EP0451234B1 - Heizkessel zum verbrennen flüssiger oder gasförmiger brennstoffe - Google Patents

Heizkessel zum verbrennen flüssiger oder gasförmiger brennstoffe Download PDF

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EP0451234B1 EP90914897A EP90914897A EP0451234B1 EP 0451234 B1 EP0451234 B1 EP 0451234B1 EP 90914897 A EP90914897 A EP 90914897A EP 90914897 A EP90914897 A EP 90914897A EP 0451234 B1 EP0451234 B1 EP 0451234B1
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    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
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    • F24H9/14—Arrangements for connecting different sections, e.g. in water heaters 
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24H9/14—Arrangements for connecting different sections, e.g. in water heaters 
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    • F24H1/24—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers
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    • F24H1/32—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers the water mantle being built up from sections with vertical sections arranged side by side

Definitions

  • the invention relates to a boiler for burning liquid or gaseous fuels according to the preamble of the main claim.
  • Boilers of the type mentioned are generally known and in use in different but in principle the same construction forms.
  • this well-known boiler design applies both to steel sheet and cast iron boilers, the cast iron boilers consisting of relatively narrow, one-piece and core-cast individual members (see DE-A-20 17 992 and DE-A-37 18 115) the block, which exists in the area of a relatively large number of individual members, is joined together.
  • the cast iron boilers of this type accessible for a reasonably rational series production, considerable technical effort must be made, especially considering that the individual parts or The binders for binding the molding sand of the cores, which are necessary for the formation of the cavities in a boiler member, are partially highly toxic.
  • the core molding sand which can no longer be used after the casting, can therefore generally not be used without further deposited in normal landfills and must verb on special landfills be costed, which is associated with high costs and considerable circumstances. Due to the formation of cast kettles from a large number of individual members which are closed except for the small openings to be nippled, the amount of casting material is also relatively large, ie cast kettles of this type inevitably have a considerable weight.
  • the invention is therefore based on the object to improve and create a boiler of the type mentioned, which should be made with respect to its essential parts forming the combustion chamber from material favorable in terms of condensate resistance, but these parts, insofar as they are made of cast iron are core-free castable and thus should be production-efficient and environmentally friendly to manufacture, and with the additional requirements of assembling such a boiler from only a few parts with little assembly effort and, on the basis of the training principle for the parts delimiting the combustion chamber, also being able to consider ceramic material.
  • the new type of boiler is made up of geometrically very simple parts that can be sealed in a simple manner and without nippling Form the combustion chamber, while the casing that closes off the water-carrying housing is simply formed from sheet steel.
  • the core-free formability of the elements due to their simple geometric design not only eliminates the entire core casting and disposal effort for the molding sand, but it also allows a much larger width dimension of the individual links compared to the current width dimension of cast members.
  • the coreless casting of the links according to the invention also allows problem-free and advantageous special and further shaping of the links, in particular in the direction of a sufficiently pressure-resistant design, the thin-walled design of the walls and a simple and basically identical design of the end links aim what is explained in more detail and what is covered in part of the subclaims.
  • the inventive design of the boiler with respect to the links also has the great advantage that, despite the link construction, there is a water-carrying interior that is not divided by narrow and small overflow openings, but an interior that practically corresponds to that of a "normal" steel boiler.
  • With regard to the "green formability" it is essential that vertically oriented surfaces in the casting mold must have a corresponding conicity in order to be able to draw the positive model when producing the casting mold from sand. Due to the geometrically simple shape of the rings, however, the prerequisite is created to be able to form these rings from ceramic material.
  • the geometrically simple shape of the rings is achieved in particular in that the outer wall of the water-carrying interior consists of a steel sheet jacket which is easy to manufacture in such a boiler.
  • the boiler consists of a water-bearing housing 3, provided with supply and return connections 1, 2, which is penetrated by a combustion chamber, the two openings 5 of which are provided with closures 6, 7, one of which 6 is the insert opening 8 for the burner 9 and the other contains the exhaust system.
