-
Heizungakessel für flüssige
-
oder gasförmige Brennstoffe Die Erfindung betrifft einen Heizungskeasel
für flüssige oder gasfdrmige Brennstoffe gemEX Uberbegriff des Hauptanspruches.
-
Heizungskessel der genannten Art sind nach der DE-PS 29 o6 362 bekannt.
-
Derartige Heizungskessel haben sich außerordentlich gut bewährt und
auf dem Markt eingeführt. Solche Heizungskessel können mit sogenannter gleitender
Temperstur gefahren und- deshalb gewissermaßen als Niedertemperaturkessel bezeichnet
werden. Die Korrosionsachutzeinlage besteht dabei aus einem Gußkörper tggf. in Einzelringe
aufgegliedert), der in den Rohrzug aus Stahl eingepreßt bzw. eingeschrumpft ist.
Wie sich gezeigt hat, haben derartige Heizungskessel nach oben eine deutliche Leistungsgrenze,
d.h. der Rohrzug bzw. insbesondere der eingepaßte Gußeinsstz lassen sich nur bis
zu einem maximalen Durchmesser herstellen und, wenn dieser Uberschritten wird, ergibt
sich ein Mißverhältnis zwischen
den Zugheizflächen (Nachachaltheizflächen)
und dem Brennkammervclumen. Diese Grenzen liegen in der Erö-Benordnung zwischen
etwa 40 - 60 cm des Durchmessers und bezüglich der Leistung bei etwa 25 - 35 ooo
kcal, Will man also einerseits das Bauprinzip der eingangs genannten Art beibehalten,
andererseits aber konstruktionsbedingte Leistungagrenzen überschreiten, so verlangt
dies das Beschreiten anderer Wege,und der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
dieses Problem zu 1dsen, d.h. es soll ein Heizungakessel der eingangs genannten
Art dahingehend verbessert werden, daß unter Berücksichtigung der KorrosionsschutzbedUrfnisae
der Zielsetzung, solche Heizungakessel auch als Niedertemperaturkessel mit gleitender
Temperatur bei höheren Leistungabereichen betreiben zu können, Rechnung getragen
werden kann.
-
Diese Aufgabe ist mit einem Heizungakessel der eingangs genannten
Art nach der Erfindung durch das im Kennzeichen des Hauptanspruches ErfaBte gelöst,
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich nach den UnteransprUchen.
-
Dieses erfindungsgemäße Prinzip ist unabhängig davon, ob die Heizgaszüge
als Nachschaltheizflächen rings um eine topfartig eingesetzte Brennkammer angeordnet
sind, oder ob die eientlichen Nachschaltheizflächen sich hinter der Brennkammer
befinden oder ob eine Umkehrbrennkammer vorliegt, wobei dann zwischen dem Ende der
Umkehrbrennkammer und der Rauchgassammelkammer zusätzlich Nachschaltheizflächen
angeordnet sind, was noch naher erläuert wird.
-
Wesentlich ist aber fUr alle genannten Konstruktionsformen, daß der
Rohrzug dabei im Bereich des Gehäuses (also da, wo er von außen durch das Heizmedium
Wasser gekühlt ist) in Form einer Blechdoppellage ausgebildet ist, wobei beide Lagen
lediglich im Bereich von WärmeleitbrUcken direkt verbunden sind, d.h., Je nach Temperaturverhältnissen
liegt zwischen deren anderen Bereichen der Blechdoppellage ein mehr oder weniger
großer Spalt vor, und beide Lagen können zueinander gewissermaßen "atmen". Dies
hat zur Folge, daß sich beim Anfahren des Brenners bzw. des Heizkessels die innere
Lane schneller aufheizen kann, da bei in den Nidertemperaturbereich heruntergefahrenenem
Kessel nur ein begrenzter Wärmeabfluß an die zweite, äußere unmittelbar gekühlte
Lage erfolgen kann. Etwa gebildetes Kondensat wird also unmittelbar aufgrund der
relativ hohen Temperaturen, die die innere Lage -annimmt, verdampft'.
