EP0697572A1 - Gasheizkessel - Google Patents

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Publication number
EP0697572A1
EP0697572A1 EP95112189A EP95112189A EP0697572A1 EP 0697572 A1 EP0697572 A1 EP 0697572A1 EP 95112189 A EP95112189 A EP 95112189A EP 95112189 A EP95112189 A EP 95112189A EP 0697572 A1 EP0697572 A1 EP 0697572A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas
burner
boiler according
housing
combustion chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP95112189A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Prof. Dr.-Ing. Hofbauer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Viessmann Werke GmbH and Co KG
Original Assignee
Viessmann Werke GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE19944428942 external-priority patent/DE4428942C1/de
Priority claimed from DE19944428944 external-priority patent/DE4428944C1/de
Application filed by Viessmann Werke GmbH and Co KG filed Critical Viessmann Werke GmbH and Co KG
Publication of EP0697572A1 publication Critical patent/EP0697572A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • 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
    • F24H1/26—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 forming an integral body
    • F24H1/28—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 forming an integral body including one or more furnace or fire tubes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/34—Burners specially adapted for use with means for pressurising the gaseous fuel or the combustion air
    • F23D14/36—Burners specially adapted for use with means for pressurising the gaseous fuel or the combustion air in which the compressor and burner form a single unit
    • 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
    • F24H9/18—Arrangement or mounting of grates or heating means
    • F24H9/1809—Arrangement or mounting of grates or heating means for water heaters
    • F24H9/1832—Arrangement or mounting of combustion heating means, e.g. grates or burners
    • F24H9/1836—Arrangement or mounting of combustion heating means, e.g. grates or burners using fluid fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L2900/00—Special arrangements for supplying or treating air or oxidant for combustion; Injecting inert gas, water or steam into the combustion chamber
    • F23L2900/05021—Gas turbine driven blowers for supplying combustion air or oxidant, i.e. turbochargers

Definitions

  • the invention relates to a gas boiler, consisting of a water-carrying housing provided with supply and return connections, in which a combustion chamber with a burner and with an essentially gap-like heating gas duct leading to the gas discharge is arranged.
  • Such a boiler is known, for example, from DE-A-29 43 590, which only differs from the conventional boiler design - relatively large-volume housing with a correspondingly large combustion chamber - in that the convection area, i.e. the hot gas draft area, is formed in a gap-like manner, and in such a way that correspondingly small-diameter pipes are used that make the connection between the combustion chamber and the gas outlet radially or axially, or that the convection area consists of two essentially plane-parallel or conical, rotationally symmetrical walls that enclose a gap-shaped space between them is flown out of the combustion exhaust gases.
  • the convection area i.e. the hot gas draft area
  • the object of the present invention is to build such a boiler much more compact, in particular while maintaining the advantageous mode of operation, that is, not only to make the burner and the gas and water-carrying spaces as small as possible, but also in terms of their relationship to one another as tight as possible to arrange.
  • the water-carrying housing consists of two, essentially identical in shape to one another, adapted to the shape of the burner designed as a gas surface burner, is provided with supply and return connections chambers that limit the hot gas flue leading to the gas discharge, the access is formed by an opening in the burner-side chamber and overlap the gas surface burner arranged therein like a bell.
  • the embodiment is preferred in which a hemispherical or approximately hemispherical gas surface burner is used, which is associated with a reduction in the radial dimensions without the effective area of the Gas surface burner must be reduced, ie if the diameter of a flat gas burner is maintained, for example, a more effective burner and transmission surface can be accommodated with a hemisphere shape.
  • the solution according to the invention results in a boiler in a space-saving layer construction, namely from the gas surface burner layer, the combustion chamber layer and two layers from the water-carrying chambers, which include the gap-like hot gas draft as intermediate layers.
  • the whole in a preferred embodiment is formed bell-shaped, which leads to a boiler, the height or depth (of which is wall-mounted) roughly its diameter corresponds, and in which, despite the compact design, the available heat exchange surface corresponds to approximately three times the burner surface.
  • About a third of the heat transfer area is subject to radiation transfer, and the rest is convection area in the gap-shaped hot gas flue.
  • the combustion chamber space between the burner surface and the burner-side chamber of the housing is on the one hand the access to the The opening forming the heating gas flue is widened and, on the other hand, the gap-like heating gas train, delimited by both chambers of the housing, is designed to narrow towards the gas outlet.
  • the gas outlet is advantageously designed in the form of an annular exhaust gas collecting duct encompassing the housing.
