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Die Erfindung bezieht sich auf einen Heizkessel mit oder ohne Feuerbüchse
und mit einem über ihm angeordneten Brauchwasserbehälter, in dem mindestens eine
an mindestens zwei Stellen mit einem Heizwasserraum des Kessels verbundene Wasserführung
angeordnet ist, deren Vorlauföffnung oberhalb der Ebene, in der sich die Feuerraumdecke
befindet, liegt und deren Rücklaufwasser an einer Stelle in das Heizwasser zurückführbar
ist, die tiefer liegt als die Vorlauföffnung.
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Heizkessel dieser Art sind bekannt (österreichisches Patent 226 921).
Sie finden wegen ihrer raumsparenden Konstruktion vorzugsweise Anwendung bei Heizungsanlagen
von Wohngebäuden.
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Bei einem bekannten Heizkessel der obenerwähnten Art, der entweder
mit festen oder mit flüssigen Brennstoffen betrieben wird, befindet sich zwischen
der Decke des von einem Wassermantel umfaßten Feuerraums und dem Boden des Brauchwasserbehälters
ein Wasserraum, dem Rücklaufwasser zugeführt wird, das aus einer im Brauchwasserbehälter
angeordneten Wasserführung stammt, der heißes Heizwasser über ein Steigrohr zugeführt
wird. Dieses Steigrohr ist an einen im Feuerraum angeordneten ringförmigen Wasserraum
angeschlossen, der die Feuerbüchse für einen Ölbrenner bildet. Das mit dem Ringwasserraum
verbundene Steigrohr wird von einem zweiten Rohr umfaßt, das Teil der Wasserführung
des Brauchwasserbehälters ist. Es kann Wasser, das sich in dem Raum zwischen der
Feuerraumdecke und dem Boden des Brauchwasserbehälters befindet, in dem das Steigrohr
umfassenden Zwischenraum nach oben strömen, wenn im Steigrohr Wasser verhältnismäßig
hoher Temperatur aufsteigt.
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Wird ein solcher Heizkessel mit festen Brennstoffen beheizt, dann
werden die Außenwand des die Feuerbüchse umgebenden Ringwasserraums und die Feuerraumwände
etwa gleichmäßig beheizt. Wird der Kessel mit einem Ölbrenner aufgeheizt, dann beheizt
dessen Flamme die Feuerraumwände nur indirekt, die Temperatur in dem die Feuerbüchse
umfassenden Ringraum ist also wesentlich höher als die Temperatur des Heizwassers,
das sich im Raum zwischen der Feuerraumdecke und dem Boden des Brauchwasserbehälters
befindet.
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Aus dem ringförmigen, im Feuerraum angeordneten Wasserraum steigt
erhitztes Wasser auf, es gelangt nach Abgabe von Wärme über die Mündung des Rücklaufs
wieder in den Raum zwischen Feuerraumdecke und Boden des Brauchwasserbehälters,
und zwar trifft das verhältnismäßig kühle Rücklaufwasser unmittelbar auf die Feuerraumdecke,
wodurch bei schwach brennender oder ganz ausgeschalteter Flamme in der Feuerbüchse
infolge örtlicher Unterkühlung im Feuerraum Kondenswasserbildung mit ihren Nachteilen
auftreten kann.
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Wird der Ölbrenner bei intermittierendem Betrieb abgeschaltet, so
sinkt die Wassertemperatur im Ringwasserraum, da die immer vorhandene Zugluft die
Feuerbüchsenwand abkühlt, während das zwischen der Feuerraumdecke und dem Boden
des Brauchwasserbehälters befindliche Wasser noch warm bleibt, wodurch sich eine
Umkehr der Wasserströmungsrichtung in der vorerwähnten Steigleitung einstellen kann.
Das Wasser fällt im Steigrohr nach unten, fließt also nunmehr in den im Feuerraum
angeordneten Ringwasserraum zurück. Wird in dieser Phase Brauchwasser entnommen,
dann wird der vorerwähnte Effekt noch verstärkt. Schaltet sich der von einem Thermostat
gesteuerte Ölbrenner nun wieder ein, dann muß zunächst bewirkt werden, daß das in
falscher Richtung strömende Wasser zum Stehen kommt und dann seine Strömungsrichtung
wieder ändert, was deswegen nachteilig ist, weil die Aufheizzeit des Brauchwassers
dadurch verlängert wird.
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Da nun im Raum zwischen der Feuerraumdecke und dem Boden des Brauchwasserbehälters
im wesentlichen verhältnismäßig kühles Rücklaufwasser vorhanden ist, wirkt der Boden
des Brauchwasserbehälters kaum wärmeübertragend, ein weiterer Nachteil.
