DE19726474A1

DE19726474A1 - Water boiler with horizontal combustion chamber

Info

Publication number: DE19726474A1
Application number: DE1997126474
Authority: DE
Inventors: Martin Dipl Ing Kramer; Axel Dr Ing Mueller
Original assignee: Buderus Heiztechnik GmbH
Current assignee: Bosch Thermotechnik GmbH
Priority date: 1996-12-02
Filing date: 1997-06-21
Publication date: 1998-12-24

Abstract

The water boiler has a half-shell (9) which grips over the upper heat exchanger (2) of bundled pipes from the upper side, over their whole length. It has structured edges (10) along the longitudinal sides, towards the outer boiler mantle (4), to form openings (11) between the inflow chamber (8) and the remainder of the water storage zone (3). The hot water overflow is through a further opening (12) at the upper section of the half-shell (9), at the end of the boiler towards the burner, to give a water flow from the storage zone (3) into the outflow connection (13).

Description

Die Erfindung betrifft einen Heizkessel nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a boiler according to the preamble of claim 1.

Derartige Heizkessel besitzen eine horizontale Brennkammer für Umkehrfeuerung mit darüberliegendem Rohrbündelwärmetauscher sowie einem umgebenden Wasserraum mit obenliegenden Vorlauf- und Rücklaufanschlußstutzen. Bezüglich der Wasserführung sind verschiedene Ausführungsformen bekannt, die alle das Ziel verfolgen, einen guten Wär metauscherwirkungsgrad zu erreichen und Kondensation mit nachfolgenden Korrosi onserscheinungen am Wärmetauscher zu vermeiden. Kondensation kann durch Unter schreiten der Taupunkttemperatur auf der Heizgasseite entstehen, wenn kaltes Rücklauf wasser mit den Wärmetauscherwänden in Berührung kommt. Es bildet sich saures Kon densat, das die Wände der Heizgaszüge oder der Brennkammer angreifen kann.Such boilers have a horizontal combustion chamber for reverse firing overlying tube bundle heat exchanger and a surrounding water space flow and return connection spigot at the top. Regarding the water flow known various embodiments, all of which have the goal of a good heat To achieve the exchange efficiency and condensation with subsequent corrosion to avoid onsymptoms on the heat exchanger. Condensation can be caused by sub the dew point temperature on the heating gas side occur when cold return water comes into contact with the heat exchanger walls. Acidic cone forms densat, which can attack the walls of the heating gas flues or the combustion chamber.

Um einen rücklauftemperaturunabhängigen Betrieb zu ermöglichen, kennt man beispiels weise aufwendig hergestellte mehrschalige Wärmetauscherrohre. Weiterhin gibt es Leit bleche zur Verteilung des kalten Rücklaufwassers. In der DE 33 10 223 C2 ist eine An ordnung mit einem Leitblech offenbart, die den gesamten Wärmetauscher von oben her abschirmt, das Rücklaufwasser großflächig an die Längsseiten der Brennkammer bringt und das Vorlaufwasser ohne gegenseitige Mischung direkt aus dem Bereich des Wärme tauschers abzieht. Die DE 38 32 322 C2 zeigt ein Umlenkblech unter dem Rücklaufan schlußstutzen, damit das kalte Rücklaufwasser nicht direkt zum Vorlauf strömt und der gesamte Wasserinhalt des Kessels zirkuliert. Weiterhin wird versucht, die Temperatur des Rücklaufwassers durch Mischung mit warmem Vorlauf- bzw. Kesselwasser anzuheben. Entsprechende Ausführungsbeispiele sind in der DE 38 32 323 C2 und dem DE-GM 94 06 498 enthalten. Auch das DE-GM 296 02 075 zeigt ein Leitblech, das den oberen Be reich des Wärmetauschers unter dem Rücklaufanschlußstutzen abschirmt, jedoch einen Teilstrom zum Vorlauf zuläßt und den Hauptstrom an die Längsseiten des Kesselmantels lenkt. Hier erfolgt die Dosierung des Rücklaufwassers über seitliche, sich stufenweise zur Kesselvorderwand hin vergrößernde Aussparungen.In order to enable operation independent of the return temperature, we know for example wise elaborate multi-shell heat exchanger tubes. There is also Leit plates for the distribution of the cold return water. In DE 33 10 223 C2 is an order disclosed with a baffle that covers the entire heat exchanger from above shields the return water brings a large area to the long sides of the combustion chamber and the flow water without mutual mixing directly from the area of heat tauschers deducts. DE 38 32 322 C2 shows a baffle under the return line end connector so that the cold return water does not flow directly to the flow and the circulates the entire water content of the boiler. An attempt is also made to determine the temperature of the Raise the return water by mixing it with warm flow or boiler water. Corresponding exemplary embodiments are in DE 38 32 323 C2 and DE-GM 94 06 498 contain. The DE-GM 296 02 075 shows a baffle that the upper Be shields the heat exchanger under the return connector, but one Allows partial flow to the flow and the main flow to the long sides of the boiler jacket directs. Here, the return water is metered in gradually from the side Cut-outs in the front of the boiler.