-
Da die Rauchgassammelkammer nur durch die über die Gehäuserückwand
herausgezogene innere Lage gebildet wird, die sich also beim Anfahren dank der direkten
Wärmeleitung mit aufheizt und außerdem von außen nicht mit dem Heizmedium Wasser
gekühlt wird, heizt sich diese ebenfalls schnell auf, so daß auch dort etwa angefallene
Kondensate relativ schnell verdampft werden. Die innere Lage kann dabei ggf. sogar
aus dünnem, korrosionsfestem Edelstahl gebildet werden, da sie keinerlei DrUcken
vom Heizmedium aus ausgesetzt ist.
-
Dieses erfindungagemäße' Bauprinzip, das sich fertigungstechnisch
sehr einfach verwirklichen läßt, kann ohne weiteres sowohl auf zylindrische als
auch viereckige Rohrzugquerschnitte angewendet werden, so daß auch in dieser Hinsicht
Variabilität besteht.
-
Vorteilhaft wird am Ende einer durchströmbaren Brennkammer, und zwar
etwas vor den als Rohrregistern ausgebildeten Nachschaltheizflächen eine Brennkammer
eingebaut, die beidseitig Abströmquerschnitte freiläßt und als Staufläche für die
Brennkammer wirkt.
-
Flammbeaufachlagungsseltig kann diese Rückwand mit einer feuerfesten
Isolationabeschichtung und aus Edelstahl gebildet sein.
-
Auch eine wasserführende Rückwandausbildung wäre mUglich, die dann
zumindest auf ihrer Rückweite ebenfalls doppellagig ausgebildet sein kann.
-
Brennkamme.rseitig kann der Rohrzug noch innerhalb des wasserführenden
Gehäuses enden und mit einer ebenfalls doppelschaligen, mit Brennereingriffahalsstück
versehenen Abschlußwand versehen werden, wobei dann lediglich das Halsstück die
Gehäusevorderwand durchgreift.
-
Aus Reinigungagründen, aber insbesondere in Rücksicht auf eine evtl.
gewünschte leichtere Auswechselbarkeit der hochbelaateten Rückwand durchgreift jedoch
der Rohrzug mit sesnem ganzen Querschnitt die Gehäusevorderwand und ist außerhalb
des Gehäuses mit einem leicht zu öffnenden, den Brenner tragenden Verschlußdeckel
versehen. Gleiches gilt auch für den Verschluß der Rauchgassammelkammer, nach dessen
Abnahme das ganze Rohrregister zu Retnigungszwecken voll freiliegt.
-
Der erfindungsgemäße Heizungskessel, seine Konstruktionsvarianten
und weitere vorteilhafte Einzelheiten werden nachfolgend anhand der zeichnerischen
Darstellung von Ausffihrungsbeispielen näher erläutert.
-
Es zeigt Fig. 1 einen Heizkessel mit nach hinten durchströmbarer Brennkammer
im Vertikalschnitt; Fig. 2 den Heizkessel gemäß Fig. 1 im Horizonatlschnitt; Fig.
3 den Heizkessel gemäß Fig. 1 im Querschnitt; Fig. 4 perspektivisch eine besondere
AusfÜhrungsform der Doppellage; Fig. 5 im Schnitt eine bauliche Einzelheit; Fig.
6 im Schnitt die Einbindung der Rohre des Rohrregisters; Fig. 7 im Schnitt eine
andere Ausführungsform des brennerseitigen Endes des Heizungakessels; Fig. 8 einen
Querschnitt des Heizungskessels im Sinne der Fig. 1 bei zylindrischem Querschnitt
des Rohrzuges; Fig. 9 einen Längsschnitt durch den Heizungakessel in anderer Ausführungsform;
Fig.lo einen Querschnitt durch den Kessel nach Fig. 9 und Fig.ll einen Längsschnitt
durch den Heizungakessel in einer weiteren besonderen AusfUhrungaform.
-
Wie aus Fig. 1 erkennbar, wird das wasserführende Gehäuse 5 vom Rohrzug
1 durchgriffen, der aus einer Blechdoppellage 6 gebildet ist. Im Falle der Fig.
