EP0060338A2

EP0060338A2 - Brennstoffbefeuerter Heizkessel

Info

Publication number: EP0060338A2
Application number: EP81109344A
Authority: EP
Inventors: Robert Kremer
Original assignee: Froling & Co Kessel-Apparatebau GmbH
Current assignee: Froling & Co Kessel-Apparatebau GmbH
Priority date: 1981-03-14
Filing date: 1981-10-30
Publication date: 1982-09-22
Also published as: DE8107430U1; DK560781A; EP0060338A3; NO814473L

Abstract

Ein brennstoffbefeuerter Heizkessel, insbesondere ein Gasheizkessel, ist zur Erwärmung von Heizungswasser mit einem integrierten, nach dem Speicherprinzip arbeitenden Brauchwassererwärmer versehen.

Um zu erreichen, daß in dem Heizkessel eine optimale Wärmeausnutzung erfolgt und gleichzeitig die heißen Abgase des Heizkessels mit geringstem vorrichtungstechnischem Aufwand zur Vorwärmung des Brauchwassers ausgenutzt werden können, ist der Brauchwassererwärmer (6) mit Abstand von einem Außenmantel umgeben, wobei der freie Raum (28) zwischen der Wandung des Brauchwassererwärmers (6) und dem Außenmantel von den aus dem Heizkessel austretenden heißen Abgasen durchströmt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen brennstoffbefeuerten Heizkessel, insbesondere Gasheizkessel, zur Erwärmung von Heizungswasser mit einem integrierten, nach dem Speicherprinzip arbeitenden Brauchwassererwärmer. Bei bekannten Gasheizkesseln der genannten Art wird das Brauchwasser durch Wärmeaustausch mit dem Heizungswasser erwärmt. In den Aufheizphasen des Brauchwassers wird dabei in der Regel der Heizwasserkreislauf so lange unterbrochen, um sämtliche Wärme des Heizkessels dem Brauchwasser zuführen zu können.
Ferner ist es bereits bekannt, die heißen Rauchgase in einem Wärmeaustauscher hinter dem Heizkessel zur Vorwärmung eines Mediums, beispielsweise Brauchwasser, auszunutzen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Heizkessel zu schaffen, in dem eine optimale Wärmeausnutzung erfolgt und gleichzeitig die heißen Abgase des Heizkessels mit geringstem vorrichtungstechnischem Aufwand zur Vorwärmung des Brauchwassers ausgenutzt werden können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Brauchwassererwärmer mit Abstand von einem Außenmantel umgeben ist und daß der freie Raum zwischen der Wandung des Brauchwassererwärmers und dem Außenmantel von den aus dem Heizkessel austretenden heißen Abgasen durchströmt ist.
Vorzugsweise ist der Brauchwassererwärmer unter dem Heizkessel angeordnet, wobei der Außenmantel auch den Heizkessel mit Abstand umgibt und der Abgasweg zunächst durch den freien Raum zwischen Heizkessel und Außenmantel und anschließend durch den freien Raum zwischen der Wandung des Brauchwassererwärmers und dem Außenmantel führt. Auf diese Weise geben die heißen Abgase ihre Wärme nicht nur an das Brauchwasser ab, sondern wärmen auch das in den Heizkessel eintretende Heizwasser vor.
Der Heizkessel und der Brauchwassererwärmer sind zweckmäßig als Zylinder mit etwa gleichen Durchmessern ausgebildet, wobei die beiden Zylinder mit fluchtenden Achsen übereinander angeordnet sind, wodurch ein von oben nach unten durchgehender ringförmiger Abgaskanal entsteht.
Um einen zuverlässigen Abzug der Abgase zu garantieren, kann im Ausgangsbereich des Abgaskanals ein Ventilator angeordnet sein.
Zusätzlich kann noch in Strömungsrichtung unmittelbar hinter dem Heizraum ein wahlweise verschließbarer Abgasabzug vorgesehen sein.
Der Wärmeaustauscherteil des Heizkessels ist vorzugsweise als Ringraum ausgebildet, der den Heizraum umgibt, wobei die äußere Wandung des Ringraums unmittelbar an den von oben nach unten verlaufenden ringförmigen Abgaskanal angrenzt. Durch diese konstruktive Maßnahme wird erreicht,-daß ein sehr intensiver Wärmeübergang der heißen Abgase auf das Heizwasser erfolgen kann. Dabei kann in den unteren Bereich des Heiz-Ringraums einerseits der Heizungsrücklauf und andererseits der Rücklauf des Brauchwasser-Wärmetauschers münden, während die Vorläufe vom oberen Bereich des Heiz-Ringraums ausgehen. Durch diese konstruktive Maßnahme wird ein Wärmeaustausch im Gegenstrom-Verfahren bewirkt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist im unteren Teil des Heiz-Ringraums ein Ringmantel angeordnet, der den unteren Bereich des Heiz-Ringraums in zwei konzentrische Teilringräume unterteilt, wobei die Anschlüsse des Heizungsrücklaufs und des Rücklaufs des Brauchwasser-Wärmetauschers in den äußeren Teilringraum münden. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß den Abgasen im Bereich des Heizkessels eine weitestgehend kalte Wärmeaustauscherfläche angeboten wird, wodurch der Wärmeaustausch intensiviert wird.
Ferner kann im oberen Bereich des Brauchwassererwärmers ein Temperaturfühler zur Auslösung des Nachheizvorgangs mit Hilfe des Brauchwasser-Wärmetauschers angeordnet sein. Dadurch wird erreicht, daß in dem Brauchwassererwärmer nur der oberste Teil auf Gebrauchstemperatur nachgeheizt wird, während der untere Teil relativ kaltes Frischwasser enthält, das mit den heißen Abgasen vorgewärmt werden kann. Durch diese Konstruktion wird also eine größtmögliche Niedertemperatur-Heizfläche erzeugt.
Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben.
Die Zeichnung zeigt einen vertikalen Schnitt durch einen Gasheizkessel 1, der in seinem oberen Teil 2 einen mit einem Gasbrenner 3 beheizten Heizraum 4 und in seinem unteren Teil 5 einen nach dem Speicherprinzip arbeitenden Brauchwassererwärmer 6 aufweist. Der gesamte Kessel 1 ist außen herum mit einer Wärmeisolierung 7 versehen.
Der Heizraum 4 ist nach unten hin gegen den Brauchwassererwärmer 6 durch eine feuerfeste Isolierschicht 8 getrennt. Der Umfangsbereich des Heizraums 4 ist durch einen Doppelmantel 9 gebildet, dessen innerer Ringraum 10 von dem Heizwasser durchströmbar ist. Nach oben hin ist der Heizraum 4 durch eine Platte 11 begrenzt, deren Außendurchmesser etwas kleiner ist als der innere Mantel 12 des Doppelmantels 9, so daß um die Platte 11 herum ein Ringspalt 13 entsteht, durch den die Abgase aus dem Heizraum 4 nach oben entweichen können und mit dem Innenmantel 12 zwecks Wärmeaustausch mit dem Heizwasser in Berührung gebracht werden. Damit die Abgase über einen möglichst langen Weg dicht an der Mantelfläche 12 verbleiben, ist der Durchtrittsspalt 13 nach oben hin durch ein zylindrisches Blech 14 verlängert.
Über der Platte 11 befindet sich ein Abgassammelraum 15, von dem aus ein senkrecht nach oben gerichteter Abgasabzug 16 ausgeht. Der Querschnitt des Abgasabzugs 16 ist mit Hilfe einer Abgasklappe 17 wahlweise verschließbar.
In den unteren Bereich des den Heizraum 4 umgebenden Doppelmantels 9 mündet einerseits der Heizungsrücklauf 18 und andererseits der Rücklauf 19 eines Brauchwasser-Wärmeaustauschers 20, der als Rohrspirale ausgebildet ist und sich im mittleren Bereich des Brauchwassererwärmers 6 befindet. Der Rücklauf 19 geht dabei von dem unteren Anschlußende des Wärmeaustauschers 20 aus. Das obere Eintrittsende 22 des Wärmeaustauschers 20 ist mit einem aus dem oberen Bereich des Doppelmantels 9 herausgeführten Stutzen 23 verbunden. Ferner führt aus dem oberen Bereich des Doppelmantels 9 der Heizungsvorlauf 24 heraus.
Im unteren Teil des Heiz-Ringraums 10.ist ein Ringmantel 25 angeordnet, der den Heiz-Ringraum 10 in zwei konzentrische Teilringräume 26 und 27 unterteilt. Die Anschlüsse des Heizungsrücklaufs 18 sowie des Rücklaufs 19 des Brauchwasser-Wärmeaustauschers münden dabei in den äußeren Teilringraum 27.
Rund um den Doppelmantel 9 sowie den Brauchwassererwärmer 6 verläuft ein vertikaler ringförmiger Abgaskanal 28, dessen oberer Eintrittsquerschnitt mit dem Abgassammelraum 15 in Verbindung steht und dessen unterer Ausgangsquerschnitt in einen ringförmigen Sammelraum 29 mündet, aus dem eine Abzugsleitung 30 herausführt. In der Abzugsleitung 30 befindet sich ein Ventilator 31, der die Abgase durch den vertikalen ringförmigen Abgaskanal 28 ansaugt.
Mit diesem Heizkessel in Kombination mit dem Brauchwassererwärmer ist die Wärmeübertragung der Abgase an kältestmögliche Wandungen nach dem Gegenstromprinzip möglich. Das aus dem Abgassammelraum 15 in den Abgaskanal 28 gesaugte Abgas kommt dabei zunächst mit der Außenwand des Doppelmantels 9 in Berührung und gibt zunächst einen Teil seiner Wärme an das Rücklaufwasser des Heizkreises ab. Während der Aufheizphase des Brauchwassererwärmers 6, in der der Heizkreislauf zweckmäßig unterbrochen wird, gibt das Abgas seine Wärme entsprechend an den durch den Wärmeaustauscher 20 führenden Kreislauf, bis das Wasser. in dem Brauchwassererwärmer 6 seine vorbestimmte Temperatur erreicht hat und der durch den Wärmetauscher 20 führende Kreislauf wieder abgeschaltet wird.
In dem Brauchwassererwärmer wird der Temperaturverlauf so gesteuert, daß nur der obere Bereich auf die Gebrauchstemperatur aufgeheizt wird, aus dem das Brauchwasser über eine Auslaßleitung 32 entnommen werden kann. Dieser Temperaturverlauf wird mit Hilfe eines Temperaturfühlers 33 erzielt, der im oberen Bereich des Brauchwassererwärmers 6 angeordnet ist. Im unteren Bereich des Brauchwassererwärmers 6 befindet sich das über eine Einlaßleitung 34 eingeleitete relativ kalte Leitungswasser, das normalerweise nicht wärmer als 10 °C ist.
Wenn also das Abgas durch den Abgaskanal 28 weiter nach unten strömt, so gibt es seine Wärme an das in dem Brauchwassererwärmer 6 enthaltene Wasser ab. Durch den oben beschriebenen Temperaturverlauf in dem Brauchwassererwärmer wird eine größtmögliche Niedertemperatur-Wärmeübertragungsfläche im unteren Bereich des Brauchwassererwärmers 6 geschaffen, wodurch eine intensive Wärmeausnutzung der Abgase möglich ist.
In dem in der Zeichnung dargestellten Heizkessel wird also das auf seinem Strömungsweg abkühlende Abgas mit einem stets wärmer werdenden Aufheizmedium in Berührung gebracht. Dabei ist stets für ein ausreichend großes Temperaturgefälle zwischen Abgas und dem aufzuheizenden Medium gesorgt, da in allen Bereichen des Kessels große Wärmeübertragungsflächen mit relativ zu dem Abgas niederen Temperaturen geschaffen werden.

