EP1002993B1 - Kessel für flüssige Brennstoffe - Google Patents

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EP1002993B1
EP1002993B1 EP19990890351 EP99890351A EP1002993B1 EP 1002993 B1 EP1002993 B1 EP 1002993B1 EP 19990890351 EP19990890351 EP 19990890351 EP 99890351 A EP99890351 A EP 99890351A EP 1002993 B1 EP1002993 B1 EP 1002993B1
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EP
European Patent Office
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heating surface
boiler
heating
boiler according
flame generator
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP19990890351
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English (en)
French (fr)
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EP1002993A3 (de
EP1002993A2 (de
Inventor
Josef Goiginger
Anton Kreuleder
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WINDHAGER ZENTRALHEIZUNG AG
Original Assignee
WINDHAGER ZENTRALHEIZUNG AG
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Priority to AT99890351T priority patent/ATE232948T1/de
Publication of EP1002993A2 publication Critical patent/EP1002993A2/de
Publication of EP1002993A3 publication Critical patent/EP1002993A3/de
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Publication of EP1002993B1 publication Critical patent/EP1002993B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C5/00—Disposition of burners with respect to the combustion chamber or to one another; Mounting of burners in combustion apparatus
    • F23C5/02—Structural details of mounting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/04—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying action being obtained by centrifugal action
    • F23D11/08—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying action being obtained by centrifugal action using a vertical shaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M9/00—Baffles or deflectors for air or combustion products; Flame shields
    • F23M9/06—Baffles or deflectors for air or combustion products; Flame shields in fire-boxes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/22—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating
    • F24H1/24—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers
    • F24H1/26—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers the water mantle forming an integral body
    • F24H1/28—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers the water mantle forming an integral body including one or more furnace or fire tubes
    • F24H1/282—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 flue gas passages built-up by coaxial water mantles
    • 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
    • F24H1/48—Water heaters for central heating incorporating heaters for domestic water
    • F24H1/50—Water heaters for central heating incorporating heaters for domestic water incorporating domestic water tanks

Definitions

  • the present invention relates to a boiler for liquid fuels with a Burner, heating surfaces and a flue gas outlet according to the Claim 1.
  • Boilers are known in which vertically arranged cylindrical heating surfaces are provided. Such boilers are operated with evaporator burners, which are arranged below the heating surfaces in their own combustion chamber are. The combustion air is introduced by a fan provided for this purpose. Between the combustion chamber and the one enclosed by the heating surfaces An annular guide member is arranged in space. With such a The heat is transferred from the flames or flue gas to the boiler Heating surfaces primarily by gas radiation and is therefore of moderate efficiency. Furthermore, with such boilers, at least at certain operating points Form areas in which there is no flow, so that the Heat transfer on the heating surfaces is further deteriorated.
  • boilers are known in which fuels before ignition and before actual start of combustion within a hollow body, a so-called Flame generator, mixed in gaseous state with combustion air are and exit through openings in this flame generator to be ignited and get burned.
  • DE 42 25 749 A relates to an evaporation burner. With this burner fuel is vaporized in a porous body and into a cylindrical one Mixing tube introduced. The mixing with the combustion air takes place in this mixing tube. A cylindrical body is concentric outside the mixing tube Redirection of the flames arranged. A boiler with heating surfaces or the like is in not described in this document.
  • EP 0 233 330 A discloses a boiler with a pressure atomizing burner with a nozzle that creates flames in the combustion chamber.
  • a flame producer that is, a component within which there is a combustible mixture, that burns outside of it is not disclosed in this document, i.e. that this boiler is fundamentally different in design from the object of the present invention.
  • EP 0 347 797 A also relates to a pressure atomizing burner which is horizontal in a boiler is installed.
  • EP 0 233 330 A it is noted that premix burners are usually only used for vertical installation work satisfactorily because of a homogeneous flame formation cannot be done with horizontal installation.
  • the object of the present invention is the boiler described above to further develop that efficient heat transfer to the heating surfaces and thus high efficiency is achieved. Furthermore, the exhaust emissions, in particular nitrogen oxide emissions can be reduced. By achieving one high performance should allow a small installation space with high performance become. At the same time, maintenance and repair work should be easy and be possible without any problems.
  • the particularly advantageous solution of the invention is mainly achieved by that the essential part of the burner, namely the flame generator is located within the space enclosed by the heating surface.
  • the heat transfer can not only by convection and gas radiation but also done by solid state radiation, resulting in a significantly higher efficiency leads.
  • the premix burner is located below the flame generator is arranged, and detachable with a part containing the heating surfaces of the boiler is connected.
