DE3509887C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Rippenrohr-Heizkessel für Niedertemperatur-Anlagen, bestehend aus einer zylindrischen, horizontal angeordneten Brennkammer, an deren einem Stirnende der Brenner angeordnet ist, und an deren anderem Stirnende sich die Öffnung zum Austritt der Rauchgase befindet, aus einer in der Brennkammer dem Brenner gegenüberliegend angeordneten, ebenfalls zylindrischen und an ihrem Ende geschlossenen Flammen-Umkehrkam­ mer, aus an der Innenseite der Brennkammer angebrachten, in deren Längsrichtung verlaufenden radial in den Zwischenraum zur Flam­ men-Umkehrkammer hineinragenden Rippen, und aus einem die Brenn­ kammer konzentrisch umgebenden Mantelrohr zur Bildung eines ring­ förmigen Zwischenraums für die Aufnahme des zu erwärmenden Wassers, wobei die Flammen-Umkehrkammer in axialer Richtung verschiebbar in der Brennkammer gelagert ist.

Ein Rippenrohr-Heizkessel dieses Aufbaus ist in dem älteren DE-GM 85 02 073 beschrieben.

Rippenrohr-Heizkessel werden in zunehmendem Maß bei Niedertemperatur-Heizanlagen eingesetzt, weil infolge der durch die Rippen erzielten Vergrößerung der Heizfläche der Bildung eines aggressiven Kondensats entgegengewirkt werden kann, wenn im Teillast-Betrieb die Kesselwasser-Temperatur unter den Rauchgas- Taupunkt absinkt.

Die Heizkessel werden dabei für bestimmte Leistungsbe­ reiche ausgelegt, wobei die bauseitig erforderliche Leistung bei der Installation des Heizkessels im Rahmen des Leistungsbereichs durch Wahl der Düsengröße eingestellt wird.

Je nach Einstellung der Leistung des Brenners im Rahmen seines Leistungsbereichs ergibt sich eine unterschiedliche Abgas­ temperatur im Vollast-Betrieb. Der Kessel muß dabei so dimensio­ niert sein, daß auch bei der unteren Grenze des Leistungsbereichs noch die vorgeschriebene Mindestabgas-Temperatur und eine für Kesselwasser-Temperaturen unter dem Rauchgas-Taupunkt ausreichen­ de Wärmebelastung der Rippenheizfläche sichergestellt ist. Dies bedeutet andererseits, daß dann bei der oberen Grenze des Leistungs­ bereichs die Abgastemperatur höher liegt, als sie für einen ein­ wandfreien Betrieb der Heizanlage erforderlich ist. Mit einer er­ höhten Abgastemperatur steigen aber auch die Wärmeverluste.

Bei dem eingangs erwähnten, in dem DE-GM 85 02 073 be­ schriebenen Heizkessel ist die Flammen-Umkehrkammer verschiebbar angeordnet, um das Volumen der Brennkammer an unterschiedliche Einstellungen der Kesselleistung anpassen zu können. Zu diesem Zweck wird bei Betrieb des Kessels im unteren Bereich der Leistung die Flammen-Umkehrkammer in Richtung auf den Brenner verschoben und damit das Volumen der Brennkammer vermindert, während bei Einstellung auf höhere Kesselleistung die Flammen-Umkehrkammer in eine vom Brenner entferntere Lage verschoben und damit das Volu­ men der Brennkammer vergrößert wird. Hierdurch soll eine geringere Geräuschbildung und ein hoher CO₂-Gehalt auch bei niedrig einge­ stellter Kesselleistung erreichbar sein, jedoch ist dieser Kessel nicht im Niedertemperatur-Bereich zu fahren, weil bei der dort vorgesehenen Verschiebung der Flammen-Umkehrkammer in Brennernähe der ganze Bereich der Rippen hinter dem Boden der Flammen-Umkehr­ kammer nicht mehr von der Strahlung der Außenwand der Flammen-Um­ kehrkammer beaufschlagt wird, so daß bei kleiner Flamme im Teil­ last-Betrieb die Rauchgastemperatur in diesem Bereich so stark absinkt, daß dort die gefürchtete Kondensatbildung auftreten kann.

