DE3831237A1 - Gasheizkessel mit atmosphaerischem brenner - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasheizkessel mit at­ mosphärischem Brenner gemäß Oberbegriff des Haupt­ anspruches.

Derartige Heizungskessel sind bspw. nach dem DE-GM 80 02 621 bekannt. Einen ähnlichen Aufbau zeigt ein Gasheizkessel nach der DE-OS 34 19 730. Beim Verdrän­ gerkörper des Heizkessels nach dem DE-GM 80 02 621 han­ delt es sich um eine Art topfförmige Brennkammer, die mit ihrem offenen Ende gegen den darunter angeordneten atmosphärischen Gasbrenner gerichtet ist. Die Wärme­ übertragung an das Wärmeträgermedium kann hierbei also ausschließlich über die innenberippten Schachtwandungen erfolgen und da dieser Verdrängereinsatz nicht kühlbar ist und somit sehr heiß wird, kann mit diesem Verdrän­ gerkörper auch nicht NOX-reduzierend auf den Verbren­ nungsvorgang eingewirkt werden.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen Gasheizkessel der gattungsgemäßen Art dahingehend zu verbessern, daß bei kondensatfester Ausbildung sei­ ner heizgasbeaufschlagten Bereiche der zentrale Schachtbereich innerhalb der Innenberippung ebenfalls zur Wärmeübertragung an das Wärmeträgermedium ausge­ nutzt werden kann und zwar mit der Maßgabe, auch diese daran beteiligten Elemente hinsichtlich ihrer Fertigung und Montage auf einfache Weise kondensatfest zu gestal­ ten und gleichzeitig NOX-reduzierend auf den Verbren­ nungsvorgang einzuwirken.

Diese Aufgabe ist mit einem atmosphärischen Gasheizkes­ sel der eingangs genannten Art nach der Erfindung durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angeführten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und prak­ tische Ausführungsformen ergeben sich nach den Unteran­ sprüchen.

