DE3546368A1 - Heizkessel - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Heizkessel mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.

Es ist eine Vielzahl stehend angeordneter Kessel mit Sturzbrennern bekannt, von denen einige eine nach unten geschlossene Brennkammer aufweisen, wodurch die Flammen bzw. nach dem Ausbrand die Rauchgase innerhalb der Brenn­ kammer hinsichtlich ihrer Strömungsrichtung umgekehrt werden. Eine solche Brennkammer wird verhältnismäßig heiß. Bei einigen solcher Brenner ist der oder einer von mehreren ringförmig umeinander angeordneten Wassermänteln direkt der Brennkammerwandung benachbart, und die umge­ lenkten Flammen bzw. Rauchgase werden entweder im Bereich seitlich der den Brenner aufnehmenden Stirnseite des Kes­ sels oder nach abermaligem Umlenken in einen Ringraum, Rauchzüge oder dergleichen parallel zur Mantelwandung der Brennkammer an deren dem Brenner abgewandten Stirnseite abgeführt. Eine Rauchgasführung der letztgenannten Art parallel zur Zylinderwandung ist auch dergestalt vorgese­ hen, daß an die Brennkammeraußenwandung selbst kein Was­ serraum angrenzt, sondern erst radial auswärts von Rauch­ gaszügen bzw. Heizgasringräumen angeordnet ist. Bei ei­ nem Kessel dieser Art - DE-OS 33 29 777 - gelangen die aus der Umkehr-Brennkammer nach oben zu der den Brenner tragenden Stirnseite hin abgelenkten Flammen bzw. Rauch­ gase in einen ringförmig um die Brennkammer herum ange­ ordneten Heizgasraum, werden in diesem nach unten gelei­ tet und dort durch eine Austrittskammer abgeführt. Da­ durch ergibt sich ein Nachteil dahingehend, daß die Rauchgase am Ende ihres Abwärtsweges, wenn sie also be­ absichtigtermaßen ihre Temperatur weitgehend an das Was­ ser abgegeben haben, an den Taupunkt gelangen können. Das dann entstehende Kondensat läuft nach unten in den Be­ reich des Heizgasraumes, der in zunehmendem Umfange küh­ ler wird. Dadurch kann sich im Raum unterhalb des Heiz­ gasraumes bzw. der Heizgaskanäle für die Lebensdauer des Kessels schädliches Kondensat ansammeln.

Weiterhin sind Kessel mit von Sturzbrennern von oben her beheizten Brennkammern bekannt, die nach unten offen sind und bei denen die Rauchgase in Rohre aufgenommen werden, die sich parallel zur vertikalen Brennkammer-Längsachse nach oben hin erstrecken. Dort werden die Rauchgase ge­ sammelt und abgeführt. Die Rohre sind durch einen Wasser­ mantel geführt, weshalb Wasser unmittelbar an die Mantel­ wandung der Brennerkammer gerät, wodurch diese stark ab­ gekühlt wird. Das führt zu einer mangelhaften Verbrennung und damit zu einer erhöhten Ablagerung von Verbrennungs­ rückständen, was insbesondere bei Öl als Brennstoff der Fall ist. Um dem zu begegnen, hat man solche Brennerkam­ mern bereits mit einer Isolierung versehen - DE-OS 30 30 230 -.

