DE2841476C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Heizungskessel für Brennerfeuerung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die gebräuchliche Ausführung von Heizkesseln für Brenner­ feuerung hat eine an der Kesselrückseite geschlossene trommelförmige Brennkammer, die im unteren Bereich eines engen, etwa ovalen Kesselaußenkörpers liegend an der Kesselvorderseite durch die Überströmkammer mit dem im oberen Bereich des Kesselaußenkörpers verlaufenden Nach­ schaltheizkanal verbunden ist. Anstelle von zahlreichen einfachen Rohren, die eine Vielzahl von Einschweißungen in die Kesselwände erfordern, wird häufig als Nachschalt­ heizkanal ein platzsparender, im Querschnitt rechteckiger kastenförmiger Hohlkörper bevorzugt, der zwecks lei­ stungsstarker Wärmeübertragung eine beispielsweise kamm­ artig ausgebildete Innenberippung aufweist, die von den aus der Brennkammer überströmenden Abgasen stark er­ hitzt wird und die Abgaswärme an die von Kesselwasser umgebenen und gekühlten Wandungen des Hohlkörpers weiter­ leitet. In dem über dem Nachschaltheizkanal liegenden Volumen des Kesselwasserraumes, zu dem das von der Bren­ nerkammer und vom Nachschaltheizkanal aufgeheizte Kessel­ wasser hochsteigt, sind die Thermostatenfühler der Bren­ nersteuerungsthermostaten angeordnet.

Der aus der DE-AS 15 79 835 bekannte Heizungskessel ent­ hält in dem Kesselwasserraum über dem Nachschaltheizkanal die Thermostatenfühler eines den Brenner selbsttätig ein- und ausschaltenden Kesselthermostaten und eines aus Sicherheitsgründen zusätzlich vorgesehenen Sicherheits­ thermostaten, der sich ebenfalls von einer den Brenner abschaltenden Schaltstellung auch wieder selbsttätig in die den Brenner einschaltende Schaltstellung zurückver­ stellt, sobald die Kesselwassertemperatur wieder unter die an dem Thermostaten eingestellte Temperatur absinkt. Bei dem Heizungskessel der DD-PS 88 388 wird das abge­ kühlte Rücklaufwasser mit einem im Heizkessel vom hinte­ ren Kesselende bis nahe zum vorderen Kesselende sich er­ streckenden Rücklaufrohr in den oberen Bereich des Hei­ zungskessels eingeleitet, damit sich das abgekühlte Rücklaufwasser vor dem Eintritt in den Kesselwasserraum und dem Absinken zum unteren Bereich des Kesselwasser­ raumes schon in dem langen Rücklaufrohr vorwärmt.

Aus der US-PS 34 65 123 ist ein vertikaler, elektrisch be­ heizter Warmwasserbereiter bekannt, bei dem das elektri­ sche Heizelement und ein das Heizelement steuernder Thermostat in der Nähe des unteren Endes des vertikalen Wasserraumes angeordnet sind, zu dem das in den Warm­ wasserbereiter einfließende kalte Frischwasser absinkt, und bei dem die Austrittsöffnung der Kaltwasserzuleitung in der Nähe des Thermostaten liegt, damit der Thermostat möglichst rasch auf den Zufluß von kaltem Wasser an­ spricht und das Heizelement zum Aufheizen des zufließen­ den kalten Wassers einschaltet.

Aus der DE-AS 17 51 498 ist es bekannt, bei einem zur Dampferzeugung dienenden Flammrohrkessel eine Schmelzsicherung in unmittelbarer wärmeleitender Berührung mit einer Heizfläche des Kessels und in Höhe des zulässigen niedrigsten Wasserstandes im Kessel anzuordnen, die eine Überhitzung des Kessels bei Unterschreitung des zulässigen niedrigsten Wasserstandes z. B. durch elektrisch betätigte Abschaltung der Brenn­ stoffzufuhr zur Kesselfeuerung verhindert.

