DE3217355C2

DE3217355C2 - Heizungskessel

Info

Publication number: DE3217355C2
Application number: DE19823217355
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl.-Ing. 8301 Au Seidl
Original assignee: Wolf Klimatechnik 8302 Mainburg De GmbH
Current assignee: Wolf Klimatechnik 8302 Mainburg De GmbH
Priority date: 1982-05-08
Filing date: 1982-05-08
Publication date: 1984-08-30
Also published as: DE3217355A1

Abstract

Dieser Heizungskessel zeichnet sich durch sehr geringe Abstrahlungsverluste und durch eine gleichmäßige Wärmeverteilung hoher Temperatur an der Brennkammerwandung aus. Erreicht wird ein hoher Gesamtwirkungsgrad durch eine im Mantel des Wärmeträgers angeordnete Innenwandung zur Bildung eines äußeren und eines inneren Mantels. Der Rücklauf durchfließt ausschließlich den äußeren Mantel und nimmt die Abstrahlungswärme vom inneren Mantel auf. Die Einspeisung des den Außenmantel durchströmenden Rücklaufwassers erfolgt zum Innenmantel an der wärmsten Stelle des Heizungskessels und wird mit dem die Brennkammer umgebenden, sehr warmen Wasser vermischt und dem Vorlauf zugeführt. Der hohe thermische Effekt wird durch eine sehr einfache, rationell zu fertigende Konstruktion erreicht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Heizungskessel für flüssige, gasförmige oder feste Brennstoffe zum Erwärmen eines flüssigen Wärmeträgers in einem die Brennkammer umgebenden Mantel mit mindestens einem Vorlauf im oberen und einem Rücklauf im unteren Bereich des Mantels, bei dem innerhalb des die Brennkammer umgebenden Mantels für den Wärmeträger zusätzlich eine Innenwandung zur Bildung eines Innen- und eines Außenmantels vorgesehen ist

Es ist bekannt, daß sich im Heizungskessel Temperaturdifferenzen zwischen dem Vorlauf- und Rücklaufwasser einstellen, so daß trotz Anordnung von Mischern für die Beimischung von Vorlaufwasser zur Anhebung der Rücklaufwassertemperatur örtliche Unterkühlungen an der Brennkammerwandung unvermeidbar sind. Obwohl zahlreiche Vorschläge zur Behebung dieser Nachteile und zur Vermeidung von Rauchgaskondensat in Brennkammern bekannt wurden, zeigen Kondensationsschäden in Heizungskesseln, daß eine optimale Temperaturführung in Heizungskesseln immer noch nicht zufriedenstellend erreicht wird. Das mag gegebenenfalls auch daran liegen, daß die Schwerölanteile im leichten Heizöl höher sind als früher und folglich höhere Temperaturen in der Brennkammer erforderlich sind, um eine optimale Verbrennung im Heizungskessel zu erzielen.

Des weiteren ist bei bekannten Heizungskesseln die effektive Nutzung der Brennstoffe noch nicht befriedigend gelöst, die unter anderem durch zu hohe Abstrahl-Verluste der Heizungskessel bedingt ist.

Durch die DE-OS 30 15 377 ist es bekannt, das Rücklaufwasser aus dem oberen Bereich an der äußeren Wandung des Wassermantels nach unten zu leiten und hierfür perforierte Leitbleche im Wassermantel anzuordnen, die einen beständigen Austausch der kälteren äußeren und der wärmeren inneren Strömungen im Wassermantel ermöglichen. Wenn auch mit diesem bekannten Gegenstand bessere Ergebnisse in der Gesamtleistung des Heizungskessels erzielt wurden, konnte eine Verbesserung bezüglich einer weitgehenden Verminderung der Abstrahlungswärme und einer weiteren Steigerung der Brennkammertemperatur für eine optimale Brennstoffnutzung nicht erreicht werden. Außerdem ist der technische Aufwand in bezug auf eine rationelle Fertigung bei diesem bekannten Heizungskessel noch zu hoch.