  • the combustion chamber axis is oriented horizontally (wall mounting of the boiler), this can also be provided, but since the outflowing combustion gases have an upward tendency, an extractor arranged at the top can be provided, or the annular exhaust gas collecting duct is offset slightly eccentrically upwards .
  • the housing formed from the two chambers and the gas surface burner are advantageously pivotally connected to one another in order to be able to access the combustion chamber and the burner easily and without having to dismantle the burner directly.
  • the flow connection of the outer chamber and the at least one flow connection of the chamber on the combustion chamber side are each arranged at the highest point of these chambers, and the flow connection of the chamber on the combustion chamber extends through the outer chamber .
  • these flow connections are expediently to be laid upwards and the flow connections downwards, which will be explained in more detail.
  • the gas boiler according to the invention can be operated both as a low and low temperature boiler and as a condensing boiler, for which one would only have to exchange the flow with the return. In the case of a countercurrent flow, this boiler would be a condensing boiler, in the case of a direct current flow, after swapping the flow and return, it would be a low-temperature boiler.
  • the boiler according to the invention must be operated with a gas surface burner, which is equipped with a gas delivery fan, which supplies a sufficiently high pressure and accordingly consumes electricity.
  • a gas surface burner which is equipped with a gas delivery fan, which supplies a sufficiently high pressure and accordingly consumes electricity.
  • a particularly advantageous development in this regard specifically in connection with the preferred bell shape, consists in the fact that an exhaust gas turbine is arranged in the opening forming the access to the heating gas flue and is connected as a drive to a gas compressor arranged in front of the burner surface and behind the gas supply connection. This will be explained in more detail.
  • the boiler consists in a known manner of a water-carrying housing 1 provided with supply and return connections 2, 3, in which a combustion chamber 4 with a burner 5 and with a gap-like heating gas duct 7 leading to the gas outlet 6 is arranged.
  • a combustion chamber 4 with a burner 5 and with a gap-like heating gas duct 7 leading to the gas outlet 6 is arranged.
  • the water-carrying housing 1 consists of two essentially identical shapes with the shape of the burner 5 in the form of a gas surface burner 5.
  • Such a gas boiler is shown in Figs. 1, 2 in the preferred embodiment, i.e. hemispherical in adaptation to the likewise hemispherical gas surface burner 5 ', which is equipped in the interior and in a known manner with two likewise hemispherical gas distributors 17 (for example perforated plates) which are carried by the burner carrier 19 like the burner surface F (for example a closely meshed metal mesh) , through which the gas supply, not shown, also takes place.
  • An additional representation of the boiler without the turbocharger to be described with accessories is dispensed with, since it is easily conceivable.
  • Natural gas is particularly suitable as a fuel gas, since combustion that is largely free of pollutants and in particular residues can be achieved.
  • the possible embodiment with a flat surface burner and a correspondingly adapted housing is not shown, since it is easily conceivable. In comparison to the boiler shown and with burner and heat transfer surfaces of the same size, such a gas boiler was made flatter, but had a much larger diameter.
  • gas surface burner would be a half cylinder or approximately semi-cylindrical in shape.
  • the combustion chamber 4 is designed to widen between the burner surface F and the burner-side chamber 8 of the housing 1 to the opening 11 forming the access 10 to the heating gas train 7, while vice versa, but for the same reason, the heating gas duct 7 or the gas extraction gap 7 'delimited by both chambers 8, 9 of the housing 1 narrows towards the gas extraction 6 in order to correspond to the gas volume which is reduced by cooling.
  • a corresponding design of the two chambers 8, 9 also ensures that the resistance for the boiler water is minimized to a large extent without increasing the volume that can be flowed through, which would prevent a compact design.
  • the outlet 6 in which the gas outlet 6 is arranged at the top opposite a condensate drain 6 ′′, in the gas boiler according to FIG. 1 the outlet 6 is designed as a ring-shaped gas outlet channel 6 ′ surrounding the housing 1. 2 works in this case as a condensing boiler, with the combustion gases flowing in the lower half against the returned boiler water.
  • the flow connection 2 of the outer chamber 9 and the two flow connections 2 of the combustion chamber chamber 8 of the housing 1 are each arranged at the highest point of these chambers 8, 9, as shown, the flow connections 2 of the chamber 8 on the combustion chamber side reach through the outer chamber 9 in a gas-tight manner (see FIG. 1).