Heizungskessel der eingangs geschilderten Ausführung für Warmwasserheizungen haben aufgrund ihrer kompakten, gedrun­ genen Bauweise mit kleinen, platzsparenden Kessel­ abmessungen einen Kesselwasserraum mit relativ geringem Wasserinhalt. In aller Regel ist der Heizungskessel noch mit einem vom Kesselwasser aufheiz­ baren Boiler zur Erzeugung von warmem Brauchwasser ausge­ stattet, und es ist das folgende, mit dem geringen Wasser­ inhalt des Kesselwasserraumes zusammenhängende Problem auf­ getreten.

Die Steuerung der Kesselwassertemperatur erfolgt durch einen Regulierthermostaten, der den Brenner bei Erreichen der am Regulierthermostaten eingestellten gewünschten Vor­ lauftemperatur des Kesselwassers in dem zur Heizungsanlage führenden Kesselvorlaufstutzen abschaltet, sowie durch einen auf eine höhere Temperatur, normalerweise auf eine Tempera­ tur von 90 bis 95°C eingestellten Begrenzerthermostaten. Wenn der Brauchwasserboiler beim Winterbetrieb des Heizungs­ kessels für die Heizungsanlage oder beim Sommerbetrieb des Heizungskessels nur für die Boileraufheizung Wärme verlangt, wird der Regulierthermostat durch ein Relais überbrückt und kann dadurch die Kesselwassertemperatur auf die höhere Einstelltemperatur des Begrenzerthermostaten ansteigen, um den Boileraufheizvorgang zu beschleunigen. Neuerdings wird aus Sicherheitsgründen bei der Brennersteuerung durch den Begrenzerthermostaten zusätzlich noch ein Sicherheitsbegren­ zer vorgesehen, der bei Erreichen einer Maximaltemperatur von etwa 100°C angesprochen wird und sich nach der Sicher­ heitsabschaltung des Brenners mechanisch verriegelt, so daß der Brenner nicht durch den Regulierthermostaten und den Begrenzerthermostaten wieder eingeschaltet werden kann und solange abgeschaltet bleibt, bis der Sicherheitsbegrenzer manuell wieder entriegelt wird.

Bei Heizungskesseln mit relativ geringem Kesselwasser­ inhalt hat sich nun die Erscheinung gezeigt, daß beim Som­ merbetrieb, wenn der Heizungskessel nur den Brauchwasser­ boiler mit heißem Kesselwasser zu versorgen braucht, oder auch beim Kesselbetrieb in der Übergangsjahreszeit, wenn ein üblicherweise vorgesehenes Mischventil nur sehr wenig Kesselwasser aus dem Kesselvorlaufstutzen in die Heizungs­ anlage gelangen läßt und als abgekühltes Rücklaufwasser in den Heizungskessel zurückfließen läßt, der Anstieg der Kesselwassertemperatur im Heizkessel derart rasch erfolgt, daß die Kesselwassertemperatur einen erheblich höheren Wert erreicht, als an dem den Brenner abschaltenden Bren­ nersteuerungsthermostaten eingestellt wurde. Diese Nach­ heizerscheinung kommt dadurch zustande, daß die gebräuch­ lichen Thermostaten eine große Zeitkonstante haben und daß in den indirekten Kesselheizflächen, insbesondere in der Innenberippung des vorerwähnten Nachschaltheizkanals, er­ hebliche Wärme gespeichert ist, die nach dem Abschalten des Brenners noch in das Kesselwasser übergeht und dessen Temperatur erhöht. Diese Nachheizerscheinung hat nun aber zur Folge, daß dann, wenn beim vorerwähnten Kesselbetrieb im Sommer oder in der Übergangsjahreszeit die Brenner­ streuung für einen Boileraufheizvorgang von dem Begrenzer­ thermostaten übernommen wird, immer wieder Betriebsstörun­ gen auftreten, weil der weitere Anstieg der Kesselwasser­ temperatur nach dem Abschalten des Brenners zu einem Über­ schreiten der Ansprechtemperatur des Sicherheitsbegrenzers führt und dieser fortgesetzt wieder manuell entriegelt wer­ den muß.

