DE3302928A1

DE3302928A1 - Heizkessel

Info

Publication number: DE3302928A1
Application number: DE19833302928
Authority: DE
Inventors: Denis Henry Walton-on-Thames Surrey Desty
Original assignee: BP PLC
Current assignee: BP PLC
Priority date: 1982-01-30
Filing date: 1983-01-28
Publication date: 1983-08-11
Also published as: FR2520849A1; NL8300327A

Description

Heizkessel

Die vorliegende Erfindung betrifft Heizkessel und insbesondere Heizkessel für Heizungssysteme in Wohnhäusern und Industriebetrieben.

Herkömmliche Wasser-Heizkessel mit Gas- oder Öl-Brennern besitzen im allgemeinen Wirkungsgrade bis zu 75 %. Eine beträchtliche Wärmemenge geht in den Verbrennungsgasen verloren, da die Brenner für einen Betrieb bei einer hinreichend hohen Temperatur konstruiert sind, damit eine Kondensation des in den Verbrennungsgasen
enthaltenen Wasser-Anteils in dem Wärmeaustauscher vermieden wird, da sich andernfalls Probleme für den Betrieb und in bezug auf die Korrosion ergeben.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Heizkessel verfügbar gemacht, der einen Brenner mit Luft-Zufuhr

und Brennstoff-Zufuhr, der mit nach unten gerichteter Flamme betrieben wird, und einen Wärmeaustauscher zur Gewinnung der Wärme aus dem Brenner-Abgas und Übertragung derselben auf eine Arbeitsflüssigkeit sowie eine Speicherkammer zum Sammeln des Kondensats aus dem Abgas und eine Vorrichtung zum Entfernen des Kondensats enthält.

Die flachen, kurzen gleichmäßigen Flammen, die typisch für die in der GB-PS 1 205 432 beanspruchten Brenner sind, (a) ermöglichen einen Betrieb des Brenners mit
abwärts gerichteter Flamme, (b) erleichtern eine Kompakt-Bauweise des Heizkessels und (c) liefern eine

gleichmäßigere Temperatur über die Eintrittsfläche des Wärmeaustauschers. Der Betrieb mit abwärts gerichteter Flamme verhindert ein Zurückfließen von Kondensat aus dem Verbrennungsgas auf den Brenner, wie dies bei Brennern mit aufwärts gerichteter Flamme der Fall ist. Hierdurch werden die Gefahren der Korrosion und von Betriebsstörungen des Brenners vermindert und ein Ablaufen des Kondensats erleichtert.

Der zugeführte Brennstoff ist gewöhnlich ein gasförmiger Brennstoff, z.B. Erdas; jedoch besteht auch die Möglichkeit der Verwendung eines flüssigen Brennstoffs, z.B. von Kerosin.

Als Wärmeaustauscher dient ein geeigneter Wärmeaustauscher herkömmlicher Bauart, und die Arbeitsflüssigkeit

ist vorzugsweise Wasser. Der Wärmeaustauscher besitzt vorzugsweise Rippen, und besonders bevorzugt sind die Unterkanten der Rippen gezackt, um das Ablaufen des Kondensats in die Speicherkammer zu fördern und eine Blockierung durch zwischen den Rippen festgehaltenes

Kondensat zu verringern.

Die Speicherkammer verjüngt sich vorzugsweise in ihrem Querschnitt in Richtung auf eine Auslaßöffnung an ihrem Boden und ist unterhalb des Wärmeaustauschers angeordnet. Die Speicherkammer ist mit einer Vorrichtung zum
Entfernen des Kondensats, etwa einem Abflußrohr, verbunden.

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden mit Hilfe eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen Fig. 1 bis 3 beschrieben.

