DE8703930U1

DE8703930U1 - Heizkessel für Umkehrbrennkammer

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Publication number: DE8703930U1
Application number: DE8703930U
Authority: DE
Original assignee: Viessmann Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Viessmann Werke GmbH and Co KG
Priority date: 1987-03-16
Filing date: 1987-03-16
Publication date: 1987-04-30

Description

Helzkessei mit Umkehrbrennkammer

Die' Neuerung betrifft einen Heizungskessel gemäß Oberbegriff des Hauptanspruches.

Heizungskessel'der genannten Art sind nach der DE-OS 34 03 225 bekannt. Aus Gründen der Energieeinsparung sind heute in der Regel für eine Betriebsweise im sogenannten Nieder- und Tieftemperaturbereich die Heizkessel dafür speziell gestaltet. Wie sich mittlerweile" gezeigt hat, führt dies einerseits zwar zu den gewünschten Energieeinsparungen 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

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genügend auf. Wenn jedoch die Wärmeabnahme geringer ist, wenn also bspw.. die Bewohner eines Hauses, Um Heizenergie zu sparen, die HeizkÖrperventile zudrehen öder' drosseln, ergeben sich kürzere Brennerlaufzeiten, wodurch der Schornstein nicht genügend Wärme erhält und evtl. auch die Heizflächen sich nicht genügend aufheizen. Durohnässungsgefährdungen des Schornsteins in Verbindung mit obengenannter Betriebsweise können aber auch auftreten, wenn dieser nicht ausreichend isoliert ist 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 die jeweiligen Verhältnisse einfach öffnen zu können, üiese Möglichkeit, die keine wesentliche Veränderung am Kessel erfordert, ist insofern

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von großer Bedeutung, da sich herausgestellt hat, daß man ohne solche·Zusatzeinrichtungen nicht in der Lage ist, mit der an sich wünschenswerten, relativ niedrigen Abgastemperatur moderner Öl/gasgefeuerter Kessel grundsätzlich zu operieren. In jahreszeitlichen Übergangszeiten, d.h., bei sehr kurzen Brennerlaufzeiten von nur ca. 4 bis 5 Minuten, erhält der Schornstein Abgase mit Temperaturen in der Größenordnung von nur ca. 10O⁰C. 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 Brennkammer 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 ergeben sich nach den Unteransprüchen.

Bei dieser Lösung, die auch für Heizkessel mit mittlerer und großer Leistung anwendbar int, also solche, bei denen keine B^passöffnung im Biiemikanuneiibereich vorhanden ist/ Wird die an sich bekannte Verhaltensweise voll 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 Rauchgastemperatur von e.twa 140 bis 150°C 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 Ümkehrbrennkammer ist in praktischer Ausführungsform der Halter als Streifen ausgebildet, der mit seinem Befestigungsende am diagonal zur j| 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 öffnungsverschluß an diesen Öffnungsrand formschlüssig angepaßt ausgebildet ist, um einen möglichst dichten Abschluß bei Anlage des Verschlusses am Öffnungsrand zu erreichen. Der streifenförmige 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 angeeignet, 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 rait einem Teil frei anströmbar in dem die Sammelkammer bildenden Teil der Heizgasführungsräume 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 von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigt schematisch

Fig. 1 einen Schnitt durch den hier interessierenden abzügsseitigen Bereich des Heizkessels mit tiger Umkehrbrennkammer;

Fig.	2
Fig.	3-5
Fig.	6
Fig.	7
Fig.	8
Fig.	9

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eine Ansicht des Brennkammerbodens in Pfeilrichtung A;

eine andere Ausführungsform des Bimetallhalters in drei verschiedenen Ansichten;

einen Schnitt durch den Heizkessel anderer Bauart;

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

einen Schnitt durch den Abzugsbereich eines Heizkessels in einer weiteren Ausführungsform.

