DE3347559C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Niedertemperaturhei­ zungskessel, insbesondere für mittlere und große Leistungsbereiche gemäß Oberbegriff des Hauptan­ spruches.

Um Primärenergie (Öl/Gas) zu sparen, ist es seit langem bekannt, Heizungskessel derart auszubilden, daß diese mit sogenannter gleitender Temperatur oder als Niedertemperaturkessel gefahren werden können. Die Sondermaßnahmen, die bisher getroffen worden sind, um eine solche Betriebsweise zu ermöglichen, laufen darauf hinaus, die gasbeaufschlagten Teile weitgehend kondensatfest zu machen oder so gut wie möglich dafür zu sorgen, daß kein oder nur wenig Kondensat anfällt. Derartige Maßnahmen reichen von der Emaillierung über Gußkörpereinsätze und Verwen­ dung von Edelstahl bis zur Ausbildung sogenannter doppel­ schaliger Heizflächen. Für Heizungskessel mit klei­ nerem Leistungsbereich ist der mit derartigen Maß­ nahmen verbundene Mehraufwand gerechtfertigt und vertretbar, was jedoch nicht ohne weiteres für größere Heizungskessel, also Kessel für den mittle­ ren und großen Leistungsbereich gilt.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen Heizungskessel für die gattungsgemäße Bestim­ mung und insbesondere mittlere und große Leistungs­ bereiche zu schaffen, bei dem auf Sondermaßnahmen der genannten Art zur Kondensatsicherheit verzich­ tet und der ganze Kessel bei einfacher Grundkonzep­ tion und Temperaturregelung mit einem möglichst ge­ ringen Volumen für das Wärmeträgermedium erstellt werden kann.

Diese Aufgabe ist mit einem Heizungskessel der ein­ gangs genannten Art nach der Erfindung durch das im Kennzeichen des Hauptanspruches Erfaßte gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich nach den Unteransprüchen.

Dieser Lösung liegt also die erfindungswesentliche Überlegung zugrunde, das schnell um die Brennkammer aufheizbare Wärmeträgermedium nicht unmittelbar aus diesem Bereich nach oben durch den Kesselvorlauf abzuziehen, sondern gewissermaßen daran zu hindern und einen Abfluß nach unten im Gleichstrom mit den Heizgasen zu bewirken, wobei durch die Heizungswasser-Bypaßleitung geregelt dafür gesorgt wird, daß ein Zuviel an re­ lativ kaltem Rücklaufwasser direkt wieder ohne Ab­ kühlmöglickeit des Kessels in den Vorlauf gelangt. Dadurch wird es möglich, den Gesamtkessel aus üb­ lichem Kesselblech herzustellen, ohne die vorer­ wähnten Maßnahmen zur Kondensatfestigkeit anwenden zu müssen. Voraussetzung dafür ist die gewisser­ maßen regelwidrige Anordnung der Vor- und Rücklauf­ anschlüsse und die Anordnung der Einmündungen der Überströmrohre am oberen und deren Ausmündungen am unteren Gehäuse.

Beim Kessel der eingangs genannten Art handelt es sich um einen Kessel nach der US-PS 42 71 789, der allerdings gerade mit der entgegengesetzten Ziel­ richtung betrieben wird, nämlich um einen sogenannten Brennwert- bzw. Kondensatkessel, d. h., bei diesem Kessel ist alles darauf angelegt, die Heizgase so weit wie möglich herunterzukühlen und Kondensat anfallen zu lassen. Aus Gründen der dort vorgesehe­ nen Führung des Wärmeträgermediums, nämlich von unten nach oben und der daraus resultierenden spe­ ziellen Kühlung der Wärmeübertragungsflächen, ist deshalb dieser vorbekannte Heizkessel nicht zur Lösung der gestellten Aufgabe geeignet.

Da bei der erfindungsgemäßen Lösung ausschließlich das relativ kalte Rücklaufwasser ganz oben über die Brennkammer eingeleitet wird, kann sich dieses so­ fort über den heißesten Bereich des Kessels ver­ teilen, sich aufwärmen und dann im Grunde regel­ widrig nach unten in die Mäntel der Doppelrohre strömen. Das Wasser ist dann auf jeden Fall bereits erheblich aufgewärmt, da davon auszugehen ist, daß bereits im oberen Gehäuse etwa 60% der vom Brenner erzeugten Wärme aufgenommen wird.

Wesentlich ist dabei, daß im Bereich der Heizgas­ zugrohranschlüsse an die horizontale Brennkammer der Brennkammerboden geneigt verläuft, damit sich in diesem thermisch stark belasteten Bereich wasser­ seitig keine Dampfblasen bilden und das erhitzte Wasser an den geneigten Flächen abfließen kann.

