DE3423628A1

DE3423628A1 - Heizkessel mit einer brennkammer und einem darin angeordneten brenner

Info

Publication number: DE3423628A1
Application number: DE19843423628
Authority: DE
Inventors: Herbert Vaduz Kehrel
Original assignee: AGURA ETS
Current assignee: AGURA ETS
Priority date: 1984-06-27
Filing date: 1984-06-27
Publication date: 1986-01-02

Description

Heizkessel mit einer Brennkammer und einem darin ange-
ordneten Brenner Die Erfindung betrifft einen Heizkessel mit einer Brennkammer und einem darin angeordneten Brenner, wobei das Wärmeabfuhrmedium im Gegenstrom zu den Rauchgasen in einem Kanal geführt wird, der im Querschnitt die Form eines flachen, geschlossenen Profils aufweist und bei welchem die Profillängswände stellenweise miteinander verbunden sind.
Derartige Heizkessel, bei denen eine spiralige Wicklung des das wärmeabführende Medium führenden Kanals vorliegt und bei welchem die Brennkammer in der Mitte der Spirale angeordnet ist, weisen einige Nachteile auf. Diese bestehen zum einen darin, daß die Verbindungen zwischen den Kanallängswänden den Fluß des Wärmeabführmediums behindern, daß die Wärmeübertragung vom Rauchgas auf den Kanal nicht optimal ist und insbesondere, daß das anfallende Kondensat nicht zuverlässig abgeführt werden kann.
Die Abführung des Kondensates ist aber eine wesentliche Voraussetzung für eine ausreichend lange Lebensdauer des Heizkessels, wobei auch die Verwendung von Spezialmetall oder Speziallegierungen nicht verhindern kann, daß Punkt-oder Spannungsrißkorrosion auftritt.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Gasheizkessel zu schaffen, bei welchem insbesondere eine eindeutige Kondensatabführung geschieht, ohne daß das Kondensat in Hochtemperaturbereiche des Kessels gelangen könnte. Der Kessel soll weiterhin gewährleisten, daß auf engstem Raum eine optimale Wärmeübertragung vom Rauchgas bzw. der Flammstrahlung des Brenners auf das zu erhitzende Medium erfolgt und weiterhin, daß ein ungehinderter Durchfluß des Wärmeabfuhrmediums gesichert ist.
Darüber hinaus soll der erfindungsgemäße Heizkessel sowohl Heizungs- als auch Brauchwasser ohne die Verwendung eines getrennten Boilers ermöglichen und in einer weiteren Ausgestaltung auch eine Heizluftheizung als Wärmequelle bedienen können, wobei gleichzeitig die Brauchwassererzeugung integriert ist.
Die vorgenannten Aufgaben-Merkmale sollen auf einfachste und wirtschaftlichste Art gelöst werden, wobei der Kessel insbesondere sehr kompakt sein soll und sich auch als Wärmequelle für einen Kältekreislauf oder eine thermische Wärmepumpe eignen soll.
Diese Aufgaben werden bei dem eingangs genannten Heizkessel erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Brennkammer oberhalb eines mäanderförmig gebogenen Teils des das Wärmeabführmedium führenden Kanals angeordnet ist.
Zur optimalen Ausnutzung der auftretenden Wärmeenergie setzt sich vorteilhaft der mäanderförmig geformte Teil des Profils in einem Mantel fort, welcher den mäanderförmigen Block und die Brennkammer umschließt.
Der das Wärmeabfuhrmedium führende Kanal einschließlich des Mantels und des mäanderförmigen Teils besteht vorteilhaft aus verschieden langen Profilstücken, die jeweils an ihren Enden auf Gehrung geschnitten und an den Schnittstellen miteinander verbunden sind. Das Material der Profile ist Aluminium bzw. Rein-Aluminium. Vorteilhaft kann die Verbindung durch Elektronenstrahl-Schweißen erfolgen, zur Vermeidung hohen Fertigungsaufwandes kann die Verbindung aber auch durch Schweißen mittels einer abschmelzenden Elektrode erfolgen.
Die Profilstücke des Mantels bilden seitlich der Brennkammer vom Heizmedium bzw. Wärmeabfuhrmedium durchflossene Wände, wobei zur Vermeidung von überhitzung des Innenteils dieser Wände der Mantel im oberen Bereich der Brennkammer vorteilhaft innen eine Abdeckung aus hochhitzebeständigem Material aufweisen kann. Diese hochhitzebeständige Material kann eine Nickel-Molybdän-Chrom-Legierung wie Inconel sein, alternativ ist aber auch der Einsatz von keramischem bzw. Feuerfestmaterial möglich.
Vorteilhaft zur Ausbildung verschiedener Kanäle für Heizungs- und Brauchwasser können die Längswandungen des Querschnitts des geschlossenen Profils durch Kammern ausbildende Querstege miteinander verbunden sein und nebeneinanderliegende Kammern können unterschiedlich groß sein, um den unterschiedlichen Anforderungen an die Wärmeabfuhr bei Heizungs- und Brauchwasser zu genügen.
Für den Fall, daß als Heizungsmedium Luft erhitzt werden soll, können innerhalb der größeren Kammern nach innen zeigende Rippen angeordnet sein.
Zur Führung des Rauchgases in optimaler Form beidseitig an den Mantelwandungen sowie zur Verringerung der Saugleistung des nachgeschalteten Ventilators kann das Rauchgas in zwei getrennten Teilströmen beidseitig aus der Brennkammer abgezogen werden und getrennt auf verschiedenen Seiten des das Wärmeabführmediums führenden Kanals strömen.