Wie aus Fig. 1 erkennbar, ist an der rauchgas sairanelkammerseitigen 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 Anordnung der Bypassöffnung 3 gegenüberliegenden Bereich des Brennkammerbodens 8 befestigt ist. Der obere Teil (etwa 2/3 der Gesamtlänge) des Streifens 6 besteht dabei aus Thermobimetall 6', während das untere Drittel, an dem der Öffnungsverschluß 5 in geeigneter Weise befestigt ist, aus Eüelstahlblech 6" besteht. Die Bypassöffnung 3 ist vorteilhaft aus einem im Brennkammerbode&eegr; 8 eingesetzten und diesen durchgreifenden Rohrstück 9 mit trichterförmigem Öffnungsrand 10 gebildet, wobei die Durchstrört,Sperre 5 an diesen

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Öffnungsrand 10 formschlüssig angepaßt ausgebildet ist, so daß sich diese in Schließstellung, wie gestrichelt angedeutet, möglichst dicht passend an diesen Öffnungsrand 10 anlegen kann, im S iellbereich des Halters 2 ist ferner ein Niedrigtempefätüf-Artschlagbegrenzer 11 angeordnet, der als den streifenförmigen Halter 2 umfassender Anschlagbügel 12 ausgebildet ist und in sinsm Ssrsish, wie aus Fig. 1*2 ersichtlich, am Brennkammerboden 8 sitzt. Sollten an einem Kessel, wie vorbeschrieben, und zwar mit einsetzbarer, topfförmiger Umkehrbrennkammer oder sonstiger Brennkammer mehrere Bypassöffnungen vorgesehen sfcin, so steht nichts entgegen, erforderlichenfalls mehrere Halter 2 mit entsprechenden Sperren 5 vorzusehen.

Bei prinzipiell gleicher Wirkungsweise ist die Ausführungsform nach den Fig. 3-5 derart ausgebildet, daß der Bimetallhalter 2 einen spreizbaren Doppelblatthalter darstellt, wobei das eine Blatt 23 mittig und einstellbar an einem J am Brennkammerboden 8 sitzenden Haltebügel 24 befestigt und am anderen Blatt 25 mittig die Durchströmsperre 5 angeordnet ?,st. Fig. 5 (Draufsicht) verdeutlicht, voll ausgezogen, die Öffnungsstellung, während die Schließstellung (Doppelblattstreifen gespreizt) gestrichelt angedeutet ist.

Diese Ausbildungsformen sind zwar insbesondere für Heizungskessel mit kleinerem Leistungsbereich bestimmt, einer Anwendung dieses Prinzips für Heizkessel mit größeren Lei-

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stungSbereichen, 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 Keizgaszügen iii die RäüGligäSöäinmelkammer 13 bzw. direkt in den Rauchgasabzug 14 mündet.

Eine solche Kesselausbildung ist in Fig. 6, 7 verdeutlicht, bei der die Heizgasführungsräume zwisähen Brennkammer 1' und einer vor dem Rauchgasabzug 14' angeordneten Sammelkammer 13' in Form von Rohren 15 ausgebildet sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel dienen dabei zwei hinten an der Brennkammer 1¹ angeschlossene Rohre 15' als mit den Sperren 5 verschließbare Bypässe, an deren sammelkammerseitigen unmittelbar im Nahbereich des Abzugsrohres 14 angeordneten öffnungen 16 die Durchströmsperren 5 vorgesehen sind, deren Bimetallhalter 2' sich bis in das Abzugsrohr 14 erstrecken. Die Anordnung der Bypassöffnungen unmittelbar im Nahbereich des Abzugsrohres 14 ist dabei wesentlich, um die heißen Rauchgase bei geöffneten Sperren 5 direkt und auf kürzestem Wege in den Schornstein gelangen zu lassen.

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 Sammelkajmmer 13' entsprechend lang _t so daß im dadurch entstehenden überstandsrand 19 (siehe Fig. 8) Schlitze 17 angebracht werden können, durch die bei in Schließstellung befindli-' eher Sperre 5 die Heiz- bzw. Rauchgase austreten können. Die Schlitze 17 sind vorteilhaft so bemessen, daß sich für die Rvnassrohre 15' in etwa der aleiche Widerstand eraibt. 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 15' im geöffneten Zustand .

Unter Beibehaltung des gleichen Prinzipes könnten sich die Rohre bzw. Bypässe im Anschluß an eine Uberströmkammer auch horizontal über der Brennkammer erstrecken. Vorteilhaft ist bei allen Ausführungen darauf zu achten, daß die Bime-_allhalter von den Rauchgasen frei anströmbar sind und demgemäß schnell reagieren können. Die beiden Bypassrohre 15" sind beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 vorteilhaft in bezug auf die Brenneranordnung (links an der Brennkammer) an der dieser abgewandten Seite des Rohrgehäuses 20 angeordnet, wodurch sich deren öffnungen 16 im Nahbereich des Abzugsohres 14 befinden. Eine Anordnung des Halters 2'im Sinne der Fig.7 wäre ebenfalls möglich..