  • the boiler according to the invention easy to dismantle to carry out inspection and maintenance work, so that the maintenance effort can be reduced.
  • the performance of the boiler according to the invention can thereby be improved be that a guide body is provided above the flame generator is formed essentially concentrically with the flame generator. By the narrowing of the cross section according to the guide body will accelerate the Flue gas flow reached, so that an improved heat transfer to the Heating surfaces can be reached.
  • a particular improvement in the flue gas flow can be achieved that a deflecting body is provided above the first heating surface, and that a further heating surface is arranged radially outside the first heating surface is. In this way it is caused that the flue gases initially on the inside of the first heating surface flow up over the top of the first Heating surface are deflected and continue on the outside of this heating surface stream.
  • the speed can be reduced by suitably designed flow baffles the flow can be adjusted so that an optimal heat transfer is possible.
  • a heating return in the upper area of the first heating surface flows tangentially. It is particularly preferred if the Heating return a main inflow opening in the first heating surface and a secondary inflow opening in a further heating surface outside the first Heating surface is arranged.
  • the heating return usually introduced in the lower part of the boiler.
  • the Boilers of the construction according to the invention would, however, in certain Operating conditions lead to the formation of condensates. When initiating the Returning to the top of the boiler can cause condensation in all Operating conditions can be safely avoided.
  • heating circuits are served by one boiler, for example a heating circuit for underfloor heating and another Heating circuit for radiators.
  • Such heating circuits must be on a clearly different one Temperature level can be regulated independently of one another.
  • a mutual one Influencing can largely be ruled out by the fact that preferably the heating return a first return and another Return, which before entering the heating surface in the first return is introduced like a nozzle.
  • a further preferred embodiment variant of the invention provides that the first heating surface is designed as a cylindrical body on the outside is washed by boiler water, and that reheating surfaces are tubular above the first heating surface are arranged.
  • Such a structure is particularly suitable for compact, wall-hung central heating boiler with or without an integrated Water heater. With such a solution, the vertical installation position in be advantageously used. Because such wall boilers primarily in the living area installed, come the special advantages of pre-evaporating Premix burner especially in terms of low noise emissions to carry.
  • the boiler according to the invention consists of a frame 1 on which a premix burner is arranged, which consists of an evaporator unit 2 and one above arranged cylindrical flame generator 4 there.
  • the evaporator unit 2 is via an air supply line 3 with combustion air and a Fuel line, not shown, supplied with a liquid fuel.
  • a flange plate 6 is arranged in the upper section of the frame 1.
  • a seal is designated 9.
  • FIGS. 2 and 3 is a preferred embodiment of the releasable connection between the frame 1 and the upper part 5 of the boiler shown.
  • the flange plate 6 attached in the manner of a bayonet lock on part 5 of the boiler become.
  • a seal that is not visible in FIGS. 2 and 3 is in a groove in the lower one Section of part 5 inserted.
  • a locking screw 10 serves to to generate the necessary contact pressure, and an unintentional loosening of the To prevent burner.
  • a first heating surface 11 is provided, which is essentially is cylindrical and concentric with the flame generator 4th is arranged. Above the flame generator 4 is on the first heating surface 11 a guide body 12 is arranged, which is also cylindrical and arranged concentrically to the flame generator 4 and the first heating surface 11 is.
  • the guide body 12 is made of a heat-resistant and insulating material manufactured.
  • Radially outside and concentric to the first heating surface 11 is one further heating surface 13 arranged upwards through a deflecting body 14 is complete.
  • Flow baffles 16 arranged on the outer circumference of the further heating surface 13, a flue gas vent 17 is attached.
  • the structure described above achieves the following function.
  • the end the evaporator unit 2 flowing fuel-air mixture is in the Flame generator 4 completely evaporated and released to the outside and burned.
  • the flue gases initially flow along the arrow 18 along the Inner surface of the first heating surface 11 upwards.
  • the deflecting body 14 deflects the flow towards the outside, so that this in the gap 15 between the first heating surface 11 and the other Heating surface 13 flows down.
  • the upper deflector 14 is removable at the top of the other Heating surface 13 arranged.
  • the baffles 16 force the flue gases to one up and down flow movement along the circumference of the heating surfaces 11, 13.
  • the Boiler according to the present invention can be used both as a condensation boiler as well as a conventional low-temperature boiler.
  • the heating surfaces in the flue gas path are dimensioned so generously and made of corrosion-resistant material, so that condensation of the flue gas can be brought about, whereby the heat of condensation of the in the exhaust gases contained water is exploited. This will make the Fuel contained energy used up to almost the calorific value.
