DE3220447A1

DE3220447A1 - Hochleistungskessel ohne ventilator

Info

Publication number: DE3220447A1
Application number: DE19823220447
Authority: DE
Inventors: Guus Everhardus Grob; Fransiscus Bernhardus Aloisius 7071 Ulft Mecking
Original assignee: Dru BV
Current assignee: Dru BV
Priority date: 1981-06-03
Filing date: 1982-05-29
Publication date: 1982-12-23
Also published as: IT8221593A0; JPS5824744A; BE893383A; SE8203311L; GB2103342B; NL8102695A; ATA211782A; IT1190849B; FR2507293B1; FR2507293A1; GB2103342A; DK247482A; CH657912A5; CA1217399A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochleistungskessel mit einer Kapazität bis etwa 35kW, der versehen ist mit einem Brenner, einem Wärmeaustauscher und Mitteln zum Zuführen von Luft und Abführen von Rauchgasen.

Unter einem Hochleistungskessel wird bei gasgeheizten Kessel ein Kessel verstanden, dessen gemessenecsbrauchleistung mindestens 88%, bezogen auf den kalorischen Oberwert, beträgt, dies im Gegensatz zu normalen Kesseln, bei denen diese Leistung in der Grössenordnung von 70-75% liegt.Geprüfte Kessel, die dem obengemeinten Kriterium entsprechen, dürfen mit einer sog. H.L.-Anhängemarke- versehen werden. Die hohe Leistung hat jedoch zur Folge, dass die Temperatur der Rauchgase derart sinkt, dass bei einem Hochleistungskessel in bezug auf einen normalen Kessel besondere Massnahmen getroffen werden müssen, damit die Abfuhr der Rauchgase gewährleistet wird. Bei einem normalen, an einen Schornsteinkanal angeschlossenen Kessel kann der darin erzeugte Zug zum Oberwinden des Widerstandes über den Wärmeaustauscher benutzt werden, und kann durch die verhältnismässig hohe Temperatur der abgeführten Rauchgase genug Zug in dem Schornsteinkanal erzeugt werden. Der Kessel- und Schornsteinzug sind dabei meistens durch einen Zugunterbrecher voneinander getrennt, welcher Zugunterbrecher bei Kesseln, die ihre Luft aus dem Aufstellungsraum beziehen, vorgeschrieben ist. Bei den bekannten Hochleistungskesseln, bei denen durch eine vergrösserte Wärmeaustauschoberfläche den Rauchgasen mehr Wärme entzogen wird, was meistens zu einem vergrösserten Widerstand und einer erniedrigten Rauchgastemperatur führt, ist jedoch der erzeugte Zug in dem Schornstein ungenügend. Daher ist bei den bekannten Hochleistungskesseln, bei denen meistens der Wärmeaustauscher aus zwei im wesentlichen nebeneinander angeordneten, durch einen gebogenen Rauchgaskanalteil verbundenen Wärmeaustauscherteilen besteht, ein Ventilator in dem Luft-Rauchgassystem angebracht. Die Aufnahme eines Ventilators in das System bringt jedoch eine Anzahl Nachteile mit sich. Neben der Tatsache, dass die Anwendung eines Ventilators bedeutet, dass zusätzliche - elektrische Energie zugeführt werden muss, sind auch zusätzliche Regelungen und Sicherungen notwendig, die den Kostenaufwand erhöhen und ausserdem mit sich bringen, dass die Möglichkeit der Betriebsstörungen grosser wird.

Der Zweck der Erfindung ist ein Hochleistungskessel, bei dem das Abführen

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der Rauchgase in zuverlässiger Weise verwirklicht werden kann, ohne dass ein Ventilator angewendet zu werden braucht, also unter Beseitigung der mit einem Ventilator verbundenen Nachteile.

