EP0473946A1 - Sectional boiler - Google Patents

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EP0473946A1 EP91113075A EP91113075A EP0473946A1 EP 0473946 A1 EP0473946 A1 EP 0473946A1 EP 91113075 A EP91113075 A EP 91113075A EP 91113075 A EP91113075 A EP 91113075A EP 0473946 A1 EP0473946 A1 EP 0473946A1
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Thyssen Industrie AG
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    • F24H1/22—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating
    • 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
    • F24H1/30—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
    • 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

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Abstract

The invention relates to a sectional boiler with a number of boiler sections (1) which are arranged parallel next to one another vertically and consist of two end (E) and/or one or more central boiler sections (M), preferably made of cast material, with a firebox (F) in the lower region of the sectional boiler and, arranged above this between the boiler sections, vertical gas take-off ducts (G), the boiler sections having a rectangular to square outline, in the region of one outline corner a forward run boiler opening (2), in the region of an opposite outline corner a return run boiler opening (3), and a water chamber (4) connecting both boiler openings. In order that, with low water temperatures at the heating surfaces in contact with the gas, the temperature if possible does not fall below the dew point, the water chamber connected to the return run boiler opening is to extend only in the region of the lower half of the boiler section and the water chamber is to be connected to the forward run boiler opening via at least one water duct (5, 5a). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Gliederheizkessel mit mehreren parallel senkrecht nebeneinander angeordneten Kesselgliedern bestehend aus zwei End- und/oder einem oder mehreren Mittelkesselgliedern bevorzugt aus Gußwerkstoff, mit einem Feuerraum im unteren Bereich des Gliederheizkessels und darüber zwischen den Kesselgliedern angeordneten senkrechten Gasabzugskanälen, wobei die Kesselglieder einen rechteckigen bis quadratischen Grundriß, im Bereich einer Grundrißecke eine Vorlaufnabe, im Bereich einer gegenüberliegenden Grundrißecke eine Rücklaufnabe und einen beide Naben verbindenden Wasserraum aufweisen.The invention relates to a sectional boiler with a plurality of boiler sections arranged parallel and vertically next to one another, consisting of two end and / or one or more central boiler sections, preferably made of cast material, with a combustion chamber in the lower region of the sectional boiler and above it vertical gas extraction channels arranged between the boiler sections, the boiler sections being rectangular to a square floor plan, in the area of a floor plan corner a flow hub, in the area of an opposite floor plan corner a return hub and a water space connecting both hubs.

Derartige Gliederheizkessel sind aus der Praxis bekannt.Die Kesselglieder bestehen aus Grauguß. Ausführungen aus Aluminium oder Kupfer sind möglich. Bei den bekannten Ausführungen erstreckt sich der Wasserraum zwischen der Vorlaufnabe und der Rücklaufnabe im wesentlichen über die gesamte Grundrißfläche des Kesselgliedes, so daß das Verhältnis der gas- bzw. wasserberührten Heizflächen nahezu 1:1 ist. Dabei können die gasberührten Außenseiten der Kesselglieder zur Verbesserung des Wärmeübergangs mit Rippen, Noppen oder dergleichen versehen sein. Obwohl die Rippen, Noppen oder dergleichen der gasberührten Außenseiten zu einer Erhöhung der Wandtemperatur der im allgemeinen in vertikaler Orientierung aufgehängten Kesselglieder führen, kühlen sich die an den Außenseiten vorbeistreichenden Gase bei Einhaltung niedriger Wassertemperaturen so schnell ab,daß die Taupunkttemperatur der Gase schnell erreicht ist. Die Taupunkttemperatur der Gase liegt bei etwa 52 Celsius. Die Folge davon ist, daß diejenigen Bereiche der Außenseiten der Kesselglieder, die von Gasen mit Temperaturen unterhalb der Taupunkttemperatur überstrichen werden, korrodieren. Dasbeeinträchtigt nicht nur den Wärmeübergang sondern auch die Strömungsverhältnisse im Gliederheizkessel.Such a sectional boiler is known from practice. The boiler sections are made of gray cast iron. Versions made of aluminum or copper are possible. In the known designs, the water space between the supply hub and the return hub extends essentially over the entire surface area of the boiler element, so that the ratio of the heating surfaces in contact with gas or water is almost 1: 1. In this case, the outside of the boiler elements in contact with gas can be provided with ribs, knobs or the like to improve the heat transfer. Although the ribs, knobs or the like of the gas-contacting outer sides lead to an increase in the wall temperature of the boiler elements, which are generally suspended in a vertical orientation, the gases passing by the outer sides cool down so quickly when the water temperatures are maintained that the dew point temperature of the gases is reached quickly. The dew point temperature of the gases is around 52 Celsius. The consequence of this is that those areas on the outer sides of the boiler sections which are swept by gases with temperatures below the dew point temperature corrode. This affects not only the heat transfer but also the flow conditions in the sectional boiler.