  • the emerging Condensate is discharged at the lowest point of the flue gas path 18. In such a case, the heating return is initiated at a low level Point of the heating surface. This ensures that the flue gases in the last part brought their flow path to the lowest possible temperature level so that a high degree of efficiency is achieved.
  • the heating return has a first return connection 20 and another Return connection 21.
  • These return connections 20, 21 are for example assigned to a floor heating circuit and a radiator heating circuit.
  • the first Return is designed as a nozzle 22, around which an annular space 23 is concentric is arranged.
  • the further return 21 opens into this annular space 23. In this way it is possible to use the circulation pumps for both heating circuits Arrange return, with a mutual influence of the two heating circuits is largely avoided.
  • the united passes through a manifold 24 Return into a flow tube 25.
  • the flow tube 25 opens in the first heating surface 11. From FIG. 5 it can be seen that the opening 26 of the Flow tube 25 is chamfered so that the backflow Heating medium has a tangential speed component along the Arrow 27 is granted.
  • a boiler connector 29 envelops the flow tube 25. This configuration ensures that that the majority of the returned heating medium in the first heating surface 11 is introduced.
  • a welded steel plate 33 in the area of The confluence of the flow tube 25 increases the thermal resistance and also prevents the occurrence of cold areas on the boiler wall, that could lead to condensation.
  • Concentric a heating surface 11 is arranged for the flame generator 4.
  • the heating surface 11 is closed at its top with a plate 31.
  • reheating surfaces 32 are guided vertically upwards.
  • flow obstacles bent in sheet metal used in a manner known per se, which extend the flow paths of the flue gases, to bring about an improved heat transfer.
  • These missions are also referred to as turbolators 33.
  • a Service water tank 34 arranged. All of these components are in common Tub 35 arranged, the intermediate space 36 with heating medium is filled. Insulation 37 prevents excessive heat loss.
  • the evaporator unit 2 of the burner is arranged below the tub 35, and can, as in the embodiment described above, easily be expanded downwards.
  • the combustion air is at 38 either supplied from the environment or from a corresponding pipeline.
  • the Flue gas connection is designated 39.
  • a premix burner is shown partially schematically in FIG. 7.
  • a flame holder 4 On a Evaporator unit 2 is a flame holder 4, which has a variety of Has openings 40 in a network or grid-like structure.
  • the interior 41 of the evaporator unit 2 is connected to the flame holder 4 via openings 42 in connection.
  • Atomizer cup 45 On a shaft 43, which protrudes through an opening 44 into the interior 41, is a Atomizer cup 45 attached upwards through an atomizer plate 46 is covered. Atomizer blades 47, which also rotate with the shaft 43, cause a further swirling of the fuel, which is via a line 48 is introduced into the atomizer cup 45, and upwards from this exit.
  • the combustion air is supplied by a fan, not shown, which can also be driven by the shaft 43 via the opening 44 in the Blown interior 41. This ensures that through the openings 42 a finely divided fuel-air mixture is guided.
  • the burner according to the invention enables a very uniform temperature distribution be achieved so that high performance can be achieved and at the same time the nitrogen oxide emission can be reduced.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kessel für flüssige Brennstoffe mit einem Brenner, Heizflächen und einem Rauchgasabzug gemäß dem Patentanspruch 1.
Es sind Kessel bekannt, bei denen senkrecht angeordnete zylindrische Heizflächen vorgesehen sind. Solche Heizkessel werden mit Verdampferbrennern betrieben, die unterhalb der Heizflächen in einem eigenen Brennraum angeordnet sind. Die Verbrennungsluft wird durch ein dafür vorgesehenes Gebläse eingebracht. Zwischen dem Brennraum und dem durch die Heizflächen eingeschlossenen Raum ist dabei ein ringförmiges Leitglied angeordnet. Bei einem solchen Kessel erfolgt der Wärmeübergang von den Flammen bzw. dem Rauchgas auf die Heizflächen primär durch Gasstrahlung und ist daher von mäßiger Effizienz. Weiters können sich bei solchen Kesseln zumindest in bestimmten Betriebspunkten Bereiche ausbilden, in denen keine Strömung vorliegt, so dass der Wärmeübergang an den Heizflächen weiter verschlechtert wird.
Andere Heizkessel werden mit Druckzerstäuberbrennern betrieben, welche vorne am Kessel angebracht sind, wobei mit Hilfe der hohen Ölzerstäubungs- und Gebläsedynamik eine zwangsweise horizontale Flammenentwicklung entsteht. Weiters ist es bekannt, Druckzerstäuberbrenner so anzuordnen, dass eine vertikale Flammenausbildung von oben nach unten erreicht wird.