8 ist der Rohrzug 1 zylindrisch bzw. im Querschnitt kreisförmig ausgebildet und
im Falle der Fig. 1 bis 5 viereckig mit leicht nach außen get.lölbten Außenwänden
16. Beim viereckigen Rohrzug 1 gemäß Fig. 1,2 könnte dieser im Sinne der Fig. 8
ebenfalls in sich geschlossen sein, aus fertigungatechnischen Gründen ist es jedoch
zweckmäßiger, den Rohrzug in zwei Teile 17,17' zu gliedern, wobei das Teil 17 u-frmig
abgekantet und mit seinen freien Enden mit den Längskanten des den Rohrzugboden
bildenden Teiles 17' flüasigkeitsdicht verbunden ist, was noch näher erläutert wird.
-
Ob nun der Rohr zug 1 kreisförmigen oder viereckigen Querschnitt oder
viereckig geschlossen (im Sinne der Fig. 8) ausgebildet ist, so sind die den Rorhzug
1 bildenden Lagen 6',6t' der Doppellage (abgesehen von den noch zu erläuternden
Sicken 19) miteinander durch Rollnahtschweißnähte 9 verbunden, die bevorzugt schrittweise
Schweißnahtunterbrechungen 9 aufweisen.
-
Natürlich könnten an Stelle der Rollnahtschweißnähte auch hintereiander
liegende Punktschweißstellen vorgesehen sein. Die Rollnaht- bzw. Punktschweißstellen
sind
zweckmäßig nicht bis in die vorderen Eck zwickel 2 der Brennkammer 2 angelegt, da
dort aufgrund der Flammenausbildung diese Eck zwickel erwartbar sowieso nicht voll
mit Brenngasen ausgefüllt sind. Außerdem sind die Distanzen der Rollnaht-bzw. Punktachweißstellen
im oberen Bereich des Rohrzuges 1 dichter zueinander angeordnet, da die thermische
Belastung oben höher ist.
-
Für den Fall einer Rohrzugsuabildung im Sinne der Fig. 3 ist die äußere
Lage 6" mit Sicken 19 (Fig. 4) in Längsrichtung versehen, die dort verlaufen, wo
die Abkantungen vorzunehmen sind, um das Teil 17 u-förmig im Sinne der Fig. 3 leichter
abkanten zu kennen.
-
Wie aus Fig. 5 erkennbar, bedarf es einer Verschweißung nur der äußeren
Lage 6", während die innere Lage 6' in diesem Bereich nur mit einer überlappenden
Abkröpfung 24 versehen ist, wobei der entstehende Zwickel mit einem für diesen Zweck
hitzebeständigen Kitt 25 ausgefüllt wird.
-
In gleicher Weise wird auch der zylindrische Rohrzug 1 gemäß Fig.
8 an der Stelle 25 in sich geschlossen.
-
Wie aus Fig. 1,2 erkennbar, ist vom Rohrzug 1 nur die äußere Lage
6 mit der Vorder- und Rückwand 7',7 des
Gehäuses 5 flüssigkeitsdicht
verbunden, die natürlich mit entsprechend großen, querschnittsangepaßten Durchgriffsöffnungen
versehen sind.
-
Die innere Lage 6 ragt brennerseitig etwas nach vorn heraus, wobei
das überragende Ende 20 den innen isolierten, mit Brennereingriffdffnung 26 versehenen
Verschlußdeckel 21 trägt.
-
Obgleich diese Ausführungsform bevorzugt wird (wegen Zugänglichkeit
der Brennkammer 2 und evtl. Ersatzerfordernis der eingebauten Brennkammerrückwand
11), kann der bren-nerseitige Abschluß des Rohrzuges 1 aber auch im Sinne der Fig.
7 ausgebildet werden.
-
Nach hinten ist die innere Lage 6' um ein beträchtliches Stück über
die Rückwand 7 des Gehäuses 5 hinaus verlängert und bildet die mit einem Verschlußdeckel
B verschlossene Rauchgassammelkammer 4 mit dem oben abgehenden Rsuchgasabzugsstutzen
4'. Diese Rauchgassammelkammer 4 wird zweckmäßig mit einer herkömmlichen Isolierung
(nicht dargestellt) umgeben, um Wärmeabatrahlung zu reduzieren. Es kann aber auch
ein mit Luft durchspülbarer Doppelmantel vorgesehen werden, der die Rauchgassammelkammer
4 umgibt, so daß die Warmluft abgefbrdert und ggf. zu Heizzwecken nutzbar gemacht
werden kann.
-
Ein Ablaufstutzen 27 dient zum Abführen etwaiger flüssiger chemischer
Reinigungsmittel im Falle einer solchen Reinigung.
