DE2200364A1 - Gliederkessel fuer sammelheizungsanlagen - Google Patents

Gliederkessel fuer sammelheizungsanlagen

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DE2200364A1
DE2200364A1 DE19722200364 DE2200364A DE2200364A1 DE 2200364 A1 DE2200364 A1 DE 2200364A1 DE 19722200364 DE19722200364 DE 19722200364 DE 2200364 A DE2200364 A DE 2200364A DE 2200364 A1 DE2200364 A1 DE 2200364A1
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Germany
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water
boiler
heating
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DE19722200364
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English (en)
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Juergen Muhle
Guenther Dipl-Ing Wagner
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Strebelwerk GmbH
Original Assignee
Strebelwerk GmbH
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Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/22Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating
    • F24H1/24Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers
    • F24H1/30Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers the water mantle being built up from sections
    • F24H1/32Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers the water mantle being built up from sections with vertical sections arranged side by side

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Instantaneous Water Boilers, Portable Hot-Water Supply Apparatuses, And Control Of Portable Hot-Water Supply Apparatuses (AREA)

Description

  • Gliederkessel für Sajnmelheizungsanlagen Zusatz zu Patent 2 117 203 Gegenstand des Patents 2 117 203 ist ein Saumelheizungs-Gliederkessel hoher Leistung für Betrieb mit strömenden Brennstoffen und mit Wasser als Wärmeträger, wobei die ldittelglieder des Kessels Wasserräume aufweisen, die die obere Vorlauf-Verbindungsnabe mit der unteren Rücklauf-Verbindungsnabe verbinden, die Heizflächen (Feuerraum und/oder Nachschaltheizflachen) umgeben und auf je einer Gliedseite vor Anschluß an die Vorlauf-Verbindungsnabe zu je einem einzigen Wasserlauf zusammengefaßt sind, und wobei die Mi-ttelglieder ferner von den Heizflächen getragene, unmittelbar die Heizwärme des Brennstoffes speichernde Elemente (Rippen, Stifte, Dicht- und/oder Umlenkleisten, Wirbeleinbauten o. dgl.) aufweisen.
  • Einen derartigen Sammelheizungs-Gliederkessel zeigt die DAS 1 136 808 (Fig. 1 und3). Sammelheizungsanlagen mit derartigen Hochleistungs-Glederkesseln sind meist juit zur Regelung der Heizungsvorlauftemperatur dienenden Mischventilen ausgerüstet. Je nach der Stellung dieser Mischventile wird das Rücklaufwasser in den Vorlauf mehr oder weniger oder sogar ganz eingeführt, also zumindest teilweise oder überhaupt nicht dem Gliederkessel zugeführt. Auch bei Anlagen ohne Mischyentile andert sich die durch den Kessel umlaufende Wasserinenge je nachdern, ob einzelne Wärmeabnehmer, z.B. Heizkörper, ein- oder ausgeschaltet werden. Auch gibt es Heizungsregelungen, die ein Aus- oder Einschalten der Pumpen des Heizungskreislaufs bewirken. Der Gliederkessel unterliegt also den verschiedensten Wasserdurchströmungen, die zwischen dem Durchfluß Null und einem maximalen Wert schwanken können.
  • Die Wassertemperatur im Kessel wird üblicherweise dadurch geregelt, beispielsweise in einem Temperaturbereich zwischen 85° C und 900 C, daß ein Thermostat, der an einer Stelle höchsten Wassertemperatur, also im Vorlauf, angeordnet ist, bei Unterschreiten von 850c den Brenner einschaltet und bei Uberschreiten von 900 C wieder ausschaltet.