Wasserführende Verdrängerkörper, die mit dem anderen äußeren wasserführenden Innenraum eines Heizkesselge­ häuses verbunden sind, sind zwar nach der DE-OS 34 25 667 bekannt, hierbei handelt es sich aber nicht um einen Gasheizkessel der gattungsgemäßen Art, sondern um einen horizontal angeordneten Heizungskessel mit Um­ kehrbrennkammer, wobei der wasserführende Verdrän­ gereinsatz lediglich als Nachschaltheizfläche dient, der die Heiz- bzw. Rauchgase erst zuströmen, nachdem sie im Umkehrprinzip die Brennkammer verlassen, eine Umkehrbrennkammer und die diese umgebenden Heizgaszüge, die die wesentliche Wärmeübertragungsfläche darstellen, passiert haben. Abgesehen davon, daß diese vorbekannten Verdrängereinsätze nicht unmittelbar mit der benachbar­ ten Wand des wasserführenden Kesselgehäuses verbunden sind, sondern eine außerhalb des eigentlichen Kesselge­ häuses angeordnete Verbindungsleitung aufweisen, wäre ein solcher Heizkessel mit dem der vorliegenden Art erst vergleichbar, wenn bei solchen Heizungskesseln der ganze Nachschaltheizflächenbereich anstelle der Umkehr­ brennkammer angeordnet wäre. Beim erfindungsgemäßen Gasheizkessel liegt also eine Nachschaltheizfläche im Sinne der vorerwähnten DE-OS gar nicht vor, sondern der wassergekühlte Verdrängereinsatz befindet sich unmit­ telbar im Brennschacht, nimmt dabei angenähert die Hälfte von dessen Länge in Anspruch und erfordert des­ halb keine entsprechende Verlängerung des Um­ schließungsgehäuses, wie das beim Heizkessel nach der DE-OS der Fall ist. Da die Überströmkanäle, die im üb­ rigen vorteilhaft ebenfalls doppelwandig ausgebildet sind, den durch die Innenverrippung gegliederten Heiz­ gaszugkanal durchgreifen, nehmen diese ebenfalls an der Wärmeübertragung teil. Ferner ist der erfindungsgemäße Verdrängereinsatz fertigungsgünstig topfartig ausgebil­ det, was insbesondere insofern für die bevorzugte Aus­ führungsform des Verdrängerkörpers von Vorteil ist, wenn die gasseitige Schale des Verdrängereinsatzes aus Guß gefertigt wird, welche bevorzugte Ausführungsform es auch ermöglicht, problemlos bei der Herstellung des Gußkörpers eine Außenberippung mit vorzusehen. Gleiches gilt für die anströmseitige Bodenfläche des Verdrän­ gereinsatzes, die auf diese Weise denkbar einfach eben­ falls mit Übertragungsflächenvergrößerungen in Form von Noppen oder ggf. Rippen ausgestattet werden kann. Zweckmäßig kann dabei die äußere Schale des Verdrän­ gereinsatzes zweiteilig ausgebildet werden, was einer sogenannten "Grünausformung" der gasseitigen Schale des Verdrängerkörpers entgegenkommt. Bei der festen Verbin­ dung dieser beiden Teile müssen dabei keine Dichtungs­ maßnahmen getroffen werden, da der Verdrängerkörper eine einteilige, entsprechend formangepaßte Innenschale aufweist. Wesentlich ist dabei auch bezüglich der Ein­ bindung der Überströmkanäle, die gleichzeitig eine Tragfunktion für den Verdrängereinsatz bilden, daß nur die innere Wand der Überströmkanäle flüssigkeitsdicht mit der wasserseitigen, also gekühlten Schale des Brennschachtes flüssigkeitsdicht verbunden ist, und zwar aus fertigungstechnischen Gründen bevorzugt in der Form, daß die doppelwandigen Überströmkanäle mit ihrer inneren Wand abgedichtet mit der inneren Schale des Ein­ satzes eingeschraubt und am anderen Ende mit der was­ serseitigen Schale des Mantels von außen schweißver­ bunden sind, wobei die äußere Wand der Überströmkanäle mit axialem Spiel unter Zwischenschaltung elastischen Dichtungsmaterials, das natürlich temperaturbeständig sein muß, zwischen dem wassergekühlten Mantel des Schachtes und dem Verdrängereinsatz angeordnet ist.

Der erfindungsgemäße Gasheizkessel wird nachfolgend an­ hand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbei­ spielen näher erläutert. Es zeigt schematisch

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Gasheizkessel;

Fig. 2 einen Horizontalschnitt durch den Gasheiz­ kessel und

Fig. 3 vergrößert eine bevorzugte Ausführungsform der Überströmkanäle.

Der Gasheizkessel mit atmosphärischem Brenner 26 be­ steht aus einem zylindrischen, außen wassergekühlten und im wassergekühlten Bereich zweischalig ausgebilde­ ten und innenberippten Brennschacht 2, in dessen unter­ sten Bereich der atmosphärische Gasbrenner 26 und in dessen oberen Hälfte ein einen im Querschnitt ringför­ migen, durch die Innenverrippung gegliederten Heizgas­ zugkanal 27 begrenzender Verdrängereinsatz 6 angeordnet sind, über dem sich eine Abgassammelkammer 7 mit zentrischem Abgasabzugsstutzen 7′ befindet. Wesentlich für einen derartigen Gasheizkessel ist nun, daß vom wassergekühlten, doppelschaligen Mantel 1 des Brenn­ schachtes 2, dessen berippte Innenschale durchgreifend, sich gegenüberliegend untere und zwei obere doppelwan­ dige Überströmkanäle 4, 5 in den Verdrängungseinsatz 6 geführt sind, der topfartig und zur Abgassammelkammer 7 hin mit einem Verschlußdeckel 8 versehen, aus einer in­ neren Schale 9 und einer formangepaßten äußeren Schale 10 gebildet ist, wobei der Einsatz 6 und die wassersei­ tige Schale 1′ des Schachtes 2 mit der inneren Wand 11 der Überströmkanäle 4, 5 flüssigkeitsdicht verbunden sind. Die gasseitigen Schalen 3, 10 mindestens des Schachtes 2 und des Einsatzes 6 sind dabei aus Guß ge­ bildet, wobei die äußere Schale 10 des Einsatzes 6 zur berippten Schale 3 des Schachtes 2 hin mit in die Zwi­ schenräume der Schachtwandrippen 12 eingreifenden Rip­ pen 13 versehen ist (Fig. 2).

