DE69828730T2

DE69828730T2 - Kombinierter Brennwertkessel mit Vormischbrenner

Info

Publication number: DE69828730T2
Application number: DE69828730T
Authority: DE
Inventors: Dante Ferroli
Original assignee: Ferroli SpA
Current assignee: Ferroli SpA
Priority date: 1997-09-29
Filing date: 1998-09-10
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2018-09-11
Also published as: ITMI972206A1; CZ309998A3; RU2194920C2; EP0905457A2; PL190322B1; IT1295238B1; EP0905457A3; CZ294000B6; DE69828730D1; DK0905457T3; HU9802152D0; HUP9802152A3; HU223643B1; EP0905457B1; PL328890A1; PT905457E; HUP9802152A2; ES2236853T3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft einen verbesserten kombinierten Brennwertkessel mit Vormischbrenner.
Bekanntermaßen erregte die Produktion von heißem Wasser für den allgemeinen Gebrauch und insbesondere für den häuslichen Gebrauch in den vergangenen Jahren ein steigendes Interesse bei den Endnutzern und den Herstellern von Heizmitteln, um den jüngsten Marktanforderungen in Bezug auf verschärfte Richtlinien, den Verbrauch, schädliche Emissionen, Größe, Kosten usw. gerecht zu werden.
Dementsprechend wurden Heizkessel, die den Kern jedes Heizsystems darstellen, in den vergangenen Jahren zahlreichen Versuchen der Umgestaltung durch die Industrie auf diesem Gebiet unterzogen, um den Anforderungen eines verstärkt fordernden Marktes gerecht zu werden.
Andererseits haben verfügbare Kessel, obwohl sie das oben genannte technische Problem lösen, die folgenden Nachteile.
Sie sind vergleichsweise groß, häufig aufgrund eines unbefriedigenden Designs in Bezug zum Layout der Vorrichtung.
Während die schädlichen Emissionen im Vergleich zu früheren Kesseln weitgehend reduziert wurden, entsprechen sie häufig jedoch nicht den neuen gesetzlichen Vorschriften, die sowohl auf nationaler als auch regionaler Ebene immer restriktiver werden.
Des Weiteren weisen die genannten Kessel aufgrund einer schlechten Verbrennungseffizienz einen vergleichsweise hohen Stromverbrauch sowie aufgrund der hohen Mengen der verwendeten Materialien und eines nicht vollständig optimalen Designs rein in Bezug auf die Konstruktion hohe Herstellungs- und Betriebskosten auf.
Ein weiterer Nachteil ist die vergleichsweise kurze Lebensdauer früherer Kessel, die auf eine zeitliche Veränderung der Merkmale der Hauptkomponenten der genannten Kessel zurückzuführen ist, wie zum Beispiel der Wärmetauscher.
Letztendlich erfordern moderne Anforderungen sowohl rechtlicher als auch betrieblicher Natur eine Kapilarsteuerung jedes Parameters, der mit dem Betrieb des Kessels in Zusammenhang steht, wodurch die Komplexität der Steuerungselektronik deutlich erhöht wird, die, wenn sie nicht ordentlich entwickelt wurde, eine Schwachstelle des gesamten Heizsystems darstellen kann.
Ein kombinierter Brennwertkessel gemäß der Präambel von Anspruch 1 ist bekannt aus DE-U-8212347. Keramikbrenner sind zum Beispiel bekannt aus US-A-5570659 oder GB-A-2223838.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Dementsprechend besteht das Ziel der vorliegenden Erfindung darin, die oben genannten Nachteile des bekannten Stands der Technik zu beseitigen.
Dementsprechend betrifft die Erfindung insbesondere einen verbesserten kombinierten Brennwertkessel mit Vormischbrenner mit hochtechnologischen Komponenten, der insbesondere für Sanitärwasser- und Heizsysteme entwickelt wurde und der es gestattet, die Gesamtkosten und die Größe wesentlich zu reduzieren, während ein sehr zuverlässiger Betrieb und darüber hinaus eine Reduktion schädlicher Emissionen geboten wird.
