EP0878674B1 - Kessel zur Aufbereitung von Warmwasser - Google Patents

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EP0878674B1
EP0878674B1 EP98102442A EP98102442A EP0878674B1 EP 0878674 B1 EP0878674 B1 EP 0878674B1 EP 98102442 A EP98102442 A EP 98102442A EP 98102442 A EP98102442 A EP 98102442A EP 0878674 B1 EP0878674 B1 EP 0878674B1
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water
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Helmut Stelzer
Peter Schrom
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Wolf GmbH
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Wolf GmbH
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    • F24H9/0005—Details for water heaters
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    • F24H1/24—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers
    • 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
    • F24H1/285—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 with the fire tubes arranged alongside the combustion chamber

Definitions

  • the invention relates to a boiler for processing Containing hot water with a water-bearing housing a supply and return connection piece and one in the housing arranged, essentially horizontal combustion chamber according to Preamble of claim 1.
  • a boiler is e.g. from Scripture DE-U-29 602 075 known.
  • Known boilers generally have so-called secondary heating surfaces above the horizontally arranged combustion chamber, through which the heating gases flow on the way to the flue gas outlet.
  • Return inflow plates or chambers are formed under the mouth of a return connection piece, which should prevent a short-circuit flow from the return to the flow connection piece in the upper region of the boiler or the water jacket.
  • These return inflow plates therefore direct the cold return water flow into the lower area of the water jacket or the boiler.
  • the flowing water is heated, whereby thermal stratification occurs in the boiler.
  • the water temperature corresponds approximately to the return temperature, in contrast, in the upper area the flow temperature.
  • the water temperature is below the flow temperature.
  • a boiler consisting of a water-carrying housing provided with a supply and return connection piece and a horizontal combustion chamber enclosed therein as well as secondary heating surfaces.
  • a special water flow inside the boiler it should be possible to avoid dropping below the dew point in the area of the secondary heating surfaces.
  • the known return inflow chamber must be run over a large section of the horizontal length of the boiler, with the result of a more uneven temperature distribution over the entire boiler volume.
  • the area below of the flow connector a chamber made of a baffle is formed, arranged with one or more bypass openings.
  • the baffle or the chamber extends on the secondary heating surfaces over to the lower boiler area.
  • the amounts of water can be warm and cold partial flow from the upper or lower boiler section about the shape of the baffle or the size and design of the Set the chamber and the specification of the bypass cross sections.
  • the loss of the return guide plate results in the area a zone below the return connector in which the incoming cold return water with the rising warm Water is mixed, so that the entire inside of the boiler, the in the water jacket means an even temperature distribution is present.
  • Flow guide plate or the chamber formed from it essentially semi-cylindrical or semi-circular design, being in the area of the open cylinder or semicircular section this narrows down to reduce the cold water supply into the secondary heating surfaces surrounded or enclosed by the baffle having. This, as set forth, becomes excessive large supply of cold water in the condensate-prone Baffle or chamber interior effectively prevented.
  • the cross-sectional area is the bypass openings based on the target temperature of the flow water can be changed, creating the desired further homogenization of the temperature distribution of the Water jacket can be supported.
  • bypass openings are both on the front between the flow guide plate or chamber for the inflow of heated Water to the flow connector as well as in the upper one Area of the chamber to selectively mix different water Temperatures in the area of the flow connector to ensure.
  • the boiler shown in the figures for the preparation of Hot water has a water-carrying housing 1, which has a flow connection piece 2, and a return connection piece 3 having.
  • baffle 6 In a section below the confluence of the flow connector 2 is a special baffle 6 to form a appropriate chamber provided. This chamber becomes the front limited by a baffle 6 '.
  • the guide plate 6 or the chamber has a semi-elliptical, semi-circular or semi-cylindrical Form and encloses the Nachschaltsammlung vom 5 or the condensation Area 13.