Aus der DE-OS 22 17 921 ist ein Kessel, insbesondere für Zentralheizungen ersichtlich, mit einer Reihe von nebeneinanderliegenden Elementen mit Wasserumlauf und Abgaskanälen, wobei die Rauchgase im wesentlichen waagerecht und schlangenförmig durch Rauchgaskanäle strömen. Das Wasser strömt dabei durch im wesentlichen rohrförmige Wasserräume, deren Querschnitt im wesentlichen gleich groß ist.From DE-OS 22 17 921 a boiler, in particular for central heating systems, can be seen with a number of adjacent elements with water circulation and exhaust gas ducts, the flue gases flowing essentially horizontally and serpentine through flue gas ducts. The water flows through essentially tubular water spaces, the cross section of which is essentially the same size.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Gliederheizkessel der eingangs beschriebenen Gattung so zu verbessern, daß bei niedrigen Wassertemperaturen an den gasberührten Heizflächen die Taupunkttemperatur möglichst nicht unterschritten wird.The object of the invention is to improve a sectional boiler of the type described in the introduction so that the dew point temperature is not fallen below at low water temperatures on the gas-contacted heating surfaces.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der an die Rücklaufnabe anschließende Wasserraum sich nur im Bereich der unteren Hälfte des Kesselgliedes erstreckt und daß der Wasserraum über wenigstens einen Wasserkanal mit der Vorlaufnabe verbunden ist. Insbesondere soll der Wasserraum sich über 30-80%, vorzugsweise 60% ± 5% der Höhe des Kesselgliedes erstrecken. Die Breite des Wasserkanals kann etwa 1/8 bis 3/4 der Kesselgliedbreite betragen. Bei diesem Kesselglied findet eine Wasserkühlung der Kesselgliedwandungen im wesentlichen nur im Bereich des Wasserraums statt, also dort, wo die am Kesselglied vorbeistreichenden Gase noch ausreichend hohe Temperaturen haben. Darüber hinaus können die Gase ihre fühlbare Wärme zwar weiterhin an die nicht wasserführenden Teile des Kesselgliedes abgeben, die Taupunkttemperatur der Gase wird dabei aber nicht unterschritten.
Dementsprechend verschiebt sich die Taupunktlinie bis in den Bereich der Vorlaufnabe. Sie kann auch über die Vorlaufnabe hinaus verschoben werden, wenn an das Kesselglied im Bereich der Vorlaufnabe eine die Kesselgliedhöhe vergrößernde Heizfläche anschließt.This object is achieved in that the water space adjoining the return hub extends only in the region of the lower half of the boiler element and in that the water space is connected to the flow hub via at least one water channel. In particular, the water space should extend over 30-80%, preferably 60% ± 5% of the height of the boiler element. The width of the water channel can be about 1/8 to 3/4 of the boiler section width. In this boiler section, water cooling of the boiler section walls takes place essentially only in the area of the water space, that is, where the gases passing by the boiler section still have sufficiently high temperatures. In addition, the gases can still give off their sensible heat to the non-water-carrying parts of the boiler element, but the dew point temperature of the gases is not fallen below.
Accordingly, the dew point line moves into the area of the lead hub. It can also be moved beyond the feed hub if a heating surface which increases the boiler link height is connected to the boiler section in the area of the feed hub.

Aus gußtechnischen Gründen kann es vorteilhaft sein, wenn die nicht wasserführenden Bereiche des Kesselgliedes wenigstens teilweise hohl gegossen sind. Dadurch wird die eingangs erläuterte Verschiebung der Taupunktlinie nicht negativ beeinflußt.For reasons of casting technology, it can be advantageous if the non-water-carrying areas of the boiler element are at least partially cast hollow. As a result, the shift in the dew point line explained at the outset is not negatively influenced.

