DE4102417A1

DE4102417A1 - BOILER

Info

Publication number: DE4102417A1
Application number: DE4102417A
Authority: DE
Inventors: Hans Dr Viessmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-01-28
Filing date: 1991-01-28
Publication date: 1992-08-06
Also published as: ATE108537T1; DE59200268D1; EP0497224B1; EP0497224A1

Abstract

The invention relates to a low temperature heating boiler for burning liquid or gaseous fuels, consisting of a water-bearing housing (10) which is passed through by at least one pipe (30) which delimits the combustion-bearing and/or gas-bearing space (20, 20') and in which a number of annular inserts (40) made of metal material are arranged, which cover the inner wall of the pipe. To achieve the aim that, for the purpose of preventing precipitation of condensation, the annular inserts, which are situated in the pipe and have a large mass and thus a high heat-absorption capacity, are to adapt automatically, with regard to their heat-conducting contact with the pipe, to the temperature conditions present at the offtake section, and in particular associated with the condition that this adaptation is to take place in the region of a direct heat conduction between the inserts and the water-cooled wall, at least the annular inserts (40) which are arranged in the offtake region are according to the invention formed from a metal material, the coefficient of expansion and heat conductivity of which are greater than those of the pipe (30), and these inserts (40), which are inserted into the pipe (30) with a loose sliding fit, are dimensioned in such a manner with regard to the inner diameter of the pipe that, as the heating of the inserts (40) increases, these bear against the pipe (30) with a press fit after the start phase. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Heizkessel, insbesondere Niedertemperaturkessel zum Verbrennen flüssiger oder gas förmiger Brennstoffe gemäß Oberbegriff des Hauptanspru ches.The invention relates to a boiler, in particular Low temperature boiler for burning liquid or gas shaped fuels according to the preamble of the main claim ches.

Ein derartiger Heizkessel ist nach der DE-PS 29 06 362 bekannt, bei dem die ringförmigen Einsätze aus Guß gebil det sind. Diese Einsätze, die in der Regel Heizgaszüge begrenzende Längsrippen aufweisen, sind außen überdreht und sitzen eingepreßt in einem Stahlblechrohr oder das Stahlblechrohr ist auf die Ringe aufgeschrumpft, so daß die Ringe mit dem Stahlblechrohr bei jeder Temperatur des Kessels immer in Wärmeleitkontakt stehen bzw. immer von der Wasserseite her gekühlt sind. Mit dieser Ausbildung können derartige Heizkessel im sog. Nieder- und Tieftem peraturbetrieb gefahren werden, da die aus Gut gebildeten Einsätze gegen das dabei unvermeidbar anfallende Konden sat resistent sind und auch auf Dauer keine Korrosions schäden auftreten können. Abgesehen vom relativ großen Gewicht, das derartige Kessel durch die eingesetzten Gut ringe erhalten, wäre es jedoch noch günstiger, die Kon densatniederschläge in den kondensatkritischen Bereichen ganz zu vermeiden, die sich insbesondere auf der Abzugs seite des Heizkessels befinden und die beim Wiederein schalten des Brenners relativ länger "kälter" bleiben als die brennerseitigen Bereiche der ganzen Abgasführung im Heizkessel, wodurch in diesem länger kälter bleibenden Bereich Kondensatniederschläge auftreten.Such a boiler is according to DE-PS 29 06 362 known in which the annular inserts made of cast iron det. These inserts, which are usually hot gas flues have limiting longitudinal ribs, are turned over on the outside and sit pressed into a sheet steel tube or that Sheet steel pipe is shrunk onto the rings, so that the rings with the steel tube at any temperature of the The boiler is always in thermal contact or always from are cooled from the water side. With this training can such boilers in the so-called low and low temperature operation, because the well-formed Operations against the inevitably occurring condensate are resistant and no corrosion in the long run damage can occur. Except for the relatively large one Weight, such a boiler by the good used received rings, it would be even cheaper, the Kon condensate precipitation in the condensate-critical areas avoid entirely, especially on the deduction side of the boiler and when you come back switching the burner stay "colder" relatively longer than the burner-side areas of the entire exhaust system in the Boiler, which keeps it colder for longer Area of condensate precipitation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Heizkes sel der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß sich zwecks Kondensatniederschlagsverhinderung die im Rohr befindlichen ringförmigen Einsätze bzgl. ihres Wär meleitkontaktes zum Rohr selbsttätig an die an der Ab zugsstrecke vorliegenden Temperaturverhältnisse anpassen.The invention has for its object a Heizkes to improve sel of the type mentioned at the beginning, that in order to prevent condensate precipitation Pipe located annular inserts with respect to their heat Meleitkontaktes to the tube automatically to the Ab Adjust the train path to the existing temperature conditions.

