Heizkessel
Die Erfindung betrifft einen Heizkessel für die Verbrennung flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe, bestehend aus minde¬ stens einem zwischen zwei durchströmbaren Endgliedern angeord¬ neten, vom Wärmeträgermedium ebenfalls durchströmbaren Zwi¬ schenglied, wobei alle Glieder aus Metallguß gefertigt und zu einem den mit Vor- und Rücklaufanschlüssen versehenen, einen Feuerraum, Heizgaszüge und eine Abgassammeikammer mit Abzugs¬ stutzen aufweisenden Kesselkörper bildenden Block gegeneinander abgedichtet zusammengefügt sind.
Derartige Heizkessel, die auch als Glieder-Heizkesseln bezeich¬ net werden, sind bekannt. Die Glieder solcher Heizkessel beste¬ hen in der Regel aus Grauguß-Hohlkörpern und bedürfen zu ihrer Ausformung der Verwendung entsprechender Kerne, was, abgesehen von Entsorgungsproblemen für den Kernformsand, mit einem be¬ trächtlichen Fertigungsaufwand verbunden ist. Außerdem müssen die Glieder, um sie zu einem Kesselgehäuseblock zusammenfügen zu können, gegeneinander vernippelt werden. Um die Glieder heizgasseitig gegen etwa anfallendes saures Kondensat zu schüt¬ zen und resistent zu machen, müssen die Graugußglieder auf der Heizgasseite außerdem mit geeigneten resistenten Beschichtungen versehen weden, was jedoch nicht unproblematisch ist, weil sich dies nur dann in die Praxis umsetzen läßt, wenn sich eine in sich geschlossene, mit dem Grauguß eine dauerhaft feste Verbin¬ dung eingehende Beschichtung herstellen läßt.
Außer der Fertigung derartiger Heizkessel bzw. Wärmetauscher aus Grauguß ist es nach der DE-A-36 22 260 bekannt, solche Heizkessel aus Aluminiumlegierungen im Druckgußverfahren herzu¬ stellen, was preisgünstiger ist und außerdem den Vorteil eines günstigeren Wärmeüberganges hat. Am Prinzip der bekannten Glie- derbauweise vcn -.-eiz esse-u.
-.-.ε-τ sicn a oei -ιeiocr-. r-icr-xc eanuert, uns-- es isτ enor'ierlic , •→.z. e ein iiieα oil -
ocic-ler-.
zu vεrsc-.iv.'ei e , u:.. .-«. s uiese-.-. oeicie:- Dcr-Cie.- eine:; r-.o----i.iCcr er zu
bilden, der dann mit entsprechenden Hohlkörpern vernippelt und zu einem Heizkessel zusammengefügt werden muß.
Leichtmetall bzw. Leichtmetallegierungen, wie Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen haben im Vergleich zum Grauguß außerdem den Vorteil, daß diese gegen Kondensat von entschwefeltem Erd¬ gas resistent sind, aber nicht gegen das Heizungswasser als Wärmeträgermedium, das in der Regel basisch wird, was früher oder später immer Ausfressungen auf der Wasserseite solcher Kessel aus Leichtmetall führt. Außerdem sind an den Leichtme¬ tallguß hohe Anforderungen zu stellen, da das fertige Gußstück bzw. die Leichtmetallglieder porenfrei sein müssen, d.h., an das Leichtmetall müssen qualitativ hohe Ansprüche gestellt wer¬ den, und es kann bspw. kein solchen Ansprüchen genügender Leichtmetall- oder Aluminiumschrott verwendet werden.
Der Erfindung liegt demgemäß und ausgehend von einem Heizkessel der gattungsgemäßen Art die Aufgabe zugrunde, einen Heizkessel zu schaffen, der sowohl heizgas- als auch wasserseitig kor¬ rosionsbeständig ist und für den es keine Rolle spielt, ob und inwelchem Maße der gegossene Leichtmetallkorpus porös ist oder nicht, verbunden mit der Maßgabe, daß der Guß ohne Kern gegos¬ sen werden kann, und daß der Heizkessel, obgleich aus Gliedern gebildet, keiner Vernippelung der Glieder untereinander bedarf.
