DE29712049U1

DE29712049U1 - Gasheizkessel für den Brennwertbetrieb

Info

Publication number: DE29712049U1
Application number: DE29712049U
Authority: DE
Original assignee: AUGUST BROETJE GmbH
Current assignee: AUGUST BROETJE GmbH
Priority date: 1997-07-09
Filing date: 1997-07-09
Publication date: 1997-09-11
Anticipated expiration: 2007-07-10

Description

13 684/me/we

Gebrauchsmus t eranmeldung

August Brotje GmbH, August-Brötje-Str. 17, 26180 Rastede

Gasheizkessel für den Brennwertbetrieb

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gasheizkessel für den Brennwertbetrieb, mit einem im wesentlichen vertikal von oben nach unten von Heizgasen durchströmten Wärmetauscher, mit einem Gas-Gebläsebrenner zur Erzeugung der Heizgase sowie mit Steuerungen für den Kesselbetrieb in einem Leistungsbereich ab etwa 16 kW bis 120 kW und mehr.

Bei Heizkesseln für den Brennwertbetrieb wird den Heizgasen so viel Wärme entzogen, daß die Temperaturen des abzuleitenden Abgases im Bereich der Kondenswasserbildung liegen. Die vom Gasbrenner des Heizkessels abgegebenen Heizgase strömen durch einen- Wärmetauscher und geben dort ihre Wärme an das Heizmedium ab, bis sie auf die jeweils gewünschte Abgastemperatur abgekühlt sind. Es liegt auf der Hand, daß bei Heizkesseln mit relativ geringer Leistung von z. B. 6 kW das Ziel der Wärmeentziehung bis hin zu niedrigen Abgastemperatüren auf einem relativ kurzen Strömungsweg der Heizgase durch den Wärmetauscher erreichbar ist, zumal durch Vergrößerung von

Wärme tauscher flächen, &zgr;. B. mittels Verrippung oder Wellung, eine Verkürzung der das Heizgas durch den Wärmetauscher leitenden Wege möglich ist, was unmittelbar zu geringeren Abmessungen des Heizkessels führt. Heizkessel für den Brennwertbetrieb mit geringer Leistung, die aber noch für die Wohnungsbeheizung zumeist ausreicht, eignen sich deshalb aufgrund ihrer vorteilhaft geringen Dimensionierung bevorzugt für den Einsatz im Haushaltsbereich.

Heizkessel mit größerer Leistung nehmen jedoch dann, wenn sie im Brennwertbetrieb arbeiten sollen, aufgrund der trotz Optimierung der Wärmetauscherfläche unvermeidlichen Verlängerung der Heizgas-Strömungswege Abmessungen an, die zumeist einen Einsatz von Brennwertkesseln mit hoher Leistung insbesondere dort, wo nur wenig Platz für die Kesselinstallation vorhanden ist, z. B. Mehrfamilienhäusern, verhindern .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Heizkessel zu schaffen, der bei geringstmöglicher Dimensionierung dennoch im Leistungsbereich von etwa 16 kW bis 120 kW und mehr im Brennwertbetrieb arbeiten kann.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Wärmetauscher in Gliederbauweise ausgeführt ist, indem aus einer Leichtmetall-Legierung gegossene, im wesentlichen gleich gestaltete Tauscherblöcke aneinander gefügt sind, wobei die Anzahl der zum Wäremtauscher zusammengesetzten Tauscherblöcke einem jeweils gewünschten Kessel-Leistungsbereich entspricht

und daß Wärmetauscher, Brenner und Steuerungen in ein bodenstehenden Gehäuse eingebaut sind.

Jeder Tauscherblock kann einzeln optimal gestaltet und durch Gießen aus Leichtmetall-Legierung hergestellt werden. Mit besonderem Vorteil ist die Leichtmetall-Legierung eine Aluminium-Silizium-Legierung. Dieses Material bietet bei der Verwendung als Werkstoff für einen Wärmetauscher vorteilhaft Eigenschaften. Es ermöglicht eine sehr kompakte, leichte Bauweise mit optimalen Wärmeübertragungseigenschaften. Denn Aluminium läßt sich hervorragend formen, insbesondere im Gießverfahren, und ist einer der besten Wärmeleiter. Ein weiterer Vorteil dieses Materials ist darin zu sehen, daß das sich beim Brennwertbetrieb bildende Kondenswasser praktisch frei von schädlichen Schwermetallen ist.

