DE4400481A1 - Heizkessel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Heizkessel für den An­ schluß an den Heizkreislauf einer Heißwasser-Heizanlage mit einem eine Brenneröffnung und eine Abgasöffnung aufweisenden Brennraum und einem thermisch an den Brennraum angeschlossenen, einen Rücklaufanschluß und einen Vorlaufanschluß für den Heizkreislauf aufweisen­ den Wasserraum.

Heizkessel dieser Art weisen eine meist zylindrische Bauform auf, die aus Stahl oder Grauguß besteht und die einen zwischen einem Innen- und einem Außenmantel angeordneten, von dem Heizwasser konvektiv durchström­ ten Wasserraum aufweist. Das Heizwasser wird dem Was­ serraum am Vorlaufanschluß entnommen und an anderer Stelle über den Rücklaufanschluß zurückgeführt. Auf diese Weise ergibt sich im Wasserbereich eine Tempera­ turverteilung zwischen Vorlauftemperatur und Rücklauf­ temperatur, die sich auch auf der Innenfläche des Heiz­ kessels wiederfindet. Die Temperaturunterschiede inner­ halb des Heizkessels werden verstärkt durch die geome­ trischen Unsymmetrien und Toträume im Kessel,insbeson­ dere im Bereich der Brennertür und des Rauchgasstut­ zens. Vor allem im Niedertemperaturbereich besteht die Gefahr einer Taupunktsunterschreitung im Rauchgas und damit einer raschen Korrosion. Die bekannten Heizkessel weisen außerdem ein hohes Eigengewicht auf, das sowohl beim Transport und bei der Montage als auch wegen der hohen Wärmekapazität und der dadurch bedingten langen Aufheizzeit als nachteilig empfunden wird.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, einen Heizkessel der eingangs angegebenen Art zu entwickeln, der bei leichter Bauweise mit möglichst großer Brennraumoberfläche aus wenigen Teilen einfach herstellbar und montierbar ist und bei dem trotzdem eine weitgehend gleichmäßige Wärmebelastung der gesam­ ten Brennraumoberfläche gewährleistet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden die in den Patentan­ sprüchen 1 und 2 angegebenen Merkmalskombinationen vor­ geschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbil­ dungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die erfindungsgemäße Lösung geht von dem Gedanken aus, daß bei Verwendung eines im wesentlichen kugelförmigen Brennraums eine sowohl strahlungsoptimierte als auch strömungsoptimierte Wärmeübertragung bei weitgehend gleichmäßiger Belastung der Brennraumoberfläche gewähr­ leistet ist. Um dies zu erreichen, wird gemäß der Er­ findung vorgeschlagen, daß zwei gegeneinander ver­ schieb- oder verschwenkbare Kesselteile oder Kessel­ hälften vorgesehen sind, deren im wesentlichen halbku­ gelförmige Innenflächen sich zu dem Brennraum ergänzen und in deren Wandung zwangsdurchströmte Wasserrohre unter Bildung des Wasserraums eingeformt oder form­ schlüssig eingebettet sind. Die Brenneröffnung ist da­ bei zweckmäßig an der einen und die Abgasöffnung an der anderen Kesselhälfte angeordnet. Man erhält dadurch einen in seiner Gesamtheit gekühlten Brennraum ohne ungekühlte Brennertür. Zu Wartungszwecken brauchen le­ diglich die beiden Kesselhälften gegeneinander ver­ schwenkt oder voneinander abgehoben zu werden. Hierzu sind die beiden Kesselhälften zweckmäßig an einem einen Kugel-Großkreis begrenzenden Trennflansch lösbar mit­ einander verbunden, wobei der Trennflansch einer jeden Kesselhälfte eine kreisringförmige Trennfläche mit halbkreisförmiger Nut zur Aufnahme eines Dichtungs­ streifens aufweisen kann.

Vorteilhafterweise weisen die Kesselhälften im wesent­ lichen halbkugelförmige, sich zu einer Vollkugel ergän­ zende Außenflächen auf. Die Brenneröffnung und die Ab­ gasöffnung können hierbei durch je einen im Bereich eines zum Trennflansch konzentrischen Kugel-Kleinkrei­ ses angeformten Flansch begrenzt werden.

