DE4316323C2 - Gasheizkessel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasheizkessel gemäß Oberbe­ griff des Patentanspruches 1.

Gasheizkessel der genannten Art sind allgemein bekannt und in Benutzung, so daß es diesbezüglich keines besonde­ ren druckschriftlichen Nachweises bedarf. Abhängig von der Leistungsgröße und Konstruktion solcher Heizkessel haben dabei die Nachschaltwärmetauscher unterschiedliche Konstruktionen bspw. in Form mehrerer parallel nebenein­ ander angeordneter Taschen, die vom Heizungswasser um­ strömt werden oder in Form von aus einem oder mehreren Rohren gebildeten, sogenannten Lamellenblöcken, wobei die Lamellen die Außenrippen der Rohre bilden. Bei Heizkes­ seln der erstgenannten Art erfolgt dabei die Brauchwas­ serbereitung in der Regel in separaten Brauchwasserspei­ chern und bei denen der zweiten Art, bei denen es sich in der Regel um solche kleinerer Leistung handelt, dadurch, daß man in Heizwasser führenden Rohren Rohre einsetzt, durch die das zu erwärmende Brauchwasser im Durchlauf ge­ führt wird, wobei das Heizungswasser eine hohe Temperatur haben muß, was aber mit einer starken Verkalkungstendenz verbunden ist. Unabhängig davon, ob nun mit solchen Heiz­ kesseln nur Heizungswasser oder auch Brauchwasser erwärmt werden soll, ist die Herstellung solcher Nachschaltwärme­ tauscher auf jeden Fall ziemlich aufwendig und, wenn es sich um Taschen handelt, auch deren Einbindung in den Kessel, da von Tasche zu Tasche dichte Verbindungen her­ gestellt werden oder die Taschen einzeln in entsprechende Anschlußöffnungen des Kesselgehäuses eingeschweißt werden müssen. Ein solcher Einbindungsaufwand besteht bei in Form von Lamellenblöcken ausgebildeten Nachschaltwärme­ tauschern zwar nicht; um aber überhaupt ausreichend große Wärmeübertragungsflächen zu erhalten, müssen das oder die Rohre mit beträchtlichem Aufwand mit einer Außenberippung versehen werden. Hinzu kommt noch, daß die Nachschaltwär­ metauscher selbst bei im Querschnitt nicht kreisförmigen Brennkammern von den Heizgasen, im Querschnitt gesehen, im wesentlichen kreisförmig angeströmt werden, welcher Kreisform die Nachschaltwärmetauscher aber nicht ideal entsprechen. Wesentlich günstiger sind dabei spiralförmig gewickelte Wärmetauscher hinsichtlich der Strömungsfüh­ rung, ihrer Kompaktheit und auch des Wärmetauschers, zumal es inzwischen gelungen ist, diese zweckmäßig und problemlos herstellen zu können. Da diese im Gesamtquer­ schnitt praktisch kreisförmig sind, entspricht deren An­ strömfläche auch besser den Anströmverhältnissen der Heizgase.

Erfolgreich eingeführt haben sich inzwischen auch Strah­ lungsbrenner, deren aus geeignetem Metallgewebe gebildete Brennerfläche im wesentlichen eine halbkugelförmige Kon­ figuration hat und die sich insbesondere durch eine äu­ ßerst schadstoffarme Verbrennung auszeichnen, und zwar aufgrund einer relativ niedrigen - thermischen Belastung der Brenneroberfläche. Mit solchen günstigen Brennern und auch spiralförmig ausgebildeten Nachschaltwärmetauschern einfach in bekannte Kesselkonstruktionen hineingehen zu wollen, würde jedoch nicht zu optimalen Ergebnissen füh­ ren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Gasheiz­ kessel der eingangs genannten Art dahingehend auszubil­ den, daß bei fertigungsgünstiger Konstruktion eine für die Wärmübertragung günstige Zuordnung der daran betei­ ligten Elemente, nämlich Brenner besonderer Art, Brenn­ kammerwandungen und Nachschaltwärmetauscher von ebenfalls besonderer Art gegeben sein soll.