Des weiteren ist aus der DE-OS 33 04 455 ein Heizkessel bekannt, dessen Brennraum verkleinerbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rippenrohr-Heizkessel der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Abgastempera­ tur im niedrigen Leistungsbereich ausreichend groß ist, um eine Kondensation an den Rippenheizflächen auszuschließen, ohne daß im oberen Leistungsbereich die Abgastemperatur zu hoch und damit auch die Wärmeverluste unzulässig groß werden.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß an der Flammen-Umkehrkammer einerseits und an der Brennkammer andererseits miteinander zusammenwirkende Befesti­ gungsmittel angeordnet sind, wobei die Befestigungsmittel eine Arretierung der Flammen-Umkehrkammer relativ zur Brennkammer in wenigstens zwei Positionen oder stufenlos zulassen, daß der Boden der Flammen-Umkehrkammer in der vorderen Position vor und in der hinteren Position hinter der hinteren Begrenzung des Mantelrohres liegt, und daß die vordere Position der oberen Grenze des Leistungs­ bereichs und die hintere Position der unteren Grenze des Leistungs­ bereichs des Kessels zugeordnet ist.

Die Verschiebung erfolgt also in genau umgekehrtem Sinn wie bei dem älteren Heizkessel. Es hat sich überraschend gezeigt, daß bei der erfindungsgemäßen Ausbildung des Heizkessels bereits eine geringe Verschiebung der Flammen-Umkehrkammer in Achsrich­ tung eine beträchtliche Veränderung der Abgastemperatur zur Folge hat, so daß damit die Möglichkeit gegeben wird, bei jeder einge­ stellten Leistung innerhalb des Leistungsbereichs etwa die glei­ che Abgastemperatur zu erreichen. Es besteht aber auch die Mög­ lichkeit, bei einer gegebenen Einstellung der Leistung die Abgas­ temperatur zu erhöhen, wenn dies aufgrund der vorhandenen Schorn­ steinbedingungen erforderlich sein sollte.

Die Veränderung der Abgastemperatur beruht darauf, daß bei Vergrößerung des axialen Abstands zwischen Brenner und Flam­ men-Umkehrkammer die wirksame Länge, auf der im Bereich der Rippen eine Wärmeabgabe von den durchströmenden Abgasen erfolgt, kleiner wird, so daß auch ein geringerer Wärmeaustausch stattfin­ det und damit die Abgase den Rippenbereich mit höherer Temperatur verlassen. Ferner ergibt sich eine Erhöhung der Abgastemperatur zusätzlich dadurch, daß die Flammen-Umkehrkammer auf einer größeren Länge die bereits durch die kühlere Rippenheizfläche abgekühlten Rauchgase am hinteren Kesselwandende wieder erwärmt, weil die Bodenfläche der Umkehrkammer weiter zum Kesselende gewandert ist.

Wird der Kessel daher an der unteren Grenze seines Leistungsbereichs betrieben, sollte der axiale Abstand zwischen Brenner und Flammen-Umkehrkammer am größten sein, während bei Betrieb an der oberen Grenze des Leistungsbereichs die Flammen- Umkehrkammer näher an den Brenner heranbewegt wird. Als weiterer Vorteil ergibt sich bei kleiner Brennerleistung durch die Lage der Bodenfläche der Flammen-Umkehrkammer in Höhe oder hinter der wassergekühlten Rippenheizfläche die maximal mögliche Wärmeein­ strahlung, so daß auf diese Weise der Bildung von Rauchgas-Kon­ densat entgegengewirkt wird.

Bei einem Kesseltyp mit einem Leistungsbereich zwischen 14 und 22 kW, der z. B. zum Beheizen von Ein- bis Zwei-Familien- Häusern verwendbar ist, werden in der Regel zwei Positionen der Umkehrkammer genügen, z. B. eine hintere Position bei 14 bis 17 kW und eine vordere Position bei 17 bis 22 kW.

Es ist zweckmäßig, an der Flammen-Umkehrkammer wenig­ stens einen über deren freies Ende hinausragenden Steg zu befe­ stigen und in dem Umfangsbereich des Ringraums, in dem sich die Rippen befinden, einen Fixierstab anzuordnen, mit dem der Steg in unterschiedlichen axialen Positionen verbindbar ist.

Diese Verbindung kann dadurch bewirkt werden, daß in dem Steg einerseits und in dem Fixierstab andererseits mehrere Löcher in Achsrichtung nebeneinander derart vorgesehen sind, daß durch Einstecken von Bolzen in fluchtende Löcher von Steg und Fixierstab die unterschiedlichen axialen Positionen festlegbar sind. Eine solche Befestigung besitzt die notwendige Robustheit, da feinme­ chanische Stellmittel wegen der großen Hitze, der die Flammen- Umkehrkammer ausgesetzt ist, nicht einsetzbar sind.