Durch die DE-PS 4 35 439 ist zwar bekannt, innerhalb des die Brennkammer umgebenden Mantels für den Wärmeträger zusätzlich eine Innenwandung zur BiI-dung eines Innen- und eines Außenmantels vorzusehen. Dieser an sich bekannte Innenmantel dient jedoch lediglich dazu, die Temperatur im inneren Ringraum zu erhöhen um Schwitzwasser in der Brennkammer zu vermeiden. Die Anordnung des Innenmantels nimmt keinen Einfluß auf den Durchfluß um den thermischen Effekt des gesamten Heizungskessels zu verbessern.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorbeschriebenen Nachteile bei bekannten Heizungskesseln zu beheben und darüber hinaus einen Heizungskessel zu entwickeln, der die Voraussetzung einer äußerst einfachen, rationellen Fertigung bictet.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird ein Heizungskessel eingangs beschriebener Art vorgeschlagen.

der erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß die Innenwandung im oberen Bereich des Heizungskessel eine Durchlaßöffnung vom Außen- zum Innenmantel aufweist, wobei im Außenmantel im unteren Bereich der Rücklauf und im Innenmantel im oberen Hereich des Heizungskessels im Abstand von der Durchlaßöffnung der Vorlauf angeordnet ist

Ein mit diesen Merkmalen ausgestatteter Heizungskessel ergibt in vorteilhafter Weise sehr geringe Abstrahlungsverluste bei gleichmäßiger Wärmeverteilung an der Brennkammerwandung. Außer dem mit diesen Mitteln erzielten hohen Gesamt-Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Heizungskessels ist die überaus einfache, für eine rationelle Fertigung geeignete. Konstruktion von besonderem Vorteil.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 10.

Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung sind zur näheren Erläuterung in den Zeichnungen dargestellt, sie zeigen in

F i g. 1 einen Querschnitt mit koaxialer Anordnung der Innenwandung im Mantel,

F i g. 2 einen Querschnitt mit exzentrischer Anordnung der Innenwandung irn Mantel,

F i g. 3 bis 5 Ausbildungen der Durchlaßöffnung in der Innenwandung,

F i g. 6 eine zylindrische, zur Längsachse geneigte Anordnung der Innenwandung,

F i g. 7 eine konische Ausbildung der Innenwandung.

Die F i g. 1 zeigt schematisch einen Querschnitt durch einen zylindrischen Heizungskessel mit einer Brennkammer 1 und einem zwischen der Brennkammerwandung 2 und der Außenwandung 3 angeordneten Wassermantel 4 für den Wärmeträger. Koaxial zur Längsachse 5 ist zur Aufteilung des Wassermantels 4 hierin eine zylindrische Innenwandung 6 zur Bildung eines Innen-7 und eines Außenmantels 8 eingebaut. Der Innen- und der Außenmantel sind völlig voneinander getrennt und stellen nur über eine im oberen Bereich des Heizungskessels vorgesehene Durchlaßöffnung 9 miteinander in Verbindung. Die Rücklaufleitungen 10 sind im unteren Bereich des Heizungskessels angeordnet und führen das kalte Rücklaufwasser 11 in Pfeilrichtung 12 durch den gesamten Außenmantel 8 bis zur Durchlaßöffnung 9 im oberen Bereich des Heizungskessels. Die Innenwandung 6 kann vorteilhaft wärmedämmend, ggf. doppelwandig, ausgebildet sein, oder z. B. mit einer Kunststoffbeschichtung versehen sein, um möglichst den Wärmeübergang vom Innenmantel 7 zum Außenmantel 8 zu mindern. Der Innenmantel 6 kann aber auch ZUS einem wärmedämmenden Material bestehen, so daß nach fertigungstechnischen Gesichtspunkten und der anfallenden Kosten der günstigste Werkstoff für die Innenwandung 6 bestimmt werden kann.

Unvermeidliche Wärmeabstrahlung von der Innenwandung 6 wird jedoch ohne Energieverlust vom Rücklaufwasser 11 im Außenmantel 8 günstig aufgenommen. Abstrahlungsverluste werden dadurch sehr stark gemindert, insbesondere dann, wenn die Rücklauftemperatur sehr niedrig ist. Extrem niedrige Temperaturen im Rücklaufwasser 11 sind für die äußerst günstige Temperaturführung des Heizungskessels völlig unschädlich, da das abgekühlte Rücklaufwasser 11 nicht in den Innenmantel 7 vordringen und das hierin befindliche Warmwasser 13 nicht abkühlen kann. Dadurch bleibt eine gleichmäßige Wärmeverteilung hoher Temperatur stets in der gesamten Brennkammerwandung 2 erhalten. Erst im Bereich der Durcblaßöffnung 9 an der wärmsten Stelle 14 im oberen, vorderen Bereich des Heizungskessels findet eine intensive Vermischung des Rücklaufwassers 11 mit dem im Innenmantel 7 befindlichen Warmwasser 13 statt, so daß in diesem Bereich die erforderliehe Vorlauftemperatur erreicht wird und das Vorlaufwasser 15 durch die im Innenmantel 7 befindlichen Vorlaufleitungen 16 ausströmen kann. Sofern, je nach Größe und Leistung des Heizungskessels, zusätzlich Rauchgasrohre 17 einzubauen sind, so müssen diese im Innenmantel 7 angeordnet werden.