Bei allen vorstehenden Ausführungen wird somit das kalte Rücklaufwasser schwerpunkt mäßig vom brennerseitigen Ende des Kessels her von oben über Wärmetauscher bzw. Brennkammer verteilt. Der Rücklaufanschlußstutzen befindet sich dabei überwiegend im vorderen Bereich des Kessels und die Entnahme des Vorlaufwassers erfolgt im hinteren oder mittleren Bereich. Es ergibt sich durch diese Anordnung ein nach dem Gleichstrom prinzip betriebener Rohrbündelwärmetauscher, weil Heizgas und umgebendes Kessel wasser gemeinsam von der Vorderseite zur Rückseite des Kessels strömen. Neben einem ungünstigen Wärmetauscherwirkungsgrad kann es durch die Einspeisung des Rücklauf wassers über wenige verschieden große Öffnungen zur Bildung kälterer Zonen im Kessel kommen. Der üblicherweise im hinteren Bereich liegende Vorlaufanschluß führt dazu, daß der kondensatgefährdete Bereich des Wärmetauschers mit den niedrigen Heizgastempe raturen immer mit Wasser durchströmt wird, welches auf dem Temperaturniveau des Vorlaufes liegt. Es tritt somit dort schon bei Vorlauftemperaturen in Höhe des theoreti schen Taupunktes Kondensation auf.In all of the above, the cold return water becomes the focus moderate from the burner end of the boiler from above via a heat exchanger or Distributed combustion chamber. The return connector is mainly in the the front area of the boiler and the withdrawal of the flow water takes place in the rear or middle range. This arrangement results in a direct current principle operated tube bundle heat exchanger, because heating gas and the surrounding boiler flow water together from the front to the back of the boiler. Besides one Unfavorable heat exchanger efficiency can be caused by feeding the return water through a few different sized openings to form colder zones in the boiler come. The flow connection usually located in the rear area leads to the fact that the condensate-prone area of the heat exchanger with the low heating gas temperature is always flowed through with water at the temperature level of the Lead lies. It therefore occurs there at flow temperatures of the theoretical condensation.

Der in der Hauptanmeldung 1 96 49 843.0 beschriebene Heizkessel ist nach dem Gegen stromprinzip aufgebaut und besteht aus einer horizontalen Brennkammer mit darüberlie gendem Rohrbündelwärmetauscher. Dabei wird das Rücklaufwasser durch eine von ei nem Leitblech gebildete Einströmkammer im wesentlichen in Richtung Kesselrückwand außen um die Zone mit den niedrigeren Heizgastemperaturen gelenkt. Die Entnahme von Vorlaufwasser erfolgt am brennerseitigen Kesselende mit den höheren Heizgastempera turen. Als Halbschale übergreift die Einströmkammer für das Rücklaufwasser von oben her den Rohrbündelwärmetauscher und besitzt an den Nahtstellen mit dem äußeren Kes selmantel an den beiden Längsseiten Einströmöffnungen.The boiler described in main application 1 96 49 843.0 is after the opposite current principle and consists of a horizontal combustion chamber with above pipe bundle heat exchanger. The return water is fed by one of egg Inflow chamber formed in the baffle essentially in the direction of the boiler rear wall steered outside around the zone with the lower heating gas temperatures. The removal of Flow water takes place at the burner end of the boiler with the higher heating gas temperature doors. The inflow chamber for the return water overlaps as a half-shell from above forth the tube bundle heat exchanger and has at the seams with the outer core Inlet jacket on the two long sides.