Außerdem kann erfindungsgemäß der Wasserkanal und/oder der Wasserraum auch doppelwandig ausgeführt sein, wobei zwischen der abgasberührten und wasserberührten Wandseite gleichmäßig verteilt Wärmeleitbrücken angeordnet sind. Schließlich schlägt die Erfindung vor, daß sich an den Wasserraum der Mittelkesselglieder unten in den Feuerraum ragende wassergefüllte Heizflächen anschließen.In addition, according to the invention, the water channel and / or the water space can also be double-walled, heat-conducting bridges being arranged evenly distributed between the wall side in contact with the exhaust gas and the water in contact. Finally, the invention proposes that water-filled heating surfaces protrude from the water chamber of the central boiler sections below into the combustion chamber.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren 1 bis 4 beispeilsweise näher erläutert; es zeigen:

  • Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch ein Kesselglied eines Gliederheizkessels,
  • Fig. 1 a eine doppelwandige Ausführung zu Fig. 1,
  • Fig. 1 b die Ausführung nach Fig. 1 teilweise im senkrechten Schnitt,
  • Fig. 2 schematisch die Temperaturverteilung an den Außenseiten des in Fig. 1 dargestellten Kesselgliedes,
  • Fig. 3 schematisch die Temperaturverteilung eines Kesselgliedes nach dem Stand der Technik,
  • Fig. 4 eine Gesamtdarstellung eines Gliederheizkessels mit parallel angeordneten End- und Mittelkesselgliedern.
The invention is explained in more detail, for example, with the aid of the attached FIGS. 1 to 4; show it:
  • 1 is a schematic representation of a longitudinal section through a boiler element of a sectional boiler,
  • 1 a is a double-walled version of Fig. 1,
  • 1 b the embodiment of FIG. 1 partially in vertical section,
  • 2 schematically shows the temperature distribution on the outer sides of the boiler element shown in FIG. 1,
  • 3 schematically shows the temperature distribution of a boiler element according to the prior art,
  • Fig. 4 is an overall view of a sectional boiler with parallel arranged end and middle boiler sections.

Das in den Figuren 1, 1 dargestellte Kesselglied 1 wird zusammen mit gleichartigen Kesselgliedern 1, E, M in vertikaler Ausrichtung wie in einem in Fig. 4 dargestellten Gliederkessel angeordnet. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel besteht das Kesselglied 1 aus Grauguß. Ausführungen aus Aluminium oder Kupfer sind möglich.The boiler member 1 shown in Figures 1, 1 is together with a similar boiler structure 1, E, M arranged in a vertical orientation as in a sectional boiler shown in FIG. 4. In the illustrated embodiment, the boiler member 1 is made of gray cast iron. Versions made of aluminum or copper are possible.

Das Kesselglied 1 besitzt einen rechteckigen bis quadratischen Grundriß und im Bereich einer Grundrißecke eine Vorlaufnabe 2, im Bereich der diametral gegenüberliegenden Grundrißecke eine Rücklaufnabe 3 und eine beide Naben verbindenden Wasserraum 4. Der Wasserraum 4 erstreckt sich bei der dargestellten Ausführung über die gesamte Breite B des Kesselgliedes sowie über ca. 30-80% der Höhe H des Kesselgliedes. Der Wasserraum 4 ist über den von seinem oberen Rand ausgehenden Wasserkanal 5 mit der Vorlaufnabe 2 verbunden. Die Breite des Wasserkanals 5 entspricht etwa 1/8 der Breite B des Kesselgliedes. Bei anderen Ausführungen können auch mehrere Wasserkanäle vorgesehen sein. Die nicht wasserführenden Bereiche 6 des Kesselgliedes 1 können hohl gegossen sein. Das ist im einzelnen nicht dargestellt.The boiler element 1 has a rectangular to square plan and in the area of a plan corner a lead hub 2, in the area of the diametrically opposite plan corner a return hub 3 and a water space 4 connecting both hubs. The water space 4 extends over the entire width B of the embodiment shown Boiler link and about 30-80% of the height H of the boiler link. The water chamber 4 is connected to the lead hub 2 via the water channel 5 extending from its upper edge. The width of the water channel 5 corresponds to approximately 1/8 of the width B of the boiler element. In other versions, several water channels can also be provided. The non-water-carrying areas 6 of the boiler element 1 can be cast hollow. This is not shown in detail.

In Figur 1 ist der Wasserkanal 5a im Vergleich zu dem nach Figur 1 wesentlich breiter und doppelwandig ausgeführt. Aus Figur 1 ist insbesondere ersichtlich, daß die abgasberührten A und die wasserberührten W Wandseiten über Wärmeleitbrücken 8 miteinander in Verbindung stehen.In FIG. 1, the water channel 5a is designed to be substantially wider and double-walled in comparison to that according to FIG. 1. It can be seen in particular from FIG. 1 that the exhaust gas-touching A and the water-touching W wall sides are connected to one another via heat-conducting bridges 8.

