EP2395294A2 - Gliederheizkessel - Google Patents

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EP2395294A2
EP2395294A2 EP11168881A EP11168881A EP2395294A2 EP 2395294 A2 EP2395294 A2 EP 2395294A2 EP 11168881 A EP11168881 A EP 11168881A EP 11168881 A EP11168881 A EP 11168881A EP 2395294 A2 EP2395294 A2 EP 2395294A2
Authority
EP
European Patent Office
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region
boiler according
sectional boiler
flow
water
Prior art date
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EP11168881A
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English (en)
French (fr)
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EP2395294B1 (de
EP2395294A3 (de
Inventor
Gerhard Jung
Christian Buchczyk
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Publication of EP2395294A3 publication Critical patent/EP2395294A3/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/22—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating
    • F24H1/24—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers
    • F24H1/30—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 being built up from sections
    • F24H1/32—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 being built up from sections with vertical sections arranged side by side
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H9/00—Details
    • F24H9/0005—Details for water heaters
    • F24H9/001—Guiding means
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    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H9/00—Details
    • F24H9/14—Arrangements for connecting different sections, e.g. in water heaters 
    • F24H9/146—Connecting elements of a heat exchanger
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/005—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for only one medium being tubes having bent portions or being assembled from bent tubes or being tubes having a toroidal configuration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
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    • F28F9/026—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0012—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the apparatus having an annular form
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2255/00—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes
    • F28F2255/14—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes molded

Definitions

  • the invention relates to a sectional boiler, in particular a condensing boiler made of cast iron or aluminum materials, according to the preamble of claim 1.
  • Such sectional boiler consist of several integrally cast boiler members, which are arranged one behind the other and water side connected by hubs.
  • the water channels and pockets formed by the boiler members are flowed through between the return connection and the supply connection.
  • generic sectional heating boilers have a lower return connection and a top feed connection, preferably in the respective hub.
  • the hot gases flow from the combustion chamber via downstream hot gas flues to an exhaust gas outlet and release heat to the boiler water on their way.
  • the links are arranged in series one behind the other.
  • the combustion chamber extends through the front and middle links to the rear link, which forms the bottom of the combustion chamber with its lid-shaped design.
  • All of the boiler members have similar external dimensions in these embodiments because they form parts of the combustion chamber, Schugastecn and water space over the entire boiler cross-section.
  • boilers for low power ranges are known, which consist of only two or even only one boiler member.
  • heating value technology With regard to the exhaust system and the efficiency of the heaters, a distinction is made between heating value technology and condensing boiler technology. For reasons of energy saving more and more condensing boilers are used.
  • the design of their heat exchanger provides the opportunity to cool the resulting in the combustion of fuel and air moist exhaust gases below the Abgastauddling. The moisture of the exhaust gases condenses and in addition to the sensible heat, the heat of condensation is transferred to the heating water.
  • the heat exchangers of conventional calorifiers are often made of cast iron. They are characterized by high robustness and long life. Their construction of mostly identical casting segments allows cost-effective production and easy scalability with regard to different output sizes and offers good mounting options even under tight installation conditions. The material endures the short exhaust gas condensation phases very well at startup and cold heat exchanger. Only for condensing operation with a prolonged accumulation of condensation is cast iron in its present form and design not suitable.
  • the invention has the object to optimize a sectional boiler made of cast iron or aluminum, in particular with regard to compactness and robustness.
  • the sectional boiler is characterized in that the heat exchanger has as heating flues in each case annular gaps between two adjacent members with an associated geometry, each extending from the combustion chamber approximately radially outwards and open into an exhaust gas collecting space on the outside of the links.
  • the individual members are flowed through serially on the heating water side, wherein the return water first enters the rear link via the return connection. Then, an overflow into an adjacent member in the region of the upper hubs, because the lower hubs are sealed from each other.
  • sealing means are provided for heating water-side sealing of the lower hubs against each other in the direct area of the respective hubs or between the hubs of two adjacent links.
  • sealing washers can be inserted in the joints.
  • the links are each hydraulically provided with overflow openings only at one point on the circumference and connected to these on at least one side with an adjacent member.
  • This overflow serve as a hydraulic connection in the respective adjacent member.
  • at least one flow-guiding means is arranged in the water space, inter alia also for achieving a low pressure loss during the flow deflection.