Dieswird gemäss der Erfindung bei' einem Hochleistungskessel der eingangs erwähnten Art erreicht, wenn die Zu- und Abführmittel ein geschlossenes System bilden und eine, direkt an den Brenner angeschlossene Heissgaskolonne umfassen, deren damit erzeugter thermischer Zug mindestens den Widerstand über den Wärmeaustauscher' überwinden kann, wobei Vorkehrungen getroffen sind, die Wärmeabgabe durch die Heissgaskolonne zu beschränken. Durch diese Massnahmen wird in dem Hochleistungskessel ein verhältnismässig grosser, thermischer Motor in Form einer Heissgaskolonne geschaffen, wobei durch die Anwendung eines geschlossenes Systems für Zu- und Abfuhr - d.h. Zu- und Abfuhr befinden sich im wesentlichen in der Nähe voneinander ausserhalb des Aufstellungsraumes des Kessels, also meistens in. der Aussenluft, während zwischen dem Wärmeaustauscher und dem Rauchgaskanal kein Zugunterbrecher vorgesehen ist - derartige ergänzende Bedingungen geschaffen werden, dass ohne externe Hilfsmittel mit den damit verbundenen Nachteilen eine gesicherte Rauchgasabfuhr erhalten wird. In überraschender Weise hat es sich somit gezeigt, dass auch bei einem Hochleistungskessel der letztgenannte Effekt verwirklicht werden kann, und zwar dadurch, dass man in optimaler Weise rein natürliche Erscheinungen benutzt. Der dabei durch das geschlossene System, auch "balanced flue"-System genannt, gelieferte besonders vorteilhafte Effekt ist, das.s eventuelle Druckunterschiedschwankungen in dem Luft-Rauchgassystem beseitigt werden, so dass die Wirkung der Heissgaskolonne nicht durch solche Druckunterschiedschwankungen beeinflusst werden kann.

Durch die Vorkehrungen zum Beschränken der Wärmeabgabe durch die Heissgaskolonne wird die Wirkung des thermischen Motors optimalisiert. Dies im Gegensatz zu bekannten Kesseln, bei denen in dem Wandteil des Kessels über dem Brenner meistens Mittel vorhanden sind, dort bewusst Wärme zu entziehen, sei es selbstverständlich mit dem Zweck, diese Wärme in effektiver Weise zu benutzen, z.B. zum Erwärmen des wärmetransportierenden Mediums bei den modernen sog. "nasser Fuss"-Kesseln. Um zu dem vorliegenden, erfinderischen

System für einen Hochleistungskessel zu gelangen, soll man daher dieses heutzutage vielfach angewendete Prinzip fahren lassen, welches Prinzip an sich zwar vorteilhaft ist, aber in Hochleistungskesseln die natürliche Abfuhr der Rauchgase beseitigen kann.

Wenn gemäss einer Vorzugsausführungsform der Erfindung in einem gasgeheizten Hochleistungskessel, der Temperaturverlauf in der Heissgaskolonne einen im wesentlichen nicht stark abnehmenden Charakter hat über einen Kapazitätsabhängigen Bereich, der bei einer maximalen Kesselkapazität von 8kW eine Höhe von etwa 20 cm oder mehr und bei einer maximalen Kesselkapazität von 35kW von etwa 35 cm oder mehr hat, kannn ein Hochleistungskessel erhalten werden, der was seine Abmessungen in Vertikalrichtung betrifft, kaum von den bekannten Kesseln abweicht. Dies ist besonders der Fall, wenn entsprechend einer weiteren Vorzugsausfüarasgsform der Erfindung die Strömungsrichtung der Zu- und Abfuhr für Luft und Rauchgase sich im wesentlichen vertikal erstreckt, weil dadurch eine Minimalisierung des Strömungswiderstandes und so der Heissgaskolonne bewirkt werden kann. Eine solche Ausführung des Hochleistungskessels kann entsprechend einer weiteren Vorzugsausführungsform der Erfindung erheblich gefördert werden, wenn die Ummantelung der Heissgaskolonne derart ausgebildet ist, dass die Summe der Wärmeübertragung durch Strahlung und durch Konvektion in dem Minimalgebiet liegt, dadurch, dass die Wärmeabgabe an die ummantelung dann entwurftechnisch schon minimalisiert ist. Eine weitere Verbesserung der Beschränkung der Wärmeabgabe durch die Heissgaskolonne lässt sich verwirklichen, wenn die Ummantelung der Heissgaskolonne einen Isolator oder einen schlechten Leiter umfasst.

Falls, wie bei bekannten Kesseln üblich ist, wenigstens ein Teil des Wärmeaustauschers im wesentlichen vertikal über dem Brenner angeordnet ist, sind die Abmessungen des Hochleistungskessels gemäss der Erfindung unter Erreichen eines optimalen Effektes minimal zu halten, wenn die an der Unterseite von dem Brenner begrenzte Heissgaskolonne an der Oberseite von dem Wärmeaustauscher begrenzt ist.

Daneben ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, den Hochleistungskessel derart auszubilden, dass der Wärmeaustauscher aus einem sich im wesentlichen

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in Vertikalrichtung erstreckenden doppelwandigen Rohr mit jedem geeigneten Querschnitt besteht und der Brenner an dem.unteren Ende des Rohres aufgestellt ist.

Unter Hinweis auf in der Zeichnung in äusserst schematischer Weise wiedergegebene Ausführungsbeispiele wird der Hochleistungskessel· gemäss der Erfindung jetzt näher.besprochen und erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausfuhrungsform, und

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform.

