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Heizkessel Die Erfindung betrifft einen Heizkessel mit einer Brennkammer
für flüssige oder gasförmige Brennstoffe, die von einem einen Wärmeträger führenden
Mantel umgeben ist und gegenüber einem Brenner eine konkav gekrümmte Flammenumlenkwand
aufweist, wobei die Krümmung der Flammenumlenkwand und die Ausrichtung der Flamme
bezüglich der Flammenumlenkwand derart gewählt sind, daß zumindest ein wesentlicher
Teil der bei der Verbrennung entstehenden Rauchgase auf dem Weg zum Keizgasabzug
nochmals durch die Brennerflamme nachverbrannt wird.
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Ein Heizkessel dieser Art ist aus der DU-PS 2 116 779 bekannt.
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Bei diesem bekannten Heizkessel wird gewährleistev, daß ein erheblicher
Teil der insgesamt entstehenden Rauchgase auf dem Weg zum Heizgas ab zug nochmals
durch die Brennerflamme strömen muß, wobei eine Nachverbrennung auftritt, die sich
einerseits im
Hinblick auf die Erzielung einer optimalen Verbrennung
und andererseits im Hinblick auf den Erhalt von sauberen, d.h. möglichst ruß- und
schadstoff-freien Abgasen positiv auswirkt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Heizkessel dieser
Art derart weiterzubilden, und zu verbessern, daß er bei möglichst raumsparender
Bauweise besonders einfach und wirtschaftlich gefertigt werden kann und gleichzeitig
bei geringem rauchgasseitigem Widerstand eine weitere Verbesserung des Nachbrenneffektes
erbringt.
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Ausgehend von einem Heizkessel der eingangs genannten Art wird diese
Aufgabe nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Brennkammer zumindest teilweise
in Form eines Zylinders mit vertikal verlaufender Achse ausgebildet ist, daß der
Brenner bezüglich der Brennkammermitte derart exzentrisch angebracht ist, daß die
Flamme tangential in die Brennkammer eintritt, und daß die Nachschaltheizflächen
neben der Brennkammer angeordnet sind und die Nachschaltheizflächenmündung zumindest
im esentlichen in Höhe des Brenners seitlich des Flammenzuführungsbereiches liegt.
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Durch diese Maßnahmt wird erreicht, daß dz Brennerflamme sowie die
entstehenden Rauchgase aufgrund der sich ergebenden Neutralisierung ihres natürlichen
Auftriebs strömungstechnisch optimal geführt werden. Unter Neutralisierung des natürlichen
Auftriebs ist dabei zu verstehen, daß die Strömungsgeschwindigkeit weder durch eine
Umlenkung nach unten verringert noch durch ein Umlenken nach oben erhöht wird. Aufgrund
der speziellen Ausgestaltung der Brennkammer werden die Blammen und Rauchgase nicht
nur an der Flwienumlenkwand wich umgelenkt und strömungstechnisch günstig geführt,
sondern es wird eine einwandfreie Fuhrung der Rauchgase bis zum Eintritt in die
Nachschaltheizflächenmündung
gewährleistet, was sich nicht nur
in einer Verringerung der Strömungswiderstände, sondern auch darin äußert, daß derjenige
Anteil der Rauchgase minimiert wird, der nicht nochmals zur Nachverbrennung von
der Brennerflamme mitgerissen wird. Durch die seitliche Ablenkung der Brennerflamme
und die Anordnung der Nachschaltheizflächen neben der Brennkammer wird ein überaus
gedrängter Aufbau möglich, und zwar unter gleichzeitiger Sicherstellung einer optimalen
Verbrennung.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung geht die dem
Brenner gegenüberliegende Flammenumlenkwand in eine ebenfalls gekrümmt ausgebildete
Rauchgasführungswand über, die sich bis in die Nähe des Brenners erstreckt und etwa
in Höhe der Brennermündung endet.
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Durch die exakte Führung der Rauchgase bis in die Nähe der Brennermündung
wird einerseits sichergestellt, daß die Rauchgase zum Zwecke der Nachverbrennung
nochmals durch den Blammenbereich treten müssen und nicht hinter der Brennerflamme
vorbeiströmen können, und andererseits wird der Strömungswiderstand verringert,
da durch die gewählte Fuhrung der Rauchgase der in die Brennkammer vorstehende Teil
des Brenners praktisch nicht mehr im Strömungsweg der Rauchgase liegt.
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Vorzugsweise ist die von der tangential in die Brennkammer eingeführten
Flamme beaufschlagte Wandung zumindest im wesentlichen eben und geht kontinuierlich
in die griEmste Flammenumlenkwand über.