Bekannte Kessel der eingangs genannten Art - z.B. DE-OS 23 49 202 und DE-GM 75 22 040 - mit nach unten offener Brennkammer und Umlenkung der Rauchgase in einen mehr oder weniger in Umfangsrichtung unterteilten ringförmi­ gen Heizgasraum, der angrenzend an die Mantelwandung der Brennkammer zwischen dieser und einer äußeren Wasserkam­ mer ausgebildet ist, weisen aufgrund der Aufwärtsführung der Rauchgase im Wärmetauscherbereich den grundsätzlichen Vorteil auf, daß eine eventuell im oberen kühlen Bereich stattfindende Kondensat-Bildung insoweit unschädlich sein kann, als das Kondensat aufgrund der Schwerkraft in den nach unten hin zunehmend heißer werdenden Bereich des Heizgasraumes gelangen und dort verdampft werden kann. Dieser grundsätzlich mögliche Vorteil ist in diesem Stand der Technik nicht angesprochen und dürfte angesichts der Forderung nach gutem Wirkungsgrad bzw. hoher Wärmeüber­ tragungsleistung und damit niedriger Abgastemperatur ei­ nerseits und der Tatsache, daß bei diesen bekannten Kes­ seln das Rauchgas in dem Heizgasraum über die gesamte Wärmetauscher-Strömungsstrecke hinweg gleichmäßig mehr oder weniger stark durch die angrenzende Mantelwandung der Brennkammer aufgeheizt wird, andererseits, nicht ge­ nutzt sein, zumal bei modernen Heizungsanlagen oft mit niedrigen Differenztemperaturen bzw. im Niedrig-Tempera­ tur-Bereich gearbeitet wird. Es wird mit diesen bekannten Brennern demnach entweder mit unwirtschaftlich hohen Ab­ gastemperaturen gearbeitet, oder es besteht innerhalb der bestimmungsgemäßen Bandbreite der Betriebsbedingungen die Gefahr einer Kondensatbildung über so große Bereiche der Strömungsstrecke der Rauchgase innerhalb des Heizgasrau­ mes hinweg, daß eine Verdampfung in der unteren heißeren Zone nicht mehr gewährleistet ist und schädliche Konden­ satansammlungen auftreten, worunter die Lebensdauer des Kessels leidet. Dabei ist vorausgesetzt, daß innerhalb des Heizgasraumes keine solchen Rippen oder dergleichen vorhanden sind, die eine Kondensatansammlung bereits in den Kondensierzonen ermöglichen. Damit sind aber nach den bekannten Kesselausbildungen nur mangelhafte Wärmeaus­ tauschbedingungen gegeben bzw. komplizierte Ausbildungen erforderlich, wie beispielsweise die beiderseits der In­ nenwandung der Wasserkammer vorgesehenen Zapfen und Wen­ del-Rippenausbildungen bei dem Kessel nach der DE-OS 23 49 202.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Heizkes­ sel der eingangs genannten Art zu schaffen, der nach Wir­ kungsgrad, Herstellungskosten und Lebensdauer möglichst wirtschaftlich ist.

Ausgehend von einem Heizkessel mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 wird diese Aufgabe erfin­ dungsgemäß durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Isolierung eines Teils der Mantelwandung der Brennkammer, nämlich derart, daß der Wärmeübergang von der Brennkammer zu dem Heizgas­ raum in einem oberen Bereich zumindest eingeschränkt ist, wird erreicht, daß aufgrund unterbundener Nachheizung der Rauchgase in diesem oberen Bereich des Heizgasraumes eine niedrige Abgastemperatur erreichbar ist, obwohl über den Großteil der Strömungsstrecke der Rauchgase innerhalb des Heizgasraumes hinweg so hohe Temperaturen herrschen, daß über die bestimmungsgemäße Bandbreite der jeweiligen Be­ triebsbedingungen hinweg keine Kondensatbildung auftritt. Eine gegebenenfalls auftretende Kondensatbildung bleibt somit auf den oberen Bereich des Heizgasraumes be­ schränkt, das Kondensat kann innerhalb des Heizgasraumes nach unten in Richtung höherer Betriebstemperaturen über eine große Strecke hinweg abfließen, so daß dessen Ver­ dampfung sichergestellt werden kann. Würde man die gesam­ te Mantelwandung der Brennkammer isolieren - DE-GM 74 09 278 -, so würden sich ähnlich nachteilige Verhält­ nisse einstellen wie bei einer insgesamt nicht isolierten Mantelwandung der Brennkammer. Die Rauchgase würden ent­ sprechend heißer in den Umlenkraum und damit an die In­ nenwandung der Wasserkammer gelangen, sie würden dann je­ doch nach einem gleichmäßigen Temperaturabfallgradienten abgekühlt. Erfindungsgemäß wird dem gegenüber das Rauch­ gas im unteren bis mittleren Bereich der Aufwärtsströ­ mungsstrecke innerhalb des Heizgasraumes nachgeheizt und erst im oberen Bereich durch die behinderte Nachheizung auf eine wirtschaftliche Abgastemperatur abgekühlt, wo­ durch sich neben dem Vorteil der sicheren Verdampfung eventuell im oberen Bereich auftretenden Kondensats zu­ sätzlich bessere Wärmeübergangsleistungen zwischen dem Rauchgas und dem Wasser innerhalb der Wasserkammer erge­ ben. Darüber hinaus wird eine hohe Wärmebelastung der In­ nenwandung der Wasserkammer im Bereich des Umlenkraumes und dem Anfangsbereich des Heizgasraumes vermieden, was bei Ausführung der Innenwandung der Wasserkammer aus Guß­ material von Vorteil ist.