Eine Halbschale oberhalb des Wärmetauschers ist auch in der DE 43 08 759 A1 enthal ten. Diese trennt den Wasserraum in eine innere und äußere Zone mit jeweils unter schiedlichem Temperaturniveau. Daher sind hier zwei Vorlaufanschlüsse vorhanden und ein Überströmen von innen nach außen ist durch mehrere Öffnungen in der Halbschale an der Kesselrückwand möglich. Die Heizgase im Rohrbündel und Heizwasser unterhalb der Halbschale strömen allerdings in gleicher Richtung zur Kesselrückwand hin. Außer dem liegen die Längsseiten der Halbschale eng von außen am Rohrbündel an, so daß große freie Mischzonen am Kesselmantel entstehen. Erwärmtes Heizwasser aus dem Bereich der Brennkammer steigt auf, mischt sich mit dem außen herabsinkenden Rück laufwasser und versorgt somit den der äußeren Zone zugeordneten Vorlaufanschluß an der Oberseite mit entsprechend niedrigeren Temperaturen.A half-shell above the heat exchanger is also contained in DE 43 08 759 A1 This separates the water space into an inner and an outer zone, each with under different temperature levels. Therefore there are two flow connections and overflow from inside to outside is through several openings in the half-shell possible on the rear wall of the boiler. The heating gases in the tube bundle and heating water below the half-shell, however, flow in the same direction towards the rear wall of the boiler. Except the long sides of the half-shell lie close to the outside of the tube bundle, so that Large free mixing zones are created on the boiler jacket. Heated heating water from the The area of the combustion chamber rises, mixes with the sinking back running water and thus supplies the flow connection assigned to the outer zone the top with correspondingly lower temperatures.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Heizkessel für Niedertemperaturbetrieb zu schaffen, der durch seinen Aufbau schädliche Kondensatbildung vermeidet und einen optimalen Wärmetauscherwirkungsgrad erreicht.The invention has for its object a boiler for low temperature operation to create, which avoids harmful condensate formation and one optimal heat exchanger efficiency achieved.

Erfindungsgemäß wird dies mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteil hafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.According to the invention this is solved with the features of claim 1. Advantage further training can be found in the subclaims.

Der Heizkessel besitzt eine horizontale Brennkammer mit darüberliegendem Rohrbündel wärmetauscher sowie einen umgebenden Wasserraum mit obenliegenden Vorlauf- und Rücklaufanschlußstutzen. Der Rohrbündelwärmetauscher ist nach dem Gegenstromprin zip aufgebaut und von oben mit einer Halbschale abgeschirmt. Diese besitzt vorzugswei se einen trapezförmigen Querschnitt, kann aber auch halbrund ausgeführt sein. Dabei wird das Rücklaufwasser über die von der Halbschale gebildete Einströmkammer im we sentlichen in Richtung Kesselrückwand außen um die Zone mit den niedrigeren Abga stemperaturen gelenkt. Die Entnahme von Vorlaufwasser erfolgt am brennerseitigen Kes selende mit den höheren Heizgastemperaturen. Auf der gesamten Länge übergreift die Halbschale den Rohrbündelwärmetauscher von der Oberseite her. Sie hat an den beiden Längsseiten zum äußeren Kesselmantel gerichtete Umkantungen, welche Öffnungen zwi schen Einströmkammer und restlichem Wasserraum bilden. Die Umkantungen bzw. Öff nungen reichen seitlich bis in die Zone der untersten Wärmetauscherrohre. Durch eine weitere Öffnung im oberen Bereich der Halbschale am brennerseitigen Kesselende kann Heizwasser aus dem darunterliegenden Wasserraum in den Bereich unterhalb des Vor laufanschlußstutzens überströmen.The boiler has a horizontal combustion chamber with a tube bundle above it heat exchanger and a surrounding water space with overhead flow and Return connection piece. The tube bundle heat exchanger is after the counterflow prin zip constructed and shielded from above with a half shell. This has two se a trapezoidal cross-section, but can also be semicircular. Here the return water over the inflow chamber formed by the half-shell in the we considerably towards the back of the boiler around the zone with the lower flue gas controlled temperatures. The supply water is drawn from the burner-side boiler selende with the higher heating gas temperatures. Spreads over the entire length Half shell of the tube bundle heat exchanger from the top. She has on the two Long edges directed towards the outer shell of the boiler, which openings between form the inflow chamber and the remaining water space. The folds or opening openings extend laterally into the zone of the lowest heat exchanger tubes. By a further opening in the upper area of the half-shell at the burner end of the boiler Heating water from the water space below into the area below the fore overflow the barrel connector.

