DE29607830U1 - Boiler with heat exchanger and combustion chamber - Google Patents
Boiler with heat exchanger and combustion chamberInfo
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Description
Heizkessel mit Wärmetauscher und VerbrennungsraumBoiler with heat exchanger and combustion chamber
Die Erfindung betrifft einen Heizkesse! mit Wärmetauscher und Verbrennungsraum zur Erwärmung von Wasser oder anderer Flüssigkeiten, der geeignet ist zur Beheizung von Räumen beispielsweise mit Zentralheizung, Derartige Kessel werden überwiegend mit öl oder Gas beheizt.The invention relates to a boiler with a heat exchanger and combustion chamber for heating water or other liquids, which is suitable for heating rooms, for example with central heating. Such boilers are mainly heated with oil or gas.
Während bei modernen Heizkesseln die Heizfläche, die mit den Rauchgasen in Verbindung kommt, relativ groß ausgelegt wird, um das Abgas auf niedrige Temperaturen zu kühien, kommt es durch Temperaturdifferenzen fm Kessei zu Kondensatbildung, Dieses Kondensat, besonderf bei Heizölverbrennung, verkrustet im Kessel und ist sehr schwer zu entfernen, An unzugänglichen Stellen ist es mechanisch gar nicht mehr zu entfernen.While in modern boilers the heating surface that comes into contact with the flue gases is designed to be relatively large in order to cool the exhaust gases to low temperatures, temperature differences in the boiler lead to the formation of condensate. This condensate, especially when heating oil is burned, forms a crust in the boiler and is very difficult to remove. In inaccessible places it cannot be removed mechanically at all.
Außerdem wird der Brennraum und die übrigen Wärme tauscherfIächen durch das beheizte Wasser ständig auf der Heißwasservorlauf temperatur heiß gehalten, was zu hohen Stillstandsverlusten durch ventilierende Heißluft in den Abgaskanal oder Kamin führt,In addition, the combustion chamber and the other heat exchanger surfaces are constantly kept hot at the hot water flow temperature by the heated water, which leads to high downtime losses due to ventilating hot air into the exhaust duct or chimney.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Reinigung der mit dem Rauchgas in Berührung kommenden Kessel- und Wärmetauscherflächen gar nicht erst versotten zu lassen, eine leichte Reinigung zu ermöglichen und Kondensatanfall zu vermeiden bei hohem Heizkessel- und Verbrennungswirkungsgrad.The aim of the invention is to prevent the boiler and heat exchanger surfaces that come into contact with the flue gas from becoming sooty, to enable easy cleaning and to avoid the formation of condensate while maintaining a high boiler and combustion efficiency.
Diese Aufgabe wird bei einem Heizkessel der Eingangs geschi Iderten Art dadurch gelöst, daß der Wärmetauscher aus konzentrisch angeordneten Heizflächen, Scheiben zum Abschluß der wassergeführten Heizflächen und den Wasserumlenkrohren besteht.This task is solved in a boiler of the type described above in that the heat exchanger consists of concentrically arranged heating surfaces, discs to close off the water-conducted heating surfaces and the water diversion pipes.
Diese Anordnung bewirkt, daß das gesamte aufzuheizende Wasser gleichmäßig verteilt an den Heizflächen entlang strömt und sich daher schnell erwärmt und die rauchgasberuhr ten Flächen schnell und gleichmäßig abkühlen.This arrangement ensures that all the water to be heated flows evenly along the heating surfaces and therefore heats up quickly and the surfaces in contact with the flue gas cool down quickly and evenly.
Die Scheibe 12 kann irgendeine zweckmäßige Verbindung zwischen den Rohren 9 und 11 sein.The disc 12 can be any convenient connection between the tubes 9 and 11.
Die Rauchgastemperatur am Gasaustritt der Abgasrohre 9 ist genau steuerbar durch die Fließgeschwindigkeit des Wassers und die Brenner Ieistung bei verschiedenen Vor- und Rücklauftemperaturen, sodaß kein Kondensat anfällt.The flue gas temperature at the gas outlet of the exhaust pipes 9 can be precisely controlled by the flow rate of the water and the burner output at different flow and return temperatures, so that no condensate is produced.