Ferner sind Kessel bekannt, bei denen Brennstoffe vor der Zündung und vor dem eigentlichen Verbrennungsbeginn innerhalb eines Hohlkörpers, einem sogenannten Flammenerzeuger, in gasförmigem Zustand mit Verbrennungsluft vermischt werden und über Öffnungen in diesem Flammenerzeuger austreten, um gezündet und verbrannt zu werden.
Die DE 42 25 749 A betrifft einen Verdampfungsbrenner. Bei diesem Brenner wird Brennstoff in einem porösen Körper verdampft und in ein zylindrisches Mischrohr eingeführt. In diesem Mischrohr erfolgt die Mischung mit der Verbrennungsluft. Konzentrisch außerhalb des Mischrohrs ist ein zylindrischer Körper zur Umlenkung der Flammen angeordnet. Ein Kessel mit Heizflächen od. dgl. ist in diesem Dokument nicht beschrieben.
Die EP 0 233 330 A offenbart einen Heizkessel mit einem Druckzerstäuberbrenner mit einer Düse, die in der Brennkammer Flammen erzeugt. Ein Flammenerzeuger, das heißt ein Bauteil, innerhalb dessen brennfähiges Gemisch vorliegt, das außerhalb dessen verbrennt, ist in diesem Dokument nicht offenbart, d.h. dass dieser Kessel in seiner Bauart grundsätzlich verschieden von dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist. Die Notwendigkeit einer Hochdruckzerstäubung mittels Druckluft zwischen 20 und 200 mbar lässt bei dem bekannten Kessel den Einsatz anderer Brenner nicht zu, ohne Regelbarkeit und Schadstoffarmut zu verschlechtern.
Auch die EP 0 347 797 A betrifft einen Druckzerstäuberbrenner, der horizontal in einen Heizkessel eingebaut ist. Auch hier das oben zu der EP 0 233 330 A Gesagte. Im übrigen wird angemerkt, dass Vormischbrenner üblicherweise nur bei vertikalem Einbau befriedigend arbeiten, da eine homogene Flammenausbildung bei horizontalem Einbau nicht erfolgen kann.
Die DE 42 25 749 A zeigt einen Verdampfungsbrenner. Wie dieser in den Heizkessel eingebaut ist, ist in dieser Druckschrift nicht beschrieben. Ähnliches gilt auch für die JP 61-099010 A. Aus der EP 0 745 805 A ist letztlich ein Heizkessel bekannt, der hinsichtlich der Leistungsfähigkeit und Abgasemission ebenfalls eingeschränkt ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den oben beschriebenen Kessel so weiterzubilden, dass ein effizienter Wärmeübergang an den Heizflächen und damit ein hoher Wirkungsgrad erreicht wird. Weiters sollen die Abgasemissionen, insbesondere die Stickoxidemissionen, verringert werden. Durch Erreichung einer hohen Leistungsfähigkeit soll ein kleiner Bauraum bei großer Leistung ermöglicht werden. Gleichzeitig sollen Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten leicht und unproblematisch möglich sein.
Dies wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.
Wichtig bei der vorliegenden Erfindung ist, dass Brennstoff und Luft nicht erst in einem zylindrischen Mischrohr sondern schon in der Verdampfereinheit vermischt werden, und bereits in vermischtem Zustand in den Flammenerzeuger eingeführt werden. Dieser ist somit nicht mit dem Mischrohr des vorveröffentlichten Brenners vergleichbar. Bei einem Vormischbrenner im Sinne der Erfindung wird der Brennstoff, der mit der Luft vermischt ist, über Öffnungen in den Brennraum abgegeben. Wesentlich dabei ist, dass im Inneren des Flammenerzeugers Temperaturen unterhalb der Zündtemperatur des brennfähigen Gemisches vorliegen. Außerdem muss die Strömungsgeschwindigkeit des Gemischs beim Durchtritt durch die Öffnungen des Flammenerzeugers größer sein als die Brenngeschwindigkeit, um einen Rückbrand zu vermeiden.
In weiterer Folge ist es für die Erfindung wesentlich, in welcher Relation der Flammenerzeuger zu den Heizflächen angeordnet ist. Eine kompakte Bauweise kann dabei nur durch die erfindungsgemäße Anordnung erreicht werden. Es ist auch eine sehr gleichmäßige Ausströmung des brennfähigen Gemischs aus dem Flammenerzeuger erforderlich, was in der Praxis nur durch einen Vormischbrenner erreichbar ist.