Die F i g. 2 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausbildung des Heizungskessels, bei der die zylindrische Innenwandung 6 exzentrisch zur Brennkammer 1 und zur Außenwandung 3 angeordnet ist. Die Ausbildung nach F i g. 2 erlaubt die Konstruktion eines engeren Wassermantels 4 bei relativ großer Dimensionierung der Rücklaufleitungen 10 im unteren Bereich des Außenmantels 8 und der Vorlaufleitungen 16 im oberen Bereich des Innenmantels 7. Hierzu wird die Mittelachse 18 der zylindrisehen Innenwandung 6 auf der vertikalen Achse 19 um ein Maß 20 nach oben parallel zur Längsachse S des Heizungskessels versetzt angeordnet. Diese Ausführungsform bietet nicht nur konstruktive Vorteile, sondern auch günstige Strömungsverhältnisse im Wassermantel 4. Durch die exzentrische Anordnung der Innenwandung 6 wird der Strömungsquerschnitt im oberen Bereich des Außenmantels 8 gegenüber dem unteren Bereich eingeengt. Dadurch erhöht sich bei gleichem Durchsatz die Strömungsgeschwindigkeit des Rücklaufwassers 11 im Bereich der Durchlaßöffnung 9. Da das Volumen des Innenmantels 7 an der Durchlaßöffnung 9 aber größer ist und eine geringere Strömungsgeschwindigkeit aufweist, wird durch die Differenz der Strömungsgeschwindigkeit von Rücklauf-11 und Warmwasser 13 eine sehr günstige, intensive Vermischung unterhalb der Durchlaßöffnung 9 erzielt, welche durch das an dieser Stelle größere Volumen an Warmwasser 13 nocht begünstigt wird.
Bei der Anordnung von zwei Vorlaufleitungen 16 empfiehlt sich bei beiden Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 und Fig.2 diese in einem gleichen Winkel λ beiderseits der vertikalen Achse 19 in einem Abstand von der Durclilaßöffnung 9 anzuordnen. Hierdurch wird eine gleichmäßige Vorlauftemperatur erzielt. Hierbei ist zu beachten, daß die Durchlaßöffnung 9 sich nicht über die gesamte Tiefe des Heizungskessels erstrecken muß, sondern sich nur im vorderen Kesselbereich 23 über eine begrenzte Tiefe erstrecken kann und die Vorlaufleitungen 16 an der entgegengesetzten, hinteren Stirnseite 24 angeordnet sind. Durchlaßöffnung 9 und Vorlaufleitungen 16 können in der Tiefe, d. h. in Richtung der Längsachse 5 gesehen, weit auseinander liegen, so daß das kalte Rücklaufwasser 11 nicht ungemischt in die Vorlaufleitungen 16 strömen kann. Diese Anordnung ist auch den F i g. 6 und 7 zu entnehmen, die den Heizungskessel im Längsschnitt darstellen.

Verschiedene Ausbildungen der Durchlaßöffnungen 9 in der Innenwandung 6 sind in den F i g. 3 bis 5 dargestellt, die je nach Größe oder Leistung des Heizungskessels die Vermischungseffekte oder die gewünschte Zirkulation des Wärmeträgers beeinflussen können. In Fi g. 3 ist unter der Durchlaßöffnung 9 im Innenmantel 7 ein Ctrömungsteil 25 angeordnet, durch das der Vermischungssektor β im oberen Heizungskesselbereich bestimmt und je nach Lage der wärmsten Bereiche im Innenmantel 7 auf diese Zone angepaßt werden kann. Zum Beispiel können durch die Anordnung von mindestens zwei Vorlaufleituneen 16 gegenüber einer Rück-

laufleitung 16i eine geringfügige Beeinflussung für eine optimale Strömungslenkung erwünscht sein.

Falls erforderlich kann durch die Ausbildung der Durchlaßöffnung 9 nach F i g. 4, durch eine spiralförmige Überlappung der Innenwandung, oder nach F i g. 5, durch ein einseitiges Abwinkeln der Innenwandung 6 an der Durchlaßöffnung 9, eine mehr oder weniger starke tangentiale Strömung in Pfeilrichtung 26 im Innenmantel 7 erzielt werden.