Der Brennraum kühlt schnell ab, weil die Nachheizfläche 15 schnell die Vor I auf temperatur annimmt. Die geringe Ventilationsluft nimmt maximal die Heizwasserrück!auf temperatur an. Dadurch steigt der Kessel- und Verbrennungswirkungsgrad .The combustion chamber cools down quickly because the after-heating surface 15 quickly reaches the pre-heating temperature. The small amount of ventilation air reaches the heating water return temperature at most. This increases the boiler and combustion efficiency.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist in der Heizwasserführung im Bereich der konzentrischen Heizflächen Raum für wenig Wasser bei hoher Fließgeschwindigkeit und im Vor I aufsammI er Raum für relativ viel Wasser untergebracht.According to a further feature of the invention, in the heating water supply in the area of the concentric heating surfaces there is space for a small amount of water at a high flow rate and in the pre-collecting area there is space for a relatively large amount of water.
Wenig Wasser und hohe Fließgeschwindigkeit bedeuten hier, daß die Wassermenge und Fi ießgeschwindigkeit so ausgelegt sind, daß der Wärmeübergang optima! ist aber keine Dampfblasenbildung auftreten kann. Viel Wasser im Vor I aufsammI er bedeutet, daß diese Wassermenge unter Berücksichtigung des Wärmeverbrauchs und der gewünschten BrennerIauzeit auszu- ! egen ist.Little water and a high flow rate mean that the water quantity and flow rate are designed so that the heat transfer is optimal but no steam bubbles can form. A lot of water in the pre-collector means that this water quantity must be selected taking into account the heat consumption and the desired burner running time.
Dadurch wird eine gleichmäßige Wasserverteilung auf die gesamte WärmetauscherfIäche erreicht und eine schnelle Aufheizung des Wassers bei langer Brenner I aufzeit durch große Wassermengen im Vor I aufsammI er. Dies führt zu besseren durchschnittlichen Abgaswerten, weil die Anzahl der BrenneranI aufphasen gering gehaäten wird.This achieves an even distribution of water over the entire heat exchanger surface and rapid heating of the water with a long burner operating time due to large quantities of water in the pre-collector. This leads to better average exhaust gas values because the number of burner start-up phases is kept low.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Querschnitt zwischen Wasserumlenkrohr und Nachheizflächenrohr relativ gering.In an advantageous embodiment of the invention, the cross-section between the water deflection pipe and the after-heating surface pipe is relatively small.
Gering bedeutet hier, daß der Querschnitt so auszulegen ist, daß durch hohe Fließgeschwindigkeit im Umlenkrohr und damit an den Nachheizflächen der Verbrennungsraum schnell gekühlt und bei Brennersti M stand die Temperatur in diesem Raum niedrig gehalten wird, nämlich mit der Temperatur des Wassers aus dem Heizungsrücklauf.Low here means that the cross-section is designed in such a way that the combustion chamber is cooled quickly by the high flow velocity in the deflection pipe and thus at the after-heating surfaces and that the temperature in this chamber is kept low at burner level, namely at the temperature of the water from the heating return.
Zweckmäßigerweise ist der Querschnitt zwischen integrierter Nachheizfläche und Wasser um Ienkrohr ebenfalls relativ ger i ng.The cross section between the integrated after-heating surface and the water around the steering pipe is also relatively small.
Durch die hierdurch erziehlte hohe Fließgeschwindigkeit des Wassers wird die integrierte Vorheizfläche des Abgasrohres im Gegenstrom besonders gut gekühlt, was zur guten Ausnutzung der Wärme im Rauchgas und zu einer steuerbaren gleichmäßigen Abgastemperatur über dem Taupunkt führt.Due to the high flow rate of the water achieved in this way, the integrated preheating surface of the exhaust pipe is cooled particularly well in countercurrent, which leads to good utilization of the heat in the flue gas and to a controllable, uniform exhaust gas temperature above the dew point.
