EP0497224B1 - Niedertemperaturheizkessel zum Verbrennen flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe - Google Patents

Niedertemperaturheizkessel zum Verbrennen flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe Download PDF

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EP0497224B1
EP0497224B1 EP92101164A EP92101164A EP0497224B1 EP 0497224 B1 EP0497224 B1 EP 0497224B1 EP 92101164 A EP92101164 A EP 92101164A EP 92101164 A EP92101164 A EP 92101164A EP 0497224 B1 EP0497224 B1 EP 0497224B1
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EP
European Patent Office
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inserts
pipe
heating boiler
tube
boiler according
Prior art date
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EP92101164A
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French (fr)
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EP0497224A1 (de
Inventor
Hans Dr. Viessmann
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VIESSMANN, HANS, DR.
Original Assignee
Individual
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H9/00—Details
    • F24H9/0005—Details for water heaters
    • F24H9/0036—Dispositions against condensation of combustion products
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H9/00—Details
    • F24H9/0005—Details for water heaters
    • F24H9/001—Guiding means
    • F24H9/0026—Guiding means in combustion gas channels

Definitions

  • the invention relates to a low-temperature boiler for burning liquid or gaseous fuels according to the preamble of the main claim.
  • Such a boiler is known from DE-A-29 06 362, in which all the annular inserts are made of gray cast iron. These inserts, which generally have longitudinal ribs that limit the heating gas flues, are turned over on the outside and are pressed into a sheet steel tube, or the sheet steel tube is shrunk onto the rings, so that the rings are always in thermal contact with the sheet steel tube at any temperature of the boiler or always are cooled from the water side. With this design, such boilers can be operated in so-called low and low temperature operation, since the combination of steel / gray cast iron on the heating surface avoids corrosion.
  • a heating boiler is known, specifically with a radiant heating surface and a downstream convection heating surface, the radiant heating surface being formed from a thin sheet of metal and a reinforcement arranged at a distance from it and facing the combustion chamber, and the material the reinforcement has a higher coefficient of expansion than the material of the water chamber wall.
  • the reinforcement consists of a sheet metal sleeve made of a thin material that cools down quickly due to lack of mass and is arranged at a relatively large distance from the water-cooled wall of the combustion chamber, the sleeve extending at a uniform distance over the entire length of the water-cooled wall.
  • the distance dimensioning is provided so that direct heat conduction between the reinforcement and the water wall should only take place in extreme cases.
  • this is a thin-walled combustion chamber sleeve that is only used in the combustion chamber, so that the heat exchange between the combustion chamber and the water-cooled wall is essentially to be carried out by radiation.
  • the invention has for its object to improve a boiler of the type mentioned in such a way that, for the purpose of preventing condensation, the ring-shaped inserts in the pipe, which have a large mass and thus have a high heat absorption capacity, and their thermal contact to the pipe automatically reach those on the fume cupboard Adjust the temperature conditions, and this with the proviso that this adjustment should take place in the area of direct heat conduction between the inserts and the water-cooled wall, but during the critical start-up phase, the heat dissipation from the inserts in the critical fume cupboard area should be significantly reduced.
  • This design in accordance with the invention takes advantage of the observable effect which is present when, for example, a saucepan is on a hotplate and this is additionally pressed onto the hotplate, as a result of which faster boiling can be achieved.
  • "loose” sliding seat is to be understood that the inserts For example, in the case of a vertical boiler, on the one hand, it can practically “fall” into the tube made of sheet steel, but on the other hand there is not such a large gap that thermal contact only occurs in extreme cases.
  • a "breathing" wall that is inherently dependent on temperature is created to a certain extent, which uses the different thermal expansion coefficients of the materials forming the wall. It is important that the ring-shaped inserts, which have a large mass and thus a high heat absorption capacity, do not sit in the tube as in the boiler according to DE-A-29 06 362, but are pressed in or shrunk in, but only with a loose sliding fit, ie, the solution according to the invention is moved is virtually between the boiler according to DE-A-29 06 362 and that according to DE-A-22 21 801.