In der Praxis hat man sich bislang zur Vermeidung die­ ser Betriebsstörungen dadurch beholfen, daß man den Be­ grenzerthermostaten sowie auch den Regulierthermostaten mindestens um den Temperaturanstieg der Nachheizerschei­ nung, der etwa 8°C betragen kann, tiefer eingestellt hat, zum Beispiel also auf 82 bis 85°C, um auf diese Weise sicherzustellen, daß der Sicherheitsbegrenzer, nach dem Abschalten des Brenners spätestens beim Anstieg der Kes­ selwassertemperatur auf die Einstelltemperatur am Begren­ zerthermostaten, nicht mehr aufgrund der Nachheizerschei­ nung 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 Vorlauftempe­ ratur des Kesselwassers im Kesselvorlaufstutzen erreicht werden konnte, die nämlich höchstens dem herabgesetzten Einstellwert am Begrenzerthermostaten entsprach. Dieser Nachteil bleibt auch bestehen, wenn der Regulierthermo­ stat auf eine höhere Temperatur eingestellt würde, denn auch bei normaler Steuerung des Brenners durch den Regu­ lierthermostaten bleibt der Begrenzerthermostat weiterhin wirksam und wird der Brenner schon durch den Begrenzer­ thermostaten abgeschaltet, sobald die Wassertemperatur des Kesselwasserraumes die am Begrenzerthermostaten ein­ gestellten 82 bis 85°C erreicht. Da die meisten Heizungs­ anlagen aber für Außentemperaturen von minus 15°C auf eine maximale Vorlauftemperatur von 90°C ausgelegt sind, führte eine tiefere Einstellung des Begrenzerthermostaten infolgedessen in der Praxis zu Reklamationen wegen zu ge­ ringer Vorlauftemperatur an sehr kalten Wintertagen.

Dieses Problem der Temperaturüberschwingung nach oben aufgrund der Kesselwassernachheizung könnte an sich da­ durch 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 Schaltinter­ vallhäufigkeit (Einschalten und Abschalten des Brenners) wesentlich erhöhen, wodurch nicht nur der Wirkungsgrad des Brenner-Heizungskessel-Systems verschlechtert wird, sondern auch unsaubere Abgase entstehen und die in verschiedenen Ländern bestehenden lufthygienischen Bestim­ mungen nicht mehr erfüllt werden könnten.

Die Erfindung hat deshalb zur Aufgabe, eine Kesselaus­ bildung zu schaffen, die unter Vermeidung der vorstehend geschilderten Probleme und Nachteile eine sehr schnelle Aufheizgeschwindigkeit der Boileraufheizung beim Heizkes­ selbetrieb im Sommer oder in der Übergangsjahreszeit er­ möglicht sowie auch eine Vorlauftemperatur von 90°C für die Heizungsanlage beim Heizkesselbetrieb im Winter mit voller Wasserumwälzmenge durch den Heizungskessel ermög­ licht.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kenn­ zeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 enthaltenen Merk­ male gelöst.

