DE3100888C2 - - Google Patents

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    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/22Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating
    • F24H1/24Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers
    • F24H1/26Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers the water mantle forming an integral body
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Description

Die Erfindung betrifft einen Niedertemperatur-Heizkessel für Niedertemperatur-Heizungen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Niedertemperatur-Heizungen, wie z. B. Decken- oder Bodenheizungen, werden mit einer geringen Heizwassertemperatur betrieben, die selbst bei tiefen Außentemperaturen nur höchstens etwa 50 bis 55°C beträgt. Man ist bestrebt, derartige Heizungsanlagen mit einem Heizkessel zu betreiben, der ebenfalls in diesem Niedertemperaturbereich gefahren werden kann, unter anderem um teure Mischventileinrichtungen und -steuerungen einsparen zu können. Wenn der Heizkessel mit einer entsprechend der Außentemperatur gleitend veränderten Vorlauftemperatur gefahren wird und insbesondere wenn dann an der sogenannten Heizgrenze, d. h. bei z. B. +15°C Außentemperatur, die Vorlauf- und Kesselwassertemperatur nur noch zwischen etwa 25 und 28°C liegt, entsteht das Problem, daß auf der von der Brennerflamme und den Rauchgasen bestrichenen Seite der Kesselwandungen die Taupunktsgrenze unterschritten wird und Kondensationserscheinungen auftreten mit der Folge von Korrosionen der Kesselstahlbleche durch die schwefelsäurehaltigen Kondensate.
Bei der Verfeuerung von Heizöl der Güteklasse "extraleicht" liegt die Taupunktsgrenze bei einer Wandtemperatur von etwa 40 bis 45°C, die mit einer vorerwähnt niedrigen Kesselwassertemperatur weit unterschritten wird.
Es ist mit verschiedenen aufwendigen Maßnahmen versucht worden, dieses Problem der Taupunktsunterschreitung und Korrosionsgefahr bei Niedertemperatur- Heizkesseln zu begegnen, beispielsweise durch die Verwendung von korrosionsbeständigen, aber sehr teuren hochlegierten Edelstahlblechen für die Kesselwandungen oder durch die Anwendung eines gegen Schwefelsäure-Korrosionsangriffe schützenden feuerfesten, glasartigen Überzuges, wie z. B. aus Email, auf der Rauchgasseite von normalen Stahlblechwandungen, der sich jedoch wegen der Gefahr von Rißbildungen oder Absplitterungen oder mechanischen Beschädigungen bei der Kesselreinigung als unzuverlässig und nicht für die Praxis geeignet herausgestellt hat.
Bei dem DE 79 07 706 U1 wird bei einem normalen Heizkessel in den Endabschnitt eines von den Rauchgasen durchströmten Rauchrohres ein Schutzrohrstück eingeschoben und so auf der Rauchgasseite des Rauchrohres ein nicht von den Rauchgasen durchströmter, den Wärmedurchgang durch das Rauchrohr reduzierender ringzylindrischer Hohlraum gebildet, damit bei einer Absenkung der gebräuchlichen hohen Rauchgastemperatur von ungefähr 180°C auf z. B. 120°C das von den Rauchgasen bestrichene Schutzrohrstück eine im sicheren Bereich über dem Taupunkt liegende Wandtemperatur von etwa 80 bis 90°C hat. Bei einem in der AT-PS 1 27 506 beschriebenen Warmwassererzeuger ist der wassergekühlte Innenmantel auf der Wasserseite mit rohrförmigen Ringkörpern versehen, die durch Anlöten oder dergleichen wasserdicht an den Innenmantel anschließen und eine wärmeisolierende Luftschicht enthaltende Hohlräume bilden, um an diesen Stellen des Innenmantels heiße Temperaturzonen zu schaffen, deren rauchgasseitige Wandtemperatur so hoch ist, daß das in den kühleren Zonen des Innenmantels gebildete und an dem Innenmantel herabfließende Schwitzwasser in den heißen Temperaturzonen wieder verdampft wird. Aus der DE 24 27 219 A1 ist es bekannt, eine rohrförmige Wärmeübertragungswand eines Heizkessels partiell mit einem übergeschobenen oder eingeschobenen, satt an der Wasserseite des Wärmeübertragungsrohres