Die Umkantungen an den beiden Längsseiten der Halbschale sind von der Kesselrück wand her bis vorzugsweise in Kesselmitte dicht mit dem äußeren Kesselmantel verbun den, so daß die Öffnungen zwischen Einströmkammer und restlichem Wasserraum ins besondere in der brennerseitigen Kesselhälfte angeordnet sind. Rücklaufwasser wird in den hinteren Bereich der Einströmkammer über einen sich vom Rücklaufstutzen oberhalb der Halbschale in Richtung Kesselrückwand erstreckenden Verteilerkanal mit vorzugswei se rechteckigem Querschnitt und seitlich angeordneten Öffnungen eingespeist. Es sinkt im wesentlichen auf der Halbschale in die Seitenbereiche ab, trifft in der hinteren Kessel hälfte auf die mit dem Kesselmantel abschließenden Umkantungen und wird zu den Öff nungen in der vorderen Kesselhälfte umgelenkt. Das kühlere Rücklaufwasser dringt au ßen am Kesselmantel weiter nach unten, wird an der Brennkammer entlang verteilt und vermischt sich dort mit wärmerem Heizwasser. Danach erfolgt der Aufstieg über der Brennkammer im Bereich der Wärmetauscherrohre unterhalb der Halbschale. Es entsteht eine gleichmäßige Wasserumwälzung in entgegengesetzter Richtung zu den Heizgasen, da die einzige Öffnung nach oben an der Kesselvorderwand liegt. Dort beginnt der Ein zugsbereich des Vorlaufstutzens an der Oberseite des Kesselmantels, wobei eine geringe Direktströmung aus der Zone des Verteilerkanals möglich ist. Vorlauf- und Rücklaufan schlußstutzen können etwa benachbart am brennerseitigen Kesselende angeordnet wer den. Damit werden montagefreundliche Anbindungen geschaffen.The edges on the two long sides of the half-shell are from the back of the boiler wall up to the middle of the boiler, tightly bonded to the outer shell of the boiler the, so that the openings between the inflow chamber and the remaining water space into are arranged in the burner side of the boiler. Return water is in the rear area of the inflow chamber above the return nozzle the half-shell in the direction of the rear wall of the boiler with preferably two se rectangular cross-section and laterally arranged openings. It sinks essentially on the half-shell in the side areas, hits in the rear boiler half on the edging that ends with the boiler casing and becomes the opening deflected in the front half of the boiler. The cooler return water leaks out further down the boiler shell, is distributed along the combustion chamber and mixes there with warmer heating water. Then the ascent takes place over the Combustion chamber in the area of the heat exchanger tubes below the half shell. It arises an even circulation of water in the opposite direction to the heating gases, because the only opening upwards is on the front wall of the boiler. The one begins there traction area of the flow connector on the top of the boiler shell, with a small Direct flow from the zone of the distribution channel is possible. Forward and Rewind end connections can be arranged approximately adjacent to the burner end of the boiler the. This creates easy-to-install connections.

