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Heizkessel für Zentralheizungen Für Dampf- oder Warmwasserzentralheizungen
benutzt man heute fast ausschließlich gußeiserne Kessel, die aus einzelnen durch
Nippelreihen miteinander verbundenen Gliedern bestehen. Diese einzelnen Glieder
stellen umständliche Gußkörper dar, deren Herstellung und Aufbau schwierig ist,
so daß sich Kessel dieser Art verhältnismäßig teuer stellen.
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Will man statt dessen einen aus Kesselblech hergestellten, daher billigeren
Zylinderkessel benutzen, so hat man Schwierigkeiten, auf kleinem Raum die nötige
Heizfläche zu schaffen, selbst wenn man die Form des die Feuerung völlig umschließenden
Doppelmantels wählt, dessen Zwischenraum vom Wasser gefüllt ist. Daher hat man den
Vorschlag gemacht, die Gesamtkesselheizfläche in zwei bezüglich der Gas- und Wasserführung
hintereinandergeschaltete Stufen zu unterteilen, wobei jede Stufe aus einem glockenartigen,
innen glatten Hohlmantel besteht. Beide Stufen haben annähernd gleiche Heizflächengröße,
so daß die Rauchgase in die zweite Stufe mit verhältnismäßig hoher Temperatur eintreten.
Die erste den Feuerraum umschließende Stufe stellt hierbei eine Strahlungsheizfläche
dar, während die zweite Stufe als Berührungsheizfläche bezeichnet werden kann; doch
ist der Wirkungsgrad dieser zweiten Heizfläche sehr schlecht, so daß diese Bauart
einen großen Raumbedarf hat.
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Die Erfindung geht ebenfalls von einer Unterteilung der Heizfläche
in zwei hintereinandergeschaltete Stufen von etwa gleicher Heizflächengröße aus,
von denen die erste Stufe aus einem den Feuerraum umschließenden, im wesentlichen
als Strahlungsheizfläche dienenden glockenartigen Hohlmantel besteht, während die
zweite Stufe als Berührungsheizfläche ausgebildet ist, und kennzeichnet sich dadurch,
daß die das Rücklaufwasser bzw. Kondensat aufnehmende zweite Stufe aus Rippenrohrelementen
mit in Endkammern befestigten parallelen, engen Rippenrohren besteht und in dem
Rauchgaskanal derart in unmittelbarer Nähe des Feuerraums angeordnet ist, daß die
Heizgase aus dem Feuerraum ohne vorherige Abwärtsführüng den Rippenrohren zugeleitet
werden. Im Gegensatz zu den Verhältnissen bei dem früheren Vorschlag werden also
die beiden Heizflächenstufen baulich nicht in gleicher Weise ausgeführt, sondern
den verschiedenen wärmetechnischen und betrieblichen Arbeitsbedingungen angepaßt,
wodurch zunächst die spezifische Leistung möglichst gesteigert wird.
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Die als zweite Stufe dienenden Rippenrohre haben infolge ihres hohen
Wirkungsgrades nur einen geringen Bruchteil des Raumbedarfes der ersten Stufe und
können daher bequem in einen Rauchgaskanal üblicher Abmessungen eingebaut werden.
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Diese engen Rippenrohre haben trotz gleicher Heizflächengröße einen
Wasserinhalt, der nur einen geringen Bruchteil desjenigen
der ersten
Stufe beträgt. Auf dieser Eigenart beruht der Hauptvorteil der Erfindung, der darin
besteht, daß die Anheizzeit stark verkürzt wird, ein Umstand, der gerade für den:
Geivächshausbetrieb von besonderer Bedeu tung ist. Hier ist die Möglichkeit des
schnelr' len Anheizens besonders in der Übergangszeit von großem Vorteil, indem
man bei sonnigem Wetter die Heizung tagsüber ausgehen lassen kann, weil man bei
auftretendem Temperatursturz in der Lage ist, in kürzester Zeit wieder anzuheizen.
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Beim Anheizen wird nun der geringe Wasserinhalt des Rippenrohrelements,
welches mit vergleichsweise hoher Temperatur (5oo° C und mehr) beaufschlagt wird,
außerordentlich schnell erhitzt, so daß von diesem Element aus die Abnehmer gewissermaßen
unmittelbar mit dem Wärmeträger (Dampf oder Heißwasser) versorgt werden, ohne daß
zunächst der ganze Wasserinhalt der ersten Heizflächenstufe entsprechend erwärmt
bzw. auf Dampftemperatur gebracht zu werden braucht. Mit steigender Erwärmung der
ersten Kesselstufe schaltet sich dann der-Wasserumlauf allmählich selbsttätig um,
und die Verbraucher werden dann aus der ersten Kesselstufe versorgt.
