DE8701245U1 - Heizkessel mit Umkehrbrennkammer - Google Patents

Description

Heizkeesei mit .Ümkehrbr endkammer;

Die Neuerung betrifft einen Heizungskessel gemäß Oberbegriff des Häüptanspruches.

Heizungskessel -der genannten Art sind nach der DE-ös 34 03 225 bekannt. Aus Gründen der Energieeinsparung sind heute in der Regel für eine Betriebsweise im sogenannten Nieder- und Tie'f temperaturbereich die Heizkessel dafür speziell gestaltet. Wie sich mittlerweile'gezeigt hat, führt dies einerseits zwar zu den gewünschten Energieein^ sparungen und diese Kessel sind auch weitgehend kondensatsicher, andererseits ergibt sich aber eine besondere abzugsseitige Problematik. Wenn man. den vollen Nutzen der Niedertemperatur- und Tieftemperaturkessel im Hinblick auf niedrige Abgastemperatüren in Anspruch nehmen will, ist es, wie die Erfahrungen gezeigt haben, von Vorteil, wenn' man· unter den jeweils gegebenen Bedingungen auf die Abgastemperatur Einfluß nehmen kann. .Wenn eine ausreichend große Wärmeabnahme durch.die Heizung und Warmwasserleitung erfolgt, sich, ausreichend lange Laufzeiten "für den Brenner ergeben und außerdem die installierte Kesselleistung nicht zu groß ist, kann 'man derartige Kessel ohne weiteres mit den vorgesehenen niedrigen Abgastemperaturen laufen lassen und hat einen optimalen Wirkungsgrad. Der Schornstein erhält dann auch ausreichend Wärme-.und auch die Heizfläche der Kessel, insbesondere -die Heizgaszüge heizen sich

genügend auf. Wenn-jedoch die Wärmeabnähme geringer ist,., wenn also bsßw.. die Bewohner eines Hauses, Um Heizenergie zu sparen, die Heizkörperventile zudrehen oder'drosseln, ergeben sich kürzere Brennerlaufzeiten, wodurch der Schornstein nicht genügend Wärme erhält und evtl. auch die Heizflächen sich nicht genügend aufheizen. DurcnnässUrigsgöfährdüngen des Schornsteins in Verbindung mit obengenannter Betriebsweise können aber auch auftreten, wenn dieser nicht ausreichend isoliert ifet oder wenn eine relativ lange Distanz zwischen Kessel und Schornsteinanschluß, d.h. ein langes Abzugsrohr vorliegt. Beim Gegenstand der vorgenannten DE-OS ist diese Problematik in der Weise gelöst, daß im unteren Bereich der dämmblockseitigen Hälfte der Brennkammer mindestens eine öffnung angeordnet, diese öffnung mit einem Verschluß versehen Und dieser als zu öffnender oder entfernbarer Verschluß ausgebildet ist. Unter "zu öffnender Verschluß" ist dabei zu verstehen, daß die betreffende öffnung im Bedarfsfall freigestellt werden kann, dann aber in diesem Freistellungszustand verbleibt. Grundsätzlich ist aber mit dieser vorbekannten Lösung die Möglichkeit, geschaffen, die Brennkammer nicht von vornherein im Bereich des Dämmblockes, d.h. an ihrem hinteren Ende mit- zusätzlichen und von vornherein offenen Abströmöffnungen zu'versehen, sondern die für eine höhere Abgastemperatur sorgenden öffnungen mit ausreichend großem Querschnitt in Anpassung an Sie jeweiligen Verhältnisse einfach öffnen zu können. Diese Möglichkeit, die keine wesentliche Veränderung am Kessel erfordert, ist insofern

von größer Bedeutung, da sich herausgestellt hat, daß ohne solche' Zusatzeinrichtungen nicht in der Läge ist, mit der an sich wünschenswerten, relativ niedrigen Abgästempeifatur moderner öl/gasgefeüerter Kessel grundsätzlich zu operieren. In jahreszeitlichen Übergangszeiten, d.h_M bei