Aufgrund des breiten Einsatzspektrums und der sehr unter­ schiedlich geforderten Leistung wird man voraussicht­ lich nicht umhin kommen, mehrere Kesselgrößen bereitzu­ stellen, so etwa drei Typen für den Zentralheizungsbe­ reich. Innerhalb dieser Bereiche gelingt es mit der Er­ findung, die Kessel an die jeweils unterschiedlichen Be­ triebsbedingungen durch die Größenordnung der Isolierung im oberen Abschnitt der Brennkammer anzupassen. Diese An­ passung geschieht vor allen Dingen durch die Variierung der axialen Ausdehnung der Isolierung, also der Größen­ ordnung des Abschnittes bzw. des oberen Bereiches des Heizgaskanales, in welchem keine Nachheizung erfolgen soll, und durch die Größenordnung der Isolationswirkung, die durch unterschiedliche Isolierwerkstoffe oder aber - hier vereinfacht unter Zugrundelegung eines einheitli­ chen Isolierstoffes gesehen - durch die Wahl der Isolier­ schichtdicke. Auf diese Weise werden die Herstellkosten erheblich gesenkt. Isolierungen unterschiedlicher Abmes­ sungen lassen sich werkseitig anbringen, es ist jedoch auch möglich, solche unterschiedlichen Isolierungen, ins­ besondere in Gestalt von Isolierkörpern, vorgefertigt zur Verfügung zu stellen, so daß sie auch am Einsatzort des jeweiligen Kessels an die dortigen Betriebsbedingungen angepaßt ausgewählt werden können.

Obwohl durch die nach unten offene Brennkammer deren be­ sonders starke Erhitzung vermieden wird, treten hier durch die direkte Flammenbeaufschlagung doch Wärmespitzen auf, die für Gußmaterial nicht so verträglich sind. Aus diesem Grunde wird in besonders bevorzugter Ausführung der Er­ findung die Brennkammer aus hitzebeständigem Stahl herge­ stellt, und zwar vorzugsweise aus einem Stahlrohr, insbe­ sondere kreiszylindrischen Querschnittes. Grundsätzlich kann jede Zylinderform, auch mit mehreckigem Querschnitt und/oder leicht konischer Gestalt, eingesetzt werden, wo­ bei die Wasserkammer hinsichtlich ihrer Querschnittsgestalt der Grundrißform der Brennkammer folgen oder auch davon abweichen kann, letzteres insbesondere hinsichtlich ihrer Außenwandung.

Grundsätzlich könnte man die Wasserkammer ausschließlich aus Stahlblech herstellen. Dabei würden wiederum in her­ stellungstechnisch sehr einfacher Weise zwei koaxial zueinander anzuordnende Rohre unterschiedlichen Durch­ messers verwendbar sein, die in ihrem Stirnseitenbereich miteinander zu einem geschlossenen Hohlraum zwischen den Rohrmänteln verbunden werden. In besonders bevorzugter Ausführung wird jedoch zumindest die den Heizgaskanal nach außen hin begrenzende Innenwandung der Wasserkammer aus Gußmaterial, insbesondere aus Grauguß, hergestellt. Hier treten Wärmespitzen nicht auf bzw. lassen sich ver­ meiden. Während die innere Begrenzung des Heizgaskanales durch die heiße Mantelwandung der Brennkammer gebildet wird, an der sich kein Kondensat niederschlagen und an­ sammeln kann, ist dies bei der äußeren Begrenzung des Heizgaskanales durch die Innenwand der Wasserkammer wahr­ scheinlicher. Der Guß bildet durch Aufnahme von Silikat eine sehr korrosionsbeständige Gußhaut, die auch wesent­ lich widerstandsfähiger gegen Kondensat ist als Stahl. Voraussetzung dafür ist allerdings, daß diese Gußhaut unverletzt bleibt. Gußhautverletzungen treten durch Be­ arbeitung und auch durch Reibbelastung auf. Aus diesem Grunde ist in bevorzugter Ausführung die Innenwand der Wasserkammer einstückig durchgehend und zumindest im Be­ grenzungsbereich des Heizgaskanales unbearbeitet ausge­ bildet. Vorzugsweise besteht die Wasserkammer insgesamt aus einem einstückigen Gußteil.

In weiterhin besonders bevorzugter Ausführung ist der Wasserkammer-Hohlraum auf den Mantelbereich beschränkt, so daß die Wasserkammer und damit auch deren Innenwandung rohrförmig ausgebildet werden kann. Auf diese Weise läßt sich die Wasserkammer als Gußteil gut herstellen, weil der Hohlraum innerhalb der Innenwandung von beiden Stirn­ seiten her zugänglich ist. Der untere stirnseitige Abschluß wird durch einen Bodenisolierkörper gebildet, der den Um­ lenkraum nach unten hin begrenzt. Dieser Bodenisolierkör­ per ist derart bemessen, daß er den Verzweigungspunkt zwi­ schen der Innenwandung und der Verbindung zur Außenwandung im unteren Bereich der Wasserkammer überdeckt, d. h. der wasserführende Hohlraum der Wasserkammer ist bis in den Mantelbereich des Bodenisolierkörpers geführt. Auf diese Weise wird Wärmeverlust vermieden und die Verzweigung an der Außenseite der Innenwandung vor Überhitzung geschützt.