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Es ist an sich bekannt, für den Aufbau von Heizkesseln Rippenrohre
zu verwenden; doch handelt es sich hierbei um Kessel, die unter Vermeidung der von
der Erfindung benutzten Stufenaufteilung aus Rippenrohren bestehen; daher ist ein
so schnelles Anheizen wie bei der Einrichtung nach der Erfindung nicht möglich,
e'veil der gesamte Wasserinhalt des Kessels zunächst entsprechend erwärmt werden
muß.
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Im Gegensatz hierzu wird bei der Erfindung lediglich die zweite Stufe
des Kessels aus Rippenrohren gebildet, die daher nur mit bereits abgekühlten Rauchgasen
(5oobis8oö°) in Berührung kommen. Auch kann das im Rauchgaskanal angeordnete Rippenrohrelement
im Gegensatz zu der bekannten Anordnung während des Betriebes wegen seiner bequemen
Zugänglichkeit leicht gereinigt werden.
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Es ist ferner ein Warmwasserheizkessel für Zentralheizungen bekannt,
bei welchem der Heizkessel aus einem den Feuerraum umgebenden ringförmigen, mit
Wasser gefüllten Hohlmantel und einem auf diesen aufgesetzten zylindrischen Oberteil
besteht, Der Wasserraum dieses oberen Kesselteiles besteht im wesentlichen aus zwei
konzentrischen Ringräumen, die durch radial bis zur Mitte führende Kanäle verbunden
sind. Zwischen den wasserführenden Räumen befinden sich ringsegmentartige Gasführungskanäle,
die durch radial gerichtete, senkrecht verlaufende Rippen unterteilt sind. Dieser
obere Kesselteil soll sowohl die strahlende Wärme aufnehmen als auch die mit verhältnismäßig
geringer Temperatur eintretenden Abgase noch weiter `-ausnutzen. Ein Rippenrohrelement
mit engen Rippen im Sinne der Erfindung stellt dieser obere Kesselteil nicht dar.
Bei der Erfindung wird bewußt das Rippenrohrelement im Rauchgaskanal angeordnet,
also der strahlenden Hitze entzogen, da im anderen Falle die Rippenrohre leicht
verschmutzen und zerstört werden.
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Bei dem bekannten Kessel strömt das Rücklaufwasser in den unteren
Kesselteil (ringförmiger Hohlmantel) ein und tritt nach Durchströmen desselben in
den oberen Wärmefang, von wo aus es den Abnehmern zugeführt wird. Die beim Warmwasserkessel
nach der Erfindung beim Anheizen erforderliche Umkehrung der Strömungsrichtung kann
also bei der dort benutzten Gleichstromführung von Wasser und Heizgasen nicht eintreten.
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DerHauptunterschied derErfindung gegenüber. dem bekannten Kessel besteht
darin, daß bei dem letzteren der obere Kesselteil infolge der gewählten Ausbildung
einen großen Wasserinhalt besitzt, der nicht wesentlich kleiner als derjenige des
unteren Kesselteiles ist. Infolgedessen kann auch aus diesem Grunde das von der
Erfindung erzielte, an den geringen Wasserinhalt des Rippenrohrelemen'ts gebundene
schnelle Anheizen nicht eintreten.
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In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung in zweiAusführungsbeispielen
dargestellt.
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Fig. i und :2 zeigen im Aufriß und Grundriß die Ausbildung des Heizkessels
nach der Erfindung für eineWarmwasserzentralheizung.
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Fig. 3 und q. zeigen in entsprechenden Rissen die Ausbildung für Dampfzentralheizungen.
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Gemäß Fig. i und 2 wird die erste Stufe der beheiztenFläche durch
den glockenartigen Hohlmantel i gebildet, welcher den Feuerraum 2 umschließt. Der
Brennstoff liegt auf dem Rost 3. Sein Nachfüllen erfolgt durch die durch die Tür
q. verschließbare Einfüllöffnung 5. Die Frischluftklappe ist mit 6, die Schür- und
Aschtür mit 7 bezeichnet. In dem Hohlmantel i findet der Wärmeübergang im wesentlichen
durch Strahlung statt.
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Die zweite Stufe der beheizten Fläche wird durch den in dem Rauchgaskanal
8 untergebrachten Wärmeaustauscher 9 gebildet, der aus parallel und gegeneinander
versetzt angeordneten, in eine obere und untere Wasser-bzw. Dampfkammer mündenden
elliptischen Rippenrohren mit einer kleinen Ellipsenachse bis etwa 2o mm besteht.
Selbstverständlich kann man auch runde Rippenrohre mit einem
Durchmesser
bis etwa q.o mm benutzen. Der Wärmeübergang in dieser zweiten Kesselstufe findet
im wesentlichen durch Berührung statt.
