DE2841476A1

DE2841476A1 - Heizungskessel fuer brennerfeuerung

Info

Publication number: DE2841476A1
Application number: DE19782841476
Authority: DE
Inventors: Adolf Heeb
Original assignee: Interliz Anstalt
Current assignee: Interliz Anstalt
Priority date: 1978-09-23
Filing date: 1978-09-23
Publication date: 1980-04-03
Also published as: GB2031130B; AT378259B; IT7925934A0; ATA620479A; CA1138729A; FR2436944A1; IT1123290B; DE2841476C2; CH641544A5; GB2031130A; GR63144B; US4295447A; FR2436944B3

Description

Interliz Anstalt in Vaduz, Liechtenstein

Heizungskessel für Brennerfeuerung

Die Erfindung "bezieht sich auf einen Heizungskessel mit einer im wesentlichen horizontalen Brennkammer, in die ein Brenner für flüssigen oder gasförmigen Brennstoff einmündet, mit einem die Brennkammer umgebenden Kesselwasserraum, in den ein Kesselrücklaufstutζen einmündet und ein Thermostatenfühler hineinragt, und mit einem über der Brennkammer in dem Kesselwasserraum angeordneten, in Längsrichtung der Brennkammer sich erstreckenden Nachschaltheizkanal, dessen Eintrittsende in eine von einer Kesseletrennwand begrenzte Überströmkammer einmündet und durch diese mit dem Abgasaustrittsende der Brennkammer verbunden ist.

Eine gebräuchliche Ausführung solcher Heizungskessel hat eine runde Brennkammer mit geschlossenem hinteren Ende, deren vorderes Ende mit der Überströmkammer verbunden ist und die in dem unteren Bereich eines engen, etwa ovalen Kesselaußenkörpers angeordnet ist. Als Nachschaltheizkanal im oberen Bereich des Kesselaußenkörpers wird anstelle von zahlreichen einfachen Rohren, die eine Vielzahl von Einschweißungen unter anderem auch an der Kesseltrennwand erfordern, neuerdings ein platzsparender, im Querschnitt rechteckiger kastenförmiger Hohlkörper bevorzugt, der zwecks leistungsstarker Wärmeübertragung eine beispielsweise, kammartig ausgebildete Innenberippung aufweist, welche von den Abgasen, die aus

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der Brennkammer durch, die Überströmkammer in den Hohlkörper überströmen, stark erhitzt wird und die Wärme an die Wandungen des Hohlkörpers leitet, von denen die Abgaswärme an das Kesselwasser abgegeben wird.

Heizungskessel dieser oder ähnlicher Ausführung haben aufgrund ihrer kompakten, gedrungenen Bauweise mit kleinen, platzsparenden Kesselabmessungen einen Kesselwasserraum mit relativ geringem Wasserinhalt, und es ist neuerdings das folgende, mit dem geringen Kesselwasserinhalt zusammenhängende Problem aufgetreten.

Die Steuerung der Kesselwassertemperatur erfolgt durch einen Regulierthermostaten, der auf die gewünschte Vorlauftemperatur des Kesselwassers in dem üblicherweise zu einem Mischventil führenden Kesselvorlaufstutzen eingestellt wird und der den Brenner bei Erreichen der eingestellten Temperatur abschaltet, sowie durch einen auf eine höhere Temperatur, normalerweise auf eine Temperatur von 90 bis 95°C eingestellten Begrenzerthermostaten. In aller Regel ist der Heizungskessel noch mit einem vom Kesselwasser aufheizbarem Boiler zur Erzeugung von warmem Brauchwasser ausgestattet«. Wenn der Boiler Wärme verlangt, sei es beim Betrieb des Heizungskessels für die Heizungsanlage oder sei es im Sommer, wenn der Heizungskessel nur für die Boileraufheizung arbeitet, wird der Regulierthermostat durch ein Relais überbrückt, so daß die Kesselwassertemperatur auf die Einstelltemperatur des Begrenzerthermostaten ansteigen kann, um dadurch ^en Boileraufheizvorgang zu beschleunigen. Neuerdings wird aus Sicherheitsgründen bei der Brennersteuerung durch den

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Begrenzerthermostaten noch ein Sicherheitsbegrenzer vorgesehen, der "bei Erreichen einer Maxim al temperatur von etwa 100 C angesprochen wird und sich nach der Sicherheitsabschaltung des Brenners mechanisch verriegelt, so daß der Brenner so lange abgeschaltet bleibt, bis der Sicherheitsbegrenzer manuell, wieder entriegelt wird»