  • Diese Regelung läßt aus verschliedenen Gründen in der Praxia oft zu wünschen übrig: In der Vorlaufverbindungsnabe jedes Kesselgliedes vereinigen sich die Wasserströmungen verschiedener Wasserräume, welche verschiedenen Aufheizbedingungen (Temperatur und Laurstrecke) ausgesetzt sind und daher Wasser verschiedener Temperaturen der Vorlauf Verbindungsnabe zuführen. Diese Wasserströmungen verschiedener Temperatur sind an der Meßstelle des Thermostaten oft noch unvermischt, so daß die dem Thermostaten angezeigte Temperatur nicht für die mittlere Temperatur des Kesselwassers repräsentativ ist. Der Fehler in der Anzeige ist in hohem Maße von der Wassermenge abhängig, die den Kessel gerade durchström. Ist diese Wassermenge nämlich groß, so stellen sich in den Wasserräumen des Kessels hohe Strömungsgeschwindigkeiten ein, die einen Temperaturausgleich des Kesselwassers in sich durch inneren Schwerkraftumtrieb unterdrücken.
  • Die umlaufende Wassermenge ist meisterls groß, da sehr häufig Punlpen hoher Förderlieistung in heizungsanlagen eiiigebaut sind.
  • Ein besonderes Regelungsproblem des Gliederkessels tritt dann auf, wenn der Gleiderkessel plötzlich nicht mehr von Wasser durchströmt wird, z.B. durch irgendwelche Eingriffte eines Regelungssystems. Der Thermostat schaltet zwar dann den Brenned aus, sobald im Vorlauf die eingestellte obere Grenztemperatur (z.B. 90°) erreicht bei, doch heizen dann die die wärmeübeftragung steigenden oder beeinflussenden wärmespeichernden Elemente, wie Stifte, Rippen oder Dicht- und Umlenkleisten auch nach Abschalten des Brenners durch Abgabe der gespeicherer ten Wärme das Kesselwasser weitSauf oft unerwünschte Werte auf, insbesondere dann, wenn nur ein Teil des Kesselwassers, nämlich der im oberen Teil des Kessels vorhandenen Teil des Wassers, diese zusätzliche Wärme allein aufnimmt und sich, da es spezifisch leichter ist, mit dem darunter liegenden kalten Wasser nicht vermischt, sondern schichtet.
  • Der Erfindung des Patentes 2 117 205 liegt die neue, erfinderische Aufgabe zugrunde, eine sichere Temperaturregelung eines Hochleistungs-Gliederkessels auch bei extremen Durchströmungen (großen oder kleinen den Kessel durchströmenden Wassermengen) zu gewahrleisten. Insbesondere soll das Kesselwasser bereits beim Eintritt in die Vorlaufnabe gut durchmischt sein, so daß die dortige Temperatur, die ja den Fühler des Thermostaten beeinflußt, repräsentativ für die Kesselwassertemperatur ist, und es soll eine lokale unerwünscht starke Erhitzung des Kesselwassers bei Sperrung des Wasserdurchflusses unterbunden werden.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Hochleistungs-Gliederkessel der eingangs genannten Art gemäß dem deutschen Patent 2 117 205 dadurch gelöst, daß jedes Glied in seinen beiden Gliedseiten gleiche Erwärmungsbedingungen für das zirkulierende Wasser hat, daß der einzige Wasserlauf jeder Gliedseite als Turbulenzen erzeugender, beispielsweise rohrartiger Wassermischraum ausgebildet ist und daß die wesentlich unmittelbar die -Heizwärme des Brennstoffes speichernden Elemente sämtlich nur nahe der Rücklauf-Verbindungsnabe angeordnet sind.
  • Der Temperaturfühler des Thermostaten ist in üblicher Weise in der Vorlauf-Verbindungsnabe angeordnet, weil dort die höchsten Kesselwassertemperaturen auftreten. Jedoch soll das aus den einzelnen Gliedern in diese Vorlauf-Verbindungsnabe gelangende Wasser bereits vermischt sein und eine homogene emperaturverteilung aufweisen.
  • Um sicherzustellen, daß das von den beiden Gliedseiten kommende Wasser die gleiche mittlere Temperatur aufweist, ist jedes Glied gemäß dem deutschen Patent 2 11t 203 derart aufgebaut, daß es in seinen beiden Gliedseiten gleiche Erwärmungsbedingungen für das zirkulierende Wasser hat; vorteilhaft und konstruktiv am einfachsten, nämlich ohne zusätzliche Einbauten, wird dies dadurch erreicht, daß Jedes Glied symmetrisch zu der von den beiden übereinanderliegenden Verbindungsnaben aufgespannten Ebene ausgebildet ist. Hierdurch sind auf der Gas- und Wasserseite gleiche Bedingungen gegeben. Der Gliederkessel der DAS 1 156 808 zeigt, wie man den Fig. 1 und 3 entnimmt, einen Gliederkessel, dessen Mittelglieder in ihren beiden Gliedseiten ungleiche Erwärmungsbedingungen für das zirkulierende Wasser aufweisen.
