DE19845583B4

DE19845583B4 - Heizkessel für flüssige, gasförmige und/oder staubförmige Brennstoffe

Info

Publication number: DE19845583B4
Application number: DE1998145583
Authority: DE
Inventors: Joachim Ferretti
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-10-02
Filing date: 1998-10-02
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2018-10-03
Also published as: DE19845583A1

Abstract

Heizkessel für flüssige, gasförmige und/oder staubförmige Brennstoffe, enthaltend
einen teilweise mit einer als Wärmeträger dienenden Flüssigkeit (30) gefüllten Behälter (10),
eine im Behälter (10) in der Flüssigkeit (30) schwimmend vorgesehene, nach oben offene Brennkammer (40),
einen von oben in die Brennkammer (40) hinein ragenden Brennkammereinsatz (60), aus dessen unterem offenen Ende die von einem Brenner erzeugten heißen Verbrennungsgase in die Brennkammer (40) austreten, und
einen im Behälter (10) vorgesehenen Abgassammler (50) zur Aufnahme der oberhalb des Flüssigkeitsspiegels aus der Brennkammer (40) austretenden Abgase, wobei eine von der Brennkammer (40) und dem Abgassammler (50) gebildete Abgaszone gegenüber dem mit der Flüssigkeit gefüllten Raum (11) des Behälters (10) abgedichtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Heizkessel für flüssige, gasförmige und/oder staubförmige Brennstoffe, der einen teilweise mit einer als Wärmeträger dienenden Flüssigkeit gefüllten Behälter aufweist.

Aus der DE 195 09 461 C1 ist ein Heizkessel der obigen Art bekannt, bei dem am Deckel des Behälters ein nach unten hin offenes Tauchrohr befestigt ist. In dem Tauchrohr ist ein unten geschlossener Brennkammereinsatz angeordnet, in den von oben her das Brennerrohr eines Brenners ragt. Das unten offene Tauchrohr erstreckt sich bis in die im Behälter befindliche Flüssigkeit. Beim Betrieb des Brenners treten die beim Verbrennungsvorgang in der Brennkammer erzeugten heißen Verbrennungs- bzw. Abgase am offenen unteren Ende des Tauchrohres aus und perlen in der Flüssigkeit nach oben in den Raum oberhalb des Flüssigkeitsspiegels und werden von dort über einen im Deckel vorgesehenen Auslaßstutzen abgeführt. Hierbei hat die im Behälter enthaltene Flüssigkeit nicht nur die Funktion eines Wärmeträgers zum Aufnehmen und Weitertransportieren der in den heißen Verbrennungsgasen enthaltenen Wärmeenergie, sondern auch die Funktion eines Reinigungsmittels zum Befreien der Verbrennungsgase von unerwünschten Schadstoffen.

Bei einem derartigen Heizkessel ist ein zusätzlicher Geräte- und Energieaufwand erforderlich, um vor der Inbetriebnahme des Brenners die Flüssigkeit mit einem entsprechend starken Brennergebläse aus dem Tauchrohr herauszudrücken.

Ferner treten zwischen heißen Bauteilen, die beispielsweise von den heißen Verbrennungsgasen unmittelbar beaufschlagt werden, und mit diesen verbundenen kälteren Bauteilen mechanische Spannungen auf, die das Material schädigen und insbesondere zu Rissen und Brüchen führen können. Weiterhin wird bei einer Störung des Brenners der dabei auftretende Ruß unter eine im Flüssigkeitsbad angeordnete Lochplatte gedrückt, die zum Verteilen der Verbrennungsgase im Flüssigkeitsbad dient. Dadurch kommt es zu einem Zusetzen der Löcher in der Verteilungsplatte.

Ferner treten beim Aufheizen auf hohe Temperaturen und auch beim schnellen Aufheizen unerwünschte Dampfmengen auf, die einem bestimmungsgemäßen Betrieb des Heizkessels entgegenstehen.