Eine exzentrische Lage der Innenwandung 6 kann auch, in einer Variation zu F i g. 2, durch den Einbau des Innenmantels 6 in einer geneigten Lage erfolgen, wie in F i g. 6 dargestellt ist. Die Längsachse 18 der Innenwandung 6 ist hier in einem Winkel zur Langachse 5 des Heizungskessels ausgerichtet. Die Durchlaßöffnung 9

lui uuj uuvnluui ττ ujj^i ■ ■ iji 11 uv Ii ι ι £. -J uu Jg I. VJ ι IVi V. ι und liegt unmittelbar über der wärmsten Stelle 14 im oberen Bereich der vorderen Stirnseite 23 des Heizungskessels.

In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung kann die Innenwandung 6 auch konisch gemäß Fig. 7 ausgebildet sein, wobei der größere Durchmesser 22 des Innenmantels 7 an der vorderen Stirnseite 23 angeordnet ist.

Zum einfachen und korrekten Einbau der Innenwandung 6 sind zweckmäßige Vorsprünge 27 an den Innen-Seiten der vorderen und hinteren Stirnseiten 23, 24 angeordnet, die aus angeschweißten oder angegossenen Konsolen bestehen können, auf die die Innenwandung 6 einfach aufgelegt und befestigt werden kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung kann die Innenwandung 6 aus gewelltem Material bestehen, mit radial verlaufenden Wellen. Diese Ausbildung fördert die radiale bis spiralförmige Zirkulation des Wärmeträgers und erhöht die Stabilität der Innenwandung 6, insbesondere bei Verwendung von Werkstoffen geringeier Festigkeit.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

40

45

50

55

60

65

Claims

Patentansprüche:

1. Heizungskessel für flüssige, gasförmige oder feste Brennstoffe zum Erwärmen eines flüssigen Wärmeträgers in einem die Brennkammer umgebenden Mantel mit mindestens einem Vorlauf im oberen und einem Rücklauf im unteren Bereich des Mantels bei dem innerhalb des die Brennkammer umgebenden Mantels für den Wärmeträger zusätzlich eine Innenwandung zur Bildung eines Innen- und eines Außenmantels vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwandung (6) im oberen Bereich des Heizungskessels eine Durchlaßöffnung (9) vom Außen- (8) zum Innenmantel (7) aufweist, wobei im Außenmantel (8) im unteren Bereich der Rücklauf (10) und im Innenmaiitel (7) im oberen Bereich des Heizungskessels im Abstand von der Durchlaßöffnung (9) der Vorlauf (16) angeordnet ist.

2. Heizungskessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Innenwandung (6) im zylindrischen Wassermantel (4) exzentrisch von der Mittelachse (5) des Heizungskessels nach oben um ein Maß (20) auf der vertikalen Achse (19) verschoben angeordnet ist.

3. Heizungskessel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaßöffnung (9) in der Innenwandung (6) sich im gleichen Winkel (φ) beiderseits der vertikalen Achse (19) und mindestens über ein Teil der gesamten Tiefe des Wassermantels (4) erstreckt.

4. Heizungskessel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Vorlauf leitungen (16) im oberen Bereich des Heizungskessel!; jeweils in einem gleichen Abstand des Winkels (λ) beiderseits der Durchlaßöffnung (9) im Innenmantel (6) angeordnet sind.

5. Heizungskessel nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung mindestens einer Vorlaufleitung (16) im oberen Bereich des Innenmantels (7) unterhalb der Durchlaßöffnung (9) ein Strömungsteil (21) über dem Vorlauf (16) angeordnet ist.

6. Heizungskessel nach Anspruch 1. bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwandung (6) für die Bildung der Durchlaßöffnung (9) im oberen Bereich des Heizungskessels spiralförmig überlappt oder einseitig abgewinkelt ausgebildet ist.

7. Heizungskessel nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwandiing (6) zur Heizungskesselmittelachse (5) konisch ausgebildet ist, wobei der größere Durchmesser (22) der konischen Innenwandung (6) an der wärmsten vorderen Stirnseite (23) angeordnet ist.

8. Heizungskessel nach Anspruch I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische bzw. konische Innenwandung (6) zur Längsachse (5) des Heizungskessels geneigt angeordnet ist, wobei das größere Volumen des Innenmantels (7) an der vorderen, oberen Stirnseite (23) des Heizungskessels gebildet ist.

9. Heizungskessel nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwandung (6) aus ge welltem Material mit radial verlaufenden Wellen besteht.

10. Heizungskessel nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwandung (6) doppelwandig ausgebildet ist und/oder aus wärmedämmendem Material besteht, bzw. mit wärmeisolieren

der Beschichtung ausgestattet ist.