Gasheizkessel mit atmosphärischem Brenner

Abstract

 Der Gasheizkessel mit atmosphärischem Brenner besteht aus einem zylindrischen, wassergekühlten Brennschacht (1), in dessen un­tersten Bereich der atmosphärische Gasbrenner (2) und über die­sem ein einen im Querschnitt ringförmigen, durch Verrippung ge­gliederten Heizgaszugkanal (3) begrenzender, mit dem wasserge­kühlten Brennschacht (1) in Verbindung stehender Verdrängerein­satz (4) angeordnet ist, über dem sich eine Abgassammelkammer (5) mit Abgasabzugsstutzen befindet. Nach der Erfindung ist der Verdrängereinsatz (4) aus zwei flüssigkeitsdicht zusammenfügba­ren Schalen (6, 7) gebildet die "grün ausgeformt" aus konden­satfestem Guß gebildet sind. Die untere, brennerseitige Schale (6) weist dabei mindestens einen Angußfortsatz (8) für den An­schluß mindestens eines Zuströmkanales (9) auf, der den Verdrän­gereinsatz (4) mit dem wasserführenden Doppelmantel des Brenn­schachtes (1) verbindet. Die untere (6) oder die obere Schale (7) weist ebenfalls mindestens einen Angußfortsatz (8) für den Anschluß mindestens eines Anströmkanales (10) auf, der den Ver­drängereinsatz (4) mit dem wasserführenden Doppelmantel des Brennschachtes (1) verbindet. Die untere Schale (6) ist minde­stens im Bereich des im Querschnitt kreisringförmigen Heizgaszu­ges (3) mit angegossenen Wärmeübertragungsflächenvergrößerungen (11) in Form von Längsrippen (12) versehen, die in die Zwischen­räume (13) von an der Brennschachtwand (14) angeordneten Längs­rippen (15) eingreifen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Gasheizkessel mit atmosphärischem Brenner gemäß Oberbegriff des Hauptanspruches.

[0002] Ein Gasheizkessel dieser Art ist nach der FR-A-20 86 966 bekannt. Ferner ist ein einschlägiger Gasheizkessel nach dem DE-­U-80 02 621 bekannt. Einen ähnlichen Aufbau hat auch ein Gas­heizkessel nach der DE-A-22 89 019. Beim Verdrängerkorper des Heizkessels nach dem DE-U-80 02 621 handelt es sich um eine Art topfförmige Brennkammer, die mit ihrem offenen Ende gegen den darunter angeordneten atmosphärischen Gasbrenner gerichtet ist. Die Wärmeübertragung an das Wärineträgermedium kann hierbei also ausschließlich über die innenberippten Schachtwandungen erfol­gen, und da dieser Verdrängereinsatz nicht kühlbar ist und somit sehr heiß wird, kann mit diesem Verdrängerkörper auch nicht NOX-­reduzierend auf den Verbrennungsvorgang eingewirkt werden. Beim einleitend genannten Heizkessel nach der FR-A-20 86 966 ist im Brennschacht, praktisch dessen ganze Höhe einnehmend, ein was­serführender Blechzylinder eingesetzt, der mit Vor- und Rück­laufanschlüssen mit der wasserführenden Doppelwand des Brenn­schachtes in Verbindung steht. Die Außenwand des Zylinders ist dabei mit aus speziellen Profilen gebildeten und aufgesetzten Längsrippen besetzt. Dieser zylindrische Verdrängereinsatz ist insbesondere anströmseitig thermisch hoch belastet und damit auch unvermeidbar Kondensatangriffen ausgesetzt, wobei, was die Wärmeübertragung betrifft, gewissermaßen eine Unbalance zwischen nichtberipptem, wassergekühltem Brennschacht einerseits und an­dererseits dem außenberippten, wassergekuhlten Verdrängereinsatz besteht. Wie der Verdrängereinsatz tatsächlich ausgebildet ist, um allen heiztechnischen Erfordernissen genügen zu können, näm­lich ausreichend lange Ausbrennstrecke, Kondensatfestigkeit, NOX-Reduzierung bei möglichst grober Wärmeübertragungsfläche und trotzdem einfacher Fertigung, ist der FR-A-20 86 966 nicht zu entnehmen.