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erhält der Schornstein Abgase mit Temperaturen in der Größenordnung von nur ca. 100⁰C. Das System der Heizkessel mit seinen Heizflächen muß sich aber vollständig aufgeheizt haben und im Beharrungszustand sein, und es dauert etwa eine halbe Stunde, bis sich die maximale Abgastemperatur einstellt, d.h., also die vorgesehene Abgastemperatur für den Normalbetrieb'. Je kürzer die Laufzeit des Brenners jedoch ist, desto niedriger ist die Abgastemperatur» Wenn der Kessel· bspw. zu groß ausgelegt ist, oder zu stark Heizenergie eingespart wird, dann kann, die Wärmeabnahme so gering sein, daß .die Brenner nicht zu den notwendig längeren Laufzeiten kommen und sich nur kurzzeitig einschalten. Bei der Lösung nach der DE-OS kann ein gewisser Teil der Heizgase, ohne den vorderen Umlenkrand der Brenn kammer' passieren zu· müssen, direkt in den bzw. die betreffenden unteren Heizgaszüge gelangen, d.h., diese Heizgase kühlen sich natürlich nicht"so stark ab wie der Teil der Heizgase,, die die Heizgaszüge auf volle Länge durchströmen müssen. Damit ist eine Erhöhung der Abgastemperatur, wie -sich gezeigt hat, ohne weiteres möglich.

Diese vorbekannten Bypassöffnungen nach der DE-OS haben jedoch den Nachteil, daß sie ständig offen bleiben, also auch dann Heizgase direkt unter Umgehung der Heizgaszüge in die Rauchgassammelkammer gelangen, wenn dies gar nicht mehr nötig ist. Hierzu ist es ebenfalls schon bekannt, den Heizkessel abzugsseitig mit Klappen auszustatten und diese Klappen mit einem Stellmotor bedarfsangepaßt zu öffnen und zu schließen, was jedoch einen beträchtlichen Aufwand darstellt und zwar insbesondere für Heizkessel mit kleineren Leistungsbereichen.

Der Neuerung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen Heizkessel der eingangs genannten Art hinsichtlich seiner Abgastemperaturregelung dahingehend zu vereinfachen und zu verbessern, daß der dafür erforderliche Aufwand wesentlich vereinfacht und reduziert werden kann.

Diese Aufgabe ist mit einem Heizkessel der eingangs genannten Art nach der Neuerung durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angeführten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und praktische Ausführungsformen er geben sich nach den Ünteransprüchen.

Bei dieser Lösung, die auch für Heizkessel mit mittlerer und großer Leistung anwendbar ist, also solche,, bei denen keine Bypassöffnuncf im Bifettflkammerbereich vorhanden wiiid die an sich bekannte Verhaltensweise von Thermo

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bimetall, sich unter Temperatureinfluß zu verbiegen, ausgenutzt, wobei die Bypassöffnung bzw. der absperrbare Teil der Heiz- bzw. Rauchgasführungsräume im kalten Zustand des Kessels offen bleibt. Beim Start des Brenners kann also ein Teilstrom der Abgase aus der Brennkammer direkt durch die Bypassöffnung abströmen, so daß der Schornstein sofort mit einer höheren Temperatur beaufschlagt und Kondensation im Schornstein vermieden wird. Wird dann im. Laufe des Betriebes eine Rauchgastemper&tur von etwa 140 bis 150⁰C erreicht, wird durch den mindestens zum Teil aus Thermobimetall bestehenden Halter der Öffnungsverschluß • langsam auf die Bypassöffnung gestellt und diese damit verschlossen. Bei Abschaltung des Brenners und sich reduzierenden Temperaturen hebt sich dann der Verschluß wieder automatisch von der Bypassöffnung ab.

