EP0942240A1 - Heizkessel für flüssige, gasförmige und/oder staubförmige Brennstoffe - Google Patents
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- EP0942240A1 EP0942240A1 EP98104574A EP98104574A EP0942240A1 EP 0942240 A1 EP0942240 A1 EP 0942240A1 EP 98104574 A EP98104574 A EP 98104574A EP 98104574 A EP98104574 A EP 98104574A EP 0942240 A1 EP0942240 A1 EP 0942240A1
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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
- F24H1/10—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium
- F24H1/107—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium using fluid fuel
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- 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
- F24H1/263—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 with a dry-wall combustion chamber
Definitions
- the invention relates to a boiler for liquid, gaseous and / or dusty fuels, which partially with a container filled as a heat transfer fluid and has a combustion chamber tube projecting downwards in the container, from its open lower end those produced by a burner hot combustion gases escape.
- This has in the container contained liquid not only the function of a heat transfer medium for picking up and transporting the in the hot Combustion gases contain thermal energy, but also the Function of a cleaning agent to free the combustion gases of unwanted pollutants.
- the Combustion gases brought into direct contact with the liquid.
- WO 90/12259 A1 describes a boiler of the above type known in which the combustion gases are in direct contact brought with the heat transfer fluid that the Wall of a combustion chamber forming combustion chamber tube in the Tank of the boiler immersed liquid bath is and those emerging at the lower end of the combustion chamber tube Combustion gases in the form of finely divided gas bubbles in the the liquid surrounding the combustion chamber wall rise.
- This well-known heating boiler is also designed such that by thermal shielding of the combustion chamber by means of the heat transfer fluid the use of plastic as a material for the boiler tank.
- the heat exchangers in the tank which are also made of plastic. The usage of plastic eliminates the risk of corrosion and allows an inexpensive manufacture of the boiler, which also has a low weight.
- the combustion chamber tube is an immersion tube, the one Surrounds the combustion chamber and its lower open end for dispensing the Combustion gases are immersed in the liquid bath.
- the Combustion chamber projects a burner from above, which in turn immerses a combustion chamber insert closed at the bottom.
- One in Liquid bath provided and on the outer wall of the dip tube adjacent perforated plate is designed in a special way, to the heat and mass transfer of the combustion gases to promote the heat transfer fluid.
- the dip tube is in shape a jacket-shaped heat exchanger.
- the object of the invention is to provide a boiler at the beginning described type in such a way that it is as free as possible of material-damaging tensions and yet inexpensive is to be produced.
- the boiler should preferably be light and easy to assemble or disassemble without great effort to maintain and clean, environmentally friendly be operated and a further improved efficiency have increased lifespan.
- This task is done by one for liquid, gaseous and / or dusty fuels imagined boiler with a partially filled with a liquid serving as a heat transfer medium Container and with one protruding downwards in the container Combustion chamber tube, from the open lower end of which one Burner generated hot combustion gases escape, thereby solved, that an open at the top, closed on the bottom Combustion chamber outer part, into which the combustion chamber tube is spaced all around protrudes and that in the downward direction from the combustion chamber tube escaping hot combustion gases and absorbs them in the upward direction from the combustion chamber, in the in the container existing liquid bath is floating and while doing so is guided in the vertical direction so that the Combustion chamber outer part for transferring those generated by the combustion Heat into the liquid bath in the container Exception of an area adjacent to its upper open edge or at most almost up to its upper open edge of surrounded by liquid.
- combustion chamber outer part can be freely movable in the vertical direction, although an upper and / or lower stop may be provided can to unwanted immersion and / or floating positions to avoid. This also prevents the above open edge of the combustion chamber outer part liquid into the interior this part is running.
- the guides for the combustion chamber outer part can be indirect or support directly on the container. Are preferred these guides designed so that the combustion chamber outer part none Make a remarkable sideways movement or an inclined position can take. Preferably, a rotation about your own Axis must be avoided.
- the guides carried by the container can work with supports that are on the outer wall of the Combustion chamber outer part are attached and, for example, elongated holes can have.
- the outer combustion chamber part in be an annular heat exchanger, which is in the liquid bath surrounds the combustion chamber outer part floating in it.
- the combustion chamber outer part can be essentially a pot-like one Shape with a floor that extends downwards.
- the bottom of the combustion chamber outer part is preferably such trained to be called those ejected toward him Combustion gases if possible in the upward direction be strongly calmed.
- the inside of the floor protection of the combustion chamber outer part against overheating or erosion protection be provided.
- Combustion chamber outer part a greatly enlarged peripheral wall. This is to ensure that the in the combustion chamber outer part combustion gases redirected in the upward direction emit as much heat as possible and to a high degree are cooled down when they reach the upper edge of the combustion chamber outer part to reach.
- the calming of the Combustion gases in the bottom area of the combustion chamber outer part for heat distribution as uniform as possible around the circumference of the Provide the outer part of the combustion chamber.
- the Heat transfer fluid in the boiler tank circulated such that the liquid in the combustion chamber outer part Flow around the downward direction.
- the heat transfer from Improved combustion chamber outer part in the heat transfer fluid and at the same time the liquid bath in the container is better be layered.
- this is Combustion chamber outer part all around at a distance from one in the liquid bath arranged component, open at the top and bottom, the substantially cylindrical in its upper region and is essentially funnel-shaped in its lower region.
- this component is called “funnel-like” below Component ".
- the funnel-like component can thus at least in its lower area the shape of a truncated cone assume that if necessary, a tubular Connect the section in the form of one or more guide tubes can.
- the funnel-like component serves to increase the flow the "floating combustion chamber” and therefore sees one forced cooling of the floating in the liquid bath Combustion chamber outer part. For automatic opening and closing a possible closure can be bi- or remembering metals use.
- the lower open end of the funnel-like ends Component above the bottom of the container and protrudes at a distance into a preferably funnel-widened tube that for draining the liquid to be circulated with a circulating pump connected is.
- a preferably funnel-widened tube that for draining the liquid to be circulated with a circulating pump connected.
- the relatively hot boiler fluid from inside the funnel-like component colder boiler liquid from the outside be mixed into the container.
- one or more heat exchangers can also be arranged. These can also be integrated into the funnel-like component become.
- the circulation of the heat transfer fluid causes in combination with the funnel-like component that the entire Liquid content of the container is heated up relatively evenly is, so that after switching off the burner a large amount of heat is available for heating operation. In this way short-term operation of the burner is avoided. Should the circulated Liquid also for cooling hot components of the boiler can be used, it may be appropriate to use this "cooling water" can be removed from the coolest area of the container.
- the funnel-like component is preferably made of plastic produced and arranged in a predetermined position in the container that the top of its substantially cylindrical upper area below the level of the liquid bath ends.
- a the container-closing lid executed so that it in Inside a cavity for receiving the circulated liquid Has.
- the arrangement is preferably made such that the circulated liquid for easier disassembly of the cover preferably introduced from below into the interior of the hollow lid becomes.
- suitable Provide outlet openings for the circulated liquid which preferably runs there without pressure.
- the Arrangement preferably made such that the inside of the hollow lid leaking liquid the upper area of the Combustion chamber tube cools as well as cleaning and further cooling that derived from the combustion chamber outer part in the upward direction Combustion gases caused above the liquid bath. The on this way exhausted and extremely Low temperature cooled combustion gases are then turned off the upper area of the container, preferably via an opening in the lid, discharged to the outside.
- a circumferential, roof-like inner guide component attached, which is dimensioned in the radial direction such that the flowing back into the container from the bottom of the lid Heat transfer fluid not in the outer part of the combustion chamber or "floating combustion chamber” can get.
- the roof-like interior Guide component preferably runs obliquely downwards and points preferably a circumferential, downward web on, preferably above the level of the liquid bath ends in the container and preferably holes for the passage of the Combustion gases emerging from the combustion chamber outer part.
- the shown Arrangement also has the advantage that the combustion gases not introduced into and dispersed in the heat transfer fluid Need to become. This also eliminates additional energy consumption to apply a corresponding fan power. This improves the overall efficiency of the boiler.
- an overhang component which from the outer edge of the inner guide member runs arcuately or obliquely downwards and for an even distribution of the combustion gases should worry about the circumference of the container, in particular with a possibly not exactly vertical alignment of the installed boiler.
- the overhang component thus ensures for an additional jam of the combustion gases and can also be punched.
- an angled return component provided below the overhang component or inner guide component, which should cause the backflow from the lid Liquid predominantly in the immediate area of the heat exchanger in the space between the funnel-like component and the Combustion chamber outer part arrives.
- the combustion chamber tube circular surrounding distribution device for the the backflowing liquid flowing out of the lid and the upward flowing combustion gases provided.
- This distribution device has such a structure that the combustion gases in intimate contact with the back-flowing heat transfer fluid reach. They are cleaned and cooled further.
- the distributor device preferably consists of several stacked ring sheets, the round or slit-shaped Through holes and troughs open in between upwards to have.
- the stacked ring sheets are in one Way angularly offset that the holes of a ring plate the troughs of an adjacent ring plate face each other and vice versa.
- the backflow collects Liquid first in the wells and then runs through the Holes in the troughs of the ring plate underneath. On in this way the back-flowing liquid flows in a meandering manner through the distribution device.
- the roof-like outer guide component can be designed in this way be that there is backflowing liquid on its top which then accumulates over its inner edge to the top of the roof-like inner guide member runs.
- middle area of the hollow cover a through opening for an upper portion of the combustion chamber tube is provided.
- This upper section of the combustion chamber tube preferably has one smaller diameter than the actual one connected to it Combustion chamber tube and is used to insert a burner tube.
- an annular Gap for the exit of part of the returning, recirculated Liquid provided.
- this upper combustion chamber tube area at a short distance from a cylindrical guide component surround that be attached to the bottom of the lid can. In this way the backflowing liquid is forced in the upper area along the outer wall of the combustion chamber tube to run down until it comes off the roof-like inner guide member is distracted to the outside. It is advantageous that between the combustion chamber tube 40 and the guide member 38 provided annular gap wider at the top than below. Especially the gap width is chosen such that despite the pressure of the Combustion gases the liquid runs down.
- At least the middle and lower area of the combustion chamber tube designed as a double jacket for thermal insulation.
- the combustion chamber pipe including the roof-like interior Guide component and the combustion chamber outer part are advantageous made of stainless steel or special steel or a comparable one other heat and corrosion resistant material, which can also be a non-metal.
- the heat exchanger surrounding the combustion chamber outer part is preferably made also made of stainless steel or the like, in particular then when it is used for the vertical guidance of the combustion chamber outer part should serve. Otherwise, the heat exchangers can be used equally like the funnel-like component and the container including of the lid are made of plastic. For the distribution device and the outer guide member supporting the distribution device you could also use plastic.