Diese Aufgabe ist mit einem Heizkessel der eingangs genannten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die in jedem plat¬ tenförmigen Glied der vom Wärmeträgermedium durchströmbare Hohlraum aus einem in den Leichtmetallkorpus eingegossenen Rohr oder Rohrsystem gebildet ist, dessen Vor- udn Rücklaufan- schlüsse aus jedem Leichtmetallkorpus herausragen und an außer, am Block angeordnete Vor- und Rücklaufsammler angeschlossen sind, und daß das mindestens eine mit einer den Feuerraum bil¬ denden Öffnung versehene Zwischenglied beidseitig und die bei¬ den Endglieder zur Zwischengliedanschlußseite hin mit Umfangs- randanschlußstegen versehen und deren Enden in Form von Gas¬ dichtungsflächen ausgebildet sind.
Beim mit eingegossenem Rohr, das sie äanderförmig durch den Leichtmetallkorpus erstreckt, oder Q bevorzugt verwendeten Rohrsystem, das noch näher erläutert wird, handelt es sich um im Heizkesselbau üblicherweise verwendetes Stahlrohr, das bei gutem Wärmeübergang für die Wasserdichtheit sorgt, gegen Aus- fressungen auf der Wasserseite ausreichend resistent ist und insoweit Voraussetzung ist für die Verwendung auch von qualita¬ tiv nicht hochwertigen Leichtmetalls, das aber auf der Heizgas¬ seite gegen Kondensat resistent ist. Um der Forderung nach kernloser Ausformung der Glieder zu genügen, sind die Vor- und Rücklaufanschlüsse auch nicht in Form von Kanälen in den die Glieder bildenden Leichtmetallkorpussen eingeformt, sondern die Enden des Rohres bzw. des Rohrsystems ragen einfach seitlich aus den Gliedern heraus und sind an äußere Vor- und Rücklauf- sammler angeschlossen.
Zur Ausbildung des Feuerraumes weisen die Zwischenglieder ent¬ sprechende Ausnehmungen bzw. Öffnungen auf, die dann beim zu¬ sammenfügen mehrerer Einzelglieder den Feuerraum bilden. Die Endglieder weisen einerseits entsprechende Öffnungen für den Brennereingriff und andererseits den Heizgasabzugsanschluß auf. Auch diese Ausnehmungen und Öffnungen machen die Verwendung von Kernen beim Gießen nicht erforderlich.
Um das Rohr bzw. das Rohrsystem beim kernlosen Guß allseitig mit Leichtmetall umgießen zu können, wird das Rohr bzw. das Rohrsystem mit einer notwendigen Anzahl von Abstandshaltern ebenfalls aus Leichtmetall versehen, mit denen das Rohr bzw. Rohrsystem in die Gießform eingesetzt wird. Aluminium- bzw. Leichtmetallegierungen haben bekanntlich einen größeren Ausdeh¬ nungskoeffizienten als Eisen. Infolgedessen ist es von großer Bedeutung, den Heizkessel so auszuführen, daß sich die einge¬ gossenen Rohre oder Rohrsysteme ähnlich wie das Aluminium aus¬ dehnen, um zu vermeiden, daß das Rohrsystem über Gebühr durch Zugspannungen beansprucht wird und z.B. Schweißnähte am Rohrsy¬ stem reißen. Zu diesem Zweck erhalten die Rohre vorteilhaft in bestimmten Abständen Rillen, die zwar nicht sehr tief (z.B. nur der Materialstärke des Rohres entsprechend) aber relativ breit
sein sollten. Beim Umgießen der Rohre füllt das flüssige Alumi¬ nium diese Sicken mit aus, so daß der Leichtmetallkorpus, wenn er sich ausdehnt, dann über den Eingriff in den Sicken nicht über das Rohrsystem hinweggleiten kann. Bei der großen Zahl der Sicken, die in die Rohre eingerollt werden, braucht die Längen¬ veränderung in den Sicken nur minimal zu sein.
Was die Umfangsrandanschlußstege betrifft, so erstrecken sich diese selbstverständlich nur dort, wo ein Abschluß bzw. eine Abdichtung nach außen erforderlich ist. Diese Umfangsrandan¬ schlußstege sind in ihrer Höhe so bemessen, daß die Übertra¬ gungsflächenvergrößerungen unterhalb der Ebene enden, in der sich der obere Rand der Stege erstreckt.
