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Gasheizkessel
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Gasheizkessel mit Heizflächen,
auf denen schikanenartige Rippen in Reihen derart angeordnet sind, daß die Rauchgase
in zickzackförmigen Bahnen nach oben geführt sind und die Rauchgase einzelner Bahnen
durch Zwischenräume der Rippen teilweise ineinanderströmen. Solche Gasheizkessel
sind seit Jahren in der Praxis allgemein bekannt.
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Wegen der zunehmenden Energieverteuerung und -verknappung ist die
Fachwelt ständig bemüht, den Wirkungsgrad von Gasheizkesseln zu verbessern. Aus
Kostengründen, vielfach auch aus Platzgründen ist man dabei allerdings hinsichtlich
der Heizflächengröße beschränkt.
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Auch kann man nicht durch eine sehr starke Verrippung der Heizflächen
den Wirkungsgrad erheblich steigern, da dadurch der Zugverlust des Gasheizkessels
größer wird. Die üblichen Gasheizkessel für die Beheizung von Wohnräumen oder zur
Wassererhitzung müssen aus Kostengründen mit natürlichem Zug arbeiten, so daß durch
die Gestaltung der Verrippung keine übermäßige Drosselung des Gasstromes auftreten
darf. Problematisch ist es auch, daß sich auf den Rippen Rußablagerungen bilden
können, durch die der Kesselwirkungsgrad bei längerem Betrieb erheblich absinkt.
Deshalb müssen die Rippen so gestaltet sein, daß sich auf ihnen möglichst wenig
Ruß
ansammeln kann,und daß dieser Ruß bei einer Kesselreinigung möglichst leicht wieder
zu entfernen ist.
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Um eine kostengünstige Serienfertigung mit hohen Stückzahlen zu ermöglichen,
müssen die Heizflächen und ihre Verrippungen so gestaltet sein, daß sich mit allen
üblicherweise verwendeten Gasen, wie z.B. Erdgas oder Stadtgas, ein möglichst hoher
Wirkungsgrad erzielen läßt. Dieser Wirkungsgrad darf auch dann nicht stark absinken,
wenn der Gasheizkessel nur mit Teillast betrieben wird, da diese Betriebsweise relativ
häufig vorkommt.
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Wenn man unter Berücksichtigung all dieser zum Teil gegensätzlicher
Forderungen mit den dem Fachmann zur Verfügung stehenden Mitteln die Heizflächen
mit ihrer Verrippung optimal gestaltet, dann erreicht man Gasheizkessel mit wassertechnischen
Wirkungsgraden von etwas über 80 Prozent.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gasheizkessel der
eingangs genannten Art so zu gestalten, daß sein Wirkungsgrad noch höher ist, als
bei den bekannten Gasheizkesseln, daß dieser Wirkungsgrad auch bei Teillastbetrieb
möglichst unverändert hoch bleibt, und daß im Dauerbetrieb Rußablagerungen
nicht
zu einer beträchtlichen Wirkungsgradverminderung führen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im oberen Bereich
der Rippen auf den Heizflächen zylindrische Vorsprünge zur Drosselung des Rauchgasstromes
vorgesehen sind.
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Durch diese Gestaltung bildet sich im Rauchgasstrom ein Rückstau.
Dadurch tritt der Effekt des Überströmens des Rauchgases von einer zickzackförmigen
Bahn in die andere erheblich stärker auf, als bei dem vorbekannten Gasheizkessel.
Die zylindrischen Vorsprünge tragen somit zu einer wesentlich besseren Verwirbelung
des Rauchgases bei, so daß der Wärmeübergang vom Rauchgas zu den Heizflächen infolge
der Verminderung der Grenzschicht stark verbessert wird. Dadurch, daß die Vorsprünge
zylindrisch sind, ist ihre Drosselwirkung jedoch nicht so stark, daß der natürliche
Zug des Gasheizkessels nicht mehr ausreicht, um eine ordnungsgemäße Verbrennung
sicherzustellen. Außerdem ist bei ihnen die Gefahr von Rußablagerungen gering. Bei
einer Kesselreinigung stören sie kaum. Die durch die Drosselung herbeigeführte intensive
Verwirbelung ist auch Ursache dafür, daß an den Heizflächen keine Bereiche mit geringer
Strömungsgeschwindigkeit entstehen, in denen
bevorzugt Rußablagerungen
auftreten könnten; ganz im Gegenteil bei Vollastbetrieb werden sich möglicherweise
gebildete, geringfügige Rußablagerungen vom Rauchgas mitgerissen, so daß die Heizflächen
dabei wieder sauber werden.
