DE3220447A1 - HIGH PERFORMANCE BOILER WITHOUT FAN - Google Patents
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Description
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochleistungskessel mit einer Kapazität bis etwa 35kW, der versehen ist mit einem Brenner, einem Wärmeaustauscher und Mitteln zum Zuführen von Luft und Abführen von Rauchgasen.The invention relates to a high performance boiler with a capacity up to about 35kW, which is provided with a burner, a heat exchanger and means for supplying air and removing flue gases.
Unter einem Hochleistungskessel wird bei gasgeheizten Kessel ein Kessel verstanden, dessen gemessenecsbrauchleistung mindestens 88%, bezogen auf den kalorischen Oberwert, beträgt, dies im Gegensatz zu normalen Kesseln, bei denen diese Leistung in der Grössenordnung von 70-75% liegt.Geprüfte Kessel, die dem obengemeinten Kriterium entsprechen, dürfen mit einer sog. H.L.-Anhängemarke- versehen werden. Die hohe Leistung hat jedoch zur Folge, dass die Temperatur der Rauchgase derart sinkt, dass bei einem Hochleistungskessel in bezug auf einen normalen Kessel besondere Massnahmen getroffen werden müssen, damit die Abfuhr der Rauchgase gewährleistet wird. Bei einem normalen, an einen Schornsteinkanal angeschlossenen Kessel kann der darin erzeugte Zug zum Oberwinden des Widerstandes über den Wärmeaustauscher benutzt werden, und kann durch die verhältnismässig hohe Temperatur der abgeführten Rauchgase genug Zug in dem Schornsteinkanal erzeugt werden. Der Kessel- und Schornsteinzug sind dabei meistens durch einen Zugunterbrecher voneinander getrennt, welcher Zugunterbrecher bei Kesseln, die ihre Luft aus dem Aufstellungsraum beziehen, vorgeschrieben ist. Bei den bekannten Hochleistungskesseln, bei denen durch eine vergrösserte Wärmeaustauschoberfläche den Rauchgasen mehr Wärme entzogen wird, was meistens zu einem vergrösserten Widerstand und einer erniedrigten Rauchgastemperatur führt, ist jedoch der erzeugte Zug in dem Schornstein ungenügend. Daher ist bei den bekannten Hochleistungskesseln, bei denen meistens der Wärmeaustauscher aus zwei im wesentlichen nebeneinander angeordneten, durch einen gebogenen Rauchgaskanalteil verbundenen Wärmeaustauscherteilen besteht, ein Ventilator in dem Luft-Rauchgassystem angebracht. Die Aufnahme eines Ventilators in das System bringt jedoch eine Anzahl Nachteile mit sich. Neben der Tatsache, dass die Anwendung eines Ventilators bedeutet, dass zusätzliche - elektrische Energie zugeführt werden muss, sind auch zusätzliche Regelungen und Sicherungen notwendig, die den Kostenaufwand erhöhen und ausserdem mit sich bringen, dass die Möglichkeit der Betriebsstörungen grosser wird.Under a high-performance boiler, a gas-fired boiler becomes a boiler understood, its measured consumption power at least 88%, based on the caloric upper value, in contrast to normal boilers, where this performance is in the order of magnitude of 70-75% Boilers that meet the above criterion may be marked with a so-called. H.L. tag. However, the high output has the consequence that the temperature of the flue gases drops in such a way that special measures are taken in a high-performance boiler in relation to a normal boiler must be so that the evacuation of the smoke gases is guaranteed. With a normal boiler connected to a chimney, the The generated train can be used to overcome the resistance across the heat exchanger, and can be removed by the relatively high temperature of the Flue gases enough draft can be generated in the chimney. The boiler and chimney draft are usually separated from each other by a draft interrupter, which is the draft interrupter in the case of boilers that draws their air out of the room in which they are installed relate is prescribed. In the case of the known high-performance boilers, in which the More heat is extracted from flue gases, which usually leads to an enlarged Resistance and a lowered flue gas temperature leads, however, the draft generated in the chimney is insufficient. Hence the well-known High-performance boilers, in which mostly the heat exchanger consists of two essentially arranged side by side, through a curved flue gas duct part connected heat exchanger parts consists, a fan is mounted in the air-flue gas system. The inclusion of a fan in the However, the system has a number of disadvantages. Besides the fact that the use of a fan means that additional - electrical energy must be supplied, additional regulations and safeguards are necessary, which increase the cost and also with them bring that the possibility of operational disruptions is greater.