  • FIG. 3 illustrates that the housing 1 and the gas surface burner 5 'are pivotally connected to one another, with the housing 1 being permanently installed on site with regard to the supply and return connections 2, 3 and the gas outlet 6 and the burner with its burner carrier 19 being removed. or is pivotally assigned.
  • a flue gas turbine 12 is arranged in the opening 11 forming the access 10 to the heating gas flue 7, and is connected as a drive to a gas compressor 13 arranged in front of the burner surface F and behind the gas supply connection on the gas inflow side.
  • the ignitable mixture is ignited with an ignition device 26 behind the exhaust gas turbine, since only when the gas compressor 13 is electrically driven for the gas mixture and the speed of the turbine is not yet very high.
  • the ignited mixture then ignites the burner through the turbine.
  • the burning mixture is evenly distributed in the narrow space above the turbine, and unburned gas is prevented from entering the exhaust gap F 'when the boiler is started up.
  • the gas compressor 13 is provided with a starter drive 15, which therefore only consumes electricity during the start-up phase of the boiler.
  • the connecting shaft 16 of the exhaust gas turbine 12 and the gas compressor 13 is mounted on the one hand on the wall 9 'of the outer chamber 9 of the housing 1 and on at least one gas distributor 17 arranged upstream of the burner surface F.
  • an armature 21 Arranged in the hub 18 of the gas compressor 13 is an armature 21, which is stationary on the burner carrier 19 and is provided with power connections and which forms the starting drive 15, ie the hub 18 of the gas compressor 13 forms the rotor.
  • the gas guiding hood 22 which is adapted to the burner surface F, is arranged in a stationary manner, as shown, for example, with the inner gas distributor 17. Since the gas to be conveyed is to be conveyed against a not inconsiderable dynamic pressure and to prevent backflow of the fuel gas emerging from the gas compressor 13, the gas compressor 13 is sealed with both rotationally symmetrical labyrinths 23 against the gas guide hood 22 and the burner carrier 19.
  • the hub 24 of the exhaust gas turbine 12 is provided with a circumferential surface 25 which is concave in cross section with respect to the connecting shaft 16.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Gasheizkessel, bestehend aus einem mit Vor- und Rücklaufanschlüssen (2, 3) versehenen wasserführenden Gehäuse (1), in dem eine Brennkammer (4) mit Brenner (5) und mit einem spaltartigen, zum Gasabzug (6) führenden Heizgaszug (7) angeordnet ist.
Erfindungsgemäß ist das wasserführende Gehäuse (1) aus zwei der Form des als Gasflächenbrenner (5') ausgebildeten Brenners (5) angepaßten, zueinander im wesentlichen formidentischen, mit Vor- und Rücklaufanschlüssen (2, 3) versehenen Kammern (8, 9) gebildet. Diese Kammern (8, 9) begrenzen den zum Gasabzug (6) führenden Heizgaszug (7), dessen Zugang (10) durch eine Öffnung (11) in der brennerseitigen Kammer (8) gebildet ist. Die Kammern (8, 9) übergreifen die Brennkammer (4) und den darin angeordneten Gasflächenbrenner (5') glockenartig.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Gasheizkessel, bestehend aus einem mit Vor- und Rücklaufanschlüssen versehenen wasserführenden Gehäuse, in dem eine Brennkammer mit Brenner und mit einem im wesentlichen spaltartigen, zum Gasabzug führenden Heizgaszug angeordnet ist.
  • Ein derartiger Heizkessel ist bspw. nach der DE-A-29 43 590 bekannt, der nur insofern von der üblichen Kesselbauweise - relativ großvolumiges Gehäuse mit entsprechend großer Brennkammer - abweicht, als hierbei der Konvektionsbereich, d.h., der Heizgaszugbereich, spaltartig ausgebildet ist, und zwar in der Weise, daß entsprechend durchmesserkleine Rohre zur Verwendung kommen, die radial oder axial die Verbindung zwischen Brennkammer und Gasabzug herstellen, oder daß der Konvektionsbereich aus zwei im wesentlichen planparallelen oder konischen, drehsymmetrischen Wänden besteht, die zwischen sich einen spaltförmigen Zwischenraum einschließen, der von den Verbrennungsabgasen auswärts gerichtet durchströmt wird. Zweck einer derartigen Ausbildung ist, den Konvektionsbereich von den Heizgasen laminar durchströmen zu lassen, um unabhängig von der Kesseltemperatur eine Kondensation der Verbrennungsgase an den betroffenen Kesselwänden zu verhindern. Um genügend Wärmeübergangsfläche unterbringen zu können, verlangt dies entsprechend relativ große radiale und/oder axiale Abmessungen des Heizkessels und, sofern der Heizgasabzug rohrförmig ausgebildet ist, eine Vielzahl von durchmesserkleinen Rohren.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, insbesondere unter Beibehaltung der vorteilhaften Betriebsweise einen solchen Heizkessel wesentlich kompakter zu bauen, d.h., den Brenner und die gas- und wasserführenden Räume nicht nur so klein wie möglich auszubilden, sondern auch bezüglich ihrer Zuordnung zueinander so dicht wie möglich anzuordnen.