Diese Aufgabe ist mit einem Heizkessel der eingangs ge nannten Art nach der Erfindung durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angeführten Merkmale gelöst. Vorteil hafte Weiterbildungen ergeben sich nach den Unteransprü chen.This task is ge with a boiler named type according to the invention by the in the mark of the main claim features solved. Advantage serious further training results from the sub-claims chen.

Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung ist gewissermaßen eine temperaturabhängig "atmende" Wand geschaffen, die die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der die Wand bildenden Materialien ausnutzt: Wesentlich ist dabei, daß die ringförmigen Einsätze nicht wie bisher eingepreßt oder eingeschrumpft im Rohr sitzen, sondern unter Ausbildung eines mehr oder weniger engen Spaltes. Im "kalten" Zustand hat also die gasseitige Wand praktisch keinen oder nur schlechten Wärmeleitkontakt zum wasserge kühlten Rohr, der sich aber bei Aufheizung selbsttätig und optimal einstellt, da sich die ringförmigen Einsätze wesentlich stärker ausdehnen als das Rohr. Die tatsächli che Außendurchmesserbemessung der Ringe wird dabei so vorgesehen, daß unter Berücksichtigung der erwartbaren Dehnung der vorhandene Spalt gegen Null tendiert, d. h., so optimal wird, wie dieser bei aneinanderliegenden Wän den überhaupt möglich ist. In Rücksicht auf den zu Kon densatniederschlägen besonders tendierenden abzugsseiti gen Bereich, wird der dort anzuordnende Einsatz bzw. wer den die dort anzuordnenden Einsätze bezüglich ihres Au ßendurchmessers geringfügig kleiner gehalten als der bzw. die davor angeordneten Einsätze bzw. Ringe, wobei diese Bemessung so vorzunehmen ist, daß es auch hier wäh rend des Normalbetriebes zu einem Wärmeleitkontakt kommt, dieser Bereich also nicht gänzlich für die Wärmeübertra gung ausfällt. Da dieser Einsatz aber bei entsprechender Durchmesserbemessung nicht so stark an die Rohrinnenwand angepreßt wird wie die anderen Einsätze, leitet er weni ger Wärme ab und wird, wie beobachtet werden konnte, nicht "kondensatnaß", d. h., bei einem derart ausgebilde ten Heizkessel ist Kondensatbildung von vornherein ver mieden.This training according to the invention is to a certain extent created a temperature-dependent "breathing" wall that the different coefficients of thermal expansion of the using the wall-forming materials: what is essential that the annular inserts are not as before pressed or shrunk in the tube, but forming a more or less narrow gap. in the The gas-side wall is therefore practically "cold" no or only poor thermal contact with the water cooled pipe, which is self-sufficient when heated and adjusts optimally, since the ring-shaped inserts expand much more than the pipe. The actual che outer diameter of the rings is so provided that taking into account the expected Elongation of the existing gap tends to zero, i. H., becomes as optimal as this with adjacent walls that is even possible. In consideration of the to Kon condensation on the drain side area, the assignment to be placed there or who the assignments to be arranged there regarding their Au outer diameter is kept slightly smaller than that or the inserts or rings arranged in front, whereby this dimensioning is to be carried out in such a way that it is also here thermal contact occurs during normal operation, this area is therefore not entirely for heat transfer supply fails. Since this use with appropriate Diameter measurement not so strong on the inner pipe wall is pressed like the other missions, he directs less heat and, as has been observed, not "wet with condensate", d. that is, with such a trained condensation is prevented from the outset avoided.