Bei Heizungskesseln mit relativ geringem Kesselwasserinhalt hat sich nun die Erscheinung gezeigt, daß beim Kesselbetrieb im Sommer, wenn der Heizungskessel nur den Boiler mit heißem Kesselwasser zu versorgen braucht, oder auch beim Kesselbetrieb in der Übergangs Jahreszeit, wenn nur. sehr wenig Kesselwasser aus dem Kesselvorlaufstutzen durch das kaum geöffnete Mischventil in die Heizungsanlage gelangt und als abgekühltes Rücklaufwasser in den Heiaungskessel zurückfließt, der Anstieg der Heizungskesseltemperatur derart rasch erfolgt, daß die Kesselwassertemperatur einen erheblich höheren Wert erreicht, als an dem den Brenner abschaltenden Thermostaten eingestellt wurde. Diese Nachheizerscheinung kommt dadurch zustande, daß die gebräuchlichen Thermostaten eine große Zeitkonstante haben und daß in den indirekten Kesselheizflächen, insbesondere in der Innenberippung des vorerwähnten Nachschaltheizkanals, erhebliche Wärme gespeichert ist, die nach dem Abschalten des Brenners noch in das Kesselwasser übergeht und dessen Temperatur erhöht.

Diese Nachheizerseheinung hat zur Folge, daß bei den vorgenannten Fällen des Kesselbetriebes, wenn für die Boileraufheizung die Brennersteuerung von dem Begrenzerthermostaten übernommen wird, immer wieder Betriebsstörungen auftreten,

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weil der weitere Anstieg der Kesselwassertemperatur naeh dem Abschalten des Brenners zu einem Überschreiten der Ansprech-'temperatur des Sicherheitsbegrenzers führt und dieser fortgesetzt wieder manuell entriegelt werden muß.

In der Praxis hat man sich bislang zur Vermeidung dieser Betriebsstörungen dadurch beholfen, daß man den Begrenzerthermostaten sowie auch den Regulierthermostaten mindestens um den Temperaturanstieg der Nachheizerscheinung, der etwa 8⁰C betragen kann, tiefer eingestellt hat, z.B. also auf 82 bis 85° C, um auf diese Weise sicherzustellen, daß der Sicherheitsbegrenzer, nach dem Abschalten des Brenners spätestens beim Anstieg der Kesselwassertemperatur auf die Einstelltemperatur am Begrenzerthermostaten, nicht mehr aufgrund der Nachheizerscheinung ansprechen kann. Das brachte aber nun wiederum den Nachteil mit sich, daß dann, wenn die Heizungsanlage viel Wärme verlangt und das Mischventil voll öffnet und nun die gesamte Wasserumwälzmenge der Heizungsanlage über den Heizungskessel geht, nur noch eine tiefere Vorlauftemperatur des Kesselwassers im Kesselvorlaufstutzen erreicht werden konnte, die nämlich höchstens dem herabgesetzten Einstellwert am Begrenzerthermostaten entsprach. Dieser Nachteil bleibt auch bestehen, wenn der Regulierthermostat auf eine höhere Temperatur eingestellt würde, denn auch bei normaler Steuerung des Brenners durch den Regulieritermostaten bleibt der Begrenzerthermostat weiterhin wirksam und wird der Brenner schon durch den Begrenzerthermostaten abgeschaltet, sobald die Wassertemperatur des Kesselwasserraumes die am Begrenzer-

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thermostaten eingestellten 82 Ms 85 C erreicht. Da die meisten Heizungsanlagen aber für Außentemperaturen von minus 15 C auf eine maximale Vorlauftemperatur von 90⁰C ausgelegt sind, führte eine tiefere Einstellung des Begrenzerthermostaten infolgedessen in der Praxis zu Reklamationen wegen zu geringer Vorlauftemperatur an sehr kalten Wintertagen. '

Dieses Problem der Temperaturüberschwingung nach oben aufgrund der Kesselwassernaehheizung könnte an sich dadurch behoben werden, daß man wesentlich empfindlichere und schneller reagierende Thermostaten mit kleineren Schaltdifferenzen verwenden würde. Derartige Thermostaten sind jedoch einerseits nicht im Handel erhältlich, und andererseits würden solche Thermostaten die Schaltintervallhäufigkeit (Einschalten und Abschalten des Brenners) wesentlich erhöhen, wodurch nicht nur der Wirkungsgrad des Brenner-Heizungskessel-Systems verschlechtert wird, sondern auch unsauberere Abgase entstehen und die in verschiedenen Ländern bestehenden lufthygienischen Bestimmungen nicht mehr erfüllt werden könnten.