Diese Aufgabe ist mit einem Gasheizkessel der eingangs genannten Art nach der Erfindung durch die im Patentanspruches 1 angeführten Merkmale gelöst.

Abgesehen davon, daß ein derart ausgebildeter Gasheizkes­ sel, insbesondere als Sturzbrennerheizkessel zur Verwen­ dung kommen kann, wird durch die Einwölbung die Brennkam­ merwand näher an die gewölbte Brennerfläche herangerückt, über der die zugeführten Gase sehr kurzflammig brennen. Durch die Einwölbung der Brennkammerwand im Bereich zwi­ schen Brenner und Nachschaltwärmetauscher wird die strah­ lungswirksame Übertragungsfläche nicht unbeträchtlich vergrößert, was außerdem mit dem Vorteil verbunden ist, daß sich regelungsgünstig der Wasserinhalt des Kessels vergrößert und außerdem die kritische Anströmfläche des spiralförmigen Nachschaltwärmetauschers nicht mehr so hoch thermisch belastet wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gas­ heizkessels bestehen in Folgendem:
Der Nachschaltwärmetauscher ist in einer seiner Spiral­ form angepaßten Hülse angeordnet, die mit einem oberen und einem unteren abgekröpften, in bezug auf die Brenn­ kammerachse konzentrischen Anschlußflansch für die Brenn­ kammerwand einerseits und die Gehäusewand andererseits versehen ist. Diese Ausgestaltung führt nicht nur zu ei­ ner günstigen Fertigung des Heizkessels, sondern bindet auch den speziellen Nachschaltwärmetauscher problemlos an das Ende der Brennkammer an, ohne daß die Heizgase auch nicht zum Teil außen an diesem vorbeiströmen können.

Im Zusammenhang mit einer derartigen Ausgestaltung beste­ hen dann vorteilhafte Weiterbildungen darin, daß zwischen dem unteren Ende der Brennkammerwand und dem außendurch­ messerkleineren oberen Anschlußflansch der Hülse ein stu­ fenförmig abgekröpfter Zwischenring mit entsprechenden Anschlußdurchmessern angeordnet ist und daß zwischen dem unteren Ende der Gehäusewand und dem außendurchmesser­ kleineren unteren Anschlußflansch der Hülse ein u-förmig gekröpfter Zwischenring mit entsprechenden Anschlußdurch­ messern angeordnet ist.

Der erfindungsgemäße Gasheizkessel und dessen vorteil­ hafte Ausgestaltungen werden nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispieles näher erläutert, die einen Längsschnitt durch einen als Sturzbrennerkessel ausgebildeten Gasheizkessel zeigt.

Der Gasheizkessel besteht aus einem wasserführenden Ge­ häuse 1, in dem eine mit Brenner 2 bestückte, im Quer­ schnitt zylindrische Brennkammer 3 und zwischen dem Bren­ ner 2 und einer Abgassammelkammer 4 ein von den Wärme­ tauschmedien durchströmbarer Nachschaltwärmetauscher NWT mit Zu- und Abströmanschlüssen für das zu erwärmende Me­ dium angeordnet ist.

Für einen solchen Gasheizkessel ist wesentlich, daß zwi­ schen dem als Strahlungsbrenner mit im wesentlichen halb­ kugelförmig gewölbter Brennerfläche F ausgebildeten Bren­ ner 2 und dem in Form einer Planspirale ausgebildeten Nachschaltwärmetauscher NWT die Brennkammerwand 5 mit ei­ ner umlaufenden Einwölbung 6 versehen ist, deren klein­ ster Innendurchmesser D im wesentlichen dem Durchmesser D₁ des halbkugelförmigen Brenners 2 entspricht und deren oberer Wölbungsansatz 7 im wesentlichen in einer Ebene E liegt, die die Brennkammerachse A senkrecht schneidet und das Wölbungsmaximum M der Brennerfläche F tangiert.