  • the lower area is of the guide plate 6 to the central longitudinal axis of the housing 1 and Combustion chamber 4 tapers or narrows to a cold water flow from the lower boiler area to those at risk of condensation Reduce area 13.
  • the return connector 3 is above a section of the secondary heating surfaces through which very hot flue gases flow 5 is located, or as indicated in FIG. 1, is arranged in the lower region of the housing 1, can on a separate return baffle with the advantage of a smaller one Construction effort and a more uniform temperature distribution in the Boiler interior can be dispensed with.
  • the chamber owns Bypass openings 12 through which hot water flows 8 can be made with boiler water from the colder area 9 mix.
  • the flow water 10 then has one Temperature which is the mixed temperature of warm boiler water 8 with water from the colder area 9.
  • the guide plate 6 extends as shown in FIG. 1, only over a section of the secondary heating surfaces 5, namely over such a section that leads to flue gas extraction 11 is directed towards and the result of the already cooled Flue gases have the lowest temperature and are therefore special is at risk of condensation.
  • the target temperature of the flow water is not one shown external control and the amount of heating water from the heating system, comprising pump, mixer, etc. determined.
  • the Water quantities of the warm and the cold partial flow result then about the shape of the baffle or this formed chamber and the size of the bypass openings or the Bypnaturequeritese.
  • the Cross-sectional area of the bypass openings through a not shown adjustable aperture or the like depending changed from the target temperature of the flow water from the outside be, so that there are optimal flow conditions within of the boiler depending on the respective load let set.

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Description

Die Erfindung betrifft einen Kessel zur Aufbereitung von Warmwasser mit einem wasserführenden Gehäuse, enthaltend einen Vor- und Rücklaufanschlußstutzen sowie einer im Gehäuse angeordneten, im wesentlichen horizontalen Brennkammer gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1. Ein solcher Kessel ist z.B. aus der Schrift DE-U-29 602 075 bekannt.
Bekannte Heizkessel besitzen in der Regel über der horizontal angeordneten Brennkammer, sogenannte Nachschaltheizflächen, welche von den Heizgasen auf dem Weg zum Rauchgasabzug durchströmt werden.
Unter der Einmündung eines Rücklaufanschlußstutzens werden Rücklaufeinströmbleche oder -kammern ausgebildet, welche im oberen Bereich des Kessels bzw. des Wassermantels eine Kurzschlußströmung vom Rücklauf- zum Vorlaufanschlußstutzen verhindern sollen. Diese Rücklaufeinströmbleche lenken demnach die kalte Rücklaufwasserströmung in den unteren Bereich des Wassermantels bzw. des Kessels. Auf dem weiteren Weg wird das strömende Wasser erwärmt, wobei sich eine thermische Schichtung im Kessel einstellt. Im unteren Bereich des Kessels entspricht die Wassertemperatur in etwa der Rücklauftemperatur hingegen im oberen Bereich der Vorlauftemperatur. Im Bereich der Nachschaltheizflächen liegt die Wassertemperatur unter der Vorlauftemperatur.
Da das an den Nachschaltheizflächen wasserseitig anliegende Heizwasser kälter als die Taupunkttemperatur der Rauchgase bzw. der Abgase ist, kommt es somit bei der weit verbreiteten Niedertemperaturtechnik während des Betriebes zu Taupunktunterschreitungen auf der Heizgasseite. Infolge dieser Taupunktunterschreitungen bildet sich chemisch aggressives, saures Kondensat, welches die Wände von Brennkammer und Nachschaltheizflächen angreift.
Um diesem Problem zu begegnen werden doppelwandig ausgeführte Nachschaltheizflächen in Form von beispielsweise zwei miteinander verpreßten Rohren eingesetzt. Dies ist jedoch materialund kostenaufwendig.
Aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 296 02 075 U1 ist ein Heizkessel, bestehend aus einem mit Vor- und Rücklaufanschlußstutzen versehenen wasserführenden Gehäuse und darin eingeschlossener horizontaler Brennkammer sowie Nachschaltheizflächen bekannt. Mit einer speziellen Wasserführung im Kesselinneren sollen Taupunktunterschreitungen im Bereich der Nachschaltheizflächen vermeidbar sein. Konkret wird gemäß der dortigen Lösung vorgeschlagen, die an sich bekannte Rücklaufeinströmkammer für einen Teilstrom in Richtung der Ausmündung des Vorlaufanschlußstutzens zu öffnen. Hierdurch soll ständig kaltes Rücklaufwasser dem warmen Vorlaufwasser beigemischt werden. Darüberhinaus ist zur Lenkung des Hauptstromes des Rücklaufwassers in Richtung Kesselvorderwand und Nachschaltheizflächen die Ausbildung von seitlichen Aussparungen am unteren Begrenzungsblech der Rücklaufeinströmkammer erforderlich.
Um die geforderten Wirkungen zu erreichen, muß die bekannte Rücklaufeinströmkammer über einen großen Abschnitt der horizontalen Länge des Kessels geführt werden, mit der Folge einer ungleichmäßigeren Temperaturverteilung über das gesamte Kesselvolumen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen weiterentwickelten Kessel zur Aufbereitung von Warmwasser anzugeben, wobei einerseits sichergestellt ist, daß im Bereich der Nachschaltheizflächen sich Heizwasser mit einer Temperatur befindet, die Taupunkterscheinungen ausschließt und andererseits die gewünschte gleichmäßige Temperaturverteilung innerhalb des Kesselvolumens erhalten bleibt bzw. positiv beeinflußt wird.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Gegenstand gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßig Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen.
Gemäß dem Grundgedanken der Erfindung wird im Bereich unterhalb des Vorlaufanschlußstutzens eine Kammer, die aus einem Leitblech gebildet ist, mit einer oder mehreren Bypaßöffnungen angeordnet. Das Leitblech bzw. die Kammer erstreckt sich dabei an den Nachschaltheizflächen vorbei in den unteren Kesselbereich. Durch die konstruktive Anordnung des Leitbleches bzw. Ausbildung der Kammer wird Heizwasser aus dem unteren kälteren Bereich direkt zum Vorlaufabschnitt geleitet und dort mittels der Bypaßöffnungen mit wärmerem Wasser aus dem Bereich der Nachschaltheizflächen bzw. dem oberen Kesselabschnitt zum Vorlaufwasser hin vermischt.
Erfindungsgemäß lassen sich die Wassermengen des warmen und des kalten Teilstromes aus dem oberen bzw. unteren Kesselabschnitt über die Form des Leitbleches bzw. die Größe und Gestaltung der Kammer sowie die Vorgabe der Bypaßquerschnitte einstellen. Aufgrund der gegebenen Zusammenhänge kann die Temperatur des warmen Teilstromes erhöht werden, indem die entsprechende Teilstrommenge im Verhältnis zur Menge des kälteren Teilstromes reduziert wird.
Um im Hochtemperaturbetrieb des Kessels Dampfblasenbildung im Bereich der Nachschaltheizflächen zu vermeiden, wird eine Mindestmenge des warmen Teilstromes durch entsprechend dimensionierte Bypaßöffnungen geführt. Zusätzlich kann eine an sich bekannte Kesselentlüftung vorgesehen sein.
Erfindungsgemäß kann bei der vorstehend beschriebenen Anordnung von Leitblech bzw. Ausbildung der Kammer unterhalb des Vorlaufanschlußstutzens auf die bisher notwendige konstruktive Ausbildung eines Leitbleches unter dem Rücklaufanschlußstutzen zur Vermeidung eines thermischen Kurzschlusses verzichtet werden. Es wird nämlich erfindungsgemäß eine unerwünschte Kurzschlußströmung des Heizwassers vom Rücklauf- zum Vorlaufstutzen bereits durch das Leitblech bzw. die Kammer unter dem Vorlaufanschlußstutzen verhindert.
