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Die Erfindung betrifft einen Heizkessel mit
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oberem Verbrennungsabzug, der aus bis auf seine Randglieder gleichen
Scheibengliedern zusammengesetzt ist und der von unten mit flüssigen oder gasförmigen
Brennstoffen über Brenndüsen beheizte mit einer Rück- und einer Vorlaufleitung eines
Heizungssystems verbundene Wasserbehälter aufweist. Derartige bekannte Heizkessel
dienen zur Versorgung von Sammelheizungen oder von Industrieanlagen mit Heißwasser.
Sie werden üblicherweise automatisch mit Thermostaten in Abhängigkeit von der Temperatur
in den zu beheizenden Räumen auf einer bestimmten Heißwassertemperatur gehalten.
Dies geschieht, da eine Mengenregelung des zugeführten Brennstoffes Schwierigkeiten
bereitet oder zu aufwendige Anlagen erfordert, durch eine intermittierende Regelung
bei je Zeiteinheit gleicher zugeführter Brennstoffmenge. Dies hat zur Folge, daß
im Bereich der Soll-Temperatur die Beheizung des gesamten Kessels in jeweils kurzen
Zeitabständen an- und wieder ausgeschaltet wird. Durch das jeweilige Wiederanfahren
der Beheizung ergibt sich ein erheblicher Energieverlust, der bei einer gleichmäßigen
Dauerbeheizung nicht eintreten würde.
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Aufgabe der Erfindung ist es, diese Verluste zu vermeiden und eine
nicht intermittierende Beheizung ohne Mengenregulierung ohne größeren Aufwand für
die Steuerung zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß in jedem
Scheibenglied ein Heizelement vorgesehen ist, das aus einem die ganze Breite des
Scheibengliedes einnehmenden Wasserbehälter besteht, der von den Wasserbehältern
der anderen Heizelemente getrennt ist und der für sich in den Wasserkreislauf ein-
und ausgeschaltet werden kann, sowie einer Beheizungsvorrichtung, die mit dem Zuschalten
des zugehörigen Wasserbehälters in den Wasserkreislauf ein- und mit dessen Abschalten
aus dem Wasserkreislauf ausgeschaltet werden kann.
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Der Heizkessel wird somit in einzelne Heizelemente aufgeteilt, die
aus einem nur diesem Heizelement zugehörigen Wasserbehälter und einer diesem Wasserbehälter
zugeordneten Beheizungsvorrichtung, z. B. einer blbrennerdüse oder einem mit Brenndüsen
besetzten Gasrohr bestehen, wobei die Wasserkessel voneinander getrennt sind,aber
aneinander unmittelbar anliegen. Zweckmäßigerweise weisen die Wasserkessel in ihrem
Inneren einen oder mehrere Heizkanäle auf und liegen mit ihren nach den Fugen der
Scheibenglieder zuweisenden Wänden aneinander unmittelbar an.
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Diese Heizkessel sind getrennt in den Wasserkreislauf ein- und ausschaltbar
und werden von ihrem Einschalten an jeder für sich beheizt, wobei ein gemeinsamer
Abzug für alle Beheizungen vorgesehen sein kann.
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An der Abfluß seite jedes Wasserbehälters und an der Zufluß seite
jeder Beheizungsvorrichtung kann je ein elektrisch betätigbares Magnetventil vorgesehen
sein. Des weiteren kann ein Thermostat oder ein Thermostatsystem zur Steuerung dieser
Ventile angeordnet sein, mit denen in Abhängigkeit von der Soll-Temperatur in den
zu beheizenden Räumen die Heizelemente einzeln oder in Gruppen in vorgegebener Reihenfolge
ein-und ausschaltbar sind. An dem Thermostat können elektrische Kontakte vorgesehen
sein, durch die infolge der Temperaturbewegung des Thermostat elektrische Impulse
bei steigendem Wärmebedarf zur Einschaltung zunächst des mittleren Heizelements
und darauffolgend der jeweils benachbarten Heizelemente und bei fallendem Wärmebedarf
zur Ausschaltung dieser Heizelemente in umgekehrter Reihenfolge auslösbar sind.
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Es ist zweckmäßig zunächst den am weitesten innen liegenden Kessel
einzuschalten und bei zunehmendem Wärmebedarf einen oder beide benachbarte Kessel.