Die Gestaltung eines Tauscherblocks als Gußstück ermöglicht die problemlose Verwirklichung von Maßnahmen zur Vergrößerung der Wärmeübertragungs fläche, in dem z. B. oberflächenvergrößernde Verrippungen oder dergleichen angeformt werden. Auch können die das Heizgas durch einen Tauscherblock leitende Wege Krümmungen oder dergleichen Ablenkungen erhalten, wodurch eine Verlängerung bewirkt wird. Weitere Maßnahmen zur Verbesserung der Energieausnutzung im Wärmetauscher sind z. B. allmählich in Strömungsrichtung der Heizgase ansteigende Oberflächenvergrößerungen angeformter Rippen oder dergleichen z. B. auch in Kombination mit die Verwirbelung der Heizgase steigernden Elementen und/oder Verengungen bzw. Erweiterungen der heizgasführenden Wege innerhalb eines Tauscherblocks.

Die Abmessungen der Tauscherblöcke lassen sich dadurch sehr gering halten, zumal die vorbeschriebenen Maßnahmen optimal an einem Gußstück verwirklicht werden können. Jeder Tauscherblock bildet ein Modul eines Wärmetauschers, weil die Tauscherblöcke im Wesentlichen gleich gestaltet sind. Aus mehreren Tauscherblöcken läßt sich ein der jeweilig angestrebten Kesselleistung entsprechender Wärmetauscher ohne Weiteres durch Aneinanderfügen der einzelnen als Module anzusehenden Tauscherblöcke bilden.

Der erfindungsgemäße Heizkessel hat durch die Verwendung einer Leichtmetall-Legierung für den Wärmetauscher ein für die jeweilige Leistungsklasse extrem geringes Gewicht und einen erstaunlich geringen Platzbedarf von beispielsweise nur 0,7 qm bei einer Leistung von 120 kW. Das Gewicht beträgt für einen Kessel mit einer derartigen Leistung ca. 130 kg.

Damit ist der erfindungsgemäße Gasheizkessel mit Vorteil geeignet für einen Einsatz zur Beheizung auch größerer Objekte, wie z. B. ein Mehrfamilienhaus sowie kommunale und gewerbliche Gebäude.

Der größere Leistungsbereich des erfindungsgemäßen Kessels ermöglicht mit Vorteil auch die Warmwasserbereitung mit z. B. separaten Standspeichern unterschiedlicher Kapazitätsbereiche.

Der höhere Leistungsbereich des im Brennwertbetrieb arbeitenden erfindungsgemäßen Gasheizkessels bedingt insbesondere im oberen Leistungsbereich auch höhere Gewichte, durch die eine in der Regel übliche Wandaufhängung eines Brennwertkessels nicht mehr möglich ist. Bei dem erfindungs-

gemäßen Kessel sind mit Vorteil sämtliche Bauteile in ein bodenstehendes Gehäuse eingebaut. Das Gehäuse kann z. B. so . bemessen sein, daß es sowohl zu einem Heizkessel des unteren Leistungsbereichs als auch des oberen Leistungsbereichs paßt. Die Abmessungen des Gehäuses werden somit bestimmt durch die Abmessungen der Bauteile, die darin für einen Heizkessel des oberen Leistungsbereichs aufzunehmen sind. Die im Gehäuse angebrachten Halterungen, Träger, Aufnahmen und dergleichen Befestigungsmittel für die Einbauten können, bedingt durch die vorteilhafte Verwendung von Modulen, insbesondere für den Wärmetauscher aber auch für andere Einbauten, wie z. B. den Gas-Gebläsebrenner, so gestaltet sein, daß z. B. mehrere Schraublöcher im Rastermaß, passend zu den jeweiligen Modulen, angebracht werden bzw. die Befestigungsmittel wie Halterungen und dergleichen entsprechend in einem passenden Raster ausgebildet sind.