- the overall arrangement is of the boiler so that after dismantling the Container-closing lid the individual components in the interior of the container freely accessible from above and without use of tools can be removed from the container. So is after dismantling the container lid and the combustion chamber tube the combustion chamber outer part forming the "floating combustion chamber" immediately and immediately accessible and can be cleaned easily or be removed from the container.
- the distribution device after disassembly removed the container lid and, for example, from there deposited soot can be cleaned or replaced without the Having to dismantle the boiler further.
- Boiler can be extremely easy and simple Assemble or disassemble and accordingly if necessary also maintain and clean inexpensively.
- the one shown according to the invention allows Design of the boiler including the use of Plastic for many boiler components is inexpensive to manufacture with a low overall weight.
- the preferred embodiment shown in Fig. 1 of a boiler according to the invention has one made of plastic Container 10 having a peripheral wall 12 and a bottom 14.
- the container 10 is with a liquid serving as a heat transfer medium 20 filled, the mirror with the help of a suitable Way trained emergency overflow 28 on a predetermined upper Level 26 is maintained.
- the liquid level is there in the container 10 below the level 26, may arise Condensate are fed to the container. Otherwise can the condensate via a known neutralization box be dissipated. This can be done with the help of suitable controls and / or regulations happen.
- the open end of the container 10 is with a lid 30 completed.
- a feed-through opening 32 Located in the middle of the lid a feed-through opening 32, at the edge of which a Drawings not shown burner can be flanged.
- the cover 30 has a hollow interior 31 for receiving recirculated Liquid from the container 10 and on its underside a liquid inlet opening designed as a plug connection 36. Furthermore, there are outlet openings in the bottom of the lid in the manner shown 33 and 35 are provided, from which the interior 31 of the hollow lid 30 preferably circulated liquid leaks without pressure.
- baffle plates can be used as prove appropriate.
- a through opening 34 is formed in the cover 30.
- a cylindrical one Guide member 38 attached to channel the out the outlet opening 35 serves liquid and also can form a stop for other components.
- the lid 30 including the Lid designs described above insofar as this is from thermal and reasons of stability as well as manufacturing reasons is possible made of plastic in the form of an integrated lid unit manufactured that easily on the peripheral wall 12 of the Container 10 can be assembled and disassembled.
- a combustion chamber tube projects into the container 10 40.
- the combustion chamber tube 40 has at its top End of a tube section 41 tapered in diameter.
- the Pipe section 41 is through the through opening 32 in the lid 30 inserted and serves to accommodate the burner tube of the am Cover 30 flanged burner.
- Fig. 1 is between the tapered tube section 41 of the combustion chamber tube 40 and the bottom of the cover 30 an annular gap is provided, which forms the outlet opening 35.
- the combustion chamber tube 40 arranged so that between one to the tapered Pipe section 41 adjacent radial wall section 48 of the Combustion chamber tube 40 and the underside of the bottom of the cover 30 a space for that from the annular outlet opening 35 leaking liquid 24 is provided. For the same reason surrounds the guide member 38 of the lid 30 the outer peripheral wall of the combustion chamber tube 40 at a distance.
- a roof-like inner guide member 42 firmly attached, which is preferably angled slightly downwards.
- the outer edge of the circumferential inner guide component 42 goes preferably into a web 44 pointing downwards, in which preferably evenly distributed through holes and / or Slots 46 are provided.
- the lower edge preferably ends of the web 44 at a distance above the liquid level 26.
- 42 is on the inner guide member another overhang component serving as a combustion gas balancer 45 arranged as shown in the left half of Fig. 1 is.
- the combustion chamber tube 40 forms a "hot combustion chamber” and is in its middle and lower range for thermal reasons preferably double-walled, as also in the left half of Fig. 1 is shown.
- the combustion chamber pipe 40 including the configurations described above made of stainless steel or another comparable heat and corrosion-resistant material.
- combustion chamber outer part 50 which forms a "floating combustion chamber” 50 is, for example, by loose side and vertical guides held in such a position that it is freely movable in the vertical direction, so more or can dip less deeply into the liquid bath 20, however never so deep that over an upper edge 58 of the combustion chamber outer part 50 liquid 20 from the inside of the container to the inside of the combustion chamber outer part 50 can run. Furthermore, the combustion chamber outer part led such that there are no sideways and Carry out lurching movements and also do not take an inclined position can. Rotational movements of the outer part of the combustion chamber are also preferred 50 excluded about its own longitudinal axis.
- To manage the outer part of the combustion chamber 50 can, for example, on the outer wall of the combustion chamber outer part 50 one or more guide lugs distributed around the circumference 51 be attached, with matching recessed guides work together, directly or indirectly on the container 10 are attached or on and / or on the container 10 support. Relevant guides can also be in an annular Heat exchanger 80 may be provided in the manner shown is arranged in the liquid bath 20.
- the roof-like guide member covers 42 of the combustion chamber tube 40 which is open at the top Combustion chamber outer part 50, so that from the outlet openings 33rd and 35 of the lid 30 flowing back flowing liquid 22nd and 24 does not get inside the combustion chamber outer part 50.
- the combustion chamber outer part 50 is not as high that it floats through the roof-like inner guide member 42 is completed. This can be done using suitable stops or Limiter, but also achieved by appropriate control means become.
- These control means are then preferably also designed such that that the combustion chamber outer part during the downtimes of the burner 50 occupies such a vertical position that it is completed by the guide member 42.
- the peripheral wall 52, 54 of the combustion chamber outer part 50 is trained over a large area by suitable measures, for example emerges from Fig. 2. It can also be ribs or The like may be provided to promote heat transfer. Likewise, on the outside of the combustion chamber tube 40 Ribs or the like may be formed.
- the lower section or bottom 56 of the combustion chamber outer part 50 is preferably in Extended towards the bottom and designed so that the on hot combustion gases coming from the lower one emerge open end 43 of the combustion chamber tube 40, be calm and in the lateral and upward direction from the combustion chamber in the substantial annular space between the outer wall of the combustion chamber tube 40 and the peripheral wall 52, 54 of the combustion chamber outer part 50 are directed.
- the bottom 56 of the Combustion chamber outer part 50 with a suitable overheating and Erosion protection 59 designed, which is for example Fireclay or the like can act.
- a suitable overheating and Erosion protection 59 designed, which is for example Fireclay or the like can act.
- the Temperature transfer of the trough-like bottom 56 through the outside provided webs are improved.
- combustion chamber outer part 50 is inclusive his above-described configurations made of stainless steel or special steel or a comparable other corrosion, erosion and heat resistant material.
- an open one up and down "funnel-like" component 60 with a towards the Container bottom 14 surrounds conically tapering section 62 in the way shown all around the "hot combustion chamber” forming combustion chamber outer part 50.
- the upper edge of the substantially cylindrical top portion of the funnel-like Component 60 ends at a short distance below the liquid level 26.
- the frustoconical section 62 goes in Direction of the container bottom 14 in a guide tube tubular section 64 over. Different from the 1, the tubular section 64 can also omitted or carried out in the form of several tubes.
- annular heat exchanger 80 In the space between the combustion chamber outer part 50 and the funnel-like component 60 is already the one shown addressed annular heat exchanger 80 provided. Alike is in the space between the tubular portion 64 of the component 60 and the container peripheral wall 12 an annular heat exchanger 90 arranged. This can also be added to this or other form can be integrated into the heat exchanger 80. It it is obvious to a person skilled in the art that instead of a single one Heat exchanger also depending on several heat exchangers can be provided by the application. Advantageously is the flow of the upper heat exchanger below that Return connected at the top. The same applies to a second additional heat exchanger integrated in component 60. For the outside of the tank 60 installed heat exchanger would be the lead above to connect the return below. This heat exchanger can be used separately, but also as preheating for the heat exchanger 80 be used.
- the heat exchanger for guiding the combustion chamber outer part 50 preferably also consists of Stainless steel or the like. Otherwise the heat exchanger also be made of plastic.
- the funnel-like component 60 advantageously consists also made of plastic and is in the container 10 in a predetermined Location held. It is evident that the component 60 also used to guide the "floating combustion chamber" can be.
- the container 10 In the lower area of the container 10 is in the middle arranged upwardly funnel-shaped tube 76, in the lower open end 65 of the tubular portion 64 of the Component 60 protrudes at a distance in the manner shown.
- the widened tube 76 provides a deduction for the one to be circulated Liquid is and is connected to a pipe 72, the leads to the inlet end of a circulation pump 70.
- the exit end the circulation pump 70 is via a pipe 74 with a plug connection 78 connected to the plug connection 36 in the cover 30th works together.
- a distributor device 100 is provided in the upper area of the container 10 is below the outlet openings 33 in the bottom of the cover 30 at a distance from it in the shown.
- This Distribution device preferably consists of several on top of each other stacked ring plates 102.
- In the individual ring plates 102 are evenly distributed through holes and / or slots 104 provided around which the material is crimped in such a way is that between the holes 104 there are open recesses are in the form of troughs 106.
- FIG. 3 From this goes shows that the ring plates offset so angularly against each other are that the holes 104 of an annular plate 102 the troughs 106th of an adjacent ring plate face each other.
- the bottom one Sheet metal can be directed radially outward be provided at the bottom.
- the depression around the culverts around can also run all over become. The arrangement does not change.
- the guide component 110 extends from the container wall 12 essentially horizontally inwards.
- the essentially horizontal Section goes into a vertical on its outside Web 112 over, which is connected to the container wall 12 Edition 11 supports.
- the upper end preferably protrudes of the web 112 the substantially horizontal portion of the guide member 110 and supports the bottom of the manifold 100 off.
- the inner edge of the horizontal section of the guide member 110 bent upwards so that the Top of the guide member 110 is a circumferential, annular Trough forms.
- the horizontal portion of the outer guide member 110 each at a distance from the distribution device 100, from the inside Guide member 42 and from the cylindrical guide member 38.
- an overhang component on the inner guide component 42 45 is arranged, is an angled at the lower end of the web 112 Return plate 114 provided, the inner edge above of the liquid level 26 in the area of the heat exchanger 80 ends as shown in the left half of FIG. 1.
- the distribution device 100 and the outer guide member 110 and the return plate 114 can be made of stainless steel or the like, but also be made of plastic.
- the preferred embodiment is of the boiler according to the invention designed such that after dismantling the cover 30, the individual components of the boiler are freely accessible from above and from the container 10 can be removed. So after removing the lid 30 the ring plates 102, the outer guide member 110 and the combustion chamber tube 40 can be removed. The combustion chamber outer part 50 is then also freely accessible and can be removed from the container be taken out.