Diese werden, da sie dem bereits beheizten Kessel Wand an Wand anliegen, mit aufgeheizt
und können bei ihrem Einschalten bereits Heißwasser abgeben. Auf diese Weise werden
Wärmeverluste durch Abgabe von Wärme nach Aussen weitgehend verringert. Mit steigendem
Wärmebedarf können weitere zu den beheizten Kesseln benachbarte zugeschaltet werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der
Zeichnungen im einzelnen beschrieben. Es zeigen Fig. 1 einen senkrechten Schnitt
durch einen erfindungsgemäßen Heizkessel in Ebene I-I in Figur 2 in schematischer
Darstellung Fig. 2 einen senkrechten Schnitt durch den gleichen Heizkessel in Ebene
II-II in Figur 1 in schematischer Darstellung Fig. 3 ein Schaltschema für die Zu-und
Abschaltung der einzelnen Heizelemente des erfindungsgemäßen Heizkessels Der dargestellte
Heizkessel ist aus fünf Scheibengliedern 1, 2, 3, 4, 5 baukastenartig zusammengesetzt,
die bis auf die Randglieder 1 und 2 gleich sind. Die Randglieder bilden zugleich
die Seitenwände des Kessels. Dieser kann durch zusätzliche innere Scheibenglieder
auf größere Kapazitäten erweitert werden. Die Scheibenglieder werden durch Zuganker
6 unter Spannung zusammengehalten, wobei in ihren Fugen 7 Dichtungen vorgesehen
sind. In jedem Scheibenglied 1, 2, 3, 4, 5 ist ein Wasserbehälter 8 vorgesehen,
der von einem Heizkanal 9 durchsetzt ist, der in seinem horizontalen Querschnitt
ein langgezogenes Rechteck bildet und der
sich in seinem oberen
Teil in zwei Äste 10 und 11 gabelt (Figur 2).
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Von unten sind die Wasserbehälter 8 an das Rücklaufrohr 12 und an
der Oberseite an das Vorlaufrohr 13 angeschlossen, die beide den Heizkessel in Richtung
der Schnittebene der Figur 1 durchsetzen, wodurch die einzelnen Wasserbehälter in
Serie geschaltet sind. In senkrechter Richtung zu dem Rücklaufrohr 12 und dem Vorlaufrohr
13 ist unter jedem Heizkessel 9 ein Brennstoffzuführungsrohr 14 vorgesehen, das
an seiner Oberseite eine Reihe von Brenndüsen 15 aufweist. Die Wasserbehälter 8
sind infolge der Form der Heizkanäle 9 als um diese liegende Wassertaschen ausgebildet,
die zu einem zum Umlaufrohr 13 mündenden Ausflußstutzen 16 zusammengeführt sind.
An der Unterseite der länggseitigen Wassertaschen 17 ist je ein einen flachen Trichter
bildender Zuflußstutzen 18 vorgesehen, der an das Rücklaufrohr 12 angeschlossen
ist. Die wärmetauschenden Wandungen des Wasserbehälters 8 sind etwa 1 mm starkes
Blech, das mit zu ihm senkrecht stehenden Verstärkungsrippen 19 versehen ist, die
eine labyrinthartige Führung für die Heizgase bilden und zugleich die wärmetauschende
Oberfläche vergrößern.
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Die Wasserbehälter 8 sind alle gleich und vor allem weisen sie genau
die gleiche Breite auf wie die inneren Scheibenglieder 2, 3 und 4, d. h., sie sind
mit den Fugen 7 bündig. Ebenso passen sie
genau in die äusseren
Scheibenglieder 1 und 5, liegen also an den Kesselseitenwänden mit ihrer rechten
bzw. linken Aussenwand unmittelbar an und sind mit der anschließenden Fuge bündig.
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Im innern des Heizkessels liegen demnach die breitseitigen Wände der
Wasserbehälter 8 unmittelbar aneinander an.
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An der Unterseite der Scheibenglieder 1, 2, 3, 4, 5 sind Lufteintrittsöffnungen
20, im oberen Teil der Seitenwand des Randscheibengliedes 5 ist eine Abzugsöffnung
21 vorgesehen.
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In jedem Ausflußstutzen der Wasserbehälter 8 ist ein Ventil 22 angeordnet,
das jedes für sich mit Hilfe eines Elektromagneten geöffnet und geschlossen werden
kann. Ebenso ist an jedem Brennstoff zuführungsrohr 14 ein elektromagnetisches Verschließ-
und öffenbares Ventil 23 ausserhalb des Kessels angeordnet.
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Der Heizkessel enthält demnach fünf Heizelemente 24, 25, 26, 27, 28,
von denen jedes aus einem für sich in den Wasserkreislauf ein- und ausschaltbaren
beheizbaren Wasserbehälter 8 und einem für sich ein- und ausschaltbaren Brennstoffzuführungsrohr
14 mit Brenndüsen 15 besteht, so daß die einzelnen Heizelemente 24, 25, 26, 27,
28 wahlweise allein oder in Kombination mit einem oder mehreren der anderen Heizelementen
in Betrieb genommen werden kann.
