DE2743959C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Heizkessel nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des nebengeordneten Anspruchs 2.

Aus der DE-OS 6 50 235 ist bereits ein Heizkessel mit einer vor­ deren und einer rückwärtigen Wand und einer Vielzahl von Zwi­ schengliedern bekannt, wobei diese Glieder zusammen eine Brenn­ kammer umschließen und die Zwischenglieder jeweils ein Wärme­ tauschersystem enthalten. Dieses Wärmetauschersystem besteht einerseits aus einem Rohrgitter mit einer Vielzahl von paral­ lelen und im wesentlichen in vertikaler Richtung verlaufenden wasserführenden Rohren, welche jeweils in eine mit Zu- und Ab­ lauföffnungen versehene obere bzw. untere Wasserkammer ein­ münden, und andererseits aus mindestens zwei zueinander paral­ lelen und im wesentlichen in jeweils vertikaler Richtung in der Gliederebene verlaufenden und die Rohrgitter umgebenden Rauch­ gaskanälen, welche durch zwischen die Rohre eingehängte Leit­ wände für die Rauchgase gebildet werden. Diese Leitwände ent­ sprechen der Breite der jeweiligen Zwischenglieder, so daß beim Aneinanderreihen einer Vielzahl von Zwischengliedern mehrere sich über die Gesamtlänge des Heizkessels erstreckende Rauchgaskanäle gebildet werden, welche in ihren oberen bzw. unteren Endbereichen Aussparungen als Ein- bzw. Übergänge zwischen den betreffenden Rauchgaskanälen aufweisen und zu mindestens einer sich in Längsrichtung des Heizkessels erstreckenden Rauchgassammelleitung führen. Derartige Kessel­ glieder aus Rohrgittern mit oberen und unteren Wasserkammern sind relativ aufwendig herzustellen; außerdem läßt sich die auf den Außenseiten der Rohre im Rohr­ gitter absetzende Rußschicht weit schwieriger und auch nur mit hohem Zeitaufwand entfernen als etwa eine auf einer Rohrinnen­ wand sitzende Rußschicht. Eine rußfreie Rohrwand ist aber für einen guten Wärmeübergang zwischen den Rauchgasen und der Rohrwand erforderlich. Nachteilig ist weiterhin, daß mit den Leitwänden, mit denen die Rauchgaskanäle gebildet werden, Fremdmaterialien in die Kesselglieder eingebracht werden, die am Wärmeaustausch zwischen Rauchgasen und Wasser gar nicht beteiligt sind. Außerdem werden auch sämtliche Be­ grenzungswände der Brennkammer von solchen am Wärmeaustausch zwischen Rauchgasen und dem zu erwärmenden Wasser nicht un­ mittelbar beteiligten Materialien gebildet.

Mit der Erfindung soll nun ein Gliederheizkessel mit einem ver­ besserten Wärmeaustauschwirkungsgrad und damit besserer Aus­ nutzung des eingesetzten Brennstoffs sowie größerer Wirtschaft­ lichkeit bei gleichzeitig einfacherer Konstruktion, also ohne die aufwendig herzustellenden Rohrgitter-Zwischenglieder, mit einfacherer Wartung und einfacherer, schnellerer Reinigungs­ möglichkeit der Rauchgaskanäle sowie für den Einsatz von verschiedenen Brennstoff­ materialien gefunden werden.

Gelöst wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 bzw. des nebengeordne­ ten Anspruchs 2. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Er­ findung ergben sich aus den Unteransprüchen.

Die entscheidende Verbesserung des Wärmeaustauschwirkungs­ grads wird bei dem erfindungsgemäßen Heizkessel durch die turbulenzerzeugende Ausbildung der Ein- bzw. Übergänge zwi­ schen den betreffenden Rauchgaskanälen erreicht, was mit einfachen Mitteln dadurch bewerkstelligt ist, daß diese kanalförmig und im wesentlichen senkrecht zu den Rauchgaskanälen verlaufenden Ein- bzw. Übergänge in tangentialer Richtung zu den Wänden der Rauchgaskanäle angeordnet sind. Bei der damit erreichten turbulenten Strömung der Rauchgase wird ein weit besserer Wärmeübergang an der Wand der Rauchgaskanäle erzeugt als etwa bei einer laminaren Strömung dieser Rauchgase.