Da sich die Bezeichnung Rauchgas und Abgas hier überschneidet, soll klargestellt werden, daß es sich um Verbrennungsgase handelt, die heute, wenn sie den Kessel verlassen, als Abgas bezeichnet werden.Since the terms flue gas and exhaust gas overlap here, it should be clarified that these are combustion gases which, when they leave the boiler, are now referred to as exhaust gases.
Durch die einheitlichen Querschnitte der einzelnen Wärmeauscher ergibt sich auch eine gleichmäßige Verteilung der Wassermenge an den einzelnen Heizflächen und an den rauchgasberührten Flächen. Daher wird eine niedrige Abgastemperatur gerade über dem Taupunkt ohne große Reserven eingehalten. Es fällt also kein Kondensat aus.The uniform cross-sections of the individual heat exchangers also result in an even distribution of the water quantity on the individual heating surfaces and on the surfaces in contact with the flue gas. This means that a low exhaust gas temperature just above the dew point is maintained without large reserves. This means that no condensate forms.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Rauchgasvertei1ungsöffnungen in ihrem Öffnungsquerschnitt einste1 1 bar.According to a further feature of the invention, the flue gas distribution openings are adjustable in their opening cross-section to 1 bar.
Dies hat den Vorteil, daß die Rauchgasmenge von allen Seiten gleichmäßig in den Rauchgasvertei I er raum strömt und querschnittsbedingt gleichmäßig verteilt durch alle Abgasrohre (9) strömt. Gleichzeitig wird das Rauchgas in gleichem Volumenstrom durch die einzelnen Nachheizflächen (15) ent I anggeführt.This has the advantage that the flue gas flow from all sides evenly into the flue gas distribution chamber and is evenly distributed through all exhaust pipes (9) due to their cross-section. At the same time, the flue gas is discharged through the individual after-heating surfaces (15) in the same volume flow.
Vorteilhaft ist der HeizungsrückI aufanschIuß oben, über der Rück I aufkammer, und in der Rück I auf kammer sind Rücklaufverte i I er angeordnet.It is advantageous for the heating return connection to be at the top, above the return chamber, and return distributors are arranged in the return chamber.
Hierdurch wird das kalte HeizungsrückI aufwasser mit dem an der integrierten Nachheizfläche vorgewärmten Wasser vermischt. Durch die gleichmäßige Kühlung der Abgasrohre wird erreicht, daß hier keine Temperaturdifferenzen entstehen, die zur Temperaturunterschreitung des Abgases führen könnten,This mixes the cold heating return water with the water preheated on the integrated after-heating surface. The uniform cooling of the exhaust pipes ensures that no temperature differences arise here, which could lead to the exhaust gas temperature falling below the set point.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Rauchgassammleraußenwand und die Vertei I erraumaußenwand demontierbar, womit eine gute Zugänglichkeit und damit eine Reinigungsmögl ichkeit der mit dem Rauchgas in Berührung kommenden Flächen erreicht wird.According to a further feature of the invention, the flue gas collector outer wall and the distribution chamber outer wall can be dismantled, which provides good accessibility and thus the possibility of cleaning the surfaces that come into contact with the flue gas.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Innenflächen der Außenwände vom Verbrennungsraum und Rauchgasverteilerraum mit Isolierstoff ausgekleidet.According to a further feature of the invention, the inner surfaces of the outer walls of the combustion chamber and flue gas distribution chamber are lined with insulating material.
Eine gute Isolierung nach außen und die Vermeidung von Ablagerungen aus Verbrennungsrückständen wird hierdurch erreicht.This ensures good insulation from the outside and avoids deposits of combustion residues.