Es kann jedoch im Bedarfsfall auch eine nahezu stufen­ lose Verstellbarkeit vorgesehen werden, wenn am Steg einerseits und am Fixierstab andererseits jeweils eine Verzahnung nach Art eines Zahnstangentriebs angebracht ist, wobei im Verschiebe- Bereich des Steges oder des Fixierstabes ein Langloch vorgesehen ist, so daß durch einen in das Langloch einsteckbaren Bolzen die jeweils gewählte Lage des Zahnstangentriebs arretierbar ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen horizontalen Schnitt durch einen Rip­ penrohr-Heizkessel mit verstellbarer Flammen- Umkehrkammer,

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels von verstellbaren Befestigungsmitteln,

Fig. 2a eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß Fig. 2,

Fig. 3 eine Seitenansicht einer anderen Ausführungs­ form der Befestigungsmittel,

Fig. 3a eine Draufsicht auf die Anordnung von Fig. 3,

Fig. 4 eine Seitenansicht einer weiteren Ausfüh­ rungsform der Befestigungsmittel und

Fig. 4a eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß Fig. 4.

Der in Fig. 1 dargestellte Rippenrohr-Heizkessel enthält eine zylindrische Brennkammer 1, an deren Innenwand in Längsrich­ tung der Brennkammer verlaufende, radial nach innen weisende Rippen 2 befestigt sind. Die Rippen erstrecken sich vom rechten Stirnende der Brennkammer 1 etwas über deren Mitte hinaus in Rich­ tung zum linken Stirnende. Der Brenner 3 befindet sich in einer Öffnung der Kesseltür 4, die an ihrer Innenseite mit einem Iso­ lierblock 5 versehen ist und die linke Stirnöffnung der Brenn­ kammer verschließt. Die Brennkammer 1 wird von einem Mantelrohr 6 konzentrisch umgeben, das zusammen mit einer Vorderwand 7 und einer Rückwand 8 einen ringförmigen Raum 9 für das zu erwärmende Wasser bildet. In diesen Raum 9 mündet das Rohr 10 für den Rück­ lauf und das Rohr 11 für den Vorlauf des Heizungswassers. Am rech­ ten Stirnende der Brennkammer 1 ist ein Rauchgas-Sammler 12 mit einer zum Rauchgas-Kanal führenden Öffnung angebracht. Von den Rippen umgeben ist eine Flammen-Umkehrkammer, die aus einem zylin­ drischen Mantel 13 und einer Bodenwand 14 besteht, wobei auf der Bodenwand ein Isolierblock 15 befestigt ist. Die Flammen-Umkehr­ kammer ist zum Brenner 3 hin offen, so daß die Flamme in die Um­ kehrkammer hineinstrahlt und die Flammengase die durch Pfeile idealisiert dargestellten Wege aus der Flammen-Umkehrkammer hinaus durch den mit Rippen versehenen Ringraum in den Rauchgas-Sammler 12 zum Rauchgas-Kanal nehmen.

Die Flammen-Umkehrkammer ist in Achsrichtung der Brennkammer 1 verschiebbar. In Fig. 1 befindet sich die Flammen-Umkehrkammer in ihrer hinteren Position, in der sie den größten Abstand vom Brenner 3 besitzt. In dieser hinteren Position befindet sich die Oberfläche des Isolierblocks 15 etwa in Höhe der Rückwand 8 des Raums 9, so daß die vom Mantel 13 abgestrahlte Wärme auf den Mantel der Brennkammer 1 trifft, wo die von diesem aufgenommene Wärme an das Wasser im Raum 9 abge­ geben werden kann.

Aus der dargestellten hinteren Position kann die Flammen- Umkehrkammer in Richtung auf den Brenner 3 verschoben werden. Die Länge des Mantels 13 ist dabei so bemessen, daß sein vorderes Ende auch in der vorderen Position nicht über den Bereich hinausragt, wo die Rippen enden.

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß in der dargestellten hinteren Position der Flammen-Umkehrkammer ein Längenabschnitt der Rippen 2 und des Brennkammer-Mantels von der Strahlung des Mantels 13 nicht mehr erfaßt wird, so daß die Weglänge der Flammengase in dem mit den Rippen 2 versehenen Ringraum, in der sie Wärme an den Mantel der Brennkammer 1 abgeben können, geringer wird und dadurch die Abgastemperatur im Rauchgas-Sammler 12 ansteigt. Ferner ist der Boden der Flammen-Umkehrkammer bis etwas hinter die Rückwand 8 des Mantelrohrs 6 zurückbewegt worden, so daß die strahlende Fläche der Flammen-Umkehrkammer in voller Länge zur Wirkung kommt und die den Rippenbereich durchströmenden Abgase am hinteren Kesselende wieder erwärmt werden.