Außerdem trägt zur Verbesserung des Wärmeübertragungswirkungs­ grads bei, daß sämtliche Wände der Brennkammer von den Wänden wasserführender Kammern, also von den Stirnwänden der Wasser­ kammern der Zwischenglieder sowie der unteren Wände der Dachglieder gebildet werden, so daß nicht nur die Kon­ vektionswärme sondern auch die Strahlungswärme der verbren­ nenden Brennstoffe unmittelbar von diesen Wänden aufgenommen und an das zu erwärmende Wasser abgegeben werden können.

Die einfachere Konstruktion ist bei der Erfindung dadurch er­ reicht, daß die einzelnen Zwischenglieder von im wesentlichen hohlkastenartig ausgebildeten Wasserkammern gebildet werden, in deren Seitenflächen kanalförmige Ausnehmungen mit im wesentlichen halbkreisförmigem Querschnitt vorgesehen sind, wobei diese Ausnehmungen auf der einen bzw. ande­ ren Seite der Wasserkammer so angeordnet sind, daß sie beim paarweisen Zusammenfügen zweier benachbarter und miteinander korrespondierender Wasserkammerseiten entsprechende Rauch­ gaskanäle mit im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt bilden.

Bei der anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform sind die im wesentlichen in jeweils vertikaler Richtung in der Glie­ derebene des Heizkessels verlaufenden Rauchgaskanäle mit im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt sowie die zugehörigen Ein- und Übergänge im Innern der hohlkastenförmig ausgebildeten Wasser­ kammern angeordnet.

Bei den Rauchgaskanälen mit nunmehr kreisförmigem Querschnitt läßt sich der an den Innenwänden dieser Kanäle abgelagerte Ruß relativ einfach und schnell entfernen, wodurch die Wartung des Heizkessels erheblich vereinfacht wird. Durch die stets rußfrei gehaltenen Rauchgaskanalwände wird der Wärmeaustausch verbessert.

Der in der vorliegenden Erfindung beschriebene Heizkessel kann für alle Brennstoffarten verwendet werden und erzeugt z. B. in Verbindung mit einem Ölbrenner bereits einen so hohen Überdruck in der Brennkammer, daß den Rauchgasen auf Grund der tangentialen Einführung in die Rauchgaskanäle ine Turbulenz aufgezwungen wird. Bei anderen Brennstoffen, wie z. B. Holz, Kohle oder Koks kann zur Erzeugung einer entsprechend hohen Strömungsgeschwindigkeit der Rauchgase ein Gebläse vorgesehen werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist an einem der vorderen oder rückwärtigen Wandglieder oder an einem der Zwischenglieder mindestens eine weitere Türöffnung vorgesehen, durch welche ein fester Brennstoff in die Brennkammer eingebracht werden kann. Dank dieser Anordnung ist es möglich, den Heizkessel auf einfache Weise für die Verwendung eines solchen Brennstoffes umzustellen. Der erfindungsgemäße Heizkessel liefert damit einen bedeutsamen Beitrag bei der Einsparung von flüssigen Brennstoffen und kann damit einen Engpaß bei der Wärmeversorgung als Folge der Einschränkungen der Öl-Importe überbrücken helfen.

Die Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen näher er­ läutert werden; es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines teil­ weise auseinandergenommenen Heizkessels;

Fig. 2 ein Zwischenglied im Aufriß;

Fig. 3 eine Draufsicht auf ein Zwischenglied; und

Fig. 4 einen Schnitt durch die Rauchgaskanäle entlang der Linie IV-IV in Fig. 2.