Bei der Heizkesselbauart nach Fig. 9 gelangen die Heizgase aus der Brennkammer 1" durch einen Überströmschacht 21 in

das Heizkesseloberteil 22 und doi?t, wie mit Pfeiler, angedeutet, durch Heizgaszügrohre 15 zur Rauchgassamnielkammer

13", in der Bimetallhalter 2 mit der den Bypass 15" verschließenden Sperre 5 angeordnet ist. Auch in diesem Fall ist der Halter 2 voll den aus den Rohren 15 ausströmenden Heizgasen ausgesetzt, wobei mindestens der eine Bypass 15"

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mer 13" angeordnet ist, so daß auch hier bei Öffnungsstellung der Sperre 5 die heißen Gase auf kürzestem Wege in das Abzugsrohr 14 gelangen können.

Derartige Maßnahmen bzw. Ausbildungen sind auch vorteilhaft anwendbar bei öl- oder Gasbrennern mit gestufter Leistung, wobei also der Brenner bspw. in zwei 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, wodurch die Abgastemperatur weit unter der

normalen liegen kann.

Sofern mehrere Bypassrohre bzw. -öffnungen vorhanden sind, werden deren Sperren 5 vorteilhaft mit jeweils separaten Bimetallelementen versehen, damit aus Sicherheitsgründen zumindest immer ein Bypass funktionsfähig ist. Dies ist in Mg. 7 gestrichelt and bspw. angedeutet.

Claims

- 1 - (15 706) ^■&ldquor;· -my AiiiUtl>' Schutzansprüche: jipi.-mo vvgm Mn am MalnbrueM 1P 8450 &ugr;·«·" 7

1. Heizkessel, bestehend aus einem wasserführenden Gehäuse mit Brennkammer und zum Rauchgasabzug führenden Heizgasführungsräumen, dadurch gekennzeichnet, daß in den Heizgasführungsräumen vor dem Rauchgasabzug (14) ein Teil dieser Räume mit mindestens einer Durchströmsperre (5) versehen und diese Sperre am beweglichen Teil (4) eines zwischen Schließ- und Öffnungsstellung der Sperre (5) verstellbaren, frei anströmbar angeordneten 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) an der rauchgassammelkammerseitigen Rückwand der Umkehrbrennkammer (1) angeordnet ist, der an seinem beweglichen, der Bypassöffnung (3) gegenüberstehenden Teil (4) mit der Durchströmsperre (5) versehen ist.

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

4. Heizkessel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Bimetallhalter (2) als spreizbarer Doppelblattstreifen ausgebildet und das eine Blatt (23) mittig und einstellbar an einem Haltebügel (24) befestigt und am anderen Blatt (25) mittig die Durchströmsperre (5) angeordnet ist.

5. Heizkessel nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypassöffnung (3) aus einem im Brennkammerboden (8) mit trichterförmigem Öffnungsrand (10) gebildet und die Durchströmsperre (5) an diesen Öffnungsrand (10) formschlüssig angepaßt ausgebildet ist.

§.

6. Heizkessel nach einem der Ansprüche 2 bis 4, d a -

durch gekennzeichnet, daß im

Stellbereich des Halters (2) ein Niedrigtemperaturausschlagbegrenzer (11) angeordnet ist.

7. Heizkessel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Ausschlagbegrenzer

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

8. Heizkessel nach Anspruch 1, bei dem die Helzgasrührungs-

zwisehen Brennkammer (1*) und einer· vor dem

Rauchgasabzug (14⁽) angeordneten Sammelkammer (13') in Form von Röhren ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet/ daß mindestens eines der Rohre (15) als Bypassrohr (15*) ausgebildet und mit seiner Öffnung (16) im Nahbereich des Räüchgasabzuges (14) angeordnet und an dieser die Durchströmsperre (5) vorgesehen ist, deren Bimetallhalter (2*j sich in Richtung des Räüchgasabzuges (14) oder in diesen mindestens zum Teil erstreckt.

9. Heizkessel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß das mindestens eine Bypassrohr (15') den Anschlußboden (18) der Sammelkammer (13¹) überragt und im überragenden Rand (19) Schiitze (17) angeordnet sind.

10. Heizkessel nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet , daß bei Anordnung mehrerer Bypassrohre (15¹) jedes Bypassrohr mit einer Durch strömsperre (5) und die Durchströmsperren (5) an jeweils einem separaten Bimetallhalter (2) angeordnet sind.