[0001] Die Erfindung betrifft einen Heizungskessel für eine Niedertemperaturheizung mit
den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben
eines solchen Heizungskessels.
[0002] Aus der DE-OS 35 08 117 ist ein gattungsgemäßer Heizungskessel bekannt, der zwei
konzentrisch angeordnete Wassermäntel aufweist. Der Querschnitt der zwischen den Wassermänteln
und zwischen dem inneren Wassermantel und dem Rauchgassammler liegenden Rauchgaszüge
sind so groß bemessen, daß sich Strömungsgeschwindigkeiten des Rauchgases einstellen,
bei denen auch bei niedrigen Vorlauf- und Rücklauftemperaturen eine Kondensation von
korrosiv wirkenden Bestandteilen des Rauchgases weitgehend vermindert werden kann.
Der bekannte Heizungskessel ist eine Stahlkonstruktion, um bei einer kompakten Bauweise
eine gute Abstimmung zwischen dem Heizungskessel und dem Brenner zu erzielen.
[0003] Weiterhin sind gegossene Heizungskessel bekannt, die nach der Gliederbauweise aufgebaut
sind und je nach der erforderlichen Heizleistung des Heizungskessels um weitere Kesselglieder
ergänzt werden. Die Bearbeitung der einzelnen Kesselglieder für eine zuverlässige
Abdichtung beim Zusammenbau führt zu einer starken Verteuerung. Darüber hinaus können
derartige Heizungskessel aufgrund ihrer ungünstigen Brennraumgeometrie nur unter großen
technischen Anstrengungen mit niedrigen Wassertemperaturen betrieben werden, so daß
für Niedertemperatur-Heizungskessel vorwiegend Stahlkessel eingesetzt werden. Andererseits
bietet aber eine angegossene Rippe einen wesentlich günstigeren Wärmeübergang gegenüber
einem angeschweißten Stahlblech.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen, für eine Niedertemperaturheizung
bestimmten Heizungskessel derart auszubilden, daß der Heizungskessel einfach in der
Herstellung ist, einen geringen Wasserinhalt aufweist und weniger Schadstoffe emittiert.
[0005] Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Heizungskessel erfindungsgemäß durch
die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
[0006] Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Heizungskessels findet eine Umlenkung der
Rauchgase in einer Weise statt, die eine günstige Wärmeübertragung auf das Wasser
gestattet. Die Einbeziehung des Flammrohres des Brenners in den Wassermantel ermöglicht
eine direkte Kühlung des Flammrohres bei blau brennenden Flammen, was zu einer drastischen
Senkung des Stickoxidanteils im Rauchgas führt. Gleichzeitig ergibt sich in diesem
Bereich ein wesentlich erhöhter Wärmeübergang gegenüber der Nachschaltheizfläche.
Die Nachschaltheizfläche kann dadurch verringert werden. Dadurch, daß die an die Innenseite
des Wassermantels angeformten Rippen an dem Einschubteil anliegen, ist ein guter wärmeleitender
Kontakt zwischen dem Einschübteil und der Rippenoberkante des Wassermantels gegeben.
Die an das Einschubteil abgegebene Wärme wird dadurch auf das Wasser im Wassermantel
in günstiger Weise übertragen. Insgesamt ergibt sich eine geringe Gesamtabmessung
des Kessels, wobei gegenüber dem gattungsgemäßen Heizungskessel die Anordnung eines
einzigen Wassermantels genügt. Die verringerte Gesamtabmessung ermöglicht eine kostengünstige
Herstellung des Heizungskessels aus Gußteilen, wobei durch die konische Ausbildung
die Herstellung eines Gußmodells erleichtert wird.
[0007] Die zwischen den Rippen auf der Innenseite des Wassermantels gebildeten Gassen stellen
rauchgasführende Kanäle dar. In diesen Kanälen sowie in dem Ringraum zwischen dem
Einschubteil und dem Rauchgassammler wird das Rauchgas mit einer Geschwindigkeit geführt,
die nahe der Turbulenzgrenze liegt. Dadurch wird ein entsprechend hoher statischer
Druck in dynamischen Druck umgewandelt. Der auf die gekühlten Wärmetauscherflächen
einwirkende Druck wird reduziert, was zu einer Senkung des Kondensationstemperaturpunktes
führt. Auf diese Weise wird ein Betrieb bei sehr niedrigen Heizwassertemperaturen
möglich, ohne daß es zur Kondensationsbildung an den Wärmetauscherflächen kommt. Erst
nach dem Eintritt in den Rauchgassammler verlangsamt sich die Gasströmung, was hier
unkritisch ist, da die Rauchgase keine weiteren gekühlten Flächen berühren.
[0008] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im
folgenden näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 den Längsschnitt durch einen Heizungskessel gemäß der der Erfindung und
Fig. 2 den Schnitt II - II nach Fig. 1.
[0009] Der dargestellte Heizungskessel ist für eine Niedertemperaturheizung bestimmt und
enthält einen zylindrischen Wassermantel 1. Der von Heizwasser durchflossene Wassermantel
1 ist an der Oberseite mit einem Stutzen 2 für den Heizwasservorlauf und mit einem
Stutzen 3 für den Heizwasserrücklauf eines angeschlossenen Heizungssystemes versehen.
In dem unteren Teil des Wassermantels 1 ist ein Wasserfüll- bzw. -ablaßstutzen 4
vorgesehen. In dem Hohlraum innerhalb des Wassermantels 1 sind Stege 5 zur Stabilisierung
des Wassermantels 1 radial angeordnet.