[0003] Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen Gas­heizkessel der gattungsgemäßen Art dahingehend zu verbessern, dar bei kondensatfester Ausbildung seiner heizgasbeaufschlagten Bereiche der zentrale Schachtbereich innerhalb der Berippung ebenfalls, wie beim Kessel nach der FR-A-20 86 966, zur Wärme­übertragung an das Wärmeträgermedium ausgenutzt werden kann und zwar mit der Maßgabe, auch diese daran beteiligten Elemente hin­sichtlich ihrer Fertigung und Montage auf einfache Weise konden­satfest zu gestalten und gleichzeitig NOX-reduzierend auf den Verbrennungsvorgang einzuwirken, wobei auch die Fertigung des Verdrängereinsatzes umweltschonenden Gesichtspunkten Rechnung tragen soll.

[0004] Diese Aufgabe ist mit einem atmosphärischen Gasheizkessel der eingangs genannten Art nach der Erfindung durch die im Kennzei­chen des Hauptanspruches angeführten Merkmale gelöst Vorteil­hafte Weiterbildungen und praktische Ausführungsformen ergeben sich nach den Unteransprüchen.

[0005] Bei dieser erfindungsgemäßen Lösung ist also nicht einfach, was naheliegend wäre, das Prinzip eines wasserführenden Verdrän­gereinsatzes in der Weise übernommen, dar der Verdrängereinsatz nach der FR-A-20 86 966 durch einen solchen aus Guß ersetzt ist, sondern dieser Verdrängereinsatz ist aus zwei flüssigkeitsdicht zusammenfügbaren Schalen gebildet, die "grün ausgeformt" aus kondensatfestem Guß gebildet sind. Unter "grün ausgeformt" ist dabei zu verstehen, daß die Gußausformung ohne Kern erfolgen kann, d.h. das Positivmodell der beiden Schalen ist so gestal­tet, daß es aus dem Formsand entnommen werden kann und zwischen den beiden Formsandteilen keine Kerne aus Formsand angeordnet werden müssen. Dies hat seine umweltschonende Bedeutung darin, daß kein durch die notwendigen Bindemittel giftiger Formsand für die Ausbildung der Kerne erforderlich ist, der entweder in auf­wendiger Weise entgiftet oder auf Sonderdeponien abgelagert wer­den muß. Außerdem lassen sich "grün ausgeformte" Teile rationel­ler fertigen als Teile, die mit Kernen hergestellt werden müs­sen. Die Ausformung des Verdrängereinsatzes aus Guß hat gleich­zeitig den Vorteil, daß gleichzeitig mit dessen Gießherstellung alle anderen notwendigen Ausformungen, wie Angußfortsätze für den Anschluß der Zu- und Abströmkanäle, Rippenausbildungen oder sonstige übertragungsflächenvergrößerungen beim Gießen gleich mit hergestellt werden können. Der ganze Verdrängereinsatz ist also abgesehen von seinem kondensatgünstigen Verhalten denkbar einfach durch Gießen herzustellen, der durch die Maßgabe, daß auch die Brennschachtwand mit Längsrippen versehen sein soll, wesentlich kürzer bzw. kleiner gehalten werden kann als der Ver­drängereinsatz nach der FR-A-20 86 966.

[0006] Der erfindungsgemäße Gasheizkessel, vorteilhafte Weiterbildungen und seine praktischen Ausführungsformen nach den Unteransprüchen werden nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

[0007] Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform des Gasheizkessels;

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Gasheizkessel gemäß Fig. 1;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch den Gasheizkessel in einer weiteren Ausführungsform;

Fig. 4-6 Teilschnitte durch besondere Ausführungsformen;

Fig. 7 einen weiteren Längsschnitt durch den Gasheizkessel in einer weiteren Ausführungsform und

Fig. 8 einen Teilschnitt durch einen doppelwandig ausgebil­deten Zuströmkanal.

[0008] Der Gasheizkessel besteht aus einem zylindrischen, wassergekühl­ten Brennschacht 1, in dessen untersten Bereich der atmosphäri­sche Gasbrenner 2 und über diesen ein einen im Querschnitt ring­förmigen, durch Verrippung gegliederten Heiztgaszugkanal 3 be­grenzender, mit dem wassergekühlten Brennschacht 1 in Verbindung stehender Verdrängereinsatz 4 angeordnet ist über dem sich eine Abgassammelkammer 5 mit zentrischem Abgasabzugsstutzen befindet.