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Abgesehen von der dadurch erzielten konstruktiven Vereinfachung des
Brennkammeraufbaus wird durch die tangentiale Flammeneinführung und die anschließende
weiche Umlenkung ein besonders leiser Betrieb des Heizkessels erreicht.
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ZweckmäßiSerweise trennt das freie Erib dieser ebenen Wandung den
Flammenzuführungsbereich von den Nachschaltheizflächen.
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Die Doppelnutzung dieser Windung als Flammenführungswand und Trennwand
trägt zu einem einfachen Brennkammeraufbau bei.
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Die Nachschaltheizflächenmündung ist bevorzugt gegenüber der Brennermontageplatte
und seitlich neben dem Brenner angeordnet.
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Auf diese Weise sind die Nachschaltheizflächen für Reinigungszwecke
über eine geeignet ausgebildete Brennermontageplatte einfach zugänglich, und es
werden eindeutig fixierte Strömungsverhältnisse in der Brennkammer geschaffen, da
die Rauchgase unmittelbar nach dem Austreten aus der Zirkularströmung der Brennkammer
zu den Nachschaltheizflächen gelangen, wo sie ihre Wärme an den Wärmeträger abgeben
können. Eine direkte Beaufschlagung der ungelruhl t en Brennermontageplatte wird
demgemäß durch die spezielle Ausgestaltung der Brennkammer nach der Erfindung vermieden.
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Die Nachschaltheizflächen können je nach den in konstruktiver Hinsicht
gegebenen Bedingungen geradlinig oder gekrümmt ausgebildet sein.
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Ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß
der Außenmantel des Kessels zylindrisch ausgebildet ist.
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Die Möglichkeit der Verwendung eines zylindrischen Außenmantels ist
eine Folge der Ausgestaltung der Brennkammer mit zuzumindest teilweiser zylindrischer
Form und vertikal verlaufender Achse, da diese Ausgestaltung der Brennkammer eine
raumsparende Einordnung in einer zylindrischen Kessel-Außenmantel zuläßt. Ein zylindrischer
Kessel-Außenmantel ist aber wegen
der kurzen Schweißnähte und der
großen Stabilität gegen tberdruck besonders kostengünstig zu fertigen.
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Nach einer speziellen Ausführungsform der Erfindung läuft der zylindrische
Außenmantel des Kessels im Brennkammerbereich nach vorne tangential aus, wodurch
eine besonders günstige Anlagefläche für die Brennerplatte erhalten wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Verkleidung
des Kessels im Querschnitt rechteckig. In diesem Falle bleiben zwischen der im Querschnitt
rechteckigen Verkleidung und der zumindest teilweise zylindrischen Brennkammer Eckräume
frei, in denen Armaturen und Pumpen und dergleichen angeordnet werden können.
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Ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß
die Deckenwand und/oder die Bodenwand der Brennkammer zentrisch verprägt sind, wobei
diese Verprägungen gegeneinander, auseinander oder gleichgerichtet sein können.
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Diese Verprägungen erhöhen einerseits die Stabilität der Brennkammer
und tragen insbesondere dann, wenn sie gegeneinander gerichtet sind, zur weiteren
Verbesserung der Blczmenfiihrung und zur Schaffung einer RotationsszLö-mung bei.
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Bevorzugt ist zwischen Boden und Deckenwand wenigstens ein wasserführendes
Rohr vu£-geshen, das zweckmäßigerweise etwa in der Mitte der Brennkamizer angeordnet
ist. Ein derartiges Rohr oder derartige Rohre unterstützen wiederum die Rotation
der Rauchgase innerhalb der Brennkammer und fangen überdies die auf Decken und Boden
der Brennkammer wirkenden Kräfte auf. Des weiteren erbringen diese die Bremnkammer
mittig durchsetzenden Rohr aufgrund der starken Erhitzung des XJcsser in den Rohren
eine erwünscht große Wasserbewegung, und zwar insbesondere auch in dem unmittelbar
unter der Brennkammer gelegenen Bereich.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend
anhand der Zeichnung näher erläutert; in der Zeichnung zeigt: Fig. 1 eine schematische
Längsschnittansicht einer Ausführungsform eines Heizkessels nach der Erfindung,
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht entsprechend der Schnittlinie A-B in Fig.
1, Fig. 3 eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform einer
Brennkammer für einen Heizkessel nach Fig. 1, Fig. 4 eine schematische Querschnittsansicht
eines Heizkessels mit im Querschnitt rechteckiger Ummantelung und teilweise zylindrischer
Brennkammer, und Fig. 5 eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform
eines Heizkessels nach der Erfindung mit im Querschnitt rechteckigem Kessel-Außenmantel.