An der Innenwandung der Wasserkammer können in an sich bekannter Weise Rippen ausgebildet sein, die in den Heiz­ gaskanal hineinragen und somit die Wärmetauscherfläche für das Heizgas vergrößern. Auch ist in gewisser Weise eine Verlängerung des Rauchgasweges durch den Heizgaskanal möglich. Diese Rippen sollen aber erfindungsgemäß aus­ schließen, daß Kondensatansammlung gebildet werden kann.

Aus diesem Grunde unterliegt die Formgebung der Rippen ge­ wissen Beschränkungen, sie dürfen insbesondere in Längs­ richtung des Kessels gesehen keine Kondensatbarrieren bil­ den. Die Wärmeübergangsverhältnisse zwischen dem Heizwasser und der Innenwandung der Wasserkammer sind im Vergleich zu denjenigen zwischen dem Rauchgas und der Innenwandung un­ gleich besser. Aus diesem Grunde bedarf es keiner Flächen­ vergrößerung, Verwirbelung oder dergleichen innerhalb des Wassermantels. Innerhalb des Heizgaskanals dagegen soll nicht nur eine Flächenvergrößerung, sondern möglichst auch eine Verwirbelung des Rauchgases stattfinden. Zu diesem Zwecke sind in bevorzugter Ausführung an der Außenseite der Mantelwandung der Kammer Turbulatoren vorgesehen, die sich insbesondere auch in radialen Ebenen erstrecken kön­ nen und damit etwa senkrecht zur Längsrichtung des Heiz­ gaskanales verlaufen. Auf diese Weise wird das Rauchgas erheblichen Turbulenzen unterzogen. Da die Mantelwandung der Brennkammer heiß ist, findet keine Kondensatbildung statt, so daß die Turbulatoren von irgendwelchen Konden­ sat-Abfließbedingungen frei sind.

In besonders bevorzugter Ausführung wird die Strömungsge­ schwindigkeit des Rauchgases innerhalb der Heizgaskammer durch eine Querschnittsverengung in dessen oberem Abschluß­ bereich beeinflußt, insbesondere durch einen Stauring, der in radialer Ebene gesehen von der Außenfläche der Mantel­ wandung der Brennkammer abragt. Dabei kann der Stauring radial so bemessen werden, daß er auf den oberen Kanten der Rippen der Innenwandung aufliegt. Damit läßt sich er­ reichen, daß die Brennkammer in die Wasserkammer eingehängt und an dieser abgestützt ist. Der Stauring übernimmt in­ soweit zwei Funktionen.

In weiterhin bevorzugter Ausführung wird die rohrförmige Brennkammer bis in den oberen Stirnbereich des Kessels fort­ geführt und begrenzt somit den oberhalb des ringförmigen Heizgaskanales gelegenen ringförmigen Gasabführraum. Die Isolierung im oberen Bereich der Brennkammer wird von der Stirnseite ausgehend angeordnet, so daß der Rauchgasabführ­ raum durch diese Isolierung ebenfalls vor Erwärmung ge­ schützt wird.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen im Zusammenhang mit den in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispielen, auf die besonders Bezug genommen wird und deren nachfolgende Be­ schreibung die Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Kessel gemäß Aus­ führungsbeispiel;

Fig. 2 bis 4 unterschiedliche Formgebungen von Rippen.