- the combustion chamber tube 40 can be on its lower end have three legs, which are preferably in the Can rest on the combustion chamber outer part 50.
- On the container bottom 14 can for example three up Support running rails that guide the outer part of the combustion chamber 50 serve. All in or out of the container 10 Pipelines can be used as easily removable plug connections be trained.
- the circulation pump 70 is switched on first. A sensor sitting in the circulation circuit (not shown) then releases the burner (not shown).
- the pipeline 72 With the circulation pump 70 running, the pipeline 72 Withdrawn liquid from inside the container 10 and simultaneously via line 74, the hollow cover 30 and the Outlet openings 33 and 35 are fed back to the container 10.
- the Components of the boiler arranged in the liquid bath 20 designed and arranged in such a way that the most possible when circulating good layered mixing of the entire liquid bath 20 he follows.
- the funnel-shaped tube 76 and the lower end 65 of the optional guide tube 64 designed and dimensioned such that the relative amounts of liquid can be set, the during the circulation space surrounded by component 60 and the space between component 60 and flow through the peripheral wall 12 of the container 10 limited space.
- the Overall arrangement can be advantageously designed so that between the combustion chamber outer part 50 and the component 60 considerably higher flow velocity than outside the Component 60 sets.
- appropriate design and Dimension is also to ensure that in particular along the enlarged peripheral walls 52, 54 of the Combustion chamber outer part 50 a rapid removal of the heat by the heat transfer fluid 20 flowing past it takes place.
- the liquid supplied to the hollow lid 30 for Cooling it may be desirable to the liquid coolest area of the liquid bath in the container refer to.
- the outer guide member 110 directs the combustion gases back in and then flow upwards through the Distribution device 100 and enter an annular space in the top area of the container 10. Find out on the way there the combustion gases further cool down through the interior and outer guide member 42 and 110, and particularly in the Flow through the distribution device 100.
- the distribution device 100 accumulating combustion gases from the relatively cool liquid sprinkles that from the outlet openings 33 of the hollow cover 30th exit.
- This portion of the circulated liquid runs in a meandering shape through the distribution device 100 and then runs directly or over the substantially horizontal section of the Guide member 110 on top of the inner guide member 42 and from there via the web 44 or the overhang component 45 and the return member 114 into the space between the funnel-like Component 60 and the combustion chamber outer part 50, preferably in the immediate area of the heat exchanger (s).
- the circulation pump takes care of the hollow cover 30 70 liquid introduced for an extremely effective Cooling of the critical top area of the combustion chamber tube 40.
- the tapered pipe section 41 of the combustion chamber pipe 40 comes namely already in direct contact within the hollow cover 30 with some of the backflowing liquid that flows over the annular opening 35 leaks from the hollow lid 30 and, like it is shown at 24 on the radial wall portion 48 of the Combustion chamber tube 40 runs.
- This part 24 of the backflow Liquid is then through the cylindrical, preferably expanded guide member 38 forced on the outer wall the combustion chamber tube 40 to run down until this liquid portion from the inner guide member 42 toward is derived to the outside. This occurs with the exception of the middle and lower region of the combustion chamber tube 40 to the desired strong cooling of the top area of the combustion chamber tube 40.
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Abstract
Ein Heizkessel für flüssige, gasförmige und/oder staubförmige Brennstoffe mit einem teilweise mit einer als Wärmeträger dienenden Flüssigkeit (20) gefüllten Behälter (10) und einem im oberen Bereich des Behälters (10) nach unten ragenden Brennkammerrohr (40), aus dessen unterem Ende (43) die von einem Brenner erzeugten heißen Verbrennungsgase austreten, zeichnet sich dadurch aus, daß das Brennkammerrohr (40) ringsum mit Abstand in ein im wesentlichen topfförmiges Brennkammeraußenteil (50) hineinragt, das in der im Behälter (10) befindlichen Flüssigkeit (20) schwimmend gelagert und dabei derart in Vertikalrichtung verschiebbar geführt ist, daß es zum Übertragen der durch die Verbrennung erzeugten Wärme in die im Behälter befindliche Flüssigkeit (20) unter Ausnahme seines oberen offenen Randes (58) von der Flüssigkeit (20) umgeben ist. <IMAGE>
Description
Die Erfindung betrifft einen Heizkessel für flüssige, gasförmige
und/oder staubförmige Brennstoffe, der einen teilweise
mit einer als Wärmeträger dienenden Flüssigkeit gefüllten Behälter
und ein im Behälter nach unten ragendes Brennkammerrohr aufweist,
aus dessen offenem unteren Ende die von einem Brenner erzeugten
heißen Verbrennungsgase austreten. Hierbei hat die im Behälter
enthaltene Flüssigkeit nicht nur die Funktion eines Wärmeträgers
zum Aufnehmen und Weitertransportieren der in den heißen
Verbrennungsgasen enthaltenen Wärmeenergie, sondern auch die
Funktion eines Reinigungsmittels zum Befreien der Verbrennungsgase
von unerwünschten Schadstoffen. Zu diesem Zweck werden die
Verbrennungsgase in direkten Kontakt mit der Flüssigkeit gebracht.
Dies hat den weiteren Vorteil, daß auch die in den Verbrennungsgasen
enthaltene Kondensationswärme dadurch genutzt
wird, daß die Verbrennungsgase auf eine Temperatur gebracht werden,
die es ermöglicht, die in diesen enthaltene latente Wärme in
einem nachgeschalteten Wärmetauscher durch ständige Kondensierung
der Verbrennungsgase bei allen Betriebstemperaturen zu entziehen.
Damit der Spiegel des im Behälter befindlichen Flüssigkeitsbades
eine bestimmte Höhe nicht überschreiten kann, ist ein in geeigneter
Weise ausgebildeter Überlauf vorgesehen. Die bei der Abgasreinigung
in die Wärmeträgerflüssigkeit abgegebenen Schadstoffe
werden durch Zugabe geeigneter Chemikalien neutralisiert oder
über eine Neutralisationsbox geführt. Die abgekühlten und gereinigten
Verbrennungsgase werden oberhalb des Spiegels des Flüssigkeitsbades
aus dem Behälter abgeführt. Die Abfuhr der Verbrennungsgase
kann über einen Wärmetauscher bzw. Kondensator erfolgen.
Die Abfuhr der von der Wärmeträgerflüssigkeit aufgenommenen
Wärmeenergie erfolgt im allgemeinen durch Wärmetauscher, die an
geeigneten Stellen im Behälter bzw. im Flüssigkeitsbad des Behälters
angeordnet sind.
Aus der WO 90/12259 A1 ist ein Heizkessel der obigen Art
bekannt, bei dem die Verbrennungsgase dadurch in direkten Kontakt
mit der Wärmeträgerflüssigkeit gebracht werden, daß das die
Wandung eines Brennraumes bildende Brennkammerrohr in das im
Behälter des Heizkessels befindliche Flüssigkeitsbad eingetaucht
ist und die am unteren Ende des Brennkammerrohres austretenden
Verbrennungsgase in Form von fein verteilten Gasbläschen in der
die Brennkammerwandung umgebenden Flüssigkeit nach oben steigen.
Dieser bekannte Heizkessei ist darüber hinaus derart ausgebildet,
daß durch thermische Abschirmung des Brennraumes mittels der Wärmeträgerflüssigkeit
die Verwendung von Kunststoff als Material
für den Behälter des Heizkessels ermöglicht wird. Im Flüssigkeitsbad
des Behälters befinden sich ein oder mehrere Wärmetauscher,
die ebenfalls aus Kunststoff hergestellt sind. Die Verwendung
von Kunststoff beseitigt die Korrosionsgefahr und gestattet
eine kostengünstige Herstellung des Heizkessels, der zudem
ein niedriges Gewicht hat.
Ein ähnlicher Heizkessel ist aus der DE 195 09 461 C1 bekannt.
Auch dort ist das Brennkammerrohr ein Tauchrohr, das eine
Brennkammer umgibt und dessen unteres offenes Ende zur Abgabe der
Verbrennungsgase in das Flüssigkeitsbad eingetaucht ist. In die
Brennkammer ragt von oben her ein Brenner, der seinerseits in
einen unten geschlossenen Brennkammereinsatz eintaucht. Eine im
Flüssigkeitsbad vorgesehene und an die Außenwand des Tauchrohres
angrenzende Lochplatte ist in einer besonderen Weise ausgestaltet,
um den Wärme- und Stoffaustausch der Verbrennungsgase mit
der Wärmeträgerflüssigkeit zu fördern. Das Tauchrohr ist in Form
eines mantelförmigen Wärmetauschers ausgebildet.
Bei den oben beschriebenen bekannten Heizkesseln, bei
denen das untere offene Ende des Brennkammerrohres in das Flüssigkeitsbad
eingetaucht ist und die daraus austretenden Verbrennungsgase
in der im Behälter vorhandenen Wärmeträgerflüssigkeit
nach oben Perlen, ist es vor der Inbetriebnahme und während des
Betriebs des Brenners erforderlich, die Flüssigkeit aus der
Brennkammer bzw. dem Tauchrohr herauszudrücken. Dies kann durch
Einblasen von Luft über das Brennergebläse und/oder durch Erzeugung
eines Vakuums über dem Flüssigkeitsbad außerhalb des Brennraumes
bzw. des Tauchrohres geschehen. Dazu ist ein stärkeres
Brennergebläse, ein dem Brenner vorgeschaltetes Gebläse und/oder
ein Absauggebläse vorgesehen. Die zum Betrieb eines derartigen
Gebläses zusätzlich benötigte Energie vermindert den Wirkungsgrad
des Heizkessels.
Ferner ist der Wärme- und Stoffaustausch zwischen den Verbrennungsgasen
und der Wärmeträgerflüssigkeit als auch zwischen
der Wärmeträgerflüssigkeit und daran angrenzenden Wärmetauschern
nicht optimal, was auf eine unzureichende Durchmischung der Wärmeträgerflüssigkeit
selbst zurückzuführen ist.