Claims

1. Brennstoffbefeuerter Heizkessel, insbesondere Gasheizkessel, zur Erwärmung von Heizungswasser mit einem integrierten, nach dem Speicherprinzip arbeitenden Brauchwassererwärmer, dadurch gekennzeichnet, daß der Brauchwassererwärmer (6) mit Abstand von einem Außenmantel umgeben ist und daß der freie Raum (28) zwischen der Wandung des Brauchwassererwärmers (6) und dem Außenmantel von den aus dem Heizkessel austretenden heißen Abgasen durchströmt ist.

2. Brennstoffbefeuerter Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brauchwassererwärmer (6) unter dem Heizkessel angeordnet ist, daß der Außenmantel auch den Heizkessel mit Abstand umgibt und daß der Abgasweg zunächst durch den freien Raum zwischen Heizkessel und Außenmantel und anschließend durch den freien Raum zwischen der Wandung des Brauchwassererwärmers (6) und dem Außenmantel führt.

3. Brennstoffbefeuerter Heizkessel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Heizkessel und der Brauchwassererwärmer (6) als Zylinder mit etwa gleichem Durchmesser ausgebildet sind und daß die beiden Zylinder mit fluchtenden Achsen übereinander angeordnet sind, wodurch ein von oben nach unten durchgehender ringförmiger Abgaskanal (28) entsteht.

4. Brennstoffbefeuerter Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Ausgangsbereich des des Abgaskanals (28) ein Ventilator (31) angeordnet ist.

5. Brennstoffbefeuerter Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung unmittelbar hinter dem Heizraum (4) ein wahlweise verschließbarer Abgasabzug (16) vorgesehen ist.

6. Brennstoffbefeuerter Heizkessel nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscherteil des Heizkessels als ein Ringraum (10) bildender Doppelmantel (9) ausgebildet ist, der den Heizraum (4) umgibt, und daß die äußere Wandung des Doppelmantels (9) unmittelbar an den von oben nach unten verlaufenden ringförmigen Abgaskanal (28) angrenzt.

7. Brennstoffbefeuerter Heizkessel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in den unteren Bereich des Heiz-Ringraums (10) einerseits der Heizungsrücklauf (18) und andererseits der Rücklauf (19) des Brauchwasser-Wärmetauschers (20) münden, während die Vorläufe (23 und 24) vom oberen Bereich des Heizringraums (10) ausgehen.

8. Brennstoffbefeuerter Heizkessel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Teil des Heiz-Ringraums (10) ein Ringmantel (25) angeordnet ist, der den unteren Bereich des Heiz-Ringraums (10) in zwei konzentrische Teilringräume (26, 27) unterteilt, wobei die Anschlüsse des Heizungsrücklaufs (18) und des Rücklaufs (19) des Brauchwasser-Wärmetauschers (20) in den äußeren Teilringraum (27) münden.

9. Brennstoffbefeuerter Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Bereich des Brauchwassererwärmers (6) ein Temperaturfühler (33) zur Auslösung des Nachheizvorgangs mit Hilfe des Brauchwasser-Wärmetauschers (20) angeordnet ist.