Der Zweck der Erfindung ist ein Hochleistungskessel, bei dem das AbführenThe purpose of the invention is a high performance boiler in which the discharge
'VVV V VVW V W'VVV V VVW V W
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der Rauchgase in zuverlässiger Weise verwirklicht werden kann, ohne dass ein Ventilator angewendet zu werden braucht, also unter Beseitigung der mit einem Ventilator verbundenen Nachteile.the flue gases can be realized in a reliable manner without a Fan needs to be applied, thus eliminating the with disadvantages associated with a fan.
Dieswird gemäss der Erfindung bei' einem Hochleistungskessel der eingangs erwähnten Art erreicht, wenn die Zu- und Abführmittel ein geschlossenes System bilden und eine, direkt an den Brenner angeschlossene Heissgaskolonne umfassen, deren damit erzeugter thermischer Zug mindestens den Widerstand über den Wärmeaustauscher' überwinden kann, wobei Vorkehrungen getroffen sind, die Wärmeabgabe durch die Heissgaskolonne zu beschränken. Durch diese Massnahmen wird in dem Hochleistungskessel ein verhältnismässig grosser, thermischer Motor in Form einer Heissgaskolonne geschaffen, wobei durch die Anwendung eines geschlossenes Systems für Zu- und Abfuhr - d.h. Zu- und Abfuhr befinden sich im wesentlichen in der Nähe voneinander ausserhalb des Aufstellungsraumes des Kessels, also meistens in. der Aussenluft, während zwischen dem Wärmeaustauscher und dem Rauchgaskanal kein Zugunterbrecher vorgesehen ist - derartige ergänzende Bedingungen geschaffen werden, dass ohne externe Hilfsmittel mit den damit verbundenen Nachteilen eine gesicherte Rauchgasabfuhr erhalten wird. In überraschender Weise hat es sich somit gezeigt, dass auch bei einem Hochleistungskessel der letztgenannte Effekt verwirklicht werden kann, und zwar dadurch, dass man in optimaler Weise rein natürliche Erscheinungen benutzt. Der dabei durch das geschlossene System, auch "balanced flue"-System genannt, gelieferte besonders vorteilhafte Effekt ist, das.s eventuelle Druckunterschiedschwankungen in dem Luft-Rauchgassystem beseitigt werden, so dass die Wirkung der Heissgaskolonne nicht durch solche Druckunterschiedschwankungen beeinflusst werden kann.According to the invention, this is the case with a high-performance boiler mentioned type achieved when the supply and discharge means form a closed system and a hot gas column connected directly to the burner include, the thermal train thus generated can overcome at least the resistance across the heat exchanger ', taking precautions are taken to limit the heat dissipation through the hot gas column. These measures make a proportionate in the high-performance boiler Large, thermal motor in the form of a hot gas column created, whereby the use of a closed system for supply and discharge - i.e. The inlet and outlet are essentially close to each other outside of the boiler room, i.e. mostly in the outside air, while there is no draft interrupter between the heat exchanger and the flue gas duct is provided - such additional conditions are created, that a secure smoke evacuation is obtained without external aids with the associated disadvantages. In a surprising way it did It has thus been shown that the last-mentioned effect can also be achieved with a high-performance boiler, namely by using optimally used purely natural phenomena. The one delivered by the closed system, also known as the "balanced flow" system A particularly advantageous effect is that there are any fluctuations in pressure differences be eliminated in the air-flue gas system, so that the action of the hot gas column is not caused by such pressure difference fluctuations can be influenced.