Der erfindungsgemäße Heizkessel ist zwar insbesondere als mit einem atmosphärischen Brenner betreibbarer Heizkessel vorgese¬ hen, es steht aber nichts entgegen, diesen auch mit einem Ge¬ bläsebrenner zu betreiben.
Der erfindungsgemäße Heizkessel und vorteilhafte weitere Ausge¬ staltungen werden nachfolgend anhand der zeichnerischen Dar¬ stellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 ein Zwischenglied des Heizkessels in Seitenansicht;
Fig. 2 einen Schnitt durch das Zwischenglied längs Linie II- II in Fig. 1;
Fig. 3 ein Zwischenglied des Heizkessels in Seitenansicht mit einer etwas anderen Ausführungsform des RohrSy¬ stems;
Fig. 3A,B im Schnitt besondere Ausführungsformen der das Rohr¬ system bildenden Rohre;
Fig. 4 einen Schnitt durch das Zwischenglied längs Linie IV- IV in Fig. 3;
Fig. 5 eine Seitenansicht des Heizkessels, zusammengefügt aus Gliedern gemäß Fig. 1 und 3;
Fig. 6 ein Zwischenglied des Heizkessels in Seitenansicht mit einem mäanderförmig ausgebildeten Rohr;
Fig. 7 in Seitenansicht eine weitere Ausführungsform des Heizkessels;
Fig. 8 perspektivisch und schematisch eine besondere Ausfüh- rungsform des Heizkessels;
Fig. 8A,B,
C,D im Schnitt die Ausbildung der zur Ausführungsform ge¬ mäß Fig. 8 gehörenden Einzelglieder;
Fig. 9 mit Bypasskanälen versehenen Zwischenglieder und
Fig.lθA,B ein zur Ausführungsform nach Fig. 7 gehörende Zwi¬ schenglieder.
Der Heizkessel besteht aus mindestens einem zwischen zwei durchströmbaren Endgliedern 1, 2 angeordneten, vom Wärmeträger¬ medium ebenfalls durchströmbaren Zwischenglied 3, wobei alle Glieder aus Metallguß gefertigt und zu einem den mit Vor- und Rücklaufanschlüssen 4, 5 versehenen, einen Feuerraum 10 und einen Gasabzug 9 aufweisenden Kesselkörper bildenden Block B gegeneinander abgedichtet zusammengefügt sind. Für einen sol¬ chen aus mehreren Gliedern 1 bis 3 gebildeten Heizkessel ist nun wesentlich, daß die Glieder 1 bis 3 aus kernlos ausgeform¬ tem Leichtmetall gebildet sind und in jedem Glied 1 bis 3 der durchströmbare Hohlraum aus einem in den Leichtmetallkorpus eingegossenen Rohr 6 oder Rohrsystem 6' gebildet ist, dessen Vor- und Rücklaufanschlüsse 4, 5 aus jedem Leichtmetallkorpus
herausragen und an Vor- und RücklaufSammler 4 ' , 5' angeschlos¬ sen sind.
Das mindestens eine Zwischenglied 3 ist beidseitig und die bei¬ den Endglieder 1, 2 sind zur Zwischengliedanschlußseite S hin an ihren großen Flankenflächen F mit Wärmeübertragungsflächen- vergrößerungen 7 mindestens im Bereich der Gasabzugsstrecke AS und mit Umfangsrandanschlußstegen 8 versehen.
In Fig. 1 ist ein Zwischenglied 3 in Seitenansicht und mit ei¬ nem Rohrsystem 6' dargestellt, wobei die Einzelrohre des Rohr¬ systems zu dessen Verdeutlichung zwar nur gestrichelt aber teilweise kreuzschraffiert hervorgehoben dargestellt sind. Das Zwischenglied gemäß Fig. 3, 4 weicht nur insofern von dem gemäß Fig. 1 ab, als hierbei das Rohrsystem 6', das ebenfalls teil¬ weise kreuzschraffiert ist, eine andere AnordnungsStruktur der Einzelrohre aufweist.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 ist ein mäanderförmig verlaufendes Rohr 6 im Zwischenglied 3 eingegossen.