In Figur 2 ist die Temperaturverteilung an den Außenseiten des Kesselgliedes 1 wiedergegeben, wenn mit üblichen Abgastemperaturen gearbeitet wird und das durch das Kesselglied 1 geleitete Wasser nur auf mäßige Temperaturen im Bereich von bis zu 40* Celsius erwärmt wird. Man erkennt in Figur 2, daß die Wandtemperaturen des Kesselgliedes 1 am unteren Rand ca. 118 Celsius betragen und im Bereich des Wasserraums 4 bei 100 Celsius liegen. Die Taupunkt-temperatur von 52° Celsius wird erst im linken oberen Bereich der Nähe der Vorlaufnabe 2 erreicht bzw. unterschritten. Die Taupunktlinie ( 52° Celsius ) kann aber auch über die Vorlaufnabe 2 hinaus verschoben werden, wenn an das Kesselglied 1 oberhalb der Vorlaufnabe 2 eine die Kesselgliedhöhe vergrößernde Heizfläche 7 anschließt. Dann wird im Bereich des Kesselgliedes 1 die Taupunkttemperatur von 52° Celsius überhaupt nicht mehr erreicht bzw. unterschritten.FIG. 2 shows the temperature distribution on the outer sides of the boiler element 1 when the usual exhaust gas temperatures are used and the water passed through the boiler element 1 is only heated to moderate temperatures in the range of up to 40 * Celsius. It can be seen in FIG. 2 that the wall temperatures of the boiler element 1 are approximately 118 degrees Celsius at the lower edge and 100 degrees Celsius in the area of the water space 4. The dew point temperature of 52 ° Celsius is only reached or fallen below in the upper left area near the lead hub 2. The dew point line (52 ° Celsius) can, however, also be shifted beyond the feed hub 2 if a heating surface 7 which increases the boiler link height adjoins the boiler element 1 above the feed hub 2. Then the dew point temperature of 52 ° Celsius in the area of the boiler element 1 is no longer reached or fallen below.

Figur 3 zeigt zum Vergleich die Temperaturverteilung an einem Kesselglied herkömmlicher Bauart, bei den sich der Wasserraum über die gesammte Grundrißfläche zwischen Vorlaufnabe 2 und Rücklaufnabe 3 erstreckt. Man erkennt, daß die Taupunkttemperatur von 52 Celsius bereits in der unteren Hälfte des Kesselgliedes erreicht wird. Darüber besitzen die Kesselwandungen erheblich niedrigere Temperaturen.For comparison, FIG. 3 shows the temperature distribution on a boiler element of conventional design, in which the water space extends over the entire plan area between the supply hub 2 and the return hub 3. It can be seen that the dew point temperature of 52 Celsius is already reached in the lower half of the boiler section. In addition, the boiler walls have significantly lower temperatures.

Fig. 4 zeigt die Anordnung von mehreren Kesselgliedern nebeneinander, wobei zwei Endkesselglieder E zwei Mittelkesselglieder M zwischen sich aufnehmen. Diese Kesselglieder stehen alle wasserseitig mit der Vorlaufnabe 2 unter Rücklaufnabe 3 miteinander in Verbindung. Unterhalb der Mittelkesselglieder M befindet sich der Feuerraum F mit dem waagerecht liegenden Brenner B. Aus dem Feuerraum F ziehen die Rauchgase durch die Gasabzugskanäle G senkrecht nach oben und dann zum Kamin.Fig. 4 shows the arrangement of several boiler sections side by side, two end boiler sections E receiving two central boiler sections M between them. These boiler sections are all connected on the water side to the supply hub 2 and return hub 3. Below the central boiler sections M is the combustion chamber F with the burner B lying horizontally. From the combustion chamber F, the flue gases move vertically upwards through the gas exhaust ducts G and then to the chimney.