  • Um eine Mischung des von jeder Hälfte des Gliedes der Vorlauf-Verbindungsnabe zuströmenden Wassers sicherzustellen, ist gemäß dem deutschen Patent 2 117 205 der einzige Wasserlauf jeder Gliedseite als Turbulenzen erzeugender Wassermischraum ausgebildet. Gemäß der DAS 1 136 808 dagegen ist der einzige Wasserlauf jeder Gliedseite, in dem sich gemäß der dortigen Fig. 3 die Wasserräume vereinigen, mit sich zur Nabe hin wesentlich erweiterndem Querschnitt ausgebildet, was den Nachteil hat, daß eine hinreichend gute Vermischung nicht stattfinden kann.
  • Um schließlich ein Überschwingen der Kesselwassertemperatur des erfindungsgemäßen Kessels zu verhindern, sind gemäß dem deutschen Patent 2 117 203 die wesentlich unmittelbar die Heizwärme des Brennstoffes speichernden Elemente "sämtlich nur" nahe der Rücklfauf-Verbindungsnabe angeordnet, so daß, sobald kein Rücklaufwasser mehr dem Kessel zugeführt wird, der Auf trieb des von den genannten Elementen aufgeheiten Wasser einen inneren Wasserkreislauf im Kessel derart sicherstellt, daß die Temperatur innerhalb des Kessels ausgeglichen bleibt und nicht örtlich zu hohe Temperaturen auftreten können. Es kommt hinzu, daß das Wasser im unteren Kesselbereich, also in der Nähe der Rücklauf-Verbindungsnabe, am kältesten ist, so daß es die nach Abschaltung des Brenners durch die genannten Elemente bewirkte Nachheizung gut aufnehmen kann. Gemäß der DAS 1 136 808 dagegen sind die Dichtleisten, die dort mit den Bezugszeichen 6 und 7 bezeichnet sind und die heizwärmespeichernden Elemente darstellen, sehr hoch und daher mit hoher Wärmekapazität ausgebildet und nicht nur nahe der Rücklauf-Verbindungsnabe, sondern auch nahe der Vorlauf-Verbindungsnabe angeordnet.
  • Es wurde nun gefunden, daß es abweichend von der Lehre des deutschen Patentes 2 117 903 zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe nicht erforderlich ist, daß die wesentlich unmittelbar die Heizwärme des Brennstoffes speichernden Elemente "sämtlich nur" nahe der Rücklaufverbindungsnabe angeqp ordnet sind, sondern daß es genügt, wenn die Alemente überwiegend" nahe der Rücklauf-Verbindungsnabe angeordnet sind.
  • Einige wenige oder kleinere Elemente in der Nähe der Vorlauf-Verbindungsnabe sind unschädlich, da die geringe Wärmemenge,-die in diesen Elementen gespeichert ist, auch von den geringen sWassermengen ilil Bereich der Vorlauf-Verbindungsnabe ohne Überhitzung leicht aufgenommen werden kann. Da der überwiegende Teil der wärmespeichernden Elemente in der Nähe der Rücklauf-Verbindungsnabe sitzt, also im unteren Kesselbereich, steht eine große Wassermenge zur Aufnahme der Speicherwärme zur Verfürunz. sich nämlich die Kesselwassermenge oberhalb der Elemente. Es stellt / infolge der Wårmeabgabe an das untere Kesselwasser eine innere QJasserzirkulation ein, die einen Temperaturausgleich bewirkt und Uberhitzungen vermeidet. Es ist somit das gesamte Kesselwasser zur Aufnahme der gespeicherten Wärme herangezogen worden.
  • Diese neue erfindungsgemäße Lehre ist eine weitere Ausgestaltung der Lehre des Patentes 2 117 203.
  • Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hochleistungs-Gliederkessels ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen Langsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Hochleistungs-Gliederkessel längs der Linie I - I von Fig. 2, 3 und 4, wobei die hinter der Schnittebene liegenden Rippen nicht dargestellt sind und Fig. 2, 3 und 4 je einen Schnitt durch den Gegenstand der Fig. 1 langs der Linie II - II, III - III bzw. IV - IV. Hinter der Schnittebene liegende Teile sind hier nicht abgebildet.