Gleiches gilt auch für die Decke der Rauchgassam­ melkammer, dies aber allein aus dem Grunde, daß man Überströmrohre und Heizgaszugrohre günstig an die betreffenden Gehäusebleche anschließen kann.

Die Bedingung eines zu jeder Heizgaszugmündung hin geneigten Verlaufes des entsprechenden Bereiches der Brennkammerwand ist natürlich auch durch eine zylindrische Brennkammerwand zu erfüllen, vorteil­ hafter ist aber eine ebenflächig flach v-förmig nach unten gerichtete, geneigte Ausbildung dieses Bereiches, da die Rohre leichter anzuschließen sind, die dann durch den Neigungsanschluß vom un­ teren Gehäuse konvergierend zum oberen Gehäuse ver­ laufen.

Wesentlich für die erfindungsgemäße Ausbildung und insoweit ebenfalls abweichend vom vorbekann­ ten Kondensatkessel ist auch, daß die Brennkammer mit ihrer Längsachse horizontal angeordnet ist, da dadurch die Zuführung des Rücklaufwassers von oben und weitgehend gleichmäßiges Umfließen nach unten ermöglicht wird und eine in bezug auf die Brennkammerquerschnittsfläche größere Anschluß­ fläche für die Heizgaszugrohre zur Verfügung steht.

Bei bekannten Heizkesseln mit Gebläsebrennern sind immer die hintersten, also die rauchgassammel­ kammernächsten Bereiche der Heizgaszüge durch Tau­ punktkorrosion gefährdet. Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung wird das Wasser, das in den Zwischen­ räumen zwischen Heizgaszugrohren und Überströmroh­ ren nach unten strömt, beim Nachuntenströmen immer mehr aufgeheizt.

Dadurch, daß zwischen Vor- und Rücklaufstutzen des Kessels eine Heizungswasser-Bypaßleitung vorhanden ist, die mit einem Regelorgan, beispielsweise in Form einer Drehklappe einer Pumpe mit variabler also einstellbarer Lei­ stung versehen ist, welche durch einen Wärmefühler, im unteren Bereich am Ende der Heiz­ gaszüge angeordnet, geregelt wird, kann man die Kesseltemperatur im unteren, kritischen Bereich stufenlos auf einen bestimmten Sollwert einregu­ lieren. Damit kann vorteilhaft auf eine sonst üb­ liche Rücklaufbeimischung, die dem Kessel vorzu­ schalten wäre, vollständig verzichtet werden. Es wird immer nur soviel Heizungsrücklaufwasser durch den Kessel strömen, daß dieses auf eine bestimmte eingestellte Mindesttemperatur erwärmt wird. Das insoweit "Zuviel" an Rücklaufwasser wird über die Heizungswasser-Bypaßleitung direkt in die Kesselvorlaufleitung geleitet.

Diese Konzeption ermöglicht es auch, ohne zusätz­ liche Einrichtung zur Vermeidung von Taupunktkorro­ sion in den Heizgaszügen den Kessel mit einem Zwei­ stufenbrenner oder Brenner mit modulierender Rege­ lung auszurüsten. Wenn der Brenner mit niedrigem Brennstoffdurchsatz läuft, dann wird die Drossel­ klappe in der Heizungswasser-Bypaßleitung entsprechend eingestellt, so daß das Kesselwasser keine zu niedrige Temperatur annimmt und die Verbrennungsgase bzw. Heizgase an zu kühlen Kesselwandungen kondensieren können.

Durch die Regelung der Kesselwassertemperatur wird auch bei unterschiedlicher Belastung, d. h., bei un­ terschiedlichem Brennstoffdurchsatz ein zu starkes Abkühlen des Kessels vermieden und damit auch ein zu starkes Abkühlen der Heizgase.

Um die Länge der Überström- und Heizgaszugrohre nicht zu groß werden zu lassen, und um damit die Kesselhöhe noch in normal hohen Kesselräumen un­ terbringen zu können, werden bevorzugt für die Heizgaszüge Rohre benutzt, die schraubenlinienför­ mig verwundene Wandungen haben. Derartige Rohre sind an sich bekannt.

Vorteilhaft können die Überströmrohre mit den Heizgaszugrohren zweckmäßig unter Beibehaltung des recht­ winkligen Anschlusses an die betreffenden Gehäu­ se- bzw. Kammerwandungen in bezug auf die mittige Kesselvertikale gebogen ausgebildet werden, was insbesondere bei Verwendung von Heizgaszugrohren mit verwundenen Wänden zu einer stärkeren Verwir­ belung bzw. Umschichtung der durchströmenden Heiz­ gase führt.