Das Ausführungsbeispiel zeigt einen Gliederheizkessel mit vorderen Wandgliedern 1, 2, Zwischengliedern 3, 4 und rückwärtigen Wand­ gliedern 5, 6. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, besteht der Boden des Heizkessels aus einer Bodenplatte 7 aus einem feuerbeständigen Material, während die Abdeckung aus einem oder mehreren Dachglie­ dern 8 besteht. Die Konstruktion dieses Heizkessels folgt einem System, in welchem alle Glieder aus zwei Hälften 1 und 2, 3 und 4 bzw. 5 und 6 hergestellt sind, was den Vorteil hat, daß die einzelnen Komponenten ein angenehmes Gewicht aufweisen und gut gehandhabt werden können, z. B. während des Zusammensetzens des Heizkessels, welches vorzugsweise unmittelbar im Heizkesselraum erfolgt. Die Halbglieder 3 und 4 werden an jeder Seitenkante der Bodenplatte 7 angesetzt und mit den angrenzenden Gliedern, wie aus Fig. 1 ersichtlich, zusammengeschraubt. Sämtliche der im wesent­ lichen hohlkastenartig ausgebildeten Halbglieder bestehen aus einer Wasserkammer 9 (Fig. 4), welche in ihrem unteren Bereich über runde Öffnungen 10 zu den benachbarten Gliedern hin offen ist und in ihrem oberen Bereich durch ein Loch 11 nach oben hin öffnet. Die in einer Anzahl von zusammengereihten Gliedern je­ weils im unteren Bereich vorgesehenen Öffnungen 10 bilden eine Sammel- oder Verteilerleitung durch den gesamten Heizkesselkör­ per, welche Leitung nach außen hin an eine Rücklaufleitung ange­ schlossen ist. Durch das Loch 11 steht die jeweilige Wasserkam­ mer 9 mit dem hohlen Dachglied 8 in Verbindung, welches mittels Schrauben dicht mit den Gliedern des Heizkessels verbunden ist.

Der Heizkessel weist eine Konvektionszone auf, die in den Seitenwänden des Heizkessels gelegen ist und welche durch die miteinander verbundenen Zwischenglieder gebildet wird, welche jeweils paarweise die Rauchgaskanäle 12, 13, 14 bei gleichzeitiger Erstreckung in Querrichtung des Heizkessels bilden. Diese Rauchgaskanäle 12, 13, 14 sind auf allen Seiten durch einen Teil der wärme­ absorbierenden Wasserkammer 9 umgeben, in welche das Wasser durch die Öffnungen 10 im unteren Bereich eingeführt und über eine Sammelleitung 15 herausgeführt wird, welche durch die sich entlang des gesamten Heizkesselkörpers erstreckenden Dachglieder 8 gebildet wird und an eine Steigleitung angeschlossen ist. Das Aussehen der Zwischenglieder 3 und 4 kann aus den Fig. 2 und 3 ersehen werden. Auf beiden Seitenflächen eines Gliedes, welche zu den benachbarten Gliedern hin gerichtet sind, sind drei zu­ einander parallele Kanäle mit etwa halbkreisförmigem Querschnitt vorgesehen, welche jeweils zusammen mit den korrespondierenden Kanälen im Nachbarglied die im wesentlichen kreisförmigen Rauch­ gaskanäle 12, 13, 14 bilden, wie in der Schnittdarstellung gemäß Fig. 4 ge­ zeigt ist. Der Rauchgaskanal 12 weist in seinem oberen Teil einen Eingang 16 auf, während er in seinem unteren Teil einen Übergang 17 zum Rauchgaskanal 13 aufweist, welcher wiederum in sei­ nem oberen Teil einen ähnlichen Übergang 18 zum Rauchgaskanal 14 aufweist. Der Eingang 16 und die Übergänge 17, 18 sind in tangen­ tialer Richtung zum Querschnitt der betreffenden Rauchgaskanäle angeordnet, so daß beim Eintritt der Rauchgases in diese Kanäle dem Rauchgasstrom eine Turbulenz aufgezwungen wird, wodurch eine Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen Rauchgas und