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist dabei der Boden 14 der äußeren Schale 10 des Einsatzes 6 mit Übertragungsflä­ chenvergrößerungen 15 in Form von Noppen versehen. Statt solcher Noppen können auch ohne weiteres bspw. vom Bodenzentrum aus radial verlaufende Rippen vorgese­ hen werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die gasseitige Schale zweiteilig dargestellt und in dieser Form aus den genannten Gründen in dieser Art ausgebildet, wobei die beiden Schalenteile 16, 16′ an ihren gegenseitigen Anschlußrändern 17 mit mehreren Schlitzen 18 versehen und in den Schlitzen entsprechend profilierte Ankerprofile 19, wie in Fig. 1 dargestellt, angeordnet sind. Zwecks möglichst dichter Anlage 9 an die äußere Schale 10, ist die äußere Schale 10 innen­ seitig mit einer bearbeiteten Anlagefläche 10′ verse­ hen. Damit die innere Schale 9, insbesondere sind diese beiden Bereiche der Schalen 9, 10 im Bodenbereich, wie aus Fig. 1 ersichtlich, an mehreren Stellen fest ver­ bunden, für die in der Schale 10 mit Innengewinde ver­ sehene Sacklöcher "Fleisch" der dortigen Heizflächen­ vergrößerungen 15 vorgesehen sind.

Der Innenraum des Verdrängereinsatzes 6 ist nach oben zur Abgassammelkammer 7 hin mit einem Verschlußdeckel 8 abgeschlossen. Sofern das gesamte Innenvolumen des Ver­ drängereinsatzes 6 mit Wasser gefüllt ist, muß natür­ lich dieser Verschlußdeckel 8 abgedichtet auf dem Ein­ satz angeordnet werden. Bevorzugt und im Interesse ei­ ner schnelleren Druchströmbarkeit des Einsatzes 6 ist in diesem, ein das Innenvolumen des Einsatzes reduzie­ render, ebenfalls topfförmiger Verdrängungskörper 20 angeordnet, der in seiner Form im wesentlichen der äußeren Form des Einsatzes 6 entspricht, aber kleiner ist. Dieser Verdrängungskörper 20 ist mit seinem obe­ ren, abgekröpften Rand mit der inneren Schale 9 des Einsatzes 6 verschweißt. Bei dieser bevorzugten Ausfüh­ rungsform ist natürlich eine Abdichtung des Verschluß­ deckels 8 nicht erforderlich, da einerseits die Abdich­ tung durch den Verdrängerkörper 20 erfolgt und der Ver­ schlußdeckel 8 lediglich die Abgassammelkammer 7 nach unten zu begrenzen hat.

Die innenberippte Schale 3 des Schachtes 2 ist in be­ kannter Weise aus einzelnen Gußringen 21 gebildet, wo­ bei die oberen, im Bereich des Verdrängereinsatzes 6 befindlichen beiden Ringe Schachtwandrippen aufweisen, die in entsprechender Anzahl in die Zwischenräume der Rippen 13 der äußeren Schale des Verdrängereinsatzes, wie vorerwähnt, eingreifen. Die Längen der Rippen 12 sind im Bereich der Überströmkanäle 4, 5 entsprechend angepaßt. Der unterste Ring 21 hat im Vergleich zu den oberen Ringen mehr und kürzere Rippen. Die wassersei­ tige, aus Stahlblech bestehende Schale 1′ des Schachtes 2 ist vorteilhaft als durchgehender zylindrischer Kör­ per ausgebildet, der sich von einem Aufstellsockel 23 bis zur Verschlußdecke 24 der Abgassammelkammer 7 er­ streckt. Für die Kühlung dieser Schale 1′ ist der Stahlblechzylinder von außen im Brennschachtbereich 2, wie dargestellt, mit einem Kühlmantel 25 umgeben, an den entsprechende Vor- und Rücklaufanschlüsse ange­ schlossen sind, was keiner näheren Erläuterung bedarf.