Ein Wärmetauscher kann aus wenigstens zwei einandergefügten Tauscherblöcken bestehen. Bei einer Kesselleistung von z. B. 40 kW ist jeder Tauscherblo.ck so ausgelegt, daß er einer Kesselleistung von 20 kW genügt. Beide Tauscherblöcke, aneinandergefügt zu einem Wärmetauscher, erbringen dann die Kesselleistung von 40 kW, wobei dann, wenn ein modulierender Gasbrenner verwendet wird, die Kesselleistung noch herunterfahrbar ist auf eine Leistung von etwa 16 kW.

Tauscherblöcke können so gestaltet sein, daß die Seiten eines Wärmetauschers bildende Seiten-Tauscherblöcke vorhanden sind, die geschlossene Endseiten des Wärmetauschers bilden.

Solche Seiten-Tauscherblöcke können zusammengefügt einen Wärmetauscher für die untere Leistungsstufe bilden, wenn zwei Seiten-Tauscherblöcke aneinandergefügt sind.

Um einen Heizkessel mit höheren Leistungsbereich auszubilden, kann dann ein Wärmetauscher aus zwei Seiten-Tauscherblöcken und wenigstens einem dazwischen befindlichen Mittel-Tauscherblock zusammengefügt sein. Die Seiten-Tauscherblöcke unterscheiden sich von einem Mittel-Tauscherblock lediglich dadurch, daß Feuerraumöffnungen an der die Endseiten bzw. Außenseiten des Wärmetauschers bildenden Seite des Tauscherblocks z. B. durch Aufsetzen eines Verschlußdeckels abgedichtet sind.

Mit besonderem Vorteil zeichnet sich der Heizkessel dadurch aus, daß jeder Tauscherblock einen jeweils angeformten Feuerraumteilbereich, aufweist, wobei die Feuerraumteilbereiche bei aneinandergefügten Tauscherblöcken zu einem mit dem Wärmetauscher integrierten, angeformten Gesamtfeuerraum ausgebildet sind. Auch durch diese Maßnahme wird der Wärmetauscher besonders kompakt bei geringstmöglichen Abmessungen. Separate, zu montierende Konstruktionsmittel zur Ausbildung eines Feuerraums entfallen, die andernfalls Bauraum beanspruchen würden, was sich in einer Vergrößerung der Abmessungen des Heizkessels auswirken könnte.

Der erfindungsgemäße Heizkessel ist mit besonderem Vorteil in seinen Leistungsbereichen noch weiter dadurch variierbar, daß der Gas-Gebläsebrenner ein mittels der Steuerung modulierend betreibbarer Gas-Gebläse-Flächenbrenner ist, der

• ·*

mehrere, jeweils eine Flammenfläche bildende Brennerrohre aufweist, wobei die Anzahl der Brennerrohre der Anzahl der zu einem Wärmetauscher zusammengesetzten Tauscherblöcke angepaßt ist. Diese Anpassung wird erreicht durch einen modularen Aufbau des Gas-Gebläse-Flächenbrenners, so daß dessen Aufbau mit wenig Montageaufwand einfach erweiterungsfähig ist.

Feuerraumteilbereiche der Tauscherblöcke, die innerhalb eines Wärmetauschers zueinander benachbart sind, haben jeweils ein darin eintauchendes Brennerrohr gemeinsam. Die Einschuböffnungen für die Brennerrohre befinden sich bei den erfindungsgemäßen Heizkesseln im Bereich der Trennungsfugen zwischen zwei zueinander benachbarten Tauscherblöcken. Dadurch ist ein erfindungsgemäßer Heizkessel bauteilreduziert, denn ein Wärmetauscher, der z. B. aus drei Tauscherblöcken zusammengefügt ist, und bei dem somit zwei Trennfugen vorhanden sind, ist mit einem Gas-Gebläse-Flächenbrenner ausgerüstbar, der lediglich zwei Brennerrohre aufweist, die jedoch die drei Tauscherblöcke befeuern.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Heizkessels sieht vor, daß an den Wärmetauscher an seiner dem Feuerraum gegenüberliegenden Unterseite Kondenswasser-Auffangwannen setzbar sind, von denen jede ein Modul ist, dessen Abmessung durch die Anzahl der jeweils aneinandergefügten Tauscherblöcken bestimmt ist. Je nach Leistungsbereich eines zu montierenden Heizkessels, dessen Wärmetauscher aus mehreren aneinandergefügten, bzw. aneinandergereihten Tauscherblöcken besteht, lassen sich Kondenswasser-