Die Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Heizkessels gemäß der vorliegenden Erfindung, der zur Darstellung seines Inneren teilweise aufgeschnitten ist. Die Fig. 2 zeigt diagrammartig eine Draufsicht auf ein Brenner-Element des Heizkessels. Die Fig. 3 zeigt diagrammartig eine Kopfansicht der Rippen des Wärmeaustauschers des Heizkessels.

Ein Heizkessel für die Versorgung eines Heizungssystems mit heißem Wasser wurde für eine Betriebsleistung bis zu 10 kW (35000 Btu/h) mit einem Wirkungsgrad bis zu etwa 88 % bei Heißwasserrrücklauf entwickelt. Der Heizkessel ist in Fig. 1 dargestellt und enthält einen Brenner 1 und einen mit Rippen versehenen Wärmeaustauscher 2.

Der Brenner 1 vom Matrix-Typ umfaßt eine Brennstoff-Kammer, durch die eine Vielzahl von Rohren oder Kanälen für die Verbrennungsluft hindurchführt. Der Brennstoff wird der Kammer durch eine Einlaß leitung zugeführt. Die Rohre 3 für die Verbrennungsluft haben rechteckigen oder quadratischen Querschnitt. Der Brenner 1 ist ein solcher vom Typ eines Brenners mit Diffusionsflamme. Der Brennstoff tritt durch die Brennstoff-Austrittsöffnungen 12 in die Verbrennungszone 4 ein. Die Austrittsöffnungen 12 besitzen jeweils kreisförmigen Querschnitt und sind so angeordnet, daß sich eine Brennstoff-Austrittsöffnung an jeder Seite eines Luftkanals mit quadratischem Querschnitt befindet.

Stromabwärts des Brenners befindet sich eine mit Rippen versehene Wärmeaustauscher-Einheit 2, die Rohre 5 für den Austritt des heißen Wassers trägt. Der Wärmeaustauscher 2 wird durch die heißen Verbrennungsgase erhitzt, die von dem Brenner 1 her abwärts geführt werden.

Eine Speicherkammer 8, die sich in Richtung auf ihre Auslaßöffnung verjüngt, ist unterhalb des Wärmeaustauschers 2 an das Brenner-Gehäuse angeschraubt. Der Boden der Speicherkammer 8 besitzt ein Abflußrohr 9, das mit
einem (nicht eingezeichneten) Abfluß verbunden ist. Die Materialien der Bauteile sind so gewählt, daß sie korrosionsbeständig sind.

Die verschiedenen Teile sind von einem Hauptgehäuse 6 umgeben, das ein (nicht dargestelltes) Sichtfenster für die Beobachtung des Verhaltens der Brennerflamme enthalten kann.

Ein Ventilator in einem Gehäuse 7 ist an die Seite des Hauptgehäuses 6 angeschraubt, um Frischluft von einem Ende des Heizzuges dem Brenner 1 zuzuführen.

Fig. 3 zeigt eine Kopfansicht der Rippen 11 des Wärmeaustauschers 2, auf der zu erkennen ist, daß die Unterkanten der Rippen alternierend sägezahnartig gezackt sind. Die Ausbildung dieser Zacken an den Rippen 11 fördert das Ablaufen des Kondensats in die Speicherkammer 8 und verringert ein Blockieren des Gasstroms durch Kondensat, das zwischen benachbarten Rippen des Wärmeaustauschers festgehalten wird.

Beim Betrieb des Heizkessels wird Brennstoff-Gas mit niedrigem Durchsatz vermittels der Zuleitung in den
Brenner 1 eingespeist und mischt sich mit der durch den Ventilator 7 zugeführten Luft. Das Gas wird durch eine Pilot-Diffusionsflamme an der unteren Oberfläche des Brenners 1 entzündet. Diese Flamme wird dann kontrolliert, d.h. es wird sichergestellt, daß die Zündung

stattgefunden hat. Danach wird der normale Betriebs-Gasstrom dem Brenner zugeführt. Die Verbrennungsgase strömen in den Wärmeaustauscher 2 und erhitzen dadurch ein äußeres Wasser-Lastsystem. Das Kondensat aus den
Verbrennungsgasen läuft von dem Wärmeaustauscher 2 ab und in die Speicherkammer 8 hinein. Das Kondensat wird dann über die Abflußleitung 9 abgeleitet. Die Verbrennungsgase strömen danach zu dem Heizzug-Ausgang am rückwärtigen Ende des Heizkessels durch ein Auslaßrohr 10, das koaxial mit dem Luft-Zuführungsrohr verläuft.