Maßnahmen zur Kondensatbildungsverhinderung in Form der Anbringung von schlecht wärmeleitenden Beschichtungen (siehe DE-PS 32 05 132; DE-OS 24 27 219, 31 00 888) oder in Form rein konstruktiver Maßnahmen (siehe AT-PS 1 27 506, DE-OS 2 85 651, 28 04 780) sind zwar bekannt, derartige Beschichtungen oder rein konstruktive Ausbil dungen führen aber dazu, daß diese Gestaltungen in jeder Betriebsphase ihr reduziertes Wärmeübergangsverhalten beibehalten, zumal hierbei noch zu berücksichtigen ist, daß die abströmenden Heiz- bzw. Rauchgase in diesem Be reich nicht mehr die hohen Temperaturen haben wie im Zu strömbereich.Measures to prevent condensation in the form of Application of poorly heat-conductive coatings (see DE-PS 32 05 132; DE-OS 24 27 219, 31 00 888) or in the form of purely constructive measures (see AT-PS 1 27 506, DE-OS 2 85 651, 28 04 780) are known, such coatings or purely constructive training but lead to the fact that these designs in everyone Operating phase their reduced heat transfer behavior maintained, especially since this still has to be taken into account that the outflowing heating or flue gases in this loading no longer have the high temperatures as in Zu flow range.

Beim erfindungsgemäß "atmenden" Heizkessel ist dies nicht der Fall, da sich nach der kritischen Anfahrphase beim erfindungsgemäßen Heizkessel auch die ringförmigen Ein sätze im kondensatkritischen Bereich an die Rohrinnenwand wärmeleitend anlegen.This is not the case with the "breathing" boiler according to the invention the case because after the critical start-up phase Boiler according to the invention also the annular one sets in the condensate-critical area on the inner pipe wall apply heat conductive.

Die unterschiedliche Durchmesserbemessung der Einsätze in bezug auf den Innendurchmesser des Rohres liegt dabei im Millimeter- bzw. Zehntelmillimeterbereich, was auch für den Fall unterschiedlicher Bemessung der Einsätze unter einander gilt.The different diameter dimensions of the inserts in in relation to the inside diameter of the tube lies in Millimeter or tenths of a millimeter range, which also the case of different sizes of the stakes under applies to each other.

Die erfindungsgemäße Ausbildung ist zwar insbesondere für die den Feuerraum umschließende Wand bestimmt, sie kann aber ohne weiteres auch für durchmesserkleinere Heizgasabzugsrohre, bspw. in sogenannten Dreizugkesseln zur Anwendung kommen, da bei diesen Abzugsrohren die gleiche Problematik besteht.The training according to the invention is in particular for the wall surrounding the firebox determines it can but also for smaller diameters without further ado Heating gas exhaust pipes, for example in so-called three-pass boilers come into use because the same problem exists.

Der erfindungsgemäße Heizkessel wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispie les näher erläutert, bei dem sämtliche hier nicht inter essierenden Einzelheiten an Heizkesseln, wie Brennkam mereinsätze, stirnseitige Verschlüsse, Vor- und Rücklauf anschlüsse, Rauchgasabzugsstutzen usw. nicht dargestellt sind.The boiler according to the invention is described below the graphic representation of an exemplary embodiment les explained, in which all here not inter eating details on boilers, such as stoves inserts, frontal closures, forward and reverse connections, flue gas outlet connection etc. not shown are.

Es zeigt schematisch Fig. 1 einen Schnitt durch den Heizkessel mit mehreren eingesetzten ringförmigen Einsätzen;It shows schematically Figure 1 a section through the boiler with several annular inserts used.

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen ringförmigen Ein satz und Fig. 2 shows a cross section through an annular set and

Fig. 3 eine graphische Gegenüberstellung der Tempera tur- und Dehnungsverhältnisse über die Länge der Heiz- bzw. Rauchgasabzugsstrecke A. Fig. 3 is a graphical comparison of the tempera ture and expansion ratios over the length of the heating or flue gas extraction section A.

Der Heizkessel besteht aus einem wasserführenden Gehäuse 10, das von mindestens einem den Feuerungs- und/oder gas führenden Raum 20, 20′ begrenzenden Rohr 30 durchgriffen ist, in dem mindestens zwei ringförmige, die Rohrinnen wand bedeckende Einsätze 40 aus gegossenem, metallischen Material angeordnet sind.The boiler consists of a water-bearing housing 10 , which is penetrated by at least one chamber 20 , 20 'leading the furnace and / or gas-conducting pipe 30 , in which at least two annular inserts 40 , which cover the inner wall of the pipe, are made of cast, metallic material are.