Eine besonders leichte Bauweise und hohe Wärmebelast­ barkeit wird erzielt, wenn die Kesselhälften aus Alumi­ nium, vorzugsweise aus Aluminium-Druckguß mit eingegos­ senen Wasserrohren aus Edelstahl bestehen. Wenn die beiden Kesselhälften gleich ausgebildet sind, können sie mit der gleichen Gußform hergestellt werden. Vor­ teilhafterweise sind an jeder Kesselhälfte mehrere Was­ serrohre vorgesehen, die jeweils einen Rücklauf- und einen Vorlaufstutzen sowie einen den Rücklauf- mit dem zugehörigen Vorlaufstutzen verbindenden kreisförmigen Rohrbogen aufweisen, wobei die kreisförmigen Rohrbögen in Form von zueinander und zur Brenner- oder Abgasöff­ nung konzentrischen Kleinkreisen in das Wandmaterial der Kesselhälften vorzugsweise zur Außenfläche hin überstehend eingebettet sind. Die Rücklaufstutzen mün­ den dabei zweckmäßig in einen gemeinsamen Rücklauf­ sammler, während die Vorlaufstutzen in einen gemeinsa­ men Vorlaufsammler münden. Die Rücklaufsammler und die Vorlaufsammler der beiden Kesselhälften sind vorteil­ hafterweise durch biegsame Schlauchleitungen miteinan­ der verbunden, so daß sie zum Öffnen des Kessels gegen­ einander verschwenkt oder voneinander getrennt werden können.

Alternativ hierzu weisen die Wasserrohre einer jeden Kesselhälfte einen Rücklauf- und einen Vorlaufstutzen auf, die über zur Brenner- oder Abgasöffnung im wesent­ lichen konzentrische, in das Wandmaterial der jeweili­ gen Kesselhälfte vorzugsweise zur Außenfläche überste­ hend eingebettete Rohrwendeln miteinander verbunden sind.

Zur Verbesserung des Wärmeübergangs vom Brennraum zum Wasserraum weist mindestens eine der Kesselhälften im Winkelabstand voneinander angeordnete, sich vom Trenn­ flansch zur Brenner- oder Abgasöffnung erstreckende, radial nach dem Kessel inneren überstehende Wärmeleit­ rippen auf. Zur Strömungsoptimierung wird gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung in die die Abgasöffnung aufweisende Kesselhälfte ein sich vor­ zugsweise auf den freien Rippenkanten abstützender, zweckmäßig halbkugelförmiger Pralltopf so eingesetzt, daß zwischen der Pralltopfaußenfläche und der Kessel­ innenfläche ein gegebenenfalls durch die Wärmeleitrip­ pen unterteilter Strömungsraum für die Abgase gebildet wird. Der Strömungsraum weist dabei einen vom Ein­ trittsspalt in der Nähe des Trennflansches zur Abgas­ öffnung hin nach Maßgabe der Volumenverringerung der Brenngase in Strömungsrichtung abnehmenden Strömungs­ querschnitt auf.

Aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit von Aluminium ist es möglich, die Temperaturfühler für die Kesseltempera­ turregelung und Sicherheitstemperaturbegrenzung in ei­ gens hierfür vorgesehenen Fühlertaschen, die im Zuge des Gießvorgangs eingeformt werden, unterzubringen.

Der erfindungsgemäße Heizkessel ist vor allem für Öl- und Gasbrenner mit möglichst kurzen, kugelförmigen Flammen geeignet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Heizkessels mit Bren­ ner und Abgasstutzen;

Fig. 2 eine Innenansicht einer Kesselhälfte;

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Kesselhälfte, mittig halbiert;

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Schnittlinie IV-IV der Fig. 3;

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Schnittlinie V-V der Fig. 3;

Fig. 6 eine ausschnittsweise Ansicht in Richtung des Pfeils VI der Fig. 5;

Fig. 7 eine ausschnittsweise Ansicht in Richtung des Pfeils VII der Fig. 2;

Fig. 8 einen Schnitt entlang der Schnittlinie VII- VIII der Fig. 7;

Fig. 9 einen Schnitt entlang der Schnittlinie IX-IX der Fig. 5.