In die Mäanderschlingen sind rauchgasseitig Leitbleche eingeschoben, um ein vollständiges Durchströmen des Innenraums der Schlingen zu gewährleisten und zur Verbesserung des Wärmeüberganges können diese Leitbleche Stufen oder Sicken aufweisen oder anders geartet profiliert sein.
Der Block selbst kann gegenüber dem Mantel mit Blöcken gehalten werden, die den Durchtritt der Rauchgase nicht oder nicht wesentlich zu behindern vermögen.
Der erfindungsgemäße Heizkessel bietet erstmalig die Möglichkeit, neben einer optimalen Wärmeausbeute auch eine ausreichende Kondensatableitung zu vereinen, da das Kondensat im untersten Teil des Kesselblocks anfällt und in diesem Teil von geringer Temperatur ohne Korrosionsschäden befürchten zu müssen abgeführt werden kann. Er bietet also eine ideale Lösung der anstehenden Probleme.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen: Figur 1 im perspektivischen Teilschnitt einen in eine isolierende Schale eingebauten Kesselblock in der erfindungsgemäßen Ausbildung, Figur 2 die Frontansicht des entsprechenden Kesselblocks gemäß Figur 1, Figur 3 einen Schnitt durch das für die Führung der wärmeabführenden Medien verwendete Profil und Figur 4 das Profil gemäß Figur 3 für die Erhitzung von Heizungsluft neben der Erhitzung von Brauchwasser.
Gemäß den Figuren weist der erfindungsgemäße Heizkessel innerhalb einer isolierenden Schale 17 einen mäanderförmigen Kesselblock 15 auf, über welchem eine Brennkammer 3 mit einem Brenner 4 angeordnet sind und wobei diese Anordnung und der Block 15 von einem wasserführenden Mantel 5 umgeben sind.
Der Einlauf für die beiden zu erwärmenden Medien erfolgt gemäß Figur 2 unten, wobei der Auslauf rechts in halber Höhe erfolgt. Dadurch ist gewährleistet, daß das ausströmende Rauchgas im Gegenstrom an dem kalten einlaufenden Wasser gekühlt wird, währen das auslaufende Wasser im Bereich hoher Rauchgastemperaturen bzw. im Bereich von Flammstrahlung strömt.
Der wasserführende Kanal besteht aus Profilstücken 1 und 2 verschiedener Länge, die an ihren Stoßstellen auf Gehrung geschnitten und dort durch Elektrodenstrahlschweißen miteinander verbunden sind. Im Bereich des mäanderförmigen Blocks 15 werden also jeweils zwei längere Profilstücke 1 durch ein dazwischenliegendes kürzeres 2 miteinader verbunden.
Besonders vorteilhaft ist dabei, daß durch das Elektrodenschweißverfahren Schweißwülste nicht auftreten, die den Durchgang der Medien behindern würden und daß auch die inneren Stege 7 der Profile 1 und 2 sicher miteinander verschweißt werden.
Die Längswände 6 der Profile 1 und 2 sind mit anch außen weisenden Rippen 11 versehen, sie werden durch die bereits genannten Querstege 7 miteinander verbunden und zugleich auf Abstand gehalten. Es ist also möglich, die wärmeabführenden Medien unter erheblichem Druck zu halten.
Gemäß Figur 3 wird das Brauchwasser in den kleineren, durch die Stege 7 gebildeten Kammern 9 und das Heizungswasser in den größeren 8 geführt. Für die Erhitzung von Heizungsluft können allerdings in den größeren Rammern 8 innere Rippen 10 angeordnet sein, die die notwendige Wärmeübertragung von den Wandungen zu der Luft vornehmen.
Der die Wärme abführenden Medien führende Kanal bildet seitlich der Brennkammer Wände 12 und die Brennkammer selbst kann - wie gezeigt - in ihrem oberen Bereich eine Abdeckung 16 aus warmfestem Material aufweisen, eine solche kann aber auch in ihrem unteren Bereich und an der inneren Fläche der Wände 12 vorgesehen sein.
Die Abdeckung 16 kann aus hochwarmfesten Nickel-Molybdän-Chrom-Legierungen bestehen, es können aber auch keramische bzw. feuerfeste Materialien zum Einsatz kommen.
Die Rauchgase werden gemäß Figur 1 und 2 in zwei Teilströmen seitlich der Brennkammern abgezogen und auf verschiedenen Seiten der Profile 1 und 2 in Mäanderform dadurch geführt, daß in die Mäanderschlingen Leitbleche 13 eingesetzt sind, die zur Verbesserung des Wärmeüberganges zu den Profilen hin Stufen oder Sicken oder dergleichen aufweisen können.
Es ist der besondere Vorteil der Erfindung, daß die Einzelteile in einer Kartonverpackung verschickt werden können und daß sie nach Zusammenfügen durch verhältnismäßig einfache Mittel, z.B. Pressen, zusammengefügt werden können. Es ist so nicht nur ein einfacher Transport möglich, sondern aufgrund des eingangs genannten Baukastenprinzips kann durch Zuschneiden der Länge der Profile 1 ein Kessel beliebiger Größe je nach spezieller Anforderung geschaffen werden. Die Verpackungen selbst können natürlich auch die Einzelstücke bereits vorgelängt enthalten, wobei durch Nebeneinandersetzen verschiedener Heizregister eine Leistungssteigerung in beliebiger Größe eingestellt werden kann.
- LeeKs'eite -