Aus der EP 0 942 240 A1 ist ein weiterer vergleichbarer Heizkessel bekannt, von dessen oberem Bereich aus sich ein zur Aufnahme eines Brenners eingerichtetes, an seinem unteren Ende offenes Brennkammerrohr erstreckt. Dieses ist innerhalb eines Innenbehälters von einem, bodenseitig geschlossenen, oberseitig offenen, einen Ringraum mit den Außenwandungen des Brennkammerrohres definierenden Brennkammeraußenteil umgeben, welches außenseitig in eine, den genannten Innenbehälter nach Maßgabe eines definierten Niveaus ausfüllenden Wärmeträgerflüssigkeit eintaucht. Das Brennkammeraußenteil ist in seiner Längsrichtung mit Hinblick auf eine Ermöglichung von thermischen Ausgleichsbewegungen hin schwimmend angeordnet. Der Innenbehälter befindet sich innerhalb eines Außenbehälters, der nach Maßgabe eines gleichen Niveaus mit der Wärmeträgerflüssigkeit ausgefüllt ist. Vom Bodenbereich des Innenbehälters führt eine Leitung, in der unter Mitwirkung einer Umwälzpumpe die Wärmeträgerflüssigkeit zum Deckelbereich des Außenbehälters geführt ist, der den äußeren Abschluss des Heizkessels bildet und durch den hindurch sich ein der Aufnahme des Brenners dienender, mit dem Brennkammerrohr in fester Verbindung stehender Rohrstutzen zentral erstreckt. Über Öffnungen in der genannten Leitung steht diese auch mit der Wärmeträgerflüssigkeit im Austausch, die sich innerhalb des Außenbehälters befindet, so dass über diese Leitung eine Durchmischung der Wärmeträgerflüssigkeit innerhalb des Heizkessels eingerichtet ist. Die, aus dem unteren Ende des Brennkammerrohres austretenden heißen Verbrennungs gase werden zunächst unter Umlenkung aufwärts durch den genannten Ringraum zwischen der Außenseite des Brennkammerrohres und der Innenseite des Brennkammeraußenteils geführt, um am oberen Ende dieses Ringraumes unter Mitwirkung eines, an der Außenseite des Brennkammerrohres angeformten Führungsteils in Richtung auf die freie Oberfläche der Wärmeträgerflüssigkeit hin abwärts umgelenkt zu werden, und hierbei in einen direkten Wärmeaustausch mit der Wärmeträgerflüssigkeit gelangen. Ein weiterer direkter Wärme- jedoch auch Stoffaustausch, mit welchem eine Reinigung der Abgase angestrebt wird, ergibt sich aus der sich anschließenden Gegenstromführung zu der, ein System von mit Löchern versehenen Ringblechen unter Schwerkrafteinfluss durchströmenden Wärmeträgerflüssigkeit, die im Deckelbereich im Übrigen zur Ausübung einer Kühlwirkung auf Teile des Brennkammerrohres eingesetzt ist. Nach Durchströmen dieser Ringbleche treten die Verbrennungsgase gekühlt und gereinigt in einen sich parallel zu der Längsachse des Heizkessels erstreckenden Rohrstutzen und werden abgeführt.

Kritisch zu sehen ist auch bei diesem Heizkessel der direkte Kontakt zwischen den schadstoffbeladenen Verbrennungsabgasen und der Wärmeträgerflüssigkeit, welches insbesondere bei Störungen des Brenners unter Umständen zu Ablagerungen von Ruß führen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Heizkessel zu schaffen, der möglichst frei von materialschädigenden Spannungen und dennoch kostengünstig herzustellen ist und eine Aufheizung der Wärmeträgerflüssigkeit auf höhere Temperaturen gestattet. Darüber hinaus soll der Heizkessel vorzugsweise leicht und einfach zu montieren bzw. zu demontieren und ohne großen Aufwand zu warten und zu reinigen sein.

Diese Aufgabe wird durch einen Heizkessel mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Ein Vorteil der vorgeschlagenen Lösung besteht darin, dass die mit den heißen Verbrennungsgasen bzw. Abgasen beaufschlagte schwimmend vorgesehene Brennkammer sich frei ausdehnen und zusammenziehen kann, ohne dass dadurch materialschädigende Spannungen in der Brennkammer selbst auftreten oder auf andere Bauteile des Heizkessels übertragen werden. Darüber hinaus ist sie als separates Einzelbauteil einfach und preiswert zu fertigen und leicht im Behälter zu plazieren. Ferner ist die schwimmend gelagerte Brennkammer in der Lage, durch Verpuffungen auftretende Stöße abzufangen. Weiterhin kann sie bei unterschiedlichen Brennerleistungen hinsichtlich ihrer Lage, Beschaffenheit und Formgebung problemlos an jeweilige Brennerleistungen angepasst werden.

Durch die erfindungsgemäße Trennung der abgasführenden Zone und der Flüssigkeitszone im Heizkesselbehälter wird die Dampfbildung auch bei höheren Temperaturen vermieden. Bei einer Brennertotalstörung verhindert der erfindungsgemäße Aufbau den Eintritt von unverbranntem Brennstoff oder anderen Verbrennungsrückständen in das im Behälter befindliche Flüssigkeitsbad.