Weiterhin treten zwischen heißen Bauteilen, die beispielsweise
von den heißen Brennergasen unmittelbar beaufschlagt werden,
und damit verbundenen kälteren Bauteilen mechanische Spannungen
auf, die das Material schädigen und insbesondere zu Rissen
und Brüchen führen können. Auch Korrosion und Verkalkungen an der
Brennerdüse sind bei dieser bekannten Bauart wahrscheinlich. Ferner
wird bei einer Störung des Brenners der dabei auftretende Ruß
unter die im Flüssigkeitsbad angeordnete Lochplatte gedrückt, die
zum Verteilen der Verbrennungsgase im Flüssigkeitsbad dient. Dadurch
kommt es zu einem Zusetzen der Verteilungslöcher in dieser
Platte.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Heizkessel der eingangs
beschriebenen Art derart weiterzubilden, daß er möglichst frei
von materialschädigenden Spannungen und dennoch kostengünstig
herzustellen ist. Darüber hinaus soll der Heizkessel vorzugsweise
leicht und einfach zu montieren bzw. zu demontieren sein, ohne
großen Aufwand zu warten und zu reinigen sein, umweltfreundlich
zu betreiben sein und einen weiter verbesserten Wirkungsgrad bei
erhöhter Lebensdauer haben.
Diese Aufgabe wird durch einen für flüssige, gasförmige
und/oder staubförmige Brennstoffe gedachten Heizkessel mit einem
teilweise mit einer als Wärmeträger dienenden Flüssigkeit gefüllten
Behälter und mit einem im Behälter nach unten ragenden
Brennkammerrohr, aus dessen offenem unteren Ende die von einem
Brenner erzeugten heißen Verbrennungsgase austreten, dadurch gelöst,
daß ein nach oben hin offenes, bodenseitig geschlossenes
Brennkammeraußenteil, in das das Brennkammerrohr ringsum mit Abstand
hineinragt und das die in Abwärtsrichtung aus dem Brennkammerrohr
austretenden heißen Verbrennungsgase aufnimmt und sie
in Aufwärtsrichtung aus dem Brennraum ableitet, in dem im Behälter
vorhandenen Flüssigkeitsbad schwimmend gelagert ist und dabei
in Vertikalrichtung verschiebbar derart geführt ist, daß das
Brennkammeraußenteil zum Übertragen der durch die Verbrennung erzeugten
Wärme in das im Behälter vorhandene Flüssigkeitsbad unter
Ausnahme eines an seinen oberen offenen Rand angrenzenden Bereiches
bzw. allenfalls nahezu bis zu seinem oberen offenen Rand von
der Flüssigkeit umgeben ist. Somit kann sich das mit den heißen
Verbrennungsgasen beaufschlagte Brennkammeraußenteil frei ausdehnen
und zusammenziehen, ohne daß dadurch materialschädigende
Spannungen in dem Brennkammeraußenteil selbst auftreten oder auf
andere Bauteile des Heizkessels übertragen werden. Darüber hinaus
ist es als separates Einzelbauteil einfach und preiswert zu fertigen
und auch leicht im Behälter zu plazieren. Bei einer Brennertotalstörung
verhindert das Brennkammeraußenteil den Eintritt
von unverbranntem Brennstoff oder anderen Verbrennungsrückständen
in das Flüssigkeitsbad. Ferner ist das schwimmend aufgehängte
Brennkammeraußenteil in der Lage, durch Verpuffungen auftretende
Stöße abzufangen. Weiterhin kann es bei unterschiedlichen Brennerleistungen
in seiner Lage und Beschaffentheit problemlos an
andere Brennerleistungen angepaßt werden.
Nach der Erfindung ist daher eine "schwimmende Brennkammer"
vorgesehen, die mit anderen Bauteilen des Heizkessels in keiner
starren oder festen Verbindung steht. Das Brennkammeraußenteil
kann in Vertikalrichtung frei beweglich geführt sein, wobei allerdings
ein oberer und/oder unterer Anschlag vorgesehen sein
können, um unerwünschte Eintauch- und/oder Aufschwimmstellungen
zu vermeiden. Dadurch wird auch verhindert, daß über den oben
offenen Rand des Brennkammeraußenteils Flüssigkeit in den Innenraum
dieses Teils läuft.
Die Führungen für das Brennkammeraußenteil können sich mittelbar
oder unmittelbar am Behälter abstützen. Vorzugsweise sind
diese Führungen so ausgelegt, daß das Brennkammeraußenteil keine
beachtenswerte Seitwärtsbewegung ausführen oder eine Schräglage
einnehmen kann. Vorzugsweise soll auch eine Drehung um die eigene
Achse vermieden sein. Die vom Behälter getragenen Führungen können
mit Auflagern zusammenarbeiten, die an der Außenwand des
Brennkammeraußenteils angebracht sind und beispielsweise Langlöcher
haben können. Vorzugsweise kann das Brennkammeraußenteil in
einem ringförmigen Wärmetauscher geführt sein, der im Flüssigkeitsbad
das darin schwimmend gelagerte Brennkammeraußenteil umgibt.
Das Brennkammeraußenteil kann im wesentlichen eine topfartige
Gestalt mit einem nach unten ausgedehnten Boden haben. Hierbei
ist der Boden des Brennkammeraußenteils vorzugsweise derart
ausgebildet, daß die in Richtung auf ihn ausgestoßenen heißen
Verbrennungsgase bei der Umlenkung in Aufwärtsrichtung möglichst
stark beruhigt werden. Ferner kann auf der Innenseite des Bodens
des Brennkammeraußenteils ein Überhitzungsschutz bzw. Erosionsschutz
vorgesehen sein.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung hat das
Brennkammeraußenteil eine flächenmäßig stark vergrößerte Umfangswand.
Dadurch soll sichergestellt werden, daß die in dem Brennkammeraußenteil
in Aufwärtsrichtung umgelenkten Verbrennungsgase
eine möglichst große Wärmemenge abgeben und in einem hohen Maße
abgekühlt sind, wenn sie den oberen Rand des Brennkammeraußenteils
erreichen. In diesem Zusammenhang soll die Beruhigung der
Verbrennungsgase im Bodenbereich des Brennkammeraußenteils für
eine möglichst gleichförmige Wärmeabgabe rund um den Umfang des
Brennkammeraußenteils sorgen.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird die
im Behälter des Heizkessels befindliche Wärmeträgerflüssigkeit
derart umgewälzt, daß die Flüssigkeit das Brennkammeraußenteil in
Abwärtsrichtung umströmt. Dadurch soll der Wärmeübergang vom
Brennkammeraußenteil in die Wärmeträgerflüssigkeit verbessert und
gleichzeitig das im Behälter befindliche Flüssigkeitsbad besser
geschichtet werden.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das
Brennkammeraußenteil ringsum mit Abstand von einem im Flüssigkeitsbad
angeordneten, oben und unten offenen Bauteil umgeben,
das in seinem oberen Bereich im wesentlichen zylinderförmig und
in seinem unteren Bereich im wesentlichen trichterförmig ist.
Dieses Bauteil wird im folgenden der Einfachheit halber "trichterartiges
Bauteil" genannt. Das trichterartige Bauteil kann somit
zumindest in seinem unteren Bereich die Form eines Kegelstumpfes
annehmen, an den sich im Bedarfsfall noch ein rohrförmiger
Abschnitt in Form eines oder mehrerer Führungsrohre anschließen
kann. Das trichterartige Bauteil dient zum Verstärken der Umströmung
der "schwimmenden Brennkammer" und sieht deshalb eine
zwangsweise Kühlung des im Flüssigkeitsbad schwimmend gelagerten
Brennkammeraußenteils vor. Zum selbsttätigen Öffnen und Schließen
eines eventuellen Verschlusses kann man Bi- oder Remembering-Metalle
verwenden.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind im
Raum zwischen dem trichterartigen Bauteil und dem Brennkammeraußenteil
ein oder mehrere Wärmetauscher angeordnet. Durch die
Umwälzung und die damit verbundene zwangsweise Umströmung der
"schwimmenden Brennkammer" kann in diesem Bereich der Wärmeübergang
und damit die Abkühlung der Verbrennungsgase in einem beachtlichen
Maße gesteigert werden.
Vorzugsweise endet das untere offene Ende des trichterartigen
Bauteils oberhalb des Bodens des Behälters und ragt mit Abstand
in ein vorzugsweise trichterförmig aufgeweitetes Rohr, das
zum Abführen der umzuwälzenden Flüssigkeit mit einer Umwälzpumpe
verbunden ist. Auf diese Weise kann in einem gewünschten Verhältnis
der relativ heißen Kesselflüssigkeit aus dem Inneren des
trichterartigen Bauteils kältere Kesselflüssigkeit vom Außenbereich
des Behälters beigemischt werden. In diesem Außenbereich
können ebenfalls ein oder mehrere Wärmetauscher angeordnet sein.
Diese können ebenfalls in das trichterartige Bauteil integriert
werden. Weiterhin bewirkt die Umwälzung der Wärmeträgerflüssigkeit
im Verein mit dem trichterartigen Bauteil, daß der gesamte
Flüssigkeitsinhalt des Behälters relativ gleichmäßig aufgeheizt
wird, so daß nach dem Abschalten des Brenners eine große Wärmemenge
für den Heizbetrieb zur Verfügung steht. Auf diese Weise
wird ein Kurzzeitbetrieb des Brenners vermieden. Soll die umgewälzte
Flüssigkeit auch zum Kühlen von heißen Bauteilen des Kessels
eingesetzt werden, kann es zweckmäßig sein, dieses "Kühlwasser"
aus dem kühlsten Bereich des Behälters zu entnehmen.
Vorzugsweise ist das trichterartige Bauteil aus Kunststoff
hergestellt und in einer vorgegebenen Lage im Behälter so angeordnet,
daß der obere Rand seines im wesentlichen zylinderförmigen
oberen Bereiches unterhalb des Spiegels des Flüssigkeitsbades
endet.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist ein
den Behälter abschließender Deckel derart ausgeführt, daß er im
Inneren einen Hohlraum zum Aufnehmen der umgewälzten Flüssigkeit
hat. Hierbei ist die Anordnung vorzugsweise derart getroffen, daß
zur leichteren Demontage des Deckels die umgewälzte Flüssigkeit
vorzugsweise von unten her in das Innere des hohlen Deckels eingeleitet
wird. Im Boden des hohlen Deckels sind an geeigneten
Stellen Austrittsöffnungen für die umgewälzte Flüssigkeit vorgesehen,
die dort vorzugsweise drucklos ausläuft. Dabei ist die
Anordnung vorzugsweise derart getroffen, daß die aus dem Inneren
des hohlen Deckels auslaufende Flüssigkeit den oberen Bereich des
Brennkammerrohres kühlt sowie eine Reinigung und weitere Kühlung
der aus dem Brennkammeraußenteil in Aufwärtsrichtung abgeleiteten
Verbrennungsgase oberhalb des Flüssigkeitsbades bewirkt. Die auf
diese Weise einer Abgaswäsche unterzogenen und auf eine äußerst
niedrige Temperatur abgekühlten Verbrennungsgase werden dann aus
dem oberen Bereich des Behälters, vorzugsweise über eine Öffnung
im Deckel, nach außen abgeführt.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist oberhalb
des trichterartigen Bauteils an der äußeren Umfangswand des
Brennkammerrohres ein umlaufendes, dachartiges inneres Führungsbauteil
angebracht, das in Radialrichtung derart bemessen ist,
daß die vom Boden des Deckels her in den Behälter rückströmende
Wärmeträgerflüssigkeit nicht in das Brennkammeraußenteil bzw. die
"schwimmende Brennkammer" gelangen kann. Das dachartige innere
Führungsbauteil verläuft vorzugsweise schräg nach unten und weist
vorzugsweise noch einen umlaufenden, abwärts gerichteten Steg
auf, der vorzugsweise oberhalb des Spiegels des Flüssigkeitsbades
im Behälter endet und vorzugsweise Löcher zum Durchtritt der aus
dem Brennkammeraußenteil austretenden Verbrennungsgase aufweist.
