DE4302479A1 - Heizkessel für die Verbrennung flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Heizkessel für die Verbren­ nung flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe, bestehend aus mindestens einem zwischen zwei durchströmbaren End­ gliedern angeordneten, vom Wärmeträgermedium ebenfalls durchströmbaren Zwischenglied, wobei alle Glieder aus Me­ tallguß gefertigt und zu einem den mit Vor- und Rücklauf­ anschlüssen versehenen, einen Feuerraum, Heizgaszüge und eine Abgassammelkammer mit Abzugsstutzen aufweisenden Kesselkörper bildenden Block gegeneinander abgedichtet zusammengefügt sind.

Derartige Heizkessel, die auch als Glieder-Heizkessel be­ zeichnet werden, sind hinlänglich bekannt und in Benut­ zung, so daß es diesbezüglich keines besonderen druck­ schriftlichen Nachweises bedarf. Die Glieder solcher Heizkessel bestehen dabei aus Grauguß-Hohlkörpern und be­ dürfen zu ihrer Ausformung der Verwendung entsprechender Kerne, was, abgesehen von Entsorgungsproblemen für den Kernformsand, mit einem beträchtlichen Fertigungsaufwand verbunden ist. Außerdem müssen die Glieder, um sie zu ei­ nem Kesselgehäuseblock zusammenfügen zu können, gegenein­ ander vernippelt werden. Um die Glieder heizgasseitig ge­ gen etwa anfallendes saures Kondensat zu schützen und re­ sistent zu machen, müssen die Graugußglieder auf der Heizgasseite außerdem mit geeigneten resistenten Be­ schichtungen versehen werden, was jedoch nicht unproble­ matisch ist, weil sich dies nur dann in die Praxis umset­ zen läßt, wenn sich eine in sich geschlossene, mit dem Grauguß eine dauerhaft feste Verbindung eingehende Be­ schichtung herstellen läßt.

Leichtmetall bzw. Leichtmetallegierungen, wie Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen haben im Vergleich zum Grauguß den Vorteil, daß diese gegen Kondensat von entschwefeltem Erdgas resistent sind, aber nicht gegen Heizungswasser als Wärmeträgermedium, das in der Regel basisch werden kann und was früher oder später immer zu Ausfressungen auf der Wasserseite solcher Kessel aus Leichtmetall führt. Außerdem sind an den Leichtmetallguß hohe Anforde­ rungen zu stellen, da das fertige Gußstück bzw. die Leichtmetallglieder porenfrei sein müssen, d. h., an das Leichtmetall müssen qualitativ hohe Ansprüche gestellt werden, und es kann bspw. kein solchen Ansprüchen genü­ gender Leichtmetall- oder Aluminiumschrott verwendet wer­ den.

Der Erfindung liegt demgemäß und ausgehend von einem Heizkessel der gattungsgemäßen Art die Aufgabe zugrunde, einen Heizkessel zu schaffen, der sowohl heizgas- als auch wasserseitig den Anforderungen genügt und für den es keine Rolle spielt, ob und in welchem Maße der gegossene Leichtmetallkorpus porös ist oder nicht, und dies verbun­ den mit der Maßgabe, daß der Guß ohne Kern, d. h. "grün" gegossen werden kann.

Diese Aufgabe ist mit einem Heizkessel der eingangs ge­ nannten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Glieder aus kernlos ausgeformtem Leichtmetall gebildet sind und in jedem Glied der durchströmbare Hohlraum aus einem in den Leichtmetallkorpus eingegossenen Rohr oder Rohrsystem gebildet ist, dessen Vor- und Rücklaufan­ schlüsse aus jedem Leichtmetallkorpus heraus ragen und an Vor- und Rücklaufsammler angeschlossen sind, und daß das mindestens eine Zwischenglied beidseitig und die beiden Endglieder zur Zwischengliedanschlußseite hin für die Heizgase an ihren großen Flankenflächen mit Wärmeübertra­ gungsflächenvergrößerungen mindestens im Bereich der Heizgasabzugsstrecke und mit Umfangsrandanschlußstegen versehen sind.