Die besonders vorteilhafte Lösung der Erfindung wird hauptsächlich dadurch erreicht, dass sich der wesentliche Teil des Brenners, nämlich der Flammenerzeuger innerhalb des von der Heizfläche umschlossenen Raumes befindet. Dadurch kann der Wärmeübergang nicht nur durch Konvektion und Gasstrahlung sondern auch durch Festkörperstrahlung erfolgen, was zu einer deutlich höheren Effizienz führt.
Besonders günstig ist es, wenn der Vormischbrenner unterhalb des Flammenerzeugers angeordnet ist, und lösbar mit einem die Heizflächen enthaltenden Teil des Kessels verbunden ist. Auf diese Weise ist der erfindungsgemäße Kessel leicht demontierbar, um Inspektions- und Wartungsarbeiten durchführen zu können, so dass der Wartungsaufwand verringert werden kann.
Die Leistungsfähigkeit des erfindungsgemäßen Kessels kann dadurch verbessert werden, dass oberhalb des Flammenerzeugers ein Leitkörper vorgesehen ist, der im wesentlichen konzentrisch mit dem Flammenerzeuger ausgebildet ist. Durch die Querschnittsverengung zufolge des Leitkörpers wird eine Beschleunigung der Rauchgasströmung erreicht, so dass ein verbesserter Wärmeübergang an den Heizflächen erreicht werden kann.
Eine besondere Verbesserung der Rauchgasführung kann dadurch erreicht werden, dass oberhalb der ersten Heizfläche ein Umlenkkörper vorgesehen ist, und dass radial außerhalb der ersten Heizfläche eine weitere Heizfläche angeordnet ist. Auf diese Weise wird bewirkt, dass die Rauchgase zunächst an der Innenseite der ersten Heizfläche nach oben strömen, über den oberen Rand der ersten Heizfläche umgelenkt werden und weiter an der Außenseite dieser Heizfläche strömen. Durch geeignet ausgebildete Strömungsleitbleche kann die Geschwindigkeit der Strömung so eingestellt werden, dass ein optimaler Wärmeübergang möglich ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Heizungsrücklauf im oberen Bereich der ersten Heizfläche vorzugsweise tangential einmündet. Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn der Heizungsrücklauf eine Haupteinströmöffnung in die erste Heizfläche und eine Nebeneinströmöffnung in eine weiter Heizfläche aufweist, die außerhalb der ersten Heizfläche angeordnet ist. Bei herkömmlichen Kesselaufbauten wird der Heizungsrücklauf üblicherweise im unteren Bereich des Kessels eingeführt. Bei einem Kessel des erfindungsgemäßen Aufbaus würde dies jedoch in bestimmten Betriebsbedingungen zur Bildung von Kondensaten führen. Bei der Einleitung des Rücklaufs in den oberen Bereich des Kessels kann eine Kondensation in allen Betriebszuständen sicher vermieden werden. Insbesondere günstig ist dabei die Erzeugung einer tangentialen Geschwindigkeitskomponente des rückgeführten Kesselwassers, um eine örtliche Unterkühlung zu vermelden. Indem die Hauptmenge des Rücklaufs in die innere Heizfläche eingebracht wird, wird die Gefahr einer Unterkühlung dadurch zusätzlich minimiert, dass hier die Heizflächenbeaufschlagung besonders groß ist.
In vielen Fällen werden durch einen Kessel zwei unterschiedliche Heizkreise bedient, beispielsweise ein Heizkreis für eine Fußbodenheizung und ein weiterer Heizkreis für Radiatoren. Solche Heizkreise müssen auf einem deutlich unterschiedlichen Temperaturniveau unabhängig voneinander regelbar sein. Eine gegenseitige Beeinflussung kann dadurch weitgehend ausgeschlossen werden, dass vorzugsweise der Heizungsrücklauf einen ersten Rücklauf und einen weiteren Rücklauf aufweist, der vor dem Eintritt in die Heizfläche in den ersten Rücklauf düsenartig eingeführt ist.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass die erste Heizfläche als zylindrischer Körper ausgeführt ist, der an seiner Außenseite von Kesselwasser umspült ist, und dass Nachheizflächen rohrförmig oberhalb der ersten Heizfläche angeordnet sind. Ein solcher Aufbau eignet sich besonders für kompakte, wandhängende Zentralheizungskessel mit oder ohne integriertem Brauchwasserbereiter. Bei einer solchen Lösung kann die vertikale Einbaulage in vorteilhafter Weise ausgenützt werden. Da solche Wandkessel primär im Wohnbereich installiert werden, kommen die besonderen Vorteile des vorverdampfenden Vormischbrenners in Bezug auf die geringe Geräuschemission besonders zum Tragen.