  • Diese Aufgabe ist mit einem Gasheizkessel der eingangs genannten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß das wasserführende Gehäuse aus zwei der Form des als Gasflächenbrenner ausgebildeten Brenners angepaßten, zueinander im wesentlichen formidentischen, mit Vor- und Rücklaufanschlüssen versehenen Kammern gebildet ist, die den zum Gasabzug führenden Heizgaszug begrenzen, dessen Zugang durch eine Öffnung in der brennerseitigen Kammer gebildet ist und den darin angeordneten Gasflächenbrenner glockenartig übergreifen.
  • Selbst wenn der Gasflächenbrenner ebenflächig oder angenähert ebenflächig ausgebildet sein sollte, so ergibt dies, in bezug auf die Brennerachse und in Draufsicht gesehen, zwar einerseits einen radial großflächigen Heizkessel, der aber andererseits extrem flach baut. Auf Kosten dieser extremen Flachbauweise, aber immer noch räumlich sehr kompakt bleibend, wird jedoch die Ausführungsform bevorzugt, bei der ein halbkugelförmiger bzw. angenähert halbkugelförmiger Gasflächenbrenner zur Verwendung kommt, was mit einer Reduzierung der radialen Abmessungen verbunden ist, ohne daß dabei die wirksame Fläche des Gasflächenbrenners reduziert werden muß, d.h., bei bspw. Beibehaltung des Durchmessers eines ebenflächigen Gasbrenners läßt sich bei Halbkugelform ein Mehr an wirksamer Brenner- und Übertragungsfläche unterbringen.
  • Durch die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich ein Heizkessel in raumsparender Lagenbauweise, nämlich aus Gasflächenbrennerlage, Brennkammerlage und zwei Lagen aus den wasserführenden Kammern, die als Zwischenlagen den spaltartigen Heizgaszug einschließen. Mit Rücksicht auf auch in bezug auf die Brennkammerachse geringe radiale Abmessungen wird unter Beibehaltung einer solchen Lagenbauweise, wie vorerwähnt, das Ganze in bevorzugter Ausführungsform glockenartig gewölbt ausgebildet, was zu einem Heizkessel führt, dessen Höhe bzw. Tiefe (bei Wandmontage) in etwa dessen Durchmesser entspricht, und in dem trotz Kompaktbauweise die verfügbare Wärmetauschfläche etwa dem Dreifachen der Brennerfläche entspricht. Etwa ein Drittel der Wärmeübertragungsfläche unterliegt dabei einer Strahlungsübertragung, und der Rest ist Konvektionsfläche im spaltartig ausgebildeten Heizgaszug.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen bestehen in Folgendem:
    In Anpassung an die Geometrie von Brenner und Brennkammer in gewölbter Form und an das sich reduzierende Verbrennungsgasvolumen ist einerseits der Brennkammerraum zwischen der Brennerfläche und der brennerseitigen Kammer des Gehäuses sich zur den Zugang zum Heizgaszug bildenden Öffnung hin erweiternd ausgebildet und andererseits ist der von beiden Kammern des Gehäuses begrenzte, spaltartige Heizgaszug sich zum Gasabzug hin verengend ausgebildet.
    Insbesondere bei vertikaler Orientierung der Brennkammerachse, bei der die aus dem Spalt abströmenden Verbrennungsgase ringsum in Form eines Schlauches austreten, ist vorteilhaft der Gasabzug in Form eines ringförmigen, das Gehäuse umfassenden Abgassammelkanales ausgebildet.
    Bei horizontaler Orientierung der Brennkammerachse (Wandmontage des Heizkessels) kann dies zwar auch vorgesehen werden, da aber hierbei die abströmenden Verbrennungsgase eine nach oben gerichtete Tendenz haben, kann hierbei ein oben angeordneter Abzug vorgesehen werden, oder der ringförmige Abgassammelkanal wird etwas nach oben exzentrisch versetzt angeordnet.