Wie ersichtlich, handelt es sich bei der Einwölbung 6 nicht einfach um eine massive Einsickung der Brennkam­ merwand, sondern diese ist gewissermaßen im Zwischenbe­ reich zwischen Brenner 2 und als Planspirale ausgebilde­ ten Nachschaltwärmetauscher NWT stark tailliert und ent­ spricht, im Querschnitt gesehen, einem Halbkreis mit ste­ tigen Übergangsanschlüssen an die ansonsten zylindrische Brennkammerwand 5. Wie ohne weiteres ersichtlich, wird dadurch im Vergleich zu einer durchgehend zylindrischen Brennkammerwand ein wesentlich größerer Teil der Wand hinsichtlich der vom Brenner 2 ausgehenden Strahlung ak­ tiviert und die Anströmfläche F₁ des Nachschaltwärmetau­ schers NWT ist entsprechend entlastet, d. h., die insbe­ sondere dort gegebene Gefahr einer Dampfblasenbildung und/oder Kesselsteinbildung ist vermieden bzw. wesentlich reduziert, da praktisch nur noch etwa ein Drittel der Brennerfläche F per Strahlung auf die Anströmfläche F₁ einwirken kann.

Der Nachschaltwärmetauscher NWT ist in einer seiner Spi­ ralform angepaßten Hülse 9 angeordnet, die mit einem obe­ ren und einem unteren abgekröpften, in bezug auf die Brennkammerachse A konzentrischen Anschlußflansch 10 für die Brennkammerwand 5 einerseits und die Gehäusewand 11 andererseits versehen ist. Der spiralförmig gewickelte Nachschaltwärmetauscher ist im einzelnen nicht besonders dargestellt, sondern nur ein geschnittener Wickelgang 16 auf den rechten Seiten in der zeichnerischen Darstellung. Im Kernbereich des Wickels ist der Wickelgang 16 in ge­ eigneter Weise an den Rücklaufanschluß 17 angeschlossen, und der Vorlauf des Kessels ist mit 18 bezeichnet. Der äußere Wickelgang 16 mündet bei entsprechender Gestaltung der Hülse 9 in den wasserführenden Innenraum I des Gehäu­ ses 1 aus, der durch die Einwölbung 6 ein größeres Volu­ men erhält, wie es sich sonst bei einer durchgehend zy­ lindrischen Brennkammerwand 5 ergäbe, dies natürlich un­ ter dem Gesichtspunkt, die Außenabmessungen des Gehäuses 1 so klein wie möglich zu halten. Wie ersichtlich, sorgt die an die Außenform des Nachschaltwärmetauschers NWT an­ gepaßte Hülse 9 dafür, daß auch die äußere Umfangsfläche des NWT nicht völlig freisteht und dort ein weniger Wi­ derstand bietender Ringspalt entsteht. "Angepaßte" Hülse bedeutet dabei im übrigen nicht, daß die Hülse auch an die äußeren Rippenprägungen 16′ der betreffenden Wand des Wickelganges 16 angepaßt sind.

Wie ferner aus der Darstellung ersichtlich, ist zwischen dem unteren Ende 12 der Brennkammerwand 5 und dem au­ ßendurchmesserkleineren oberen Anschlußflansch 10 der Hülse 9 ein stufenförmig abgekröpfter Zwischenring 13 mit entsprechenden Anschlußdurchmessern D₂, D₃ angeordnet und außerdem ist bei den dargestellten und insoweit bevorzug­ ten Ausführungsbeispielen zwischen dem unteren Ende 14 der Gehäusewand 11 und dem außendurchmesserkleineren un­ teren Anschlußflansch 10 der Hülse 9 ein u-förmig ge­ kröpfter Zwischenring 15 mit entsprechenden Anschluß­ durchmessern D₄, D₅ angeordnet. Insbesondere mit Rücksicht auf die in der Brennkammerwand 5 anzubringende und tiefe Einwölbung 6 stellt diese Ausführungsform eine vorteil­ hafte Weiterbildungen dar, aber auch in Rücksicht auf den anzuschließenden NWT, dessen Außenumfang ja nicht einer leicht anzuschließenden Kreisform entspricht.