  • the gas-side wall in the fume-side area has practically no thermal contact with the water-cooled pipe, but it does so when heated is produced automatically by stretching and then increases by increasing the contact pressure, since the annular inserts expand much more than the pipe. It is essential that this does not occur in extreme cases, but much earlier. As has been shown, this works perfectly.
  • the actual outer diameter dimensioning of the rings is provided in such a way that, taking into account the expected elongation, the gap initially present in the area on the fume cupboard side becomes zero and is followed by the aforementioned “saucepan effect”.
  • the inserts to be arranged there are correspondingly smaller in terms of their outer diameter than those of the inserts or rings arranged in front of them, this dimensioning having to be carried out in such a way that it also increases during normal operation a thermal contact comes, so this area is not entirely for heat transfer through direct conduction.
  • the different diameter dimensions of the inserts with respect to the inner diameter of the tube are in the millimeter or tenths of a millimeter range, which also applies to the case of different dimensions of the inserts among one another.
  • the "self-regulation" of the boiler according to the invention thus takes place due to the loose sliding seat assignment of the inserts by utilizing differently setting contact pressures, but this is connected with the proviso that no direct heat dissipation from the inserts can take place in the fume cupboard area during the starting process.
  • the boiler according to the invention still has the manufacturing advantage that the whole required in the boiler according to DE-A-29 06 362 Effort (pressing in the rings or shrinking the tube onto the rings) at least for the fume cupboard side of the heating surface is eliminated.
  • boilers of this type generally have a plurality of rings, it is also not necessary to occupy the entire heat-transferring length of the combustion chamber with rings made of material which is more expensive in terms of gray cast iron, but it is sufficient to use rings of such material only on the extraction side, i.e. to be provided in the condensate-critical area.
  • the design according to the invention is in particular intended for the wall surrounding the combustion chamber, but it can also be used without problems for smaller-diameter heating gas exhaust pipes, for example in so-called three-pass boilers, since the same problems exist with these exhaust pipes.
  • the boiler consists of a water-bearing housing 10 which is penetrated by a furnace 30 and / or gas-bearing space 20, 20 'delimiting pipe 30 in which a plurality of annular inserts 40 covering the pipe inner wall are made of cast, metallic material.
  • the specification "and / or” takes into account different possible boiler designs with, for example, a pot-like reversing combustion chamber, with a combustion chamber sleeve open on the exhaust side, and at least one heating gas draft tube additionally arranged within the water-carrying housing 10, which is based on the principle shown.
  • the horizontal arrangement of the boiler is also not mandatory, i.e. the training to be explained in more detail can also be used for vertical boilers.
  • At least the annular inserts 40 arranged in the extraction area are formed from a metallic material whose coefficient of expansion and thermal conductivity are greater than that of the tube 30, and that these inserts 40 are inserted into the tube 30 with a loose sliding fit are dimensioned in relation to the inner diameter of the tube so that with increasing heating of the inserts 40, after the start-up phase, they press against the tube 30 with the press fit becoming weaker towards the discharge side.
  • the tube 30 is made of sheet steel in the embodiment. However, it is also possible to form the tube 30, for example from cast iron, which is suitably integrated in the housing 10 in a liquid-tight manner.
  • the annular inserts 40 are sized so that they can be easily inserted into the tube 40, which is a considerable Makes manufacturing easier for the boiler and what also opens up the possibility of being able to easily replace damaged rings or inserts when the boiler is cold.
  • the two-layer structure of the heating surface initially represents a heat transfer barrier, particularly in the area on the fume cupboard side, since there is practically no thermal contact in this area due to the special assignment.
  • the inserts 40 expand and press against the inner wall of the pipe 30 with increased thermal contact, the system being more intensive in the upstream area Z than in the outflow area A. Because of the initially not so good or practically not Existing thermal contact in the downstream area where the heat cannot flow so quickly into the cooled tube wall, the inserts heat up there quickly, so that there can be no condensation precipitation.