Eine solche Anordnung fördert eine gleichmäßigere Verteilung der
Verbrennungsgase in Umfangsrichtung des Behälters. Die aufgezeigte
Anordnung hat ferner den Vorteil, daß die Verbrennungsgase
nicht in die Wärmeträgerflüssigkeit eingeleitet und darin dispergiert
werden müssen. Damit entfällt auch ein zusätzlicher Energieverbrauch
zum Aufbringen einer entsprechenden Gebläseleistung.
Der Gesamtwirkungsgrad des Heizkessels wird dadurch verbessert.
Vorzugsweise kann auf dem dachartigen inneren Führungsbauteil
noch ein Überhangbauteil angeordnet sein, das vom Außenrand des
inneren Führungsbauteils bogenförmig oder schräg nach unten verläuft
und für eine noch gleichmäßigere Verteilung der Verbrennungsgase
rund um den Umfang des Behälters sorgen soll, insbesondere
bei einer möglicherweise nicht genau senkrechten Ausrichtung
des aufgestellten Heizkessels. Das Überhangbauteil sorgt somit
für einen zusätzlichen Stau der Verbrennungsgase und kann auch
gelocht sein.
Unterhalb des Überhangbauteils bzw. inneren Führungsbauteils
ist vorzugsweise ein winklig angeordnetes Rückleitbauteil
vorgesehen, das bewirken soll, daß die vom Deckel rückströmende
Flüssigkeit überwiegend in den unmittelbaren Bereich der Wärmetauscher
in den Raum zwischen dem trichterartigen Bauteil und dem
Brennkammeraußenteil gelangt.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist oberhalb
des dachartigen inneren Führungsbauteils eine das Brennkammerrohr
ringförmig umgebende Verteilungsvorrichtung für die aus
dem Deckel ausfließende rückströmende Flüssigkeit und die aufwärts
strömenden Verbrennungsgase vorgesehen. Diese Verteilungsvorrichtung
hat einen solchen Aufbau, daß die Verbrennungsgase in
innige Berührung mit der rückströmenden Wärmeträgerflüssigkeit
gelangen. Sie werden hierbei gereinigt und weiter abgekühlt.
Die Verteilervorrichtung besteht vorzugsweise aus mehreren
aufeinander gestapelten Ringblechen, die runde oder schlitzförmige
Durchtrittslöcher und dazwischen nach oben hin offene Mulden
haben. Die aufeinander gestapelten Ringbleche sind in einer solchen
Weise winklig versetzt gegeneinander angeordnet, daß die Löcher
eines Ringbleches den Mulden eines benachbarten Ringbleches
gegenüberstehen und umgekehrt. Hierbei sammelt sich die rückströmende
Flüssigkeit zunächst in den Mulden und läuft dann durch die
Löcher in die Mulden des darunter befindlichen Ringbleches. Auf
diese Weise fließt die rückströmende Flüssigkeit mäanderförmig
durch die Verteilervorrichtung.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist oberhalb
des inneren dachförmigen Führungsbauteils und unterhalb der
Verteilervorrichtung mit radialem Abstand vom Brennkammerrohr ein
dachartiges äußeres Führungsbauteil angeordnet, das die vom inneren
Führungsbauteil auswärts umgelenkten Verbrennungsgase wieder
einwärts umlenkt. Die auf diese Weise vom inneren und äußeren
Führungsbauteil geführten Verbrennungsgase gelangen dann zur Unterseite
der Verteilervorrichtung.
Das dachartige äußere Führungsbauteil kann derart ausgebildet
sein, daß sich auf seiner Oberseite rückströmende Flüssigkeit
ansammelt, die dann über seinen Innenrand auf die Oberseite des
dachartigen inneren Führungsbauteils läuft.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist im
mittleren Bereich des hohlen Deckels eine Durchgangsöffnung für
einen oberen Abschnitt des Brennkammerrohres vorgesehen. Dieser
obere Abschnitt des Brennkammerrohres hat vorzugsweise einen
kleineren Durchmesser als das sich daran anschließende eigentliche
Brennkammerrohr und dient zum Einführen eines Brennerrohres.
Zwischen dem Boden des Behälterdeckels und dem oberen Brennkammerohrabschnitt
geringeren Durchmessers ist ein ringförmiger
Spalt zum Austritt eines Teils der rücklaufenden, umgewälzten
Flüssigkeit vorgesehen. Auf diese Weise kommt es zu einer außerordentlich
guten Kühlung des oberen Endes und des oberen Bereiches
des Brennkammerrohres, so daß hier die auftretenden mechanischen
Spannungen minimal sind und auch an dieser kritischen Stelle
der Einsatz von Kunststoff für die Herstellung des Deckels ermöglicht
wird. Zudem ist es in diesem Zusammenhang von Vorteil,
daß das Brennkammerrohr am Boden des Deckels vorzugsweise nicht
fest angebracht, sondern lediglich durch die obere Wand des Deckels
gesteckt ist.
Zum Verbessern der ausgezeichneten Kühlung des oberen Bereiches
des Brennkammerrohres ist dieser obere Brennkammerrohrbereich
in einem geringen Abstand von einem zylinderförmigen Führungsbauteil
umgeben, das am Boden des Deckels angebracht sein
kann. Auf diese Weise wird die rückströmende Flüssigkeit gezwungen,
im oberen Bereich längs der Außenwand des Brennkammerrohres
nach unten zu laufen, bis sie von dem dachartigen inneren Führungsbauteil
nach außen abgelenkt wird. Vorteilhafterweise ist
der zwischen dem Brennkammerrohr 40 und dem Führungsbauteil 38
vorgesehene ringförmige Spalt oben breiter als unten. Insbesondere
ist die Spaltbreite derart gewählt, daß trotz des Drucks der
Verbrennungsgase die Flüssigkeit nach unten läuft.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist wenigstens
der mittlere und untere Bereich des Brennkammerrohres
zur thermischen Isolation als Doppelmantel ausgebildet.
Das Brennkammerrohr einschließlich des dachartigen inneren
Führungsbauteils und das Brennkammeraußenteil sind vorteilhafterweise
aus Edel- oder Spezialstahl oder einem damit vergleichbaren
anderen hitze- und korrosionsbeständigen Werkstoff hergestellt,
bei dem es sich auch um ein Nichtmetall handeln kann. Der
das Brennkammeraußenteil umgebende Wärmetauscher besteht vorzugsweise
auch aus Edelstahl oder dergleichen, und zwar insbesondere
dann, wenn er zur vertikalen Führung des Brennkammeraußenteils
dienen soll. Im übrigen können die Wärmetauscher gleichermaßen
wie das trichterartige Bauteil sowie der Behälter einschließlich
des Deckels aus Kunststoff bestehen. Für die Verteilervorrichtung
und das die Verteilervorrichtung abstützende äußere Führungsbauteil
könnte man ebenfalls Kunststoff verwenden.,
Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist die Gesamtanordnung
des Heizkessels derart getroffen, daß nach der Demontage des den
Behälter abschließenden Deckels die einzelnen Bauteile im Innenraum
des Behälters von oben her frei zugänglich und ohne die Verwendung
von Werkzeug aus dem Behälter herausnehmbar sind. So ist
nach der Demontage des Behälterdeckels und des Brennkammerrohres
das die "schwimmende Brennkammer" bildende Brennkammeraußenteil
sofort und unmittelbar zugänglich und kann ohne weiteres gereinigt
bzw. aus dem Behälter herausgenommen werden. Entsprechendes
gilt auch für die Verteilervorrichtung, die nach der Demontage
des Behälterdeckels herausgenommen und beispielsweise von dort
abgesetztem Ruß gereinigt bzw. ersetzt werden kann, ohne den
Heizkessel weiter zerlegen zu müssen. Gleichermaßen sind auch unmittelbar
der obere Wärmetauscher und das trichterförmige Bauteil
zugänglich, so daß auch der Behälterboden leicht und schnell
überprüft bzw. gereinigt werden kann. Der nach der Erfindung ausgebildete
Heizkessel läßt sich somit äußerst leicht und in einfacher
Weise montieren bzw. demontieren und dementsprechend im Bedarfsfall
auch kostengünstig warten und reinigen.
Die einfache und schnelle Abnahme des Behälterdeckels wird
noch dadurch begünstigt, daß an der Unterseite des Deckels ein
Steckanschluß für den Eintritt der zurückzuführenden, umgewälzten
Wärmeträgerflüssigkeit vorgesehen ist.
Darüber hinaus gestattet die nach der Erfindung aufgezeigte
Ausgestaltung des Heizkessels einschließlich der Verwendung von
Kunststoff für viele Heizkesselbauteile eine kostengünstige Herstellung
bei geringem Gesamtgewicht.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In den beigefügten
Zeichnungen zeigen:
Das in Fig. 1 dargestellte bevorzugte Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Heizkessels hat einen aus Kunststoff hergestellten
Behälter 10 mit einer Umfangswand 12 und einem Boden
14. Der Behälter 10 ist mit einer als Wärmeträger dienenden Flüssigkeit
20 gefüllt, deren Spiegel mit Hilfe eines in geeigneter
Weise ausgebildeten Notüberlaufes 28 auf einem vorgegebenen oberen
Niveau 26 gehalten wird. Befindet sich der Flüssigkeitsspiegel
im Behälter 10 unter dem Niveau 26, kann gegebenenfalls anfallendes
Kondensat dem Behälter zugeführt werden. Andernfalls
kann das Kondensat über eine an sich bekannte Neutralisationsbox
abgeführt werden. Dies kann mit Hilfe geeigneter Steuerungen
und/oder Regelungen geschehen.