Auf diese Weise lassen sich die einzelnen, den ganzen Gasheizkessel bildenden Komponenten denkbar einfach vor­ fertigen, wonach dann mit wenig Vorheftstellen die Kompo­ nenten durch Schweißen zusammengefügt werden können. Da­ bei kann ohne weiteres in Betracht gezogen werden, den die Einwölbung 6 aufweisenden Bereich der Brennkammerwand 5 ebenfalls als separat zu rollendes Teil herzustellen.

Wie aus der Darstellung ersichtlich, kann aufgrund dieser Ausbildung der ganze gasführende Innenteil einschließlich des NWT nach Zusammenfügung seiner Einzelkomponenten in den entsprechend vorbereiteten Außenmantel von oben her eingeschoben werden, wobei sich ein oberer abgekröpfter Rand 19 auf den obe­ ren Rand der Gehäusewand 11 aufsetzt und der untere Flansch 10 der Hülse 9 auf den nach oben weisenden Schen­ kel 20 des Zwischenringes 15. Um das Ganze abzuschließen, sind also nur noch zwei kreisförmige Schweißnähte 21, 22 zu verlegen, und die ebenfalls vorgefertigte Abgassammel­ kammer 4 mit Abgasstutzen 23 und ggf. Kondensatabfluß­ stutzen 24 ist anzuschließen.

Claims (5)

1. Gasheizkessel, bestehend aus einem wasserführenden Gehäuse (1), in dem eine mit Brenner (2) bestückte, im Querschnitt zylindrische Brennkammer (3) und zwi­ schen dem Brenner (2) einer Abgassammelkammer (4) ein von den Wärmetauschmedien durchströmbarer Nach­ schaltwärmetauscher (NWT) mit Zu- und Abströman­ schlüssen für das zu erwärmende Medium angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem als Strahlungsbrenner mit im we­ sentlichen halbkugelförmig gewölbter Brennerfläche (F) ausgebildeten Brenner (2) und dem in Form einer Planspirale ausgebildeten Nachschaltwärmetauscher (NWT) die Brennkammerwand (5) mit einer umlaufenden Einwölbung (6) versehen ist, deren kleinster Innen­ durchmesser (D) im wesentlichen dem Durchmesser (D₁) des halbkugelförmigen Brenners (2) entspricht und deren oberer Wölbungsansatz (7) im wesentlichen in einer Ebene (E) liegt, die die Brennkammerachse (A) senkrecht schneidet und das Wölbungsmaximum (M) der Brennerfläche (F) tangiert.

2 Gasheizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachschaltwärmetauscher (NWT) in einer sei­ ner Spiralform angepaßten Hülse (9) angeordnet ist, die mit einem oberen und einem unteren abgekröpften, in bezug auf die Brennkammerachse (A) konzentrischen Anschlußflansch (10) für die Brennkammerwand (5) einerseits und die Gehäusewand (11) andererseits versehen ist.

3. Gasheizkessel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem unteren Ende (12) der Brennkammer­ wand (5) und dem außendurchmesserkleineren oberen Anschlußflansch (10) der Hülse (9) ein stufenförmig abgekröpfter Zwischenring (13) mit entsprechenden Anschlußdurchmessern (D₂, D₃) angeordnet ist.

4. Gasheizkessel nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem unteren Ende (14) der Gehäusewand (11) und dem außendurchmesserkleineren unteren An­ schlußflansch (10) der Hülse (9) ein u-förmig ge­ kröpfter Zwischenring (15) mit entsprechenden An­ schlußdurchmessern (D₄, D₅) angeordnet ist.

5. Gasheizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der die Einwölbung (6) aufweisende Bereich der Brennkammerwand (5) als separates Teil an die Brenn­ kammerwand (5) angeschlossen ist.