Vorzugsweise ist der Abgassammler allseitig hitzeisoliert. Hierdurch werden unerwünschte Kondensat- und Niederschlagsbildungen auf dem Abgassammler sowie auch eine unnötige Aufheizung der an den Abgassammler angrenzenden Bereiche vermieden. Die im Abgassammler vorgesehenen Wärmetauscher tragen ebenfalls hierzu bei und kühlen darüber hinaus das Abgas weiter ab und verlangsamen auch die Strömungsgeschwindigkeit der Abgase.

Vorzugsweise ist auch der Abgassammler wie die schwimmende Brennkammer als separates von oben in den Behälter einsetzbares Bauteil ausgebildet.

Der Abgassammler ist vorzugsweise auf die schwimmende Brennkammer auf einen an der Brennkammeraußenseite vorgesehenen Ansatz auflegbar. Hierdurch sind einerseits die Montage bzw. Demontage einfacher duchzuführen, andererseits besteht durch diese Konstruktion die Möglichkeit einer einfachen Abdichtung der beiden Zonen. Auch wird hierdurch die gegenseitige Positionierung der ansonsten unabhängigen Bauteile gefördert.

Entsprechendes gilt für die Positionierung des Brennkammereinsatzes mit einem an dessen äußerem Umfang vorgesehenen Ansatz auf dem Abgassammler.

Am Abgassammler ist vorzugsweise ein Rohrstutzen vorgesehen zum Abführen der Abgase in einen Raum, der separat von der mit der Flüssigkeit gefüllten Zone vorgesehen ist und in dem die Abgase gewaschen und gereinigt werden. Hierdurch wird weiterhin die Möglichkeit einer unerwünschten Dampfbildung erheblich herabgesetzt.

Vorzugsweise ist ein als Isolierbauteil ausgebildeter Innenbehälter vorgesehen, der den von der Flüssigkeit gefüllten Raum des Behälters in eine innere Zone mit der darin befindlichen Brennkammer und eine äußere Zone trennt, wobei Wärmetauscher vorzugsweise im Raum zwischen der Innenseite des Innenbehälters und der Außenseite der Brennkammer vorgesehen sind. Hierdurch wird eine schnellere und wirksamere Aufheizung der Flüssigkeit in der inneren Zone erreicht. Zum anderen steht kältere Flüssigkeit in der äußeren Zone für Kühlzwecke zur Verfügung. Der Innenbehälter gestattet auch im Verein mit unterschiedlichen Brennkammersystemen eine leichtere Anpassung an die jeweils gewünschte Leistung.

Der Abgassammler ist vorzugsweise auf den oberen Rand des Innenbehälters auflegbar und deckelt dabei die innere Zone und vorzugsweise auch die äußere Zone ab. Dies trägt wiederum dazu bei, die Zonen mit geringem technischen Aufwand voneinander zu trennen. Auch wird hierdurch die Positionierung der einzelnen Bauteile im Behälter erleichtert.

Ferner weist der Innenbehälter vorzugsweise eine Ausgleichsöffnung auf, durch die die beiden Flüssigkeitszonen im Bedarfsfall miteinander kommunizieren können.

Der Brennkammereinsatz ist bevorzugt mit einem verjüngten oberen Rohrabschnitt durch einen Behälterdeckel gesteckt ist und es sind Mittel zum Kühlen des Rohrabschnitts vorgesehen. Dies gestattet einerseits eine einfache Montage des Brennkammereinsatzes und erlaubt andererseits durch die wirksame Kühlung des oberen Rohrabschnitts die Verwendung von Kunststoffmaterialien für den Deckel. Diese Ausgestaltung stellt auch einen eigenständigen Aspekt der Erfindung dar.

Vorzugsweise wird die obige Kühlzone unter dem Behälterdeckel durch Ableitung der sich ansammelnden Kühlflüssigkeit über eine Rohrleitung im Wesentlichen trocken gehalten.

Die erfindungsgemäße Brennkammer ist auf der Innenseite ihrer Kammerwand vorzugsweise ringsum mit einem Rohrsystem aus mehreren in Vertikalrichtung verlaufenden und in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten Rohren versehen, die oben und unten zur Flüssigkeitszone offen sind. Durch eine solche Brennkammer wird durch natürliche Zirkulation der Flüssigkeit durch die Rohre nach oben und die vergrößerte Wärmeübertragungsfläche die Aufheizung der Flüssigkeit beachtlich gesteigert. Das Vorsehen einer schwimmenden Brennkammer und deren Ausbildung stellt ebenfalls einen eigenständigen Aspekt der Erfindung dar.