In der Folge wird die Erfindung anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen;
Fig. 1
einen schematischen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Kessel;
Fig. 2
eine teilweise axonometrische Darstellung, die die Befestigung des Brenners zeigt, wobei Kessel und Brenner getrennt sind;
Fig. 3
eine Darstellung entsprechend Fig. 2 in zusammengebautem Zustand;
Fig. 4
einen teilweisen Schnitt im Bereich der Einmündung des Rücklaufs nach Linie IV-IV in Fig. 5;
Fig. 5
einen Schnitt nach Linie V-V in Fig. 4;
Fig. 6
einen Schnitt einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung; und
Fig. 7
schematisch ein Detail eines Vormischbrenners im Schnitt.
Der erfindungsgemäße Kessel besteht aus einem Gestell 1, an dem ein Vormischbrenner angeordnet ist, der aus einer Verdampfereinheit 2 und einem darüber angeordneten zylindrischen Flammenerzeuger 4 besteht. Die Verdampfereinheit 2 wird über eine Luftzufuhrleitung 3 mit Verbrennungsluft und über eine nicht dargestellte Brennstoffleitung mit einem flüssigen Brennstoff versorgt. Im oberen Abschnitt des Gestells 1 ist eine Flanschplatte 6 angeordnet. Eine Dichtung ist mit 9 bezeichnet.
In den Fig. 2 und 3 ist eine bevorzugte Ausführung der lösbaren Verbindung zwischen dem Gestell 1 und dem oberen Teil 5 des Kessels dargestellt. An der Flanschplatte 6 sind Anpresshaken 7 befestigt, die mit Auflaufstücken 8 in Eingriff bringbar sind, die am Kessel 5 befestigt sind. Dadurch kann. die Flanschplatte 6 in der Art eines Bajonettverschlusses am Teil 5 des Kessels befestigt werden. Eine in den Fig. 2 und 3 nicht sichtbare Dichtung ist in einer Nut im unteren Abschnitt des Teils 5 eingelegt. Eine Sicherungsschraube 10 dient dazu, den nötigen Anpressdruck zu erzeugen, und ein unbeabsichtigtes Lösen des Brenners zu verhindern.
Im oberen Teil 5 des Kessels ist eine erste Heizfläche 11 vorgesehen, die im wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und konzentrisch zum Flammenerzeuger 4 angeordnet ist. Oberhalb des Flammenerzeugers 4 ist an der ersten Heizfläche 11 ein Leitkörper 12 angeordnet, der ebenfalls zylindrisch ausgebildet ist und konzentrisch zum Flammenerzeuger 4 und zur ersten Heizfläche 11 angeordnet ist. Der Leitkörper 12 ist aus einem hitzebeständigen und isolierenden Material hergestellt. Radial außerhalb und konzentrisch zur ersten Heizfläche 11 ist eine weitere Heizfläche 13 angeordnet, die nach oben hin durch einen Umlenkkörper 14 abgeschlossen ist. In dem Spalt 15 zwischen den Heizflächen 11 und 13 sind Strömungsleitbleche 16 angeordnet. Am äußeren Umfang der weiteren Heizfläche 13 ist ein Rauchgasabzug 17 befestigt.
Durch den oben beschriebenen Aufbau wird folgende Funktion erreicht. Das aus dem Verdampfereinheit 2 ausströmende Brennstoff-Luftgemisch wird in dem Flammenerzeuger 4 vollständig verdampft und nach außen hin abgegeben und verbrannt. Die Rauchgase strömen entlang des Pfeils 18 zunächst entlang der Innenfläche der ersten Heizfläche 11 nach oben. Durch den Leitkörper 12 wird eine Verengung des Strömungsquerschnittes und eine Beschleunigung der Strömung erreicht. Der Umlenkkörper 14 lenkt die Strömung nach außen hin um, so dass diese in den Spalt 15 zwischen der ersten Heizfläche 11 und der weiteren Heizfläche 13 nach unten strömt. Zur Erleichterung von Service- und Wartungsarbeiten ist der obere Umlenkkörper 14 abnehmbar am oberen Rand der weiteren Heizfläche 13 angeordnet. Die Leitbleche 16 zwingen die Rauchgase zu einer auf- und abgehenden Strömungsbewegung entlang des Umfangs der Heizflächen 11, 13. Letztlich strömen die Rauchgase durch den Rauchgasabzug 17 aus. Der Heizkessel gemäß der vorliegenden Erfindung kann dabei sowohl als Kondensationskessel als auch als herkömmlicher Niedertemperaturkessel betrieben werden. Im ersten Fall sind die Heizflächen im Rauchgasweg so großzügig dimensioniert und aus korrosionsfestem Material, so dass eine Kondensation des Rauchgases herbeigeführt werden kann, wodurch auch die Kondensationswärme des in den Abgasen enthaltenen Wassers ausgenutzt wird. Dadurch wird die in dem Brennstoff enthaltene Energie bis nahezu an den Brennwert genutzt. Das entstehende Kondensat wird am untersten Punkt des Rauchgasweges 18 abgeleitet. In einem solchen Fall erfolgt die Einleitung des Heizungsrücklaufes an einem tiefen Punkt der Heizfläche. Dadurch wird erreicht, dass die Rauchgase im letzten Teil ihres Strömungsweges auf ein möglichst niederes Temperaturniveau gebracht werden, so dass ein hoher Wirkungsgrad erzielt wird.