  • the dimensioning which is smaller with regard to the diameter, is to be set in such a way that the inserts arranged in the outflow-side region still press against the pipe 30 at the low exhaust-gas temperatures which usually result there, in order to be able to transfer the heat to the pipe 30 there as well during operation .
  • FIG. 3 in which, on the one hand, oriented at the positions positioned with 1 to 8, the temperatures are shown over the entire withdrawal distance and the expansions of aluminum rings (also positioned with 1 to 8).
  • the outer diameter of the ring 8 In order to ensure that at a temperature of 110 ° C., the ring 8 contacts the pipe 30 in a heat-conducting manner, the outer diameter of the ring 8 must therefore be dimensioned during production in such a way that it is at 110 ° with respect to the inner diameter of the pipe 30 C the ring or diameter increased by 0.32 mm. If all the inserts 40 are dimensioned identically with this requirement, this leads to the rings 1 to 8, as seen from the outflow side A, pressing more towards the inflow side Z against the pipe 30 by expansion. Since the inserts 40 are inserted or inserted into the tube 30 only with a more or less loose sliding fit , it is expedient to provide stops 50 in or on the tube 30 in a suitable manner, which fix the entire insert package in the tube 30 in the axial direction.
  • the inserts are made of non-ferrous metals or non-ferrous metal alloys such as aluminum, gunmetal, brass, admiral alloy or the like material.
  • the front rings 1 to 4 or 5 can consist of gray cast iron as before.
  • the inserts 40 can be cast or manufactured using the die casting or extrusion process, the outer surfaces of the inserts also being able to be turned over, if necessary, depending on the manufacturing accuracy that can be achieved. However, this is not absolutely necessary for the rings arranged in the condensate-critical and in this respect essential area, especially since the material provided for these inserts is considerably softer with respect to gray cast iron and adapts better to any existing dimensional inaccuracies of the pipe 30.
  • the ring-shaped inserts 40 are provided with radially oriented longitudinal ribs 60 which, like the rings 1 to 8 themselves, have a wall thickness of at least 0.5 to 1 cm in order to impart a high heat absorption capacity to them and thereby prevent rapid cooling even when the burner is switched off (not shown).
  • the inserts 40 arranged in the inflow area are arranged in a heat-conducting contact with the pipe 30 even when the boiler is cold.
  • the inflow area is to be understood as the area in which no condensate is to be expected anyway.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Niedertemperaturheizkessel zum Verbrennen flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe gemäß Oberbegriff des Hauptanspruches.
  • Ein derartiger Heizkessel ist nach der DE-A-29 06 362 bekannt, bei dem alle ringförmigen Einsätze aus Grauguß gebildet sind. Diese Einsätze, die in der Regel Heizgaszüge begrenzende Längsrippen aufweisen, sind außen überdreht und sitzen eingepreßt in einem Stahlblechrohr, oder das Stahlblechrohr ist auf die Ringe aufgeschrumpft, so daß die Ringe mit dem Stahlblechrohr bei jeder Temperatur des Kessels immer in Wärmeleitkontakt stehen bzw. immer von der Wasserseite her gekühlt sind. Mit dieser Ausbildung können derartige Heizkessel im sog. Nieder- und Tieftemperaturbetrieb gefahren werden, da die Kombination Stahl/Grauguß der Heizfläche Korrosion vermeidet. Abgesehen vom größeren Gewicht gegenüber einschaligen Kesselheizflächen, das derartige Heizungskessel durch die eingesetzten Gußringe erhalten, wäre es jedoch noch günstiger, Kondensatniederschläge in den kondensatkritischen Bereichen ganz zu vermeiden, die sich insbesondere auf der Abzugsseite des Kessels befinden und die beim Wiedereinschalten des Brenners relativ länger "kälter" bleiben als die brennerseitigen Bereiche der ganzen Abgasführung im Heizkessel, wodurch in diesem länger kälter bleibenden Bereich Kondensatniederschläge auftreten.