    Insbesondere bei gewölbter Ausbildung, d.h. bspw. Halbkugelform des Gasflächenbrenners sind das aus beiden Kammern gebildete Gehäuse und der Gasflächenbrenner vorteilhaft miteinander aufschwenkbar verbunden, um leicht und ohne den Brenner direkt abmontieren zu müssen, an die Brennkammer und den Brenner im Bedarfsfall herankommen zu können.
    Ferner sind bei vertikaler Anordnung der Brennkammerachse und bei im wesentlichen halbkugelförmiger Ausbildung der beiden Kammern der Vorlaufanschluß der äußeren Kammer und der mindestens eine Vorlaufanschluß der brennkammerseitigen Kammer des Gehäuses jeweils an der höchsten Stelle dieser Kammern angeordnet, und der Vorlaufanschluß der brennkammerseitigen Kammer durchgreift die äußere Kammer.
    Bei für eine Wandmontage vorgesehenen Gasheizkesseln sind diese Vorlaufanschlüsse zweckmäßig nach oben und die Durchlaufanschlüsse nach unten zu verlegen, was noch näher erläutert wird. Im übrigen kann der erfindungsgemäße Gasheizkessel sowohl als Tief- und Niedertemperaturkessel als auch als Brennwertkessel betrieben werden, wofür man lediglich den Vorlauf mit dem Rücklauf vertauschen müßte. Für den Fall einer Gegenstromführung wäre dieser Kessel ein Brennwertkessel, für den Fall einer Gleichstromführung, nach Vertausch von Vorlauf und Rücklauf wäre es ein Niedertemperaturkessel.
  • Mit Rücksicht auf den engen, spaltartig ausgebildeten Heizgaszug muß der erfindungsgemäße Heizkessel mit einem Gasflächenbrenner betrieben werden, der mit einem Gasfördergebläse ausgestattet ist, das eine ausreichend hohe Pressung liefert und entsprechend Strom verbraucht. Eine diesbezüglich besonders vorteilhafte Weiterbildung, und zwar insbesondere anknüpfend an die bevorzugte Glockenform, besteht darin, daß in der den Zugang zum Heizgaszug bildenden Öffnung eine Abgasturbine angeordnet ist, die als Antrieb mit einem gaszuströmseitig vor der Brennerfläche und hinter dem Gaszufuhranschluß angeordneten Gasverdichter verbunden ist. Dies wird im einzelnen noch näher erläutert.
    Abgesehen davon, daß mit einer solchen Abgasturbine, die von den abströmenden Verbrennungsgasen angetrieben wird, kein Strom verbraucht wird, ist hierbei der Freiraum einerseits in und unter der Öffnung der brennerseitigen Kammer und im halbkugelförmigen Gasflächenbrenner ohne weitere sonstige Raumbeanspruchung ausgenutzt, um Turbine und Gasverdichter unterzubringen, d.h., auch diesbezüglich ist die Zielsetzung einer möglichst kompakten Bauweise eingehalten.
    Selbst wenn der Heizgaszug zwischen den Kammern nicht spaltartig ausgebildet sein sollte, d.h., einen mehrfach größeren Durchströmquerschnitt hat, so ist damit die Kompaktbauweise nicht verlassen, d.h., ein solcher Kessel kann dann auch mit geringerer Gaspressung betrieben werden, ganz abgesehen davon, daß dann auch weniger anspruchsvolles Brenngas für den Betrieb des Kessels verwendet werden kann.
  • Der erfindungsgemäße Gasheizkessel und dessen vorteilhafte Ausgestaltungen werden nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • Es zeigt schematisch
    • Fig. 1
    einen Schnitt durch den Gasheizkessel bei vertikaler Anordnung der Brennkammerachse;
    Fig. 2
    einen entsprechenden Schnitt bei horizontaler Anordnung der Brennkammerachse (Wandmontage) und
    Fig. 3
    im Schnitt den Gasheizkessel im aufgeklappten Zustand.