  • Der in Fig. 1 im Längsschnitt dargestellt Hochleistungs-Gliederkessel weist ein Vorderglied 2 mit einem Brenner 4, ein Hinterglied 6 sowie zwischen diesen beiden Endgliedern liegende Mittelglieder 8, 10, 12, 14, 15, 16, 17 und 18 auf. Der Weg der Heizgase ist mit den Pfeilen 20 bezeichnet; im Bereich des Hintergliedes 6 wenden die Heizgase im Feuerraum 21 ein erstes Mal um, strömen wieder nach vorne und treten dann durch die vordere Wendekammer 22 in den Vorströmzug 24 ein, der in ehen Abgasstutzen mündet; in Fig. 4 erkennt man, daß es sich hierbei um zwei parallel liegende Vorströmzüge 24 und 26 handelt. Iin Vorderglied 2 ist eine mit einem Deckel 23 verschlossene Öffnung zur Reinigung der Züge.
  • Das Rücklaufwasser tritt durch den Rücklauf-Anschlußstutzen 28 in die Rücklauf-Verbindungsnabe 30 ein. bereits im unteren Wasserraum 32 und im oberen Wasserraum 34 (vgl.
  • Fig. 4) wird das Wasser eriiitzt. Da die Erhitzung in den beiden Wasserräumen 32 und 34 im allgemeinen unterschiedlich sein wird, herrscht an den Vereinigungsstellen 36 und 38 dieser beiden Wasserräume eine stark inhomogene Temperaturverteilung.
  • Das Wasser strömt weiter in den Misch-Wasserräumen 40 und 41 aufwärts; außer der Länge dieser Mischwasserräume tragen vor allem die Knickstellen 42, 44 bzw. 46, 48 durch Turbulenzen bildung erheblich zu einer guten Vermengung und Vermischung des Wassers bei, so daß das in den Vorlauf 50 eintretende Wasser gut vermischt ist und eine gleichmäßige Temperaturverteilung besitzt. Das Abführen des Wassers erfolgt durch den Stutzen 27.
  • Zur Homogenisierung der Temperaturverteilung ist der dargestellte Gliederkessel symmetrisch zu der Ebene, die von den übereinanderliegenden Verbindungsnaben 30 und 50 aufgespanntz ist, aufgebaut, so daß in der rechten und in der linken Kesselhäfte genau die gleiche Erwärmungsverhältnisse und Mischbedingungen herrschen und infolgedessen das von rechts und von links in die Vorlauf-Verbindungsnabe 50 eintretends Wasser die gleiche Tempe-ratur aufweist0 Wie man Fig. 2, 3 und 4 entnimmt, sind die die Wärmeübertragung steigernden, wärmespeichernden Elemente, nämlich die Rippen 52 bzw. 54, an der feuerraumseitigen Wandung des Wasserraumes 34 und im Heizgaszug 24 überwiegend in dem Bereich eingebaut, der vor der Vereinigungsstelle 36 bzw. 38 des unteren Wasserraumes 32 mit dem oberen Wasserraum 34 liegt; wenige oder kleinere im Bereich der Vorlauf-Verbindungsnabe 50 liegende Rippen 53 stören nichts da die in ihnen gespeicherte Wärme auch von einem geringen Wasserinhalt des Kessels im oberen Nabenbereich leicht aufgenommen werden kann.
  • Fig. 2 zeigt im Schnitt längs der Linie II - II einen Schnitt durch das Hinterglied 6 und Fig 3 längs der Linie III - III einen Schnitt durch das Vorderglied 2 mit der Öffnung 1 für den Einbau des Brenners 40 Ini oberen Bereich des Hintergliedes 6 und des Vordergliedes 2 sind inl Wasserraum Leitbleche 70, 72 und 74 angeordnet, welche auch in diesen beiden Endgliedern dafür sorgen, daß das in diesen Endgliedern aufwartsströmende Wasser in den Wassermischräumen 140, 141 durch Turbulenzbildung vor Eintritt in die Vorlauf-Verbindungsnabe 50 durchmischt wird.
  • Eine gute Durchmischung wird hier insbesondere dadurch erzielt, daß das Wasser in den Wassernischräumen zunächst einen engen Kanal, dann eine Erweiterung mit Uilenkung und schließlich einen engen Kanal zur Vorlaufnabe hin durchströmt.
  • Im unteren Bereich sind die Endglieder 2 und 6 ähnlich ausgebildet wie die Mittelglieder.
  • Die Erfindung läßt sich auch auf Heizkessel anwenden, die nicht aus einzelnen Gliedern zusaimnensetzbar sind.

