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Die Erfindung betrifft einen Heizkessel für flüssige und/oder
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gasförmige Brennstoffe, bestehend aus einem der Aufnahme eines Wärmeträgers,
insbesondere Wasser dienenden Kesselgehäuse und einer sich in das Kesselgehäuse
hineinerstreckenden Brennkammer, die über eine Abgas führung an einen am Kesselgehäuse
vorgesehenen Abgasstutzen angeschlossen ist Bei einem derartigen Heizkessel können
sich die Flammgestalt und die Rauchgas- bzw. Abgasausbreitung innerhalb der Brennkammer
gegenseitig in ungünstiger Weise beeinflussen und es kann durch den direkten Kontakt
der Flamme mit der Brennkammerinnenwandung zu störenden örtlichen Überhitzungen
am Brennkammermantel kommen, die sich negativ auf die Lebensdauer der Brennkammer
auswirken.
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Außerdem besteht bei Heizkesseln immer das Problem, eine optimale
Ausnutzung der Wärmeenergie zu erzielen, was häufig schon durch die Brennkammergestaltung
erschwert wird und auch zur Folge hat, daß nur eine unzureichende Verbrennung stattfindet
und die aus dem Heizkessel austretenden Gase mit ganz erheblichen Mengen von Schadstoffen
belastet sind Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, den Wirkungsgrad
eines gattungsgemäßen Heizkessels bei gleichzeitiger Reduktion der Schadstoffbelastung
der Abgase zu verbessern und seine Wartungsfreundlichkeit zu erhöhen.
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Diese Aufgabe wird in Übereinstimmung mit dem kennzeichnenden Teil
des Hauptanspruchs dadurch gelöst, daß in der Brennkammer ein die Flammaufnahme
bildender, rohrförmiger, am innenliegenden Ende offener Einsatz angeordnet ist,
daß der Raum zwischen dem Einsatz und der Brennkammer Teil der Abgasführung ist,
und daß die Länge des rohrförmigen Einsatzes im wesentlichen dem 0,7-bis 0,8-fachen
der axialen Brennkammerlänge entspricht.
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Auf überraschend einfache Weise wird hiermit sowohl eine günstige
Flammführung wie auch eine strömungstechnisch optimale Führung der Rauch- bzw. Abgase
erreicht. Insbesondere ist die Abgasströmung unabhängig von der Gestalt der Flamme,
welche ihrerseits entkoppelt ist von der vom Wärmeträger umgebenen Brennkammer.
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Durch die Wahl des Längenverhältnisses Einsatz/Brennkammer entsteht
anschließend an das offene Ende des Brennkammereinsatzes ein relativ großvolumiger
Raum, in welchem die Abgase in radialer Richtung so umgelenkt werden, daß sie größtenteils
in den heißen Flammenbereich zurückgeführt werden, wo sie einer Nachverbrennung
unterliegen. Die nachverbrannten und damit weitgehend ruß- und schadstoffreien Abgase
gelangen dann aus dem Abgasumlenkraum in den Abgasführungsraum zwischen dem Einsatz
und der Brennkammer, wo sie einerseits über die Brennkammerwandung an den Wärmeträger
Wärme abgeben und andererseits aufgrund ihres Kontaktes mit dem Außenmantel des
von der Flamme aufgeheizten Einsatzes mit Wärme nachgeladen werden; aufgrund dieses
Wärmetransportes im Abgasführungsraum wird der gesamte Brennkammermantel gleichmäßig
mit Wärme versorgt.
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Ein relativ leiser Brennerbetrieb wird dadurch begünstigt, daß die
Abgase im großvolumigen Abgasumlenkraum "weich" in den Abgasführungsraum zwischen
dem Einsatz und der Brennkammer umgeleitet werden.
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Der Brennkammereinsatz ist zu Inspektions- und Reinigungszwecken leicht
zugänglich.