Die Brennkammer weist bevorzugt einen etwa halbkugelförmig ausgebildeten, den Brennraum nach unten begrenzende Kammerboden aufweist, dessen oberer Rand über eine Einschnürung in die vorzugsweise zylindrische Kammerwand übergeht. Hierdurch wird die Geschwindigkeit der Verbrennungsgase gedrosselt und die Flamme kann sich optimal ausbreiten, so daß ein optimaler Verbrennungsprozess ablaufen kann.

Vorzugsweise geht der obere Rand der Kammerwand über einen horizontalen Absatz in einen zylinderförmigen Hals geringeren Durch messers über, in dem Durchtrittsöffnungen für die aus der Brennkammer in den Abgassammler eintretenden Abgase vorgesehen sind, wobei der Abgassammler ringförmig ausgebildet ist und den Hals der Brennkammer umgibt. Auch hierdurch werden die Montage und der lagemäßige Zusammenhalt der Einzelbauteile im Behälter verbessert.

Die oberen Öffnungen der Rohre befinden sich bevorzugt im vom Absatz gebildeten Wandabschnitt der Brennkammer und die unteren Öffnungen der Rohre in einem vom oberen Teil der Einschnürung gebildeten Wandabschnitt der Brennkammer. Dies erleichtert die Herstellung der Brennkammer und sorgt für einen geringen Strömungswiderstand in den somit krümmungsfrei verlaufenden Rohren.

Das untere Ende des Brennkammereinsatzes reicht vorzugsweise bis in den Bereich der Einschnürung der Brennkammer, wodurch eine Drosselstelle für die nach oben abgeführten Abgase entsteht.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

1 eine geschnittene schematisch Seitenansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Heizkessels,

2 eine geschnittene Seitenansicht eines Innenbehälters des Heizkessels,

3 eine Ansicht des Innenbehälters nach 2 von oben,

4 eine Seitenansicht einer Brennkammer des Heizkessels,

5 eine Ansicht der Brennkammer der 4 von oben,

6 eine Seitenansicht eines Brennkammereinsatzes des Heizkessels,

7 eine Ansicht des Brennkammereinsatzes der 6 von oben,

8 eine Seitenansicht eines Abgassammlers des Heizkessels und

9 eine Ansicht des Abgassammlers der 8 von oben.

Das in 1 dargestellte bevorzugte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Heizkessels hat einen aus Kunststoff hergestellten Behälter 10 mit einem Boden 12 und einer äußeren Umfangswand 16. Der von der Umfangswand 16 umschlossene, vorzugsweise ringförmige Raum 11 ist mit einer als Wärmeträger dienenden Flüssigkeit 30 gefüllt, deren Spiegel mit Hilfe geeigneter Mittel auf einem vorgegebenen oberen Niveau 32 gehalten wird.

Das nach oben offene Ende des mit der Flüssigkeit 30 gefüllten Raums 11 ist mit einem Deckel 18 abgeschlossen. In der Mitte des Deckels 18 befindet sich eine Durchführungsöffnung 19, an deren Rand ein in den Zeichnungen nicht dargestellter Brenner angeflanscht werden kann. Vorteilhafter Weise besteht der Deckel 18 ebenfalls aus Kunststoff und kann an der Umfangswand 16 leicht montiert und wieder demontiert werden.

In den Raum 11 des Behälters 10 ist ein Innenbehälter 20 in einer ortsfesten Lage eingesetzt, der beispielsweise mit Füßen 22 auf dem Boden des Behälters 10 steht. Im Ausführungsbeispiels ist der Innenbehälter so massiv ausgebildet, dass er ohne weitere Fixierungsmaßnahmen in einer ortsfesten Lage stehen bleibt.

Der Innenbehälter 20 teilt in der in 1 dargestellten Weise den Raum 11 in zwei Flüssigkeitszonen 34 und 36 auf. Wie es aus 2 und 3 hervorgeht, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform die als Trennwand dienende Umfangswand 26 des zylindrischen Innenbehälters aus Kunststoff doppelwandig ausgeführt. Die Innen- und Außenwand 27, 29 sind oben und unten miteinander luftdicht verschweißt. Der flache oder trichterfömige Boden 24 kann ein- oder doppelwandig sein. Der Boden kann wahlweise geschlossen oder in irgendeiner Weise offen sein bzw. durch mechanische Kraft nach Art einer nicht in den Zeichnungen dargestellten Zwangsöffnung geöffnet oder geschlossen werden.

In der Flüssigkeitszone 34 ist in der in 1 gezeigten Weise eine aus Edelstahl hergestellte Brennkammer 40 ringsum mit Abstand vom Innenbehälter 20 schwimmend vorgesehen. Die möglichen Schwimmbewegungen der Brennkammer 40 aus ihrer In 1 gezeigten Normalstellung heraus sind geführt und beschränkt. So wird ein zu starkes Aufschwimmen zum Beispiel dadurch verhindert, dass der Boden 42 der Brennkammer und der Boden 24 des Innenbehälters 20 eine in den Zeichnungen nicht dargestellte Verbindung aufweisen.