  • Der Heizkessel besteht in bekannter Weise aus einem mit Vor- und Rücklaufanschlüssen 2, 3 versehenen wasserführenden Gehäuse 1, in dem eine Brennkammer 4 mit Brenner 5 und mit einem spaltartigen, zum Gasabzug 6 führenden Heizgaszug 7 angeordnet ist. Für einen solchen Heizkessel ist nun, und zwar unabhängig davon, ob die Brennkammerachse 14 horizontal oder vertikal angeordnet wird, wesentlich, daß das wasserführende Gehäuse 1 aus zwei der Form des als Gasflächenbrenner 5 ausgebildeten Brenners 5 angepaßten, zueinander im wesentlichen formidentischen, mit Vor- und Rücklaufanschlüssen 2, 3 versehenen Kammern 8, 9 gebildet ist, die den zum Gasabzug 6 führenden Heizgaszug 7 begrenzen, dessen Zugang 10 durch eine Öffnung 11 in der brennerseitigen Kammer 8 gebildet ist und die die Brennkammer 4 und den darin angeordneten Gasflächenbrenner 5' glockenartig übergreifen und damit insoweit an die Brennerform angepaßt sind.
  • Dargestellt ist ein solcher Gasheizkessel in den Fig. 1, 2 in der bevorzugten Ausführungsform, d.h. halbkugelförmig in Anpassung an den ebenfalls halbkugelförmig ausgebildeten Gasflächenbrenner 5', der im Inneren und in bekannter Weise mit zwei ebenfalls halbkugelförmigen Gasverteilern 17 (bspw. gelochte Bleche) ausgestattet ist, die wie die Brennerfläche F (bspw. engmaschiges Metallgewebe) vom Brennerträger 19 getragen werden, durch den auch die hier nicht dargestellte Gaszufuhr erfolgt. Auf eine zusätzliche Darstellung des Heizkessels ohne den noch zu beschreibenden Turbolader mit Zubehörteilen ist verzichtet, da ohne weiteres vorstellbar.
  • Als Brenngas kommt insbesondere Erdgas in Frage, da damit eine weitgehend schadstoff- und insbesondere rückstandsfreie Verbrennung erreichbar ist. Die mögliche Ausführungsform mit einem ebenflächigen Gaflächenbrenner und entsprechend angepaßtem Gehäuse ist nicht dargestellt, da ohne weiteres vorstellbar. Im Vergleich zum dargestellten Heizkessel und bei gleichgroßen Brenner- und Wärmeübertragungsflächen, wurde ein solcher Gasheizkessel zwar flacher bauen, aber einen wesentlich größeren Durchmesser haben.
  • Ebenfalls nicht dargestellt ist eine Ausführungsform, bei der der Gasflächenbrenner ein Halbzylinder wäre oder angenähert halbzylindrische Form hätte.
  • Nachfolgend wird jedoch auf die bevorzugte und dargestellte rotationssymmetrische Halbkugelform Bezug genommen, in der im übrigen auch alle vorteilhaften Ausgestaltungen, insbesondere was den Turbolader betrifft, mit dargestellt sind.
  • Um von der Brennerfläche F aus zur zentrischen Öffnung 11 eine möglichst gleichmäßige Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsgase zu erreichen, ist die Brennkammer 4 zwischen der Brennerfläche F und der brennerseitigen Kammer 8 des Gehäuses 1 sich zur den Zugang 10 zum Heizgaszug 7 bildenden Öffnung 11 hin erweiternd ausgebildet, während sich umgekehrt, aber aus dem gleichen Grund, der von beiden Kammern 8, 9 des Gehäuses 1 begrenzte Heizgaszug 7 bzw. der Gasabzugsspalt 7' zum Gasabzug 6 hin verengt, um dem sich durch Abkühlung reduzierenden Gasvolumen zu entsprechen. Wie ersichtlich, ist auch wasserseitig durch eine entsprechende Gestaltung der beiden Kammern 8, 9 für eine weitgehende Minimierung des Widerstandes für das Kesselwasser gesorgt, ohne dabei das durchströmbare Volumen extrem zu vergrößern, was einer kompakten Bauweise entgegenstünde. Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 2, bei dem der Gasabzug 6 oben gegenüber einem Kondensatablauf 6'' angeordnet ist, ist beim Gasheizkessel nach Fig. 1 der Abzug 6 als ringförmig das Gehäuse 1 umgebender Gasabzugskanal 6' ausgebildet. Der Gasheizkessel nach Fig. 2 arbeitet in diesem Fall als Brennwertkessel, wobei in der unteren Hälfte die Verbrennungsgase dem rückgeführten Kesselwasser entgegenströmen.