Die Angaben "mindestens" und "und/oder" nehmen dabei Rücksicht auf unterschiedlich mögliche Kesselkonstruktio nen mit bspw. topfartiger Umkehrbrennkammer, mit abzugssei tig offener Brennkammerhülse, innerhalb des wasserführen den Gehäuses 10 zusätzlich angeordnetem mindestens einen Heizgaszugrohr, denen das dargestellte Prinzip zugrunde liegt. Auch die horizontal dargestellte Anordnung des Kessels ist nicht zwingend, d. h., die noch näher zu er läuternde Ausbildung ist auch für Vertikalkessel anwend bar.The information "at least" and "and / or" take into account different possible boiler designs with, for example, a pot-like reversing combustion chamber, with an open combustion chamber sleeve, within the water-carrying housing 10 additionally arranged at least one heating gas pipe, which is based on the principle shown. The horizontally shown arrangement of the boiler is not mandatory, that is, the training to be explained in more detail is also applicable to vertical boilers.

Für derartige Heizkessel ist nun wesentlich, daß die ringförmigen Einsätze 40 aus einem metallischen Material gebildet sind, dessen Ausdehnungskoeffizient größer ist als der Ausdehnungskoeffizient des das Rohr bildenden Ma terials und daß diese Einsätze mit Schiebesitz im Rohr 30 angeordnet sind. Bevorzugt sind dabei die Einsätze 40 aus ALU gebildet.For such boilers it is now essential that the annular inserts 40 are formed from a metallic material, the coefficient of expansion of which is greater than the coefficient of expansion of the tube forming the material Ma and that these inserts are arranged with a sliding fit in the tube 30 . The inserts 40 are preferably formed from ALU.

Das Rohr 30 besteht aus Stahlblech. Es ist aber auch mög lich, das Rohr 30 bspw. aus Guß zu bilden, das in ge eigneter Weise in das Gehäuse 10 flüssigkeitsdicht einge bunden ist. Die ringförmigen Einsätze 40 sind so bemes sen, daß sie gerade in das Rohr 40 eingeschoben werden können, was eine beträchtliche Fertigungserleichterung für den Kessel darstellt und was außerdem die Möglichkeit eröffnet, ggf. schadhaft gewordene Ringe bzw. Einsätze bei kaltem Kessel austauschen zu können.The tube 30 is made of sheet steel. But it is also possible to form the tube 30, for example. From cast, which is in a suitable manner in the housing 10 is liquid-tight bound. The annular inserts 40 are dimensioned so that they can be inserted straight into the tube 40 , which makes the boiler considerably easier to manufacture and which also opens up the possibility of replacing rings or inserts which have become defective when the boiler is cold.