Durch den Fortfall des Rücklaufleitbleches ergibt sich im Bereich unterhalb des Rücklaufanschlußstutzens eine Zone, in der das einströmende kalte Rücklaufwasser mit dem aufsteigenden warmen Wasser vermischt wird, so daß im gesamten Kesselinneren, das heißt im Wassermantel, eine gleichmäßige Temperaturverteilung vorliegt.
In einer Ausführungsform der Erfindung besteht die Möglichkeit den Rücklaufanschlußstutzen unterhalb der Nachschaltheizflächen, das heißt im unteren Abschnitt des Kessels bzw. des Gehäuses des Kessels anzuordnen.
Durch das erfindungsgemäße, vom Bereich des Vorlaufanschlußstutzens im Inneren des Kesselgehäuses hin zum Gehäuseboden gerichtet angeordnete, die Nachschaltheizflächen umgebende Vorlaufleitblech bzw. die erfindungsgemäße Vorlaufkammer wird ein Unterschreiten der Taupunkttemperatur im Bereich der Nachschaltheizflächen im Kesselbetrieb wirksam verhindert. Das Vorlaufleitblech bzw. die Vorlaufkammer weist zum Erreichen der gewünschten thermischen Strömungen im oberen, zum Vorlaufanschlußstutzen gerichteten Abschnitt die erwähnte, mindestens eine Bypaßöffnung auf, wodurch gleichzeitig eine unerwünschte Dampfblasenbildung bei maximaler Heizleistung vermieden werden kann.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung besitzt das Vorlaufleitblech bzw. die hieraus gebildete Kammer eine im wesentlichen halbzylindrische oder halbkreisförmige Ausbildung, wobei im Bereich des offenen Zylinder- oder Halbkreisabschnittes dieser eine Verengung zur Drosselung der Kaltwasserzufuhr hinein in die vom Leitblech umgebenen oder umschlossenen Nachschaltheizflächen aufweist. Hierdurch wird wie dargelegt, eine übermäßig große Zuführung von Kaltwasser in den kondensatgefährdeten Leitblech- oder Kammerinnenraum wirksam verhindert.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Querschnittsflache der Bypaßöffnungen ausgehend von der Solltemperatur des Vorlaufwassers veränderbar, wodurch die gewünschte weitere Homogenisierung der Temperaturverteilung des Wassermantels unterstützt werden kann.
Erfindungsgemäß befinden sich Bypaßöffnungen sowohl stirnseitig zwischen Vorlaufleitblech bzw. Kammer für den Zustrom von erwärmtem Wasser hin zum Vorlaufanschlußstutzen als auch im oberen Bereich der Kammer, um ein gezieltes Vermischen von Wasser unterschiedlicher Temperaturen im Bereich des Vorlaufanschlußstutzens zu gewährleisten.
Es hat sich gezeigt, daß die Anordnung des Vorlaufleitbleches bzw. die Ausbildung der Kammer nur über einen Teilabschnitt der Nachschaltheizflächen, nämlich den zum Rauchgasabzug hin gerichteten Bereich, d. h. zu dem Teil mit der geringsten Rauchgastemperatur notwendig ist.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles sowie unter zu Hilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
Hierbei zeigen:
Fig. 1
eine prinzipielle Darstellung des Kessels zur Aufbereitung von Warmwasser in seitlicher Schnittdarstellung und
Fig. 2
eine Querschnittsdarstellung des Kessels längs der Linie A-A aus Fig. 1.
Der in den Figuren dargestellte Kessel zur Aufbereitung von Warmwasser besitzt ein wasserführendes Gehäuse 1, das einen Vorlaufanschlußstutzen 2, sowie einen Rücklaufanschlußstutzen 3 aufweist.
Über einer im wesentlichen horizontal angeordneten Brennkammer 4 befinden sich mehrere Nachschaltheizflächen 5, die im wesentlichen parallel verlaufen. Diese Nachschaltheizflächen 5 werden vom Rauchgas durchströmt und geben durch das Rauchgas zugeführte Wärmeenergie an das umgebende Mediumwasser ab.
