DE4111232C2 - - Google Patents

Description

Die Anmeldung betrifft einen Heizkessel nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Heizkessel sind bekannt.

• 1. Die DE-OS 17 78 880 beschreibt mehrere Ausführungen eines Dreizug-Heizkessels mit folgenden Merkmalen:
  • 1.1. Der dritte Zug ist jeweils durch verschieden gestaltete Rauchgas-Kanäle auf die Rückseite des Kessels geführt.
  • 1.2. Diese Kanäle des dritten Zuges sind in einer Viel­ zahl um die ganze Peripherie der Feuerkammer verteilt und unmittelbar neben und abwechselnd zwischen den Kanälen des zweiten Zuges angeordnet, indem die Kanäle des zweiten und des dritten Zuges jeweils entweder gemeinsame Wände haben oder unmittelbar aneinander liegen.
  • 1.3. Bei einigen Ausführungen des bekannten Heizkessels sind die Kanäle des dritten Zuges von der Feuerkammer (erster Zug) nur durch eine metallische Wand getrennt.
  • 1.4. Die Gesamt-Querschnitte der zweiten und diejenigen der dritten Züge sind sich jeweils praktisch gleich.

An diesem bekannten Heizkessel ist nachteilig, daß die zweiten und sogar die dritten Gaszüge bis zum Austritt aus dem Heizkessel immer wieder aus den unmit­ telbar benachbart angeordneten heißeren Zügen aufge­ heizt werden. Damit wird der Wärme-Übergang an die zu erwärmende Flüssigkeit verschlechtert.

Ferner tritt in den zweiten und insbesondere in den dritten Zügen an deren von der zu erwärmenden Flüssig­ keit umspülten Flächen an der gesamten Peripherie der Trennwand zwischen Rauchgas und Flüssigkeit Schwitzwas­ ser-Bildung auf. Sie ist - bei gleichzeitig erforder­ licher annehmbarer Heizleistung -, wenn überhaupt, nur sehr schwer beherrschbar.

Dies gilt noch verstärkt, wenn die Größe des Heizkes­ sel-Außenmantels die Länge der Gesamtbrennkammer einschließlich Abgas-Sammelkasten überschreitet, so daß letzterer damit voll von der kühlen, zu erwärmenden Flüssigkeit umspült ist.

Darüber hinaus ist die Möglichkeit einer besonderen Führung oder Ausstattung oder unterschiedlicher Quer­ schnitte von unterschiedlich heißen Heizgas-Zügen zwecks optimaler Gestaltung des Wärmeübergangs an die zu erwärmende Flüssigkeit nicht gegeben.

Die Verschmutzung der Züge, besonders der dritten Züge, ist bei dem bekannten Heizkessel sehr kritisch wegen zu niedriger Rauchgas-Geschwindigkeit. Reinigung und Wartung erfordern einen hohen Aufwand. Die bekannten Konstruktionen weisen zudem viele Schweißverbindungen auf, die z. T. zusätzlich flüssig­ keitsdicht und drucksicher sein müssen.

Die Konstruktionen sind in der Herstellung sehr teuer.

• 2. Einen anderen dreizügigen Heizkessel beschreibt die DE 33 44 858 A1. Bei diesem wird der dritte Zug - separat von der Brennkammer - als Rohr oder als Rohrbündel durch das Heizmedium geführt. Dieser bekannte Heizkessel hat folgende kritische Punkte:
  • 2.1. Der dritte Zug stellt praktisch eine eigene Brennkammer dar und liegt völlig im Kühlmedium. Die Vorkehrungen gegen Schwitzwasser-Bildung sind daher schwierig zu verwirklichen.
  • 2.2. Die Lage des dritten Gas-Zuges ist festgelegt. Es fehlt die Variationsmöglichkeit der Position zwecks Erzielung eines optimalen Wärmeübergangs bei unter­ schiedlichen Bedingungen des Heizmedium-Raumes des Heizkessels.
  • 2.3. Die konstruktiven Vorkehrungen für die Wartung (große Zugangstüre, zusätzliche Reinigungsöffnungen) und die Wartung selbst sind aufwendig.
  • 2.4. Der gesamte Heizkessel ist wesentlich größer als ein normaler Heizkessel derselben Heizleistung.
  • 2.5. Diese Konstruktion ist bei Heizkesseln mit größe­ rem Heizmedium-Speicher, bei denen der Heizkessel- Außenmantel größer ist als die Länge der Brennkammer, besonders problematisch.
  • 2.6. Die Herstell- und Reparaturschwierigkeiten und damit die entsprechenden Kosten sind relativ hoch.
  • 2.7. Das Risiko der Undichtigkeit bei der Herstellung und durch Korrosion ist beachtlich.