Das nach oben hin offene Ende des Behälters 10 ist mit
einem Deckel 30 abgeschlossen. In der Mitte des Deckels befindet
sich eine Durchführungsöffnung 32, an deren Rand ein in den
Zeichnungen nicht dargestellter Brenner angeflanscht werden kann.
Der Deckel 30 hat einen hohlen Innenraum 31 zur Aufnahme umgewälzter
Flüssigkeit aus dem Behälter 10 und an seiner Unterseite
eine als Steckanschluß ausgebildete Flüssigkeitseintrittsöffnung
36. Ferner sind in der gezeigten Weise im Boden des Deckels Auslauföffnungen
33 und 35 vorgesehen, aus denen die im Innenraum 31
des hohlen Deckels 30 eingetretene umgewälzte Flüssigkeit vorzugsweise
drucklos ausläuft. Hier können sich Prallplatten als
zweckmäßig erweisen.
Zum Abführen der abgekühlten und gereinigten Verbrennungsgase
ist im Deckel 30 eine Durchführungsöffnung 34 ausgebildet.
An der Unterseite des Deckels 30 ist noch ein zylinderförmiges
Führungsbauteil 38 befestigt, das zum Kanalisieren der aus
der Auslauföffnung 35 tretenden Flüssigkeit dient und auch noch
einen Anschlag für andere Bauteile bilden kann.
Vorteilhafterweise ist der Deckel 30 einschließlich der
oben beschriebenen Deckelausgestaltungen, soweit dies aus thermischen
und Stabilitätsgründen sowie herstellungstechnischen Gründen
möglich ist, aus Kunststoff in Form einer integrierten Deckeleinheit
hergestellt, die leicht an der Umfangswand 12 des
Behälters 10 montiert und wieder demontiert werden kann.
Ausgehend vom Deckel 30 ragt in den Behälter 10 ein Brennkammerrohr
40. Das Brennkammerrohr 40 weist an seinem obersten
Ende einen im Durchmesser verjüngten Rohrabschnitt 41 auf. Der
Rohrabschnitt 41 ist durch die Durchführungsöffnung 32 im Deckel
30 gesteckt und dient zur Aufnahme des Brennerrohres des am
Deckel 30 angeflanschten Brenners. Wie man es Fig. 1 entnehmen
kann, ist zwischen dem verjüngten Rohrabschnitt 41 des Brennkammerrohres
40 und dem Boden des Deckels 30 ein Ringspalt vorgesehen,
der die Auslauföffnung 35 bildet. Ferner ist das Brennkammerrohr
40 so angeordnet, daß zwischen einem an den verjüngten
Rohrabschnitt 41 angrenzenden radialen Wandabschnitt 48 des
Brennkammerrohres 40 und der Unterseite des Bodens des Deckels 30
ein Zwischenraum für die aus der ringförmigen Auslauföffnung 35
austretenden Flüssigkeit 24 vorgesehen ist. Aus demselben Grunde
umgibt das Führungsbauteil 38 des Deckels 30 die äußere Umfangswand
des Brennkammerrohres 40 mit einem Abstand.
Mit Abstand vom unteren Ende des zylinderförmigen Führungsbauteils
38 ist auf der Außenseite der Umfangswand des Brennkammerrohres
40 ein dachartiges inneres Führungsbauteil 42 fest
angebracht, das vorzugsweise nach unten leicht abgewinkelt ist.
Der Außenrand des umlaufenden inneren Führungsbauteils 42 geht
vorzugsweise in einen nach unten weisenden Steg 44 über, in dem
vorzugsweise gleichmäßig verteilte Durchtrittslöcher und/oder
Schlitze 46 vorgesehen sind. Vorzugsweise endet die untere Kante
des Stegs 44 in einem Abstand oberhalb des Flüssigkeitsspiegels
26. Vorteilhafterweise ist auf dem inneren Führungsbauteil 42
noch ein als Verbrennungsgasabgleicher dienendes Überhangbauteil
45 angeordnet, wie es in der linken Hälfte von Fig. 1 dargestellt
ist.
Das Brennkammerrohr 40 bildet eine "heiße Brennkammer" und
ist aus thermischen Gründen in seinem mittleren und unteren Bereich
vorzugsweise doppelwandig ausgebildet, wie es ebenfalls in
der linken Hälfte von Fig. 1 dargestellt ist. Das Brennkammerrohr
40 besteht einschließlich seiner oben beschriebenen Ausgestaltungen
aus Edelstahl oder einem damit vergleichbaren anderen hitze- und
korrosionsbeständigen Werkstoff.
Das im montierten Zustand in das Behälterinnere ragende
Brennkammerrohr 40 ist in der gezeigten Weise ringsum mit Abstand
von einem topfartigen Brennkammeraußenteil 50 umgeben, das als
separates Einzelbauteil im Flüssigkeitsbad 20 schwimmend gelagert
ist. Dieses eine "schwimmende Brennkammer" bildende Brennkammeraußenteil
50 wird beispielsweise durch lose anliegende seitliche
und vertikale Führungen in einer solchen Lage gehalten, daß
es in vertikaler Richtung frei verschiebbar ist, also mehr oder
weniger tief in das Flüssigkeitsbad 20 eintauchen kann, jedoch
niemals so tief, daß über einen oberen Rand 58 des Brennkammeraußenteils
50 Flüssigkeit 20 vom Behälterinneren in das Innere
des Brennkammeraußenteils 50 laufen kann. Ferner ist das Brennkammeraußenteil
derart geführt, daß es keine Seitwärts- und
Schlingerbewegungen ausführen und auch keine Schräglage einnehmen
kann. Vorzugsweise sind auch Drehbewegungen des Brennkammeraußenteils
50 um die eigene Längsachse ausgeschlossen.
Zum Bewerkstelligen der Führung des Brennkammeraußenteils
50 können beispielsweise an der Außenwand des Brennkammeraußenteils
50 ein oder mehrere um den Umfang verteilte Führungsnasen
51 angebracht sein, die mit dazu passenden einspringenden Führungen
zusammenarbeiten, welche unmittelbar oder mittelbar am Behälter
10 angebracht sind oder sich auf und/oder an dem Behälter 10
abstützen. Diesbezügliche Führungen können auch in einem ringförmigen
Wärmetauscher 80 vorgesehen sein, der in der gezeigten Weise
im Flüssigkeitsbad 20 angeordnet ist.
Wie es aus Fig. 1 hervorgeht, überdeckt das dachartige Führungsbauteil
42 des Brennkammerrohres 40 das nach oben hin offene
Brennkammeraußenteil 50, so daß die aus den Auslauföffnungen 33
und 35 des Deckels 30 austretende rückströmende Flüssigkeit 22
und 24 nicht in das Innere des Brennkammeraußenteils 50 gelangt.
In diesem Zusammenhang ist sicherzustellen, daß beim Starten und
Betrieb des Brenners das Brennkammeraußenteil 50 nicht so hoch
aufschwimmt, daß es durch das dachartige innere Führungsbauteil
42 abgeschlossen wird. Dies kann durch geeignete Anschläge oder
Begrenzer, aber auch durch entsprechende Steuermittel erreicht
werden. Diese Steuermittel sind vorzugsweise dann auch so ausgelegt,
daß während der Stillstandszeiten des Brenners das Brennkammeraußenteil
50 eine solche vertikale Lage einnimmt, daß es
durch das Führungsbauteil 42 abgeschlossen ist.
Die Umfangswand 52, 54 des Brennkammeraußenteils 50 ist
durch geeignete Maßnahmen großflächig ausgebildet, wie es beispielsweise
aus Fig. 2 hervorgeht. Es können auch Rippen oder
dergleichen vorgesehen sein, um die Wärmeübertragung zu fördern.
Gleichermaßen können auf der Außenseite des Brennkammerrohres 40
Rippen oder dergleichen ausgebildet sein. Der untere Abschnitt
oder Boden 56 des Brennkammeraußenteils 50 ist vorzugsweise in
Richtung nach unten verlängert und so ausgestaltet, daß die auf
ihn auftreffenden heißen Verbrennungsgase, die aus dem unteren
offenen Ende 43 des Brennkammerrohres 40 austreten, beruhigt werden
und in Seit- und Aufwärtsrichtung aus dem Brennraum in den im
wesentlichen ringförmigen Raum zwischen der Außenwand des Brennkammerrohres
40 und der Umfangswand 52, 54 des Brennkammeraußenteils
50 geleitet werden. Vorteilhafterweise ist der Boden 56 des
Brennkammeraußenteils 50 mit einem geeigneten Überhitzungs- und
Erosionsschutz 59 ausgelegt, bei dem es sich beispielsweise um
Schamotte oder dergleichen handeln kann. Vorzugsweise kann die
Temperaturübertragung des wannenartigen Bodens 56 durch außen
vorgesehene Stege verbessert werden.
Im übrigen ist das Brennkammeraußenteil 50 einschließlich
seiner oben beschriebenen Ausgestaltungen aus Edel- oder Spezialstahl
oder einem damit vergleichbaren anderen korrosions-, erosions- und hitzebeständigen Werkstoff hergestellt.
Ein nach oben und unten hin offenes, im wesentlichen
"trichterartiges" Bauteil 60 mit einem sich in Richtung auf den
Behälterboden 14 kegelförmig verjüngenden Abschnitt 62 umgibt in
der gezeigten Weise ringsum mit Abstand das die "heiße Brennkammer"
bildende Brennkammeraußenteil 50. Der obere Rand des im wesentlichen
zylinderförmigen oberen Bereichs des trichterartigen
Bauteils 60 endet in einem geringen Abstand unterhalb des Flüssigkeitsspiegels
26. Der kegelstumpfförmige Abschnitt 62 geht in
Richtung auf den Behälterboden 14 in einen ein Führungsrohr darstellenden
rohrförmigen Abschnitt 64 über. Abweichend von der
Darstellung nach Fig. 1 kann der rohrförmige Abschnitt 64 auch
entfallen oder in Form von mehreren Rohren ausgeführt werden.