  • Nach der DE-A-2 221 801 ist ein Heizungskessel bekannt, und zwar mit einer Strahlungsheizfläche und einer nachgeschalteten Konvektionsheizfläche, wobei die Strahlungsheizfläche aus einer Wasserraumwand und einer mit Abstand davon angeordneten, dem Verbrennungsraum zugewandten Bewehrung aus dünnem Blech gebildet ist und wobei der Werkstoff der Bewehrung einen höheren Ausdehnungskoeffizienten aufweist als der Werkstoff der Wasserraumwand. Damit soll in allen Betriebszuständen ein schwitzwasserfreier Betrieb des Heizkessels gewährleistet werden. Die Bewehrung besteht dabei aus einer mit relativ großem Abstand zur wassergekühlten Wand des Feuerraumes angeordneten Blechhülse aus dünnem, sich mangels Masse sehr schnell wieder abkühlenden Material, wobei sich die Hülse mit gleichmäßigem Abstand über die ganze Länge der wassergekühlten Wand erstreckt. Die Abstandsbemessung ist dabei so vorgesehen, daß nur im Extremfall eine direkte Wärmeleitung zwischen Bewehrung und Wasserwand stattfinden soll. Im Grunde handelt es sich hierbei also um eine gewissermaßen nur in den Feuerraum eingesetzte dünnwandige Brennkammerhülse, wobei der Wärmeaustausch zwischen dieser und der wassergekühlten Wand im wesentlichen durch Strahlung erfolgen soll.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Heizkessel der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß sich zwecks Kondensatniederschlagsverhinderung die im Rohr befindlichen ringförmigen, eine große Masse und damit ein hohes Wärmeaufnahmevermögen aufweisenden Einsätze bzgl. ihres Wärmeleitkontaktes zum Rohr selbsttätig an die an der Abzugsstrecke vorliegenden Temperaturverhältnisse anpassen, und zwar verbunden mit der Maßgabe, daß diese Anpassung im Bereich einer direkten Wärmeleitung zwischen den Einsätzen und der wassergekühlten Wand stattfinden soll, wobei aber in der kritischen Anfahrphase die Wärmeableitung aus den Einsätzen im kritischen Abzugsbereich deutlich gebremst sein soll.
  • Diese Aufgabe ist mit einem Heizkessel der eingangs genannten Art nach der Erfindung durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angeführten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich nach den Unteransprüchen.
  • Diese erfindungsgemäße Ausbildung nutzt den beobachtbaren Effekt aus, der gegeben ist, wenn bspw. ein Kochtopf auf einer Kochplatte steht und man diesen zusätzlich auf die Platte preßt, wodurch ein schnelleres Sieden erreicht werden kann. Unter "lockerem" Schiebesitz ist dabei zu verstehen, daß man die Einsätze bspw. bei einem Vertikalheizkessel einfach in das Rohr aus Stahlblech einerseits praktisch "hineinfallen" lassen kann, andererseits aber kein so großer Spalt vorliegt, daß nur im Extremfall ein Wärmeleitkontakt zustandekommt.
  • Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung ist gewissermaßen eine in sich temperaturabhängig "atmende" Wand geschaffen, die die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der die Wand bildenden Materialien ausnutzt. Wesentlich ist dabei, daß die ringförmigen, eine große Masse und damit ein hohes Wärmeaufnahmevermögen aufweisenden Einsätze nicht wie beim Heizkessel nach der DE-A-29 06 362 eingepreßt oder eingeschrumpft im Rohr sitzen, sondern nur mit lockerem Schiebesitz, d.h., die erfindungsgemäße Lösung bewegt sich quasi zwischen dem Heizkessel nach der DE-A-29 06 362 und dem nach der DE-A-22 21 801. Im "kalten" Zustand hat also die gasseitige Wand im abzugsseitigen Bereich praktisch keinen Wärmeleitkontakt zum wassergekühlten Rohr, der aber bei Aufheizung selbsttätig durch Dehnung hergestellt wird und sich dann durch Erhöhung des Anpressdruckes vergrößert, da sich die ringförmigen Einsätze wesentlich stärker ausdehnen als das Rohr. Wesentlich ist dabei, daß sich dies nicht erst im Extremfall einstellt, sondern schon wesentlich früher. Wie sich gezeigt hat, funktioniert dies einwandfrei. Die tatsächliche Außendurchmesserbemessung der Ringe wird dabei so vorgesehen, daß unter Berücksichtigung der erwartbaren Dehnung der zunächst vorhandene Spalt im abzugsseitigen Bereich Null wird und sich daran der vorerwähnte "Kochtopfeffekt" anschließt. In Rücksicht auf den zu Kondensatniederschlägen besonders tendierenden abzugsseitigen Bereich, werden die dort anzuordnenden Einsätze bezüglich ihres Außendurchmessers entsprechend kleiner gehalten als der bzw. die der davor angeordneten Einsätze bzw. Ringe, wobei diese Bemessung so vorzunehmen ist, daß es auch hier während des Normalbetriebes zu einem Wärmeleitkontakt kommt, dieser Bereich also nicht gänzlich für die Wärmeübertragung durch Direktleitung ausfällt.