Claims

P a t e n t a n s P r U c.h e : /1. Heizkessel mit einer Brennkammer und einem darin angeordneten Brenner, wobei das Wärmeabfuhrmedium im Gegenstrom zu den Rauchgasen in einem Kanal geführt wird, der im Querschnitt die Form eines flachen, geschlossenen Profils aufweist und bei welchem die Profillängswände stellenweise miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (3) oberhalb eines mäanderförmig gebogenen Teils des das Wärmeabführmedium führenden Kanals angeordnet ist.
2. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der mäanderförmig geformte Teil des Kanals bzw. des ihn bildenden Profils (1, 2) in einem Mantel (5) fortsetzt, welcher den mäanderförmig geformten Teil (15) und die Brennkammer (3) umschließt.
3. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der das Wärmeabführmedium führende Kanal aus verschieden langen Profilstücken (1, 2) besteht, die jeweils an ihren Enden auf Gehrung geschnitten und an den Schnittstellen miteinander verbunden sind.
4. Heizkessel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung durch Elektronenstrahlschweißen erfolgt ist.
5. Heizkessel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung durch Schweißen mittels einer abschmelzenden Elektrode erfolgt ist.
6. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilstücke seitlich der Brennkammer (3) vom Heizmedium durchflossene Wände (12) bilden.
7. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (5) im oberen Bereich der Brennkammer (3) innen eine Abdeckung (16) aus hochhitzebeständigem Material aufweist.
8. Heizkessel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das hochhitzebeständige Material eine Nickel-Molybdän-Chrom-Legierung wie Inconel ist.
9. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Längswandungen (6) des Querschnitts des geschlossenen Profils durch Kammern (8, 9) ausbildende Querstege (7) miteinander verbunden sind.
10. Heizkessel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß nebeneinanderliegende Kammern (8, 9) unterschiedlich groß sind.
11. Heizkessel nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der größeren Kammer (8) nach innen zeigende Rippen (10) angeordnet sind.
12. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in den Mäanderschlingen Leitbleche (13) für das Rauchgas angeordnet sind.
13. Heizkessel nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitbleche (13) Stufen oder Sicken aufweisen oder sonstwie profiliert sind.
14. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der den mäanderförmigen Block (15) bildende Teil des Kanals mit dem Mantel (5) über Rlötze (14) verbunden ist.
15. Heizkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rauchgas in zwei getrennten Teilströmen beidseitig aus der Brennkammer (3) abgezogen wird und getrennt auf verschiedenen Seiten des das Wärmeabführmedium führenden Kanals strömt.