Auffangwannen mit den entsprechenden Abmessungen bereitstellen, so daß z. B. ein aus drei Tauscherblöcken bestehender Wärme-■ tauscher eine entsprechende 3er-Wanne erhält.

Selbstverständlich lassen sich aufgrund der vorbeschriebenen Bauweise des Wärmetauschers auch Rücklaufsammler und Vorlaufsammler in entsprechend modularer Bauweise bereitstellen, die dann problemlos ohne weitere montagetechnische Vorbereitungen anbaubar sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung, aus denen sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht des Heizkessels im Schnitt,

Fig. 2 eine Ansicht des Heizkessels nach Art einer Explosionsdarsteilung, in der eine erste Ausführungsmöglichkeit des Wärmetauschers sichtbar ist,

Fig. 3 eine Ansicht der ersten Ausführungsmöglichkeit des Wärmetauschers,

Fig. 4 eine Ansicht des Wärmetauschers gemäß einer zweiten Ausführung,

Fig. 5 eine Ansicht eines Wärmetauschers gemäß einer dritten Ausführung,

Fig. 6 eine Ansicht eines Gas-Gebläse-Flächenbrenners für den Heizkessel mit einem Wärmetauscher gemäß Fig. 4 und

Fig. 7 eine Ansicht einer Ausführung eines Gas-Gebläse-

Flächenbrenners für einen Wärmetauscher gemäß
Fig. 5.

Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Heizkessels im Schnitt. Der Heizkessel 1 ist ein Gasheizkessel für den Brennwertbetrieb mit einem vertikal von oben nach unten von Heizgasen durchgeströmten Wärmetauscher 2. Heizmedium, z. B. Wasser strömt über den Kesselrücklauf 3 durch die das Heizmedium führenden Wege 4 des Wärmetauschers 2 und ist am Kesselvorlauf 5 z. B. zu Heizzwecken bereitstellbar. An der Oberseite des Wärmetauschers 2 befindet sich ein Feuerraum 6, in den ein Brennerrohr 7 eines Gas-Gebläse-Flächenbrenners 8 eintaucht. Der Gas-Gebläse-Flächenbrenner 8 verfügt über das Gebläse 9 sowie in seine Gaszuleitung 10 eingesetzte Ventilanordnungen 11, mittels der der Gas-Gebläse-Flächenbrenner 8 über die hier schematisch angedeutete Steuerung 12 modulierend betreibbar ist, welche letztlich auch den gesamten Kesselbetrieb steuert.

An seiner dem Feuerraum 6 gegenüberliegenden Unterseite weist der Wärmetauscher 2 eine hier schematisch angedeutete Kondenswasser-Auffangwanne 13 auf, die mit einem Kondenswasser-Siphon 14 ausgerüstet ist. Die Abgase werden mittels des Abgasstutzens 15 abgeleitet.

Fig. 1 läßt erkennen, daß Wärmetauscher 2, Gas-Gebläsebrenner 8 und Steuerungen 12 bzw. Ventilanordnung 11 in ein bodenstehendes Gehäuse 16 eingebaut sind.

Fig. 2 zeigt in einer Explosionsdarstellung den Heizkessel gemäß Fig. 1, wobei hier insbesondere die Montage des Kessels aus modulartig gestalteten Baueinheiten und Bauelementen verdeutlicht ist. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszahlen wie in Fig. 1 bezeichnet.