  • Maßnahmen zur Kondensatbildungsverhinderung in Form der Anbringung von schlecht wärmeleitenden Beschichtungen (siehe DE-A-32 05 132; DE-A-24 27 219, 31 00 888) oder in Form rein konstruktiver Maßnahmen (siehe AT-A-12 75 06, DE-A-28 56 51, 28 04 780) sind zwar bekannt, derartige Beschichtungen oder rein konstruktive Ausbildungen führen aber dazu, daß diese Gestaltungen in jeder Betriebsphase ihr reduziertes Wärmeübergangsverhalten beibehalten, zumal hierbei noch zu berücksichtigen ist, daß die abströmenden Heiz- bzw. Rauchgase in diesem Bereich nicht mehr die hohen Temperaturen haben wie im Zuströmbereich.
  • Beim erfindungsgemäßen Heizkessel ist dies nicht der Fall, da nach der kritischen Anfahrphase bei diesem auch die ringförmigen, eine große Masse aufweisenden Einsätze aufgrund ihrer starken Ausdehnung im kondensatkritischen Bereich an der Rohrinnenwand wärmeleitend anliegen, dies allerdings nicht mit so großem Anpreßdruck.
  • Die unterschiedliche Durchmesserbemessung der Einsätze in bezug auf den Innendurchmesser des Rohres liegt dabei im Millimeter- bzw. Zehntelmillimeterbereich, was auch für den Fall unterschiedlicher Bemessung der Einsätze untereinander gilt.
  • Die "Selbstregulierung" des erfindungsgemäßen Heizkessels erfolgt also aufgrund der lockeren Schiebesitzzuordnung der Einsätze durch Ausnutzung sich unterschiedlich einstellender Anpreßdrücke, dies aber verbunden mit der Maßgabe, daß beim Anfahrvorgang im abzugsseitigen Bereich keine direkte Wärmeableitung aus den Einsätzen erfolgen kann.
  • Abgesehen davon, daß damit der Heizkessel im Vergleich zu dem nach der DE-A-22 21 801 bezüglich der Heizfläche kompakter ausgebildet ist, d.h., keine mit relativ großem und über die ganze Heizfläche gleichmäßigem Abstand angeordnete, dünnwandige und auch Verwerfungen unterliegende Blechhülse aufweist, hat der erfindungsgemäße Heizkessel noch den fertigungstechnischen Vorteil, daß der ganze beim Heizkessel nach der DE-A-29 06 362 erforderliche Aufwand (Einpressen der Ringe oder Aufschrumpfen des Rohres auf die Ringe) zumindest für die abzugsseitige Hälfte der Heizfläche in Wegfall kommt.
  • Da in der Regel derartige Heizkessel mehrere Ringe aufweisen, muß auch nicht die ganze wärmeübertragungswirksame Länge des Feuerraumes mit Ringen aus in bezug auf Grauguß teurerem Material besetzt werden, sondern es genügt, Ringe aus derartigem Material nur abzugsseitig, d.h. im kondensatkritischen Bereich vorzusehen.