Im Raum zwischen dem Brennkammeraußenteil 50 und dem
trichterartigen Bauteil 60 ist in der gezeigten Weise der bereits
angesprochene ringförmige Wärmetauscher 80 vorgesehen. Gleichermaßen
ist im Raum zwischen dem rohrförmigen Abschnitt 64 des Bauteils
60 und der Behälterumfangswand 12 ein ringförmiger Wärmetauscher
90 angeordnet. Dieser kann auch zusätzlich in dieser
oder anderer Form in den Wärmetauscher 80 integriert werden. Es
ist für den Fachmann augenscheinlich, daß anstelle eines einzelnen
Wärmetauschers auch jeweils mehrere Wärmetauscher in Abhängigkeit
vom Anwendungsfall vorgesehen sein können. Vorteilhafterweise
ist der Vorlauf des oberen Wärmetauschers unten, der
Rücklauf oben angeschlossen. Dasselbe gilt für einen zweiten zusätzlich
im Bauteil 60 integrierten Wärmetauscher. Für den außerhalb
des Behälters 60 installierten Wärmetauscher wäre der Vorlauf
oben, der Rücklauf unten anzuschließen. Dieser Wärmetauscher
kann separat, aber auch als Vorwärmung für den Wärmetauscher 80
verwendet werden.
Falls der Wärmetauscher zur Führung des Brennkammeraußenteils
50 herangezogen wird, besteht er vorzugsweise ebenfalls aus
Edelstahl oder dergleichen. Andernfalls können die Wärmetauscher
auch aus Kunststoff hergestellt sein.
Das trichterartige Bauteil 60 besteht vorteilhafterweise
ebenfalls aus Kunststoff und ist im Behälter 10 in einer vorgegebenen
Lage gehaltert. Es ist augenscheinlich, daß das Bauteil
60 ebenfalls zum Führen der "schwimmenden Brennkammer" herangezogen
werden kann.
Im unteren Bereich des Behälters 10 ist in der Mitte ein
nach oben hin trichterförmig aufgeweitetes Rohr 76 angeordnet, in
das das untere offene Ende 65 des rohrförmigen Abschnitts 64 des
Bauteils 60 in der gezeigten Weise mit Abstand hineinragt. Das
aufgeweitete Rohr 76 stellt einen Abzug für die umzuwälzende
Flüssigkeit dar und ist mit einer Rohrleitung 72 verbunden, die
zum Eintrittsende einer Umwälzpumpe 70 führt. Das Austrittsende
der Umwälzpumpe 70 ist über eine Rohrleitung 74 mit einem Steckanschluß
78 verbunden, der mit dem Steckanschluß 36 im Deckel 30
zusammenarbeitet. Durch Einstellen des Abstands zwischen dem unteren
offenen Ende 65 des rohrförmigen Abschnitts 64 und dem
trichterförmig aufgeweiteten Rohr 76 und/oder Verändern der Abmessungen
dieser Teile kann man sehr leicht die relativen Flüssigkeitsmengen
einstellen, die aus dem Innenraum des Bauteils 60
oder dem unteren Bereich des Behälters 10 zum Umwälzen und Kühlen
entnommen werden sollen. Dafür können auch andere Steuerungs- oder
Regelungsmittel verwendet werden. Zusätzlich oder alternativ
kann eine Regelung im Einlauf zwischen den Abschnitten 62 und 64
des Bauteils 60 durch Bi- oder Remembering-Metalle bewirkt werden.
Im oberen Bereich des Behälters 10 ist unterhalb der Auslauföffnungen
33 im Boden des Deckels 30 mit Abstand davon in der
gezeigten Weise eine Verteilervorrichtung 100 vorgesehen. Diese
Verteilervorrichtung besteht vorzugsweise aus mehreren aufeinander
gestapelten Ringblechen 102. In den einzelnen Ringblechen 102
sind gleichmäßig verteilte Durchtrittslöcher und/oder Schlitze
104 vorgesehen, um die herum das Material derart aufgebördelt
ist, daß sich zwischen den Löchern 104 nach oben hin offene Vertiefungen
in Form von Mulden 106 befinden. In diesem Zusammenhang
wird auch auf die Darstellung nach Fig. 3 verwiesen. Daraus geht
hervor, daß die Ringbleche derart winklig gegeneinander versetzt
sind, daß die Löcher 104 eines Ringbleches 102 den Mulden 106
eines jeweils benachbarten Ringbleches gegenüberstehen. Das unterste
Blech kann mit einem radial nach auswärts gerichteten
unteren Rand versehen sein. Die Vertiefung um die Durchlässe
herum kann auch vollflächig ausgeführt
werden. Die Anordnung verändert sich dadurch nicht.
Unterhalb der Verteilervorrichtung 100 ist vorzugsweise ein
dachförmiges äußeres Führungsbauteil 110 angeordnet. Das Führungsbauteil
110 erstreckt sich ausgehend von der Behälterwand 12
im wesentlichen horizontal nach innen. Der im wesentlichen horizontale
Abschnitt geht an seiner Außenseite in einen senkrechten
Steg 112 über, der sich auf einer mit der Behälterwand 12 verbundenen
Auflage 11 abstützt. Vorzugsweise überragt das obere Ende
des Stegs 112 den im wesentlichen horizontalen Abschnitt des Führungsbauteils
110 und stützt die Unterseite der Verteilervorrichtung
100 ab. Vorzugsweise ist der Innenrand des horizontalen Abschnitts
des Führungsbauteils 110 nach oben gekantet, so daß die
Oberseite des Führungsbauteils 110 eine umlaufende, ringförmige
Mulde bildet. Wie es aus Fig. 1 hervorgeht, erstreckt sich der
horizontale Abschnitt des äußeren Führungsbauteils 110 jeweils
mit einem Abstand von der Verteilervorrichtung 100, vom inneren
Führungsbauteil 42 und von dem zylinderförmigen Führungsbauteil
38.
Falls auf dem inneren Führungsbauteil 42 ein Überhangbauteil
45 angeordnet ist, ist am unteren Ende des Stegs 112 ein abgewinkeltes
Rückleitblech 114 vorgesehen, dessen Innenrand oberhalb
des Flüssigkeitsspiegels 26 im Bereich des Wärmetauschers 80
endet, wie es in der linken Hälfte von Fig. 1 dargestellt ist.
Die Verteilervorrichtung 100 und das äußere Führungsbauteil
110 sowie das Rückleitblech 114 können aus Edelstahl oder dergleichen,
aber auch aus Kunststoff hergestellt sein.
Wie es aus Fig. 1 hervorgeht, ist das bevorzugte Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Heizkessels derart ausgestaltet,
daß nach der Demontage des Deckels 30 die einzelnen Bauteile
des Heizkessels von oben frei zugänglich sind und aus dem Behälter
10 entnommen werden können. So können nach Entfernen des Deckels
30 die Ringbleche 102, das äußere Führungsbauteil 110 und
das Brennkammerrohr 40 entnommen werden. Das Brennkammeraußenteil
50 ist dann ebenfalls frei zugänglich und kann aus dem Behälter
herausgenommen werden. Entsprechendes gilt für den Wärmetauscher
80, das zylindrische bzw. tricherartige Bauteil 60 und den Wärmetauscher
90. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß sich für
einen Fachmann zahlreiche Möglichkeiten eröffnen, die genannten
einzelnen Bauteile im Behälter 10 anzubringen, zu haltern und zu
führen. So kann beispielsweise das Brennkammerrohr 40 an seinem
unteren Ende drei Beine haben, mit denen es sich vorzugsweise im
Ruhezustand auf dem Brennkammeraußenteil 50 abstützen kann. Auf
dem Behälterboden 14 können sich beispielsweise drei nach oben
laufende Schienen abstützen, die zur Führung des Brennkammeraußenteils
50 dienen. Alle in oder aus dem Behälter 10 geführten
Rohrleitungen können als leicht demontierbare Steckanschlüsse
ausgebildet sein.
Die Zugabe von geeigneten Chemikalien zur Neutralisation
und Rückhaltung von Schadstoffen kann in an sich bekannter Weise
erfolgen und braucht deshalb hier nicht beschrieben zu werden.
Dies gilt auch für die Neutralisation eines gegebenenfalls abzuführenden
Kondensats.
Zur Inbetriebnahme eines Heizkessels mit dem oben beschriebenen
bevorzugten Aufbau wird als erstes die Umwälzpumpe 70 eingeschaltet.
Ein im Umwälzkreis sitzender Sensor (nicht gezeigt)
gibt dann den Brenner (nicht gezeigt) frei.
Bei laufender Umwälzpumpe 70 wird über die Rohrleitung 72
Flüssigkeit aus dem Inneren des Behälters 10 abgezogen und
gleichzeitig über die Leitung 74, den hohlen Deckel 30 und die
Auslauföffnungen 33 und 35 dem Behälter 10 wieder zugeführt. Die
im Flüssigkeitsbad 20 angeordneten Bauteile des Heizkessels sind
derart ausgelegt und angeordnet, daß beim Umwälzen eine möglichst
gute geschichtete Durchmischung des gesamten Flüssigkeitsbades 20
erfolgt. Wie bereits erwähnt, sind das trichterförmige Rohr 76
und das untere Ende 65 des wahlweise vorgesehenen Führungsrohres
64 derart ausgebildet und dimensioniert, daß die relativen Flüssigkeitsmengen
eingestellt werden können, die beim Umwälzen den
vom Bauteil 60 umgebenen Raum und den zwischen dem Bauteil 60 und
der Umfangswand 12 des Behälters 10 begrenzten Raum durchströmen.
Da der weitaus größte Wärmeübergang in die Wärmeträgerflüssigkeit
20 im Bereich des Brennkammeraußenteils 50 erfolgt, könnte die
Gesamtanordnung vorteilhafterweise so ausgelegt sein, daß sich
zwischen dem Brennkammeraußenteil 50 und dem Bauteil 60 eine
beträchtlich größere Strömungsgeschwindigkeit als außerhalb des
Bauteils 60 einstellt. Durch entsprechende Ausgestaltung und
Abmessung ist auch dafür zu sorgen, daß insbesondere längs der
flächenmäßig vergrößerten Umfangswände 52, 54 des
Brennkammeraußenteils 50 ein rascher Abtransport der Wärme durch
die daran vorbeiströmende Wärmeträgerflüssigkeit 20 erfolgt. Da
andererseits die dem hohlen Deckel 30 zugeführte Flüssigkeit zum
Kühlen verwendet wird, mag es erwünscht sein, die Flüssigkeit dem
kühlsten Bereich des im Behälter befindlichen Flüssigkeitsbades
zu entnehmen.