Der aus Fig. 1 ersichtliche Kessel weist eine Brennkammer 1 auf, deren seitliche Berandung durch eine Mantelwandung 2 in Form eines Stahlrohres mit kreisringförmigem Querschnitt gebildet ist, das an seiner oberen Stirnseite 3 und seiner unteren Stirnseite 4 offen ist. Damit ergibt sich eine äußerst einfache Herstellung dieser Mantelwandung 2. Im Betrieb ist der Kessel "stehend" angeordnet, die Längsachse 5 der rohrförmigen Brennkammer 1 steht also etwa senkrecht. Koaxial zu der Brennkammer 1 und mit Abstand von deren Mantelwandung 2 ist eine insgesamt mit 6 bezeichnete Was­ serkammer vorgesehen, deren Innenwandung 7 und deren Außen­ wandung 8 ebenfalls die Form von Rohren mit kreisringförmi­ gem Querschnitt aufweisen. Die Innenwandung 7 und die Außenwandung 8 sind durch eine obere Stirnwandung 9 und eine untere Stirnwandung 10 miteinander verbunden, so daß zwischen der Außenseite der Innenwandung 7 und der Innen­ seite der Außenwandung 8 ein hohlzylindrischer Raum ent­ steht, in welchen in bekannter Weise über einen Einlauf­ stutzen und einen Auslaufstutzen Wasser zirkulierend ge­ führt wird. In vorliegendem Falle besteht die gesamte Wasserkammer 6 aus einem einstückigen Gußteil, insbeson­ dere aus Grauguß, d. h. die Wandungen 7 bis 10 gehen ein­ stückig ineinander über. Die Außenwandung 8 ist über die obere Stirnwandung 9 bis etwa in den Bereich der Ebene der oberen Stirnseite 3 der Brennkammer 1 hinausgeführt, während die Innenwandung 7 nach unten hin über die unte­ re Stirnwandung 10 der Wasserkammer 6 hinausreicht und einen unteren Randbereich 11 bildet. In diesen Randbe­ reich ist ein Bodenisolierkörper 12 aus feuerbeständigen und wärmedämmendem Material derart eingesetzt, daß ein dichter Abschluß der durch die rohrförmige Innenwandung 7 gebildeten unteren Stirnseite erreicht wird. Der Boden­ isolierkörper 12 bildet den unteren Abschluß eines Um­ lenkraumes 13, wobei zwischen der unteren Abschlußebene 14 des Umlenkraumes 13 und dem unteren Rand bzw. der Stirn­ seite 4 der Mantelwandung 2 ein deutlicher Abstand freige­ lassen ist. Der Bodenisolierkörper 12 ist so angeordnet bzw. bemessen, daß er mit seiner dicht an der Innenseite des unteren Randbereiches 11 der Innenwandung 7 anliegen­ den Mantelberandung 28 nach oben hin gesehen den Bereich übergreift, in welchen die untere Stirnwandung 10 der Was­ serkammer 6 in die Innenwandung 7 übergeht. Das bedeutet, daß der Hohlraum der Wasserkammer 6 bis unterhalb der un­ teren Abschlußebene 14 des Umlenkraumes 13 reicht. Auf die­ se Weise wird im Umlenkraum 13 herrschende Wärme dem Was­ ser in der Wasserkammer 6 zugeführt und geht nicht ver­ loren, darüber hinaus wird der Übergangsbereich zwischen der unteren Stirnwandung 10 und der Innenwandung 7 der Was­ serkammer 6 vor hoher Wärmebeaufschlagung geschützt.

Die obere Stirnseite 3 der Brennkammer 1 und die von der oberen Berandung der Außenwandung 8 der Wasserkammer 6 um­ faßte Fläche wird von einer Kesseltür 15 übergriffen, die an ihrer dem Kesselinneren zugewandten Seite eine Isolier­ platte 16 aufweist, in deren Mittelbereich eine Öffnung für den Anschluß an den nicht dargestellten, oberhalb der Kesseltür 15 anzuordnenden Brenner freigelassen ist. Zwi­ schen dem oberen Randbereich der Mantelwandung 2 und dem in radialer Richtung parallel dazu verlaufenden oberem Randbereich der Außenwandung 8 ist ein Rauchgasabführraum 17 ausgebildet, der durch eine kreisringförmige Isolierschicht 18 von der Außenwandung 8 isoliert ist. An einer Umfangs­ stelle ist durch diese Isolierschicht 18 und den angrenzen­ den Bereich der Außenwandung 8 ein Rauchgasauslaß 19 in Form eines Rohrstutzens vorgesehen.

Zwischen der Außenseite der Mantelwandung 2 der Brennkam­ mer 1 und der Innenseite der Innenwandung 7 der Wasserkam­ mer 6 ist ein hohlzylindrischer Raum freigelassen, der einen Heizgaskanal 20 bildet. Die in der Brennkammer 1 mit Hilfe des nicht dargestellten Brenners nach Ausbren­ nen der Flamme auftretenden heißen Rauchgase werden durch den Umlenkraum 13 in den kreisringförmigen unteren Bereich des hohlzylindrischen Heizgaskanales eingeleitet, durch­ strömen diesen von unten nach oben und gelangen in den oberhalb des oberen kreisringförmigen Ausganges des Heiz­ gaskanales gelegenen Rauchgasabführraum 17 und von dort über den Auslaß 19 in einen nicht dargestellten Rauchgas­ abzug. Um die Wärmeübergangsleistung zwischen dem heißen Rauchgas und der Innenwandung 7 der Wasserkammer 6 und da­ mit an dessen Wasser zu verbessern, sind an der Innenseite der Innenwandung 7 in den Heizgaskanal vorspringende Rip­ pen 21 ausgeformt, die parallel zur Längsachse 5 verlau­ fen können oder aber auch zick-zack-förmig ausgebildet sind, wie dies die Fig. 2 bis 4 zeigen. Die Rippen 21 sind über den Umfang verteilt einstückig mit der Innenwan­ dung 7 bzw. der gesamten Wasserkammer 8 ausgebildet, werden also bereits bei Herstellung des Gußteiles mit ausgeformt, so daß auch hier die unverletzte Gußhaut erhalten bleibt.