  • a flow-guiding means preferably exists in the connection region of the water space from a substantially transverse to the water space, approximately vertically aligned with the axis of the connecting portion wall which closes the respective flow channel in a member and the incoming flow from the axial direction in the circumferential direction and the exiting flow from the circumferential to the axial direction adjacent member directs.
  • a flow directing means in the form of a water space transversely dividing, approximately vertically aligned to the axis of the connecting region wall is arranged at an angle of 30 to 50 degrees obliquely in the respective flow channel of a member.
  • the flow channel is in the region of the upper hub above the overflow and leads the flow of water from the upper region of the front member to the flow connection in the rear member.
  • each member as a flow channel in the region of the upper hub with each other corresponding, axially aligned and sealed to the rest of the water space openings.
  • a pipe is provided as a flow channel in the region of the upper hub, which also serves as a traction means for bracing the members. Therefore, it has a thread on the flow connection and is provided with a flange-like beading edge on one side, which rests against an associated surface in the region of the upper hub of the front element.
  • a screw may be provided as a tensioning means for bracing the links.
  • the screw is arranged as a traction means within the lower hub and optionally has a sealing means for sealing the adjacent links. This may for example be a blocking element fixed thereto.
  • the screw is arranged as a traction means within the upper hub below the flow channel in the region of the overflow openings, wherein the screw itself optionally has and carries flow guidance means and / or otherwise engages with the screw attached to the limbs Strömungsleitstoff.
  • a sectional boiler with the best suitability for condensing operation is created in which the positive material properties of cast iron or aluminum are selectively applied and used to ensure good heat transfer properties, compactness and robustness. There are minimized corrosion-triggering operating conditions and loads by the inventive water supply.
  • the temperature distribution in the heat exchanger is optimized and increased the effectiveness over known principles.
  • a corrosion protection coating according to the invention is not only easy to apply and to control, but it is also protected in the gaps from possible mechanical stresses.
  • the sectional construction also offers the advantage of being able to variably cover different lengths for different combustion and heat exchanger capacities by inserting further center elements. Nevertheless, then remain all front-mounted attachments and the water-side connections the same, because all water-side connections are easily accessible on the back, so in the rear member. Only the surrounding cylindrical shell around the exhaust gas collection chamber varies. Because of the low exhaust gas temperatures, this can even be made of plastic.
  • the sectional boiler consists essentially of annular members, namely a front member 1, a lid-shaped rear member 2 and a plurality of middle members 3. These form a combustion chamber 4 and each have annular water spaces 5, 5 ', 5 ". They communicate with each other via an upper and lower hub 6, 6'.
  • the heat exchanger formed by the block member has as Walkergasfeld respectively annular column 7 between two adjacent members 1, 2, 3 with an associated geometry, each extending from the combustion chamber 4 approximately radially outwards and in a non-illustrated, outside the members 1, 2, 3 embrace exhaust gas collection chamber.
  • the members 1, 2, 3 are serially flowed through the heating water side, wherein return water passes through the return port RL in the rear member 2 and then an overflow takes place in an adjacent member 3 of this or the next member 3 in the region of the upper hub 6. After respective circulation in the members 3, the heating medium then passes into the front member 1.
  • the lower hubs 6 ' are each sealed against each other, so that the front member 1 and the at least one central member 3 always, starting from the upper hub 6, are flowed through annularly , From the front member 1, in particular from the upper region, supply water is guided through a to the surrounding water space 5, 5 ', 5 "sealed flow channel 8 from the upper region of the front member 1 to the flow connection VL in the rear member 2.
  • sealing means 9 here drawn as sealing disks, for heating water-side sealing of the hubs 6' against each other.
  • the members 1, 2, 3 are each hydraulically provided with overflow openings 10 as connection in the respective adjacent member 1, 2, 3 only at one point on the circumference.
  • the flow channel 8 in the region of the upper hub 6 is arranged above the overflow openings 10 and leads the flow of water from the upper region of the front member 1 to the flow connection VL in the rear member 2 from.
  • a tube 13 which at the same time as a traction means for bracing the members 1, 2, 3, at the flow connection VL not shown in detail has a thread and is provided with a bead 14 on one side, which rests against an associated surface in the region of the upper hub 6 of the front member 1.
  • the supply channel 8 is formed in the region of the upper hub 6 by mutually corresponding, axially aligned and to the remaining water space 5, 5 ', 5 "sealed openings 12, which each member 1, 2, 3 has.