Um den Aufstieg von erwärmtem Wasser aus dem Bereich der Brennkammer am Kes selmantel zu verringern, sind die seitlichen Öffnungen relativ klein bemessen und befin den sich direkt an der Außenwand. Im Zusammenspiel mit der oberen Öffnung an der Halbschale sorgt ihr Querschnitt für eine genau dosierte Durchströmung und Temperatur verteilung im gesamten Wasserraum. Zur Bildung einer Mischzone können einzelne, den seitlichen Öffnungen benachbarte Rohre des Wärmetauschers ausgespart sein. Dies verhindert zusätzlich eine mögliche Kondensation, falls kaltes Rücklaufwasser an die Heizfläche gelangen sollte.The rise of heated water from the area of the combustion chamber on the Kes To reduce selmantel, the side openings are relatively small and located which is directly on the outer wall. In interaction with the upper opening on the Half-shell, its cross-section ensures a precisely metered flow and temperature distribution in the entire water area. Individuals can be used to form a mixing zone side openings adjacent tubes of the heat exchanger can be left out. This additionally prevents possible condensation if cold return water flows to the Should reach the heating surface.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird ein optimaler Wirkungsgrad des Rohrbün delwärmetauschers erreicht, weil das Kesselwasser entgegengesetzt zu den Heizgasen strömt. Das Wasser im vorderen Bereich des Wärmetauschers hat zwar Vorlauftempera turniveau, jedoch wird Kondensatbildung an dieser Stelle durch die Übertemperatur der Heizgase vermieden. Im Bereich des Abgasaustritts, wo am Wärmetauscher wegen der nur geringen Übertemperatur Kondensationsgefahr besteht, wird die Heizfläche durch Abschirmung des Rücklaufwassers warm gehalten, so daß hier die Kesselwassertempera tur über dem Vorlauftemperaturniveau liegt. Dies ermöglicht auch in diesem Bereich den Einsatz von einschaligen, kostengünstig und einfach herstellbaren Wärmetauscherrohren. The arrangement according to the invention ensures an optimal efficiency of the tube well delta heat exchanger because the boiler water is opposite to the heating gases flows. The water in the front area of the heat exchanger has a flow temperature level, however, condensate formation at this point is caused by the excess temperature of the Heating gases avoided. In the area of the exhaust gas outlet, where on the heat exchanger because of the If there is only a slight risk of condensation, the heating surface is Shielding the return water kept warm, so that here the boiler water temperature tur is above the flow temperature level. This also makes it possible in this area Use of single-shell, inexpensive and easy to manufacture heat exchanger tubes.

Durch die gezielte Anordnung der Anzahl an Verteilerkanalöffnungen wird die Zufuhr des Rücklaufwassers in die einzelnen Bereiche des Wärmetauschers in Verbindung mit den Überströmöffnungen erreicht. Da der Raum zwischen Halbschale und oberem Kesselman tel ebenfalls zur direkten Mischung von Vor- und Rücklaufwasser dient, wird die Tempera tur des Rücklaufwassers angehoben, bevor es in die unteren Bereiche des Kessels ge langt.Through the targeted arrangement of the number of distribution channel openings, the supply of the Return water in the individual areas of the heat exchanger in connection with the Overflow openings reached. Since the space between the half-shell and the upper Kesselman is also used for the direct mixing of supply and return water, the tempera return water before it reaches the bottom of the boiler reaches.

Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Es zeigt:The drawing shows an embodiment of the invention. It shows:

Fig. 1 Einen senkrechten Längsschnitt durch einen Heizkessel und Fig. 1 A vertical longitudinal section through a boiler and

Fig. 2 einen Querschnitt durch den hinteren Bereich eines Heizkessels. Fig. 2 shows a cross section through the rear area of a boiler.