Alle Ausführungsformen nach den Fig. 1, 3 und 6 sind für Heiz¬ kessel mit atmosphärischem Brenner (nicht dargestellt) be¬ stimmt, wobei die dargestellten Zwischenglieder 3 dem gewünsch¬ ten Querschnitt des Feuerraumes 10 entsprechende Öffnungen 10' aufweisen. Da die Heizgase nach oben durch die Gasabzugsstrecke AS abströmen, laufen hierbei die Umfangsrandanschlußstege 8 (siehe Fig. 3) nach oben offen aus, wobei dann über dem ganzen Block B (siehe Fig. 5) eine Abgassammelkammer 12 mit Abgasabzug 9 angeordnet ist.
Die in den Fig. 1, 3 das kreuzschraffierte Rohrsystem 6' bil¬ denden Einzelrohre sind zweckmäßig und wie in Fig. 3A, B im Schnitt dargestellt, im Querschnitt ovalförmig verformt, wobei deren Breitseiten BS gegen die Flankenflächen F der Glieder 1 bis 3 im Leichtmetallkorpus orientiert angeordnet sind, um eine möglichst große Wärmeübertragungsfläche der Wärmebeaufschla¬ gungsrichtung "in den Weg" zu stellen.
Ferner sind die Rohre 6" für das Rohrsystem mit zueinander in gewissen Abständen angeordneten Sickungen 11 versehen, die zur Wasserseite hin jedoch nur bspw. um eine Wandstärkendicke ein¬ getieft sind, was ausreichend ist, um die unterschiedlichen Ma¬ terialkomponenten gegeneinander ausreichend bei Wärmedehnung zu verankern, was sich, dadurch ergibt, daß das flüssige Leichtme¬ tall beim Gießen natürlich auch die Sickungen 11 von außen mit ausfüllt. Durch diese Verankerung dehnen sich der Leichtmetall¬ korpus und das eingebundene Rohrsystem zusammen weitgehend gleichmäßig bei Wärmebelastung aus. Solche unterschiedlichen Wärmedehnungen bewegen sich nur im Hundertstel-Millimeterbe¬ reich, und diese Verankerungen haben den Zweck, die Schwei߬ nähte des Rohrsystems von Zugbelastungen im wesentlichen freizuhalten, die sonst zu Schweißnahtrissen am Rohrsystem füh¬ ren könnten.
Die Wärmeübertragungsflächenvergrößerungen 7, die durchgehend und bspw. als Noppen 7' dargestellt sind, entstehen bei ent¬ sprechender Gestaltung der Gießform (Kokille) automatisch mit und ebenso die Kondensatsammei- und AblaufStege 11, mit denen für einen seitlichen Ablauf etwa anfallenden Kondensats gesorgt wird, damit das Kondensat nicht auf den Brenner (nicht darge¬ stellt) tropfen kann.
Die Rohre 6 bzw. 6" des mit eingegossenen Rohrsystems 6' sind, soweit es sich nicht um sowieso vertikal orientierte Rohrab¬ schnitte (siehe Fig. 1) handelt, sinngemäß steigend, wie darge¬ stellt, zur einen oder anderen Seite SS hin angeordnet, damit evtl. sich bildende Dampfblasen abströmen können.
Wie aus Fig. 4 ersichtlich, sind übrigens mit Rücksicht auf die hohe Temperaturbelastung die Noppen 7 ' in diesem Bereich im An¬ strömbereich A über dem Feuerraum 10 nach unten hin abnehmend niedriger bemessen als die im Folgebereich F^ der Gasabzugs¬ strecke AS.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 sind die Glieder 1 bis 3 über Kopf stehend angeordnet, so daß sich der dann für einen Gebläsebrenner (nicht dargestellt) bestimmte Feuerraum 10 oben im Block befindet, d.h., der Gasabzug erfolgt hier nach unten in eine dort angeordnete Abgassammeikammer 12. Die Umlaufstege 8 erstrecken sich hierbei auch im oberen horizontalen Querbe¬ reich und sind entsprechend dick gehalten (siehe Fig. 10A, B), um dort ggf. nebeneinander mehrere Rohrstränge mit eingießen und die dort übertragene Wärmemenge in ausreichendem Maße ab¬ führen zu können.