Der in der Zeichnung dargestellte im wesentliche hohl­ kugelförmige Heizkessel 10 ist für den Einsatz in eine Heißwasser-Heizanlage bestimmt. Er besteht im wesentli­ chen aus zwei gleich ausgebildeten Kesselhälften 12, die an einem einen Großkreis der Kesselkugel begrenzen­ den Trennflansch 14 über Flanschaugen 16 lösbar mitein­ ander verbindbar und bei offenem Trennflansch 14 zu Reinigungs- und Wartungszwecken in Richtung des Pfeils 18 um das Drehgelenk 20 gegeneinander verschwenkbar sind. Die Trennflansche 14 weisen eine kreisringförmige Flanschfläche 58 auf, in die eine sich über die halbe Flanschfläche erstreckende Nut 60 zur Aufnahme eines nicht dargestellten Dichtungsstreifens eingeformt ist.

An einem zum Trennflansch 14 konzentrischen Kleinkreis ist je ein weiterer Flansch 22 angeformt, der eine Öff­ nung 24 begrenzt und der an der oberen Kesselhälfte 12 für den Anschluß eines Brenners 26 und an der unteren Kesselhälfte 12 für den Anschluß eines Abgasstutzens 28 bestimmt ist.

Weiter sind eine Anzahl Ω-förmig gebogene Wasserrohre 30 vorgesehen, die mit einem kreisförmig gebogenen Rohrbogen 32 in das Wandmaterial der Kesselhälften 12 eingebettet sind und mit je einem am Rohrbogen 32 par­ allel zueinander abgebogenen Rück- und Vorlaufstutzen 34 über die Kesselhälften 12 überstehen und in einen Rücklauf- bzw. Vorlauf-Sammler 36 münden. Die Rücklauf- und Vorlaufsammler 36 der beiden Kesselhälften 12 sind paarweise mechanisch über das Gelenk 20 sowie über nicht dargestellte biegsame Schläuche miteinander ver­ bunden, so daß die Kesselhälften 12 in Richtung des Pfeils 18 gegeneinander verschwenkt werden können. Je ein an der Außenfläche der Kesselhälften 12 auf der dem Rücklauf- und Vorlaufsammler 36 gegenüberliegenden Sei­ te radial überstehender Handgriff 37 erleichtert dabei das gegenseitige Verschwenken der Kesselhälften 12. Die vorzugsweise aus Edelstahl bestehenden Wasserrohre 30 werden mit ihren Rohrbögen 32 im Zuge der Herstellung beispielsweise im Druckgußverfahren in das aus Alumini­ um bestehende Wandmaterial der Kesselhälften 12 einge­ gossen. Die Rohrbögen 32 sind dabei konzentrisch zuein­ ander und zu den Trennflanschen 14 auf Kleinkreisen der Kesselhälften 12 so angeordnet, daß sie auf der kugel­ förmigen Außenfläche 33 der Kesselhälften teilweise überstehen und an ihren abgebogenen Rück- und Vorlauf­ stutzen 34 wurzelseitig in angegossenen und über stabi­ lisierende Querstege 38 miteinander verbundenen Stut­ zenhaltern 40 stabil nach außen geführt sind (vgl. ins­ besondere Fig. 3, 4 und 7).