Die Verbindung ist vorzugsweise so ausgelegt, dass sie die Vertikalbewegung der Brennkammer 40 nach oben und unten begrenzt. Hierbei wird insbesondere auch verhindert, dass bei Abwärtsbewegung der Brennkammer 40 Flüssigkeit in das Kammerinnere eindringt. Die Verbindung enthält vorzugsweise ein oder mehrere Feder- und/oder Dämpfungselemente mit Anschlägen. Die Verbindung kann beispielsweise in Form eines Bajonettverschlusses ausgebildet sein, der eine leichte Montage und Demontage der Brennkammer 40 im Innenbehälter 20 von oben her zuläßt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der schwimmend gelagerten Brennkammer 40 ist in 4 und in 5 gezeigt. Der den Brennraum nach unten begrenzende Kammerboden 42 ist etwa halbkugelförmig ausgebildet. Der obere Rand des Bodens 42 geht über eine Einschnürung 46 in eine zylindrische Kammerwand 44 über. Der obere Rand der Kammerwand 44 geht über einen horizontalen Absatz 41 in einen zylinderförmigen Hals 48 geringeren Durchmessers über. Im Hals 48 sind in der gezeigten Weise Durchtrittsöffnungen 45 vorgesehen. Oberhalb vom Absatz 41 ist mit geringem Abstand hierzu ein ringförmig umlaufender Flansch 43 an der Außenseite des Halses 48 vorgesehen (in 4 und 5 nicht dargestellt).

Auf der Innenseite der Kammerwand 44 ist ringsum ein Rohrsystem 80 aus mehreren in Vertikalrichtung verlaufenden und in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten Rohren 82 in der gezeigten Weise vorgesehen, die oben und unten zur Flüssigkeitszone 34 offen sind. Die oberen Öffnungen 86 der Rohre 82 befinden sich in einem vom Absatz 41 gebildeten Wandabschnitt der Brennkammer 40. Die unteren Öffnungen 84 der Rohre 82 befinden sich in einem vom oberen Teil der Einschnürung 46 gebildeten Wandabschnitt der Brennkammer 40. Wie insbesondere aus 4 ersichtlich ist, ist die Einschnürung 46 im Ausführungsbeispiel durch aneinander grenzende 45° Wandabschnitte realisiert.

Ausgehend vom Deckel 18 ragt in den Behälter 10 ein aus Edelstahl gefertigter rohrförmiger Brennkammereinsatz 60. Der Brennkammereinsatz 60 gemäß den 1, 6 und 7 weist an seinem oberen Ende einen im Durchmesser verjüngten Rohrabschnitt 62 auf. Der Rohrabschnitt 62 ist durch die Durchgangsöffnung 19 im Deckel 18 gesteckt und umgibt ein nicht dargestelltes Brennerrohr eines auf der Außenseite des Deckels angeflanschten Brenners. Im oberen Bereich des Brennkammereinsatzes 60 ist außen ein ringförmig umlaufender Flansch 64 mit Abstand zu dem verjüngten Rohrabschnitt 62 vorgesehen.

Am horizontalen Absatz 66 des Brennkammereinsatzes zu dessen verjüngten Rohrabschnitt 62 ist ein umlaufender zylindrischer Kragen 68 vorgesehen. Der Kragen 68 bildet zusammen mit dem Absatz 66 und dem unteren Teil des verjüngten Rohrabschnitts 62 eine ringförmige Wanne. Geringfügig oberhalb des Absatzes 66 ist ein zur Wanne hin offener Rohrstutzen 61 gemäß Darstellung in den Kragen 68 eingesetzt. Der Kragen 68 kann bedarfsweise auch bis zum Deckel 18 reichen. Ferner können z.B. auf dem Kragen 68 oder Deckel 18 Federn vorgesehen sein, gegen die der Deckel 18 bei der Montage herabgedrückt wird und dabei die über- und ineinander gesetzten Bauteile im Heizkessel in ihre Betriebsstellung bringt.

Der Brennkammereinsatz 60 ragt in die Brennkammer 40 hinein, wobei sein unteres Ende sich vorzugsweise bis in den Bereich der Einschnürung 46 erstreckt.