Die gute Rauchgasführung und eine Vieizah! von Wärmetauscheranordnungen mit integrierten Vorheizflächen und gleichzeitiger Heizwasserdurchströmung sorgen für gute Brennstoffausnutzung und hohen Gesamtwirkungsgrad bei äußerst geringer Kesse I verschmutzung und guten Reinigungsmögl ichkeiten.The good flue gas routing and a variety of heat exchanger arrangements with integrated preheating surfaces and simultaneous heating water flow ensure good fuel utilization and high overall efficiency with extremely low boiler contamination and good cleaning options.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 1 schematisch dargestellt.An embodiment of the invention is shown schematically in Fig. 1.
Fig. 1 zeigt einen Heizkessel im VertikaI sehni11 in Längsachse des Kessels.Fig. 1 shows a boiler in vertical view along the longitudinal axis of the boiler.
Der dargestellte Heizkessel sol! beispieisweise zur Beheizung von Räumen oder Gebäuden dienen. Er ist auf geteilt in 5 Kammern. Zur einfachen Reinigung ist die Rauchgassarnm!eraußenwand 1 herausnehmbar. Die Seitenwand 2 des Rück I aufsammIers 3, die Seitenwand 4 der Vor I auf kammer und und die Zwischenwand 6 sind fest eingebaut. In dem Einschubrohr 7 wird ein Brenner beispielsweise für öl oder Gas angeordnet. Die Heizgase treten in dem Verbrennungsraum 8 aus. Die Abgasrohre 9 sind an der Seitenwand 2 befestigt und konzentrisch zu dem Wasser um!enkrohr 10, das an der Seitenwand 6 befestigt ist, angeordnet. Die Wasserumlenkrohre 10 sind an der Zwischenwand 6 befestigt und konzentrisch zu den Abgasrohren 9 und den Nachheizrohren 11 angeordnet. Die Nachheizrohre 11 sind an der Seitenwand befestigt und mit den Scheiben 12 mit den Abgasrohren 9 fest verbunden. Die Abgasrohre 9 und die Einschubrohre 7 sind in der Brennerplatte beweglich gelagert. Die Einschubrohre 7 sind in der Vertei ierraumaußenwand 14 befestigt und genauso wie die Brennerplatte 13 zu Reinigungszwecken herausnehmbar.The boiler shown is intended, for example, to heat rooms or buildings. It is divided into 5 chambers. The flue gas collector outer wall 1 is removable for easy cleaning. The side wall 2 of the return collector 3, the side wall 4 of the front chamber and the intermediate wall 6 are permanently installed. A burner, for example for oil or gas, is arranged in the insertion pipe 7. The heating gases exit into the combustion chamber 8. The exhaust pipes 9 are attached to the side wall 2 and arranged concentrically to the water diversion pipe 10, which is attached to the side wall 6. The water diversion pipes 10 are attached to the intermediate wall 6 and arranged concentrically to the exhaust pipes 9 and the after-heating pipes 11. The after-heating pipes 11 are attached to the side wall and are firmly connected to the exhaust pipes 9 by means of the disks 12. The exhaust pipes 9 and the insert pipes 7 are movably mounted in the burner plate. The insert pipes 7 are attached to the outer wall 14 of the distribution chamber and, like the burner plate 13, can be removed for cleaning purposes.
Die von dem Brenner kommenden heißen Rauchgase gelangen zuerst in den Verbrennungsraum 8 und umströmen dann gleichmäßig die Nachheizflächen 15 der Nachheizrohre 11 von denen zweckmäßig eine Vielzahl in dem Vor I aufsammI er angeordnet werden. Die Rauchgase gelangen dann durch die Rauchgasvertei iungsöffnungen 16 gleichmäßig verteilt in den Rauchgasverte&Idigr; iungsraum 17. Die Größe der Rauchgasvertei Iungsöf fnungen ist einstellbar. Vom Rauchgasvertei IungsraumThe hot flue gases coming from the burner first enter the combustion chamber 8 and then flow evenly around the after-heating surfaces 15 of the after-heating pipes 11, of which a large number are expediently arranged in the pre-collector. The flue gases then enter the flue gas distribution chamber 17 evenly distributed through the flue gas distribution openings 16. The size of the flue gas distribution openings is adjustable. From the flue gas distribution chamber
wird das Rauchgas gleichmäßig verteilt durch die Abgasrohre 9 in den Rauchgassammler 18 und danach durch das Kaminanschlußrohr abgeführt.The flue gas is evenly distributed through the exhaust pipes 9 into the flue gas collector 18 and then discharged through the chimney connection pipe.