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Es wurde oben erwähnt, daß das Steigrohr, das mit dem Ringwasserraum
in Verbindung steht, von einem zweiten Rohr umfaßt ist, so daß ein Zwischenraum
gebildet ist, der einerseits mit dem Innenraum des Steigrohres, andererseits mit
dem Wasserraum verbunden ist, der zwischen der Feuerraumdecke und dem Boden des
Brauchwasserbehälters liegt. Gelangt in den Zwischenraum zwischen den beiden Rohren
kühles Rücklaufwasser, dann gibt dieses aufsteigende Rücklaufwasser kaum Wärme an
das im Brauchwasserbehälter befindliche Wasser ab und vermindert darüber hinaus
die Umlaufkraft der im Brauchwasserbehälter befindlichen Wasserführung, ganz abgesehen
davon, daß dieses Wasser bewirkt, daß die Wärme des im Steigrohr aufsteigenden heißen
Heizwassers auf der ganzen Länge des Steigrohres nicht an das Brauchwasser abgegeben
werden kann.
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Ein weiterer Nachteil des bekannten Kessels ist darin zu sehen, daß,
ist der Heizkessel angelaufen, zunächst heißes Wasser in den oberen Teil der Brauchwasserbehälter-Wasserführung
gelangt und dadurch das Brauchwasser von oben her geheizt wird und warmes Brauchwasser
im oberen Teil des Brauchwasserbehälters stehenbleibt. Beim Öffnen der Brauchwasserleitung
kommt zunächst, was unerwünscht ist, sehr heißes Wasser aus der Leitung heraus,
das nach kurzer Zeit wesentlich kühler wird, was auch unerwünscht ist, da über eine
längere Zeit gleichmäßig warmes Wasser verlangt wird.
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Schließlich ist noch zu erwähnen, daß über den Boden des Brauchwasserbehälters
kaum Wärme an das im Brauchwasserbehälter vorhandene Wasser abgegeben wird, da in
dem Wasserraum zwischen der Feuerraumdecke und dem Bodendes Brauchwasserbehälters
verhältnismäßig kühles Rücklaufwasser vorhanden ist.
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Bei einem Heizkessel ähnlicher Art (österreichisches Patent 188 482)
liegen die Vor- und Rücklauföffnungen der im Brauchwasserbehälter angeordneten Wasserführung
auch oberhalb der Feuerraumdecke, die Rücklauföffnung liegt jedoch höher als die
Vorlauföffnung, so daß wegen der negativen Höhendifferenz dieser Öffnungen die Antriebskraft
für den Wasserumlauf durch den Brauchwasserbehälter vermindert wird, was dazu führte,
daß Heizkessel dieser Art durch Heizkessel der eingangs zuerst erwähnten Art verbessert
wurden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten
Heizkessel dieser Art zu vermeiden und zugleich die Wärmeleistung solcher Heizkessel
zu erhöhen und deren betriebliches Verhalten zu verbessern.
Ausgehend
von Heizkesseln der eingangs erwähnten Art wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die
Mischstelle des aus dem Brauchwasserbehälter zurückströmenden Rücklaufwassers mit
dem unmittelbar über die Wände des Feuerraums aufheizbaren Heizwasser unterhalb
der Ebene, in der sich die Feuerraumdecke befindet, und damit seitlich des Feuerraums
zu legen.
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Durch diese Anordnung wird jetzt der Boden des Brauchwasserbehälters
unmittelbar durch besonders stark erwärmtes Wasser beaufschlagt, das Brauchwasser
also von unten her gleichmäßig erwärmt, es kann keine Richtungsänderung des in der
Brauchwasserbehälter-Wasserführung vorhandenen Wassers mehr auftreten, und zwar
auch dann nicht, wenn im intermittierenden Betrieb gefahren wird; das Rücklaufwasser
wird dort in den Wasserraum des Heizkessels eingeführt, wo Wasser mit verhältnismäßig
niedrigen Temperaturen vorhanden ist, dem im Heizwasserraum vorhandenen heißen Heizwasser
wird das kühlere Rücklaufwasser von unten her derart zugeführt, daß der Heizkessel-Feuerraum
gegen aus der Wasserführung des Brauchwasserbehälters zurückströmendes kaltes Rücklaufwasser
geschützt ist, so daß eine Kondenswasserbildung jetzt vermieden ist, und es wird
schließlich die im aufgeheizten Heizwasser gespeicherte Wärme über die Wasserführung
unmittelbar an das Brauchwasser übertragen, und zwar im Brauchwasserbehälter von
unten nach oben, so daß das aufsteigende, in der Wasserführung des Brauchwasserbehälters
bewegte heiße Wasser die gleichmäßige Erwärmung des Brauchwassers über den Brauchwasserbehälterboden
unterstützt. Es wird also gegenüber dem Stande der Technik ein erheblicher Fortschritt
erzielt.
