschlossen ist sowie zu einer Kesselrückwand (15) hin geöffnet ist, wobei der Verbindungskanal (3) einen vorderen Teil mit dem Kesselrücklauf (1) und einen hinteren Teil mit dem Hochtemperaturvorlauf (6) und dem Niedertemperaturvorlauf (5) aufweist, der zwischen Hochtemperaturvorlauf (6) und Kesselrücklauf (1) angeordnet ist, eine regelbare Absperreinrichtung zwischen dem vorderen und hinteren Teil des Verbindungskanals (3) zur geregelten Rücklaufbeimischung eines ersten Teilstroms (18) in den Niedertemperaturvorlauf (5) angeordnet ist und zwischen Kesselmantel (2) und Verbindungskanal (3) einschnürende Übergangsschlitze (4) zur Erzeugung eines zweiten Teilstromes (19) aus dem Kesselrücklaufs (1) in den Kessel vorgesehen sind.
Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die regelbare Absperreinrichtung eine regelbare Absperrklappe (8) aufweist.
Heizkessel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich oder alternativ zur Absperrklappe (8) zwischen dem vorderen und hinteren Teil des Verbindungskanals (3) ein festes Drosselblech (7), eine Pendelklappe (7) oder eine federbelastete Klappe (7) eingebaut ist.
Heizkessel aus einem mit mehreren Vor- und Rücklaufstutzen versehenen Kesselmantel mit darin liegender Nachschaltheizfläche (16), Feuerraum und einem in Einbaulage oben angeordneten Verbindungskanal (3), der in Einbaulage unterhalb eines Kesselrücklaufs (1), eines Hochtemperaturvorlaufs (6) und eines Niedertemperaturvorlaufs (5) angeordnet ist und an diese angeschlossen ist sowie zu einer Kesselrückwand (15) hin geöffnet ist, wobei der Verbindungskanal (3) einen vorderen Teil mit dem Kesselrücklauf (1) und einen hinteren Teil mit dem Hochtemperaturvorlauf (6) und dem Niedertemperaturvorlauf (5) aufweist, der zwischen Hochtemperaturvorlauf (6) und Kesselrücklauf (1) angeordnet ist, eine regelbare Absperreinrichtung mit einer Absperrklappe (8) in Einbaulage oberhalb des Kessel in einer separaten Verbindung zwischen Niedertemperaturvorlauf (6) und Kesselrücklauf (1) angeordnet ist, zwischen dem vorderen und dem hinteren Teil des Verbindungskanals (3) ein festes Drosselblech (7), eine Pendelklappe (7) oder eine federbelastete Klappe (7) eingebaut ist und zwischen Kesselmantel (2) und Verbindungskanal (3) einschnürende Übergangsschlitze (4) zur Erzeugung eines zweiten Teilstromes (19) aus dem Kesselrücklauf (1) in den Kessel vorgesehen sind.
Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertrittsschlitze (4) in Form einer keilförmigen Düse oder von gleichen Schlitzen mit variablem Abstand ausgeführt sind.
Heizkessel nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die eingebaute Absperrklappe (8) über einen Stellmotor (9) betätigbar ist und in Abhängigkeit der Rücklauftemperatur (1) über eine Regelung zur Erreichung der gewünschten Vorlauftemperatur steuerbar ist.
Heizkessel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle einer Absperrklappe (8) mit Stellmotor (9) ein von der Eintrittstemperatur gesteuertes thermisches Stellglied, wie im Kühlwasserkreis von Motoren üblich, angeordnet ist.