An der Außenseite der Mantelwandung 2 der Brennkammer 1 sind in radialen Ebenen verlaufende, ringförmige Turbula­ toren 22 angeordnet, die ihrerseits nach außen gerichtet in den Heizgaskanal vorspringen, und zwar derart, daß sie einen geringen Abstand von den Rippen wahren. Dies dient einmal der Vermeidung von Wärmebrücken zwischen der Außen­ wandung 7 und der Mantelwandung 2, vor allem aber um die Brennkammer 1 nachträglich in die Wasserkammer 6 einsetzen zu können. Im übrigen dienen die Turbulatoren 22 dazu, die in dem Heizgaskanal aufsteigenden Rauchgase, die über einen Großteil der axialen Länge der Brennkammer 1 von unter her gesehen an der Außenfläche der Mantelwandung 2 nachgeheizt werden, in Richtung auf die Rippen 21 bzw. die Außenwandung 7 der Wasserkammer 6 abzulenken und zu verwirbeln. Auf diese Weise wird die Wärmeübergangsleistung zwischen der Gesamt­ heit des Rauchgases und dem Wasser erheblich verbessert.

Ein radial innerer Teilbereich der oberen kreisringförmigen Ausgangsfläche des Heizgaskanales ist mit Hilfe eines in radialer Ebene von der Mantelwandung 2 der Brennkammer 1 abstehend angeordneten Stauringes 23 abgedeckt, wodurch innerhalb des Heizgaskanales ein gewisser Stau mit der Folge einer Strömungsbeeinflussung hin zu niedrigen Ge­ schwindigkeiten erreicht wird. Durch Wahl der radialen Ausdehnung des Stauringes kann man die Breite des ver­ bleibenden kreisringförmigen, radial außen liegenden Durch­ trittsraumes von dem Kanal 20 in den Abführraum bestimmen. Der Stauring 23 ist an der Außenseite der Mantelwandung 2 der Brennkammer 1 festgeschweißt, so auch die Turbulatoren 22. In anderer Ausführung können die Turbulatoren 22 und/ oder der Stauring 23 auch durch Sicken gewonnen werden, die aus der Mantelebene der Wandung 2 entsprechend herausge­ drückt sind.

Der Stauring 23 beschränkt aber nicht nur die Übertritts­ fläche zwischen dem Heizgaskanal 20 und dem Rauchgasab­ führraum 17 im Bereich der Übertrittsebene bzw. oberen Endebene 27 des Kanals 20, er dient darüber hinaus der Abstützung der Brennkammer 1 an der Wasserkammer 6, in­ dem der Stauring 23 auf den oberen Kanten der Rippen 21 aufliegt. Damit läßt sich die Brennkammer 1 insgesamt von oben her in den entsprechenden Freiraum der Wasserkammer 6 einsetzen und an dieser abstützen, was die Montage ent­ sprechend einfach gestaltet. Von der oberen Stirnseite 3 aus über einen in Anpassung an die jeweils zu erfüllen­ den Betriebsbedingungen wählbaren Bereich nach unten er­ streckt sich an der Innenseite der Mantelwandung 2 der Brennkammer 1 eine Isolierung 24, hier in Form eines vor­ gefertigten Isolierkörpers, der mit seiner unteren kreis­ ringförmigen Stirnfläche über einen Haltering 25 an der Mantelwandung 2 festgelegt ist. Die Isolierung 24 erstreckt sich somit von oben her gesehen zunächst parallel zu dem den obersten Bereich der Brennkammer 1 außen umfassenden Rauchgasabführraum 17 und dann über einen in Richtung der Längsachse 5 gesehen wählbaren Abschnitt parallel zu einem oberen Bereich 26 des Heizgaskanales 20. Während in dem von der Isolierung 24 freien Bereich der Mantelwandung 2 Wärme von der Brennkammer 1 in den Heizgaskanal 20 über­ treten und das dort strömende Rauchgas nachheizen kann, ist dies im oberen Bereich 26 durch die Isolierung 24 zu­ mindest weitgehend bzw. in wählbarer Größenordnung ver­ hindert. Damit erreicht man, daß die Temperaturabnahme der Rauchgase in dem von der Isolierung 24 freien Bereich schwächer, im oberen Bereich 26 dagegen stärker wird. Die Folge ist, daß eine Taupunktunterschreitung des Rauchgases in dem Heizgaskanal 20 außerhalb des Bereiches 26 völlig ausgeschlossen werden kann und dennoch eine niedrige Ab­ gastemperatur erzielt wird. In idealer Einstellung wird man eine Kondensatbildung auch im Bereich 26 verhindern. Da die Betriebsbedingungen jedoch nicht konstant sind, kann Kondensatbildung im Bereich 26 auftreten, was insoweit un­ schädlich ist, als dieses Kondensat aufgrund der Rippenge­ staltung ungehindert an diesen bzw. der Innenseite der Innenwandung 7 nach unten in den zunehmend heißeren Be­ reich des Heizgaskanales entgegen der Strömungsrichtung der Rauchgase abfließen kann und somit zuverläßig verdampft. Im Bereich der Turbulatoren 22 findet keine Kondensatbil­ dung statt, weil die Mantelwandung 2 entsprechend heiß ist.