In einem Abschnitt unterhalb der Einmündung des Vorlaufanschlußstutzens 2 ist ein spezielles Leitblech 6 zur Bildung einer entsprechenden Kammer vorgesehen. Diese Kammer wird stirnseitig durch ein Leitblech 6' begrenzt.
Das Leitblech 6 bzw. die Kammer hat wie in Fig. 2 ersichtlich, eine halbelliptische, halbkreisförmige oder halbzylindrische Form und umschließt die Nachschaltheizflächen 5 bzw. den kondensationsgefährdeten Bereich 13.
Wie ebenfalls aus der Fig. 2 ersichtlich ist der untere Bereich des Leitbleches 6 zur Mittellängsachse des Gehäuses 1 bzw. zur Brennkammer 4 hin verjüngt oder verengt, um eine Kaltwasserströmung aus dem unteren Kesselbereich in den kondensationsgefährdeten Bereich 13 hin zu reduzieren.
Bei der Darstellung gemäß Fig. 1 ist weiterhin im Bereich des Rücklaufanschlußstutzens 3 ein Rücklaufleitblech 7 gezeigt. Dieses verhindert beim bekannten Stand der Technik einen thermischen Kurzschluß zwischen Rücklaufanschluß 3 und Vorlaufanschluß 2.
Wenn jedoch der Rücklaufanschlußstutzen 3 sich oberhalb eines von sehr heißen Rauchgasen durchströmten Abschnittes der Nachschaltheizflächen 5 befindet, oder wie in der Fig. 1 angedeutet, im unteren Bereich des Gehäuses 1 angeordnet ist, kann auf ein separates Rücklaufleitblech mit dem Vorteil eines geringeren Bauaufwandes sowie einer gleichmäßigeren Temperaturverteilung im Kesselinneren verzichtet werden.
Die Kammer besitzt Bypaßöffnungen 12 durch welche Warmwasserströme 8 geführt werden können, die sich mit Kesselwasser aus dem kälteren Bereich 9 vermischen. Das Vorlaufwasser 10 hat dann eine Temperatur die sie als Mischtemperatur aus warmen Kesselwasser 8 mit Wasser aus dem kälteren Bereich 9 einstellt.
Das Leitblech 6 erstreckt sich wie in der Fig. 1 dargestellt, nur über einen Teilabschnitt der Nachschaltheizflächen 5, nämlich über einen solchen Abschnitt, der zum Rauchgasabzug 11 hin gerichtet ist und der in Folge der bereits abgekühlten Rauchgase die geringste Temperatur besitzt und daher besonders kondensationsgefährdet ist.
Durch das Leitblech 6 bzw. die Kammer wird Kaltwasser aus dem unteren Bereich des Kessels, vorbei an den Nachschaltheizflächen 5 hin nach oben, d. h. zum Vorlaufanschlußstutzen geführt und dort mit entsprechenden Warmwasser mit Hilfe der Bypaßöffnungen 12, vermischt. Da sich die Vorlauftemperatur als Mischtemperatur aus den Teilströmungen kalt und warm ergibt, besitzt der wärmere Teilstrom eine höhere Temperatur als das Vorlaufwasser, so daß sich eine vorteilhafte thermische Strömung einstellt, ohne daß die Temperaturverteilung im gesamten Kessel in nachteiliger Weise über das gewünschte Maß hinaus beeinflußt ist.
Die Solltemperatur des Vorlaufwassers wird von einer nicht gezeigten externen Regelung und die Heizwassermenge vom Heizanlagesystem, umfassend Pumpe, Mischer usw. bestimmt. Die Wassermengen des warmen und des kalten Teilstromes ergeben sich dann über die Form des Leitbleches bzw. der hierdurch gebildeten Kammer und die Größe der Bypaßöffnungen bzw. der Bypaßquerschnitte. Durch diese leicht nachvollziehbaren Zusammenhänge besteht die Möglichkeit die Temperatur des warmen Teilstromes zu erhöhen, indem die entsprechende Teilstrommenge im Verhältnis zur Teilstrommenge des kälteren Stromes verringert wird.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Querschnittsfläche der Bypaßöffnungen durch eine nicht gezeigte verstellbare Blende oder dergleichen in Abhängigkeit von der Solltemperatur des Vorlaufwassers von außen verändert werden, so daß sich optimale Strömungsverhältnisse innerhalb des Kessels in Abhängigkeit von der jeweiligen Last einstellen lassen.