Die vorliegende Erfindung hat mit einer besonderen Kesselausbildung eine Lösung gefunden, die die geschilderten Probleme und Nachteile beseitigt und die sowohl dem Heizkessel— betrieb mii; sehr schneller Aufheizgeschwindigkeit bei der Boileraufheizung im Sommer oder in der Übergangs Jahreszeit Rechnung trägt als auch beim Heizkesselbetrieb im Winter mit voller Wasserumwälzmenge durch den Heizungskessel eine

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Vorlauftemperatür von 9O⁰C ermöglicht. Die erfindungsgemäße Ausbildung eines Heizungskessels der eingangs genannten Art besteht darin, daß der Thermostatenfühler in dem Kesselwasserraum oberhalb des Nachschaltheizkanals nahe an der Oberseite des Nachschaltheizkanals und nahe an der Kesseltrennwand beim Eintrittaende des Nachachaltheizkanala angeordnet ist und daß der Kesselrücklaufstutzen derart in den Kesselwasserraum bis in die Nähe des Thermostatenfühlers hineinragt, daß der Thermostatenfühler von aus dem Kesselrücklaufstutzen in den Kesselwasserraum eintretendem Rücklaufwasser direkt bespült ist.

Mit dieser Kesselausbildung wird folgendes erreicht. Wenn bei einer Boileraufheizung kein Rücklaufwasser (im Sommer) oder nur sehr wenig Rücklaufwasser (in der Übergangsjahreszeit) durch den Kesselrücklaufstutzen in den Heizungskessel fließt, wird dem Thermostatenfühler (ein oder mehrere Fühler für den Regulierthermostaten, Begrenzerthermostaten und Sicherheitsbegrenzer) aufgrund der Anordnung mit einem sehr kleinen Abstand von der Oberseite des Nachschaltheizkanals und'der Kesseltrennwand beim Eintrittsende des Nachschaltheizkanals bewußt eine um etwa 6 bis 8 höhere Temperatur vorgetäuscht, die um den Thermostatenfühler herum entsteht, weil dort eine sehr intensive Wärmeentwicklung vorhanden ist, solange der Brenner läuft. Infolgedessen schaltet der den Brenner bei der B ο Herauf heizung steuernde Begrenzerthermostat, auch wenn er auf 90° C eingestellt ist, schon bei einer effektiven Kesseltemperatur von

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etwa 82⁰C den Brenner aus. Die vorwiegend durch die Wärmespeicherung in den Rippen des Nachatchaltheizkanals hervorgerufene Nachheizung läßt dann zwar noch das Keaselwa*«*r in allen oberen Partien des Heizungskessels auf eine Temperatur von 9O⁰G ansteigen, was für die Beschleunigung des Boilerauf hei zvorganges erwünscht ist, die Naohheizung geht dann aber nicht mehr weiter, so daß mit Sicherheit die Kesselwassertemperatur unter dem Einstellwert des Sicherheitsbegrenzers bleibt und der Sieherheitsbegrenzer keinesfalls mehr ansprechen kann. Beim Winterbetrieb, wenn abgekühltes Rücklaufwasser durch den Kesselrücklaufstutzen in den Heizungskessel einströmt, wird der Thermostatenfühler, weil der Kesselrücklaufstutzen mit seiner Einmündung in den Kesselwasserraum bis in die Nähe der Anordnungsstelle des Thermostatenfühlers herangeführt ist, direkt von dem zurückfließenden Rücklaufwasser bespült und somit auch heruntergekühlt. Naturgemäß laufen jetzt alle Aufheiζvorgange im Heizungskessel wesentlich langsamer ab, weil der Heizungskessel kräftig durchströmt wird, und alle Thermostaten reagieren jetzt normal. Infolgedessen kann bei entsprechender Einstellung des den Brenner steuernden Regulierthermostaten ohne weiteres eine Vorlauftemperatur von 90⁰O erreicht werden, ohne daß der Begrenzerthermostat angesprochen wird und zu früh den Brenner abschaltet und ohne daß auch der Sieherheitsbegrenzer angesprochen wird. Die Wirkung der erfindungsgemäßen Heizungskesselausbildung beruht also darauf, daß bei Sommerbetrieb an der Stelle, an der der Thermostatenfühler angeordnet ist, eine dz-erart hohe Temperatur herrscht,