Beim mit eingegossenen Rohr, das sich mäanderförmig durch den Leichtmetallkorpus erstreckt, oder dem bevorzugt ver­ wendeten Rohrsystem, das noch näher erläutert wird, han­ delt es sich um im Heizkesselbau üblicherweise verwende­ tes Stahlrohr, das bei gutem Wärmeübergang für die Wasserdichtheit sorgt, gegen Ausfressungen auf der Was­ serseite ausreichend resistent ist und insoweit Voraus­ setzung ist für die Verwendung auch von qualitativ nicht hochwertigen Leichtmetalls, das aber auf der Heizgasseite gegen Kondensat resistent ist. Um der Forderung nach kernloser Ausformung der Glieder zu genügen, sind die Vor- und Rücklaufanschlüsse auch nicht in Form von Kanä­ len in den die Glieder bildenden Leichtmetalkorpussen eingeformt, sondern die Enden des Rohres bzw. des Rohrsy­ stems ragen einfach seitlich aus den Gliedern heraus und sind an äußere Vor- und Rücklaufsammler angeschlossen.

Zur Ausbildung des Feuerraumes weisen die Zwischenglieder entsprechende Ausnehmungen auf, die dann beim Zusammenfü­ gen mehrerer Einzelglieder den Feuerraum bilden. Die End­ glieder weisen einerseits entsprechende Öffnungen für den Brennereingriff und andererseits den Heizgasabzugsan­ schluß auf. Auch diese Ausnehmungen und Öffnungen machen die Verwendung von Kernen beim Gießen nicht erforderlich.

Um das Rohr bzw. das Rohrsystem beim kernlosen Guß all­ seitig mit Leichtmetall umgießen zu können, wird das Rohr bzw. das Rohrsystem mit einer notwendigen Anzahl von Ab­ standshaltern ebenfalls aus Leichtmetall versehen, mit denen das Rohr bzw. Rohrsystem in die Gießform eingesetzt wird. Aluminium- bzw. Leichtmetallegierungen haben be­ kanntlich einen größeren Ausdehnungskoeffizienten als Ei­ sen. Infolgedessen ist es von großer Bedeutung, den Heiz­ kessel so auszuführen, daß sich die eingegossenen Rohre oder Rohrsysteme ähnlich wie das Aluminium ausdehnen, um zu vermeiden, daß das Rohrsystem über Gebühr durch Zug­ spannungen beansprucht wird und z. B. Schweißnähte am Rohrsystem reißen. Zu diesem Zweck erhalten die Rohre in bestimmten Abständen Rillen, die zwar nicht sehr tief (z. B. nur die Materialstärke des Rohres ausmachen können) aber relativ breit sein müssen. Beim Umgießen der Rohre füllt das flüssige Aluminium diese Sicken mit aus, so daß der Leichtmetallkorpus, wenn er sich ausdehnt, dann über den Eingriff in den Sicken nicht über das Rohrsystem hin­ weggleiten kann. Bei der großen Zahl der Sicken, die in die Rohre eingerollt werden, braucht die Längenveränderung in den Sicken nur minimal zu sein.

Was die "Umfangsrandanschlußstege" betrifft, in die beim Gießen der Glieder evtl. auch Dichtungsnuten mit eingeformt werden, so erstrecken sich diese selbstver­ ständlich nur dort, wo ein Abschluß bzw. eine Abdichtung nach außen erforderlich ist. Diese Umfangsrandanschluß­ stege sind in ihrer Höhe so bemessen, daß die Übertra­ gungsflächenvergrößerungen unterhalb der Ebene enden, in der sich der obere Rand der Stege erstreckt.

Der erfindungsgemäße Heizkessel ist zwar insbesondere als mit einem atmosphärischen Brenner betreibbarer Heizkessel vorgesehen, es steht aber nichts entgegen, diesen auch mit einem Gebläsebrenner zu betreiben.

Der erfindungsgemäße Heizkessel und vorteilhafte weitere Ausgestaltungen werden nachfolgend anhand der zeichneri­ schen Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläu­ tert.