[0010] An die eine Stirnseite des Wassermantels 1 ist ein Brenner 6 angeschraubt, der ein
Öl- oder Gasbrenner ist und mit blauer Flamme brennt. Der Brenner selbst gehört nicht
zur Erfindung und ist daher nur durch gestrichelte Linien angedeutet. Die Mündung
des Brenners 6 ist mit einem Flammrohr 7 verbunden, in dem die Verbrennung des Brennstoffes
stattfindet. Der Ausgang des Flammrohres 7 ist im Querschnitt eingeschnürt. Das Flammrohr
7 ist in den Wassermantel 1 integriert und wird durch das in dem Wassermantel 1 strömende
Wasser direkt gekühlt.
[0011] An die Innenseite des Wassermantels 1 sind Rippen 8 angeformt, die radial ausgerichtet
sind. In den freien Innenraum des Wassermantels 1 ist durch die dem Brenner 6 abgewandte
Stirnseite des Wassermantels 1 ein Einschubteil 9 eingesetzt. Das Einschubteil 9 ist
rohrförmig und legt sich an die Rippen 8 an. Das Einschubteil 9 hat im Querschnitt
die Form eines H, indem es durch eine radiale Trennwand 10 in zwei zu beiden Stirnseiten
hin offene Räume 11, 12 geteilt ist. Der dem Brenner 6 und dem Flammrohr 7 zugewandte
Raum dient als Feuerraum 11 zur Nachverbrennung des Brennstoffes. In den dem Brenner
6 abgewandten Raum 12 des Einschubteiles 9 ragt ein ungekühlter Rauchgassammler 13
bis nahe an die Trennwand 10 hinein. Die offene Stirnseite des Wassermantels 1 ist
durch einen Deckel 14 verschlossen, der von dem Rauchgassammler 13 durchdrungen ist.
Jenseits des Deckels 14 ist der Rauchgassammler 13 mit einem Meßstutzen 15 versehen.
[0012] Die Strömungsrichtung des durch die Verbrennung von Brennstoff und Luft entstandenen
Rauchgases ist in der Fig. 1 durch Pfeile gekennzeichnet. Nach dem Verlassen des Flammrohres
7 tritt das Rauchgas in den Feuerraum 11 ein und wird an der Trennwand 10 umgelenkt.
Das umgelenkte Rauchgas strömt durch Gassen 16, die zwischen dem Einschubteil 9 und
den an die Innenseite des Wassermantels 1 angeformten Rippen 8 gebildet sind. Am Ende
der Gassen 16 tritt das Rauchgas in den Ringraum zwischen dem Einschubteil 9 und dem
Rauchgassammler 13 ein. In den auf diese Weise geschaffenen Rauchgaswegen ist eine
Geschwindigkeit des Rauchgases eingehalten, die nahe an der Turbulenzgrenze liegt,
so daß eine Kondensation von kondensierbaren Bestandteilen des Rauchgases vermieden
wird. Das wird dadurch erreicht, indem ein entsprechend hoher statischer Druck in
dynamischen Druck umgewandelt wird, was zu einer Reduktion des auf die gekühlten Oberflächen
einwirkenden Druckes führt und mittelbar zu einer Senkung des Kondensationstemperaturpunktes
beiträgt. Der Durchmesser des Rauchgassammlers 13 ist so groß gewählt, daß nach dem
Eintritt des Rauchgases in den Rauchgassammler 13 sich die Strömungsgeschwindigkeit
des Rauchgases verlangsamt.
[0013] Der Wassermantel 1 einschließlich des Flammrohres 7 besteht aus einem Stück und ist
durch Gießen aus einem Graugußwerkstoff hergestellt. In der gleichen Weise ist das
Einschubteil 9 ausgebildet. Der Wassermantel 1 und das Einschubteil 9 erweitern sich
in Richtung des durch die Gassen 16 strömenden Rauchgases.
1. Heizungskessel für eine Niedertemperaturheizung mit einem Gas- oder Ölbrenner
(6), einem ungekühlten Rauchgassammler (13) und einem zylindrischen Wassermantel (1),
an dessen Innenseite Rauchgase entlanggeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der
Wassermantel (1) auf seiner Innenseite mit in Längsrichtung verlaufenden Rippen (8)
versehen ist, daß ein rohrförmiges Einschubteil (9) in den Wassermantel (1) eingesetzt
ist und an den Rippen (8) anliegt, daß der Wassermantel (1) und das Einschubteil (9)
jeweils als ein einstückiges, aus Gußeisen hergestelltes Bauteil ausgebildet sind
und sich in einer Richtung konisch erweitern und daß der Brenner (6) mit einem Flammrohr
(7) verbunden ist, das in den Wassermantel (1) integriert und durch Wasser gekühlt
ist.
2. Heizungskessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einschubteil (9)
von der dem Brenner (6) abgewandten Stirnseite in den Wassermantel (1) einschiebbar
ist.
3. Heizungskessel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Einschubteil
(9) durch eine radial angeordnete Trennwand (10) in zwei einseitig offene Räume (11,
12) aufgeteilt ist, von denen einer dem Flammrohr (7) zugewandt und als Feuerraum
ausgebildet ist und in dessen anderen Raum (12) der Rauchgassammler (13) bis nahe
an die Trennwand (10) geführt ist.
4. Heizungskessel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des
Rauchgassammlers (10) so groß gewählt ist, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Rauchgases
erst nach dem Eintritt in den Rauchgassammler (13) verlangsamt wird.
5. Verfahren zum Betreiben eines Heizungskessels nach den Ansprüchen1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das Rauchgas zwischen dem Wassermantel und dem Einschubteil sowie
zwischen dem Einschubteil und dem Rauchgassammler mit einer solchen Geschwindigkeit
geführt wird, daß auf die gekühlten Oberflächen des Wassermantels und des Einschubteiles
ein geringer, unterhalb des Atmosphärendruckes liegender statischer Druck einwirkt.