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. dia praktisch der Endtesiperatuy entspricht„ welche in dem Kesselwassermantel durch, dio Wachheizung erreicht wird,, und daß andererseits bei Winterbetrieb durch das den Thermostatenfühler umspülende Rücklaufwasser der Thermostaten« fühler so weit gekühlt wird, daß die dann um iha herum herrschende Temperatur praktisch auch der Kesselwasser- ' temperatur entspricht, die am Kesselvorlaufstutzen herrscht.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Heizungskesselausbildung dargestellt, und zwar zeigen

Pig. 1 den Heizungskessel in einem senkrechten Längsschnitt, Pig. 2 den Heizungskessel in einem senkrechten Querschnitt nach der Linie II-II in Pig. 1.

Der dargestellte Heizungskessel besitzt eine im wesentliehen horizontale, runde Brennkammer 1, deren hinteres Ende geschlossen ist und in deren vorderes Offene Ende ein Brenner für flüssigen oder gasförmigen Brennstoff einmündet. Die Brennkammer 1 ist in dem unteren Bereich eines etwa ovalen Kesselaußenkörpers 2 angeordnet und von einem Kesselwasserraum 3 umgeben. Das vordere Abgasaustrittsende der Brennkammer 1 ist mit einer Überatrömkammer 4 verbunden, die

zusammen mit dem vorderen Ende der Brennkammer 1 durch eine gemeinsame Brennkammertür nach außen abdichtend

verschlossen ist. Gegenüber dem Kesselwasserraum 3 ist die Überströmkammer 4 durch eine senkrechte Kesseltrennwand 5 begrenzt. In dem Kesselwasserraura oberhalb der Brennkammer 1

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ist ein aus einem kastenförmigen Hohlkörper mit Innenberippung bestehender, in Längsrichtung der Brennkammer sich erstreckender Nachschaltheizkanal 6 angeordnet. Das vordere Eintrittsende des Nachschaltheizkanals 6 mündet durch die Kesseltrennwand 5 in die Überströmkammer 4 e.n und ist durch diese mit dem Abgasaustrittsende der Brennkammer .1 verbunden. An das hintere Ende des Nachschaltheizkanals 6 ist ein Rauchgassammler 7 des Heizungskessels angeschlossen. In den Kesselwasserraum 3 ragt ein Thermostatenfühler 8 hinein, der aus Einzelfühlern oder Kombinationsfühlern für einen Regulierthermostaten, einen Begrenzerthermostaten und einen mit mechanischer Verriegelung ausgestatteten Sicherheitsbegrenzer bestehen kann. Dieser Thermostatenfühler ist oberhalb des Nachschaltheizkanals 6 nahe an der Oberseite des Nachschaltheizkanals, z.B. mit einem möglichst geringen Abstand von nur etwa 2 bis 3 nan, angeordnet. Da der Nachschaltheizkanal 6 an seinem Eintrittsende am stärksten von den durchströmenden Verbrennungsgasen erhitzt wird, ist der Thermostatenfühler 8 auch nahe an der Kesseltrennwand 5 beim Eintrittsende des Nachschaltheizkanals 6 angeordnet. Dadurch liegt der Thermostatenfühler an einer Stelle der mit dem Nachschaltheizkanal 6 in Wärmeaustausch stehenden Grenzschicht des Kesselwassers, an der eine sehr intensive Wärmeentwicklung vorhanden ist und eine höhere Wassertemperatur als an anderen Stellen des Kesselwasserraumes entsteht, solange der Brenner läuft. Deshalb schaltet der an den Thermostatenfühler angeschlossene und au:? eine Temperatur von 90 C eingestellte Begrenzerthermostat, der den Brenner

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während der Aufheizung eines nicht näher dargestellten Boilers des Heizungsiceesels steuert, den Brenner bereits ab, wenn die effektive Kesseltemperatur erst etwa 82⁰C beträgt. Durch die vornehmlich in der Innenberippung des Nachschaltheizkanals 6 gespeicherte Wärme tritt nach dem

