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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Heizkessel
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein Heizkessel dieser Art
ist aus DE-U-8 716 241 bekannt.
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Es sind verschiedene Arten von Heizkesseln bekannt, die durch
elektrischen Strom oder durch verschiedene Brennstoffe erwärmt
werden und die eine Strömung erwärmten Wassers oder eines
anderen Fluids für dessen Umwälzung durch Leitungen erzeugen, die
geschlossenen Heizkreisläufen zugeordnet sind. Obgleich
Anstrengungen unternommen worden sind, solche Vorrichtungen mit
einer guten Wärmeisolierung zu versehen, weisen sehr viele der
bekannten Heizkesselsysteme gegenwärtig Energieverluste durch
die Isolierung hindurch wegen Fehlern im Design und in der
Konstruktion und auch durch Verluste in den Leitungen oder anderen
Teilen des Kreislaufs auf, was zu einem relativ niedrigen
Wirkungsgrad der gesamten Anlage führt.
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Der in dem vorgenannten DE-U-8 716 241 beschriebene Heizkessel
enthält einen Block mit einem vertikal angeordneten,
wärmeisolierten Kessel, der mit Wasser gefüllt ist, eine Umwälzpumpe,
einen Gasbrenner im unteren Abschnitt des Blocks, eine
Auslaßieitung, die mit dem oberen Abschnitt des Kessels verbunden
ist, eine Steuervorrichtung und ein Ausdehnungsgefäß, die in
einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Heizkessel
anzugeben, der unter Bedingungen arbeitet, die seine
Wärmeleistung steigern und als Folge davon den Gesamtwirkungsgrad einer
damit verbundenen Anlage steigern.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der
abhängigen Ansprüche.
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Bei dem Heizkessel nach der Erfindung wird die Wärmezuführung
durch eine beliebige Art thermischer Energie besorgt, wobei die
zugeführte Energie direkt zum Erwärmen der Masse eines
Wärmefluides
verwendet wird, das den Innenraum eines wärmeisolierten
Kessels ausfüllt, wobei in dem genannten Innenraum eine
Zirkulationszone in Form eines Doppelkonus vorgesehen ist. Vom
oberen Abschnitt des Kessels erstreckt sich die Leitung, die zu
der mit geschlossenem Kreislauf arbeitenden Anlage gerichtet
ist, damit das Wärmefluid mit Hilfe einer Antriebspumpe
zirkuliert, wodurch ein System geschaffen wird, das als eine Einheit
arbeitet, wie beispielsweise eine Heizanlage. In dieser Anlage
wird ein Unterdruckzustand erzeugt, durch dessen Ausnutzung das
zu erwärmende Fluid sich ausdehnt, und im oberen Abschnitt des
Kessels ist auch ein Auslaßventil angeordnet, das es erlaubt,
die Luft abzulassen, die möglicherweise in der zu behandelnden
Fluidmasse bei der Einleitung derselben in den Kessel vorhanden
ist.
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Der Betrieb des Kessel und der Anlage vollzieht sich daher in
einem Unterdruckzustand in der Leitung, wovon - genauer gesagt,
durch die Wirkung der Fluidzirkulation - ein Unterdruck in den
Leitungen resultiert, der sich in eine beachtliche Steigerung
der Wärmeenergie umwandelt, die Wärmeübertragungsbedingungen
verbessert, den Strömungswiderstand der Fluidzirkulation durch
die Leitungen vermindert und Geräusche beachtlich herabsetzt,
die von der Zirkulation herrühren.
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Um die Erläuterung zu vereinfachen, ist die vorliegende
Beschreibung von einer Zeichnung begleitet, in der als ein
illustratives und nicht begrenzendes Beispiel eine Ausführungsform
eines Heizkessels gemäß den Prinzipien der Ansprüche
dargestellt ist.
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Die Figur zeigt schematisch den Aufbau des neuen Heizkessels,
der dazu eingerichtet ist, in einem Unterdruckzustand zu
arbeiten, in dem die gesamte Anlage arbeiten muß, was erforderlich
ist, um eine Steigerung von Wärmeenergie zu erhalten und den
Wärmeübergang zu verbessern. In dem Kessel entsprechen die mit
Bezugszeichen versehenen Elementen den nachfolgend
beschriebenen Teilen.
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Der Kessel 1 in Form eines zylindrischen Behälters aus
widerstandsfähigem Blech und vertikal angeordnet wird von einer
Masse 2 eines Wärmefluides geeigneter Dichte, Fluidität,
Siedepunkts und anderer Eigenschaften eingenommen. Im unteren
Abschnitt des Kessels 1 ist ein elektrisches Widerstandselement 3
(oder Wärmequelle anderer Art) angeordnet, um die Fluidmasse 2
zu erwärmen.
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Ein Anschlußstück 4 bildet den Eingang zum Rückführen des
Fluides nach seiner Umwälzung durch den geschlossenen
Anlagenkreislauf.