Kurz gesagt bietet die Erfindung, um die oben genannten und weitere Ziele zu erreichen, einen verbesserten kombinierten Brennwertkessel mit Vormischbrenner, der insbesondere für Sanitär- und Heizsysteme entwickelt wurde, der Folgendes umfasst: mindestens einen mit Rippen versehenen Wärmetauscher, wobei diese Rippen abwärts weisende, schräg gestellte Einkerbungen aufweisen, die das tropfende Kondensat von der Heizrohrwand des Wärmetauschers wegleiten, wobei die Heizrohrwand zusammen mit den speziell entwickelten Rippenumrissen eine Mehrzahl thermischer Tauschphasen aufweist, und schließlich einen Keramikbrenner, der einen Vormischblock mit mindestens einem Flansch und eine oder mehrere kalibrierte Düsen, eine Mehrzahl mit Durchbrüchen versehene Platten stromaufwärts der Keramikplatten aufweist, wo die Verbrennung stattfindet, die so konfiguriert sind, dass eine gleichmäßige Verteilung des Luft-Gas-Gemisches auf der gesamten Oberfläche des Brenners sichergestellt wird, und ein Stützelement mit einer Siegeldichtung, die es den Keramikplatten gestattet, sich auszudehnen.
Der erfindungsgemäße verbesserte kombinierte Brennkessel mit Vormischbrenner, der insbesondere für Sanitärwasser- und Heizsysteme entwickelt wurde ist gekennzeichnet durch die Merkmale, die in Anspruch 1 beschrieben werden.
Der erfindungsgemäße verbesserte kombinierte Brennkessel mit Vormischbrenner, der insbesondere für Sanitärwasser- und Heizsysteme entwickelt wurde, weist die folgenden Vorteile auf.
Die baulichen Merkmale des verwendeten Wärmetauschers gestatten es, einen sehr hohen Wärmeaustausch bei einheitlichen Oberflächen und eine sehr hohe Lebensdauer und Zeitspanne bei der Beibehaltung der Merkmale des Wärmetauschers zu erzielen.
Dank der hohen Effizienz des erfindungsgemäßen Kessels ist es möglich, das Gewicht des Wärmetauschers mit einer Rate von 35 bis 40 % zu reduzieren, bei einer Mindestlebensdauer von 15 Jahren und dies auch aufgrund einer speziell entwickelten Konfiguration des Kessels, die so genannte „tote Regionen" vermeidet, in denen Temperaturen sich derart erhöhen könnten, dass sie den Wärmetauscher beschädigen.
Der frühe Verschleiß oder Korrosionsphänomene, die durch die Verbrennungsgase oder den Rauch am oberen Teil des Wärmetauschers und durch das Kondensatmaterial an dessen unterem Teil verursacht werden, werden auf ein sehr geringes Niveau reduziert.
Die schädlichen Emissionen, insbesondere die Emission von Stickstoffoxid, werden im Vergleich zu dem Niveau von früheren Kesseln mit der gleichen Leistung auf ein sehr geringes Niveau reduziert.
Ein geräuschloser Betrieb, eine gute Betriebsflexibilität über ein breites Leistungsspektrum und eine wesentlich reduzierten Größe der Verbrennungskammer sind weitere wichtige Vorteile des verbesserten Kessels gemäß der Erfindung.
Des Weiteren hat die Bereitstellung besonderer Konstruktionslösungen eine Reduzierung des zur Herstellung des Brenners erforderlichen Keramikmaterials um 30 % zur Folge.
Die Gesamtgröße wurde im Vergleich zu Kesseln mit vergleichbaren Leistungen wesentlich reduziert, was auf ein geeignetes Design des Kessel-Layouts, dessen einzelnen Komponenten integriert und optimiert wurden, zurückzuführen ist.
Der Betrieb des Kessels gemäß der Erfindung kann ordnungsgemäß und ununterbrochen durch die sorgfältige Verwendung moderner logischer Steuerungsmittel, die im Handel erhältlich sind, überwacht werden.