Die Vorrichtung zu Ausführung der Schritte der Inbetriebnahme ist so konstruiert, daß sie automatisch arbeitet. So kann ein Zeitgeber zur Aktivierung des Systems benutzt werden, und dann bewirkt ein thermostatischer Betrieb eine Abfolge von Ein-/Ausschaltperioden, die dafür sorgt, daß die gewünschte Wassertemperatur des Heizkessels aufrechterhalten bleibt.

Claims

VON KREISLER SCHONWALD EISHOLD FUES VON KREISLER KELLER SELTING WERNER PATENTANWÄLTE Dr.-Ing. von Kreisler t 1973 Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden Dr. J. F. Fues, Köln Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln Dipl.-Chem. Carola Keller, Köln Dipl.-Ing. G. Selting, Köln Dr. H.-K. Werner, Köln DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF D-5000 KÖLN 1 27. Januar 1983 Ke/GF 0055 The British Petroleum Company p.l.c, Britannic House, Moor Lane, London, EC2Y 9BU/ U.K. Patentansprüche

1. Heizkessel, enthaltend einen Brenner (1) mit Luft-Zufuhr (3) und Brennstoff-Zufuhr (12) , der mit nach unten gerichteter Flamme betrieben wird, und einen Wärmeaustauscher (2) zur Gewinnung der Wärme aus dem Brenner-Abgas und Übertragung derselben auf eine Arbeitsflüssigkeit sowie eine Speicherkammer (8) zum Sammeln des Kondensats aus dem Abgas und eine Vorrichtung (9) zum Entfernen des Kondensats.

2. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher (2) mit Rippen versehen ist, die so ausgeführt sind, daß sie das Ablaufen des Kondensats in die Speicherkammer fördern.

Telefon: (0221) 13 1041 ■ Telex: 8882307 dopo d - Telegramm: Dompotent Köln

3. Heizkessel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterkanten der Rippen des Wärmeaustauschers (2) gezackt sind.

4. Heizkessel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherkammer (8) sich in ihrem Querschnitt in Richtung auf eine an ihrem Boden befindlichen Auslaßöffnung (9) hin verjüngt.

5. Heizkessel nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mit nach unten gerichteter Flamme betriebene Brenner (1) ein Brenner mit Diffusionsflamme ist.

6. Heizkessel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mit nach unten gerichteter Flamme betriebene Brenner (1) eine Vielzahl von durch eine Brennstoffkammer hindurchführenden Luftrohren (3) aufweist und die Brennstoffkammer Austrittsöffnungen (12) besitzt, die so ausgelegt sind, daß sie Brennstoff und durch die Luftrohre hindurchtretende Luft zu einer Verbrennungszone (4) führen, die der unteren Brennerfläche benachbart ist.

7. Heizkessel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung jedes der Verbrennungsluftrohre (3) an seiner Öffnung zu der Verbrennungszone (4) einen Querschnitt von 0,01 bis 1,0 cm² besitzt und die Bohrungen der Verbrennungsluftrohre (3) mindestens 25 % der der Verbrennungszone benachbarten Brenner-Oberfläche einnehmen.

8. Heizkessel nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsluftrohre (3) einen quadratischen oder kreisförmigen Querschnitt aufweisen.

9. Heizkessel nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsluftrohre (3) so angeordnet sind, daß ihre Achsen parallel zueinander verlaufen.