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Vorzugsweise ist die Brennkammer horizontal angeordnet, wobei der
rohrförmige Einsatz im wesentlichen achsparallel und mittig in der Brennkammer angeordnet
ist. Der rohrförmige Einsatz kann aber auch zur Oberkante der Brennkammer hin versetzt
angeordnet sein, was zu einer vergleichmäßigten Abgasströmung im Abgasführungsraum
zwischen der Brennkammer und dem Einsatz und damit zu einer gleichmäßigen Erwärmung
des Brennkammermantels führt,
da der Strömungswiderstand im vom
natürlichen Auftrieb der Abgase begünstigten oberen Bereich des Abgasführungsraumes
gegenüber dem Strömungswiderstand im unteren Bereich des Abgasführungsraum erhöht
ist.
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Eine vergleichmäßigte Abgasströmung im Abgasführungsraum kann auch
dadurch erreicht werden, daß der rohrförmige Einsatz mit seinem innenliegenden,
offenen Ende zur Oberkante der Brennkammer hin geneigt ist.
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Von Vorteil ist es, den rohrfÖrmigen Einsatz zugunsten einer langen
Haltbarkeit und Funktionsverbesserung aus Edelstahl oder aus Keramikfaser zu fertigen.
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Bei einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung ist der der Flammaufnahme
dienende Einsatz zumindest in einem Teilbereich mit Öffnungen versehen. Bevorzugt
sind die Öffnungen an den Endbereichen des Einsatzes vorgesehen, die nicht direkt
von der Flamme beaufschlagt sind, wobei Öffnungen am innenliegenden Ende des Einsatzes
die Nachverbrennung der Abgase unterstützen können, während Öffnungen am brennerseitigen
Ende des Einsatzes zu einer effektiveren Wärmenachladung des Abgases geeignet sind.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Aus führungs form des erfindungsgemäßen
Heizkessels sind zwischen dem rohrförmigen Einsatz und der Brennkammer Leitrippen
oder gleitstege ausgebildet, um den Wärmeaustausch zwischen dem Brennkammereinsatz
und der Brennkammerwandung durch zusätzliche Verwirbelung des Abgases zu verbessern.
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Vorzugsweise ist die stirnseitige Abschlußwand der Brennkammer gekrümmt
ausgeführt.
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Vorteilhaft für den Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Heizkessels
ist es, wenn die Abgasleitung, die mit dem am Kesselgehäuse vorgesehenen Abgasstutzen
verbunden ist, am brennerseitigen
Ende der Brennkammer angeschlossen
ist, da auf diese Weise die Wärmenachladung des Abgases über die gesamte Länge des
Brennkammereinsatzes stattfinden kann. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß am
brennerseitigen Ende der Brennkammer ein an die Abgas leitung angeschlossener Abgassammelkörper
ausgebildet ist, und daß die sich zwischen dem Abgasstutzen und dem Abgassammelkörper
erstreckende Abgas leitung als insbesondere mehrere Züge umfassender Wärmetauscher
ausgebildet ist.
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Eine besonders kompakte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizkessels
zeichnet sich dadurch aus, daß die Unterkante der Abgas leitung im Bereich der Oberkante
der Brennkammer angeordnet ist.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben; die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine
schematische Längsschnittansicht einer Ausführungsform eines Heizkessels nach der
Erfindung.