Aus oben Genanntem sollte ohne weiteres ersichtlich werden, dass der Kessel gemäß der Erfindung ein optimales Preis-Leistungs- bzw. Preis-Lebensdauer-Verhältnis bietet, was sowohl für den Kesselhersteller als auch für den Endnutzer von großem Vorteil ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten des erfindungsgemäßen verbesserten kombinierten Brennwertkessels mit Vormischbrenner, der insbesondere für Sanitärwasser- und Heizsysteme entwickelt wurde, werden aus der folgenden Beschreibung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen deutlich, die beispielhaft jedoch nicht limitierend ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des genannten Kessels darstellen:
In den Zeichnungen ist:
1 eine vertikale Querschnittansicht der Länge nach eines Rohrs, das in der Heizrohrwand des Wärmetauschers des Kessels gemäß der Erfindung integriert ist;
2 eine teilweise Querschnittansicht der thermischen Austauschphasen des Wärmetauschers, der im Kessel gemäß der Erfindung integriert ist;
3 eine Querschnittansicht des Luft-Gas-Mischblocks, der im Brenner des Kessels gemäß der Erfindung integriert ist;
4 eine Vorderansicht des erfindungsgemäßen verbesserten kombinierten Brennwertkessels mit Vormischbrenner, der insbesondere für Sanitärwasser- und Heizsysteme entwickelt wurde; und
5 eine Seitenansicht des in 4 darstellten Kessels.
BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
Mit Bezug auf die Bezugsnummern der oben beschriebenen Abbildungen umfasst der verbesserte kombinierte Brennwertkessel mit Vormischbrenner 1, der insbesondere für Sanitärwasser- und Heizsysteme entwickelt wurde, gemäß der vorliegenden Erfindung zusätzlich zu den verschiedenen bekannten Verbindungs- und Stützelemente einen mit Rippen versehenen Wärmetauscher, der vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung besteht, einen Vormisch-Keramikbrenner sowie ein Mikroprozessorsteuerungssystem.
Vorzugsweise sind die Heizrohrwand 2 und die Rippen 4 des Wärmetauschers so angeordnet, dass die vertikal durch die Rippe verlaufend drei thermale Austauschphasen 5, 6, 7 bilden. Insbesondere ist die thermale Austauschphase 5 eine Hochtemperaturphase, die thermale Austauschphase 6 ist eine teilweise Kondensationsübergangsphase und die thermale Austauschphase 7 ist eine vollständige Kondensationsphase.
Die Rippen 4 sind mit speziell entwickelten Einkerbungen oder Aussparungen versehen, deren Positionen, Größe und abwärts weisende Neigung dazu führt, dass das tropfende Kondensatmaterial in die Bereiche geleitet wird, die sehr vorteilhaft wären für einen insgesamt sehr effizienten Betrieb des Wärmetauschers, d. h. weg von der Heizrohrwand 2, um den Betrieb der Rippen 4 zu optimieren, deren Temperatur in der unmittelbaren Umgebung jedes Rohres 3 geringer ist, und um die Bildung eines Flüssigkeitsfilms um die Rohre 3 zu verhindern, der den Wärmeaustausch beeinträchtigen könnte.
Des Weiteren würde die Beabstandung der Rippen 4 verhindern, dass Kondensattropfen zwei Oberflächen gleichzeitig berühren, wodurch Wiederverdunstungsphänomene, die die Effektivität verringern können, vermieden werden.
Des Weiteren haben die Rohre und Rippen 4 eine große Dicke, um ein frühzeitiges Verschleißen oder Korrosionsphänomene aufgrund des Rauchs am oberen Teil des Wärmetauschers und aufgrund des Kondensatmaterials an dessen unterem Teil zu vermeiden, wobei das Kondensatmaterial eine sehr saure Reaktion hervorrufen würde.
Die Anordnung der Heizrohrwand 2 in mehreren Reihen, wobei die Rohre in Bezug auf die Rauchströmung versetzt sind, und die Wellenkonfiguration der oberen und unteren Abschnitte der Rippen bieten vorzugsweise ein konstantes und gleichmäßiges Abkühlen durch die insgesamt mit Rippen versehene Oberfläche, wodurch mögliche Bildungen „toter Regionen" mit möglicherweise hohen Temperaturen vermieden werden, wodurch verhindert wird, dass der Wärmetauscher beschädigt wird.
Aus der Sichtweise der Konstruktion werden die Rippen 4 mit Abstandsringen 8 angeordnet, um den Kontaktquerschnitt mit dem Rohr 3 zu erhöhen, während Abstände zwischen den Rippen definiert werden.