  • 6 ' is a screw 15 as a traction means for bracing the members 1, 2, 3.
  • This screw 15 is disposed within the lower hub and may optionally also the sealing means 9 for sealing the adjacent members 1, 2, 3 wear.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Gliederheizkessel aus Gusseisen oder Aluminium, insbesondere Brennwertkessel, mit im Wesentlichen ringförmigen Gliedern, wobei ein Vorderglied (1), ein deckelförmiges Hinterglied (2) und mindestens ein Mittelglied (3) vorgesehen sind, die einen Brennraum (4) mit einem im Wesentlichen umgebenden Wärmetauscher aus einem Gliederblock bilden, dessen ringförmige Wasserräume (5, 5', 5") miteinander über mindestens eine Nabe (6, 6') in Verbindung stehen und welcher spaltartige Heizgaszüge aufweist, mit einem Rücklaufanschluss (RL) im unteren und einem Vorlaufanschluss (VL) im oberen Bereich des Hintergliedes (2) sowie mit mindestens zwei Zugmitteln zum Zusammenhalten des Gliederblockes, wobei der Wärmetauscher als Heizgaszüge jeweils ringförmige Spalte (7) zwischen zwei benachbarten Gliedern (1, 2, 3) mit einer einander zugeordneten Geometrie aufweist, welche jeweils ausgehend vom Brennraum (4) etwa radial nach außen verlaufen und in einen Abgassammelraum auf der Außenseite der Glieder (1, 2, 3) einmünden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gliederheizkessel aus Gusseisen oder Aluminium insbesondere im Hinblick auf Kompaktheit und Robustheit zu optimieren. Gekennzeichnet ist die Erfindung dadurch, dass die einzelnen Glieder (1, 2, 3) heizwasserseitig seriell durchströmt werden, wobei Rücklaufwasser über den Rücklaufanschluss (RL) in das Hinterglied gelangt, ein Überströmen in ein benachbartes Glied (1, 2, 3) im Bereich der oberen Nabe (6) erfolgt, die unteren Naben (6') gegeneinander abgedichtet sind, das Vorderglied (1) und das mindestens eine Mittelglied (3), ausgehend von der oberen Nabe (6), ringförmig durchströmt werden und wobei Vorlaufwasser durch einen zum umgebenden Wasserraum (5, 5', 5") abgedichteten Vorlaufkanal (8) aus dem oberen Bereich des Vordergliedes (1) zum Vorlaufanschluss (VL) im Hinterglied (2) geführt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Gliederheizkessel, insbesondere einen Brennwertkessel aus Gusseisen- oder Aluminium-Werkstoffen, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Derartige Gliederheizkessel bestehen aus mehreren einstückig gegossenen Kesselgliedern, welche hintereinander angeordnet und wasserseitig durch Naben miteinander verbunden sind. Dabei werden die von den Kesselgliedern gebildeten Wasserkanäle und -taschen zwischen dem Rücklaufanschluss und dem Vorlaufanschluss durchströmt. In der Regel besitzen gattungsgemäße Gliederheizkessel einen unteren Rücklaufanschluss und einen oben angeordneten Vorlaufanschluss, vorzugsweise in der jeweiligen Nabe. Die Heizgase strömen vom Brennraum über nachgeschaltete Heizgaszüge zu einem Abgasstutzen und geben auf Ihrem Weg Wärme an das Kesselwasser ab.
  • Bei allen bisherigen Kesseln dieser Art sind die Glieder in Reihe hintereinander angeordnet. Es gibt ein ringförmiges Vorderglied, an dem eine Brennraumtür oder eine Brennerplatte befestigt werden kann, je nach Leistungsgröße ein oder mehrere ähnlich gestaltete Mittelglieder sowie ein Hinterglied. Dabei erstreckt sich der Brennraum durch Vorder- und Mittelglieder bis zum Hinterglied, welches mit seiner deckelförmigen Gestaltung den Boden des Brennraumes bildet. Alle Kesselglieder besitzen bei diesen Ausführungsformen ähnliche äußere Abmessungen, weil sie über den gesamten Kesselquerschnitt Teile von Brennraum, Heizgaszügen und Wasserraum bilden. Weiterhin sind auch Kessel für niedrige Leistungsbereiche bekannt, die aus nur zwei oder gar nur einem Kesselglied bestehen. Weiterhin werden üblicherweise mindestens zwei Zugmittel, auch Ankerstangen genannt, zum Zusammenhalten des Gliederblockes verwendet.