  • the water-bearing housing 3 is formed from two end members 10, further from at least two rings 11 forming the combustion chamber wall 4 and from a steel sheet jacket 12 which closes the water-bearing interior 13 to the outside.
  • the sheet steel jacket 12 and the rings 11 are clamped between the end members 10 by means of the tensioning rods 14 which pass through the interior 13 and are sealed to the end members 10 and are evenly distributed over the circumference.
  • the type of sealing and fastening of the tie rods 14 can be seen better from the enlarged detailed illustration in FIG. 3.
  • all joints between the steel sheet jacket 12 and the end members 10, between the end members 10 and the rings 11 and between the rings 11 themselves are provided with sealing devices 15. This is also shown more clearly in FIG.
  • the sealing devices 15 are designed in the form of tongue and groove and sealing rings 17 are arranged in the grooves 16.
  • the rings 11 and the two end members 10 are cast parts, the rings 11 being provided with longitudinal ribs 18 on the combustion chamber side. What is important for these castings is their weakly conical shape, specifically in the areas for which the problem-free drawing of the positive mold model from the molding sand must be ensured, which does not require any further explanation. As can easily be seen and imagined, the manufacture of the casting mold for the rings 11 as well as the two end links does not require the use of mold cores, since these elements have no cavities.
  • the burner end member 10 is provided with a connecting collar 19, which collar 19, as can be seen, is also weakly conical in cross section.
  • the other trigger-side end member 10, which has the trigger connection piece 20, is essentially designed as a slightly curved disc, as shown.
  • only the connecting piece 20 is weakly conical with respect to its wall. If casting inaccuracies require this, the elements involved in joints are machined in these areas.
  • connection extensions 22 (see FIG. 2) with ease, which then serve as abutments for the outer tie rods 14 '.
  • connection of the supply and return connections 1, 2 to the steel sheet jacket 12 is the simplest, they are preferably attached to the steel sheet jacket 12, as also shown in dashed lines.
  • the rings 11 have a very simple geometric shape and since there is also a very simple principle of assembling the rings by bracing between the two earth members 10, this also opens up the possibility of forming these rings 11 from ceramic material, which, as is well known, is still essential in terms of condensate resistance has more favorable properties than Cast iron.

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Abstract

Der Heizkessel ist zum Verbrennen flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe bestimmt und besteht aus einem wasserführenden, mit Vor- und Rücklaufanschlüssen (1, 2) versehenen Gehäuse (3), das von einem Feuerraum (4) durchgriffen ist, dessen beidendige Öffnungen (5) mit Verschlüssen (6, 7) versehen sind, von denen der eine (6) die Einsatzöffnung (8) für den Brenner (9) und der andere (7) die Abgasabführung enthält. Nach der Erfindung ist ein derartiger Heizkessel derart gestaltet, daß das wasserführende Gehäuse (3) aus zwei Endgliedern (10), ferner aus mindestens zwei die Feuerraumwand (4') bildenden Ringen (11) und aus einem den wasserführenden Innenraum nach außen abschließenden Stahlblechmantel (12) gebildet ist. Der Stahlblechmantel (12) und die Ringe (11) sind mittels den Innenraum (13) durchgreifenden, an den Endgliedern (10) abgedichtet befestigten, auf den Umfang gleichmäßig verteilten Spannstäben (14) zwischen den Endgliedern (10) verspannt angeordnet und alle Stoßstellen zwischen dem Stahlblechmantel (12) und den Endgliedern (10), zwischen den Endgliedern (10) und den Ringen (11) und zwischen den Ringen (11) sind mit Dichtungseinrichtungen (15) versehen.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Heizkessel zum Verbrennen flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe gemäß Oberbegriff des Hauptanspruches.