Insbesondere läßt Fig. 2 auch erkennen, daß das Gehäuse 16 aus vorgefertigten Blechwandteilen zusammensetzbar ist, die hier nicht weiter beschrieben werden.

Fig. 3 zeigt eine Ansicht eines Wärmetauschers gemäß einer ersten Ausführung, wie sie auch bei dem in Fig. 2 dargestellten Heizkessel verwendet ist.

Der Wärmetauscher 2 besteht hier aus zwei im wesentlichen gleichgestalteten Tauscherblöcken 17 und 18. Jeder Tauscherblock 17 bzw. 18 ist aus einer Leichtmetall-Legierung, einer Aluminium-Silicium-Legierung, gegossen. Jeder Tauscherblock 17 bzw. 18 weist einen jeweils angeformten Feuerraumteilbereich auf, von dem hier durch eine rechteckige Öffnung 20 in der Seitenwand 21 des Tauscherblocks 17 der Feuerraum-Teilbereich 19 einsehbar ist. Durch diese Öffnung 20 ist ein Teil der Heizfläche 22 sichtbar. Kesselvorlauf und Kesselrücklauf sind hier wieder mit 3 und 5 bezeichnet.

Die Öffnungen 20 in den äußeren Seitenwänden 21 der Wärmetauscherblöcke 17 und 18 lassen sich mit vorsetzbaren Flansch-Deckeln verschließen, wie es z. B. in Fig. 2 angedeutet ist. Dort ist ein Flansch-Deckel mit der Bezugszahl 23 bezeichnet. Tauscherblöcke 17,18, deren äußere Seitenwände 21 mit entsprechenden Flansch-Deckeln 23 (Fig. 2) verschlossen sind,

bilden sogenannte Seiten-Tauscherblöcke die, wie bei dieser Ausführung gemäß Fig. 3 aneinandergefügt, einen Wärmetauscher für einen Heizkessel im unteren Leistungsbereich bei z. B. 40 kW ergeben.

Fig. 3 verdeutlicht, daß Feuerraumteilbereiche 19 der Tauscherblöcke 17,18, die innerhalb eines Wärmetauschers 2 zueinander benachbart sind, jeweils ein darin eintauchendes Brennerrohr 7 gemeinsam haben. Dies ist hier durch die Brennerrohr-Öffnung 24 verdeutlicht, wobei sichtbar ist, daß die Brennerrohr-Öffnung 24 durch die Trennfuge 25 zwischen den Tauscherblöcken 17 und 18 etwa in der Mitte geteilt ist.

Fig. 4 zeigt eine Ansicht einer Ausführung eines Wärmetauschers 2 für einen mittleren Leistungsbereich des Heizkessels von etwa 65 kW. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet. Der Wärmetauscher 2 besteht bei diesem Ausführungsbeispiel aus zwei Tauscherblöcken 17,18, die auch als Seiten-Tauscherblöcke bezeichnet werden können. Zwischen die beiden Seiten-Tauscherblöcke 17, 18 ist hier ein dazwischen befindlicher Mittel-Tauscherblock 26 gesetzt. Fig. 4 verdeutlicht insbesondere, daß für einen Heizkessel mit einem Wärmetauscher 2 gemäß dieser Ausführung ein Gas-Gebläse-Flächenbrenner mit zwei Brennerrohren zum Einsatz kommt, wobei die beiden Brennerrohre durch die hier angedeuteten Brennerrohr-Öffnungen 24 und 24' in den Feuerraum des Wärmetauschers 2 eintauchen können.

Fig. 5 zeigt eine Ausführung für einen Wärmetauscher 2, der für eine Kesselleistung von z. B. 12 0 kW ausgelegt ist. Bei

12 ."■■": s":'"! &Ggr;:"".¹

diesem Ausführungsbeispiel sind insgesamt fünf Tauscherblöcke zum Wärmetauscher 2 zusammengefügt. Die Beheizung erfolgt mittels eines Gas-Gebläse-Flächenbrenners, der über vier Brennerrohre verfügt, die durch die entsprechenden, hier sichtbaren Brennerrohr-Öffnungen eintauchen.