  • Berücksichtigt ist mit der erfindungsgemäßen Ausbildung auch, daß im kondensatkritischen Bereich, d.h. abzugsseitig, aufgrund der vorherigen Wärmeabgabe der Heizgase geringere Heizgastemperaturen herrschen, die also die dort befindlichen Einsätze sich relativ langsam ausdehnen lassen, so daß diese bei Einschaltung des Brenners in der jeweiligen Anfahrphase kondensatverhindernd schnell über die Taupunktstemperatur gelangen, eben weil in dieser Anlaufphase noch kein Wärmeleitkontakt vorliegt.
  • Die erfindungsgemäße Ausbildung ist zwar insbesondere für die den Feuerraum umschließende Wand bestimmt, sie kann aber ohne weiteres auch für durchmesserkleinere Heizgasabzugsrohre, bspw. in sogenannten Dreizugkesseln zur Anwendung kommen, da bei diesen Abzugsrohren die gleiche Problematik besteht.
  • Der erfindungsgemäße Heizkessel wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispieles näher erläutert, bei dem sämtliche hier nicht interessierenden Einzelheiten an Heizkesseln, wie Brennkammereinsätze, stirnseitige Verschlüsse, Vor- und Rücklaufanschlüsse, Rauchgasabzugsstutzen usw. nicht dargestellt sind.
  • Es zeigt schematisch
    • Fig. 1
    einen Schnitt durch den Heizkessel mit mehreren eingesetzten ringförmigen Einsätzen;
    Fig. 2
    einen Querschnitt durch einen ringförmigen Einsatz und
    Fig. 3
    eine graphische Gegenüberstellung der Temperatur- und Dehnungsverhältnisse über die Länge der Heiz- bzw. Rauchgasabzugsstrecke AS.
  • Der Heizkessel besteht aus einem wasserführenden Gehäuse 10, das von einem den Feuerungs- und/oder gasführenden Raum 20, 20′ begrenzenden Rohr 30 durchgriffen ist, in dem mehrere ringförmige, die Rohrinnenwand bedeckende Einsätze 40 aus gegossenem, metallischen Material angeordnet sind.
  • Die Angabe "und/oder" nimmt dabei Rücksicht auf unterschiedlich mögliche Kesselkonstruktionen mit bspw. topfartiger Umkehrbrennkammer, mit abzugsseitig offener Brennkammerhülse, innerhalb des wasserführenden Gehäuses 10 zusätzlich angeordnetem mindestens einen Heizgaszugrohr, denen das dargestellte Prinzip zugrundeliegt. Auch die horizontal dargestellte Anordnung des Kessels ist nicht zwingend, d.h., die noch näher zu erläuternde Ausbildung ist auch für Vertikalkessel anwendbar.
  • Für einen derartigen Heizkessel ist nun wesentlich, daß mindestens die im Abzugsbereich angeordneten ringförmigen Einsätze 40 aus einem metallischen Material gebildet sind, dessen Ausdehnungskoeffizient und Wärmeleitfähigkeit größer sind als die des Rohres 30, und daß diese in das Rohr 30 mit lockerem Schiebesitz eingesetzten Einsätze 40 derart in bezug auf den Innendurchmesser des Rohres bemessen sind, daß bei zunehmender Erwärmung der Einsätze 40 diese nach der Anfahrphase mit zur Abzugsseite hin schwächer werdendem Preßsitz am Rohr 30 anliegen.
  • Das Rohr 30 besteht beim Ausführungsbeispiel aus Stahlblech. Es ist aber auch möglich, das Rohr 30 bspw. aus Guß zu bilden, das in geeigneter Weise in das Gehäuse 10 flüssigkeitsdicht eingebunden ist. Die ringförmigen Einsätze 40 sind so bemessen, daß sie leicht in das Rohr 40 eingesetzt werden können, was eine beträchtliche Fertigungserleichterung für den Kessel darstellt und was außerdem die Möglichkeit eröffnet, ggf. schadhaft gewordene Ringe bzw. Einsätze bei kaltem Kessel einfach austauschen zu können.