  • Heizkessel der genannten Art sind allgemein bekannt und in im Detail unterschiedlichen, im Prinzip aber gleichen Konstruktionsformen in Benutzung. Im Prinzip gilt diese bekannte Kesselausbildung sowohl für Heizkessel aus Stahlblech als auch aus Guß, wobei die Gußheizkessel aus relativ schmalen, in einem Stück und im Kernguß hergestellten Einzelgliedern (siehe DE-A-20 17 992 und DE-A-37 18 115 bestehen, die, im Bereich relativ einer Vielzahl von Einzelgliedern bestehenden Block zusammengefügt werden. Um die Herstellung von Gußkesseln dieser Art einer einigermaßen rationellen Serienfertigung zugängig zu machen, muß ein beträchtlicher technischer Aufwand getrieben werden, und zwar insbesondere auch in Rücksicht darauf, daß die Einzelteile bzw. die Gußglieder in Kernguß hergestellt werden müssen. Die Bindemittel für das Binden des Formsandes der Kerne, die für die Ausbildung der Hohlräume in einem Kesselglied erforderlich sind, sind zum Teil hochgiftig. Der nach dem Guß nicht mehr verwendbare Kernformsand kann in der Regel deshalb nicht ohne weiteres auf normale Deponien abgelagert und muß auf Sonderdeponien verbracht werden, was mit hohen Kosten und mit erheblichen Umständen verbunden ist. Durch die Ausbildung von Gußkesseln aus einer Vielzahl von in sich bis auf die kleinen zu vernippelnden Öffnungen geschlossenen herzustellenden Einzelgliedern wird außerdem der Gußmaterialaufwand relativ groß, d.h., derartige Gußkessel haben zwangsläufig ein beträchtliches Gewicht.
  • Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen Heizkessel der eingangs genannten Art zu verbessern und zu schaffen, der bezüglich seiner wesentlichen, den Feuerraum bildenden Teile aus bezüglich der Kondensatresistenz günstigem Material zu fertigen sein soll, wobei aber diese Teile, soweit sie aus Guß gebildet sind, kernlos gießbar und damit fertigungsrationell und umweltschonend herstellbar sein sollen und zwar mit den weiteren Maßgaben, einen solchen Kessel aus nur wenigen Teilen mit geringem Montageaufwand zusammenfügen und auf Grund des Ausbildungsprinzips für die den Feuerraum begrenzenden Teile auch Keramikmaterial in Betracht ziehen zu können.
  • Diese Aufgabe ist mit einem Heizkessel der eingangs genannten Art nach der Erfindung durch die in Kennzeichen des Anspruches 1 angeführten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich nach den Unteransprüchen.
  • Im Gegensatz zu bisherigen-Gußheizkesseln, die aus einer in sich in einem Stück mit Kernen gegossenen, miteinander wasserseitig zu vernippelnden, relativ schmalen Einzelgliedern bestehen, ist der neuartige Heizkessel aus geometrisch sehr einfachen Teilen gebildet, die auf einfache Weise und ohne Vernippelung abdichtbar zusammengefügt den Feuerraum bilden, während der das wasserführende Gehäuse nach außen abschließende Mantel einfach aus Stahlblech gebildet ist. Die auf Grund ihrer einfachen geometrischen Gestaltung kernlose Ausformbarkeit der Elemente läßt nicht nur den ganzen Kerngieß- und Entsorgungsaufwand für den Formsand entfallen, sondern sie läßt auch problemlos eine wesentlich größere Breitenbemessung der einzelnen Glieder im Vergleich zur heute üblichen Breitenbemessung von Gußgliedern zu. Der kernlose Guß der erfindungsgemäßen Glieder läßt außerdem problemlos und vorteilhaft besondere und weiterbildende Formgebungen an den Gliedern zu, die insbesondere in Richtung ausreichend druckfester Gestaltung, möglichst dünnwandiger Ausbildung der Wände und einfacher und prinzipiell gleicher Ausbildung der Endglieder zielen, was noch näher erläutert wird und was in einem Teil der Unteransprüche erfaßt ist.