Durch die Innenflächen 42 der Kesselhälften 12 wird ein im wesentlichen kugelförmiger Brennraum 44 begrenzt. Zur Verbesserung des Wärmeübergangs vom Brennraum 44 zu den Wasserrohren 30 sind an den Innenflächen 42 der Kesselhälften 12 mehrere in gleichen Winkelabständen voneinander angeordnete, im wesentlichen radial nach innen überstehende, quer zum Rohrbogen 32 der Wasser­ rohre 30 verlaufende Wärmeleitrippen 46 angeformt. Zur Optimierung der Strömungsführung wird außerdem in die fit dem Abgasstutzen 28 verbundene Kesselhälfte 12 ein im wesentlichen halbkugelförmiger, bodenseitig ge­ schlossener Pralltopf 48 eingesetzt, der sich mit sei­ ner Außenfläche auf den entsprechend kugelförmig ge­ krümmten freien Kanten 50 der Wärmeleitrippen 46 ab­ stützt und einen durch die Wärmeleitrippen 46 kanalar­ tig unterteilten Strömungsraum 52 begrenzt. Von der weite des Brenners 26 greift ein Brennerrohr 44 durch die Öffnung 24 in den Brennraum 44 ein, über das unter Brennstoffzufuhr eine weitgehend kugelförmige Flamme 47 erzeugt wird. Die von der Flammenoberfläche abgestrahl­ te Wärme gelangt überwiegend zur Innenfläche 42 auf der brennerseitigen Kesselhälfte 12 und wird dort über das im Zwangsumlauf durch die Wasserrohre 30 geförderte Heizwasser zur Vorlaufseite abgeführt. Die bei der Ver­ brennung erzeugten heißen Rauchgase gelangen auf der Seite der Flammenspitze in den Pralltopf 48 und werden dort in Richtung der Pfeile 54 unter Abgabe ihres Wär­ meinhalts über die Wärmeleitrippen 46 und die Innen­ fläche 42 an das in den Wasserrohren 30 strömende Heiz­ wasser zum Abgasstutzen geleitet. Die sich dabei erge­ bende Volumenabnahme wird durch die Querschnittsabnahme entlang dem Strömungsraum 52 unter Beibehaltung einer nahezu konstanten Strömungsgeschwindigkeit des Rauch­ gases kompensiert.

Aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit des aus Aluminium bestehenden Wandmaterials der Kesselhälften 12 ist es möglich, die für die Kesseltemperaturregelung und die Sicherheitstemperaturbegrenzung notwendigen Temperatur­ fühler in hierfür vorgesehenen Fühlertaschen 56 anzu­ ordnen, die im Zuge der Herstellung an den Kesselhälf­ ten 12 angegossen werden (vgl. Fig. 2, 7 und 8).

Zusammenfassend ist folgendes festzustellen: Die Erfin­ dung bezieht sich auf einen Heizkessel 10 für den An­ schluß an den Heizkreislauf einer Heißwasser-Heizan­ lage. Zur Optimierung der Strahlungs- und Strömungs­ verhältnisses ist der Brennraum 44 des Heizkessels im wesentlichen hohlkugelförmig ausgebildet. Zu diesem Zweck sind zwei gegeneinander verschwenkbare Kessel­ hälften aus Aluminium vorgesehen, deren im wesentlichen halbkugelförmige Innenflächen 42 sich zum Brennraum 44 ergänzen und in deren Wandung zwangsdurchströmte Was­ serrohre 30 formschlüssig eingebettet sind.

Claims (16)

1. Heizkessel für den Anschluß an den Heizkreislauf einer Heißwasser-Heizanlage mit einem eine Bren­ neröffnung (24, 26) und eine Abgasöffnung (24, 28) aufweisenden Brennraum (44) und einem thermisch an den Brennraum (44) angeschlossenen, einen Vorlauf­ anschluß und einen Rücklaufanschluß (30, 34) für den Heizkreislauf aufweisenden Wasserraum (30, 32), dadurch gekennzeichnet, daß der Brennraum im wesentlichen hohlkugelförmig ausgebildet ist.

2. Heizkessel für den Anschluß an den Heizkreislauf einer Heißwasser-Heizanlage mit einem eine Bren­ neröffnung (24, 26) und eine Abgasöffnung (24,28) aufweisenden Brennraum (44) und einem thermisch an den Brennraum (44) angeschlossenen, einen Vorlauf­ anschluß und einen Rücklaufanschluß (30, 34) für den Heizkreislauf aufweisenden Wasserraum (30, 32), gekennzeichnet durch zwei gegeneinander ver­ schwenkbare oder verschiebbare Kesselteile oder Kesselhälften (12), deren im wesentlichen halbku­ gelförmige Innenflächen (42) sich zu dem Brennraum (44) ergänzen und in deren Wandungen zwangsdurch­ strömte Wasserrohre (30, 32) unter Bildung des Wasserraums eingeformt oder formschlüssig einge­ bettet sind.

3. Heizkessel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kesselhälften aus Aluminium, vorzugs­ weise aus Aluminium-Druckguß mit eingegossenen Wasserrohren (30) aus Edelstahl bestehen.