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Durch die in den Unteransprüchen 2 bis 9 gekennzeichneten Maßnahmen
wird der wasserhydraulische Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Gasheizkessels weiter
gesteigert.
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Dauerversuche haben gezeigt, daß sich mit dem erfindungsgemäßen Gasheizkessel
ein wasser technischer Wirkungsgrad von 88 Prozent erreichen läßt, der auch über
eine längere Betriebsdauer konstant bleibt und bei Teillastbetrieb nicht wesentlich
absinkt.
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Wenn gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung der Wasserraum
der beiden äußeren Kesselglieder bis weit unterhalb der Reihen von Rippen bis in
den Bereich des Brenners reicht, dann wird auch die Strahlungswärme des Brenners
unmittelbar zur Aufheizung des Wassers ausgenutzt.
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Zur besseren Wärmeausnutzung trägt auch eine andere Maßnahme der Erfindung
bei, die dadurch sich auszeichnet, daß die Dicke der beiden äußeren Kesselglieder
unterhalb der
Verrippung durch zwei schräg verlaufende Absätze
geringer ist als im Bereich der Verrippung. Diese Ausgestaltung fördert auch eine
optimale Verbrennung des zugeführten Heizgases.
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Eine andere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Kesselglieder
unterhalb ihres Wasserraumes einen über ihre Breite verlaufenden, nach unten gerichteten
Steg haben. Da dieser Steg nicht durch das Wasser in den Kesselgliedern gekühlt
ist, hat er während des Betriebs des Gasheizkessels eine höhere Temperatur als die
Heizflächen.
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Dadurch wird Wasser, welches beim Anfahren des Gasheizkessels kondensiert
und an den Heizflächen herabläuft, auf diesen heißeren Stegen verdampft. Dadurch
werden Zischgeräusche während des Anfahrens vermieden.
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Außerdem ist die Lebensdauer eines erfindungsgemäß gestalteten Gasheizkessels
durch diese Maßnahme höher als bei den vorbekannten Gasheizkesseln.
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Vorteilhaft ist es auch, wenn gemäß einer anderen Ausgestaltung der
Erfindung jeweils die beiden Wandungen eines Kesselgliedes durch Stützkörper miteinander
verbunden sind, welche die Form von Doppelkegeln haben, deren Grundflächen den Wandungen
zugekehrt sind. Durch diese Stützkörper wird zum einen vermieden, daß
es
zu einer Rißbildung der Wandungen der Kesselglieder kommt. Die Stützkörper erfüllen
jedoch noch eine weitere Aufgabe.
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Sie beeinflußen die diagonale Strömung im Inneren der Kesselglieder
derart, daß das Wasser besser verwirbelt wird und damit der Wärmeübergang sich verbessert.
Somit trägt auch diese Maßnahme zur Erhöhung des wassertechnischen Wirkungsgrades
bei.
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Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsmöglichkeiten zu. Eine davon
ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigen Figur
1 eine Draufsicht auf ein Kesselglied, welches außenseitig im Gasheizkessel anzuordnen
ist, Figur 2 einen Längsschnitt durch das Kesselglied gemäß Figur 1, Figur 3 eine
teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht auf das Kesselglied gemäß Figur 1 von
oben, Figur 4 eine Draufsicht auf ein Kesselglied, welches als Zwischenglied im
Gasheizkessel anzuordnen ist, Figur 5 einen Längsschnitt durch das Kesselglied gemäß
Figur 4,
Figur 6 eine Ansicht auf das Kesselglied gemäß Figur 4
von oben.