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Nach der einen Heizkessel in schematischer Schnittansicht zeigenden
Fig. 1 ist innerhalb eines Mantels 3, der von einer isolierenden Außenverkleidung
9 umgeben ist, ein Warmwasserspeicher 1 und unterhalb dieses Warmwasserspeichers
eine Brennkammer 2 angeordnet. In dem Raum zwischen Brenkammer 2, Warmwasserspeicher
1 und Mantel 3 befindet sich der å jeweilige Wärmeträger 4, der im allgemeinen aus
Wasser besteht.
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Die Brennkammer 2 besitzt die Form eines Teilzylinders mit vertikal
verlauf ender Achse. Deckenwand 5 und Bodenwand 6 sind in gleicher Richtung verprägt,
um die Stabilität der Brennkammer zu erhöhen.
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Neben der Brennkammer 2 befinden sich die Nachschaltheizflächen 8,
deren Höhe der Höhe der Brennkammer entsprechen kann Durch diese Anordnung der Nachschaltheizflächen
neben der Brennkammer ergibt sich insgesamt ein überaus niedriger Aufbau.
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Die Schnittansicht nach Fig. 2 läßt das Grundprinzip der Erfindung
deutlich erkennen. Die von einem zylindrischen Mantel 3 umgebene Brennkammer 2 wird
von der von einem Brenner 10 kommenden Flamme so beaufschlagt, daß diese Flamme,
bzw. die entstehende Rauchgasströmung tangential bezüglich einer im wesentlichen
eben ausgebildeten Flammenführungswand 14 gerichtet ist, an die sich kontinuierlich
eine Blammenumlenkwand 13 anschließt. Die Umlenkung erfolgt derart, daß die entstehenden
Rauchgase eine Rotationsbewegung um das Zentrum der Brennkammer 2 ausführen und
auf ihrem weiteren Weg durch eine sich an die Flammenumlenkwand 13 anschließende
Rauchgasführungswand 15 wieder zurück in den Bereich der vom Brenner 10 kommenden
Flamme geführt werden. Die Rauchgasführungswand ist dabei derart ausgebildet, daß
ihr Ende eine zumindest etwa in Höhe der Brennermündung liegende Führungskante 16
bildet, die sicherstellt, daß wenigstens ein wesentlicher Teil der Rauchgase zur
Nachverbrennung wieder ii die Brennerflamme geleitet wird und nicht durch den Raum
zwischen Brennermündung und Brennerplatte hinter der Brennerflamme vorbeistreichen
kann.
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Da die Rauchgase in der Brennkammer die Tendenz haben, im Verlauf
ihrer seitlichen Ablenkung nach oben zu steigen, ist es zweckmäßig, sicherzustellen,
daß ein möglichst großer Teil des den Rauchgasen auf ihrem Weg zwischen der Führungskante
16 und der Nachschaltheizflächenmündung 12 zur Verfügung
stehenden
Strömungsquerschnittes mit der direkten Brennerflamme beaufschl*t wird, um eine
optimale Nachverbrennung sicherzustellen. Dies kann durch geeignete Anordnung des
Brenners bezüglich der Nachschaltheizflächenmündung 12 erreicht werden. Vorzugsweise
wird deshalb der Brenner zwischen der halben und dreiviertelten Höhe der Brennkammer
angeordnet.
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Die weiche Umlenkung der Flamme an den Wänden 13, 14 und 15 der Brennkammer
gewährleistet einen besonders leisen Betrieb unter Sicherstellung einesguten Ausbrennens
der Flamme, was bei konventionellen zylindrischen Brennkammern mit mittig und senkrecht
zur Zylinderachse angeordnetem Brenner nur möglich wäre, wenn der Brennkammer-Durchmesser
relativ groß gewählt werden würde. Die Erfindung ermöglicht aber gerade ein gutes
Ausbrennen der Brennerflamme und vor allem ein wirksames Nachverbrennen mittels
einer Brennkammer von relativ geringem Durchmesser.
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Die Fig. 2 läßt auch erkennen, daß die ungekühlte Brennerplatte 11
praktisch kaum von den heißen Rauchgasen beaufschlagt wird, da durch die Rauchgasführungskante
16 die Rauchgase so zur Nachschaltheizflächenmündung 12 geführt werden, daß sie
nicht auf die Brennerplatte 11 treffen können. Auf diese Weise werden Abstrahlungsverluste
verringert.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 sind die Nachschaltheizflächen
8 gekrümmt ausgebildet und münden in einem Rauchgasabzug 17, der dem Brenner 10
diametral gegenüberliegt, wodurch insgesamt ein symmetrischer Aufbau erzielt wird.