  • In der Anfahrphase stellt die Zweischichtigkeit der Heizfläche zunächst insbesondere im abzugsseitigen Bereich eine Wärmeübergangsbarriere dar, da in diesem Bereich aufgrund der speziellen Zuordnung praktisch kein Wärmeleitkontakt besteht. Bei weiterer Aufheizung dehnen sich die Einsätze 40 aus und pressen sich nun mit verstärktem Wärmeleitkontakt an die Innenwand des Rohres 30 an, wobei die Anlage im zuströmseitigen Bereich Z intensiver ist als im abströmseitigen Bereich A. Da aufgrund des zunächst nicht so guten bzw. praktisch nicht bestehenden Wärmeleitkontaktes im abströmseitigen Bereich dort die Wärme nicht so schnell in die gekühlte Rohrwand abfließen kann, heizen sich dort die Einsätze schnell auf, so daß es dort zu keinen Kondensatniederschlägen kommen kann. Die bezüglich des Durchmessers geringere Bemessung ist dabei so anzusetzen, daß sich auch die im abströmseitigen Bereich angeordneten Einsätze bei den sich dort üblicherweise ergebenden niedrigen Abgastemperaturen noch an das Rohr 30 anpressen, um auch dort während des Betriebes die Wärme an das Rohr 30 überleiten zu können. Diesbezüglich wird auf Fig. 3 verwiesen, in der einerseits, orientiert an den mit 1 bis 8 positionierten Stellen, die Temperaturen über die ganze Abzugsstrecke dargestellt sind und die Dehnungen von Alu-Ringen (ebenfalls mit 1 bis 8 positioniert). Um zu gewährleisten, daß sich bei einer Temperatur von 110°C der Ring 8 an das Rohr 30 wärmeleitend anlegt, muß also in bezug auf den Innendurchmesser des Rohres 30 der Außendurchmesser des Ringes 8 bei der Fertigung so bemessen werden, daß sich bei 110°C der Ring bzw. der Durchmesser um 0,32 mm vergrößert. Wenn alle Einsätze 40 mit dieser Maßgabe gleich bemessen sind, so führt dies dazu, daß sich die Ringe 1 bis 8, von der Abströmseite A aus gesehen, zur Zuströmseite Z hin stärker an das Rohr 30 durch Dehnung anpressen. Da die Einsätze 40 nur mit mehr oder weniger lockerem Schiebesitz in das Rohr 30 eingesetzt bzw. eingeschoben sind, ist es zweckmäßig, im oder am Rohr 30 in geeigneter Weise Anschläge 50 vorzusehen, die das ganze Einsatzpaket im Rohr 30 in axialer Richtung fixieren.
  • Da der lockere Schiebesitz (mikroskopisch gesehen) insbesondere im abzugsseitigen Bereich eine gewisse Exzentrizität der Einsätze 40 in bezug auf das Rohr 30 zur Folge hat, d.h., die Einsätze bei einem Horizontalkessel im Bereich B unten im Rohr aufliegen, besteht eine vorteilhafte Weiterbildung darin, daß die Einsätze 40 im unteren Auflagebereich B zum Rohr 30 mit einer geriffelten Oberfläche versehen sind. Dadurch kommt in diesem Bereich nur ein Punktkontakt zustande, der die Wärmeleitung bremst. Da dieser Bereich relativ klein ist, fallen die damit verbundenen Leitungsverluste einerseits bei Normalbetrieb praktisch nicht ins Gewicht, andererseits wird aber der "Bremseffekt" in der Anlaufphase dadurch nicht wesentlich reduziert.