4. Heizkessel nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden Kesselhälften (12) an einem einen Kugel-Großkreis begrenzenden Trenn­ flansch (14) lösbar miteinander verbunden sind.

5. Heizkessel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der Trennflansch (14) einer jeden Kessel­ hälfte (12) eine kreisringförmige Flanschfläche (58) mit einer halbkreisförmigen Nut (60) zur Auf­ nahme eines Dichtungsstreifens aufweist.

6. Heizkessel nach einem der Ansprüche 2 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Brenneröffnung (24, 26) an der einen und die Abgasöffnung (24, 28) an der anderen Kesselhälfte (12) einander diametral gegenüberliegend angeordnet sind.

7. Heizkessel nach einem der Ansprüche 4 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Brenneröffnung und die Abgasöffnung (24) durch je einen im Bereich eines zum Trennflansch (14) konzentrischen Kugel- Kleinkreises angeformten Flansch (22) begrenzt sind.

8. Heizkessel nach einem der Ansprüche 2 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kesselhälften (12) eine im wesentlichen halbkugelförmige, sich zu einer Vollkugel ergänzende Außenfläche (33) auf­ weisen.

9. Heizkessel nach einem der Ansprüche 2 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Wasserohre (30) je­ weils einen Rücklauf- und einen Vorlaufstutzen (34) sowie einen den Rücklaufstutzen mit dem zuge­ hörigen Vorlaufstutzen (34) verbindenden kreisför­ migen Rohrbogen (32) aufweisen, und daß die kreis­ förmigen Rohrbögen in Form von zueinander und zur Brenner- oder Abgasöffnung (24) konzentrischen Kleinkreisen in das Wandmaterial der halbkugelför­ migen Kesselhälften (12) vorzugsweise zur Außen­ fläche (33) hin überstehend eingebettet sind.

10. Heizkessel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Rücklaufstutzen (34) in einen gemein­ samen Rücklaufsammler (36) und die Vorlaufstutzen (34) in einen gemeinsamen Vorlaufsammler (36) mün­ den.

11. Heizkessel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die Rücklaufsammler (36) und die Vorlauf­ sammler (36) der beiden Kesselhälften (12) paar­ weise lösbar vorzugsweise durch biegsame Schlauch­ leitungen miteinander verbunden und zweckmäßig gegeneinander verschwenkbar sind.

12. Heizkessel nach einem der Ansprüche 2 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Wasserrohre einer jeden Kesselhälfte einen Rücklauf- und einen Vor­ laufstutzen aufweisen, die über zur Brenner- oder Abgasöffnung (24) im wesentlichen konzentrische, in das Wandmaterial der jeweiligen Kesselhälfte (12) vorzugsweise zur Außenfläche hin überstehend eingebettete Rohrwendel miteinander verbunden sind.

13. Heizkessel nach einem der Ansprüche 2 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Kes­ selhälften (12) im Winkelabstand voneinander ange­ ordnete, sich vom Trennflansch (14) zur Brenner- oder Abgasöffnung (24) erstreckende, radial nach dem Kessel inneren überstehende Wärmeleitrippen (46) aufweist.

14. Heizkessel nach einem der Ansprüche 2 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, daß in die die Abgasöffnung (24, 28) aufweisende Kesselhälfte (12) ein sich vorzugsweise auf den freien Kanten (50) der Wärme­ leitrippen (46) abstützender, zweckmäßig halbku­ gelförmiger Pralltopf (48) so angeordnet ist, daß zwischen der Pralltopfaußenfläche und der Kessel­ innenfläche ein gegebenenfalls durch die Wärme­ leitrippen (46) unterteilter Strömungsraum (52) für die Abgase gebildet ist.

15. Heizkessel nach einem der Ansprüche 2 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß die beiden Kesselhälften (12) gleich ausgebildet und mit der gleichen Guß­ form herstellbar sind.

16. Heizkessel nach einem der Ansprüche 2 bis 15, da­ durch gekennzeichnet, daß in den Kesselhälften (12) von außen her zugängliche Fühlertaschen (56) zur Aufnahme eines Temperaturfühlers eingeformt sind.