-
Am Ende der Brennkammer 2, und zwar in angemessener Distanz vor dem
Rohrregister 12 ist, wie einleitend erwähnt, die Brennkammerrückwand 11 angeordnet,
die beidseitig Abatrdmquerschnitte lo zum Rohrregiater 12 freiläßt.
-
Um eine möglichst gleichmäßig verteilte Durchstrßmöffnung und Beaufschlagung
der Rohrregister 12 zu /gewährleisten, ist beidseitig neben diesen noch eine Ausfütterung
28 vorgesehen, und in der Rauchgassammelkammer 4 ebenfalls in angemessener Distanz
hinter dem Rohrregister eine 5trdmungsblende 29, wie dargestellt, die eine nur nach
oben orientierte Abströmung zum Abzugsstutzen 4' hin aus dem Rohrregister 12 verhindert.
-
Gewissermaßen unter Beibehaltung des gleichen Bauprinzips hinsichtlich
einer Doppellagenausbildung kann auch das Rohrregister selbst gestaltet sein.
-
Die Registerrohre 13 selbst bestehen dann nämlich ebenfalls aus zwei
Rohrlegen 131,1311, wobei die äußere Lage 13' die Rippen 14 trägt und beidendig
länger ausgebildet
ist als die innere Rohrlage 13". Die äußere
Lage 13' bzw. dieses Rohr ist flüssigkeitsdicht im Bereich ihres Überstandes 15
mit der mit entsprechenden DurchgrifPäffnungen versehenen äußeren Lage 6" des Rohrzuges
1 verbunden. Die innere -Lage 6' weist natürlich ebenfalls Durchgriffsöffnungen
auf, ist mit einem Abkröpfungsbund 24' versehen, und der sich bildende Ringzwickel
ist mit Kitt 25 gefüllt. Auch mit dieser Ausbildung wird erreicht, daß die gasbeaufschlagten
Lagen auch in diesem Bereich eine höhere Temperatur annehmen als die wasserbeaufschlagten
Lagen, wodurch bei niedri-ger Kesseltemperatur die Verbrennungagase nicht bzw. praktisch
nicht kondensieren können.
-
Wegen der Beaufschlagungaverhältnisse können die Rippen 14, wie aus
Fig. 1,2 erkennbar, hinsichtlich ihrer Wärmeaufnshmeflächen an den hinteren Registerrohren
13 größer gehalten sein als die stärker belasteten vorderen Rippen. Außerdem sind
die Rippen hinten mit einer größeren Anzahl vorgesehen und damit mehr oder weniger
zwangsläufig zu den vorderen auf Lücke versetzt angeordnet.
-
Durch die beschriebene doppellagige Ausbildung des Rohrzuges 1 hat
man es in der Hand, die innere Lage 6 im Bereich der Registerrohre 12 sa zu formen,
daß die Ausfütterungen 28 entfallen können und nur der 9uerschnitt freibleibt, der
für die Registerrohre mit ihren Rippen erforderlich ist. Die Anordnung eines Rohrregisters,
wie speziell in Fig. 1 dargestellt, ist natürlich nicht zwingend, d.h., es können
auch andere, für einen Einbau geeignete Wärmetauscher als Nachschsltheizflächen
vorgesehen werden.
-
Wenn die zu verarbeitenden Bleche aufgrund der Kesselgröße entsprechend
dick gehalten werden müssen, werden anstelle von Rollnaht- oder Punktschweißstellen
Schlitzschweißstellen vorgesehen, d.h., wie im linken Teil der Fig. 4 angedeutet,
werden an der inneren Lage 6' kurze Schlitze 9" angebracht, und in den Schlitze
9" werden die beiden Lagen 6', 6" miteinander verschweißt.
-
Diese Stellen bilden dann die Wärmeleitbrücken.
-
Anstelle ber flächig gebogenen Brennkammerrückwand 11 können auch,
wie in Fig. 2 gestrichelt.angedeutst, zweilagige Rohre 11' vorgesehen werden.
-
Bezüglich der Ausfütterung 28 seitlich im Bereich der Nachschaltheizflächen
3 werden diese vorteilhaft, wie aus Fig. 8 erkennbar, wandseitig mit einer Rippenprofilierung
30 oder gewellt ausgebildet, so daß ein Teil der abziehenden Rauchgase auch die
innere Wandlage 6' bestreichen und damit erwärmen kann.