Zwischen dem Flansch 64 des Brennkammereinsatzes 60 und dem Flansch 43 der Brennkammer 40 ist ein ringförmig ausgebildeter Abgassammler 50 gemäß den 1, 8 und 9 angeordnet, dessen Innendurchmesser auf den Außendurchmesser des Halses 48 abgestimmt ist. Der Abgassammler 50 ist bis auf seine dem Hals 48 zugewandte Innenseite und eine Anschlußstelle eines Abgasrohrstutzens 55 geschlossen, wie insbesondere aus 8 und 9 hervorgeht. Gemäß 1 kann er auf der Innenseite im Bereich außerhalb der Durchtrittsöffnungen 45 des Halses 48 noch kurze Wandabschnitte 52 aufweisen. Der Abgassammler gemäß 8 weist in einem alternativen Ausführungsbeispiel einen oberen Deckel auf, der auf seiner Oberseite in seinem innenliegenden Bereich einen nach oben stehenden Rand hat (nicht dargestellt), auf den zur Abdichtung gegenüber der Abgaszone der Brennkammereinsatz 60 mit einer geeigneten Dichtung aufsteckbar ist. Der Außendurchmesser des Brennkammereinsatzes 60 ist so bemessen, dass der Einsatz 60 sich gemäß 1 in radialer Richtung wenigstens über den Innenbehälter 20, vorzugsweise jedoch über diesen hinaus erstreckt.

Ein in 1 mit 14 bezeichneter Teilabschnitt der Umfangswand 16 bildet die Zwischenwand zu einem weiteren Raum des Behälters 10, in dem die Abgase gewaschen werden, bevor sie aus diesem weiteren Raum nach außen abgeführt werden. Zu diesem Zweck ist der Abgasrohrstutzen 55 des Abgassammlers 50 in der gezeigten Weise durch eine Öffnung in der Zwischenwand 14 in diesen Raum geführt.

Der Abgassammler 50 ist innen hitzeisoliert und vorzugsweise wie auch die Brennkammer 40 aus Edelstahl hergestellt. Gegebenenfalls könnte er auch aus Kunststoff bestehen. Der Behälter 10 ist vorzugsweise wie der Deckel 18 aus Kunststoff gefertigt.

Die beschriebenen Teile des Heizkessels sind alle von oben in den Behälterraum 11 einsetzbar und herausnehmbar. Beim Zusammenbau wird zuerst der Innenbehälter 20 auf den Boden 12 des Behälters 10 gestellt. Dann wird die Brennkammer 40 eingesetzt. Auf der Brennkammer wird der Abgassammler 50 montiert. Hierbei ist der Rohrstutzen 55 derart kurz bemessen, dass er ohne weiteres von oben her in die dafür vorgesehene Öffnung in der Zwischenwand 14 eingeschoben werden kann. Der Abgassammler 50 wird auf den Flansch 43 der Brennkammer 40 gelegt. Anschließend wird der Brennkammereinsatz 60 mit dem Flansch 64 auf den Abgassammler gelegt. Abschließend wird der Deckel 18 auf dem Behälter 10 montiert, wobei die Öffnung 19 den Hals 62 des Brennkammereinsatzes 60 aufnimmt.

Hierbei sind die ineinander gesetzten Teile derart ausgebildet und bemessen, daß sich grundsätzlich der in 1 gezeigte Zusammenbauzustand einstellt.

Beim Betrieb des Kessels gelangen die durch den Verbrennungsvorgang im Brennkammereinsatz 60 und in der Brennkammer 40 erzeugten Verbrennnungsgase in den ringförmigen Raum zwischen dem Brennkammereinsatz 60 und der schwimmenden Brennkammer 40. Dabei kommen die nach oben strömenden heißen Verbrennungs- bzw. Abgase in innige Berührung mit den im Innenraum der Brennkammer 40 allseitig frei zugänglichen flüssigkeitsführenden Rohren 82 und erfahren dabei eine außerordentlich wirksame Abkühlung. Zur weiteren Vergrößerung der Kühlfläche können an den Rohren 82 Turbulatoren befestigt oder gesteckt sein, vorzugsweise in Form hitzebeständiger, fischgrätartiger Edelstahlbleche (nicht dargestellt). Gleichermaßen kann die Umfangswand 44 durch geeignet Maßnahmen oberflächenvergrößert sein, z.B. durch Ausbildung in Form einer Sternkammer.

Die Aufheizung der in den Rohren 82 befindlichen Flüssigkeit durch die vorbeistreichenden Abgase bewirkt eine beschleunigte natürliche Zirkulation der Flüssigkeit in der Flüssigkeitszone 34 und auch eine schnelle Aufheizung der Flüssigkeit.