Claims (1)

  1. n s p r u c h
    Sarnluelheizungs-GliederKessel hoher Leistung für Betrieb mit strömenden Brennstoffen und mit Wasser als Wärineträger, wobei die Mittelglieder des Kessels Wasserräume aufweisen, die die obere Vorlauf-Verbindungsnabe mit der unteren Rücklauf-Verbindungsnabe verbinden, die Heizflächen (t'euerraurn und/oder Nachschaltheizflächen) umgeben und auf je einer Gliedseite vor Anschluß an die Vorlauf-Verbindungsnabe zu je einem einzigen Wasserlauf zusammengefaßt sind, wobei die Mittelglieder ferner von den Heizflächen getragene, unmittelbar die Reizwarme des Brennstoffes speichernde Elemente (Rippen, Stifte, Dicht- und/od-er Umlenkleisten, Wirbeleinbauten od. dgl.) aufweisen, wobei jedes Glied in seinen beiden Gliedseiten gleiche Erwärmungsbedingungen für das zirkulierende Wasser hat, wobei der einzige Wasserlauf jeder Gliedseite als Turbulenz erzeugender Wassermischraum ausgebildet ist und wobei die wesentlich unmittelbar die Heizwärme des Brennstoffes speichernden Elemente nahe der Rücklauf-Verbindungsnabe angeordnet sind, nach Patent 2 117 203, dadurch gekennzeichnet, daß der überwiegende Teil der wesentlich unmittelbar die Heizwärme des Brennstoffes speichernden Elemente (52, 54) überwiegend nahe der Rücklauf-Verbindungsnabe (30) angeordnet sind.
    L e e r s e i t e
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017204043A1 (de) 2017-03-10 2018-09-13 Robert Bosch Gmbh Gliederkessel

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102017204043A1 (de) 2017-03-10 2018-09-13 Robert Bosch Gmbh Gliederkessel

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