Durch die waagerechte Anordnung der Brennkammer besteht auch die Möglichkeit, die horizontale Brenn­ kammer auf beiden Seiten mit Brennern zu bestücken und in der Mitte gegebenenfalls eine Trennwand anzuordnen und außerdem kann man, lediglich durch entsprechen­ de Verlängerung der beiden Gehäuse unter Beibehal­ tung der Höhen- und Breitenabmessungen des ganzen Kessels in Leistungsanpassung ohne weiteres eine größere Anzahl von Überström- und Heizgaszugrohren vorsehen.

Der erfindungsgemäße Heizungskessel wird nachfol­ gend anhand der zeichnerischen Darstellung der Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch den Heizungs­ kessel;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Heizungs­ kessel gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 einen Querschnitt durch den Heizungs­ kessel in anderer Ausführungsform.

Wie aus Fig. 1, 2 erkennbar, ist die Brennkammer 5 bzw. das diese aufnehmende Gehäuse 4 horizontal an­ geordnet, wobei an der höchsten Stelle des Gehäuses 4 der Rücklaufanschluß 2 sitzt, der über eine Heizungswasser-Bypaß­ leitung 7 mit dem am unteren wasserführenden Gehäu­ se 3 angeordneten Vorlaufanschluß 1 in Verbindung steht. Bezüglich der Rücklaufeinleitung und Vertei­ lung über die Brennkammer 5 nach unten können natür­ lich innerhalb des oberen Gehäuses 4 geeignete Ver­ teilungselemente od. dgl., je nach Länge der Brenn­ kammer, mehrere Anschlüsse 2 vorgesehen werden.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Boden 8 der Brennkammer ebenflächig aber zur Mitte hin ge­ neigt, d. h., flach v-förmig nach unten gerichtet ausgebildet, so daß einerseits in diesem thermisch hochbelasteten Bereich das erhitzte Wasser seitlich abfließen kann und sich keine Dampfblasen bilden und fangen können und andererseits die Heizgaszugrohre 9 rechtwinklig an einfache, kreisförmige Öffnungen im Boden 8 angeschlossen werden können. Gleiches gilt für den Gehäuseboden 12 des Gehäuses 4.

Die Heizgaszugrohre 9 haben schraubenlinienförmig verwundene Wandungen 9′ und füllen die Überström­ rohre 13 nahezu ganz aus, wodurch sich trotz ver­ tretbarer Höhenbemessung des ganzen Kessels lange Wärmeaustauschwege sowohl für die Heizgase als auch das Wärmeträgermedium ergeben, die beide im Gleich­ strom nach unten zum Gehäuse 3 strömen, was wesent­ lich ist, um im unteren, kondensatkritischen Bereich 14 kein zu Kondensatbildung führendes Temperaturge­ fälle entstehen zu lassen.

Das Deckblech 11 und das Bodenblech 10 der Wasser­ sammelkammer 15 im Gehäuse 3, unter der sich die Rauchgassammelkammer 16 mit Rauchgasabzugsanschluß 16′ befindet, sind zwecks einfachem Rohranschluß entsprechend geneigt angeordnet.

Das Ganze ist mit einer üblichen Gehäuseummantelung 17 mit innerer, nicht dargestellter Wärmeisolation umschlossen.

In der Heizungswasser-Bypaßleitung 7 ist ein Regelorgan 6 bspw. in Form einer motorisch von einem Temperaturfühler 18 steuerbaren Drehklappe angeordnet, die bei größerem Wärmebedarf zunehmend in Schließstellung geht. Das Regelorgan 6 kann aber auch, wie erwähnt, eine leistungsvariable Umwälzpumpe sein.

Da sich der ganze Kessel bei Wiedereinschaltung des Brenners 19 sehr schnell aufheizt und zwar von oben her nach unten bei extrem geringem Wasserin­ haltsvolumen des Gesamtkessels mit ebenfalls sehr schnell nach unten voranschreitender "Warmfront" des Wärmeträgermediums, fällt auch im sonst kriti­ schen Bereich 14 der Rohre 9 kein Kondensat an, der somit nie kondensatkritisch abkühlen kann.

Im übrigen könnte man auch ohne weiteres eine unge­ kühlte und relativ querschnittsgroße Rauchgas-Bypaßleitung 16′′ mit einstellbarem Sperrelement 23 von der Brennkammer 5 zum Rauch­ gasabzug 16′ führen, das nur so lange offenbleibt, bis die "Warmfront" des Wärmeträgermediums den kritischen Bereich 14 erreicht hat.