In Fig. 1 ist ein gasgeheizter Hochleistungskessel 1 wiedergegeben, der versehen ist mit einem Brenner 2, einem Wärmeaustauscher 3 und einem darüber vorhandenen Rauchgassammeiraum. 4, der in einen Rauchgasabführkanal 5 mundet. Zwischen dem Brenner 2 und dem Wärmeaustauscher 3, der mit einer Wasserzufuhr 6 und einer Wasserabfuhr 7 versehen ist, befindet sich ein Raum 8 mit einer Höhe, deren Abmessung dazu genügt, abhängig von der Kapazität des Kessels 1 einen thermischen Motor in Form einer Heissgaskolonne gemäss der Erfindung zu bilden. Dazu soll dieser Abstand bei einem kleinen Kessel mit einer maximalen Kapazität von etwa 8kW ungefähr 20 cm oder mehr betragen und bei einem grossen Kessel mit einer maximalen Kapazität von etwa 35kW ungefähr 35 cm oder mehr.

In dieser Heissgaskolonne ist die Temperatur in der Nähe des Brenners 2 am höchsten, welche Temperatur beim nicht oder kaum Stören der Heissgaskolonne gemäss einer Linie mit einem Exponentialverlauf sinkt. Weil das Vermögen des thermischen Motors durch die Temperatur· und die Höhe der Heissgaskolonne bestimmt wird, soll die Temperaturabnahme in der Kolonne, und daher die Wärmeabgabe durch die Kolonne, gering gehalten werden. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der Kesselmantel an der Stelle der Heissgaskolonne abhängig von dem angewendeten Brenner derart ausgebildet wird, dass die Summe der Wärmeübertragung durch Strahlung und durch Konvektion in dem Minimalgebiet liegt, wobei die Abnahme der Wärmeübertragung durch Konvektion

und die Zunahme derselben durch Strahlung beim Auseinanderbringen der Kesselwände zu berücksichtigen ist, welche Weise der Minimalisierung der summierten Wärmeübertragung die Anwendung einer Wasserummantelung nicht auszuschliessen braucht. Daneben ist es selbstverständlich auch möglich, den Kesselmantel mit einem Isolator oder einem schlechten.Leiter zu versehen.

Weiter ist der Kessel 1 mit einem geschlossenen Zu- und Abfuhrsystem für Luft und Rauchgase versehen. Dazu ist eine Luftzufuhrleitung 9 vorhanden, die ihren Einlass in der Nähe des normalerweise in die Aussenluft mündenden Auslasses des Hauchgaskanals 5 hat und sich ebenso wie letzterer durch eine Umhüllung 10 des Raumes,, in dem der Kessel 1 aufgestellt ist, hindurch erstreckt. Durch diese Aufstellung der Luftzufuhrleitung 9 ist der Kessel 1 völlig in bezug auf den Raum, in dem er angeordnet ist, abgedichtet. Eine solche Ausführung ist unter dem Namen "balanced-flue"-System bekannt, das es in Zusammenarbeit mit dem thermischen Motor ermöglicht, bei einem Hochleistungskessel eine gesicherte Abfuhr der Rauchgase zu verwirklichen, ohne dass dabei zusätzliche Hilfsmittel, wie ein Ventilator, eingesetzt werden müssen. Weil das "balanced-flue"-System Druckunterschiedabwandlungen zwischen Zu- und Abfuhr beseitigt, kann ein Zugunterbrecher, der bei offenen Systemen vorgeschieben ist, weggelassen werden. Dadurch kann die als thermischer Motor arbeitende Heissgaskolonne genug Zug liefern für eine wirksame Zu- und Abfuhr von Luft und Rauchgasen und in dieser Weise dem betreffenden System eine gesicherte Wirkung verschaffen.

In Fig. 2 ist eine alternative Ausführungsform der Erfindung in Form eines Hochleistungskessels 11 mit einem Brenner 12 wiedergegeben. Ein Wärmeaustauscher 13 ist vorhanden in Form eines doppeIwandigen Rohres, das in Abstand über dem Brenner 12 einen sich verjüngenden Raum 14 bildet, der sich in einen mit einem Rauchgasabführkanal vergleichbaren Kanal 15 mit einem konstanten Durchlass fortsetzt. Das als Wärmeaustauscher 13 dienende doppelwandige Rohr wird von Wasser durchströmt und ist dazu mit einer Wasserzufuhr 16 und einer Wasserabfuhr 17 versehen. Der Raum 14 sowie der Kanal 15 können vielerlei Formen haben, um die Wärmeübertragung zwischen Rauchgasen und Wasser in möglichst optimaler Weise erfolgen zu lassen.