Rauchgas­ kanälen erreicht wird. Bei Bedarf kann zur Erzeugung einer Zwangsumwälzung ein Gebläse 19 vorgesehen sein, das im gemeinsamen Ausgang 20 der zwei Rauchgassammelleitungen 21, in welche alle auf der jeweiligen Seite des Heizkessels gelegenen Rauchgaskanäle 14 münden, angeordnet ist. Dieses Gebläse erzeugt einen Sog, welcher die Rauchgase mit hoher Geschwindigkeit aus der Brennkammer über die tangentialen Eingänge 16 und Übergänge 17, 18 in die Rauchgaskanäle 12, 13, 14 im Konvektionsbereich treibt, wobei die Rauchgaseinström- und -überströmkanäle jeweils tangential in den Querschnitt der Rauch­ gaskanäle einmünden. In Fig. 4 ist mit Hilfe der Pfeile eine sche­ matische Darstellung der Turbulenzwege der Rauchgase durch diese Rauchgaskanäle aufgezeigt. Derselbe Effekt wird erreicht, wenn das Gebläse oder der Brenner dazu verwendet wird, einen Druck in der Brennkammer zu erzeugen. Auch im Falle eines natürlichen Sogs wird im Prinzip dieselbe Gasströmung, jedoch bei niedriger Geschwindigkeit, erzeugt. Die Turbulenz ist am intensivsten am Eingang in die jeweiligen Rauchgaskanäle und verringert sich dann im Verlauf des Strömungsweges des Gases durch diese Rauchgaskanäle. Die Übergänge 17, 18 erzeugen eine neue Turbulenz in den ent­ sprechenden Rauchgaskanälen, so daß im ganzen Konvektionsbereich eine gute Turbulenz aufrechterhalten werden kann, ohne daß zusätzliche und eigens dafür vorgesehene Turbulenzbildner ver­ wendet werden müssen. Der Konvektionsbereich ist mit Kontroll- und Reinigungsöffnungen 22 versehen, welche während des Betriebs des Heizkessels mit Klappen 23 abgedeckt sind. Durch diese Öffnungen sind die einzelnen Rauchgaskanäle zum Zwecke des Ausfegens zugänglich. Der Ruß aus dem Rauchgaskanal 14 wird in den Rauchgas­ sammelleitungen 21 gesammelt, während der Ruß aus den Rauchgas­ kanälen 12, 13 in einem Paar von Rußschächten 24, 25 unterhalb der betreffenden Rauchgaskanäle gesammelt wird. Aus dieser Sammel­ leitung 21 und den Rußschächten 24, 25 wird dann der Ruß aus den Rußtüren 26 auf der vorderen und rückwärtigen Seite des Heizkessels entfernt.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Heizkessel eine einstückige Bodenplatte 7 auf, welche auch dann einen Teil der Ausstattung bildet, wenn der Heizkessel für Ölfeuerung einge­ richtet ist. Die Ausrüstung kann durch einen Feuerrost vervoll­ ständigt werden, so daß der Heizkessel auch für eine Holzfeuerung verwendet werden kann; außerdem kann die Bodenplatte mit einer automatischen Brennstoffzuführung, einem sogenannten mechani­ schen Wanderrost, zur Verfeuerung von Briketts oder Kohle aus­ gestattet sein. Die eingangs erwähnte zusätzliche Öffnung in einem der Heizkesselglieder zum Einbringen von Holz in die Brennkammer kann auch in der oberen Abdeckung des Heizkessels vorgesehen sein. Bei der Ausführung des Heizkessels für Holz­ feuerung ist dieser mit etwas abgewandelten Dachgliedern aus­ gerüstet, welche dann einen in diese obere Öffnung eingesetzten Rahmen mit einem Klappdeckel aufweisen, der dicht in diesen Rahmen eingesetzt ist. Bei einer Feuerung mit festen Brennstoffen besteht über die Längskanäle 27 in den einzelnen Gliedern eine Möglichkeit zur Einführung von Sekundärluft in die Brennkammer, wobei für eine gleichmäßige Verteilung über die ganze Brennkammer gesorgt ist, wenn diese Sekundärluft mit einem Gebläse eingebracht wird.