Sämtliche gestrichelten Linien in Fig. 2 verdeut­ lichen die Möglichkeit der Anordnung von zwei Bren­ nern 19 beidseitig an der dann das Gehäuse 4 durch­ greifenden Brennkammer 5, in der zweckmäßig dann eine geeignete Trennwand 20 angeordnet ist.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 verdeutlicht den möglichen Biegungsverlauf der Überströmrohre 13 und der Heizgaszugrohre 9, der nicht nur zu einer stärkeren Verwirbelung der Heizgase im Bie­ gungsbereich führt, sondern auch eine stärkere Anwinkelung des Brennkammerbodens zuläßt, ohne daß dadurch der Kessel im unteren Bereich breiter wer­ den muß als das obere Gehäuse 4, d. h., der Verlauf der Rohre 13 bleibt in der Vertikalprojektion der beiden Gehäuse 3, 4.

Claims (12)

1. Niedertemperaturheizkessel, insbesondere für mittlere und große Leistungsbereiche, bestehend aus einem oberen wasserführenden Gehäuse mit Brennkammer und einem unteren wasserführenden Gehäuse, unter dem die Rauchgassammelkammer an­ geordnet ist, wobei die beiden mit Wärmeträger­ mediumsanschlüssen versehenen Gehäuse durch Überströmrohre miteinander verbunden und in den Überströmrohren die zur Rauchgassammelkammer führenden Heizgaszugrohre angeordnet sind, da­ durch gekennzeichnet, daß die Überströmrohre (13) mit ihren Einmündungen (13′) an das obere Gehäuse (4) und mit ihren Aus­ mündungen (13′′) an das untere Gehäuse (3) ange­ schlossen sind, daß der Wärmeträgermediumsvorlauf­ anschluß (1) am unteren (3) und der Wärmeträgerme­ diumsrücklaufanschluß (2) am oberen wasserführen­ den Gehäuse (4) oberhalb der Brennkammer (5) an­ geordnet und die beiden Anschlüsse (1, 2) mit einer mit Regelorgan (6), wie Drehklappe oder Pumpe mit variabler Leistung, versehenen Heizungswasser-By­ paßleitung (7) verbunden sind und daß der Boden (8) der waagerecht angeordneten Brennkammer (57) geneigt ausgebildet ist.

2. Kessel nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Heizgaszug­ rohre (9) als Rohre mit schraubenlinienförmig verwundenen Wandungen ( 9′) ausgebildet sind.

3. Kessel nach Anspruch 1 und/oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der Boden (8) der Brennkammer (5) aus zwei zur Mitte nach unten geneigten Flächen gebildet ist und die Heizgaszugrohre (9) rechtwinklig zum Boden (8) der Brennkammer (5) an entsprechenden Öffnungen in den Flächen angeschlossen sind.

4. Kessel nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Boden (12) des oberen Gehäuses (4) parallel zum Boden (8) der Brennkammer (5) verlaufend angeordnet ist.

5. Kessel nach Anspruch 3 und/oder 4, da­ durch gekennzeichnet, daß das Boden- und das Deckblech (10, 11) der Rauch­ gassammelkammer (16) entsprechend der Neigung des Brennkammerbodens (8) bzw. des oberen Gehäu­ sebodens (12) geneigt angeordnet sind.

6. Kessel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Überströmrohre (13) und die in diesen an­ geordneten Heizgaszugrohre (9) in mindestens zwei benachbarten Reihen hintereinander ange­ ordnet sind.

7. Kessel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (5) mit einer mit einstellbarem Sperrelement (23) versehenen Rauchgas-Bypassleitung (16′′) mit dem Rauchgasabzug (16′) verbunden ist.

8. Kessel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die das obere Gehäuse (4) durchgreifende Brenn­ kammer (5) beidseitig mit Brennern (19) und mit einer mittigen Trennwand (20) versehen ist.

9. Kessel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Überstromröhre (13) und die Heizgaszugrohre (9) in bezug auf die Vertikale gebogen ausgebil­ det sind.

10. Kessel nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Überström­ rohre (13) mit ihren Biegungen innerhalb der Senkrechtprojektionen der beiden Gehäuse (3, 4) bleibend angeordnet sind.

11. Kessel nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das obere und untere Gehäuse (4, 3) und die Überströmrohre (13) mit den Heizgaszugroh­ ren (9) symmetrisch zur Kesselvertikalen (21) angeordnet sind.

12. Kessel nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß sämtliche Kesselbauteile, nämlich Gehäuse (3,4), Brennkammer (5), Überströmrohre (13) mit Heizgas­ zugrohren (9) und Heizungswasser-Bypaßleitung (7) aus üblichem Kesselbaublech gebildet sind.