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Der Heizkessel besteht aus einem Kesselgehäuse 1, in dessen unterem
Teil zwischen den Gehäusestirnwänden 9 und 10 eine waagerecht ausgerichtete Brennkammer
18 angeordnet ist. Am Mantel des Kesselgehäuses 1 sind aus Stabilitätsgründen Ausbuchtungen
oder Einschnürungen 7a, 7b ausgebildet. Die Brennkammer 18 ist gegenüber der Ausbuchtung
7a am Kesselboden mittels eines Distanzstückes 19 gelagert, während die stirnseitige
Abschlußwand 21 der Brennkammer 18 mit Hilfe eines Distanzstückes 20 an einer in
der Gehäusestirnwand 9 ausgebildeten Ausbuchtung 8 abgestützt ist. Am offenen, brennerseitigen
Ende der Brennkammer 18 ist ein Abgassammelkörper 22 aufgesetzt, der sich vertikal
nach oben erstreckt. Zusammen mit diesem Abgassammelkörper 22 ist die Brennkammer
18 dicht, z.B. durch Schweißen, in die Stirnwand 10 des Kesselgehäuses so eingesetzt,
daß ein flanschartiger Rand über die Stirnwand 10 vorsteht. Auf diesem Rand ist
eine Brennermontageplatte 11 aufgesetzt, die innenseitig mit einer Wärmeisolierwand
12 beschichtet ist und eine Brennermontageöffnung 15 aufweist, die im wesentlichen
mittig zur Brennkammerachse angeordnet ist.
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Im Bereich der Brennermontageöffnung 15 ist in der Isolierwand 12
ein Stützring 13, 14 ausgebildet, der in das brennerseitige
Ende
der Brennkammer 18 hineingreift und eine Abstützung für einen Einsatz 17 bildet,
der außerdem über ein Distanzstück 25 am Brennkammerboden abgestützt ist.
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Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Brennkammereinsatz 17 mittig
in der Brennkammer 18 und parallel zur Brennkammerachse angeordnet. Durchmesser
und Länge des Einsatzes 17 sind so ausgewählt, daß die Brennerflamme 16 im wesentlichen
vollständig vom Einsatz 17 aufgenommen wird, während zwischen dem innenliegenden
Ende des Einsatzes 17 und der stirnseitigen Abschlußwand 21 der Brennkammer 1 8
ein relativ großvolumiger Abgasumlenkraum vorgesehen ist, in welchem die durch Pfeile
symbolisierten Abgase in radialer Richtung in den Raum zwischen dem Einsatz 17 und
der Brennkammer 18 umgeleitet werden. Da den Abgasen ein großer Umlenkweg zur Verfügung
steht, werden störende Turbulenzen am innenliegenden Rand des Einsatzes 17beim Eintreten
des umgelenkten Abgases in den Raum zwischen dem Einsatz und der Brennerkammer wirksam
vermieden, wodurch ein besonders leiser Betrieb dieses Heizkessels gewährleistet
ist.
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Ein großer Teil des bei der Verbrennung entstehenden Abgases wird
an der stirnseitigen Abschlußwand 21 der Brennkammer zur Flamme 16 zurückgeführt
und nachverbrannt, so daß die die Brennkammer verlassenden Abgase in hohem Maße
frei von Ruß und Schadstoff sind.
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Das im Bodenbereich des Heizkessels 1 über einen Einlaßstutzen 2 in
den Heizkessel eintretende Wärmeträgermedium umgibt die von den heißen Abgasen aufgeheizte
Brennkammer 18, wodurch den Abgasen Wärme entzogen wird. Da die Abgase jedoch gleichzeitig
im Ringraum mit dem von der Flamme aufgeheizten Einsatz 17 in Kontakt stehen, erfahren
sie eine kontinuierliche Wärmenachladung im Raum zwischen dem Einsatz 17 und der
Brennkammer 18. In diesem Zwischenraum können zur Optimierung der Strömungsgeschwindigkeit
der Abgase und damit zur Optimierung des Wärmeaustausches Leitrippen zwischen dem
Einsatz 17 und der Brennkammerwandung angeordnet sein.
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Weitere Wärmeenergie wird den Abgasen vom Wärmeträgermedium über die
Wandung der Abgasleitung 23 entzogen, welche den Abgassammelkörper 22 mit dem Abgasstutzen
4 an der Gehäusestirnwand 9 verbindet, wobei die Abgasleitung 23 insbesondere als
ein mehrere Züge umfassender Wärmetauscher ausgebildet ist.