Fig. 6 zeigt eine Ansicht eines Gas-Gebläse-Flächenbrenners 8 mit zwei Brennerrohren 7 und 7' , so daß diese Ausführung geeignet ist, um mit dem Wärmetauscher 2 gemäß Fig. 4 kombiniert zu werden.

Das über den Gasanschluß 10 zugeführte Gas wird über die Ventileinrichtung 11 geführt. Von dort strömt das Gas in einen Mischkanal 27, dem vom Gebläse 9 auch die entsprechende Luft zugeführt wird. Der Mischkanal lenkt das Gas-Luftgemisch um 90° um, wobei sich der Mischkanal 27, wie hier sichbar ist, nach der Gas-Luftmischung auf die geometrische Anordnung der Brennerrohre 7 und 7' erweitert. Dieser Erweiterungsabschnitt ist mit 28 bezeichnet.

Fig. 7 zeigt eine Ausgestaltung eines Gas-Gebläse-Flächenbrenners, der für eine Verwendung in Verbindung mit einem Wärmetauscher gemäß Fig. 5 ausgestaltet ist. Gleich Bauteile sind mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet.

Claims

13684/me/kl Ansprüche

1. Gas-Heizkessel für den Brennwertbetrieb, mit einem im wesentlichen vertikal von oben nach -unten von Heizgasen durchströmten Wärmetauscher, mit einem Gas-Gebläsebrenner zur Erzeugung der Heizgase sowie mit Steuerungen für den Kesselbecrieb in einem Leistungsbereich ah etwa 16 kW bis 120 kW und xehr,

dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (2) in Gliederbauweise ausgeführt ist, indem aus einer Leichtmetall-Legierung gegossene, im wesentlichen gleich gestaltete Tauscherblöcke (17,18,-26) aneinandergefügt sind, wobei die Anzahl der zum Wärmetauscher zusammengesetzten Tauscherblöcke (17,18;26) einem jeweils gewünschten Kessel-Leistungsbereich entspricht und daß Wärmetauscher (2'), Brenner(8) und Steuerungen (12) in ein bodenstehendes Gehäuse (16) eingebaut sind.

2. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leichtmetall-Legierung eine Aluminium-Silizium-Legierung ist.

3. Heizkessel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmetauscher (2) aus wenigstens zwei aneinandergefügten Tauscherblöcken (17,18) besteht.

4. Heizkessel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (2) aus zwei Seiten-Tauscherblöcken (17,18) und wenigstens einem dazwischen befindlichen Mittel-Tauscherblock (26) zusammengefügt ist.

5. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Tauscherblock (17,18;26) einen

jeweils angeformten Feuerrauin-Tei!bereich (19) aufweist, wobei die Feuerraum-Teilbereiche (19) bei aneinandergefügten Tauscherblöcken (17,18;26) zu einem mit dem Wärmetauscher (2) integrierten, angeformten Gesamt-Feuerraum ausgebildet sind.

6. Heizkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gas-Gebläsebrenner (8) ein mittels der Steuerung modulierend betreibbarer Gas-Gebläse-Flächenirenner ist, der mehrere, jeweils eine Flammenfläche bildende Brennerrohre (7) aufweist, wobei die 'Anzahl der Brennerrohre (7) der Anzahl der zu einem Wärmetauscher (2) zusammengesetzten Tauscherblöcke (17,18;2 6) angepaßt ist.

7. Heizkessel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Feuerraum-Teilbereiche (19) der Tauscherblöcke (17,18/26), die innerhalb eines Wärmetauschers (2) zueinander benachbart sind, jeweils ein darin eintauchendes Brennerrohr (7) gemeinsam haben.

8. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an den Wärmetauscher (2) an seiner dem Feuerraum gegenüberliegenden Unterseite Kondenswasser-Auffangwannen (13) setzbar sind, von denen jede ein Modul ist, dessen Abmessungen durch die Anzahl der jeweils aneinandergefügten Tauscherblöcke (17,18/26) bestimme ist.