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Das freie Ende 18 der Trennwand bzw. Nachschaltheizfläche liegt außerhalb
des Auftreffsbereichs der vom Brenner 10 kommenden Flamme und stellt somit sicher,
daß ein direktes
Eintreten der Flamme in die Nachschaltheizflächenmündung
8 nicht erfolgen kann.
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Etwa in der Mitte der Brennkammer 2 befindet sich ein zwischen der
Boden- und Deckenwand der Brennkammer verlaufendes, als ovale Tasche ausgebildetes,
wasserführendes Rohr 7. Dieses Rohr 7 trägt einerseits dazu bei, die auf Boden und
Decke der Brennkammer einwirkenden Kräfte aufzunehmen und wirkt sich außerdem im
Hinblick auf eine möglichsiexakte Flamme und Rauchgasführung vorteilhaft aus, da
es ein Zentrum darstellt, um das die Rauchgase auf ihrem Weg zur Nachverbrennung
rotieren müssen. Anstelle eines oval ausgebildeten Rohres können auch mehrere, z.B.
runde Rohr vorgesehen werden, wenn dies beispielsweise aus fertigungstechnischen
Gründen erwünscht ist.
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Es wurde bereits enjäirnt, daß nicht nur die Wandungen der Brenukammer
2 zumindest teil zylindrisch und damii erti gungstechnisch günstig ausgebildet sind,
sondern daß auch der die Brennkammer umgebende Mantel 3 zylindrische Form besitzt.
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Da zur Herstellung eines solchen zylindrischen Mantels nur kurze Schweißnähte
erforderlich sind und die zylindrische Form große Stabilität gegen oDerdruck bietet,
ist ein derartiger zylindrischer Außenmantel besonders wirtschaftlich zu fertigen.
Wie die Fig. 2 ferner zeigt, ist auch die die Isolierung darstellende Außenverkleidung
9 bei dieser Ausführungsform zylindrisch ausgebildet.
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Die Brennkammer-Äusführungsform nach Fig. 7 unterscheidet sich von
der Ausführungsform nach Fig. 2 vor allem dadurch, daß der zylindrische Außenmantel
in Höhe des Brennkammerbereichs tangential nach vorne ausläuft, so daß eine günstige
Anlagefläche für die Brennerplatte 11, die n diesem Falle eben ausgebildet ist,
erhalten wird. Die Nachschaltheizflächen 8 sind dabei geradlinig ausgebildet, verlaufen
jedoch bezüglich der Brennerlängsachse schräg. Die Ebene der Nach
schaltheizflächenmündung
12 2 verläuft im wesentlichen parallel zur Brennerplatte 11 und ist über eine geeignet
angebrachte Öffnung in dieser Brennenplatte 11 zu Reinigungszwecken leicht zugänglich.
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Wie die Ausführungsform nach Fig. 4 zeigt, kann der zylindrische Außenmantel
3 in Höhe des Brennkammerbereiches eine rechteckige Erweiterung aufweisen, so daß
Raum für gerade Nachschaltheizflächen 8 geschaffen wird.
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Der zylindrische Mantel 3 ist bei der Ausführungsform nach Fig. 4
von einer im Querschnitt rechteckigen Isolierverkleidung 9 umgeben, wodurch freie
Eckräume erhalten werden, in denen Armaturen und Pumpen wie 19 untergebracht werden
können.
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Die Ausführungsform nach Fig. 5 machtdeutlich, daß die Brennkammer
nach der Erfindung nicht notwendigerweise mit einem zylindrischen Außenmantel umgeben
werden muß, sondern daß es auch möglich ist, einen im Querschnitt rechteckigen Kessel-Außenmantel
3 zu verwenden. Das sich durch die spezielle Brennkammergestaltung, die Anordnung
des Brenners bezüglich der Brennkammer und die spezielle Lage der Nachschaltheizflächen
ergebende Funktionsprinzip nach der Erfindung wird dadurch nicht verändert.
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Allen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist gemeinsam, daß
sie einen raumsparenden Aufbau eines Heizkessels ermöglichen, aufgrund der weichen
Flammenumlenkung geräuscharm arbeiten, eine optimale Nachverbrennung bei geringem
rauchgasseitigem Widerstand gewährleisten und eine große Heizfläche bei geringen
Abstrahlungsverlusten besitzen. Vberdies ist insbesondere bei den Ausführungsformen
mit zylindrischem Außenmantel eine besonders kostengünstige Fertigung möglich.
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- Patentansprüche