anliegenden Rohrstück aus einem schlecht wärmeleitenden Material zu versehen, das an seiner Anordnungsstelle das Wärmeübertragungsrohr gegen Kontakt mit dem Wasser abdeckt und in seinem Bereich an dem Wärmeübertragungsrohr einen Sektor verringerten Wärmeüberganges bildet. Aus der DE-PS 7 05 267 ist es bekannt, bei einem gasbefeuerten Durchlauferhitzer, bei dem am unteren Ende der von einem Mantel umgebenen Verbrennungskammer der Gasbrenner liegt und auf der Außenseite des Mantels eine wasserführende, von dem Mantel durch Wärmeleitung erhitzte Rohrschlange angeordnet ist, deren Kaltwassereintritt am unteren Ende des Brennkammermantels liegt, diese Rohrschlange im Bereich ihres Kaltwassereintritts innenseitig mit einer Auskleidungsschicht aus einem elektrisch isolierenden und wasserundurchlässigen Stoff zu überziehen, um die im Bereich des Kaltwassereintritts der Rohrschlange vorkommenden Korrosionserscheinungen auf der mit dem Wasser in Berührung stehenden Innenseite der Rohrschlange aufgrund von elektrolytischen Vorgängen zu vermeiden.
Die Erfindung hat zur Aufgabe, eine Problemlösung zu finden, mit der es möglich ist, praktisch jeden beliebigen Heizkessel im eingangs geschilderten Niedertemperaturbereich mit Kesselwassertemperaturen und Kesselwandungstemperaturen zu betreiben, die weit unter der Taupunktsgrenze liegen, und trotzdem auf der Rauchgasseite der gesamten Kesselheizfläche einen kondensfreien und korrosionsfreien Betrieb zu erreichen. Die Erfindung besteht darin, daß alle von der Brennerflamme und den Rauchgasen bestrichenen Stahlblechwandungen der Brennkammer und des Rauchgaskanals auf der Kesselwasserseite mit einer als Oberflächenbeschichtung aufgetragenen dünnen Schicht aus einem schlecht wärmeleitenden Beschichtungsmaterial versehen sind, dessen in der Dimension Watt pro Meter und Kelvin ausgedrückte Wärmeleitzahl kleiner als 1,163 ist. Durch diese Beschichtung, die nicht der Brennerflamme oder den Rauchgasen ausgesetzt ist und daher nicht feuerfest beschaffen zu sein braucht, wird auf der vom Kesselwasser bestrichenen Seite der Kesselwandungen der Wärmedurchgang von den Gasen durch die Stahlblechwandungen an das Kesselwasser so weit verringert, daß sich bei einer unter der Taupunktsgrenze liegenden Kesselwassertemperatur die rauchgasseitige Wandtemperatur der Kesselwandungen auf einen die Taupunktsgrenze überschreitenden Betrag erhöht, wodurch in denkbar einfacher und zuverlässiger Weise ein kondensfreier Heizkesselbetrieb im Niedertemperaturbereich gewährleistet wird und eine Korrosionsgefahr an den Kesselstahlblechwandungen mit Sicherheit vermieden wird. Die bewußt gewollte Wärmeleitungsverschlechterung durch die mit der erfindungsgemäß wasserseitigen Beschichtung zweischichtige Ausbildung der Kesselwände hängt von der Wärmeleitzahl des verwendeten Beschichtungsmaterials, von der Beschichtungsdicke auf der Kesselwasserseite und von dem durch die Kesselwandungen gehenden Wärmestrom ab und kann je nach den Erfordernissen variiert werden und durch ein Material mit möglichst niedriger Wärmeleitzahl so hoch bemessen werden, daß selbst mit einer dünnen Beschichtungsdicke die jeweils gewünschte oder benötigte rauchgasseitige Wandtemperaturerhöhung eintritt. An das Beschichtungsmaterial stellen sich die folgenden Anforderungen: Es muß leicht auf die sandgestrahlten oder auch fettfrei gebeizten Blechflächen aufbringbar sein und eine ausreichend hohe Temperatur von beispielsweise 150 bis 180°C aushalten können, ohne zu erweichen oder zu schmelzen; es sollte ungiftig und relativ billig sein; seine Wärmeleitzahl sollte möglichst weit unter 1,163 W/mK liegen. Beispielsweise besteht die Beschichtung aus einem ausreichend hitzebeständigen Polyamid-Kunststoff mit einer Wärmeleitzahl von 0,35 W/mK oder weniger. Bei einem solchen Beschichtungsmaterial braucht die Beschichtungsdicke nur einen Bruchteil eines Millimeters zu betragen, um zu erreichen, daß bei