Die Fig. 4 und 5 zeigen den detaillierten Aufbau der Einmündung des Rücklaufs in dem Fall eines Kessels, bei dem eine Kondensation vermieden wird. Ein solcher Kessel ist einfacher und kostengünstiger herzustellen als ein Kondensationskessel..
Der Heizungsrücklauf besitzt einen ersten Rücklaufanschluss 20 und einen weiteren Rücklaufanschluss 21. Diese Rücklaufanschlüsse 20, 21 sind beispielsweise einem Fußbodenheizkreis und einem Radiatorheizkreis zugeordnet. Der erste Rücklauf ist als Düse 22 ausgebildet, um die herum ein Ringraum 23 konzentrisch angeordnet ist. Der weitere Rücklauf 21 mündet in diesen Ringraum 23. Auf diese Weise ist es möglich, die Umwälzpumpen für beide Heizkreise im Rücklauf anzuordnen, wobei eine gegenseitige Beeinflussung der beiden Heizkreise weitestgehend vermieden wird. Über einen Krümmer 24 gelangt der vereinigte Rücklauf in ein Strömungsrohr 25. Das Strömungsrohr 25 öffnet sich in die erste Heizfläche 11. Aus der Fig. 5 ist ersichtlich, dass die Öffnung 26 des Strömungsrohres 25 abgeschrägt ausgebildet ist, so dass dem rückströmenden Heizungsmedium eine tangentiale Geschwindigkeitskomponente entlang des Pfeils 27 erteilt wird. Über eine kleinere Öffnung 28 wird ein kleinerer Teil des Rücklaufsmediums in die weiteren Heizflächen 13 eingeführt. Ein Kesselverbinder 29 umhüllt das Strömungsrohr 25. Durch diese Ausbildung wird sichergestellt, dass die Hauptmenge des rückgeführten Heizungsmediums in die erste Heizfläche 11 eingebracht wird. Eine aufgeschweißte Stahlplatte 33 im Bereich der Einmündung des Strömungsrohrs 25 erhöht den Wärmedurchgangswiderstand und verhindert zusätzlich das Auftreten von kalten Bereichen an der Kesselwandung, die zu einer Kondensation führen könnten.
In der Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung dargestellt. Konzentrisch zum Flammenerzeuger 4 ist eine Heizfläche 11 angeordnet. Die Heizfläche 11 ist an ihrer Oberseite mit einer Platte 31 abgeschlossen. Ausgehend von dieser Platte 31 sind Nachheizflächen 32 senkrecht nach oben geführt. In dem Inneren der Nachheizflächen sind aus Blech gebogene Strömungshindernisse in an sich bekannter Weise eingesetzt, die die Strömungswege der Rauchgase verlängern, um einen verbesserten Wärmeübergang zu bewirken. Diese Einsätze werden auch als Turbolatoren 33 bezeichnet. Neben diesen Bauteilen ist ein Brauchwasserbehälter 34 angeordnet. Alle diese Bauteile sind in einer gemeinsamen Wanne 35 angeordnet, wobei der zwischenliegende Freiraum 36 mit Heizungsmedium gefüllt ist. Eine Isolierung 37 verhindert übermäßige Wärmeverluste. Die Verdampfereinheit 2 des Brenners ist unterhalb der Wanne 35 angeordnet, und kann, wie bei der oben beschriebenen Ausführungsvariante, leicht nach unten hin ausgebaut werden. Die Verbrennungsluft wird bei 38 entweder aus der Umgebung oder aus einer entsprechenden Rohrleitung zugeführt. Der Rauchgasanschluss ist mit 39 bezeichnet. Bei dieser Ausführungsvariante kommen die besonderen Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung besonders zum Tragen.