  • Die erfindungsgemäße Ausbildung des Heizkessels bezüglich der Glieder hat auch noch den großen Vorteil, daß trotz der Gliederbauweise ein nicht durch enge und kleine Überströmöffnungen unterteilter, wasserführender Innenraum vorliegt, sondern ein Innenraum, der praktisch dem eines "normalen" Stahlheizkessels entspricht. Dadurch ist es möglich, unter Verwendung immer der gleichen Ringe und entsprechender Endglieder diese zu Kesseltypen unterschiedlicher Länge zusammenfügen zu können. Wesentlich ist dabei in Rücksicht auf die "Grün - Ausformbarkeit", daß in der Gießform vertikal orientierte Flächen eine entsprechende Konizität haben müssen, um bei der Herstellung der Gießform aus Sand das Positivmodell ziehen zu können. Auf Grund der geometrisch einfachen Form der Ringe ist aber auch die Voraussetzung geschaffen, diese Ringe aus Keramikmaterial bilden zu können. Die geometrisch einfache Form der Ringe ist insbesondere dadurch erreicht, daß bei einem derartigen Kessel die Außenwand des wasserführenden Innenraumes aus einem einfach herzustellenden Stahlblechmantel besteht.
  • Der erfindungsgemäße Heizkessel und vorteilhafte Weiterbildungen werden nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
  • Es zeigt schematisch
    • Fig.1 einen Längsschnitt durch den Heizkessel;
    • Fig.2 einen Querschnitt durch den Heizkessel;
    • Fig.3 vergrößert einen Detailschnitt gemäß Kreis A in Fig.1 und
    • Fig.4 vergrößert im Detailschnitt die bevorzugte Ausführungsform der Stahlmantelabdichtung.
  • Der Heizkessel besteht aus einem wasserführenden, mit Vor- und Rücklaufanschlüssen 1,2 versehenem Gehäuse 3, das von einem Feuerraum durchgriffen ist, dessen beidendige Öffnungen 5 mit Verschlüssen 6,7 versehen sind, von denen der eine 6 die Einsatzöffnung 8 für den Brenner 9 und der andere die Abgasführung enthält.
  • Für diesen Heizkessel ist nun wesentlich, daß das wasserführende Gehäuse 3 aus zwei Endgliedern 10, ferner aus mindestens zwei, die Feuerraumwand 4′ bildenden Ringen 11 und aus einem den wasserführenden Innenraum 13 nach außen abschließenden Stahlblechmantel 12 gebildet ist. Der Stahlblechmantel 12 und die Ringe 11 sind dabei mittels den Innenraum 13 durchgreifenden, an den Endgliedern 10 abgedichtet befestigten, auf den Umfang gleichmäßig verteilten Spannstäben 14 zwischen den Endgliedern 10 verspannt angeordnet. Die Art der Abdichtung und Befestigung der Spannstäbe 14 ist dabei aus der vergrößerten Detaildarstellung in Fig. 3 besser erkennbar. Ferner sind alle Stoßstellen zwischen dem Stahlblechmantel 12 und den Endgliedern 10, zwischen den Endgliedern 10 und den Ringen 11 und zwischen den Ringen 11 selbst mit Dichtungseinrichtungen 15 versehen. Auch dies ist deutlicher erkennbar in Fig. 3 dargestellt, d.h., die Dichtungseinrichtungen 15 sind in Form von Nut und Federn ausgebildet und in den Nuten 16 sind Dichtungsringe 17 angeordnet. Bei der dargestellten Ausführungsform handelt es sich bei den Ringen 11 und den beiden Endgliedern 10 um Gußteile, wobei die Ringe 11 feuerraumseitig mit Längsrippen 18 versehen sind. Wesentlich für diese Gußteile ist dabei ihre schwach konische Formgebung, und zwar in den Bereichen, für die das problemlose Ziehen des Positiv-Formmodelles aus dem Formsand gewährleistet sein muß, was keiner näheren Erläuterung bedarf. Wie ohne weiteres ersichtlich und