  • Die Einsätze sind aus Nichteisenmetallen oder Nichteisenmetallegierungen, wie Alu, Rotguß, Messing, Admiralslegierung o. dgl. Material gebildet. Die vorderen Ringe 1 bis 4 oder 5 können dabei ohne weiteres wie bisher aus Grauguß bestehen. Die Einsätze 40 können gegossen oder im Druckguß- oder Strangpreßverfahren hergestellt werden, wobei je nach erreichbarer Herstellungsgenauigkeit die äußeren Oberflächen der Einsätze erforderlichenfalls auch überdreht werden können. Für die im kondensatkritischen und insoweit wesentlichen Bereich angeordneten Ringe ist dies jedoch nicht zwingend erforderlich, zumal das für diese Einsätze vorgesehene Material in bezug auf Grauguß wesentlich weicher ist und sich besser an eventuell bestehende Maßungenauigkeiten des Rohres 30 anpaßt.
  • Die ringförmigen Einsätze 40 sind dabei mit radial orientierten Längsrippen 60 versehen, die, wie auch die Ringe 1 bis 8 selbst, eine Wandstärke von mindestens 0,5 bis 1 cm aufweisen, um diesen ein großes Wärmeaufnahmevermögen zu vermitteln und um damit ein schnelles Auskühlen auch beim Abschalten des Brenners (nicht dargestellt) zu verhindern.
  • Für die praktische Verwirklichung eines solchen Heizkessels ist vorgesehen, die im Zuströmbereich angeordneten Einsätze 40 schon bei kaltem Kessel mit dem Rohr 30 im Wärmeleitkontakt stehend anzuordnen. Unter Zuströmbereich ist dabei der Bereich zu verstehen, in dem sowieso kein Kondensatanfall zu erwarten ist.

Claims (10)

  1. Niedertemperaturheizkessel zum Verbrennen flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe, bestehend aus einem wasserführenden Gehäuse (10), das von mindestens einem den feuerungs- und/oder gasführenden Raum (20, 20′) begrenzenden Rohr (30) durchgriffen ist, in dem mehrere ringförmige, die Rohrinnenwand bedeckende Einsätze (40) aus metallischem Material angeordnet sind,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß mindestens die im Abzugsbereich angeordneten ringförmigen Einsätze (40) aus einem metallischen Material gebildet sind, dessen Ausdehnungskoeffizient und Wärmeleitfähigkeit größer sind als die des Rohres (30), und daß diese in das Rohr (30) mit lockerem Schiebesitz eingesetzten Einsätze (40) derart in bezug auf den Innendurchmesser des Rohres bemessen sind, daß bei zunehmender Erwärmung der Einsätze (40) diese nach der bzgl. der Einsätze (40) weitgehend wärmeleitkontaktfreien und bis zur Taupunktstemperatur reichenden Anfahrphase mit Preßsitz am Rohr (30) anliegen.
  2. Heizkessel nach Anspruch 1, dessen Längsachse horizontal orientiert ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Einsätze (40) im unteren Auflagebereich (B) zum Rohr (30) mit einer geriffelten Oberfläche versehen sind.
  3. Heizkessel nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der oder die im kondensatkritischen Abzugsbereich angeordneten Einsätze (40) in bezug auf die davor angeordneten Einsätze (40) mit geringfügig kleinerem Außendurchmesser bemessen sind.
  4. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Umfangsfläche der ringförmigen Einsätze (40) bearbeitet sind.
  5. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Einsätze (40) aus Nichteisenmetallen oder Nichteisenmetallegierungen, wie Alu, Rotguß, Messing, Admiralslegierung o. dgl. Material gebildet sind.
  6. Heizkessel nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Einsätze mit radial orientierten Längsrippen (60) versehen sind.
  7. Heizkessel nach Anspruch 5 oder 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Einsätze (40) mit einer Wandstärke von 0,5 bis 1 cm versehen sind.
  8. Heizkessel nach Anspruch 6 oder 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß auch die Längsrippen (60) mit einer Stärke von 0,5 bis 1 cm mindestens an den Rippenfüßen versehen sind.
  9. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die im Zuströmbereich angeordneten Einsätze (40) bei kaltem Kessel mit dem Rohr (30) im Wärmeleitkontakt stehend angeordnet sind.
  10. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die im Zuströmbereich, also vor dem kondensatkritischen Bereich angeordneten Einsätze (40) aus Grauguß gebildet sind.
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