Mit dieser Kesselausbildung wird folgendes erreicht: Wenn bei einer Boileraufheizung kein Rücklaufwasser (im Sommer) oder nur sehr wenig Rücklaufwasser (in der Übergangsjahres­ zeit) durch den Kesselrücklaufstutzen in den Heizungskes­ sel 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 Nachschaltheiz­ kanals und von der Kesseltrennwand beim Eintrittsende des Nachschaltheizkanals bewußt eine um etwa 6 bis 8°C höhere Temperatur vorgetäuscht, die um den Thermostatenfühler herum entsteht, weil dort eine sehr intensive Wärmeent­ wicklung vorhanden ist, solange der Brenner läuft. Infolge­ dessen schaltet der den Brenner bei der Boileraufheizung steuernde Begrenzerthermostat, auch wenn er auf 90°C ein­ gestellt ist, schon bei einer effektiven Kesseltemperatur von etwa 82°C den Brenner aus. Die vorwiegend durch die Wärme­ speicherung in den Rippen des Nachschaltheizkanals hervor­ gerufene Nachheizung läßt dann zwar noch das Kesselwasser in allen oberen Partien des Heizungskessels auf eine Temperatur von 90°C ansteigen, was für die Beschleunigung des Boiler­ aufheizvorganges erwünscht ist, die Nachheizung geht dann aber nicht mehr weiter, so daß mit Sicherheit die Kessel­ wassertemperatur unter dem Einstellwert des Sicherheits­ begrenzers bleibt und der Sicherheitsbegrenzer 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 zurück­ fließenden Rücklaufwasser bespült und somit auch herunter­ gekühlt. Naturgemäß laufen jetzt alle Aufheizvorgänge im Heizungskessel wesentlich langsamer ab, weil der Heizungs­ kessel kräftig durchströmt wird, und alle Thermostaten reagieren jetzt normal. Infolgedessen kann bei entsprechender Einstellung des den Brenner steuernden Regulierthermostaten ohne weiteres eine Vorlauftemperatur von 90°C erreicht werden, ohne daß der Begrenzerthermostat angesprochen wird und zu früh den Brenner abschaltet und ohne daß auch der Sicherheitsbegrenzer angesprochen wird. Die Wirkung der erfindungsgemäßen Heizungskesselausbildung beruht also darauf, daß bei Sommerbetrieb an der Stelle, an der der Thermostaten­ fühler angeordnet ist, eine derart hohe Temperatur herrscht, die praktisch der Endtemperatur entspricht, welche in dem Kesselwassermantel durch die Nachheizung erreicht wird, und daß andererseits bei Winterbetrieb durch das den Thermostatenfühler umspülende Rücklaufwasser der Thermostaten­ fühler so weit gekühlt wird, daß die dann um ihn herum herrschende Temperatur praktisch auch der Kesselwasser­ temperatur entspricht, die am Kesselvorlaufstutzen herrscht.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungs­ gemäßen Heizungskesselausbildung dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 den Heizungskessel in einem senkrechten Längsschnitt,

Fig. 2 den Heizungskessel in einem senkrechten Querschnitt nach der Linie II-II in Fig. 1.

Der dargestellte Heizungskessel besitzt eine im wesent­ liche 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 Kessel­ wasserraum 3 umgeben. Das vordere Abgasaustrittsende der Brennkammer 1 ist mit einer Überströmkammer 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 Kesselwasserraum 3 oberhalb der Brennkammer 1 ist ein aus einem kastenförmigen Hohlkörper mit Innen­ berippung bestehender, in Längsrichtung der Brennkammer 1 sich erstreckender Nachschaltheizkanal 6 angeordnet. Das vordere Eintrittsende des Nachschaltheizkanals 6 mündet durch die Kesseltrennwand 5 in die Überströmkammer 4 ein und ist durch diese mit dem Abgasaustrittsende der Brennkammer 1 verbunden. An das hintere Ende des Nachschaltheizkanals 6 ist ein Rauch­ gassammler 7 des Heizungskessels angeschlossen. In den Kesselwasserraum 3 ragt ein Thermostatenfühler 8 hinein, der aus Einzelfühlern oder Kombinationsfühlern für einen Regulierthermostaten, einen Begrenzerthermostaten und eine mit mechanischer Verriegelung ausgestatteten Sicherheits­ begrenzer bestehen kann. Dieser Thermostatenfühler 8 ist ober­ halb des Nachschaltheizkanals 6 nahe an der Oberseite des Nachschaltheizkanals, z. B. mit einem möglichst geringen Abstand von nur etwa 2 bis 3 mm, angeordnet. Da der Nach­ schaltheizkanal 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 8 an einer Stelle der mit dem Nachschaltheizkanal 6 in Wärmeaustausch stehenden Grenz­ schicht des Kesselwassers, an der eine sehr intensive Wärme­ entwicklung vorhanden ist und eine höhere Wassertemperatur als an anderen Stellen des Kesselwasserraumes entsteht, solange der Brenner läuft. deshalb schaltet der an den Thermostatenfühler 8 angeschlossene und auf eine Temperatur von 90°C eingestellte Begrenzerthermostat, der den Brenner während der Aufheizung eines nicht näher dargestellten Boilers des Heizungskessels steuert, den Brenner bereits ab, wenn die effektive Kesseltemperatur erst etwa 82°C 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 Kesselwasser­ temperatur von etwa 90°C 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 3 hinein, daß seine Einmündung bis in die Nähe des Thermostatenfühlers 8 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 8 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 im kalten Winter auf 90°C eingestellte Regulierthermostat nicht schon bei einer Kesseltemperatur von etwa 82°C, sondern tatsächlich erst bei einer Kesseltemperatur von 90°C den Brenner abschaltet und infolgedessen die mit der Regulierthermostateneinstellung gewünschte Vorlauftemperatur von 90°C in dem nicht näher dargestellten Kesselvorlaufstutzen erreicht wird.