Die Wärmeübertragung von den Abgasen auf die Wärmeträgerflüssigkeit wird auch dadurch verbessert, dass die Strömungsgeschwindigkeit der nach oben umgelenkten Abgase durch die Einschnürung 46 im Verein mit dem sich in den Bereich der Einschnürung erstreckenden unteren Ende des Brennkammereinsatzes 60 herabgesetzt wird. Die Wärmeausbeute wird ferner auch durch den sich aufweitenden Boden 42 der Brennkammer 40 verbessert, der eine Flammenpressung verhindert.

Die Konstruktion ist so ausgelegt, dass sich der Abgassammler 50 auf das über den Flüssigkeitsspiegel hinausragende obere Ende der Umfangswand 26 des Innenbehälters 20 setzt und so die Flüssigkeitszone 34 abdeckelt. Dies trägt ebenfalls zu einer schnelleren Aufheizung der Flüssigkeit in der Zone 34 bei. Zur Wämeabfuhr befinden sich im Raum zwischen der Kammerwand 44 der Brennkammer 40 und Umfangswand 26 des Innenbehälters 20 in den Zeichnungen nicht dargestellte Wärmetauscher.

Die stark abgekühlten Abgase treten dann über die Durchtrittsöffnungen 45 im Hals 48 der Brennkammer 40 in den Abgassammler 50 ein. Zwischen dem Flansch 43 der Brennkammer 40 und dem Abgassammler 50 ist vorzugsweise eine in den Zeichnungen nicht dargestellte Dichtung vorgesehen, die den Abgasraum wasser- und rauchgasdicht gegenüber der Flüssigkeitszone 34 und deren Rohrsystem 80 abschließt. Ein rauchgasdichter Abschluß ist auch durch eine weitere (nicht dargestellte) Dichtung zwischen dem Flansch 64 des Brennkammereinsatzes 60 und dem Abgassammler 50 vorgesehen. Somit können keine heißen Abgase in den Raum oberhalb des Abgassammlers 50 gelangen.

Durch weitere im Abgassammler 50 angeordnete, nicht dargestellte Wärmetauscher werden die Abgase vor Eintritt in den Rohrstutzen 55 noch weiter abgekühlt und auch nochmals in ihrer Geschwindigkeit verlangsamt, bevor sie in die im weiteren Behälterraum vorgesehene Wasch- und Reinigungsstufe gelangen. Das dabei anfallende Konden sat wird vorzugsweise in die Flüssigkeitszone 36 geleitet. Die Wasch- und Reinigungsflüssigkeit wird vorzugsweise aus der Flüssigkeitszone 36 mit einer nicht dargestellten Pumpe abgezogen und nach Reinigung dieser Zone wieder zugeführt.

Unterhalb des Deckels 18 ist ein den verjüngten Rohrabschnitt des Brennkammereinsatzes 60 umgebendes Ringrohr 70 in der gezeigten Weise vorgesehen. Diesem Ringrohr wird mittels einer nicht dargestellten Pumpe aus der Flüssigkeitszone 36 Flüssigkeit zugeführt, die aus im Ringrohr 70 vorgesehenen Öffnungen gegen den verjüngten Rohrabschnitt 62 gesprüht wird und auf diese Weise diesen und den Absatz 66 wirksam kühlt. Die in der oben dargelegten Wanne aufgefangene Kühlflüssigkeit wird über den Rohrstutzen 61 abgeleitet und über eine geeignete nicht dargestellte Leitung wieder der Flüssigkeitszone 36 zugeführt.

Somit ist der oberhalb des Abgassammlers 60 liegende Raum ein sowohl gegenüber den Flüssigkeitszonen, insbesondere der heißen Flüssigkeitszone 34, als auch der Rauchgaszone abgedichteter trockener Raum. Auch beim Betrieb des Kessels bei hohen Temperaturen und schnellen Aufheizungen ist durch die aufgezeigte Trennung der verschiedenen Zonen eine Dampfentwicklung vermieden. Hierzu trägt auch bei, dass die Abgaswäsche nicht im Raum oberhalb des Abgassammlers 50 vorgesehen ist. Mit diesem aufgezeigten Aufbau sind Temperaturen im Bereich von 80°C erst möglich geworden.