Durch die Vorkehrungen zum Beschränken der Wärmeabgabe durch die Heissgaskolonne wird die Wirkung des thermischen Motors optimalisiert. Dies im Gegensatz zu bekannten Kesseln, bei denen in dem Wandteil des Kessels über dem Brenner meistens Mittel vorhanden sind, dort bewusst Wärme zu entziehen, sei es selbstverständlich mit dem Zweck, diese Wärme in effektiver Weise zu benutzen, z.B. zum Erwärmen des wärmetransportierenden Mediums bei den modernen sog. "nasser Fuss"-Kesseln. Um zu dem vorliegenden, erfinderischenBy taking precautions to limit the heat output by the hot gas column the effect of the thermal motor is optimized. This is in contrast to known boilers, in which in the wall part of the boiler over the burner usually has means to consciously extract heat there, be it of course with the purpose of using this heat in an effective way, e.g. for heating the heat-transporting medium in the modern so-called "wet foot" kettles. To get to the present, inventive
System für einen Hochleistungskessel zu gelangen, soll man daher dieses heutzutage vielfach angewendete Prinzip fahren lassen, welches Prinzip an sich zwar vorteilhaft ist, aber in Hochleistungskesseln die natürliche Abfuhr der Rauchgase beseitigen kann.To get system for a high-performance boiler, one should therefore use this Let go of the principle that is widely used today, which principle is advantageous in itself, but the natural one in high-performance boilers Can eliminate the discharge of smoke gases.
Wenn gemäss einer Vorzugsausführungsform der Erfindung in einem gasgeheizten Hochleistungskessel, der Temperaturverlauf in der Heissgaskolonne einen im wesentlichen nicht stark abnehmenden Charakter hat über einen Kapazitätsabhängigen Bereich, der bei einer maximalen Kesselkapazität von 8kW eine Höhe von etwa 20 cm oder mehr und bei einer maximalen Kesselkapazität von 35kW von etwa 35 cm oder mehr hat, kannn ein Hochleistungskessel erhalten werden, der was seine Abmessungen in Vertikalrichtung betrifft, kaum von den bekannten Kesseln abweicht. Dies ist besonders der Fall, wenn entsprechend einer weiteren Vorzugsausfüarasgsform der Erfindung die Strömungsrichtung der Zu- und Abfuhr für Luft und Rauchgase sich im wesentlichen vertikal erstreckt, weil dadurch eine Minimalisierung des Strömungswiderstandes und so der Heissgaskolonne bewirkt werden kann. Eine solche Ausführung des Hochleistungskessels kann entsprechend einer weiteren Vorzugsausführungsform der Erfindung erheblich gefördert werden, wenn die Ummantelung der Heissgaskolonne derart ausgebildet ist, dass die Summe der Wärmeübertragung durch Strahlung und durch Konvektion in dem Minimalgebiet liegt, dadurch, dass die Wärmeabgabe an die ummantelung dann entwurftechnisch schon minimalisiert ist. Eine weitere Verbesserung der Beschränkung der Wärmeabgabe durch die Heissgaskolonne lässt sich verwirklichen, wenn die Ummantelung der Heissgaskolonne einen Isolator oder einen schlechten Leiter umfasst.If, according to a preferred embodiment of the invention, in a gas-heated one High-performance boiler, the temperature profile in the hot gas column is an im essential not strongly decreasing character has over a capacity dependent Area with a maximum boiler capacity of 8kW a height of about 20 cm or more and with a maximum boiler capacity of 35kW of about 35 cm or more, a high-performance boiler can be obtained which, in terms of its dimensions in the vertical direction, hardly differ from the known boilers. This is particularly the case when, in accordance with a further preferred embodiment of the invention, the direction of flow the supply and discharge for air and flue gases are essentially vertical extends because this minimizes the flow resistance and so the hot gas column can be effected. Such a design of the high-performance boiler can according to a further preferred embodiment the invention are significantly promoted when the jacket of the hot gas column is designed such that the sum of the heat transfer by radiation and by convection is in the minimum area, due to the fact that the Heat dissipation to the jacket is then already minimized in terms of the design. A further improvement in the limitation of the heat output by the hot gas column can be realized if the sheathing of the hot gas column comprises an insulator or a poor conductor.