-
Um die AusfGtterung 28 in einfacher Weise fixieren zu können, werden
an der inneren Laqe 6' anströmseitig Halteelemente bspw. in Form von zuei oder drei
Nocken 31 vorgesehn, während rückseitiq Gegenhalteelemente (nicht dargestellt) angeordnet
werden, die ggf. mit dem Verschluß deckel 8 verbunden sind oder sonst geeignet fixier-
oder lösbaren Elementen, bspw. Abschirmelementen hinter den Rohrregistern, die vorgesehen
werden können, um auf das abnehmende Rauchgasvolumen und damit die Strömungsgeschwindigkeit
Einfluß nehmen tu können.
-
Die beiden Auaführungsformen nach den Fig. 9 bis 11 weichen von den
bisher beschriebenen im wesentlichen nur insoweit ab, als hierbai topfförmige Einsätze
33 vorgesehen sind, die sogenannte Umkehrbrennkammern bilden.
-
Am beschriebenen "Doppelwandprinzip" für den Rohrzug 1 hat sich dabei
nichts geändert. Diese Ausführungsformen sind besonders für das Verbrennen von Heizöl
bestimmt, die eine höhere Viskosität haben, wobei die Ausführungsform nach Fig.
11 insbesondere für Kessel mit sehr hoher Leistung bestimmt ist.
-
Der topfartige Einsatz 33 aus Edelstahlblech wird von Rippen bzw.
Stegen 32, wie aus Fig. 9,lo erkennbar, getragen und zwar vorteilhaft nach oben
etwas exzentrisch versetzt, womit dafür gesorgt ist, daß die Beaufschlagung der
Nachschaltheizflichen 3 gleichmäßig erfolgt, was natürlich ebenfalls positive Auswirkungen
auf eine Kondenaatverbindung hat.
-
Das gleiche Konstruktionsprinzip liegt auch bei der Ausführungsform
nach Fig. 11 vor, mit dem Unterschied, daß hierbei der Edelstahleinsatz 33 in einer
wasserführenden Hülse 34 sitzt, die über Rohre 37 mit dem wasserführenden Gehäuse
5 in Verbindung steht. Die Wandungen dieser Rohre 37 sind ebenfalls doppellagig
ausgebildet und ebenso mindestens die äußere Umfangswand der Hülse 34. Der vordere
Rand des Einsatzes 33 aus Edelstahl ist dabei als Ringabkröpfung 33' ausgebildet,
der die ringförmige Frontfläche der Hülse 34 abschirmt.
-
Bei diesen AusfGhrungsformen sind die Wermeleitbrücken durch umlaufende
Sickungen 36 gebildet, die aber im übrigen anstelle der durch Schweißung hergestellten
Wärmeleitbrücken, wie beschrieben, auch bei den vorbeschriebenen Ausführungsformen
zur Anwendung kommen können, selbst dann, wenn der Rohrzug nicht zylindrisch sein
soilte.
-
Nach Ineinanderschieben der vorgeformten Lagen 6',6" wird der ganze
Rohrzug 1 in einer geeigneten Werkzeugmaschine mit diesen Sickungen versehen, wobei
die Sikkungebereiche in bleibenden Kontakt gezwungen werden, während in den Zwischenbereichen
sich ein wärmeleitender Kontakt erst bei entsprechend hohen Temperaturen einstellt,
d.h., es wird der gleiche Effekt erreicht, wie er mit den vorerwähnten Schweißstellen
erreicht werden kann.
-
Auch mit den Sickungen 36 kann den Wärmeübertragungserfordernissen
in den jeweiligen Bereichen Rechnung getragen werden, indem man bspu. dir Sickungen
36 in hoch beaufschlagten Bereichen in geringerer Distanz zueinander anlegt und
dort ggf. auch mit größeren Kontaktflächen.
-
In beiden Fällen der Fig. 9,11 bildet der Raum zwischen dem Einsatz
33 bzw. der Hülse 34 und dem Rohrzug 1 gewissermaßen den ersten Nachschaltheizflächenbereich,
während der zweite Bereich durch die Nachschaltheizfläche 3 gebildet wird.