Bezugszeichenliste
1
Gehäuse
2
Vorlaufanschlußstutzen
3
Rücklaufanschlußstutzen
4
Brennkammer
5
Nachschaltheizflächen
6
Vorlaufleitblech
6'
Vorlaufleitblech zur stirnseitigen Begrenzung der Vorlaufkammer
7
Rücklaufleitblech
8
Warmwasserstrom
9
Kaltwasserstrom
10
Vorlaufwasser
11
Rauchgasabzug
12
Bypaßöffnungen
13
kondensationsgefährderter Bereich

Claims (7)

  1. Kessel zur Aufbereitung von Warmwasser mit einem wasserführenden Gehäuse (1), enthaltend einen Vor- und Rücklaufanschlußstutzen (2, 3) sowie eine im Gehäuse (1) angeordnete im wesentlichen horizontale Brennkammer (4), welche mit Nachschaltheizflächen (5) in Verbindung steht die von Heizgasen hin zu einem Rauchgasabzug (11) durchströmt werden,
    wobei mindestens der Vorlaufanschlußstutzen (2) an der Oberseite des Gehäuses (1) befindlich ist,
    wobei sich vom Bereich des Vorlaufanschlußstutzens (2) im Inneren des Gehäuses hin zum Gehäuseboden gerichtet, die Nachschaltheizflächen (5) umgebend, eine Vorlaufkammer erstreckt,
    wobei die Vorlaufkammer von einem ersten Vorlaufleitblech (6) gebildet wird, das eine halbzylindrische oder halbelliptische Form hat, und
    wobei die Vorlaufkammer im oberen, zum Vorlaufanschlußstutzen (2) gerichteten Abschnitt mindestens eine Bypaßöffnung (12) aufweist, so daß ein Unterschreiten der Taupunkttemperatur im Bereich der Nachschaltheizflächen (5) durch Beeinflussung der Kaltwasserzuströmung im Kesselbetrieb verhinderbar ist,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Vorlaufkammer stirnseitig von einem zweiten Vorlaufleitblech (6') begrenzt ist.
  2. Kessel nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    im offenen Bereich der halbzylindrischen oder halbelliptischen Vorlaufkammer diese eine Verengung zur Drosselung der Kaltwasserzufuhr in den kondensatgefährdeten Kammerinnenraum (13) aufweist.
  3. Kessel nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    unterhalb eines an der Oberseite des Kessels vorgesehenen Rücklaufanschlußstutzens (3) ein Rücklaufleitblech (7) zur Verhinderung einer thermischen Kurzschlußströmung hin zum Vorlaufanschlußstutzen (2) angeordnet ist.
  4. Kessel nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Rücklaufanschlußstutzen (3) an der Kesselunterseite angeordnet ist.
  5. Kessel nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Querschnittsfläche der mindestens einen Bypaßöffnung (12) veränderbar ist.
  6. Kessel nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    sich die zumindest eine Bypaßöffnung (12) stirnseitig an der Vorlaufkammer für den Zustrom von erwärmtem Wasser hin zum Vorlaufanschlußstutzen (2) befindet.
  7. Kessel nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    sich die Vorlaufkammer über einen zum Rauchgasabzug (11) hin gerichteten Teilabschnitt der Nachschaltheizflächen (5) erstreckt.
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DE29602075U1 (de) 1996-02-07 1996-05-23 Buderus Heiztechnik Gmbh, 35576 Wetzlar Heizkessel

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