Abschalten des Brenners noch eine Nachheizung des Kessel-— wassers ein, die aber mit Erreichen einer Kesselwassertemperatur von etwa 90⁰C aufhört, so daß der an den Thermostatenfühler angeschlossene Sicherheitsbegrenzer auf keinen Fall angesprochen wird und in den selbsttätig mechanisch sich verriegelnden Zustand versetzt wird. In den Kesselwasserraum 3 mündet ein Kesselrücklaufstutzen 9 ein, und zwar ragt er derart in den Kesselwasserraum hinein, daß seine Einmündung bis in die Nähe des Thermostatenfühlers herangeführt ist und der Thermostatenfühler 8 also von dem aus dem Kesselrücklaufstutzen 9 in den Kesselwasserraum 3 eintretenden Rücklaufwasser direkt und auf möglichst kurzem Weg zwischen der Einmündung und dem Thermostatenfühler bespült wird. Infolgedessen wird, wenn der Heizungskessel im Winterbetrieb kräftig vom Kesselwasser durchströmt wird, der Thermostatenfühler heruntergekühlt, so daß der an den Thermostatenfühler angeschlossene und in kalten Winter auf 9O⁰C eingestellte Regulierthermostat nicht schon bei einer Kesseltemperatur von etwa 82⁰C, sondern tatsächlich erst bei einer Kesseltemperatur von 9O⁰C den Brenner abschaltet und infolgedessen die mit der Regulierthermostateneinstellung gewünschte Vorlauftemperatur von 90°C in dem nicht näher dargestellten Kesselvorlaufstutzen erreicht wird.

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Claims

Interliz Anstalt in Vaduz, Liechtenste t Heizungskessel für Brennerfeuerung Patentansprüche

1.) Heizungskessel mit einer im wesentlichen horizontalen Brennkammer, in die ein Brenner für flüssigen oder gasförmigen Brennstoff einmündet, mit einem die Brennkammer umgebenden Kesselwasserraum, in den ein Kesselrücklaufstutzen einmündet und ein Thermostatenfühler hineinragt, und mit einem über der Brennkammer in dem Kesselwasserraum angeordneten, in Längsrichtung der Brennkammer sich erstreckenden Nachschal the izkanal, dessen Eintrittsende in eine von einer Kesseltrennwand begrenzte Überströmkammer einmündet und durch diese mit dem Abgasaustrittsende der Brennkammer verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermostatenfühler (8) in dem Kesselwasserraum (3) oberhalb des Nachschaltheizkanals (6) nahe an der Oberseite des Nachschaltheizkanals und nahe an der Kesseltrennwand (5) beim Eintrittsende des Nachschaltheizkanals angeordnet ist und daß der Kesselrücklaufstutzen (9) derart in den Kesselwasserraum bis in die Nähe des Thermostatenfühlers hineinragt, daß der Thermostatenfühler von aus dem Kesselrücklaufstutζen in den Kesselwasserraum eintretendem Rücklaufwasser direkt bespült ist.

2. Heizungskessel nach Anspruch 1 mit einer am hinteren Ende

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geschlossenen, im Querschnitt runden Brennkammer, die im unteren Bereich eines im Querschnitt etwa ovalen Kesselaußenkörpers angeordnet ist und an ihrem vorderen Abgasaustrittsende mit einer Überströmkammer verbunden ist, an die ein im oberen Bereich des Kesselaußenkörpers angeordneter, aus einem kastenförmigen Hohlkörper mit Innenberippung bestehender Nachschaltheizkanal angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermostatenfühler (8) quer zur läjigsrichtung des Hohlkörpers (6) sich erstreckend durch den Kesselaußenkörper (2) in den Kesselwasserraum (3) oberhalb des Hohlkörpers hineinragt und dicht über der oberen horizontalen Wandung des Hohlkörpers und dicht hinter der Kesseltrennwand liegt, vorzugsweise mit einem Abstand von jeweils nur etwa 2 bis 3 mm, und daß der an der Kesselrückseite angeordnete Kesselrücklaufstutzen (9) etwa in Höhe des Hohlkörpers und neben der der Einführung des Thermostatenfühlers durch den Kesselaußenkörper zugekehrten senkrechten Wandung des Hohlkörpers in den Kesselwaseerraum hineinragt und sich mit seiner Einmündung bis zu einer Kesselwasserraumstelle etwa unterhalb der Anordnungsstelle des Thermostatenfühlers erstreckt.

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