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In Figur 3 ist das Schaltschema für die automatische Zu- bzw. Abschaltung
der einzelnen Heizelemente 24, 25, 26, 27, 28 gezeigt. Die Magnetventile für Wasser
22 und die Magnetventile für Gas 23 jedes einzelnen Heizelementes sind miteinander
gekoppelt, so daß sie gemeinsam und gleichzeitig geöffnet und geschlossen werden
können, womit jeweils jedes Heizelement für sich in den Wasserkreislauf eingeschaltet
und wieder daraus abgeschaltet werden kann. Mit 29 ist ein schematisch dargestellter
Thermostat gezeigt, durch den die Temperatur in den zu beheizenden Räumen oder auch
deren Aussentemperatur erfaßt werden kann.
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Er ist hier als Quecksilberthermometer dargestellt, dessen Quecksilbersäule
bei Fallen der Temperatur die Kontakte 30, 31, 32, 33, 34 unterbricht und damit
relaisgesteuerte Impulse auslöst, die die Magnetventile 22 und 23 des jeweils einem
der genannten Kontakte zugeordneten Heizelementes anregen und diese Ventile öffnen
bzw. bei Wiederanstieg der Temperatur und Wiederherstellen der Kontakte 30, 31,
32, 33, 34 wieder schließt. In der schematisch dargestellten Schaltung ist die Leitung
35 dem Kontakt 30 und dem Heizelement 26 zugeordnet, die Leitung 36 dem Kontakt
31 und dem Heizelement 27, die Leitung 37 dem Kontakt 32 und dem Heizelement 25
und die Leitung 38 dem Kontakt 33 und dem Heizelement 28, schließlich die Leitung
39 dem Kontakt 34 und dem Heizelement 24. Dabei bedeuten die Leitungen auch die
Relaisvorrichtung zur Einschaltung des die Ventilmagneten erregenden Stromes und
die notwendigen Stromquellen sowie die Zündvorrichtungen für das freigegebene Gas,
die in Figur 3 nicht dargestellt, aber alle bekannt sind.
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Bei Inbetriebnahme des Heizkessels wird zunächst das innerste Heizelement
26 eingeschaltet.
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Bei fallender Temperatur wird das Heizelement 27, sodann das Heizelement
25, das Heizelement 28 und schließlich das Heizelement 24 zugeschaltet, während
bei steigender Temperatur eine Zurückschaltung in umgekehrter Reihenfolge stattfindet.
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Die eingeschalteten Heizelemente werden kontinuierlich beheizt und
können damit auf einer optimalen Einstellung mit ihrem höchstmöglichen Wirkungsgrad
gefahren werden.
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Die dem eingeschalteten Heizelement benachbarten, aus dem Wasserkreislauf
ausgeschalteten und nicht beheizten Elemente werden durch Kontakterwärmung über
die bei Fuge 7 aneinanderliegenden Aussenwände der Wasserbehälter 8 erwärmt, jedoch
niemals über 1000, so daß keine Dampfbildungen in dem stehenden Wasser auftreten
können und wobei der zunehmende Druck rückwärts über den offenen Zuflußstutzen 18
entspannt werden kann. Bei Zuschalten dieses benachbarten Heizelementes wird von
ihm dann sofort heisses Wasser in den Wasserkreislauf gegeben. Durch das Einschalten
des mittleren Heizelementes 26 als erstem und das jeweilige Zuschalten der benachbarten
Heizelemente wird der Wärmeverlust an die Umgebung so klein wie möglich gehalten
und die in die Nachbarwasserbehälter abgegebene Abwärme in größtmöglichem Umfang
ausgenutzt.
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Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Heizkessels und seiner
Zuschaltanordnung ist es, daß immer mit konstanter Flamme gefahren werden kann,
also auch auf dem niedrigsten Temperatur-Niveau und somit die sonst durch intermittierende
Brennerregulierung sich ergebenden Energieverluste beim Anfahren jeweils der ganzen
Kesselanlage mit Sicherheit vermieden werden. Während bei den bekannten intermittierend
geschalteten Brennern nur ein Wirkungsgrad von 16 - 25 % erzielt werden kann, ist
mit dem erfindungsgemäßen Kessel und seinem Schaltsystem ein Wirkungsgrad von 60
- 70 % zu erreichen, also eine sehr hohe Ersparnis an Brennstoffen.
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Die hier dargestellte Anlage kann in gleicher Weise mit blbrennern
betrieben werden, wobei anstelle der in die Kästen hineinragenden Brennstoffzuführungsrohre
und ihrer Düsen 15 in bekannter Weise angeordnete blbrenner und öl flammen treten.