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Im oberen Abschnitt des Kessels 1 ist ein Einwegventil 5
vorgesehen, dessen Aufgabe es ist, das Ablassen von Luft zu
ermöglichen, die möglicherweise in den Innenraum des Kessels 1
eingeführt worden ist. Durch das Auslassen dieser Luft wird
praktisch ein Unterdruckzustand in dem nicht von dem Wärmefluid
eingenommenen Kessel 1 erzeugt. D.h., die Folge davon ist, daß
in den Abschnitten, die jeweils nicht von dem Fluid eingenommen
sind, nicht nur keine Luft vorhanden ist, sondern auch eine
Unterdruckwirkung eingerichtet ist, die zur Verbesserung des
Wärmeübergangs beiträgt.
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Außerdem ist im oberen Abschnitt des Kessels 1 eine
Auslaßleitung 6 vorgesehen, die das warme Wasser entgegennimmt, das
durch Öffnungen 7 in der Auslaßleitung 6 eintritt und das zu
einer Leitung 8 strömt, die in geeigneter Weise an ihrer
Außenseite wärmeisoliert ist und eine Umwälzpumpe 9 enthält. Ein
Anschlußstück 10 des Heizkessels ist mit dem geschlossenen
Anlagenkreislauf verbunden.
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Das Gefäß 11 ist ein Ausdehnungsgefäß, daß zur
Vergleichmäßigung der Fluidzirkulation dient.
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Charakteristischerweise enthält der Kessel 1 in seinem unteren
Abschnitt eine Rohrschlange 12, deren Enden jeweils Ventilen 13
und 14 zugeordnet sind, während im oberen Abschnitt eine
weitere Rohrschlange 15 angeordnet ist, deren Enden Ventile 16 und
17 aufweisen.
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Die Rohrschlangen 12 und 15 dienen der Einrichtung minimaler
Temperaturdifferenzen, sie wirken als Sonden zum Betätigen der
Ventile 13, 14, 16 und 17.
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Bei höhrer Temperatur als der des Fluids des Kessels öffnen
sich die Ventile 16 und 17 in gleicher Weise wie übliche
Sicherheitsventile und sie geben das wärmere Wasser gegen die
Rohrleitungen ab, während sich die Ventile 13 und 14
gleichzeitig öffnen, um Wasser einzulassen. Die Ventile 16 und 17 werden
durch Ausdehnung betätigt, die sich in Druck umwandelt, und die
Ventile 13 und 14 sind umgekehrt angeschlossen und werden durch
Unterdruck betätigt. In jeder Rohrschlange ist ein Ventil
umgekehrt bezüglich des anderen angeordnet.
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Es ist darüberhinaus ein charakteristisches Merkmal des
beschriebenen Heizkessels, daß im Innern des Kessels zwei
Prall- oder Ablenkelemente konischer Gestalt für das Wärmefluid
vorgesehen sind, die mit den Bezugszeichen 18 und 19 bezeichnet
und mit ihren Spitzen einander gegenüberstehend angeordnet
sind, sodaß dort eine verengte zentrale Zone 20 gebildet wird,
die gemäß dem Venturiprinzip eine Steigerung der
Zirkulationsgeschwindigkeit des erwärmten Fluides bestimmt, das vertikal
nach oben strömt. Diese konischen Elemente 18, 19 sind
innerhalb des Kessels 1 durch mehrere Stäbe 21 gehalten, die sich
von dem Abschnitt, wo die unteren und oberen konischen Elemente
miteinander verbunden sind, erstrecken. Die konischen Elemente
18 und 19 sind an ihren Basen verschlossen. Diese Basen sind
jedoch von den unteren und oberen Rohrschlagen 12 bzw. 15
durchdrungen, was eine Fluidströmung in den und aus dem
Innenraum der konischen Elemente 18 und 19 beim Öffnen der
vorerwähnten Ventile ermöglicht. Es ist wichtig, daß die Position
des Ventils 14, die ein Einströmen in das untere konische
Element 18 ermöglicht, so wie in der Zeichnung dargestellt oder an
einem ähnlich geeigneten Ort ist, damit sich zwischen dem
Innenraum des konischen Elements 18 und der Zone, wo das Ventil
14 liegt, eine Temperaturdifferenz bei Zuführung von Wärme
durch die Heizeinrichtung 3 entwickelt. Diese konischen
Elemente dienen der Vergleichmäßigung der Zirkulation des
Wärmefluides und der Erzielung einer Homogenisierung zwischen den
verschiedenen Abschnitten derselben, damit die
Temperaturdifferenzen zwischen dem Fluid, das von dem unteren Anschlußstück
4 zurückkehrt, und dem Fluid, das durch die obere Leitung 6
ausströmt, die Gleichförmigkeit nur minimal beeinträchtigen.
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Die wesentlichen Aspekte der Erfindung können in anderen
Ausführungsformen realisiert werden, die in ihren Details von dem
in der Beschreibung angegebenen Beispiel abweichen und die in
gleicher Weise unter den beanspruchten Schutz fallen. Sie kann
daher in jeder Form oder Größe und aus den meisten geeigneten
Materialien hergestellt werden.