In den Fig. 2, 3 und 4 sind einige Ausführungsbeispiele für die Formgebung der Rippen dargestellt, die eine Be­ hinderung des Abfließens von Kondensat ausschließen. In einfachster Weise sind die Rippen gemäß Fig. 2 gradlinig und parallel zur Längsachse 5 verlaufend ausgebildet. Fig. 2 zeigt eine zick-zack-förmige Ausbildung, wobei die ab­ wechselnd in der einen und der anderen Richtung schräg ver­ laufenden Teilbereiche der Rippen aus der parellen zur Längsachse 5 um weniger als 45° abweichen. In Fig. 3 sind diese Teilbereiche tatsächlich als solche ausgebil­ det, d. h. zwischen den abwechselnd schräg verlaufenden Teilbereichen der Rippen sind diese unterbrochen. Damit kann eine zusätzliche Verwirbelung des Rauchgases erreicht werden. Selbstverständlich sind auch wellenförmige Rip­ penausbildungen und ähnliche Formen denkbar, die lediglich sicherstellen müssen, daß keine Kondensatansammlung erfol­ gen kann.

Nach dem Ausführungsbeispiel erhält man einen insgesamt sehr einfach herzustellenden Kessel, bei dem die für einen lang­ lebigen Betrieb und für die richtige Werkstoffbeaufschlagung getroffenen Maßnahmen sowie der Wirkungsgrad optimiert sind.

Dort wo Hitzebeanspruchungen auftreten, die Gußmaterial nicht so gut verträgt, wird ein hitzebeständiger Stahl ein­ gesetzt, der andererseits durch Kondensatbelastung wegen der hohen Temperatur nicht gefährdet ist. Dort wo weniger Hitzebelastung, dafür aber Kondensatanfall wahrscheinli­ cher ist, wird Gußmaterial, insbesondere Grauguß, ver­ wendet.

Claims (28)

1. Heizkessel für Heizungswasser mit einer im wesentli­ chen zylindrischen und in etwa senkrechter Stellung zu betreibenden Brennkammer, die an ihrer oberen Stirnseite für den Anschluß eines Sturzbrenners aus­ gebildet ist, an ihrer unteren Stirnseite offen in einen Umlenkraum mündet und mit der Außenseite ihrer Mantelwandung die innere Begrenzung eines hohlzylin­ derförmigen Heizgaskanales bildet, dessen äußere Be­ grenzung durch die Innenwandung einer Wasserkammer gebildet ist, die die Brennkammer etwa konzentrisch umfassend und den nach unten geschlossenen Umlenkraum begrenzend angeordnet ist, so daß der Umlenkraum mit einem im oberen Kesselbereich ausgebildeten Rauch­ gas-Abführraum über den ringförmigen Heizgaskanal in Verbindung steht, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Mantelwandung (2) der Brennkammer (1) in ihrem der Stirnseitenausbildung (15) für den Sturzbrenneranschluß zugewandten und einen oberen Bereich (26) des ringförmigen Heizgas­ kanales (20) begrenzenden Abschnitt mit einer Iso­ lierung (24) versehen ist.

2. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Isolierung (24) nach in bezug auf die Längsachse (5) der Brennkammer (1) gesehen achsparalleler und/oder radialer Ausdehnung in wahlweise unterschiedlicher Abmessung ausgebildet ist.

3. Heizkessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung (24) als wenigstens teilweise hohlzylindri­ scher, ein eigenständiges Bauteil bildender Isolier­ körper ausgebildet ist.

4. Heizkessel nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Isolierkörper (24) an der Innenseite der Mantelwandung (2) der Brennkam­ mer (1) - gegebenenfalls durch eine insbesondere axial versetzbar festgelegte Abstützung (25) - angeordnet und gehalten ist.

5. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelwandung (2) der Brennkammer (1) als Rohr - ins­ besondere kreisringförmigen Querschnittes - ausgebil­ det ist.

6. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseitenausbildung für den Sturzbrenneranschluß als die obere Stirnseite (3) der Brennkammer (1) und die Außenwandung (8) der Wasserkammer (6) übergreifende Kesseltür (15) ausgebildet ist.

7. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rauchgas-Abführraum (17) als den oberen Endbereich der Brennkammer (1) umfassender Ringraum ausgebildet ist, der an das obere Ende (27) des ringförmigen Heizgas­ kanales (20) anschließt und einen radial nach außen führenden Rauchgas-Auslaß (19) aufweist.