einer Kesselwassertemperatur von z. B. 25 bis 28°C und bei einer bei Heizkesseln im Mittelwert üblichen Wärmestromdichte (spezifische Heizflächenbelastung) eine rauchgasseitige Wandtemperaturerhöhung von rund 25°C eintritt, so daß die Stahlblechwandung auf der Rauchgasseite eine Oberflächentemperatur von rund 50°C annimmt, die über der Taupunktsgrenze bei der Feuerung mit leichtem Heizöl liegt. Die Nachschalt-Rauchgaskanälen von Heizkesseln liegt die Wärmestromdichte durchschnittlich bei etwa 14 300 W pro m². In Brennkammern ist die Wärmestromdichte naturgemäß höher und liegt durchschnittlich bei 30 900 W/m². Beispielsweise bei einer Wärmestromdichte von 30 900 W/m² einer Kesselwassertemperatur von 25°C und einer Wärmeleitzahl von 0,29 W/mK eines Polyamid-Kunststoffs ergibt sich aus der Formel für die Wärmeleitung durch eine Wand, daß mit einer Beschichtungsdicke von nur 0,3 mm eine Erhöhung der rauchgasseitigen Wandtemperatur um rund 32°C auf rund 57°C bewirkt wird, die weit über der normalerweise vorkommenden Taupunktsgrenze liegt. Die Beschichtung aus Polyamid-Kunststoff kann sehr einfach auf die kesselwasserseitige Oberfläche der Kesselwandungen aufgespritzt werden und härtet anschließend in einem Ofen bei rund 200°C aus, so daß die Beschichtung den beim Heizkesselbetrieb in den Kesselwandungen vorkommenden Temperaturen einwandfrei standhält und auch eine aus Sicherheitsgründen gestellte Beständigkeitsanforderung bei Temperaturen von mindestens 150 bis 180°C erfüllt. Da die Beschichtung z. B. aus Polyamid- Kunststoff aus der Wasserseite der Kesselwandungen angebracht ist, ist sie auch gegen mechanische Beschädigungen beim rauchgasseitigen Reinigen des Heizkessels absolut geschützt.
Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Heizkessels in einem vertikalen Längsschnitt. Der Heizkessel enthält eine Brennkammer 1 und einen nachgeschalteten Rauchgaskanal 2, die von einem gemeinsamen Kesselwassermantel 3 umgeben und gekühlt sind. Alle rauchgasseitig von der Brennerflamme bzw. den Rauchgasen bestrichenen wassergekühlten Stahlblechwandungen des Heizkessels sind auf der Kesselwasserseite mit einer Beschichtung 4 aus einem schlecht wärmeleitenden Material versehen, das gegenüber der Wärmeleitzahl der Stahlblechwandungen von etwa 56 W/mK nur eine Wärmeleitzahl kleiner als 1,163 W/mK hat. Vorzugsweise besteht die Beschichtung aus einem handelsüblichen Polyamid- Kunststoff, der eine Wärmeleitzahl von höchstens 0,35 W/mK hat. Die Schichtdicke braucht nur wenigstens etwa 0,3 mm und höchstens etwa 0,5 mm zu betragen, um rauchgasseitig eine Wandtemperaturerhöhung von rund 25°C zu erhalten, die beim Betrieb des Heizkessels im Niedertemperaturbereich zu einem Überschreiten der Taupunktgrenze führt.

Claims (3)

1. Niedertemperatur-Heizkessel für Niedertemperatur- Heizungen mit einem eine Brennkammer für Brennerfeuerung und einen nachgeschalteten Rauchgaskanal umgebenden Kesselwassermantel, wobei die wärmeübertragenden Wände Mittel zur Verringerung des Wärmedurchgangs und zur Verhinderung einer Rauchgaskondensation und Wandkorrosion enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß alle von der Brennerflamme und den Rauchgasen bestrichenen Stahlblechwandungen der Brennkammer und des Rauchgasgkanals auf der Kesselwasserseite mit einer als Oberflächenbeschichtung aufgetragenen dünnen Schicht aus einem schlecht wärmeleitenden Beschichtungsmaterial mit einer Wärmeleitzahl (W/mK) kleiner als 1,163 versehen sind.
2. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung aus einem ausreichend hitzebeständigen Kunststoff mit einer Wärmeleitzahl (W/mK) von 0,35 oder weniger besteht.
3. Heizkessel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung eine Schichtdicke von etwa 0,2 bis etwa 0,5 mm aufweist.
DE19813100888 1981-01-14 1981-01-14 Heizkessel fuer niedertemperatur-heizungen Granted DE3100888A1 (de)

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