Im Anschluß an die Zündung des Brenners treten die durch
den Verbrennungsvorgang erzeugten heißen Verbrennungsgase am offenen
unteren Ende 43 des Brennkammerrohres 40 aus. Sie werden
dann im Bereich des Bodens 56 des Brennkammeraußenteils 50 beruhigt
und seitwärts in Aufwärtsrichtung umgelenkt. Dabei kommen
die nach oben strömenden heißen Verbrennungsgase in innige Berührung
mit den flächenmäßig stark vergrößerten Umfangswänden 52 und
54 des Brennkammeraußenteils 50 und erfahren dort eine außerordentlich
hohe Abkühlung. Die beträchtlich abgekühlten Verbrennungsgase
werden dann von dem dachartigen Führungsbauteil 42 in
Richtung auf die Umfangswand 12 bzw. den Steg 44 umgelenkt. Die
auf diese Weise umgelenkten Verbrennungsgase strömen dann zum
einen durch die Löcher 46 im Steg 44 und zum anderen durch den
Zwischenraum zwischen der Unterkante des Stegs 44 und dem Flüssigkeitsspiegel
26 in einen vom äußeren Führungsbauteil 110 begrenzten
Raum. Hierbei kann das wahlweise vorgesehene Überhangbauteil
45 für eine noch bessere Verteilung der Verbrennungsgase
rund um den Umfang des Behälters 10 sorgen. Der dadurch erzeugte
zusätzliche Stau der Verbrennungsgase kann insbesondere dann von
Vorteil sein, wenn der Heizkessel bei der Aufstellung nicht genau
in die Waage gebracht worden ist.
Das äußere Führungsbauteil 110 lenkt die Verbrennungsgase
wieder einwärts und sie durchströmen dann in Aufwärtsrichtung die
Verteilervorrichtung 100 und gelangen in einen ringförmigen Raum
im obersten Bereich des Behälters 10. Auf dem Weg dorthin erfahren
die Verbrennungsgase eine weitere Abkühlung durch das innere
und äußere Führungsbauteil 42 und 110 und insbesondere beim
Durchströmen der Verteilervorrichtung 100.
Zudem werden die sich oberhalb der Verteilervorrichtung 100
ansammelnden Verbrennungsgase von der relativ kühlen Flüssigkeit
berieselt, die aus den Auslauföffnungen 33 des hohlen Deckels 30
austritt. Dieser Anteil der umgewälzten Flüssigkeit läuft mäanderförmig
durch die Verteilervorrichtung 100 und läuft dann direkt
oder über den im wesentlichen horizontalen Abschnitt des
Führungsbauteils 110 auf die Oberseite des inneren Führungsbauteils
42 und von dort über den Steg 44 bzw. das Überhangbauteil
45 und das Rückleitbauteil 114 in den Raum zwischen dem trichterartigen
Bauteil 60 und dem Brennkammeraußenteil 50, vorzugsweise
in den unmittelbaren Bereich des oder der Wärmetauscher.
Die in der oben beschriebenen Weise in das Flüssigkeitsbad
20 rückströmende Flüssigkeit kommt in innigste Berührung mit den
aufwärtsströmenden Verbrennungsgasen, die dadurch nicht nur gekühlt
werden, sondern auch die in ihnen enthaltenen Schadstoffe
an die herablaufende und herabrieselnde Flüssigkeit abgeben. Die
auf diese Weise gekühlten und gereinigten Verbrennungsgase werden
nun entweder direkt oder über einen Kondensator (Rauchgas/Frischluft-Vorwärmung)
durch die Durchgangsöffnung 34 im Deckel
30 nach außen abgeführt.
Zudem sorgt die in den hohlen Deckel 30 von der Umwälzpumpe
70 eingebrachte Flüssigkeit für eine außerordentlich effektive
Kühlung des kritischen obersten Bereiches des Brennkammerrohres
40. Der verjüngte Rohrabschnitt 41 des Brennkammerrohres 40 kommt
nämlich bereits innerhalb des hohlen Deckels 30 in direkte Berührung
mit einem Teil der rückströmenden Flüssigkeit, die über die
ringförmige Öffnung 35 aus dem hohlen Deckel 30 ausläuft und, wie
es bei 24 gezeigt ist, auf den radialen Wandabschnitt 48 des
Brennkammerrohres 40 läuft. Dieser Teil 24 der rückströmenden
Flüssigkeit wird dann durch das zylinderförmige, vorzugsweise
oben aufgeweitete Führungsbauteil 38 gezwungen, an der Außenwand
des Brennkammerrohres 40 nach unten zu laufen, bis dieser Flüssigkeitsanteil
von dem inneren Führungsbauteil 42 in Richtung
nach außen abgeleitet wird. Hierdurch kommt es unter Ausnahme des
mittleren und unteren Bereiches des Brennkammerrohres 40 zu der
erwünschten starken Abkühlung des obersten Bereiches des Brennkammerrohres
40.
Es sei noch darauf hingewiesen, daß das oben beschriebene
bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung auch Merkmale und
Kombinationen von Merkmalen offenbart, die voneinander unabhängige
erfinderische Aspekte aufzeigen und für sich alleine in vorteilhafter
Weise anwendbar sind. Entsprechendes gilt insbesondere
für die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale.
Claims (12)
- Heizkessel für flüssige, gasförmige und/oder staubförmige Brennstoffe, enthaltendeinen teilweise mit einer als Warmeträger dienenden Flüssigkeit (20) gefüllten Behälter (10),ein im Behälter nach unten ragendes Brennkammerrohr (40), aus dessen offenem unteren Ende (43) die von einem Brenner erzeugten heißen Verbrennungsgase austreten, undein nach oben hin offenes, bodenseitig geschlossenes Brennkammeraußenteil (50), in das das Brennkammerrohr (40) ringsum mit Abstand hineinragt und das die in Abwärtsrichtung aus dem Brennkammerrohr (40) austretenden heißen Verbrennungsgase aufnimmt und in Aufwärtsrichtung aus dem Brennraum ableitet,wobei das Brennkammeraußenteil (50) in dem im Behälter (10) vorhandenen Flüssigkeitsbad (20) schwimmend gelagert und dabei derart in Vertikalrichtung verschiebbar geführt ist, daß es zum Übertragen der durch die Verbrennung erzeugten Wärme in das im Behälter (10) vorhandene Flüssigkeitsbad unter Ausnahme eines an seinen oberen offenen Rand (58) angrenzenden Bereiches von der Flüssigkeit (20) umgeben ist.
- Heizkessel nach Anspruch 1, bei dem das Brennkammeraußenteil (50) zum Übertragen einer möglichst großen Wärmemenge und zum Bewirken einer damit einhergehenden möglichst starken Abkühlung der in Aufwärtsrichtung abgeleiteten Verbrennungsgase eine flächenmäßig stark vergrößerte Umfangswand (52, 54) hat.
- Heizkessel nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem zum Umwälzen der im Behälter (10) befindlichen Flüssigkeit (20) Mittel (70, 72, 74) vorgesehen sind, die bewirken, daß die Flüssigkeit (20) das Brennkammeraußenteil (50) in Abwärtsrichtung umströmt.
- Heizkessel nach Anspruch 3, bei dem zum Verstärken der Umströmung des Brennkammeraußenteils (50) ein nach oben und unten hin offenes, im wesentlichen zylindrisches, trichterartiges Bauteil (60) das im Flüssigkeitsbad (20) schwimmend gelagerte Brennkammeraußenteil (50) ringsum mit Abstand umgibt.
- Heizkessel nach Anspruch 3 oder 4, bei dem zwischen dem Brennkammeraußenteil (50) und dem trichterartigen Bauteil (60) ein vorzugsweise ringförmiger Wärmetauscher (80) im Behälter (10) angeordnet ist.
- Heizkessel nach Anspruch 4 oder 5, bei dem das untere offene Ende (65) des trichterartigen Bauteils (60) im unteren Bereich des Behälters (10) ringsum mit Abstand in ein nach oben hin vorzugsweise trichterförmig aufgeweitetes Rohr (76) zum Abziehen der umzuwälzenden Flüssigkeit 20 ragt.
- Heizkessel nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei dem die im unteren Bereich des Behälters (10) abgezogene umzuwälzende Flüssigkeit vorzugsweise von unten in das Innere (31) eines hohlen Deckels (30) des Behälters (10) eingeleitet wird, dessen Boden Auslauföffnungen (33, 35) für die umgewälzte Flüssigkeit aufweist.
- Heizkessel nach Anspruch 7, bei dem oberhalb des trichterartigen Bauteils (60) an der äußeren Umfangswand des Brennkammerrohres (40) ein umlaufendes, dachartiges inneres Führungsbauteil (42) angebracht ist, dessen Außendurchmesser wenigstens so groß wie derjenige des offenen oberen Randes (58) des Brennkammeraußenteils (50), jedoch vorzugsweise kleiner als derjenige des trichterartigen Bauteils (60) ist.
- Heizkessel nach Anspruch 8, bei dem oberhalb des dachartigen inneren Führungsbauteils (42) eine das Brennkammerrohr (40) ringförmig umgebende Verteilervorrichtung (100) für die rückströmende, umgewälzte Flüssigkeit und die aufwärtsströmenden Verbrennungsgase vorgesehen ist.
- Heizkessel nach Anspruch 9, bei dem oberhalb des inneren Führungsbauteils (42) und unterhalb der Verteilervorrichtung (100) mit radialem Abstand vom Brennkammerrohr (40) ein dachartiges äußeres Führungsbauteil (110) angeordnet ist, das die von dem inneren Führungsbauteil (42) auswärts umgelenkten Verbrennungsgase wieder einwärts umlenkt.
- Heizkessel nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im mittleren Bereich eines hohlen Behälterdeckels (30) für einen vorzugsweise im Durchmesser verjüngten oberen Rohrabschnitt (41) des Brennkammerrohres (40) eine Durchgangsöffnung (32) ausgebildet ist, die am Boden des Behälterdeckels (30) den verjüngten Rohrabschnitt (41) mit Abstand (35) zum Austritt eines Teils (24) der umgewälzten Behälterflüssigkeit umgibt.
- Heizkessel nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem nach Demontage eines Behälterdeckels (30) die einzelnen Bauteile des Heizkessels von oben her frei zugänglich aus dem Behälter (10) ohne Werkzeug entnehmbar sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP98104574A EP0942240A1 (de) | 1998-03-13 | 1998-03-13 | Heizkessel für flüssige, gasförmige und/oder staubförmige Brennstoffe |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP98104574A EP0942240A1 (de) | 1998-03-13 | 1998-03-13 | Heizkessel für flüssige, gasförmige und/oder staubförmige Brennstoffe |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EP0942240A1 true EP0942240A1 (de) | 1999-09-15 |
Family
ID=8231583
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP98104574A Withdrawn EP0942240A1 (de) | 1998-03-13 | 1998-03-13 | Heizkessel für flüssige, gasförmige und/oder staubförmige Brennstoffe |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0942240A1 (de) |
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- 1998-03-13 EP EP98104574A patent/EP0942240A1/de not_active Withdrawn
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