  • Hinsichtlich der Abgasführung und des Wirkungsgrades der Heizgeräte unterscheidet man zwischen Heizwerttechnik und Brennwerttechnik. Aus Gründen der Energieeinsparung kommen immer mehr Brennwertheizgeräte zur Anwendung. Der Aufbau ihres Wärmetauschers gewährt die Möglichkeit, die im Betrieb bei der Verbrennung von Brennstoff und Luft entstehenden feuchten Abgase unter den Abgastaupunkt abzukühlen. Dabei kondensiert die Feuchtigkeit der Abgase aus und es wird zusätzlich zur fühlbaren Wärme die Kondensationswärme auf das Heizwasser übertragen.
  • Bei einer Verwendung als Brennwertkessel muss besonders Wert auf die Werkstoffauswahl gelegt werden, denn auf Grund der Zusammensetzung des verwendeten Brennstoffs und der Verbrennungsführung sind die Abgase schadstoffbelastet und das anfallende Kondenswasser weist verschiedene Säuren in geringer Konzentration auf. Die vom Kondenswasser berührten Bauteile wie Heizflächen, Abgassammler und Abgasleitung müssen also gegenüber den Säuren resistent sein, weshalb es üblich ist, diese Bauteile aus Edelstahl, Aluminium oder Kunststoff zu fertigen. Speziell in der Ölbrennwerttechnik kommen im Allgemeinen geschweißte Edelstahlwärmetauscher zur Anwendung, wie beispielsweise auch in der DE 10 2004 023 711 B3 als Spiralrohrwicklung offenbart. Sie bieten den Vorteil, die Säurebelastung ohne Korrosion zu ertragen. Nachteilig sind die mit dem Werkstoff verbundenen hohen Kosten sowie besonders bei Schweißkonstruktionen aus Blechen die ungünstigeren Skalierbedingungen und die größeren, in räumlich engen Verhältnissen schwer montierbaren Baugrößen.
  • Die Wärmetauscher konventioneller Heizwertgeräte werden häufig aus Gusseisen hergestellt. Sie zeichnen sich durch hohe Robustheit und lange Lebensdauer aus. Ihr Aufbau aus zumeist identischen Gusssegmenten erlaubt eine kostengünstige Fertigung und leichte Skalierbarkeit hinsichtlich unterschiedlicher Leistungsgrößen und bietet gute Montagemöglichkeiten selbst unter engen Aufstellbedingungen. Der Werkstoff erträgt die kurzen Abgaskondensationsphasen bei Betriebsstart und kaltem Wärmetauscher sehr gut. Lediglich für den Brennwertbetrieb mit länger anhaltendem Kondenswasseranfall ist Gusseisen in seiner heutigen Form und Gestaltung nicht geeignet.
  • Weiterhin ist aus der DE 296 21 817 U1 ein Brennwertheizkessel mit integriertem und hydraulisch nachgeschaltetem Kompaktwärmetauscher aus korrosionsbeständigem Werkstoff bekannt. Dieser Kompaktwärmetauscher ist als separates Bauteil von zwei schalenförmigen Kesselgliedern umschlossen und wasserseitig gesondert angeschlossen. Alle Kessel mit nachgeschaltetem Wärmetauscher haben die Nachteile, dass der Montageaufwand durch die erforderlichen Rohrteile erhöht wird und der wasserseitige Widerstand ansteigt. Die Anordnung als separates, außen liegendes Bauteil bewirkt ebenfalls Abkühlverluste, die durch eine geeignete Wärmedämmung vermindert werden müssen.
  • Aus der DE 44 25 302 C2 ist das Anordnen von Vor- und Rücklaufanschluss in einer gemeinsamen im oberen Kesselnabe bekannt. Es wird dabei eine Mischzone im oberen Bereich eines gemeinsamen Wasserraumes ausgebildet, so dass das eintretende kalte Rücklaufwasser mit aufsteigendem heißen Vorlaufwasser vorgewärmt wird. Dadurch wird Kondensation im Bereich der Heizflächen vermieden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gliederheizkessel aus Gusseisen oder Aluminium insbesondere im Hinblick auf Kompaktheit und Robustheit zu optimieren.