Der Heizkessel besteht im wesentlichen aus einer horizontalen Brennkammer 1 mit darü berliegendem Rohrbündelwärmetauscher 2. Beide werden vom Wasserraum 3 des Kes selmantels 4 eingeschlossen. Das Heizgas durchströmt den Rohrbündelwärmetauscher 2 von der Kesselvorderseite her in Richtung Abgassammler. Das kalte Rücklaufwasser ge langt über den Rücklaufanschlußstutzen 5 und den Verteilerkanal 6 durch dessen seitli che Öffnungen 7 in die Einströmkammer 8. Diese wird von einer Halbschale 9 gebildet, welche von oben den gesamten Rohrbündelwärmetauscher 2 übergreift. Sie schließt mit der Kesselvorder- und -rückwand sowie mit der Umkantung 10 an den beiden Längssei ten möglichst dicht mit dem Kesselmantel 4 ab. Die Umkantung 10 reicht vorzugsweise bis in die Kesselmitte und ist ab dort bis auf wenige Haltestege ausgespart, um Öffnun gen 11 zu bilden. Durch diese gelangt das Wasser aus der Einströmkammer 8 in den üb rigen Wasserraum 3. Es wird mit dem erwärmten Heizwasser vermischt und strömt unter der Halbschale 9 im Gegenstrom zum Heizgas durch den Rohrbündelwärmetauscher 2 zu der Öffnung 12 in der Nähe der Kesselvorderwand. Als einzige Auslaßmöglichkeit für das aufsteigende, erwärmte Heizwasser aus dem zentralen, von der Halbschale 9 überdeck ten Bereich mit den höchsten Temperaturen liegt sie unterhalb des Vorlaufanschlußstut zens 13.The boiler essentially consists of a horizontal combustion chamber 1 with an overlying tube bundle heat exchanger 2 . Both are enclosed by the water space 3 of the core jacket 4 . The heating gas flows through the tube bundle heat exchanger 2 from the front of the boiler in the direction of the exhaust manifold. The cold return water reaches ge over the return connection piece 5 and the distribution channel 6 through its lateral openings 7 in the inflow chamber 8th This is formed by a half-shell 9 , which overlaps the entire tube bundle heat exchanger 2 from above. It closes with the boiler front and rear wall and with the edge 10 on the two longitudinal sides as tightly as possible with the boiler jacket 4 . The edge 10 preferably extends into the middle of the boiler and is recessed from there except for a few retaining webs to form openings 11 . Through this, the water passes from the inflow chamber 8 into the usual water space 3 . It is mixed with the heated heating water and flows under the half shell 9 in countercurrent to the heating gas through the tube bundle heat exchanger 2 to the opening 12 near the front wall of the boiler. As the only outlet for the rising, heated heating water from the central, from the half-shell 9 covered area th with the highest temperatures, it is below the Vorlaufanschlußstut zens 13th

Claims

1. Boiler with a horizontal combustion chamber, an overlying tube bundle heat exchanger, a surrounding water space with overhead supply and return connection piece and an inflow chamber for the distribution of Rücklaufwas sers, whereby the tube bundle heat exchanger is constructed according to the countercurrent principle and shielded from above with a half-shell in areas, that Return water is directed outside via the half-shell essentially in the direction of the boiler rear wall into the zone with the low flue gas temperatures and the removal of flow water at the burner end of the boiler with the higher heating gas temperatures takes place after patent application 1 96 49 843.0, characterized in that the half-shell ( 9 ) from the top of the tube bundle heat exchanger ( 2 ) extends over its entire length and has the edges ( 10 ) on the long sides facing the outer boiler shell ( 4 ), the openings ( 11 ) between the inflow combs r ( 8 ) and remaining water space ( 3 ) and that at a further opening ( 12 ) in the upper region of the half-shell ( 9 ) at the end of the boiler on the burner side, the overflow of heating water from the water space below ( 3 ) into the area of the flow connector ( 13 ) takes place.

2. Boiler according to claim 1, characterized in that the edging ( 10 ) on the two long sides of the half-shell ( 9 ) from the back of the boiler to preferably in the middle of the boiler are tightly connected to the outer shell ( 4 ) and the openings ( 11 ) are arranged between a flow chamber ( 8 ) and the remaining water space ( 3 ), in particular in the burner side of the boiler.

3. Boiler according to claims 1 and 2, characterized in that the supply of return water in the rear loading area of the inflow chamber ( 8 ) via a from the return pipe ( 5 ) above the half-shell ( 9 ) in the direction of the boiler rear wall extending distribution channel ( 6 ) with preferably rectangular cross-section and laterally arranged openings ( 7 ).

4. Boiler according to claims 1 to 3, characterized in that the half-shell ( 9 ) preferably has a trapezoidal or semicircular cross-section and the edges ( 10 ) or openings ( 11 ) laterally into the zone of the lowest tubes of the tube bundle heat exchanger ( 2nd ) pass.

5. Boiler according to claims 1 to 4, characterized in that the lateral edges ( 10 ) or openings ( 11 ) adjacent areas to form a mixing zone are not occupied by tubes of the tube bundle heat exchanger ( 2 ).