Es zeigt

Fig. 1 ein Zwischenglied des Heizkessels in Seitenan­ sicht;

Fig. 2 einen Schnitt durch das Zwischenglied längs Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 ein Zwischenglied des Heizkessels in Seiten­ ansicht mit einer etwas anderen Ausführungs­ form des Rohrsystems;

Fig. 3A, B im Schnitt besondere Ausführungsformen der das Rohrsystem bildenden Rohre;

Fig. 4 einen Schnitt durch das Zwischenglied längs Linie IV-IV in Fig. 3;

Fig. 5 eine Seitenansicht des Heizkessels, zusammen­ gefügt aus Gliedern gemäß Fig. 1 und 3;

Fig. 6 ein Zwischenglied des Heizkessels in Seitenan­ sicht mit einem mäanderförmig ausgebildeten Rohr;

Fig. 7 in Seitenansicht eine weitere Ausführungsform des Heizkessels;

Fig. 8 perspektivisch und schematisch eine besondere Ausführungsform des Heizkessels;

Fig. 8A, B, C, D im Schnitt die Ausbildung der zur Ausführungs­ form gemäß Fig. 8 gehörenden Einzelglieder und

Fig. 9 mit Bypasskanälen versehene Zwischenglieder und

Fig. 10A, B ein zur Ausführungsform nach Fig. 7 gehörende Zwischenglieder.

Der Heizkessel besteht aus mindestens einem zwischen zwei durchströmbaren Endgliedern 1, 2 angeordneten, vom Wärme­ trägermedium ebenfalls durchströmbaren Zwischenglied 3, wobei alle Glieder aus Metallguß gefertigt und zu einem den mit Vor- und Rücklaufanschlüssen 4, 5 versehenen, einen Feuerraum 10 und einen Gasabzug 9 aufweisenden Kes­ selkörper bildenden Block gegeneinander abgedichtet zu­ sammengefügt sind. Für einen solchen aus mehreren Glie­ dern 1 bis 3 gebildeten Heizkessel ist nun wesentlich, daß die Glieder 1 bis 3 aus kernlos ausgeformtem Leicht­ metall gebildet sind und in jedem Glied 1 bis 3 der durchströmbare Hohlraum aus einem in den Leichtmetallkor­ pus eingegossenen Rohr 6 oder Rohrsystem 6′ gebildet ist, dessen Vor- und Rücklaufanschlüsse 4, 5 aus jedem Leicht­ metallkorpus heraus ragen und an Vor- und Rücklaufsammler 4′, 5′ angeschlossen sind.

Das mindestens eine Zwischenglied 3 ist beidseitig und die beiden Endglieder 1, 2 sind zur Zwischengliedan­ schlußseite S hin an ihren großen Flankenflächen F mit Wärmeübertragungsflächenvergrößerungen 7 mindestens im Bereich der Gasabzugsstrecke und mit Umfangsrandan­ schlußstegen 8 versehen.

In Fig. 1 ist ein Zwischenglied 3 in Seitenansicht und in bevorzugter Ausführungsform, d. h., mit einem Rohrsystem 6′ dargestellt, wobei die Einzelrohre des Rohrsystems zu dessen Verdeutlichung zwar nur gestrichelt aber kreuz­ schraffiert hervorgehoben dargestellt sind. Das Zwischen­ glied gemäß Fig. 3, 4 weicht nur insofern von dem gemäß Fig. 1 ab, als hierbei das Rohrsystem 6′, das hier ebenfalls kreuzschraffiert ist, eine andere Anordnungsstruktur der Einzelrohre aufweist.

Beim Zwischenglied 3 gemäß Fig. 6 ist lediglich ein mäan­ derförmig verlaufendes Rohr 6 vorhanden. Diese Ausführungs­ form ist zwar auch machbar, die möglichst flächendeckende Anordnung der mäanderförmigen Rohrstränge ist aber hier­ bei durch die notwendigen Biegeradien begrenzt, weshalb die beiden anderen Ausführungsformen bevorzugt werden.

Alle Ausführungsformen nach den Fig. 1, 3 und 6 sind für Heizkessel mit atmosphärischen Brennern bestimmt, wobei die dargestellten Zwischenglieder 3 dem gewünschten Quer­ schnitt des Feuerraumes 10 entsprechende Ausnehmungen 10′ aufweisen. Da die Heizgase nach oben durch die Gas­ abzugsstrecke AS abströmen, laufen hierbei die Umfangs­ randanschlußstege 8 (siehe Fig. 3 ) nach oben offen aus, wobei dann über dem ganzen Gliederblock (siehe Fig. 5) ein Abgassammelkammer 12 mit Abgasabzug 9 angeordnet ist.

Die das kreuzschraffierte Rohrsystem 6′ bildenden Einzel­ rohre sind zweckmäßig und wie in Fig. 3A, B im Schnitt dargestellt, im Querschnitt ovalförmig verformt, wobei deren Breitseiten B gegen die Flankenflächen F der Glie­ der 1 bis 3 im Leichtmetallkorpus orientiert angeordnet sind, um eine möglichst große Wärmeübertragungsfläche der Wärmebeaufschlagungsrichtung "in den Weg" zu stellen.