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Zwischen dem Brenner 12 und dem sich verjüngenden Raum 14 befindet sich ein Raum 18 mit konstantem Durchlass und einer Höhe, die dazu ausreicht, in Abhängigkeit von der Kapazität des Kessels 11 einen thermischen Motor in Form einer Heissgaskolonne gemäss der Erfindung zu. sichern.

Durch die besondere Form des Wärmeaustauschers 13 ist bei dieser Ausführungsform bereits eine solche Umhüllung für die Heissgaskolonne vorgesehen, dass deren Wärmeabgabe in der gewünschten, günstigen Weise beschränkt wird. Selbstverständlich kann auch bei dieser Ausführungsform der Kesselmantel derart ausgebildet sein, dass wiederum die Summe der Wärmeübetragung- durch Strahlung und durch Konvektion in dem Minimalgebiet liegt.

Um auch bei dieser Ausführungsform die Rauchgasabfuhr.zu gewährleisten, ohne dass externe Hilfsmittel angewendet zu werden brauchen, ist weiter eine Luftzuführleitung 19 vorgesehen, die ausserhalb des Aufstellraumes des Kessels 11 in der Nähe des Auslasses des Kanals 15 ihren Einlass hat zum Bilden eines geschlossenen Zu- und Abfuhrsystems.

Dazu erstreckt sich die Luftzuführleitung 19, ebenso wie der konzentrisch:, zu dieser aufgestellte Kanal 15, bis ausserhalb einer Umhüllung 20.

Selbstverständlich sind im Rahmen der Erfindung viele Aenderungen und Abwandlungen möglich, und beschränken die wiedergegebenen Ausführungsformen das betreffende Erfindungsprinzip in keinerlei Weise.So ist in der Zeichnung ein Wasser/Luft-Wärmeaustauscher wiedergegeben und in der Beschreibung besprochen. Selbstverständlxch ist auch ein Luft/Luft-Wärmeaustauscher möglich.

Claims

Patentanwälte

Dr. Hugo Wilcken

Dipl.-lng. Thomas Wileken

Musterbann 1 · 2400 Uä&Sfe 1

Dru B.V., Frank Daamenstraat 4, 7071 AW Ulft, Niederlande.

"Hochleistungskessel ohne Ventilator"

Patentansprüche

( 1. feochleistungskessel mit einer Kapazität bis etwa 35kW, der versehen ist mit einem Brenner, einem Wärmeaustauscher und Mitteln zum Zuführen von Luft und abführen von Rauchgasen, dadurch gekennzeichnet, dass die Zu- und Abführmittel ein geschlossenes System bilden und eine direkt an den Brenner angeschlossene Heissgaskolonne umfassen, deren damit erzeugter thermischer Zug mindestens den Widerstand über den Wärmeaustauscher überwinden kann, wobei Vorkehrungen getroffen sind, die Wärmeabgabe durch die Heissgaskolonne zu beschränken.
2. Hochleistungskessel nach Anspruch 1, der dazu eingerichtet ist, mit Gas als Brennstoff arbeiten zu können, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturverlauf in der Heissgaskolonne einen im wesentlichen nicht stark abnehmenden Charakter hat über einen kapazitätsabhängigen Bereich, der bei einer maximalen Kesselkapazität von 8kW eine Höhe von etwa 20 cm oder mehr und bei einer maximalen Kesselkapazität von 35kW von etwa 35 cm oder mehr hat.
3. Hochleistungskessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsrichtung der Zu- und. Abfuhr für Luft und Rauchgase sich im wesentlichen vertikal erstreckt..
4. Hochleistungskessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung der Heissgaskolonne derart ausgebildet ist, dass die Summe der Wärmeübertragung durch Strahlung und durch Konvektion in dem Minimalgebiet liegt.
5. Hochleistungskessel nach einem der vorhergehenden.Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung der Heissgaskolonne einen Isolator oder einen schlechten Leiter umfasst.
6. Hochleistungskessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein Teil des Wärmeaustauschers im wesentlichen vertikal über dem Brenner angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Unterseite von dem Brenner begrenzte Heissgaskolonne an der Oberseite von dem Wärmeaustauscher begrenzt ist.
7. Hochleiäungskessel nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeaustauscher aus einem sich im wesentlichen in Vertikalrichtung erstreckenden doppelwandigen Rohr mit jedem geeigneten Querschnitt besteht und der Brenner an dem unteren Ende des Rohres aufgestellt ist.