Es hat sich gezeigt, daß bei einem Rippenrohr-Heizkessel mit einem Leistungsbereich von beispielsweise 14 bis 22 kW und einer Rippenlänge von 450 mm ein Verstellweg der Flammen-Umkehr­ kammer von ca. 10% der Rippenlänge ausreicht, um eine nur wenig unterschiedliche Abgastemperatur über dem gesamten Leistungsbe­ reich zu erzielen, so daß damit für einen Leistungsbereich, der sonst zwei Kesselgrößen erfordern würde, eine Kesselgröße ausreicht.

Die Verstellbarkeit der Flammen-Umkehrkammer ist auf unterschiedliche Weise realisierbar. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist außen am Mantel 13 der Flammen-Umkehrkammer ein Steg 16 angeschweißt, der über das Stirnende des Mantels 13 her­ vorsteht und mit zwei Bohrungen 21′, 22′ versehen ist. Auf dem Boden der Brennkammer 1 ist im Bereich der Rippen 2 zwischen die­ sen ein Fixierstab 17 eingelegt, der sich über die gesamte Länge der Brennkammer 1 erstreckt und sich am Isolierblock 5 der Kesseltür 4 einerseits und am Rauchgas-Sammler 12 andererseits abstützt. Auch der Fixierstab 17 ist mit mehreren Bohrungen 18, 19, 20, 21, 22 versehen, die den gleichen Abstand voneinander aufweisen wie die Bohrungen 21′ und 22′ im Steg 16.

Die Bohrungen 21′, 22′ im Steg 16 können durch Ver­ schieben der Flammen-Umkehrkammer mit zwei der Bohrungen 18, 19, 20, 21, 22 des Fixierstabes 17 in Flucht gebracht werden, so daß dann in die fluchtenden Bohrungen Bolzen 32 eingesteckt werden können, die die Flammen-Umkehrkammer in der vorgegebenen Position arretieren. Vorzugsweise werden dabei zwei Bolzen verwendet, damit der Steg 16 und der Fixierstab 17 relativ zueinander keine Kippbewe­ gung ausführen können. In Fig. 1 ist aus Gründen der Anschaulich­ keit der Abstand der Bohrungen voneinander größer dargestellt als der Verschiebeweg der Flammen-Umkehrkammer.

Fig. 2 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform, bei der der Fixierstab 17 kürzer ausgebildet ist, und wobei zur Arretie­ rung zwei Bolzen 23 und 24 dienen. Der Bolzen 24 ist dabei so lang ausgebildet, daß dieser sich an zwei nebeneinander befindlichen Rippen abstützen kann, so daß der Fixierstab 17 entsprechend kürzer ausgebildet sein kann und sich nicht über die gesamte Länge der Brennkammer erstrecken muß. Am freien Ende ist der Fixierstab 17 zu einer U-förmigen Basis 31 umgebogen, um eine stabile An­ lagefläche für den Fixierstab 17 an dem Isolierblock 5 der Tür 4 zu schaffen. Die Bolzen 23 und 24 brauchen dabei lediglich in fluchtende Löcher des Steges 16 und des Fixierstabes 17 eingesteckt zu werden, wobei ihre Lage durch in Fig. 2 dargestellte Splinte gesichert werden kann.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 besteht der Fixierstab 17 aus einem U-förmigen Profil, wobei die Basis 31 des Profils die Anlagefläche am Isolierblock 5 der Kesseltür dar­ stellt, und am Mantel 13 der Flammen-Umkehrkammer sind in diesem Falle zwei parallele Stege 16 befestigt, die die Schenkel des zweiarmigen Fixierstabes 17 übergreifen, wobei wiederum zwei Bol­ zen 23 und 25 zur Fixierung dienen, die in fluchtende Löcher im Steg 16 einerseits und im Fixierstab 17 andererseits einsteckbar sind. Auch hier stützt sich der Bolzen 25 an einer der Rippen 2 ab.

Die bisher beschriebenen Befestigungsmittel lassen ent­ sprechend dem Raster der Bohrungen eine stufenweise Verstellung der Flammen-Umkehrkammer in Achsrichtung zu. Diese stufenförmige Verstellbarkeit reicht in der Regel aus, wobei - wie eingangs erwähnt - für einen gegebenen Leistungsbereich des Kessels zwei einstellbare Positionen der Flammen-Umkehrkammer genügen.