Falls, wie bei bekannten Kesseln üblich ist, wenigstens ein Teil des Wärmeaustauschers im wesentlichen vertikal über dem Brenner angeordnet ist, sind die Abmessungen des Hochleistungskessels gemäss der Erfindung unter Erreichen eines optimalen Effektes minimal zu halten, wenn die an der Unterseite von dem Brenner begrenzte Heissgaskolonne an der Oberseite von dem Wärmeaustauscher begrenzt ist.If, as is usual with known boilers, at least part of the heat exchanger is arranged substantially vertically above the burner, the dimensions of the high-performance boiler according to the invention are under reaching an optimal effect to be kept to a minimum when the hot gas column, which is delimited at the bottom by the burner, is at the top of the heat exchanger is limited.
Daneben ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, den Hochleistungskessel derart auszubilden, dass der Wärmeaustauscher aus einem sich im wesentlichenIn addition, it is also possible within the scope of the invention to use the high-performance boiler to be designed in such a way that the heat exchanger consists essentially of one
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in Vertikalrichtung erstreckenden doppelwandigen Rohr mit jedem geeigneten Querschnitt besteht und der Brenner an dem.unteren Ende des Rohres aufgestellt ist.vertically extending double-walled tube with any suitable There is a cross-section and the burner is set up at the lower end of the tube is.
Unter Hinweis auf in der Zeichnung in äusserst schematischer Weise wiedergegebene Ausführungsbeispiele wird der Hochleistungskessel· gemäss der Erfindung jetzt näher.besprochen und erläutert werden.With reference to reproduced in the drawing in an extremely schematic manner The high-performance boiler according to FIG Invention will now be discussed and explained in more detail.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine erste Ausfuhrungsform, undFig. 1 shows a first embodiment, and
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform.Fig. 2 shows a second embodiment.
In Fig. 1 ist ein gasgeheizter Hochleistungskessel 1 wiedergegeben, der versehen ist mit einem Brenner 2, einem Wärmeaustauscher 3 und einem darüber vorhandenen Rauchgassammeiraum. 4, der in einen Rauchgasabführkanal 5 mundet. Zwischen dem Brenner 2 und dem Wärmeaustauscher 3, der mit einer Wasserzufuhr 6 und einer Wasserabfuhr 7 versehen ist, befindet sich ein Raum 8 mit einer Höhe, deren Abmessung dazu genügt, abhängig von der Kapazität des Kessels 1 einen thermischen Motor in Form einer Heissgaskolonne gemäss der Erfindung zu bilden. Dazu soll dieser Abstand bei einem kleinen Kessel mit einer maximalen Kapazität von etwa 8kW ungefähr 20 cm oder mehr betragen und bei einem grossen Kessel mit einer maximalen Kapazität von etwa 35kW ungefähr 35 cm oder mehr.In Fig. 1, a gas-heated high-performance boiler 1 is shown, the is provided with a burner 2, a heat exchanger 3 and a flue gas collection room above it. 4, which opens into a flue gas discharge channel 5. Between the burner 2 and the heat exchanger 3, which is provided with a water supply 6 and a water discharge 7, there is a space 8 with a height whose dimensions are sufficient, depending on the capacity of the boiler 1, a thermal motor in the form of a hot gas column according to of the invention. For this purpose, this distance should be about 20 cm or more for a small boiler with a maximum capacity of about 8 kW and for a large boiler with a maximum capacity of about 35kW approximately 35 cm or more.