Um den Wärmeaustausch in diesem Bereich zu intensivie­ ren, d.h., die Wärme schnell und intensiv aus der inne­ ren Schale 3 abzuführen und in dieser extremen Wärme­ dehnungen entgegenzuwirken, ist im Kühlmantel 25 mit radialem Abstand ein Aufströmzylinder 26 angeordnet, der in halber Höhe zwischen Brenner 26 und Boden 14 des Einsatzes beginnt und kurz unterhalb der oberen Über­ strömkanäle 5 endet. Diese Ausbildung erfolgt letztlich auch in Rücksicht darauf, daß die Außenwand des Schachtes 2 unmittelbar durch die Überströmkanäle 4, 5 mit dem Verdrängereinsatz 6 in Verbindung steht und schon aus diesem Grunde extremen Dehnungen entgegenge­ wirkt werden muß.

Eine weitere diesbezügliche vorteilhafte Ausbildung be­ steht unter Verweis auf Fig. 3 darin, daß die doppel­ wandigen Überströmkanäle 4, 5 mit ihrer inneren Wand 11 abgedichtet mit der inneren Schale 10 des Einsatzes 6 und am anderen Ende mit der wasserseitigen Schale 1′ des Mantels 2 von außen her schweißverbunden sind. Die die innere Wand 11 umschließende äußere Wand 11′ der Überströmkanäle 4, 5 ist dabei mit axialem Spiel unter Zwischenschaltung elastischen Dichtungsmaterials 27 zwischen dem wassergekühlten Mantel 1 des Schachtes 2 und dem Einsatz 6 angeordnet. Mit einer solchen Ausbil­ dung ist im übrigen auch der Einbau des Verdrängerein­ satzes 6 erleichtert, da dadurch die beiden Wände 11, 11′ (Rohrabschnitte) von außen her durch entsprechende Öffnungen 28 in den Schalen 1′, 3 eingeführt werden können, wobei es dann nur noch einer Schweißverbindung 29 der inneren Wand 11 mit der äußeren Schale 1′ be­ darf. Die innere Schale 9 des Einsatzes 6 weist im Ein­ bzw. Ausmündungsbereich der Überströmkanäle 4, 5 ent­ sprechende Öffnungen 30 auf, wobei der vorteilhaft nach oben geneigt angeordnete Überströmkanal 4 gewissermaßen Rücklauffunktion und der obere Überströmkanal 5 Vor­ lauffunktion in bezug auf den Verdrängereinsatz 6 hat.

Claims (15)

1. Gasheizkessel mit atmosphärischem Brenner, beste­ hend aus einem zylindrischen, außen wassergekühl­ ten, im wassergekühlten Bereich zweischalig ausge­ bildeten und innenberippten Brennschacht, in des­ sen untersten Bereich der atmosphärische Gasbren­ ner und in dessen oberen Hälfte ein einen im Quer­ schnitt ringförmigen, durch die Innenverrippung gegliederten Heizgaszugkanal begrenzender Verdrän­ gereinsatz angeordnet ist, über dem sich eine Ab­ gassammelkammer mit zentrischem Abgasabzugsstutzen befindet, dadurch gekennzeichnet, daß zum wassergekühlten, doppelschaligen Mantel (1) des Brennschachtes (2), dessen berippte Innen­ schale (3) durchgreifend, mindestens ein unterer und ein oberer doppelwandiger Überströmkanal (4, 5) in den Verdrängereinsatz (6) geführt sind, daß der topfartige und zur Abgassammelkammer (7) hin mit einem Verschlußdeckel (8) versehene Verdrän­ gereinsatz (6) aus einer inneren Schale (9) und einer formangepaßten äußeren Schale (10) gebildet ist und daß der Verdrängereinsatz (6) und die wasserseitige Schale (1′) des Schachtes (2) mit der inneren Wand (11) der Überströmkanäle (4, 5) flüssigkeitsdicht verbunden sind.

2. Gasheizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gasseitigen Schalen (3, 10) mindestens des Schachtes (2) und des Einsatzes (6) aus Guß gebil­ det sind.

3. Gasheizkessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Schale (10) des Einsatzes (6) zur berippten Schale (3) des Schachtes (2) hin mit in die Zwischenräume der Schachtwandrippen (12) ein­ greifenden Rippen (13) versehen ist.

4. Gasheizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (14) der äußeren Schale (10) des Einsatzes (6) mit Übertragungsflächenvergrößerun­ gen (15), wie Noppen oder Rippen, versehen ist.

5. Gasheizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Schale (9) des Einsatzes (6) mit dessen äußerer Schale (10) im Bodenbereich an meh­ reren Stellen fest verbunden ist.

6. Gasheizkessel nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Schale (10) des Einsatzes (6) in­ nenseitig mit einer bearbeiteten Anlagefläche (10′) für die innere Schale (9) versehen ist.

7. Gasheizkessel nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Schale (10) des Einsatzes (6) zweiteilig ausgebildet und die beiden Schalenteile (16, 16′) fest miteinander verbunden sind.

8. Gasheizkessel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schalenteile (16, 16′) an ihren ge­ genseitigen Anschlußrändern (17) mit mehreren Schlitzen (18) versehen und in den Schlitzen ent­ sprechend profilierte Ankerprofile (19) angeordnet sind.

9. Gasheizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im topfförmigen Einsatz (6) ein das Innenvolu­ men des Einsatzes reduzierender, ebenfalls topf­ förmiger Verdrängungskörper (20) angeordnet ist.

10. Gasheizkessel nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die innere berippte Schale (3) des Schachtes (2) in bekannter Weise aus einzelnen Ringen (21) gebildet ist.

11. Gasheizkessel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der die Abgassammelkammer (7) bildende Teil des Schachtes (2) eine innere Schale (22) aus Blech, vorzugsweise Edelstahlblech, aufweist.

12. Gasheizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die wasserseitige Schale (1′) des Schachtes (2) sich als Zylinder von einem Aufstellsockel (23) bis zur Verschlußdecke (24) der Abgassammel­ kammer (7) erstreckend ausgebildet ist.

13. Gasheizkessel, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die doppelwandigen Überströmkanäle (4, 5) mit ihrer inneren Wand (11) abgedichtet in die äußere Schale (10) des Einsatzes (6) eingeschraubt oder eingeschweißt und am anderen Ende mit der wasserseitigen Schale (1′) des Schachtes (2) von außen her schweißverbunden sind.

14. Gasheizkessel nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die die innere Wand (11) umschließende äußere Wand (11′) der Überströmkanäle (4, 5) mit axialem Spiel unter Zwischenschaltung elastischen Dich­ tungsmaterials zwischen den wassergekühlten Mantel (1) des Schachtes (2) und des Einsatzes (6) ange­ ordnet sind.

15. Gasheizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß in dem den doppelschaligen Mantel (1) des Brennschachtes (2) umgebenden Kühlmantel (25) mit radialem Abstand ein Aufströmzylinder (26) ange­ ordnet ist, der in halber Höhe zwischen Brenner (26) und Boden (14) des Einsatzes (6) beginnt und kurz unterhalb der oberen Überströmkanäle (5) en­ det.