Ferner sind die Rohre 6′′ für das Rohrsystem mit zueinan­ der in gewissen Abständen angeordneten Sickungen 11 ver­ sehen, die zur Wasserseite hin jedoch nur bspw. um eine Wandstärkendicke eingetieft sind, was ausreichend ist, um die unterschiedlichen Materialkomponenten gegeneinander ausreichend bei Wärmedehnung zu verankern, was sich da­ durch ergibt, daß das flüssige Leichtmetall beim Gießen natürlich auch die Sickungen 11 von außen mit ausfüllt. Dadurch dehnen sich der Leichtmetallkorpus und das einge­ bundene Rohrsystem zusammen weitgehend gleichmäßig bei Wärmebelastung aus. Solche unterschiedlichen Wärmedeh­ nungen bewegen sich nur im Hundertstel-Millimeterbereich, und diese Verankerungen haben den Zweck, die Schweiß­ nähte des Rohrsystems von Zugbelastungen im wesentlichen freizuhalten, die sonst zu Schweißnahtrissen am Rohrsy­ stem führen könnten.

Die Anordnung von Wärmeübertragungsflächenvergrößerungen 7, die durchgehend und bspw. als Noppen 7′ dargestellt sind, entstehen bei entsprechender Gestaltung der Gieß­ form (Kokille) automatisch mit und ebenso die Kondensat­ sammel- und Ablaufstege 11, mit denen für einen seitli­ chen Ablauf etwa anfallenden Kondensats gesorgt wird, da­ mit das Kondensat nicht auf den Brenner tropfen kann.

Die Rohre 6 bzw. 6′′ des mit eingegossenen Rohrsystems 6′ sind, soweit es sich nicht um sowieso vertikal orien­ tierte Rohrabschnitte (siehe Fig. 1) handelt, sinngemäß steigend zur Vorlaufseite hin geneigt angeordnet, damit evtl. sich bildende Dampfblasen abströmen können.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich, sind übrigens die Noppen 7′ im Anströmbereich A über dem Feuerraum 10 abnehmend nied­ riger bemessen als die im Folgebereich F₁ der Gasab­ zugsstrecke AS.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 sind die Glieder 1 bis 3 über Kopf stehend angeordnet, so daß sich der dann für einen Gebläsebrenner bestimmte Feuerraum 10 oben im Block befindet, d. h., der Gasabzug erfolgt hier nach un­ ten in eine dort angeordnete Abgassammelkammer 12. Die Umlaufstege 8 erstrecken sich hierbei auch im oberen horizontalen Querbereich und sind entsprechend dick ge­ halten (siehe Fig. 10A, B), um dort ggf. nebeneinander mehrere Rohrstränge mit eingießen und die dort übertra­ gene Wärmemenge in ausreichendem Maße abführen zu können. Gleiches gilt auch für eine besondere Ausführungsform nach Fig. 8, bei der der Feuerraum 10 für einen Gebläse­ brenner im wesentlichen horizontal angeordnet ist, an den sich vertikal nach unten orientiert am Ende des Feuer­ raums 10 die Abzugsstrecke AS anschließt. Die zu dieser Ausführungsform gehörenden Glieder sind im einzelnen in den Fig. 8A bis D verdeutlicht. Fig. 8A stellt die beiden Endglieder 1′, 2′ und Fig. 8B die Zwischenglieder 3′ dar mit den jeweils eingegossenen Rohrsystemen, wobei Fig. 8C ein Schnitt längs Linie I-I in Fig. 8B ist. Das Zwischen­ glied gemäß Fig. 8D unterscheidet sich von dem gemäß 8B dadurch, das hier ein verschließbarer Bypasskanal 13 vor­ handen ist. Im übrigen sind bei diesen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen für entsprechende Elemente wie vor benutzt, so daß diese Glieder keiner zusätzlichen Er­ läuterung bedürfen.