  • Bei vertikaler Anordnung der Brennkammerachse 14 und bei halbkugelförmiger Ausbildung der beiden Kammern 8, 9 sind der Vorlaufanschluß 2 der äußeren Kammer 9 und die beiden Vorlaufanschlüsse 2 der brennkammerseitigen Kammer 8 des Gehäuses 1 jeweils an der höchsten Stelle dieser Kammern 8, 9 angeordnet, wobei, wie dargestellt, die Vorlaufanschlüsse 2 der brennkammerseitigen Kammer 8 die äußere Kammer 9 gasdicht durchgreifen (siehe Fig. 1). Um in beiden Fällen die Brennkammer 4 und den Brenner 5 im Bedarfsfall leicht zugänglich zu machen, sind, wie schematisch in Fig. 3 verdeutlicht, das Gehäuse 1 und der Gasflächenbrenner 5' aufschwenkbar miteinander verbunden, wobei mit Rücksicht auf die Vor- und Rücklaufanschlüsse 2, 3 und den Gasabzug 6 das Gehäuse 1 fest vor Ort installiert wird und der Brenner mit seinem Brennerträger 19 ab- bzw. aufschwenkbar zugeordnet ist. Um dabei die nicht dargestellte Gaszufuhrleitung nicht abkoppeln zu müssen, ist diese elastisch ausgebildet.
    Sofern der Heizgaszug 7, wie dargestellt, als enger Spalt ausgebildet ist, muß für eine höhere Pressung bei der Gaszufuhr gesorgt werden. Vorteilhaft geschieht dies mit einer Art "Turbolader", der nur während der Anfahrphase eines Startantriebes bedarf, während des Betriebes aber keine Energiezufuhr von außen braucht. Bezüglich dieses "Turboladers" ist in der den Zugang 10 zum Heizgaszug 7 bildenden Öffnung 11 eine Abgaturbine 12 angeordnet, die als Antrieb mit einem gaszuströmseitig vor der Brennerfläche F und hinter dem Gaszufuhranschluß angeordneten Gasverdichter 13 verbunden ist.
    Die Zündung des zündfähigen Gemisches erfolgt bei den Ausführungsbeispielen mit einer Zündeinrichtung 26 hinter der Abgasturbine, da nur beim Start der Gasverdichter 13 für das Gasgemisch elektrisch angetrieben wird und die Drehzahl der Turbine noch nicht sehr hoch ist. Das gezündete Gemisch zündet dann durch die Turbine hindurch den Brenner. Dabei wird das brennende Gemisch gleichmäßig in dem engen Raum über der Turbine verteilt, und es wird verhindert, daß unverbranntes Gas in den Abgasspalt F' beim Anfahren des Heizkessels eindringt.
    Für den Anfahrvorgang ist der Gasverdichter 13 mit einem Startantrieb 15 versehen, der also nur während der Anfahrphase des Heizkessels Strom aufnimmt. Diesbezüglich ist die Verbindungswelle 16 der Abgasturbine 12 und des Gasverdichters 13 einerseits an der Wand 9' der äußeren Kammer 9 des Gehäuses 1 und an mindestens einem zuströmseitig vor der Brennerfläche F angeordneten Gasverteiler 17 gelagert. In der Nabe 18 des Gasverdichters 13 ist ein stationär am Brennerträger 19 sitzender, mit Stromanschlüssen versehener Anker 21 angeordnet, der den Startantrieb 15 bildet, d.h., die Nabe 18 des Gasverdichters 13 bildet den Läufer.
  • Um eine möglichst gleichmäßige Gasverteilung zur Brennerfläche F zu erreichen, ist über dem Gasverdichter 13 eine an die Wölbungsform der Brennerfläche F angepaßte Gasführungshaube 22 angeordnet, die stationär, wie bspw. dargestellt, mit dem inneren Gasverteiler 17 verbunden ist. Da das zu fördernde Gas gegen einen nicht unbeachtlichen Staudruck zu fördern ist und um eine Rückströmung des aus dem Gasverdichter 13 austretenden Brenngases zu unterbinden, ist der Gasverdichter 13 mit rotationssymmetrischen Labyrinthen 23 sowohl gegen die Gasführungshaube 22 als auch den Brennerträger 19 abgedichtet.
  • Um ferner für eine strömungsgünstige Zu- und Ausströmung der Verbrennungsgase zur und aus der Abgasturbine 12 zu sorgen, ist die Nabe 24 der Abgasturbine 12 in bezug auf die Verbindungswelle 16 mit einer im Querschnitt konkaven Umfangsfläche 25 versehen.
  • Da sich die drei Ausführungsformen im wesentlichen entsprechen, sind in den Fig. 2, 3 nur die wichtigsten Bezugszeichen angegeben.