Im Bedarfsfall ist jedoch auch eine annähernd kontinu­ ierliche Verstellbarkeit denkbar, für die ein Ausführungsbeispiel in Fig. 4 dargestellt ist. Dort ist am Steg 26 einerseits und am Fixierstab 29 andererseits ein Zahnprofil 30 angebracht, so daß der Fixierstab 29 entsprechend der Zahnteilung des Zahnprofils 30 im Fixierstab und der Zahnteilung 27 im Steg 26 in sehr kleinen Stufen verschiebbar ist, wobei ein Langloch 28 im Steg 26 bzw. im Fixierstab 29 die Möglichkeit bietet, durch Einstecken eines Bolzens 25 die relative Lage von Steg und Fixierstab zueinander zu arretieren.

Claims (6)

1. Rippenrohr-Heizkessel für Niedertemperatur-Anlagen, be­ stehend aus einer zylindrischen, horizontal angeordneten Brenn­ kammer, an deren einem Stirnende der Brenner angeordnet ist, und an deren anderem Stirnende sich die Öffnung zum Austritt der Rauchgase befindet, aus einer in der Brennkammer dem Brenner gegenüberliegend angeordneten, ebenfalls zylindrischen und an ihrem Ende geschlossenen Flammen-Umkehrkammer, aus an der Innen­ seite der Brennkammer angebrachten, in deren Längsrichtung ver­ laufenden radial in den Zwischenraum zur Flammen-Umkehrkammer hineinragenden Rippen, und aus einem die Brennkammer konzentrisch umgebenden Mantelrohr zur Bildung eines ringförmigen Zwischen­ raums für die Aufnahme des zu erwärmenden Wassers, wobei die Flammen-Umkehrkammer in axialer Richtung verschiebbar in der Brennkammer gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß an der Flammen-Umkehrkammer (13, 14, 15) einerseits und an der Brenn­ kammer (1) andererseits miteinander zusammenwirkende Befestigungs­ mittel (16, 17; 26, 29) angeordnet sind, wobei die Befestigungs­ mittel (16, 17; 26, 29) eine Arretierung der Flammen-Umkehrkammer relativ zur Brennkammer in wenigstens zwei Positionen oder stu­ fenlos zulassen, daß der Boden der Flammen-Umkehrkammer (13, 14, 15) in der vorderen Position vor und in der hinteren Position hinter der hinteren Begrenzung (8) des Mantelrohres (6) liegt und daß die vordere Position der oberen Grenze des Leistungsbereichs und die hintere Position der unteren Grenze des Leistungsbereichs des Kessels zugeordnet ist.

2. Rippenrohr-Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an der Flammen-Umkehrkammer (13, 14, 15) wenigstens ein über deren freies Ende hinausragender Steg (16, 26) befestigt ist und daß in dem Umfangsbereich des Ringraums, in dem sich die Rippen (2) befinden, ein Fixierstab (17, 29) angeordnet ist, mit dem der Steg in unterschiedlichen axialen Positionen verbindbar ist.

3. Rippenrohr-Heizkessel nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Fixierstab (17) sich über die gesamte Länge der Brennkammer (1) erstreckt und sich an deren Enden abstützt, und daß in dem Steg (16) einerseits und in dem Fixierstab (17) ande­ rerseits mehrere Löcher (18, 19, 20, 21, 22 bzw. 21′, 22′) in Achsrichtung nebeneinander vorgesehen sind, wobei durch Ein­ stecken von Bolzen (32, 23, 24, 25) in fluchtende Löcher von Steg (16) und Fixierstab (17) die unterschiedlichen axialen Positionen der Flammen-Umkehrkammer (13, 14, 15) fixierbar sind.

4. Rippenrohr-Heizkessel nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich der Fixierstab (17) mit seinem einen Ende an den Stirnseiten einer oder mehrerer Rippen (2) abstützt.

5. Rippenrohr-Heizkessel nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abstützung über den Bolzen (24, 25) erfolgt.

6. Rippenrohr-Heizkessel nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß am Steg (26) einerseits und am Fixierstab (29) andererseits jeweils eine Verzahnung (27, 30) nach Art eines Zahnstangentriebs angebracht ist, daß im Verschiebebereich der Steg (26) oder der Fixierstab (29) mit einem Langloch (28) ver­ sehen ist, und daß durch den in das Langloch (28) einsteckbaren Bolzen (25) die jeweils gewählte Lage des Zahnstangentriebs arretierbar ist.