Bei Heizkessel mit topfartiger Umkehrbrennkammer ist in praktischer Ausführungsform der Halter als Streifen ausgebildet, der mit seinem Befestigungsende am diagonal zur Anordnung der Bypassöffnung gegenüberliegenden Bereich des Brennkammerbodens befestigt ist. Zweckmäßig und vorteilhaft ist dabei die Bypassöffnung aus einem im Brennkammerboden eingesetzten und diesen durchgreifenden Rohrstück mit trichterförmigem Öffnungsrand gebildet, wobei der Öffnüngsverschiuß an diesen Ö££nüngsränd formschlüssig angepaßt ausgebildet ist, um einen möglichst dichten Abschluß bei Anlage des Verschlusses am Öffnungsrand zu erreichen. Der streifenformige Halter kann zwar insgesamt aus Bimetall

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gebildet werden, was aber nicht zwingend notwendig ist,· d.h. etwa das untere Drittel des streifenförmigen Halters

kann durchaus auch nur aus Edelstahlblech gebildet und in geeigneter Weise mit dem anderen, aus Bimetall bestehenden Streifen verbunden sein. Vorteilhaft ist im Stellbereich des Halters' ein Niedrigtemperaturausschlagbegrenzer angeordnet, der zweckmäßig als den Halter umfassender Anschlagbügel ausgebildet und dieser am Brennkammerboden angeordnet ist. Um den Bimetallhalter nicht träge reagieren zu lassen, ist dieser ferner vorteilhaft mindestens mit einem Teil frei anströmbar in dem die Sammelkammer bildenden Teil der' HeizgasfUhrungsräume angeordnet.

Bei dieser Ausführungsform sind also relativ aufwendig anzubringende KlappenverSchlüsse und damit zu verbindende Stellglieder, wie Stellmotoren entbehrlich, da das Ganze vorteilhaft ein integrales Bauteil allein der in den Kessel einschiebbaren Umkehrbrennkammer ist und in einfachster Weise unmittelbar am Brennkammerboden selbst installiert werden kann.

Der neuartige Heizkessel wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispieles näher ] erläutert. ·
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Figi 1 -einen S-chnitt durch den hier interessierenden ab- \ ,'_k { zugsseitigen Bereich des Heizkessels mit topfar-■, &Idigr; ■.. ·' . tiger Ümkehrbrennkammer;

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Fig. 2 eine Ansicht des Brennkammerbodens in Pfeilrichtung A;

Fig. 3 einen Schnitt durch den Heizkessel anderer Bauart;

Fig. 4 einen Schnitt längs Linie IV-IV in Fig. 3; Fig. 5 im Schnitt eine bauliche Einzelheit und

Fig. 6 einen Schnitt durch den ZYbzugsbereich eines Heizkessels in einer weiteren Ausfuhrungsforru

Wie aus Fig. 1 erkennbar, ist <»n der rauchgassammelkammerseitigen Rückwand der Umkehrbrennkammer 1 ein mindestens z.T. aus Thermobimetall bestehender Halter 2 angeordnet, der an seinem frei beweglichen, der Bypassöffnung 3 des Brennkammerbodens 8 gegenüberstehenden Enden 4 mit einer Durchströmsperre 5 versehen ist. Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich, ist der Halter 2 als Streifen 6 ausgebildet, der mit seinem Befestigungsende 7 im diagonal zur An-Ordnung der Bypassöffnung 3 gegenüberliegenden Bereich des BrennkammerbC/dens 8 befestigt ist. Der obere Teil (etwa 2/3 der Gesamtlänge) des Steifens 6 besteht dabei aus Thermobimetall 6¹, während das untere Drittel, an dem der Öffnungsverschluß 5 in geeigneter Weise befestigt ist, aus Edelstahlblech 6" besteht. Die Bypasspffnung 3 ist vorteilhaft aus einem im Brennkammerboden 8 eingesetzten und diesen durchgreifenden Rohrstück 9 mit trichterförmigem Öffnungsrand 10 gebildet,, wobei die Dürchötrömsperrö S an die-