  • Erfindungsgemäß wird dies mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Gekennzeichnet ist der Gliederheizkessel dadurch, dass der Wärmetauscher als Heizgaszüge jeweils ringförmige Spalte zwischen zwei benachbarten Gliedern mit einer einander zugeordneten Geometrie aufweist, welche jeweils ausgehend vom Brennraum etwa radial nach außen verlaufen und in einen Abgassammelraum auf der Außenseite der Glieder einmünden.
  • Die einzelnen Glieder werden heizwasserseitig seriell durchströmt, wobei das Rücklaufwasser zunächst über den Rücklaufanschluss in das Hinterglied gelangt. Dann erfolgt ein Überströmen in eine benachbartes Glied im Bereich der oberen Naben, weil die unteren Naben gegeneinander abgedichtet sind. Das Vorderglied und das mindestens eine Mittelglied werden, ausgehend von der oberen Nabe, ringförmig durchströmt, bevor das erwärmte Vorlaufwasser durch einen zum umgebenden Wasserraum abgedichteten Vorlaufkanal aus dem oberen Bereich des Vordergliedes zum Vorlaufanschluss im Hinterglied geführt wird.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform sind Dichtmittel zur heizwasserseitigen Abdichtung der unteren Naben gegeneinander im direkten Bereich der jeweiligen Naben oder zwischen den Naben von zwei benachbarten Gliedern vorgesehen. Zum Beispiel können Dichtscheiben in die Verbindungsstellen eingelegt sein.
  • Weiterhin sind die Glieder jeweils nur an einer Stelle am Umfang hydraulisch mit Überströmöffnungen versehen und mit diesen auf mindestens einer Seite mit einem benachbarten Glied verbunden. Diese Überströmöffnungen dienen als hydraulische Verbindung in das jeweils benachbarte Glied. Jeweils im Verbindungsbereich innerhalb der Überströmöffnungen ist mindestens ein Strömungsleitmittel im Wasserraum angebracht, unter anderem auch für das Erreichen eines geringen Druckverlustes bei der Strömungsumlenkung. Dabei besteht ein Strömungsleitmittel im Verbindungsbereich des Wasserraumes vorzugsweise aus einer im Wesentlichen den Wasserraum quer aufteilenden, etwa vertikal zur Achse des Verbindungsbereiches ausgerichteten Wand, welche den jeweiligen Strömungskanal in einem Glied verschließt sowie die eintretende Strömung aus der Axial- in die Umfangsrichtung lenkt und die austretende Strömung aus der Umfangs- in die Axialrichtung ins benachbarte Glied lenkt. Vorzugsweise ist ein Strömungsleitmittel in Form einer den Wasserraum quer aufteilenden, etwa vertikal zur Achse des Verbindungsbereiches ausgerichteten Wand etwa im Winkel von 30 bis 50 Grad schräg im jeweiligen Strömungskanal eines Gliedes angeordnet.
  • Vorteilhafterweise befindet sich der Vorlaufkanal im Bereich der oberen Nabe oberhalb der Überströmöffnungen und führt das Vorlaufwasser aus dem oberen Bereich des Vordergliedes zum Vorlaufanschluss im Hinterglied.
  • In einer ersten Ausführungsform weist jedes Glied als Vorlaufkanal im Bereich der oberen Nabe miteinander korrespondierende, axial fluchtende und zum übrigen Wasserraum abgedichtete Durchbrechungen auf.
  • In einer zweiten Ausführungsform ist als Vorlaufkanal im Bereich der oberen Nabe ein Rohr vorgesehen, welches gleichzeitig auch als Zugmittel zum Verspannen der Glieder dient. Daher weist es am Vorlaufanschluss ein Gewinde auf und ist mit einem flanschartigen Bördelrand an einer Seite versehen, welcher an einer zugeordneten Fläche im Bereich der oberen Nabe des Vordergliedes anliegt.
  • Alternativ oder ergänzend dazu kann im Bereich der unteren und/oder oberen Nabe eine Schraube als Zugmittel zum Verspannen der Glieder vorgesehen sein. Dazu ist die Schraube als Zugmittel innerhalb der unteren Nabe angeordnet und weist wahlweise ein Dichtmittel zum Abdichten der benachbarten Glieder auf. Dies kann beispielsweise ein daran fixiertes Sperrelement sein.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist die Schraube als Zugmittel innerhalb der oberen Nabe unterhalb des Vorlaufkanals im Bereich der Überströmöffnungen angeordnet, wobei die Schraube selbst wahlweise Strömungsleitmittel aufweist und trägt und/oder im anderen Fall mit dem Schraubenbolzen an den Gliedern angebrachte Strömungsleitmittel durchgreift.