Claims (2)

1. Heizungskessel für Brennerfeuerung mit einer im wesent­ lichen horizontalen Brennkammer in einem umgebenden Kesselwasserraum, in den ein Kesselrücklaufstutzen einmündet, mit einem über der Brennkammer im Kessel­ wasserraum angeordneten, in Längsrichtung der Brenn­ kammer sich erstreckenden Nachschaltheizkanal, dessen Eintrittsende durch eine von einer Kesselinnenwand begrenzte Überströmkammer mit dem Abgasaustrittsende der Brennkammer verbunden ist, und mit einem über dem Eintrittsende des Nachschaltheizkanals im Kessel­ wasserraum angeordneten Thermostatenfühler für Brenner­ steuerungsthermostaten, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermostatenfühler (8), der einen zusätzlich zu den Brennersteuerungsthermostaten vorgesehenen, sich nach einer Sicherheitsabschaltung des Brenners gegen selbst­ tätige Brennereinschaltung verriegelnden Sicherheits­ begrenzer betätigt, beim Eintrittsende des Nachschalt­ heizkanals (6) und nahe an der Oberseite des Nachschalt­ heizkanals und nahe an der Kesselinnenwand (5) ange­ ordnet ist und daß der Kesselrücklaufstutzen (9) im Kesselwasserraum (3) bis an den Thermostaten­ fühler (8) heranreicht und der Thermostatenfühler (8) von aus dem Kesselrücklaufstutzen (9) in den Kesselwasserraum (3) eintretendem Rücklaufwasser direkt bespült ist.

2. Heizungskessel nach Anspruch 1, an dessen Kesselvorder­ seite das vordere, offene Brennkammerende durch die Überströmkammer mit einem den Nachschaltheizkanal bildenden, innenberippten kastenförmigen Hohlkörper verbunden ist und an dessen Kesselrückseite der Kessel­ rücklaufstutzen in den Kesselwasserraum einmündet, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermostatenfühler (8) quer zur Längsrichtung des Hohlkörpers sich erstreckend durch den Kesselwasserraum (3) um­ gebenden Kesselaußenkörper (2) eingeführt ist und in den Kesselwasserraum (3) bis über die obere horizontale Wandung des Hohlkörpers hineinragt und daß der Kessel­ rücklaufstutzen (9) im wesentlichen in Höhe des Hohlkörpers und seitlich neben derjenigen senkrechten Wandung des Hohlkörpers, die der Einführung des Thermostatenfühlers (8) durch den Kesselaußenkörper (2) zugekehrt ist, in den Kesselwasserraum (3) hineinragt und sich mit seiner Einmündung bis zu einer Kessel­ wasserraumstelle im wesentlichen unterhalb der Anordnungsstelle des Thermostatenfühlers (8) erstreckt.