Gegenüber dem vorstehend geschilderten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, mittels eines einfachen, korrosionssicheren und einfach zu wartenden dritten Heizgaszuges die Heizgase von der Brennerseite zum Abgasrohr zu führen, den zweiten und den dritten Heizgas-Zug als optimale Wärmeübergabe­ flächen zu gestalten sowie besonders umweltschonende Abgaswerte (u. a. besonders niedriger NO_x-Anteil), eine kompakte Bauart und eine besonders kostengünstige Herstellung zugleich zu erreichen.

Diese Aufgabe wird durch einen Heizkessel mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Mit dem Heizkessel nach der Erfindung lassen sich nachstehende Wirkungen erzielen:

Der dritte Heizgas-Zug stellt - neben dem zweiten Heizgas-Zug - eine vollwertige Wärmeübergabe-Fläche dar. Durch aufgebrachte Wärmeübergabe-Rippen wird diese Wärmeübergabe-Fläche zur optimalen Wirkung gebracht.

Er bringt die Heizgase auf die erwünschte dem Schorn­ stein zugewandte Seite des Heizkessels zum Abgas-Rohr. Damit entfällt ein separater Zug, der nur der Abgas- Ableitung dienen würde.

Die ganze Brennkammer bis zum Ende des Abgas-Rohres ist eine kompakte Einheit.

Durch den kleineren Querschnitt des dritten Abgas-Zuges wird die Strömungsgeschwindigkeit gerade des abgekühl­ ten Gases stark erhöht und damit der eventuellen Gefahr von Ablagerungen vorgebeugt.

Der Zug des Heizkessels und die Abgas-Temperatur sind den Erfordernissen entsprechend durch die Art der Konstruktion und durch die Variabilität besonders des dritten Heizgas-Zuges einfach beeinflußbar.

Die Kondensatbildung ist konstruktionsbedingt gut beherrschbar, und die Korrosionsgefahr ist minimal. Die Gefahr einer Undichtigkeit ist auf ein Minimum reduziert.

Die vorstehenden Eigenschaften des Heizkessels machen ihn auch besonders geeignet für Konstruktionen mit größerem Heizwasser-Speicher, bei denen die gesamte Brennkammer einschließlich des Abgas-Raumes vom Heizmedium umgeben ist.

Für die Wartung oder eventuelle Reparatur ist dieser Heizkessel nach der Herausnahme von zwei Teilen (heiße Brennkammer und Trennwand) ohne Werkzeug überall frei zugängig.

Die Herstellkosten sind niedrig.

Die erfindungsgemäße Konstruktion bietet eine Minimierung des Schadstoff-Ausstoßes.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert:

In der Zeichnung ist schematisch ein Heizkessel gezeigt, der von den im Brenner erzeugten Heizgasen entsprechend den Pfeilen I, II und III in drei Zügen durchströmt wird. Diese drei Züge sind zylindrisch geformt, und zwar wird der erste Heizgas-Zug 5 von einem die Brennerflamme mit Abstand umgebenden Hohlkörper 3 gebildet. Aus diesem treten die Heizgase nach Umkehrung an einer Prallwand 4 in den zweiten Heizgas-Zug ein, der den Hohlkörper 3 unmittelbar umgibt. Dieser zweite Heizgas-Zug ist zur Verbesserung des Wärmeübergangs mit geschlitzten Wärmeübergabe- Rippen 12 versehen, deren Zähne gegen die Heizgas- Strömung geneigt und/oder verschränkt sind.

Daraufhin werden die Heizgase nach unten in den dritten Heizgas-Zug 10 geleitet, der wie folgt ausgebildet ist:

Ein kleinerer, aber für die Strömung der Heizgase aus­ reichender Teil des Raumes des zweiten Heizgas-Zuges 2 ist durch eine Trennwand 9 abgeteilt. Diese Trennwand ist auf solche Weise gestaltet und eingebaut, daß sie für die Heizgase in einem einzigen kompakten Kanal einen dritten Zug 10 bildet.