Claims (14)

  1. Gasheizkessel, bestehend aus einem mit Vor- und Rücklaufanschlüssen (2, 3) versehenen wasserführenden Gehäuse (1), in dem eine Brennkammer (4) mit Brenner (5) und mit einem spaltartigen, zum Gasabzug (6) führenden Heizgaszug (7) angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das wasserführende Gehäuse (1) aus zwei der Form des als Gasflächenbrenner (5') ausgebildeten Brenners (5) angepaßten, zueinander im wesentlichen formidentischen, mit Vor- und Rücklaufanschlüssen (2, 3) versehenen Kammern (8, 9) gebildet ist, die den zum Gasabzug (6) führenden Heizgaszug (7) begrenzen, dessen Zugang (10) durch eine Öffnung (11) in der brennerseitigen Kammer (8) gebildet ist und die die Brennkammer (4) und den darin angeordneten Gasflächenbrenner (5') glockenartig übergreifen.
  2. Gasheizkessel nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Gasflächenbrenner (5') halbkugelförmig oder angenähert halbkugelförmig ausgebildet ist, dem die beiden Kammern (8, 9) in ihrer Form entsprechend angepaßt sind.
  3. Gasheizkessel nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Brennkammerraum (4') zwischen der Brennerfläche (F) und der brennerseitigen Kammer (8) des Gehäuses (1) sich zur den Zugang (10) zum Heizgaszug (7) bildenden Öffnung (11) hin erweiternd ausgebildet ist.
  4. Gasheizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der von beiden Kammern (8, 9) des Gehäuses (1) begrenzte Heizgaszug (7) sich zum Gasabzug (6) hin verengend ausgebildet ist.
  5. Gasheizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Gasabzug (6) in Form eines ringförmigen, das Gehäuse (1) umfassenden Abgassammelkanales (6') ausgebildet ist.
  6. Gasheizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das aus beiden Kammern (8, 9) gebildete Gehäuse (1) und der Gasflächenbrenner (5') miteinander aufschwenkbar verbunden sind.
  7. Gasheizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß bei vertikaler Anordnung der Brennkammerachse (14) und bei im wesentlichen halbkugelförmiger Ausbildung der beiden Kammern (8, 9) der Vorlaufanschluß (2) der äußeren Kammer (9) und der mindestens eine Vorlaufanschluß (2) der brennkammerseitigen Kammer (8) des Gehäuses (1) jeweils an der höchsten Stelle dieser Kammern (8, 9) angeordnet sind und der Vorlaufanschluß (2) der brennkammerseitigen Kammer (8) die äußere Kammer (9) durchgreift.
  8. Gasheizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß in der den Zugang (10) zum Heizgaszug (7) bildenden Öffnung (11) eine Abgasturbine (12) angeordnet ist, die als Antrieb mit einem gaszuströmseitig vor der Brennerfläche (F) und hinter dem Gaszufuhranschluß (7) angeordneten Gasverdichter (13) verbunden ist.
  9. Gasheizkessel nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Gasverdichter (13) mit einem elektrischen Startantrieb (15) versehen ist.
  10. Gasheizkessel nach Anspruch 8 oder 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Verbindungswelle (16) der Abgasturbine (12) und des Gasverdichters (13) einerseits an der Wand (9') der äußeren Kammer (9) des Gehäuses (1) und an mindestens einem zuströmseitig vor der Brennerfläche (F) angeordneten Gasverteiler (17) gelagert und in der Nabe (18) des Gasverdichters (13) ein stationär am Brennerträger (19) sitzender, mit Stromanschlüssen (20) versehener Anker (21) als Startantrieb (15) angeordnet ist.
  11. Gasheizkessel nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß über dem Gasverdichter (13) eine an die Wölbungsform der Brennerfläche (F) angepaßte Gasführungshaube (22) angeordnet und diese stationär mit dem Gasverteiler (17) verbunden ist.
  12. Gasheizkessel nach Anspruch 10 oder 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Gasverdichter (13) mit rotationssymmetrischen Labyrinthen (23) sowohl gegen die Gasführungshaube (22) als auch den Brennerträger (19) abgedichtet ist.
  13. Gasheizkessel nach einem der Ansprüche 8 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Nabe (24) der Abgasturbine (12) in bezug auf die Verbindungswelle (16) mit einer im Querschnitt konkaven Umfangsfläche (25) versehen ist.
  14. Gasheizkessel nach einem der Ansprüche 8 bis 14,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß eine Zündeinrichtung (26) für den Gasflächenbrenner (5') zwischen der Abgasturbine (12) und dem Zugang (10) zum Gasabzugsspalt (7') angeordnet ist.
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