Claims

Heizkessel für flüssige, gasförmige und/oder staubförmige Brennstoffe, enthaltend einen teilweise mit einer als Wärmeträger dienenden Flüssigkeit (30) gefüllten Behälter (10), eine im Behälter (10) in der Flüssigkeit (30) schwimmend vorgesehene, nach oben offene Brennkammer (40), einen von oben in die Brennkammer (40) hinein ragenden Brennkammereinsatz (60), aus dessen unterem offenen Ende die von einem Brenner erzeugten heißen Verbrennungsgase in die Brennkammer (40) austreten, und einen im Behälter (10) vorgesehenen Abgassammler (50) zur Aufnahme der oberhalb des Flüssigkeitsspiegels aus der Brennkammer (40) austretenden Abgase, wobei eine von der Brennkammer (40) und dem Abgassammler (50) gebildete Abgaszone gegenüber dem mit der Flüssigkeit gefüllten Raum (11) des Behälters (10) abgedichtet ist.
Heizkessel nach Anspruch 1, bei dem der Abgassammler (50) allseitig hitzeisoliert ist.
Heizkessel nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Abgassammler (50) einen Wärmetauscher enthält.
Heizkessel nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Abgassammler (50) wie die schwimmende Brennkammer (40) als separates von oben in den Behälter (10) einsetzbares Bauteil ausgebildet ist.
Heizkessel nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Abgassammler (50) auf die schwimmende Brennkammer (40) vorzugsweise auf einen an der Brennkammeraußenseite vorgesehenen Ansatz (43) auflegbar ist.
Heizkessel nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Brennkammereinsatz (60) mit einem an seinem äußeren Umfang vorgesehenen Ansatz (64) auf dem Abgassammler (50) aufliegt.
Heizkessel nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem am Abgassammler (50) ein Rohrstutzen (55) vorgesehen ist zum Abführen der Abgase in einen vom mit der Flüssigkeit (30) gefüllten Raum (11) des Behälters (10) separat vorgesehenen Raum, in dem die Abgase gewaschen und gereinigt werden.
Heizkessel nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein vorzugsweise als Isolierbauteil ausgebildeter Innenbehälter (20) den von der Flüssigkeit (30) gefüllten Raum (11) des Behälters (10) in eine innere Zone (34) mit der darin befindlichen Brennkammer (40) und eine äußere Zone (36) trennt, wobei Wärmetauscher vorzugsweise im Raum zwischen der Innenseite des Innenbehälters (20) und der Außenseite der Brennkammer (40) vorgesehen sind.
Heizkessel nach Anspruch 8, bei dem der Abgassammler (50) auf den oberen Rand des Innenbehälters (20) auflegbar ist und dabei die innere Zone (34) und vorzugsweise auch die äußere Zone (36) abdeckelt.
Heizkessel nach einem der Ansprüche 8 oder 9, bei dem der Innenbehälter (20) eine Ausgleichsöffnung aufweist.
Heizkessel insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Brennkammereinsatz (60) mit einem verjüngten oberen Rohrabschnitt (62) durch einen Behälterdeckel (18) gesteckt ist und Mittel (68, 70) zum Kühlen des Rohrabschnitts (62) vorgesehen sind.
Heizkessel nach Anspruch 11, bei dem Kühlflüssigkeit der Kühlmittel (68, 70) über eine Leitung (61) aus einer oberhalb des Flüssigkeitsspiegels im Behälter (10) befindlichen Kühlzone abgeführt wird.
Heizkessel insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem auf der Innenseite einer Kammerwand (44) der Brennkammer ringsum ein Rohrsystem (80) aus mehreren in Vertikalrichtung verlaufenden und in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten Rohren (82) vorgesehen ist, die oben und unten zur Flüssigkeitszone (34) offen sind.
Heizkessel insbesondere nach Anspruch 13, bei dem die Brennkammer (40) einen etwa halbkugelförmig ausgebildeten, den Brennraum nach unten begrenzende Kammerboden (42) aufweist, dessen oberer Rand vorzugsweise über eine Einschnürung (46) in die vorzugsweise zylindrische Kammerwand (44) übergeht.
Heizkessel nach Anspruch 13 oder 14, bei dem der obere Rand der Kammerwand (44) über einen horizontalen Absatz (41) in einen zylinderförmigen Hals (48) geringeren Durchmessers übergeht, in dem Durchtrittsöffnungen (45) für die aus der Brennkammmer (20) in den Abgassammler (50) eintretenden Abgase vorgesehen sind.
Heizkessel nach Anspruch 15, bei dem der Abgassammler (50) ringförmig ausgebildet ist und den Hals (48) der Brennkammer (40) umgibt.
Heizkessel nach Anspruch 15 oder 16, bei dem die oberen Öffnungen (86) der Rohre (82) sich im vom Absatz (41) gebildeten Wandabschnitt der Brennkammer (40) und die unteren Öffnungen (84) der Rohre (82) sich in einem vom oberen Teil der Einschnürung (46) gebildeten Wandabschnitt der Brennkammer (40) befinden.
Heizkessel nach einem der Ansprüche 14 bis 17, bei dem das untere Ende des Brennkammereinsatzes (60) bis in den Bereich der Einschnürung (46) der Brennkammer (40) reicht.