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Nunmehr sei zur Beschreibung des außenseitig anzuordnenden Kesselgliedes
zunächst auf die Figuren 1 bis 3 Bezug genommen. Diese Figuren zeigen ein Kesselglied
1, welches einen Wassereinlaß 2 und einen Wasserauslaß 3 hat. Durch diese Anordnung
wird das Kesselglied 1 von unten nach oben diagonal durchströmt, so daß auch ohne
Pumpe ein Wasserumlauf allein durch den Schwerkraftunterschied möglich ist. Das
Kesselglied 1 hat eine Heizfläche 4.mit insgesamt fünf Reihen von zickzackförmig
angeordneten Rippen 5. Zwischen den beiden oberen Reihen von Rippen 5 sind sechs
zylindrische Vorsprünge 14 zur Drosselung und Verwirbelung des Rauchgasstromes angeordnet.
Oberhalb der obersten Reihe von Rippen 5 sind zwei weitere Reihen von Rippen 6 vorgesehen.
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Wie die Figur 2 zeigt, hat das Kesselglied 1 Wandungen 7 und 8, zwischen
denen ein Wasserraum 9 gebildet ist. Die Wandungen 7 und 8 sind durch Stützkörper
1o miteinander verbunden, welche jeweils die Form eines Doppelkegels haben, wobei
die Grundflächen der Kegel den Wandungen 7 oder 8 zugekehrt sind.
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Unterhalb der letzten Reihe von Rippen 5 ist die Wandung 7 mit zwei
Absätzen 11 und 12 versehen,
so daß die Dicke des Kesselgliedes
1 nach unten hin abnimmt.
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Die Figur 3 zeigt, daß die der Heizfläche 4 gegenüberliegende Wandung
8 gewellt ausgeführt ist, was zur Erhöhung des wassertechnischen Wirkungsgrades
beiträgt und wodurch eine Rißbildung in der Wandung 8 ausgeschlossen ist.
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Die Anordnung der Rippen 5 und der zylindrischen Vorsprünge 14 wurde
mit großem Aufwand optimiert.
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Es hat sich gezeigt, daß folgende Abmessungen zu den bestmöglichsten
Ergebnissen führen.
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Der freie Querschnitt zwischen den einzelnen Rippen 5 soll lomm betragen,
wobei die Rippen selbst am besten eine Länge von 20 mm haben.
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Der Mittenabstand der einzelnen Reihen von Rippen 5 beträgt am besten
28mm. Es hat sich auch als sehr günstig erwiesen, wenn die unterste Reihe von Rippen
5 nur halbsoviele Rippen hat, wie die anderen Reihen.
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Es hat sich weiterhin als zweckmäßig erwiesen, wenn zwischen den senkrecht
angeordneten Rippen 6 ebenfalls ein freier Querschnitt von jeweils 10 mm besteht.
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Das in den Figuren 4 bis 6 dargestellte Kesselglied stellt ein Zwischenglied
dar, welches zwischen den Endgliedern gemäß den Figuren 1
bis 3
anzuordnen ist. Die Rippen 5 sowie die zylindrischen Vorsprünge 14 sind identisch
ausgebildet wie bei dem Kesselglied gemäß den Figuren 1 bis 3. Ihre Höhe ist ebenso
wie bei den Rippen und Vorsprüngen des Kesselgliedes gemäß den Figuren 1 bis 3 derart,
daß sich die Rippen 5 und Vorsprünge 14 nahezu berühren, wenn das Zwischenglied
auf ein Endglied montiert ist.
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Die Figuren 4 bis 6 zeigen, daß bei dem Zwischenglied die oberste
Reihe von Rippen 6 so gestaltet sein kann, daß die einzelnen Rippen bogenförmig
von einer Heizfläche 4 zur anderen Heizfläche 4 auf der gegenüberliegenden Seite
des Kesselgliedes 1 verlaufen.
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Wie die Figuren 4 und 5 zeigen, endet das Kesselglied 1 nach unten
hin mit einem Steg 13. Dieser Steg wird nicht vom Kesselwasser durchflossen. Er
ist dadurch bei Betrieb des Gasheizkessels heißer als die Heizflächen 4.
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Dadurch wird herablaufendes Kondenswasser auf dem Steg 13 verdampft,
so daß es nicht zu Zischgeräuschen im Gasheizkessel kommen kann.