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Die im seitlichen Wassermantel unterhalb der Ebene der Decke des Feuerraums
liegende Mischstelle zwischen zurückströmendem Rücklaufwasser und dem Heizwasser
kann unmittelbar am Ende der Wasserführung oder am Ende einer die Rücklaufmündung
umgebenden rohrartigen Schürze liegen.
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Um nun eine noch bessere Mischung des in den Heizwasserraum einfallenden
Rücklaufwassers mit dem Heizwasser zu erzielen, wird weiterhin vorgeschlagen, im
Heizwasserraum einen kaminartigen Einsatz anzuordnen, dessen oberer Teil an die
Vorlauföffnung der Wasserführung angeschlossen und gegenüber dem Boden des Brauchwasserbehälters
abgedichtet ist.
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Bei dem Heizkessel nach der Erfindung werden die Wärmeverluste im
Sinne einer Abstrahlung nach außen verringert, und zwar um so mehr, je weiter der
kaminartige Einsatz in den seitlichen Wasserraum nach unten reicht, da die Außenwand
durch den Rückwasserring eine geringere Oberflächentemperatur hat, denn das heiße
Heizwasser ist vom Rücklaufwasser durch den Einsatz getrennt. Wegen des im Bereich
des Einsatzes großen Ouerschnittes des Heizwasserraumes werden Heizwasser und Rücklaufwasser
mit sehr kleiner Geschwindigkeit bewegt; dadurch sind die Verluste geringer, und
zwar auch nach außen im Sinne einer Abstrahlung und in den beiden strömenden Medien
selbst durch geringe Strömungsverluste. Wegen der Anordnung des Einsatzes ist die
Strömung von Vorlauf- und Rücklaufwasser geordnet, die Widerstandsverluste sind,
da die Strömungen voneinander getrennt sind, dadurch auch niedrig. Durch die geordnete
Strömung des heißen, an der Feuerrraumwand strömenden Wassers ist der Wärmeübergang
vom Feuerraum zum Heizwasser optimal. Bei Sommerbetrieb, d. h. wenn die Heizung
der Räume abgeschaltet und nur die Brauchwasserbereitung in Betrieb ist, stört bei
intermittierendem Betrieb bei Stillstand des Brenners eine Abkühlung des Feuerraums
nicht, da zunächst nur das Heizwasser abgekühlt wird.
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Zweckmäßig ist es, dafür zu sorgen, daß sich der kaminartige Einsatz
zum Boden des Brauchwasserbehälters hin verjüngt. Hierdurch können die Strömungswiderstände
verringert und Staustellen vermieden werden.
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Wird Wert darauf gelegt, daß die Temperatur des Heizwassers, das zum
Versorgen von Heizkörpern dient, unter bestimmten äußeren Bedingungen höher ist
als die Temperatur des Brauchwassers, dann empfiehlt es sich, in der im Brauchwasserbehälter
angeordneten Wasserführung zur Veränderung ihres Durchflußquerschnittes ein von
außen verstellbares oder in Abhängigkeit von der Temperatur des Brauchwassers gesteuertes
Regelorgan vorzusehen.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt,
und zwar zeigt F i g. 1 einen senkrechten Schnitt durch einen Heizkessel mit über
ihm angeordnetem Brauchwasserbehälter, bei dem der aufsteigende Teil der Wasserführung
als Rohrschlange ausgebildet ist und bei dem der absteigende Teil der Wasserführung
durch den Boden des Brauchwasserbehälters hindurch so weit nach unten verlängert
ist, daß die Mischung des Rücklaufwassers mit dem Heizwasser im seitlichen Wassermantel
erfolgt, F i g. 2 einen senkrechten Schnitt durch den oberen Teil eines Heizkessels
mit mehreren von der Mitte nach außen führenden Heizrohren und einem im Heizwasserraum
angeordneten kaminartigen Einsatz, F i g. 3 einen senkrechten Schnitt durch einen
weiteren Heizkessel, F i g. 4 einen Schnitt nach der Linie V-V der F i g. 3, F i
g. 5 einen Schnitt durch den oberen Teil eines Heizkessels, bei dem die auf- und
absteigenden Teile der Wasserführung mit Mitteln zur Herbeiführung einer gerichteten
Strömung des Brauchwassers versehen sind, F i g. 6 einen Schnitt nach der Linie
VII-VII der F i g. 5, F i g. 7 einen senkrechten Schnitt durch den oberen Teil eines
Heizkessels mit Mitteln zur Veränderung der Durchlaßmenge durch die Wasserführungen
und F i g. 8 einen Schnitt nach der Linie IX-IX der F i g. 7.