Die beschriebene Ausführungsform kann selbstverständlich variiert werden. So ist zum Beispiel möglich, die Rauchgaskanäle im Hinblick auf ihre Anzahl und Richtung zu verändern; so kann zum Beispiel die Rauchgassammelleitung im oberen Bereich des Heizkessels angeordnet werden. Im beschriebenen Heizkessel sind die Eingänge zum Konvektionsbereich in der Fläche zwischen zwei Gliedern angeordnet, es ist jedoch auch eine Konstruktion denkbar, wo dieser Eingang innerhalb der Glieder vorgesehen sein kann. Es ist kein unabdingbares Erfordernis, daß die Heizkessel­ glieder gegossen sein müssen; eine andere Herstellungsmöglichkeit des Konvektionsbereichs besteht im Schweißen, wobei auch eine andere Konstruktion möglich ist, z. B. die Herstellung einer Heizkesselseite in einem einzigen Stück.

Claims (8)

1. Heizkessel, bestehend aus einem vorderen und einem rückwärtigen Wandglied und einer Vielzahl von zwischen diesen beiden Wand­ gliedern angeordneten Zwischengliedern, wobei alle diese Glie­ der zusammen eine Brennkammer umschließen und die Zwischen­ glieder jeweils ein Wärmetauschersystem enthalten aus einer mit einer Zulauf- und einer Ablauföffnung versehenen Wasser­ kammer sowie aus mindestens zwei zueinander parallelen und im wesentlichen in jeweils vertikaler Richtung in der Gliederebene verlaufenden und diese Wasserkammer umgebenden Rauchgaskanälen, die in ihren oberen bzw. unteren Endbereichen Ein- bzw. Über­ gänge zwischen den betreffenden Rauchgaskanälen aufweisen und zu mindestens einer sich in Längsrichtung des Heizkessels erstrecken­ den Rauchgas-Sammelleitung führen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zwischenglieder (3, 4) aus im wesent­ lichen hohlkastenartig ausgebildeten Wasserkammern (9) bestehen, deren eine Stirnseite einen Teil der Brennkammerseiten­ wand bildet und deren Seitenflächen kanalförmige Ausnehmungen mit im wesentlichen halbkreisförmigem Querschnitt aufweisen, wo­ bei die Ausnehmungen beim paarweisen Zusammenfügen zweier benach­ barter und miteinander korrespondierender Seitenflächen der Zwi­ schenglieder (3, 4) Rauchgaskanäle (12, 13, 14) mit im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt bilden, und daß die Ein- bzw. Übergänge (16, 17, 18) zu den Rauchgaskanälen (12, 13, 14) kanalförmig und im wesentlichen rechtwinklig zu diesen Rauchgaskanälen und in tangentialer Rich­ tung zu den Wänden der Rauchgaskanäle angeordnet sind.

2. Heizkessel, bestehend aus einem vorderen und einem rückwärtigen Wandglied und einer Vielzahl von zwischen diesen beiden Wand­ gliedern angeordneten Zwischengliedern, wobei alle diese Glie­ der zusammen eine Brennkammer umschließen und die Zwischen­ glieder jeweils ein Wärmetauschersystem enthalten aus einer mit einer Zulauf- und einer Ablauföffnung versehenen Wasser­ kammer sowie aus mindestens zwei zueinander parallelen und im wesentlichen in jeweils vertikaler Richtung in die Gliederebene verlaufenden und diese Wasserkammer umgebenden Rauchgaskanälen, die in ihren oberen bzw. unteren Endbereichen Ein- bzw. Über­ gänge zwischen den betreffenden Rauchgaskanälen aufweisen und zu mindestens einer sich in Längsrichtung des Heizkessels erstrecken­ den Rauchgas-Sammelleitung führen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zwischenglieder (3, 4) aus im wesent­ lichen hohlkastenartig ausgebildeten Wasserkammern (9) bestehen, deren eine Stirnseite einen Teil der Brennkammerseitenwand bil­ det und in deren Innerem die im wesentlichen in jeweils verti­ kaler Richtung in der Gliederebene verlaufenden Rauchgaskanäle (12, 13, 14) mit im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt so­ wie die zugehörigen Ein- und Übergänge (16, 17, 18) angeordnet sind, und daß diese Ein- und Übergänge (16, 17, 18) kanalförmig und im wesent­ lichen rechtwinklig zu diesen Rauchgaskanälen (12, 13, 14) und in tangentialer Richtung zu den Wänden der Rauchgaskanäle an­ geordnet sind.

3. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß oberhalb der Rauchgaskanäle Reinigungsöffnungen (22) für die Rauchgaskanäle (12, 13, 14) ausgebildet sind, daß die Reinigungsöffnungen (22) durch Klappen (23) abgedeckt sind und daß unterhalb der Rauchgaskanäle (12, 13, 14) Rußkanäle (24, 25) in Längsrichtung des Heizkessels angeordnet sind.

4. Heizkessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß entlang der die Längsseiten der Brennkammer bildenden Stirnseiten der Wasserkammern (9) ein Längskanal (27) für Sekun­ därluft vorgesehen ist.

5. Heizkessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß mindestens ein Dachglied (8) vorgesehen ist, welches eine mit der entsprechenden Wasserkammer (9) in den Zwischen­ gliedern (3, 4) in Verbindung stehende Wasserkammer enthält, und daß dieses Dachglied (8) den oberen Bereich der Brennkammer ab­ schließt.

6. Heizkessel nach Anspruch 3 und 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abdeckklappe (23) am Dachglied (8) an­ geordnet ist.

7. Heizkessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an einem der Glieder (1 bis 6) mindestens ein weitere Türöffnung zum Einbringen von Brennstoffen vorge­ sehen ist.

8. Heizkessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das vordere und/oder rückwärtige Wand­ glied (1, 2 bzw. 5, 6) und/oder die Zwischenglieder (3, 4) als Halbglieder ausgebildet sind.