In der Fig. 7 ist ein Vormischbrenner teilweise schematisch dargestellt. Auf einer Verdampfereinheit 2 ist ein Flammenhalter 4 aufgesetzt, der eine Vielzahl von Öffnungen 40 in einer netz- oder gitterartigen Struktur aufweist. Der Innenraum 41 der Verdampfereinheit 2 steht über Öffnungen 42 mit dem Flammenhalter 4 in Verbindung.
Auf einer Welle 43, die durch eine Öffnung 44 in den Innenraum 41 ragt, ist ein Zerstäuberbecher 45 befestigt, der nach oben hin durch eine Zerstäuberplatte 46 abgedeckt ist. Zerstäuberschaufeln 47, die sich ebenfalls mit der Welle 43 drehen, sorgen für eine weitere Verwirbelung des Brennstoffs, der über eine Leitung 48 in den Zerstäuberbecher 45 eingebracht wird, und aus diesem nach oben hin austritt. Die Verbrennungsluft wird über ein nicht dargestelltes Gebläse, das ebenfalls durch die Welle 43 angetrieben sein kann, über die Öffnung 44 in den Innenraum 41 eingeblasen. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass durch die Öffnungen 42 ein feinst verteiltes Brennstoff-Luftgemisch geführt wird.
Durch den erfindungsgemäßen Brenner kann eine sehr gleichmäßige Temperaturverteilung erreicht werden, so dass eine hohe Leistung erreicht werden kann und gleichzeitig die Stickoxidemission verringert werden kann.

Claims (12)

  1. Kessel für flüssige Brennstoffe, mit einem Brenner, der aus einer Verdampfereinheit (2) und einem zylindrischen Flammenerzeuger (4) aufgebaut ist, mit Heizflächen (11, 13) und mit einem Rauchgasabzug (17), wobei der Brenner als Vormischbrenner ausgeführt ist, bei dem in der Verdampfereinheit (2) der Brennstoff verdampft und mit Luft zu einem zündfähigen Gemisch vermischt wird und das Gemisch in den Flammenerzeuger (4) eingeführt wird, an dessen Außenseite die Verbrennung stattfindet, wobei der Flammenerzeuger (4) im Wesentlichen konzentrisch innerhalb einer zylindrischen ersten Heizfläche (11) angeordnet ist, wobei der Vormischbrenner vorzugsweise lösbar mit einem die Heizflächen (11, 13) enthaltenden Teil (5) des Kessels verbunden ist, wobei vorzugsweise oberhalb der ersten Heizfläche (11) ein Umlenkkörper (14) vorgesehen ist, und bevorzugt radial außerhalb der ersten Heizfläche (11) eine weitere Heizfläche (13) angeordnet ist.
  2. Kessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb des Flammenerzeugers (4) ein Leitkörper (12) vorgesehen ist, der im wesentlichen konzentrisch mit dem Flammenerzeuger (4) ausgebildet ist.
  3. Kessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Umlenkkörper (14) abnehmbar ausgebildet ist.
  4. Kessel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Heizfläche (11) und der weiteren Heizfläche (13) Strömungsleitbleche (16) angeordnet sind.
  5. Kessel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rauchgasabzug (17) am äußeren Umfang des Kessels angeordnet ist.
  6. Kessel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich der untere Rand des Flammenerzeugers (4) auf der Höhe des unteren Randes der ersten Heizfläche (11) befindet.
  7. Kessel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse des Flammenerzeugers (4) und erster Heizung (11) vertikal angeordnet ist.
  8. Kessel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Heizungsrücklauf im oberen Bereich der ersten Heizfläche (11) vorzugsweise tangential einmündet.
  9. Kessel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizungsrücklauf eine Haupteinströmöffnung in die erste Heizfläche (11) und eine Nebeneinströmöffnung in eine weitere Heizfläche (13) aufweist, die außerhalb der ersten Heizfläche (11) angeordnet ist.
  10. Kessel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizungsrücklauf einen ersten Rücklauf (20) und einen weiteren Rücklauf (21) aufweist, der vor dem Eintritt in die Heizfläche (11) in den ersten Rücklauf (20) düsenartig eingeführt ist.
  11. Kessel nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Heizfläche (11) als zylindrischer Körper ausgeführt ist, der an seiner Außenseite von Kesselwasser umspült ist, und dass Nachheizflächen (32) rohrförmig oberhalb der ersten Heizfläche (11) angeordnet sind.
  12. Kessel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Heizfläche (11) gemeinsam mit einem Brauchwasserbehälter (34) in einer von Kesselwasser gefluteten Wanne (35) angeordnet ist.
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