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über dem in F i g. 1 dargestellten Heizkessel 1 ist ein als Wärmetauscher
für das Brauchwasser dienender Behälter 2 angeordnet. Den Boden des Behälters 2
bildet eine Zwischenwand 3, die mit einem Flansch 4 zwischen einem Flansch 5 des
Heizkessels 1 und einem Flansch 6 des Behälters 2 angeordnet ist. In die den Boden
des Behälters 2 bildende Zwischenwand 3 ist eine Wasserführung eingesetzt, deren
aufsteigender Teil 8 als Rohrschlange ausgebildet ist und deren absteigender Teil
9 mit seinem Ende 10
einen im Heizraum liegenden Rücklaufraum bildet,
der unterhalb der Ebene der Feuerraumdecke in den Wasserraum 11 des Heizkessels
1 mündet. Aus dem über dem Rost 13 gelegenen Feuerraum 12 des Heizkessels
1 werden die heißen Feuergase über einen
mit einer Klappe
14 versehenen Rauchgasstutzen 15
zum Kamin geführt. Mit 16 ist
der Stutzen zur Vorlaufleitung eines Heizungssystems und mit 17 der Stutzen
zur Rücklaufleitung des Heizungssystems bezeichnet. Das Brauchwasser wird dem Behälter
2
über einen Stutzen 18 zugeführt und steigt um den als Rohrschlange
ausgebildeten aufsteigenden Teil 8 und den absteigenden Teil 9 der Wasserführung
7
über den Stutzen 19 zur Warmwasserleitung. Mit 20
ist die mit
einem Ventil 21 versehene Entlüftungsleitung der Wasserführung 7 bezeichnet.
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Der Zwischenboden 3 ist derart nach oben gekröpft, daß die Mündung
22 des als Rohrschlange ausgebildeten aufsteigenden Teiles 8 der Wasserführung
7 möglichst hoch angeordnet ist. Der durch das Ende 10 des absteigenden Teiles
9 der Wasserführung 7 gebildete Rücklaufraum ist dagegen so weit nach
unten gezogen, daß seine Mündung 23 unterhalb der Ebene der Feuerraumdecke in dem
Wasserraum 11 des Heizkessels 1 liegt.
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Da das Heizwasser im Wasserraum 11 des Heizkessels 1 beim Betrieb
des Heizkessels im Bereich der Mündung 22 eine höhere Temperatur erlangt
als im Bereich der Mündung 23 des absteigenden Teiles 9, tritt eine Strömung durch
die Wasserführung 7 im Sinne der eingezeichneten Pfeile ein, die um so größer ist,
je größer der Höhenunterschied zwischen den Mündungen 22 und 23 und demzufolge der
Temperaturunterschied des Heizwassers an den Mündungen 22 und 23 ist.
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Bei dem in F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind in der
den Boden des Behälters 2 bildenden Zwischenwand 3 mehrere Wasserführungen
7 angeordnet, die mit ihren geradlinig verlaufenden aufsteigenden Teilen
24 in der Mitte der Zwischenwand 3 münden. Die Zwischenwand 3, die mit ihrem Flansch
4 zwischen dem Flansch 5 des Heizkessels 1 und dem Flansch 6 des Behälters 2 angeordnet
ist, ist in der Mittte nach oben gewölbt. Die geradlinig verlaufenden absteigenden
Teile 9 der Wasserführung 7 sind mit ihren Enden 10 unter die Zwischenwand
3 heruntergezogen und münden in einen Rücklaufraum, der durch einen kaminartigen
Einsatz 26, die Zwischenwand 3 und die Außenwand des Heizkessels 1 gebildet wird.
Die Decke 25 des Feuerraums 12 des Heizkessels 1 ist vom kaminartigen Einsatz 25
umgeben, der mittels Stegen 27 auf der Decke 25 ruht und der das durch die Decke
25 stark erhitzte Heizwasser zu den Mündungen 22 der aufsteigenden Teile 24 der
Wasserführungen 7 führt.
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Beim Betrieb des Heizkessels tritt eine thermische Zirkulation des
Heizwassers vom Raum oberhalb der Decke 25 des Feuerraums 12 durch die aufsteigenden
Teile 24 der Wasserführungen 7 und die absteigenden Teile 9 derselben zurück zum
Wasserraum 11 des Heizkessels 1 ein.