Die Bezeichnung Rauchgas kann auch durch den Begriff Heizgas oder Abgas ersetzt werden, ohne daß sich an der Funktion etwas ändert, Das Wasser aus einer Heizungsanlage gelangt über den Heizungsrück!auf 20 gleichmäßig verteilt, d.h. mit gleicher Temperatur, in den Rück!aufsammI er 3 und dann durch die WasserumIenkrohre 10 und erwärmt sich an den integrierten Vorheizfiächen der Abgasrohre 9, wobei sich das Abgas in alien Rohren gleichzeitig und übereinstimmend auf eine Temperatur abkühlt, die gerade über dem Taupunkt des Abgases I i egt.The term flue gas can also be replaced by the term heating gas or exhaust gas without changing the function. The water from a heating system is evenly distributed via the heating return collector 20, i.e. at the same temperature, into the return collector 3 and then through the water diversion pipes 10 and is heated on the integrated preheating surfaces of the exhaust pipes 9, whereby the exhaust gas in all pipes cools down simultaneously and consistently to a temperature that is just above the dew point of the exhaust gas.
Vom Wasser um Ienkrohr 10 gelangt das Heizwasser durch das NachheizfIächenrohr 11, das an der Nachheizfläche 15 mit Heizgas höchster Temperature umströmt wird und erwärmt sich auf die HeizwasservorI auf temperatur. Bedingt durch die relativ hohe Strömungsgeschwindigkeit an den Heizflächen wird erreicht, daß sich diese sehne!I abkühlen und das Heizwasser schnei I erwärmt wird. Gleichzeitig sind bei kühlen Heizflächen die Stillstandsverluste sehr gering. Der Vor Iausammter 5 gleicht die geringe Wassermenge im Wärmetauscherbereich aus und sorgt für einen aureichenden Heißwasservorrat. Gleichzeitig werden hierdurch die Brennerlauzeiten verlängert, wei ä eine größere Wassermenge aufgeheizt wird, was den Verbrennungswirkungsgrad erhöht, über den Heizungsvorlauf 21 gelangt das erhitzte Wasser in ein Heizungssystem. Der Heizwasservorlauf 21 und Heizungsrücklauf 20 sind zweckmäßig oben angeordnet. An den Heizungsrücklauf 20 ist im Rück j aufsammI er ein Rück Iauvertei ier 22 angeordnet.From the water around the diverter pipe 10, the heating water passes through the after-heating surface pipe 11, which is surrounded by heating gas at the highest temperature at the after-heating surface 15 and is heated to the heating water supply temperature. Due to the relatively high flow speed at the heating surfaces, these cool down quickly and the heating water is heated quickly. At the same time, the standstill losses are very low with cool heating surfaces. The pre-exhaust collector 5 compensates for the small amount of water in the heat exchanger area and ensures a sufficient supply of hot water. At the same time, this extends the burner running times because a larger amount of water is heated, which increases the combustion efficiency. The heated water reaches a heating system via the heating supply 21. The heating water supply 21 and heating return 20 are conveniently arranged at the top. A return distributor 22 is arranged on the heating return 20 in the return collector.
Die Innenflächen der Außenwände des Verbrennungsraumes 8 und des Rauchgasvertei I erraums 17 sind von innen mit Isolierstoff 23 z.B. Schamotte ausgekleidet. DadurchThe inner surfaces of the outer walls of the combustion chamber 8 and the flue gas distribution chamber 17 are lined from the inside with insulating material 23, e.g. fireclay.
•I j»•I j»
I: :. j-»a . Mr:I: :. j-»a . Mr:
bleiben diese Wände frei von Ablagerungen und sind gleichzeitig isoliert-these walls remain free of deposits and are simultaneously insulated-
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