vorstellbar, kommt man auf jeden Fall bei der Herstellung der Gießform sowohl für die Ringe 11 als auch die beiden Endglieder ohne den Einatz von Formkernen aus, da diese Elemente keine Hohlräume aufweisen. Um den brennerseitigen Verschluß 6 in Form einer den Brenner 9 tragenden Verschlußtür bequem aufsetzen und den daran befestigten Isolationsblock 6′ unterbringen zu können, ist das brennerseitige Endglied 10, wie dargestellt mit einem Anschlußringbund 19 versehen, welcher Ringbund 19, wie ersichtlich, ebenfalls im Querschnitt schwach konisch ausgeformt ist. Das andere abzugsseitige Endglied 10, das den Abzugsanschlußstutzen 20 aufweist, ist im wesentlichen als schwach gewölbte Scheibe , wie dargestellt ausgebildet. Hierbei ist lediglich der Anschlußstutzen 20 bezüglich seiner Wand schwach konisch ausgebildet. Sofern dies Gußungenauigkeiten verlangen, sind die an Stoßstellen beteiligten Elemente in diesen Bereichen spanabhebend bearbeitet. Die Anordnung der Spannstäbe 14, wie in Fig. 1 dargestellt, reicht an sich aus, um den wasserführenden Innenraum 13 sowohl nach innen zum Feuerraum 4 hin als auch nach außen abzudichten, was einfach durch Verspannen der beiden Endglieder 10 mittels der Spannstäbe erfolgt, da natürlich die Spannstäbe ihre Spannwirkung sowohl auf die Ringe 11 als auch den mit einer Längsschweißnaht endlos gemachten Stahlblechmantel und die eingebundenen Dichtungen 15 ausüben. Es ist aber auch ohne weiteres möglich, die Spannstäbe 14 in radialer Richtung näher an die Ringe heranzurücken, und zusätzlich, wie gestrichelt angedeutet, äußere Spannstäbe 14′ anzuordnen, wofür allerdings die Endglieder 10, wie gestrichelt dargestellt im Durchmesser vergößert werden müssen, um über den Stahlblechmantel 12 hinausragende Umfangsränder (siehe auch Fig. 2) zu erhalten, an denen dann die Spannstäbe 14′, angesetzt werden können. Abgesehen davon lassen sich aber auch ohne weiteres nur Anschlußfortsätze 22 (siehe Fig. 2) mit angießen, die dann als Widerlager für die äußeren Spannstäbe 14′ dienen. Da die Anbindung der Vor- und Rücklaufanschlüsse 1,2 am Stahlblechmantel 12 am einfachsten ist, werden diese, wie ebenfalls gestrichelt dargestellt, bevorzugt am Stahlblechmantel 12 angesetzt. Da die Ringe 11 eine denkbar einfache geometrische Form haben und da ferner ein sehr einfaches Zusammenfügungsprinzip der Ringe durch Verspannen zwischen den beiden Erdgliedern 10 vorliegt, ist damit auch die Möglichkeit eröffnet, diese Ringe 11 aus Keramikmaterial zu bilden, das ja bekanntlich bezüglich Kondensatfestipkeit noch wesentlich günstigere Eigenschaften aufweist als Gußeisen. Sofern solche Keramikteile bzw. Keramikringe nicht im Strangpreßverfahren, sondern im Formpreßvezfahren hergestellt werden, ist natürlich auch eine ausreichende Konizität erforderlich. Das beschriebene Bauprinzip ist natürlich auch für sogenannte vertikal aufgestellte Sturzbrennerheizkessel anwendbar, die keine topfartige Brennkammer 23′ aufweisen, sondern einen nach unten offenen Brennkammereinsatz. Dafür bedarf es lediglich einer entsprechenden Umgestaltung der Endglieder 10, da hierbei die abzuführenden Rauchgase im Bereich des brennerseitigen Endgliedes 10 abgeführt werden, nachdem sie im Bereich des anderen und dann unten angeordneten Endgliedes 10 lediglich um und in den im Querschnitt ringförmigen Heizgaszug nach oben umgelenkt werden.