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Bei dem in. den F i g. 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist
die Decke 25 des Feuerraums 12 von einem sich nach oben verjüngenden zylindrischen
Einsatz 34 aus Blech umgeben, der mit seinem oberen Rand 35 an der den Boden
des Behälters 2 bildenden Zwischenwand 3 durch Punktschweißung befestigt ist. Die
Zwischenwand 3 ist auf ihrer Unterseite mit Rippen 36 versehen, die zur Verbesserung
des Wärmeüberganges zwischen dem im Heizwasserraum 11 des Heizkessels
1 strömenden Heizwasser und dem in den Behälter 2 durch einen Stutzen
37
zufließenden kalten Brauchwasser dient. Nach dem Eintritt in den Behälter
2 durch den Stutzen 37
strömt ein Teil des kalten Brauchwassers durch ein
die aufsteigenden Teile 24 dreier Wasserführungen 7
umgebendes Leitblech
38. Die aufsteigenden Teile 24
sind mit Rippen 39 versehen, die zur Vergrößerung
des Wärmeüberganges zwischen dem in den aufsteigenden Teilen 24 aufsteigenden
Heizwasser und dem durch das Leitblech 38 strömenden kalten Brauchwasser
dienen. Durch die Anordnung des Leitbleches 38 im Behälter 2 kann in dessen Innenraum
eine Strömung des Brauchwassers im Sinne der gestrichelt eingezeichneten Pfeile
herbeigeführt werden.
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Der Stutzen 16 zur Vorlaufleitung des Heizungssystems ist bei diesem
Ausführungsbeispiel in die Nähe der Mündung 23 der absteigenden Teile 9 der Wasserführungen
7 und in die Nähe der Zwischenwand 3 gelegt. Dadurch ist eine Zirkulation des Heizwassers
durch das Heizungssystem des Brauchwasserbehälters 2 im Sinne der ausgezogen eingezeichneten
Pfeile begünstigt.
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Bei dem in den F i g. 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiel sind
sowohl die aufsteigenden Teile 24 dreier Wasserführungen 7 als auch deren absteigenden
Teile 9 von Leitblechen 39 umgeben, die der Herbeiführung einer gerichteten Strömung
des Brauchwassers im Sinne der gestrichelt eingezeichneten Pfeile dienen. Auch hier
ist die Decke 25 des Feuerraums 12 des Heizkessels 1 von einem sich
nach oben verjüngenden zylindrischen Einsatz 40
umgeben, der mit seinem Oberteil
an der Unterseite der Zwischenwand 3 des Brauchwasserbehälters befestigt ist. Im
Gegensatz zu den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen besteht hierbei der
Behälter 2
mit dem Kessel l aus einem zylindrischen Gefäß, in das die Zwischenwand
3 mit ihrem seitlichen zylindrischen Rand 41 eingeschweißt ist.
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Am oberen Teil des Einsatzes 40 sind durch Stanzen und Umbördeln
nach unten Rippen 42 geschaffen, die zur besseren Darstellung in dem dargestellten
Ausführungsbeispiel quer zur Strömungsrichtung des Heizwassers gezeichnet sind.
Zur Verringerung des Strömungswiderstandes werden diese Rippen jedoch zweckmäßig
in Strömungsrichtung angeordnet.
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F i g. 7 und 8 zeigen ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Heizungssystem
des Brauchwasserbehälters 2
ebenfalls aus drei Wasserführungen 7 besteht,
in deren oberen Teilen Mittel zur Veränderung des Durchflußquerschnittes angeordnet
sind. Diese Mittel bestehen aus einer in einem quer zu den Wasserführungen 7 angeordneten
Rohr 43 angebrachten Klappe 44, die auf einer Achse 45 angeordnet
ist und mit einem Thermostat 46 in Verbindung steht, der die Klappe
44 in Abhängigkeit von der Temperatur des Brauchwassers schließt oder öffnet.
Mittels einer Verstellvorrichtung 47 in einer Entlüftungsleitung
48
kann die Klappe auch von Hand verstellt werden. Mit 49 ist der Deckel
einer Öffnung im Behälter 2
bezeichnet, durch die die Einrichtung zur Veränderung
des Strömungsquerschnittes in den Wasserführungen 7 ein- und ausbaubar ist.
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Die Mündungen 23 der absteigenden Teile 9 der Wasserführungen
7 in der Zwischenwand 3 gehen hier in eine sich in den Wasserraum 11 des
Heizkessels 1 nach unten rohrartig erstreckende Schürze 50 über, die
den Rücklaufraum bildet.