  • Generell ist keine absolute wasserseitige Dichtheit innerhalb des Wärmetauscherblockes gefordert, denn ein geringes Überströmen zwischen einzelnen Gliedern in den Nabenbereichen bringt keine Nachteile für die Gesamtwasserführung. Daher ist die Abdichtung und Strömungslenkung relativ einfach durchzuführen.
  • Mit der Erfindung wird ein Gliederheizkessel mit bester Eignung für Brennwertbetrieb geschaffen, bei dem die positiven Werkstoffeigenschaften von Gusseisen oder Aluminium gezielt angewendet und genutzt werden, um gute Wärmeübertragungseigenschaften, Kompaktheit und Robustheit zu gewährleisten. Es werden Korrosion auslösende Betriebszustände und Belastungen durch die erfindungsgemäße Wasserführung minimiert. Durch die serielle Strömungsführung durch alle Glieder ist die Temperaturverteilung im Wärmetauscher optimiert und die Effektivität gegenüber bekannten Prinzipien gesteigert.
  • Auch eine Korrosionsschutzbeschichtung ist erfindungsgemäß nicht nur einfach aufzubringen und zu kontrollieren, sondern sie wird auch in den Spalten vor möglichen mechanischen Belastungen geschützt. Die Gliederbauweise bietet neben der einfachen Herstellung auch den Vorteil, durch das Einfügen weiterer Mittelglieder unterschiedliche Längen für verschiedene Feuerungs- und Wärmetauscherleistungen variabel abzudecken. Trotzdem bleiben dann alle stirnseitig angeordneten Anbauteile sowie die wasserseitigen Verbindungen gleich, weil sich alle wasserseitigen Anschlüsse gut zugänglich auf der Rückseite befinden, also im Hinterglied. Nur der umgebende zylindrische Mantel um den Abgassammelraum variiert. Wegen der niedrigen Abgastemperaturen kann dieser sogar aus Kunststoff hergestellt werden.
  • Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Es zeigt einen Gliederheizkessel aus Gusseisen oder Aluminium:
    • Fig. 1: mit einem Rohr als Vorlaufkanal in einer perspektivischen Gesamtansicht mit einem vertikalen Schnitt,
    • Fig. 2: gemäß Fig. 1 in einem horizontalen Schnitt durch den unteren Bereich der oberen Nabe,
    • Fig. 3: mit einem angeformten Vorlaufkanal in einer perspektivischen Gesamtansicht mit einem vertikalen Schnitt und
    • Fig. 4: gemäß Fig. 3 in einem horizontalen Schnitt durch den unteren Bereich der oberen Nabe.
  • Der Gliederheizkessel besteht im Wesentlichen aus ringförmigen Gliedern, nämlich einem Vorderglied 1, einem deckelförmigen Hinterglied 2 und mehreren Mittelgliedern 3. Diese bilden einen Brennraum 4 und besitzen jeweils ringförmige Wasserräume 5, 5', 5". Sie stehen miteinander über eine obere und untere Nabe 6, 6' in Verbindung.
  • Der vom Gliederblock gebildete Wärmetauscher weist als Heizgaszüge jeweils ringförmige Spalte 7 zwischen zwei benachbarten Gliedern 1, 2, 3 mit einer einander zugeordneten Geometrie auf, welche jeweils ausgehend vom Brennraum 4 etwa radial nach außen verlaufen und in einen nicht dargestellten, außen die Glieder 1, 2, 3 umgreifenden Abgassammelraum einmünden.
  • Die Glieder 1, 2, 3 werden heizwasserseitig seriell durchströmt, wobei Rücklaufwasser über den Rücklaufanschluss RL in das Hinterglied 2 gelangt und dann ein Überströmen in ein benachbartes Glied 3 von diesem bzw. zum nächsten Glied 3 im Bereich der oberen Nabe 6 erfolgt. Nach jeweiligem Umlauf in den Gliedern 3 gelangt das Heizmedium dann in das Vorderglied 1. Die unteren Naben 6' sind dazu jeweils gegeneinander abgedichtet, so dass das Vorderglied 1 und das mindestens eine Mittelglied 3 immer, ausgehend von der oberen Nabe 6, ringförmig durchströmt werden. Aus dem Vorderglied 1, insbesondere aus dem oberen Bereich, wird Vorlaufwasser durch einen zum umgebenden Wasserraum 5, 5', 5" abgedichteten Vorlaufkanal 8 aus dem oberen Bereich des Vordergliedes 1 zum Vorlaufanschluss VL im Hinterglied 2 geführt.