In dieser Heissgaskolonne ist die Temperatur in der Nähe des Brenners 2 am höchsten, welche Temperatur beim nicht oder kaum Stören der Heissgaskolonne gemäss einer Linie mit einem Exponentialverlauf sinkt. Weil das Vermögen des thermischen Motors durch die Temperatur· und die Höhe der Heissgaskolonne bestimmt wird, soll die Temperaturabnahme in der Kolonne, und daher die Wärmeabgabe durch die Kolonne, gering gehalten werden. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der Kesselmantel an der Stelle der Heissgaskolonne abhängig von dem angewendeten Brenner derart ausgebildet wird, dass die Summe der Wärmeübertragung durch Strahlung und durch Konvektion in dem Minimalgebiet liegt, wobei die Abnahme der Wärmeübertragung durch KonvektionIn this hot gas column, the temperature is in the vicinity of the burner 2 am highest, which temperature sinks when there is little or no interference with the hot gas column according to a line with an exponential curve. Because the fortune of the thermal motor by the temperature · and the height of the hot gas column is determined, the temperature decrease in the column, and therefore the Heat emission through the column can be kept low. This can be achieved by placing the boiler jacket in place of the hot gas column Depending on the burner used, it is designed in such a way that the sum of the heat transfer by radiation and by convection in the Minimal area lies, with the decrease in heat transfer by convection
und die Zunahme derselben durch Strahlung beim Auseinanderbringen der Kesselwände zu berücksichtigen ist, welche Weise der Minimalisierung der summierten Wärmeübertragung die Anwendung einer Wasserummantelung nicht auszuschliessen braucht. Daneben ist es selbstverständlich auch möglich, den Kesselmantel mit einem Isolator oder einem schlechten.Leiter zu versehen.and the increase of the same due to radiation when the Boiler walls must be taken into account, which way of minimizing the the application of water jacketing did not add up to heat transfer need to exclude. In addition, it is of course also possible the boiler shell with an insulator or a bad conductor Mistake.
Weiter ist der Kessel 1 mit einem geschlossenen Zu- und Abfuhrsystem für Luft und Rauchgase versehen. Dazu ist eine Luftzufuhrleitung 9 vorhanden, die ihren Einlass in der Nähe des normalerweise in die Aussenluft mündenden Auslasses des Hauchgaskanals 5 hat und sich ebenso wie letzterer durch eine Umhüllung 10 des Raumes,, in dem der Kessel 1 aufgestellt ist, hindurch erstreckt. Durch diese Aufstellung der Luftzufuhrleitung 9 ist der Kessel 1 völlig in bezug auf den Raum, in dem er angeordnet ist, abgedichtet. Eine solche Ausführung ist unter dem Namen "balanced-flue"-System bekannt, das es in Zusammenarbeit mit dem thermischen Motor ermöglicht, bei einem Hochleistungskessel eine gesicherte Abfuhr der Rauchgase zu verwirklichen, ohne dass dabei zusätzliche Hilfsmittel, wie ein Ventilator, eingesetzt werden müssen. Weil das "balanced-flue"-System Druckunterschiedabwandlungen zwischen Zu- und Abfuhr beseitigt, kann ein Zugunterbrecher, der bei offenen Systemen vorgeschieben ist, weggelassen werden. Dadurch kann die als thermischer Motor arbeitende Heissgaskolonne genug Zug liefern für eine wirksame Zu- und Abfuhr von Luft und Rauchgasen und in dieser Weise dem betreffenden System eine gesicherte Wirkung verschaffen.Next is the boiler 1 with a closed supply and discharge system for Air and flue gases. For this purpose, there is an air supply line 9, the inlet of which is close to the one which normally opens into the outside air Has the outlet of the breath gas channel 5 and, like the latter, extends through an envelope 10 of the room in which the boiler 1 is set up extends. By setting up the air supply line 9 is the Boiler 1 completely sealed with respect to the space in which it is located. Such a design is known under the name "balanced-flue" system, which, in cooperation with the thermal motor, enables a secure discharge of the flue gases from a high-performance boiler, without the need for additional aids such as a fan. Because the "balanced-flue" system is pressure difference variations removed between supply and discharge, a draft interrupter, which is inserted in open systems, can be omitted. This allows the as Thermal motor working hot gas column provide enough draft for an effective supply and removal of air and flue gases and in this way provide the system in question with a reliable effect.