8. Heizkessel nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung (24) von der oberen Stirnseite (3) der Brennkammer (1) ausgehend abwärts bis in den dem obe­ ren Bereich (26) des Heizgaskanals (20) radial benach­ barten Abschnitt der Brennkammer (1) geführt ist.

9. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwandung (7) der Wasserkammer (6) rohrförmig - ins­ besondere kreisringförmigen Querschnitts - ausgebildet ist.

10. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Bereich des Umlenkraumes (13) durch einen mit Abstand von der unteren Stirnseite (4) der Brenn­ kammer (1) angeordneten Bodenisolierkörper (12) ge­ bildet ist.

11. Heizkessel nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Bodenisolierkörper (12) in den unteren Randbereich (11) der rohrförmigen Innenwandung (7) der Wasserkammer (6) eingreifend angeordnet ist.

12. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwandung (8) der Wasserkammer (6) rohrförmig - ins­ besondere kreisringförmigen Querschnittes - ausgebil­ det ist, nach oben bis in die obere Stirnseitenebene der Brennkammer (1) geführt ist und mit seinem unte­ ren Rand bis unterhalb der unteren Abschlußebene (14) des Umlenkraumes (13) reicht.

13. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die obere etwa radial verlaufende Stirnwandung (9) der Wasserkammer (6) zwischen deren Innenwandung (7) und deren Außenwandung (8) etwa radial mit der oberen Endebene (27) des ringförmigen Heizgaskanals (20) abschließend angeordnet ist.

14. Heizkessel nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die untere etwa radial verlaufende Stirnwandung (10) der Wasserkammer (6) zwischen deren Innenwandung (7) und deren Außenwandung (8) auf die Mantelberandung (28) des Bodenisolierkörpers (12) zu gerichtet angeordnet ist.

15. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des ringförmigen Heizgaskanals (20) in des­ sen oberer radialer Endebene (27) durch einen in Um­ fangsrichtung ein- oder mehrteiligen Stauring (23) eingeengt ist.

16. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenwandung (7) der Wasserkammer (6) in den Heizgaskanal (20) vorspringende, in Richtung der Längsachse (5) der Brennkammer (1) oder schräg zu die­ ser in einem Winkel < 90° verlaufende Rippen (21; 29; 30) angeordnet sind.

17. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß an der Mantelwandung (2) der Brennkammer (1) in den Heizgaskanal (20) vorspringende Turbulatoren (12) vor­ gesehen sind.

18. Heizkessel nach Anspruch 17, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Turbulatoren (22) als koaxial zur Längsachse (5) der Brennkammer (1) umlaufend angeordnete, radial ausgerichtete Ringe oder Vorsprünge ausgebildet sind.

19. Heizkessel nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die radial äußeren Kanten der Turbulatoren (22) an die radial inneren Kanten der Rippen (21; 29; 30) an­ grenzend ausgebildet sind.

20. Heizkessel nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Stauring (23) an der Mantelwandung (2) der Brenn­ kammer (1) fest ausgebildet ist und auf den oberen Kanten der fest an der Innenwandung (7) der Wasser­ kammer (6) ausgebildeten Rippen (21; 29; 30) die Brennkammer (1) an der Wasserkammer (6) abstützend aufliegt.

21. Heizkessel nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (29; 30) in Richtung der Längsachse (5) der Brennkammer (1) zick-zack-förmig verlaufend aus­ gebildet sind.

22. Heizkessel nach Anspruch 21, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zick-Zack-Form der Rippen (30) jeweils an den Richtungsumkehrpunkten unterbrochen ausgebildet ist (Fig. 4).

23. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelwandung (2) der Brennkammer (1) aus feuer­ festem Stahl besteht.

24. Heizkessel nach Anspruch 23, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Turbulatoren (22) und/oder der Stauring (23) an der Mantelwandung (2) der Brennkammer (1) angeschweißt oder durch Rippen­ ausbildung der Mantelwandung (2) ausgeformt sind.

25. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwandung (7) der Wasserkammer (6) einstückig aus Gußmaterial, insbesondere Grauguß, hergestellt ist.

26. Heizkessel nach Anspruch 25, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die gesamte Wasser­ kammer (6) sowie die Rippen (21; 29; 30) einstückig aus Gußmaterial, insbesondere Grauguß, gebildet sind.

27. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Wasserkammer (6) zwischen deren Außen­ wandung (8) und dem Rauchgas-Abführraum (17) eine ringförmige Isolierschicht (18) vorgesehen ist.

28. Heizkessel nach einem der Ansprüche 6 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Kesseltür (15) eine dem Kesselinneren zugewandte Isolierplatte (16) aufweist.