  • Zwischen den unteren Naben 6' von zwei benachbarten Gliedern 1, 2, 3 sind Dichtmittel 9, hier als Dichtscheiben gezeichnet, zur heizwasserseitigen Abdichtung der Naben 6' gegeneinander vorgesehen.
  • Die Glieder 1, 2, 3 sind jeweils nur an einer Stelle am Umfang hydraulisch mit Überströmöffnungen 10 als Verbindung in das jeweils benachbarte Glied 1, 2, 3 versehen. Dazu ist dort jeweils im Verbindungsbereich mindestens ein Strömungsleitmittel 11 im Wasserraum 5, 5', 5" angebracht, welches in einem Glied 1, 2, 3 die eintretende Strömung aus der Axial- in die Umfangsrichtung, und die austretende Strömung aus der Umfangs- in die Axialrichtung ins benachbarte Glied 1, 2, 3 lenkt.
  • Der Vorlaufkanal 8 im Bereich der oberen Nabe 6 ist oberhalb der Überströmöffnungen 10 angeordnet und führt das Vorlaufwasser aus dem oberen Bereich des Vordergliedes 1 zum Vorlaufanschluss VL im Hinterglied 2 ab.
  • Insbesondere gemäß den Fig. 1 ist als Vorlaufkanal 8 im Bereich der oberen Nabe 6 ein Rohr 13 vorgesehen, welches gleichzeitig auch als Zugmittel zum Verspannen der Glieder 1, 2, 3 dient, am Vorlaufanschluss VL ein nicht im Detail dargestelltes ein Gewinde aufweist und mit einem Bördelrand 14 an einer Seite versehen ist, welcher an einer zugeordneten Fläche im Bereich der oberen Nabe 6 des Vordergliedes 1 anliegt.
  • Insbesondere gemäß den Figuren 3 und 4 wird der Vorlaufkanal 8 im Bereich der oberen Nabe 6 durch miteinander korrespondierende, axial fluchtende und zum übrigen Wasserraum 5, 5', 5" abgedichtete Durchbrechungen 12 gebildet, welche jedes Glied 1, 2, 3 aufweist.
  • Im Bereich der unteren und/oder oberen Nabe 6, 6' dient eine Schraube 15 als Zugmittel zum Verspannen der Glieder 1, 2, 3. Diese Schraube 15 ist innerhalb der unteren Nabe angeordnet und kann wahlweise auch das Dichtmittel 9 zum Abdichten der benachbarten Glieder 1, 2, 3 tragen.

Claims (12)

  1. Gliederheizkessel aus Gusseisen oder Aluminium, insbesondere Brennwertkessel, mit im Wesentlichen ringförmigen Gliedern, wobei ein Vorderglied (1), ein deckelförmiges Hinterglied (2) und mindestens ein Mittelglied (3) vorgesehen sind, die einen Brennraum (4) mit einem im Wesentlichen umgebenden Wärmetauscher aus einem Gliederblock bilden, dessen ringförmige Wasserräume (5, 5', 5") miteinander über mindestens eine Nabe (6, 6') in Verbindung stehen und welcher spaltartige Heizgaszüge aufweist, mit einem Rücklaufanschluss (RL) im unteren und einem Vorlaufanschluss (VL) im oberen Bereich des Hintergliedes (2) sowie mit mindestens zwei Zugmitteln zum Zusammenhalten des Gliederblockes, wobei der Wärmetauscher als Heizgaszüge jeweils ringförmige Spalte (7) zwischen zwei benachbarten Gliedern (1, 2, 3) mit einer einander zugeordneten Geometrie aufweist, welche jeweils ausgehend vom Brennraum (4) etwa radial nach außen verlaufen und in einen Abgassammelraum auf der Außenseite der Glieder (1, 2, 3) einmünden, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Glieder (1, 2, 3) heizwasserseitig seriell durchströmt werden, wobei Rücklaufwasser über den Rücklaufanschluss (RL) in das Hinterglied gelangt, ein Überströmen in ein benachbartes Glied (1, 2, 3) im Bereich der oberen Nabe (6) erfolgt, die unteren Naben (6') gegeneinander abgedichtet sind, das Vorderglied (1) und das mindestens eine Mittelglied (3), ausgehend von der oberen Nabe (6), ringförmig durchströmt werden und wobei Vorlaufwasser durch einen zum umgebenden Wasserraum (5, 5', 5") abgedichteten Vorlaufkanal (8) aus dem oberen Bereich des Vordergliedes (1) zum Vorlaufanschluss (VL) im Hinterglied (2) geführt wird.
