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.