Da die Einzelglieder im Gießverfahren hergestellt werden, kann übrigens mindestens eines der Glieder problemlos mit einem verschließbaren Bypasskanal 13 versehen werden, der durch ein mit eingegossenes Rohr aus kondensatbeständigem Material gebildet wird. Der geöffnete Bypasskanal 13 sorgt dann für eine entsprechende Anhebung der Abgastem­ peratur (siehe Fig. 9), falls der Heizkessel nicht als Brennwertkessel betrieben werden soll. Diese senkrechten Kanäle parallel zu den Heizgaszügen sind erforderlich, um ungekühlte Heizgase durch diese Kanäle in die Abgassam­ melkammer strömen zu lassen, um die Abgastemperatur anzu­ heben.

Bei der Ausführungsform der Glieder 1 bis 3 im Sinne der Fig. 1, 3 und 6, die für einen atmosphärischen Brenner bestimmt sind, wird der ganze Gliederblock (siehe Fig. 5) nach unten mit einer Kondensatauffangwanne 14 versehen.

Um die Einzelglieder zu einem gasdichten Block unter Ein­ fügung von Dichtumgsmasse an den Dichtflächen 8′ der Um­ fangsrandanschlußstege 8 zusammenfügen zu können, sind diese, sofern man nicht zwischen den Endgliedern 1, 2 entsprechend lange Spannanker vorsehen will, mit geeigne­ ten und verschraubbaren Spannaugen 15 versehen.

Claims (8)

1. Heizkessel für die Verbrennung flüssiger oder gas­ förmiger Brennstoffe, bestehend aus mindestens einem zwischen zwei durchströmbaren Endgliedern (1, 2) an­ geordneten, vom Wärmeträgermedium ebenfalls durch­ strömbaren Zwischenglied (3), wobei alle Glieder aus Metallguß gefertigt und zu einem den mit Vor- und Rücklaufanschlüssen (4, 5) versehenen, einen Feuer­ raum (10), Heizgaszüge und eine Abgassammelkammer (12) mit Abzugsstutzen (9) aufweisenden Kesselkörper bildenden Block gegeneinander abgedichtet zusammen­ gefügt sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Glieder (1 bis 3) aus kernlos ausgeformtem Leichtmetall gebildet sind und in jedem Glied (1 bis 3) der durchströmbare Hohlraum aus einem in den Leichtmetallkorpus eingegossenen Rohr (6) oder Rohr­ system (6′) gebildet ist, dessen Vor- und Rücklauf­ anschlüsse (4, 5) aus jedem Leichtmetallkorpus her­ ausragen und an Vor- und Rücklaufsammler (4′, 5′) angeschlossen sind,
und daß das mindestens eine Zwischenglied (3) beid­ seitig und die beiden Endglieder (1, 2) zur Zwi­ schengliedanschlußseite (S) hin an ihren großen Flankenflächen (F) mit Wärmeübertragungsflächenver­ größerungen (7) mindestens im Bereich der Gas­ abzugsstrecke (AS) und mit Umfangsrandanschlußstegen (8) versehen sind.

2. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (6) oder die das Rohrsystem (6′) bil­ denden Rohre (6′′) im Querschnitt ovalförmig ausge­ bildet und mit ihren Breitseiten (B) gegen die Flan­ kenflächen (F) der Glieder (1 bis 3) im Leichtme­ tallkorpus orientiert angeordnet sind.

3. Heizkessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Umfangsrandanschlußstege (8) in Form von Dichtungsflächen (8′) ausgebildet sind.

4. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (6) oder die das Rohrsystem (6′) bil­ denden Rohre (6′′) mit zueinander in Abstand angeord­ neten Sickungen (11) versehen sind.

5. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeübertragungsflächenvergrößerungen (7), wie Noppen, Rippen od. dgl. im Anströmbereich (A) niedriger bemessen sind als im Folgebereich (F₁) der Gasabzugsstrecke (AS).

6. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Leichtmetallkorpus der Glieder (1 bis 3) auf seinen von Heizgasen beaufschlagten Flankenflächen (F) mit geneigt zur einen oder anderen Schmalseite (SS) der Glieder hin orientierten Kondensatsammel- und Ablaufstegen (11′) versehen ist.

7. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenglieder (3) mit verschließbaren By­ passkanälen (13) versehen sind.

8. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung der Gasabzugsstrecke (AS) hinter und/oder unter dem Feuerraum (10) mindestens die den Feuerraum (10) nach oben begrenzenden Um­ fangsrandanschlußstege (8) verstärkt und in diesen mehrere wasserführende Rohre (6′′) eingegossen ange­ ordnet sind.