  2. Gliederheizkessel nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass Dichtmittel (9) zur heizwasserseitigen Abdichtung der unteren Naben (6') gegeneinander im Bereich der Naben (6, 6') oder zwischen den Naben (6, 6') von zwei benachbarten Gliedern (1, 2, 3) vorgesehen sind.
  3. Gliederheizkessel nach den Ansprüchen 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Glieder (1, 2, 3) jeweils nur an einer Stelle am Umfang hydraulisch mit Überströmöffnungen (10) versehen und mit diesen auf mindestens einer Seite mit einem benachbarten Glied (1, 2, 3) verbunden sind.
  4. Gliederheizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Überströmöffnungen (10) als hydraulische Verbindung in das jeweils benachbarte Glied (1, 2, 3) vorgesehen sind, und dass jeweils im Verbindungsbereich innerhalb der Überströmöffnungen (10) mindestens ein Strömungsleitmittel (11) im Wasserraum (5, 5', 5") angebracht ist.
  5. Gliederheizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass ein Strömungsleitmittel (11) im Verbindungsbereich des Wasserraumes (5, 5', 5") aus einer im Wesentlichen den Wasserraum (5) quer aufteilenden, etwa vertikal zur Achse des Verbindungsbereiches ausgerichteten Wand besteht, welche den jeweiligen Strömungskanal (5, 5', 5") in einem Glied (1, 2, 3) verschließt sowie die eintretende Strömung aus der Axial- in die Umfangsrichtung und die austretende Strömung aus der Umfangs- in die Axialrichtung ins benachbarte Glied (1, 2, 3) lenkt.
  6. Gliederheizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass ein Strömungsleitmittel (11) in Form einer den Wasserraum (5, 5', 5") quer aufteilenden, etwa vertikal zur Achse des Verbindungsbereiches ausgerichteten Wand etwa im Winkel von 30 bis 50 Grad schräg im jeweiligen Wasserraum (5, 5', 5") eines Gliedes (1, 2, 3) angeordnet ist.
  7. Gliederheizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Vorlaufkanal (8) im Bereich der oberen Nabe (6) oberhalb der Überströmöffnungen (10) angeordnet ist und Vorlaufwasser aus dem oberen Bereich des Vordergliedes (1) zum Vorlaufanschluss (VL) im Hinterglied (2) führt.
  8. Gliederheizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass als Vorlaufkanal (8) im Bereich der oberen Nabe (6) jedes Glied (1, 2, 3) miteinander korrespondierende, axial fluchtende und zum übrigen Wasserraum (5, 5', 5") abgedichtete Durchbrechungen (12) aufweist.
  9. Gliederheizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass als Vorlaufkanal (8) im Bereich der oberen Nabe (6) ein Rohr (13) vorgesehen ist, welches als Zugmittel zum Verspannen der Glieder (1, 2, 3) dient, am Vorlaufanschluss ein Gewinde aufweist und mit einem Bördelrand (14) an einer Seite versehen ist, welcher an einer zugeordneten Fläche im Bereich der oberen Nabe (6) des Vordergliedes (1) anliegt.
  10. Gliederheizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der unteren und/oder oberen Nabe (6, 6') eine Schraube (15) als Zugmittel zum Verspannen der Glieder (1, 2, 3) vorgesehen ist.
  11. Gliederheizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube (15) als Zugmittel innerhalb der unteren Nabe (6') angeordnet ist und wahlweise ein Dichtmittel (9) zum Abdichten der benachbarten Glieder (1, 2, 3) aufweist.
  12. Gliederheizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube (15) als Zugmittel innerhalb der oberen Nabe (6) unterhalb des Vorlaufkanals (8) im Bereich der Überströmöffnungen (10) angeordnet ist, wobei die Schraube (15) wahlweise Strömungsleitmittel aufweist und trägt und/oder an den Gliedern (1, 2, 3) angebrachte Strömungsleitmittel (11) durchgreift.
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