  • Da sich aufgrund unterschiedlicher Wärmebelastungen einerseits an der Feuerraumwand 4′ und andererseits am Stahlblechmantel 12 unterschiedliche Wärmedehnungen dieser Teile ergeben können, ist die Abdichtung des Sthalblechmantels 12 gemäß Fig. 4 ausgebildet, d.h., der Stahlblechmantel 12 sitzt mit Schiebesitz und mindestens einseitig mit einer Ringdichtung 15′ versehen in einer entsprechenden Nut 23 der Endglieder 10.

Claims (10)

  1. Heizkessel zum Verbrennen flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe, bestehend aus einem wasserführenden, mit Vor- und Rücklaufanschlüssen (1,2) versehenen Gehäuse (3), das von einem Feuerraum (4) durchgriffen ist, dessen beidendige Öffnungen (5) mit Verschlüssen (6,7) versehen sind, von denen der eine (6) die Einsatzöffnung (8) für den Brenner (9) und der andere (7) die Abgasabführung enthält,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das wasserführende Gehäuse (3) aus zwei Endgliedern (10), ferner aus mindestens zwei die Feuerraumwand (4′) bildenden Ringen (11) und aus einem den wasserführenden Innenraum nach außen abschließenden Stahlblechmantel (12) gebildet ist, wobei der Stahlblechmantel (12) und die Ringe (11) mittels den Innenraum (13) durchgreifenden, an den Endgliedern (10) abgedichtet befestigten, auf den Umfang gleichmäßig verteilten Spannstäben (14) zwischen den Endgleidern (10) verspannt angeordnet und alle Stoßstellen zwischen dem Stahlblechmantel (12) und den Endgliedern (10) und den Ringen (11) und zwischen den Ringen (11) mit Dichtungseinrichtungen (15) versehen sind.
  2. Heizkessel nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Dichtungseinrichtungen (15) in Form von Nut- und Federn ausgebildet und in den Nuten (16) Dichtungsringe (17) angeordnet sind.
  3. Heizungskessel nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Endglieder (10) aus Guß und die Ringe (11) aus Guß- oder Keramikmaterial gebildet sind.
  4. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet
    daß die Ringe (11) feuerraumseitig mit Längsrippen (18) versehen sind.
  5. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet
    daß das brennerseitige Endglied (10) mit einem Anschlußringbund (19) für den Anschluß des Heizkesselverschlusses (6) versehen ist.
  6. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet
    daß das abzugsseitige Endglied (10) als mit dem Abzugsanschlußtutzen (20) versehene, im wesentlichen schwach gewölbte Scheibe ausgebildet ist.
  7. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet
    daß die beiden Endglieder (10) auch außerhalb des zwischen diesen verspannten Stahlblechmantels (12) mit Spannstäben (14′) verbunden und diese an überstehenden Rändern (21) oder Anschlußfortsätzen (22) der Endglieder (10) befestigt sind.
  8. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet
    daß die Endglieder (10) und die Ringe (11) in ihrer Formgebung "grün - ausformbar" ausgebildet sind.
  9. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet
    daß die Vor- und Rücklaufanschlüsse (1,2) am Stahlblechmantel (12) angeschlossen sind.
  10. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet
    daß die Enden des Stahlblechmantels (12) mit Schiebesitz in Nuten (23) der Endglieder (10) eingebunden und in den Nuten (23) mit mindestens einer Rindichtung (15′) umgeben sind.
EP90914897A 1989-10-31 1990-10-19 Heizkessel zum verbrennen flüssiger oder gasförmiger brennstoffe Expired - Lifetime EP0451234B1 (de)

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