Nach Anordnung der Rippen werden die Rohre 3 einer inneren Mehr-Dornaufweitungsoperation unterzogen, die die Rohre 3 progressiv aufweitet, wodurch diese zwangsweise die Rippenanordnung berühren, wodurch ein perfekter Wärmeübergang geboten wird. Des Weiteren werden die Rohre 3 durch die Dornaufweitungsoperation deformiert, um die inneren Turbulenzen des Wassers, das im Inneren der Rohre 3 fließt, zu erhöhen, wodurch der Wärmeaustausch zwischen dem Wasser und den Rohren 3 erhöht wird.
Der Vormisch-Keramikbrenner umfasst einen Vormischblock 9 mit einem kalibrierten Flansch 10 mit einem runden zentralen Loch 13, wohindurch mit einem Gebläse 12 Luft zugeführt wird, während eine kalibrierte Düse 11, die auf und quer zum Flansch 10 angeordnet ist, die Zuführung des Gases gewährleistet; auf diese Weise wird ein perfektes Vormischen von Luft und Gas sowie eine reduzierte Größe gewährleistet.
Stromaufwärts der Keramikbrennerplatten 16, 17 sind zwei eng beabstandete, mit Durchbrüchen versehene Platten 14, 15 angeordnet, die eine perfekt gleichmäßige Verteilung des Luft-Gas-Gemisches über die gesamte Oberfläche des Brenners bieten, wobei das Gemisch vom Vormischblock 9 zur ersten mit Durchbrüchen versehenen Platte 14 über eine Leitung 19 zugeführt wird, an deren unterem Abschnitt der kalibrierte Flansch 10 und die Düse 11 verbunden sind.
Vorzugsweise hat die Oberfläche der Keramikplatten 16, 17, an der die Verbrennung stattfindet, ein geriffeltes Profil, das den Flammen bildenden Querschnitt vergrößert und gleichzeitig die gegenseitigen Wechselspiele zwischen den einzelnen Flammenfronten reduziert.
Letztendlich umfasst der Brenner, der im Kessel 1 gemäß der Erfindung integriert ist, ein Stützelement, das eine Dichtung 18 mit geeignetem Umriss stützt, die es den Keramikplatten 16, 17 gestattet, sich auszudehnen, während der abgedichtete Zustand beibehalten wird.
Der verbesserte Kessel 1 gemäß der Erfindung umfasst des Weiteren ein Steuerungsmikroprozessorsystem. Dieses System steuert die Betriebsgeschwindigkeit des Gebläses, das das Luft-Gas-Gemisch zuführt, das Erfassen der physikalischen Parameter im Inneren und Äußeren des Kessels 1, das Ein- und Ausschalten des Kesselbrenners sowie die elektromechanischen Elemente und den Sicherheitsbetrieb des gesamten Kessels 1.
Das System umfasst des Weiteren Steuerungslogik PI und PID, die entsprechend für die Sanitärwasser- und Heizsysteme bestimmt sind, sowie Anschlüsse für einen PC und eine Fernsteuerung sowie Doppelsonden-Klimaregler und Nutzerdisplays mit entsprechenden Diagnose- und Nutzerschnittstellenmitteln.
In diesem Zusammenhang sollte darauf hingewiesen werden, dass alle Komponenten überprüft und verbessert wurden, um die Ausnutzung des verfügbaren Platzes maximal zu optimieren, wodurch ein Kessel geboten wird, der die gleiche Leistung bietet wie frühere Kessel und dessen Volumen um über 50 % reduziert wurde.
Die Form und Größe der verschiedenen Elemente, die der verbesserte kombinierte Brennwertkessel mit Vormischbrenner gemäß der vorliegenden Erfindung, der insbesondere für Sanitärwasser- und Heizsysteme entwickelt wurde, umfasst, können offensichtlich je nach Anforderungen verändert werden, ohne von dem oben beschriebenen Umfang der Erfindung abzuweichen.
Während des Betriebs nach Einschalten des Gebläses 12 und des Brenners durch einen entsprechenden Befehl der logischen Steuerungsmittel wird der Rauch durch den Wärmetauscher geleitet.