In Fig. 2 ist eine alternative Ausführungsform der Erfindung in Form eines Hochleistungskessels 11 mit einem Brenner 12 wiedergegeben. Ein Wärmeaustauscher 13 ist vorhanden in Form eines doppeIwandigen Rohres, das in Abstand über dem Brenner 12 einen sich verjüngenden Raum 14 bildet, der sich in einen mit einem Rauchgasabführkanal vergleichbaren Kanal 15 mit einem konstanten Durchlass fortsetzt. Das als Wärmeaustauscher 13 dienende doppelwandige Rohr wird von Wasser durchströmt und ist dazu mit einer Wasserzufuhr 16 und einer Wasserabfuhr 17 versehen. Der Raum 14 sowie der Kanal 15 können vielerlei Formen haben, um die Wärmeübertragung zwischen Rauchgasen und Wasser in möglichst optimaler Weise erfolgen zu lassen.In Fig. 2 there is an alternative embodiment of the invention in the form of a High-performance boiler 11 with a burner 12 is shown. A heat exchanger 13 is available in the form of a double-walled tube which, at a distance above the burner 12, forms a tapering space 14 which is continues into a channel 15 comparable to a flue gas discharge channel with a constant passage. Serving as a heat exchanger 13 double-walled Water flows through the pipe and is provided with a water supply 16 and a water discharge 17 for this purpose. The room 14 as well as the channel 15 can have many forms in order to allow the heat transfer between flue gases and water to take place in the best possible way.
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Zwischen dem Brenner 12 und dem sich verjüngenden Raum 14 befindet sich ein Raum 18 mit konstantem Durchlass und einer Höhe, die dazu ausreicht, in Abhängigkeit von der Kapazität des Kessels 11 einen thermischen Motor in Form einer Heissgaskolonne gemäss der Erfindung zu. sichern.Between the burner 12 and the tapered space 14 is a Room 18 with a constant passage and a height sufficient to fit into Depending on the capacity of the boiler 11 a thermal engine in Form a hot gas column according to the invention. to back up.
Durch die besondere Form des Wärmeaustauschers 13 ist bei dieser Ausführungsform bereits eine solche Umhüllung für die Heissgaskolonne vorgesehen, dass deren Wärmeabgabe in der gewünschten, günstigen Weise beschränkt wird. Selbstverständlich kann auch bei dieser Ausführungsform der Kesselmantel derart ausgebildet sein, dass wiederum die Summe der Wärmeübetragung- durch Strahlung und durch Konvektion in dem Minimalgebiet liegt.Due to the special shape of the heat exchanger 13, in this embodiment such a casing is already provided for the hot gas column that whose heat emission is restricted in the desired, favorable manner. Of course, in this embodiment too, the boiler shell can be of this type be designed that in turn the sum of the heat transfer through radiation and lies in the minimum area by convection.
Um auch bei dieser Ausführungsform die Rauchgasabfuhr.zu gewährleisten, ohne dass externe Hilfsmittel angewendet zu werden brauchen, ist weiter eine Luftzuführleitung 19 vorgesehen, die ausserhalb des Aufstellraumes des Kessels 11 in der Nähe des Auslasses des Kanals 15 ihren Einlass hat zum Bilden eines geschlossenen Zu- und Abfuhrsystems.In order to ensure the Rauchgasabführung.zu also in this embodiment, without that external aids need to be used, an air supply line 19 is also provided, which is outside the installation room of the The boiler 11 near the outlet of the channel 15 has its inlet to form a closed supply and discharge system.
Dazu erstreckt sich die Luftzuführleitung 19, ebenso wie der konzentrisch:, zu dieser aufgestellte Kanal 15, bis ausserhalb einer Umhüllung 20.For this purpose, the air supply line 19 extends, just like the concentric :, to this erected channel 15 until outside a casing 20.
Selbstverständlich sind im Rahmen der Erfindung viele Aenderungen und Abwandlungen möglich, und beschränken die wiedergegebenen Ausführungsformen das betreffende Erfindungsprinzip in keinerlei Weise.So ist in der Zeichnung ein Wasser/Luft-Wärmeaustauscher wiedergegeben und in der Beschreibung besprochen. Selbstverständlxch ist auch ein Luft/Luft-Wärmeaustauscher möglich.Many changes and modifications are of course within the scope of the invention possible, and restrict the reproduced embodiments of the principle of the invention in any way Drawing reproduced a water / air heat exchanger and discussed in the description. An air / air heat exchanger is also a matter of course possible.
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