sen Öffnungsrand 10 formschlüssig angepaßt ausgebildet ist,

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so daß sich diese in Schließstellung, wie gestrichelt än-^ gedeutet/ möglichst dicht passend an diesen öffnüngsifand 10 anlegen kann. Im Stellbereich des Hälters 2 ist ferner ein Niedrigtemperatur-Anschlägbegfenzer 11 angeordnet, der als den streifenförmigen Halter 2 umfassender Anschlagbügei 12 ausgebildet ist und in einem Bsrsish, v?is aus Fig_; 1, 2 ersichtlich, am Brennkammerboden 8 sitzt. Sollten an einem Kessel, wie vörbeschrieben, und zwar mit eihsetzbarer, topfförmiger Ümkehrbrennkämmer oder sonstiger Brennkammer mehrere Bypassöffnungen vorgesehen seint so steht nichts entgegen, erforderlichenfalls mehrere Halter 2 mit entsprechenden Sperren 5 vorzusehen.

Diese Ausbildung ist zwar insbesondere für Heizungskessel mit kleinerem Leistungsbereich bestimmt, einer Anwendung dieses Prinzips für Heizkessel mit größeren Leistungsbereichen, soweit dies die konstruktiven Verhältnisse zulassen, steht jedoch nichts entgegen. Im übrigen ist dieses Prinzip selbstverständlich auch dann anwendbar, wenn der betreffende Heizkessel keine einsetzbare, topfförmige Brennkammer aufweist, wohl aber eine von der Brennkammer direkt zum Rauchgasabzug führende Bypassöffnung, die hinter den eigentlichen Heizgas zügen in die Rauchgas sairimelkammer 13 bzw. direkt in den Rauchgasabzug 14 mündet.

Eine solche Kesselausbildung ist in Fig. 3, 4 verdeutlicht, bei der die Heizgasführungsräume zwischen Brennkammer 1 *

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Und einer vor dem RäuchgäSäbzug 14¹ angeordneten Öammelkämmef 13* in Form von Rohren 15 ausgebildet sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel dienen dabei die beiden brennerseitig an die Brennkammer 1' angeschlossenen Rohre 15' als mit den Sperren 5 verschließbare Bypässe, an deren sämmelkämmejiseitigen öffnungen 16 die Durchstromsperren 5 vorgesehen sind, deren Bimetallhalter 2' sich in den Ausmündungsbereich der anderen, unversperrbaren Rohre 15 erstreckt.

Um die beiden Bypassrohre 15' nach Verschluß mit den Durchströmsperren 5 für den Wärmetausch während des Brennerbetriebes nicht unwirksam werden zu lassen, überragen die Enden der Bypassrohre 15' den Anschlußboden 18 der Sammelkammer 13' entsprechend lang, so daß im dadurch entstehenden Uberstandsrand 19 (siehe Fig. 5) Schlitze 17 angebracht werden können, durch die bei in Schließstellung befindlicher Sperre 5 die Heiz- bzw. Rauchgase austreten können. Die Schlitze 17 sind vorteilhaft so bemessen, daß sich für die Bypassrohre 15* in etwa der gleiche Widerstand ergibt, wie in den anderen Rohren 15, die zwecks Wärmeübergangsverbesserung mit entsprechenden Einbauten (Verrippungen und/oder Füllkörper) versehen sind und demzufolge einen höheren Widerstand haben als die Bypassrohre 15¹ im geöffneten Zustand.

Unter Beibehaltung des gleichen Prinzipes könnten sich die Rohre bzw. Bypässe im Anschluß an eine überströmkammer auch horizontal über der Brennkammer erstrecken. Vorteilhaft ist

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bei allen Ausführungen darauf zu achten, daß die Bimetallhalter von den Rauchgasen frei anströmbar sind und demgemäß schnell reagieren können. Die beiden Bypassrohre 15¹ sind beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3,-4 vorteilhaft in bezug auf die Brenneranordnung (links an· der Brennkammer) an der dieser zugewandten Seite des Rohrgehäuses 20 angeordnet.

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Bei der Heizkesselbauart nach Fig. 6 gelangen die Heizgase aus der Brennkammer 1" durch einen Uberströmschacht 21 in das Heizkesseloberteil 22 und dort, wie mit Pfeilen angedeutet, durch Heizgaszugröhre 15 zur Rauchgassammelkammer 13", in der Bimetallhalter 2 mit der Sperre 5 angeordnet ist. Auch in diesem Fall ist der Halter 2 voll den aus den Rohren 15 ausströmenden Heizgasen ausgesetzt, direkt zwischen dem Schacht 21 und der Rauchgas sammt£!kammer 13" angeordnet ist.