BEZUGSZEICHENLISTEREFERENCE SIGN LIST

  • 1 Kesselglied1 boiler section
  • 2 Vorlaufnabe2 feed hub
  • 3 Rücklaufnabe3 return hub
  • 4 Wasserraum4 water room
  • 5, 5a Wasserkanal5, 5a water channel
  • 6 nicht wasserführender Hohlraum6 non-water-bearing cavity
  • 7 Heizfläche7 heating surface
  • 8 Wärmeleitbrücke8 thermal bridge
  • A abgasberührte WandseiteA wall side in contact with exhaust gas
  • W wasserberührte WandseiteW wall side in contact with water
  • B BrennerB burner
  • E EndkesselgliedE final boiler section
  • M MittelkesselgliedM middle boiler section
  • F FeuerraumF firebox
  • G GasabzugskanalG gas exhaust duct

Claims (7)

1. Gliederheizkessel mit mehreren parallel senkrecht nebeneinander angeordneten Kesselgliedern bestehend aus zwei End- (E) und/oder einem oder mehreren Mittelkesselgliedern (M) bevorzugt aus Gußwerkstoff, mit einem Feuerraum (F) im unteren Bereich des Gliederheizkessels und darüber zwischen den Kesselgliedern angeordneten senkrechten Gasabzugskanälen (G), wobei die Kesselglieder einen rechteckigen bis quadratischen Grundriß, im Bereich einer Grundrißecke eine Vorlaufnabe (2), im Bereich einer gegenüberliegenden Grundrißecke eine Rücklaufnabe (3) und einen beide Naben verbindenden Wasserraum (4) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß der an die Rücklaufnabe (3) anschließende Wasserraum (4) sich nur im Bereich der unteren Hälfte des Kesselgliedes (1) erstreckt und daß der Wasserraum (4) über wenigstens einen Wasserkanal (5, 5a) mit der Vorlaufnabe (2) verbunden ist.1. Sectional boiler with several boiler sections arranged parallel and vertically next to each other, consisting of two end (E) and / or one or more central boiler sections (M), preferably made of cast material, with a combustion chamber (F) in the lower area of the sectional boiler and above it vertical between the boiler sections Gas extraction ducts (G), the boiler sections having a rectangular to square outline, a feed hub (2) in the area of a floor plan corner, a return hub (3) and a water space (4) connecting both hubs, characterized in that the water space (4) adjoining the return hub (3) extends only in the area of the lower half of the boiler element (1) and that the water space (4) is connected to the flow hub (2) via at least one water channel (5, 5a). 2. Gliederheizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserraum (4) sich über 30-80% der Höhe (H) des Kesselgliedes (1 ) erstreckt. 3. Gliederheizkessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserraum (4) sich über 60% ± 5% der Höhe (H) des Kesselgliedes (1) erstreckt.2. sectional boiler according to claim 1, characterized in that the water space (4) extends over 30-80% of the height (H) of the boiler member (1). 3. sectional boiler according to claim 1 or 2, characterized in that the water space (4) extends over 60% ± 5% of the height (H) of the boiler member (1). 4. Gliederheizkessel nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Wasserkanals (5, 5a) etwa 1/8 bis 3/4 der Kesselgliedbreite (B) beträgt.4. sectional boiler according to at least one of the preceding claims, characterized in that the width of the water channel (5, 5a) is about 1/8 to 3/4 of the boiler section width (B). 5. Gliederheizkessel nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserkanal (5a) und/oder der Wasserarm (4) doppelwandig ausgeführt sind, wobei zwischen der abgasberührten Wandseite (A) und der wasserberührten Wandseite (W) Wärmeleitbrücken (8) angeordnet sind.5. sectional boiler according to at least one of the preceding claims, characterized in that the water channel (5a) and / or the water arm (4) are double-walled, with heat-conducting bridges (8) between the wall side in contact with exhaust gas (A) and the wall side in contact with water (W) are arranged. 6. Gliederheizkessel nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an das Kesselglied (1) im Bereich der Vorlaufnabe (2) eine die Kesselgliedhöhe (H) vergrößernde Heizfläche (7) anschließt.6. sectional boiler according to at least one of the preceding claims, characterized in that to the boiler section (1) in the area of the lead hub (2) adjoins the boiler section height (H) increasing heating surface (7). 7. Gliederheizkessel nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht wasserführende Hohlraum (6) des Kesselgliedes (1) wenigstens teilweise hohl gegossen sind.7. sectional boiler according to at least one of the preceding claims, characterized in that the non-water-bearing cavity (6) of the boiler member (1) are at least partially cast hollow. 8. Gliederheizkessel nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich an den Wasserraum (4) der Mittelkesselglieder (M) unten in den Feuerraum (F) ragende wassergefüllte Heizflächen anschließen.8. sectional boiler according to at least one of the preceding claims, characterized in that the water chamber (4) of the central boiler sections (M) below in the combustion chamber (F) projecting water-filled heating surfaces.
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