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Bei Benutzung elliptischer Rippenrohre der angegebenen Abmessungen
ist es möglich, eine in ihrer Größe der ersten Stufe entsprechende Heizfläche auf
einem so kleinen Raum unterzubringen, wie dies die Zeichnung veranschaulicht.
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Das Wärmeüberführungsmittel (Wasserrücklauf) tritt in Richtung des
Pfeiles x durch den Einlaßstutzen io in das Rohrsystem der zweiten Stufe 9 ein und
gelangt darin durch die Leitung i i in den Hohlmantel i der ersten Stufe; aus diesem
tritt der Vorlauf durch den Stutzen i2 (Pfeil y) wieder aus der ersten Stufe aus.
Die aus dem Feuerraum der ersten Stufe in etwa waagerechter Richtung austretenden
Heizgase strömen ohne wesentliche Richtungsänderung durch das Rippenrohrsystem 9
der zweiten Stufe und werden von hier aus im Sinne des Pfeiles z in den Kamin abgeführt.
Wasser und Heizgase werden sonach in dem an sich bekannten Gegenstrom in den beiden
Stufen geführt.
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Beim Anheizen ergeben sich andere Strömungsverhältnisse. Infolge der
schnellen Wärmeaufnahme durch das Rippenrohrelement 9 wird das in 'diesem erhitzte
Wasser entgegen dem Pfeil x .unmittelbar den Verbraucherstellen (z. B. den im Gewächshaus
aufgestellten Lufterhitzerelementen) zugeführt.
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In der Öffnung für den Austritt der Gase aus dem Feuerraum in den
Rauchgaskanal ä ist ein aus Röhren 13 bestehendes Gitter angeordnet, durch welches
das Wasser der ersten Stufe umläuft. Durch dieses Gitter wird das Eindringen von
Koks o. dgl. in den Rauchgaskanal und damit eine Verstopfung oder Beschädigung des
Rippenrohrsystems 9 verhindert. Gleichzeitig stellt dieses Röhrengitter eine wirksame
Wärmeaustauschfläche dar, die den Übergang von der ersten in die zweite Stufe vermittelt.
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Die Stufenunterteilung unter Verwendung etwa gleicher Heizflächen
für beide Stufen kann so erfolgen, daß die Heizgase (bei Koksfeuerung) mit einer
Temperatur von etwa 120o° C in die erste Stufe eintreten und hier auf 50o° abgekühlt
werden. Mit dieser Temperatur treten sie in die zweite Stufe ein, in welcher.eine
weitere Abkühlung auf etwa i5o°C erfolgt.
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In Fig. 3 und q. ist ein Heizkessel nach der Erfindung für Dampfzentralheizungen
dargestellt. Der Aufbau entspricht grundsätzlich demjenigen der Anlage nach Fig.
i und 2. Das Kondensat oder Speisewässer tritt in Richtung des Pfeiles x durch den
Rohrstutzen io in die zweite Kesselstufe 9 ein, in welcher schon eine Dampfbildung
stattfindet. Zur Abführung des gebildeten Dampfes in den Dampfraum i" der ersten
Kesselstufe ist die Rohrleitung 14 vorgesehen. "Im übrigen tritt das heiße Wasser
aus der ersten Stufe, ähnlich wie bei dem Kessel nach Fig. i und 2, durch die Rohrleitung
i i in den Wasserraum der Glocke i ein. Der gebildete Dampf tritt durch den Stutzen
12 (Pfeil y) aus der ersten Stufe aus. Auch bei dieser Bauart ist das Gegenstromprinzip
für die Gas- und Wasserführung aufrechterhalten.
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Beim Anheizen ergibt sich eine ähnliche Wirkung wie bei dem Kessel
nach Fig. i und 2. Der in den Rippenrohrelementen 9 gebildete Dampf strömt mit großer
Geschwindigkeit durch die Leitung 1q. in den Raum i, und aus diesem durch die Leitung
12 den Verbraucherstellen zu. Auch hier ist also eine vorherige Erwärmung des Wasserinhaltes
der ersten Stufe auf Dampftemperatur nicht erforderlich. Schon nach kurzer Zeit
ist der Wasserinhalt in der Nähe der Einmündung des Rohres 1q. in dem Raum i" so
stark erwärmt, daß keine nennenswerten Dampfmengen mehr niedergeschlagen werden.
Die eingezeichnete Leitwand hat lediglich den Zweck, ein allzu explosionsartiges
Austreten des Dampfes aus der Leitung 14 zu verhindern, d. h. die hohe Geschwindigkeit
des Dampfes zu verringern.