Derartige Maßnahmen bzw. Ausbildungen sind auch vorteilhaft anwendbar bei öl- oder Gasbrennern mit gestufter Leistung, wobei also der Brenner bspw. in zw^ei Stufen geschaltet werden kann oder mit modulierender Leistungsregelung läuft. Hierbei ist nämlich zu beachten, daß bei geringer Wärmeabnahme der Brenner nur mit einer Stufe, also mit niedriger Leistung läuft, wodurchröie Abgastemperatur weit unter der normalen liegen kann..

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-"■&Ggr;-* " (15 664) Patentanwälte Dlpl.-incj. Amthor Schutzansprüche: ·' Dipi.-ing. Wolf An der Matnbrücke 6450 Hanau 7

1. Heizkessel, bestehend aus einem wasserführenden Gehäuse mit Brennkammer und zum Rauchgasabzug führenden Heizgasfuhrungsräumen, dadurch gekennzeichnet , daß in den Heizgasführungsräumen vor dem Rauchgasabzug (14) ein Teil dieser Räume mit mindestens einer Durchströmsperre (5) versehen und diese Sperre am freien Ende (4) eines zwischen Schließ- und Öffnungsstellung der Sperre (5) verstellbaren Bimetallhalters (2) angeordnet ist.

2. Heizkessel nach Anspruch 1 mit Umkehrbrennkammer, in deren Boden eine zur Rauchgassammeikammer führende, zu öffnende und zu schließende Abgasbypass-öffnung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Bimetallhalter (2)/der rauchgassam- / an melkammerseitigen Rückwand der Umkehrbrennkammer (1) angeordnet ist, der an seinem freibeweglichen, der Bypassöffnung (3) gegenüberstehenden Ende (4) mit der Durchströmsperre (5) versehen ist.

3. Heizkessel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Halter (2) als Streifen (6) ausgebildet uiid dieser mit seinem Befestigungsende (7) im diagonal zur Anordnung der Bypassöffnung (3) gegenüberliegenden Bereich des Brennkammerboclelis (8) befestigt ist.

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4. Heizkessel nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypassöffnung (3) aus einem im Brennkammerboden (8) eingesetzten und diesen durchgreifenden Rohrstück (9) mit trichterförmigem Öffnungsrand (10) gebildet und die Durchströmsperre (5) an diesen Öffnungsrand (10) formschlüssig angepaßt ausgebildet ist.

5. Heizkessel nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Stellbereich des Halters (2) ein Niedrigtemperaturausschlagbegrenzer (11) angeordnet ist.

6. Heizkessel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Aüsschlagbegrenzer

(11) als den Halter (2; umfassender Anschlagbügel (12) ausgebildet und dieser am Brennkammerboden (8) angeordnet ist.

7* Heizkessel nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Bimetallhalter (2) mindestens mit einem Teil frei änströmbar in dem die Sammelkammer (13) bildenden Teil der Heizgasführungsräume angeordnet ist.

8* Heizkessel nach Anspruch 1, bei dem die Heizgasführüngsräüme zwischen Brennkammer (1') und einer vor dem Ranchgasabzug (14') angeordneten Sämmelkämmer (13*) in

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Form von Röhren ausgebildet sind, dadurch . gekennzeichnet/ daß mindestens eines der Rohre (15) als Bypassrohr (IS') ausgebildefi und angeordnet ist, an dessen sämmelkämmerseitigen Öffnung (16) die Durchströmsperre (5) vorgesehen ist/

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reich der anderen, ungesperrten Rohre (15) erstreckt.

9. Heizkessel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , d&J3 das mindestens eine

Bypassrohr (15') den Anschlußboden (18) der Sammelkammer (13') überragt und im überragenden Rand (19) Schlitze (17) angeordnet sind.

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