Dieser Kanal führt bis in den Abgas-Raum 7 hinein. Er hat nur einen Bruchteil des Querschnitts des zweiten Zuges 2 (i.d.R. 20%-30%), und nur ein entsprechend kleiner Teil des in dem zweiten Zug 2 strömenden Heizgases berührt die gemeinsame Trennwand 9.

Der dritte Heizgas-Zug 10 ist an der für die Gesamtumstände vorteilhaftesten Stelle der Gesamtbrennkammer-Peripherie 1 positioniert.

Er ist auf einfache Weise im Querschnitt und hinsicht­ lich der Wärmeübertragung variierbar.

Die Anbringung von geschlitzten Wärmeübergaberippen 12 im dritten Heizgas-Zug 10 mit umgekehrter Neigung der Zähne (entsprechend der Umkehrung des dortigen Gaszuges) und/oder deren Verschränkung bewirken einen sehr wirkungsvollen Wärmeentzug kurz vor dem Übergang in das Abgas-Rohr 8.

Im dritten Heizgas-Zug kann man einige Rippen entfallen lassen, um nach dem Reinigen die Entnahme der Verbren­ nungsrückstände zu erleichtern. Hier setzt man dann Sperren ein, die ein zuwenig genutztes Durchziehen der Heizgase verhindern.

Die Trennwand 9 ist parallel zur Wärmeübergabe-Fläche 1 nach unten gewölbt (13). Dadurch bleibt die Größe der "heißen Brennkammer" 3 voll erhalten, und die optimale Verbrennung wird nicht beeinträchtigt.

Falls erforderlich, wird die Trennwand 9 einfach zusätzlich mit einer Isolierschicht versehen.

Die der "heißen Brennkammer" 3 zugewandte Seite der Trennwand weist etwa 4 bis 6 Abstandshalter 13 auf, die einen Abstand zwischen der "heißen Brennkammer" und der Trennwand 9 von etwa 5 bis 20 mm herstellen. Der entstehende Zwischenraum dient der Heizgas-Zirkulation aus dem zweiten Heizgas-Zug. Dadurch wird einerseits die "heiße Brennkammer" an dieser Stelle vor starker Aufheizung geschützt, andrerseits die starke Aufheizung der nicht Heizmedium-führenden Trennwand und damit des dritten Heizgas-Zuges verhindert. Damit dienen die aufgebrachten Abstandshalter 13 der weiterhin verbes­ serten Nutzung der Heizgas-Wärme.

Anstelle der Abstandhalter können auch Leit-Rippen 13 diese Funktion übernehmen und zugleich das Abgas auf die gewünschte Weise leiten. Sie sind im Winkel von z. B. ca. 30° schräg zum zweiten Heizgas-Zug aufge­ bracht. Sie bewirken einen Heizgas-Zug zwischen der Trennwand 9 und der "heißen Brennkammer" 3, der durch die Schräglage der Rippen ständig gekühltes Heizgas von der benachbarten Heizmedium-führenden Fläche aufnimmt, sich erwärmt und die Wärme an die Heizmedium-führende Fläche auf der anderen Seite des dritten Heizgas-Zuges 10 wieder abgibt.

Die Vorrichtung, die Trennwand 9 herauszunehmen, eröffnet durch die große Heizkessel-Türe 6 völlig freien Zugang auch zu den sonst schwer zugänglichen Stellen des Heizkessels zum problemlosen Reinigen und Service.

Die Trennwand kann man zur Kühlung auch Heizmedium- führend gestalten, doch würden damit die Vorteile aus der Herausnehmbarkeit und aus der Erhaltung der vollen Größe der "heißen Brennkammer" entfallen, abgesehen von den hohen Kosten der Herstellung.

Die "heiße Brennkammer" 3 erhält auf der der Trennwand 9 zugekehrten Seite eine Verlängerung 15 bis gegen die Prallwand 4. Diese Verlängerung überdeckt auch den Teil der Trennwand, der durch die "heiße Brennkammer" noch nicht überdeckt ist. Somit ist die gesamte Trennwand 9 gegen Strahlungswärme geschützt, und es bildet sich zwischen der Überdeckung und der Trennwand (mit Hilfe der oben erwähnten Abstandhalter/Leit-Rippen 13) eine kühlende Gasströmung.