Gleiches gilt auch für eine besondere Ausführungsform nach Fig. 8, bei der der Feuerraum 10 für einen Gebläsebrenner im wesent¬ lichen horizontal angeordnet ist, an den sich vertikal nach un¬ ten orientiert am Ende des Feuerraums 10 die Abzugsstrecke AS anschließt. Der Feuerraum 10 erstreckt sich hierbei quer durch das ganze Oberteil, und die Abzugsstrecke AS befindet sich im nach unten gerichteten Schenkel 16 des insgesamt im wesentli¬ chen rechtwinkligen Blockes B. Die Form der Brennkammer bzw. des Feuerraums 10 kann dabei, wie in Fig. 8 gestrichelt ange¬ deutet, am brennerfernen Ende bei entsprechender Formgebung der Glieder 1 bis 3 auch bogenförmig ausgebildet sein. Die zu die¬ ser Ausführungsform gehörenden Glieder sind im einzelnen in den Fig. 8A bis D verdeutlicht. Fig. 8A stellt die beiden Endglie¬ der 1', 2' und Fig. 8B die Zwischenglieder 3' der mit den je¬ weils eingegossenen Rohrsystemen, wobei Fig. 8C ein Schnitt längs Linie I-I in Fig. 8B ist. Das Zwischenglied gemäß Fig. 8D unterscheidet sich von dem gemäß Fig. 8B dadurch, daß hier ein verschließbarer Bypaßkanal 13 vorhanden ist. Im übrigen sind bei diesen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen für entsprechende Elemente wie vorbenutzt, so daß diese Glieder keiner zusätzlichen Erläuterung bedürfen.
Da die Einzelglieder im Gießverfahren hergestellt werden, kann übrigens mindestens eines der Glieder problemlos mit einem ver¬ schließbaren Bypasskanal 13 vesehen werden, der durch ein miteingegossenes Rohr aus kondensatbeständigem Material gebil¬ det wird. Der geöffnete Bypasskanal 13 sorgt dann für eine ent-
sprechende Anhebung der Abgastemperatur (siehe Fig. 9), falls der Heizkessel nicht als Brennwertkessel betrieben werden soll. Diese senkrechten Kanäle parallel zu den Heizgaszügen sind er¬ forderlich, um ungekühlte Heizgase durch diese Kanäle in dei Abgassammeikammer strömen zu lassen, um die Abgastemperatur an¬ zuheben.
Bei der Ausführungsform der Glieder 1 bis 3 im Sinne der Fig. 1, 3 und 6, die für einen atmosphärischen Brenner bestimmt sind, wird der ganze Block B (siehe Fig. 6) nach unten mit ei¬ ner Kondensatauffangwanne 14 versehen.
Um die Einzelglieder 1 bis 3 zu einem gasdichten Block B unter Einfügung von Dichtungsmasse an den Dichtflächen 8 ' der Um¬ fangsrandanschlußstege 8 zusammenfügen zu können, sind diese, sofern man nicht zwischen den Endgliedern 1, 2 entsprechend lange Spannanker vorsehen will, mit geeigneten und verschraub- baren Spannaugen 15 versehen, die nur am Zwischenglied in Fig. 3 dargestellt sind. In die Gasdichtungsflächen 8' an den Enden der Umfangsrandstege 8 sind übrigens Nuten 8" (siehe Fig. 4) eingestochen, um geeignete Dichtungsmittel besser zwischen den Gliedern 1 bis 3 anbringen zu können.
Was die Endglieder 1, 2 für die Zusammenfügung von Heizkessel¬ blöcken mit Zwischengliedern gemäß der Fig. 1, 3, 6, 7 und 10A, B betrifft, so weist das brennerseitige Endglied 1 eine in be- zug auf die Öffnung 10' -der Zwischenglieder 3 kleinere Öffnung 10" auf, wie in Fig. 3 strichpunktiert angedeutet, und das an¬ dere Endglied 2 hat keine solche Öffnung, da dieses Endglied 2 die Rückwand 2" der Brennkammer bzw. des Feuerraumes bildet. Da diese Rückwand 2" stark wärmebeaufschlagt ist, ist dort das wasserführende Rohrsystem auch im Bereich der Rückwand 2 ' ange¬ ordnet, und zwar gleich oder ähnlich, wie zu den Endgliedern 1', 2'in der Fig. 8A dargestellt, die in bezug auf den ganzen Block B gemäß Fig. 8 dort die Seitenflanke des Blockes B bil¬ den.