Der bei nicht in Betrieb befindlichem Kessel vorhandene Ringspalt zwischen den Einsätzen 40 und dem Rohr 30 ist mit S bezeichnet und stellt zunächst eine Wärmeübergangs barriere dar, da kein oder nur ein eingeschränkter Wärme leitkontakt besteht. Bei Aufheizung dehnen sich die Ein sätze aus und legen sich nun mit gutem Wärmeleitkontakt an die Innenwand des Rohres 30 an, wobei die Anlage im zuströmseitigen Bereich Z intensiver ist als im ab strömseitigen Bereich A. Da aufgrund des nicht so guten Wärmeleitkontaktes im abströmseitigen Bereich dort die Wärme nicht so schnell in die Rohrwand übergehen kann, können sich dort die Einsätze schneller aufheizen, so daß es dort zu keinen Kondensatniederschlägen kommen kann. Verbessert werden kann dieser Effekt noch dadurch, daß der Außendurchmesser der Einsätze 40 geringfügig kleiner gehalten ist als der der davor befindlichen Einsätze. Die bezüglich des Durchmessers geringere Bemessung ist dabei so anzusetzen, daß sich auch die im abströmseitigen Be reich angeordneten Einsätze bei den sich dort üblicher weise ergebenden Abgastemperaturen noch an das Rohr 30 anlegen, um auch dort während des Betriebes die Wärme an das Rohr 30 überleiten zu können. Diesbezüglich wird auf Fig. 3 verwiesen, in der einerseits orientiert an den mit 1 bis 8 positionierten Stellen die Temperaturen über die ganze Abzugsstrecke dargestellt sind und die Dehnungen von Alu-Ringen (ebenfalls mit 1 bis 8 positioniert). Um zu gewährleisten, daß sich bei einer Temperatur von 110°C der Ring 8 an das Rohr 30 wärmeleitend anlegt, muß also in bezug auf den Innendurchmesser des Rohres 30 der Au ßendurchmesser des Ringes 8 bei der Fertigung so bemessen werden, daß sich bei 110°C der Ring bzw. der Durchmesser um 0,32 mm vergrößert. Wenn alle Einsätze 40 mit dieser Maßgabe gleich bemessen sind, so führt dies dazu, daß sich die Ringe 1 bis 8, von der Abströmseite aus gesehen, zur Zuströmseite hin stärker an das Rohr 30 durch Dehnung anpressen. Da die Einsätze 40 unter Ausbildung des Spal tes S nur lose in das Rohr 30 eingesetzt bzw. eingescho ben sind, ist es zweckmäßig, im oder am Rohr 30 in ge eigneter Weise Anschläge 50 vorzusehen, die das ganze Einsatzpaket im Rohr 30 in axialer Richtung fixieren.The annular gap between the inserts 40 and the tube 30 when the boiler is not in operation is denoted by S and initially represents a heat transfer barrier since there is no or only a limited heat conducting contact. When heated, the kits expand and now lay down with good thermal contact on the inner wall of the tube 30 , the system in the upstream area Z being more intensive than in the upstream area A. Because of the poor thermal contact in the downstream area there the heat cannot pass into the pipe wall so quickly, the inserts can heat up more quickly there, so that there is no condensation. This effect can be improved further in that the outer diameter of the inserts 40 is kept slightly smaller than that of the inserts located in front of it. The smaller dimensioning with regard to the diameter is to be set in such a way that even the inserts arranged in the downstream side at the exhaust gas temperatures which are usually found there still apply to the pipe 30 in order to also transfer the heat there to the pipe 30 during operation can. In this regard, reference is made to FIG. 3, in which, on the one hand, the temperatures over the entire withdrawal distance and the expansions of aluminum rings (likewise positioned with 1 to 8) are shown at the positions positioned with 1 to 8. In order to ensure that at a temperature of 110 ° C. the ring 8 contacts the pipe 30 in a heat-conducting manner, the outer diameter of the ring 8 must be dimensioned during manufacture in relation to the inner diameter of the pipe 30 so that at 110 ° C the ring or the diameter increased by 0.32 mm. If all the inserts 40 are dimensioned the same, this leads to the rings 1 to 8 , as seen from the outflow side, pressing more strongly against the inflow side against the pipe 30 by expansion. Since the inserts 40 are only loosely inserted or inserted into the tube 30 with the formation of the gap S, it is expedient to provide stops 50 in or on the tube 30 in a suitable manner, which the entire insert package in the tube 30 in the axial direction fix.

Claims

1. Boiler, in particular low-temperature boiler for burning liquid or gaseous fuels, consisting of a water-carrying housing ( 10 ) which is penetrated by at least one furnace and / or gas-carrying space ( 20 , 20 ') delimiting pipe ( 30 ) in which at least two annular inserts ( 40 ) covering the inner tube wall are made of cast metallic material, characterized in that the annular inserts ( 40 ) are formed of a metallic material, the expansion coefficient of which is greater than the expansion coefficient of the tube forming material and that these inserts ( 40 ) with sliding seat in the tube ( 30 ) are net angeord.

2. Boiler according to claim 1, characterized in that the inserts ( 40 ) are made of aluminum.

3. Boiler according to claim 1 or 2, characterized in that the one or more in the condensate-critical Abzugbe inserts ( 40 ) are dimensioned with a slightly smaller outer diameter in relation to the inserts ( 40 ) arranged in front.

4. Boiler according to one of claims 1 to 3, characterized in that the inserts ( 40 ) in the tube ( 30 ) fixing stops ( 50 ) are arranged in or on the tube ( 30 ).

5. Boiler according to one of claims 1 to 4, characterized in that the peripheral surfaces of the annular inserts ( 40 ) are machined.