Die Sicherungsbolzen 11+14 zur Arretierung der Trenn­ wand 9 bewirken in Zusammenhang mit der "heißen Brenn­ kammer" 3, daß die Brennkammer nur dann eingeschoben werden kann, wenn die Trennwand richtig eingebracht ist, und daß die Trennwand nach dem Einschieben der Brennkammer störungsfrei fixiert ist.

Die erfindungsgemäße Konstruktion weist - je nach Ausführung - nur zwei bis drei Heizgas/Heizmedium- berührte Schweißnähte auf.

Der Abgas-Raum 7 ist sehr klein, umfaßt nur einen klei­ nen Ausschnitt der Peripherie der Gesamtbrennkammer 1 und ist dort mit Wärmeübergabe-Rippen ausgestattet.

Claims (11)

1. Heizkessel für flüssige oder gasförmige Brennstoffe mit drei zylindrischen Heizgaszügen, von denen der erste (5) von einem die Flamme mit Abstand umgebenden Hohlkörper (3) gebil­ det ist, aus dem die Heizgase nach Umkehrung an einer Prall­ wand (4) in den zweiten, den Hohlkörper (3) unmittelbar umge­ benden Heizgaszug (2) strömen und von dort, nach nochmaliger Umlenkung auf der Brennerseite (6) des Heizkessels, in den dritten Heizgaszug (10) eintreten, wobei der dritte Heizgas­ zug (10) den gleichen radialen Abstand von der Kesselmitte hat wie der zweite Heizgaszug (2), dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Heizgaszug (10) ein einziger, lediglich durch eine Trennwand (9) von dem zweiten Heizgaszug (2) abgeteilter Kanal ist.

2. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (9) in ihrem Mittelbereich der Form des Hohlkörpers (3) folgend gewölbt und unterhalb des ersten Heizgas-Zuges angeordnet ist.

3. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (9) oberhalb, seitlich oder an beliebiger Posi­ tion innerhalb des zweiten Heizgas-Zuges (2) angeordnet ist.

4. Heizkessel nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (9) bis in den Abgas-Raum (7) reicht, der die Peripherie der Gesamtbrennkammer (1) in dem Umfang des dritten Zuges umfaßt.

5. Heizkessel nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Trennwand (9) auf der Seite des zweiten Heizgaszuges Abstandshalter (13) angebracht sind, die einen Abstand von etwa 5 bis 20 Millimeter zwischen der Trennwand und dem Hohlkörper herstellen.

6. Heizkessel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (13) als Leit-Rippen ausgebildet sind, die im Winkel von etwa 30° schräg zur Richtung des zweiten Heizgaszuges verlaufen.

7. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (9) herausnehmbar ist, an dem der Brennerseite (6) zugewandten Ende durch Sicherungs­ bolzen (11) und den anliegenden Hohlkörper (3) fixiert ist und daß sie an dem anderen Ende durch einen weiteren Siche­ rungsbolzen (14) gegen zu weites Durchschieben gesichert ist.

8. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Heizgaszug (2) und der dritte Heizgaszug (10) mit geschlitzten Wärmeübergabe-Rippen (12) versehen sind, deren Zähne gegen die Gasströmung geneigt und/oder verschränkt geformt sind.

9. Heizkessel nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der Zähne der Wärmeübergabe-Rippen im dritten Heizgas-Zug in entgegengesetzter Richtung zu den Zähnen der Wärmeübergabe-Rippen des zweiten Heizgas-Zuges ausgeführt ist und die Rippen bis in den Abgas-Raum (7) reichen.

10. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in dem dritten Heizgas-Zug (10) einige (z. B. vier) Wärmeübergabe-Rippen fortgelassen sind und dieser Raum durch Sperren geschlossen ist.

11. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (3) auf der Seite, die der Trennwand (9) zugewandt ist, eine Verlängerung (15) aufweist, die mit dem Hohlkörper (3) zusammen die ganze Trennwand (9) in einem bestimmten Abstand überdeckt.