Bei der ersten thermalen Austauschphase 5 wird der Rauch hauptsächlich gekühlt, in der zweiten Phase 6 wird er weiterhin gekühlt, um seine Kondensierung in Gang zu bringen, und in der dritten Phase 7 wird der Rauch vollständig kondensiert.
Auf diese Weise ist es möglich, die Selbsterwärmungs- und Wärmeübertragungseffekte vom oberen zum unteren Abschnitt an den Rippen 4 zu begrenzen, wodurch es in der dritten Phase 7 möglich ist, eine geringe Temperatur zu erzielen, die eine vollständige und effiziente Rauchkondensation gewährleistet. In der Zwischenzeit ist es möglich, eine hohe Temperaturdifferenz im Kühlwasser im Inneren der Rippen aufrecht zu erhalten.
Ein letzter zu berücksichtigender Aspekt ist, dass die Verbrennung auf den breiten porösen Oberflächen der Keramikplatten stattfindet, wobei die Flamme einen größtenteils gleichmäßigen und kompakten „Teppich" bildet, der so konfigu riert ist, dass er die schädlichen Emissionen auf ein Minimum begrenzt.

Claims

Kombinierter Brennwertkessel mit Vormischbrenner, umfassend einen mit Rippen versehenen Wärmetauscher, der eine Heizrohrwand (2)-Rippen (4) -Baugruppe enthält, die eine Heizrohrwand und eine Mehrzahl von Rippen enthält, wobei diese Rippen (4) eine Mehrzahl abwärts weisender, schräg gestellter Einkerbungen definieren, die dafür konfiguriert sind, ein tropfendes Kondensatmaterial von der Heizrohrwand (2) wegzuleiten, sowie einen Keramikbrenner, dadurch gekennzeichnet, dass der Keramikbrenner Folgendes umfasst: einen Vormischblock (9), der einen kalibrierten Flansch (10) mit einem kalibrierten mittigen Verbrennungslufteinlassloch (13) und eine Verbrennungsgaseinlassdüse (11), die quer zu dem kalibrierten Flansch (10) angeordnet ist, aufweist; sowie einen Gas-Luftgemisch-Transportkanal (19), der mit einem Ende in strömungsmäßiger Verbindung mit dem Flansch (10) steht und dessen anderes Ende mit Verbrennungskeramikplatten (16, 17) verbunden ist, die von einer Stützmittel-Dichtungs (18)-Baugruppe gestützt werden, wobei diese Baugruppe eine Dichtung enthält, die es den Keramikplatten (16, 17) gestattet, sich auszudehnen; und dadurch gekennzeichnet, dass der Keramikbrenner des Weiteren stromaufwärts der Keramikplatten (16, 17) zwei eng beabstandete, mit Durchbrüchen versehene Platten (14, 15) umfasst, die so konfiguriert sind, dass sie eine gleichmäßige Verteilung des Gas-Luftgemisches durch die Verbrennungskeramikplatten (16, 17) hindurch gewährleisten.
Kessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (4) integral mit Abstandsringelementen (8) ausgebildet sind, welche die Rippen voneinander beabstanden.
Kessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die Heizrohrwand (2) eine Mehrzahl von Rohren (3) umfasst, die dergestalt durch eine Dornaufweitungs-Operation mit dem Wärmetauscher verbunden sind, dass die Rippen durch diese Operation mit diesen Rohren verbunden sind.
Kessel nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (3) der Heizrohrwand (2) in versetzten Rohrreihen angeordnet sind; die relativ zur Rauchströmung versetzt sind, und dass die Rippen (4) wellenförmige Ober- und Unterseiten aufwiesen.
Kessel nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist.
Kessel nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kessel des Weiteren ein Luftgebläse (12) umfasst, das mit dem kalibrierten Flansch (10) in strömungsmäßiger Verbindung steht.
Kessel nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikplatten (16, 17) geriffelt sind.
Kessel nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kessel (1) SO konfiguriert ist, dass er durch ein Mikroprozessorsteuerungssystem gesteuert werden kann, das separate Steuerungsmittel für ein Sanitärwassersystem und das Heizsystem enthält.