[0009] Für einen solchen Gasheizkessel ist nun wesentlich, daß der Ver­drängereinsatz 4, wie aus Fig. 1 ersichtlich, aus zwei flüssig­keitsdicht zusammenfügbaren Schalen 6, 7 gebildet ist die "grün ausgeformt" aus kondensatfestem Guß gebildet sind. Die untere, brennerseitige Schale 6 weist dabei einen Angußfortsatz 8 für den Anschluß des Zuströmkanales 9 auf, der den Verdrängereinsatz 4 mit dem wasserführenden Doppelmantel des Brennschachtes 1 ver­bindet. Erforderlichenfalls können natürlich auch zwei oder drei Zuströmkanäle 9, entsprechend auf den Umfang verteilt, vorgese­hen werden. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist die obere Schale 7 als Topf 7′ ausgebildet und dieser in die ebenfalls topfförmige untere Schale 6 eingesetzt, wobei der Umfangsrand 20 der oberen Schale 7′ auf den Umfangsrand 21 der unteren Schale abgedichtet aufgesetzt ist, die in diesem Falle sowohl mit dem Anschlußfortsatz 8 für den unteren Zuströmkanal 9 als auch für den oberen Abströmkanal 10 versehen ist. Wie aus Fig. 2 ersicht­lich, ist sowohl die untere Schale 6 mit radial nach außen ge­richteten Längsrippen 12 als auch die Brennschachtwand 14 mit radial nach innen gerichteten Längsrippen 15 versehen, wobei die Rippen 12 in die Zwischenräume zwischen den Rippen 15 eingrei­fen. Dadurch wird vorteilhaft eine bessere Wärmeübergangsbalance im ganzen ringförmigen Heizgaszugkanal 3 erreicht, da den durch­strömenden Heizgasen nach beiden Seiten gleichmäßig Wärme entzo­ gen wird, was mit einer intensiven Abkühlung und damit auch NOX-­Reduzierung verbunden ist. Zwecks Wärmeübertragungsvergrößerung sind bei allen Ausführungsbeispielen die unteren Schalen 6 und zwar an ihrer Bodenwand 16 mit angegossenen Wärmeübertragungs­flächevergrößerungen 11 in Form von Noppen 17 versehen, die problemlos bei der Herstellung der unteren Schale 6 mit berück­sichtigt werden können, da dies die Ausformung aus Gußmaterial ohne weiteres und ohne großen Aufwand zuläßt.

[0010] Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 3 bis 6 ist der Gas­heizkessel derart ausgebildet, daß die obere, als Topf ausgebil­dete und in die untere Schale 6 eingesetzte Schale 7 einen in Richtung ihres Bodens 16 zurückgewölbten Umfangsrand 21 und die­ser den Anschlußfortsatz 8 für den oberen Abströmkanal 10 auf­weist. Besonders deutlich ist dies in den Fig. 4 und 6 darge­stellt, aus denen auch ersichtlich ist, daß der zurückgewölbte Umfangsrand 21 ebenfalls radial nach außen gerichtete Längsrip­pen 12′ aufweist. Dies hat den Vorteil, daß die Länge der Längs­rippen 12, die sich ja nach Möglichkeit über die ganze Länge des ringförmigen Heizgaszuges 3 erstrecken sollen, für die beidne Schalen reduziert werden kann, was die Ausformung des Positivmo­dells aus dem Formsand erleichtert, was ja im Bereich der Längs­rippen besonders kritisch ist. Gleiches gilt auch für das Aus­führungsbeispiel nach Fig. 7, bei dem ebenfalls die Obere Schale 7 mit radial nach außen gerichteten Längsrippen 12 versehen ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist übrigens die obere Schale 7, wie dargestellt, als die Öffnung 18 der unteren, topfförmigen Schale 6 überwölbende Schale ausgebildet, die mit einem zum Ab­strömkanalanschluß 10 ansteigenden Abströmbereich 19 versehen ist. Auch eine solche Ausformung kann problemlos ohne Kern er­folgen, wobei lediglich die Bohrung für den Anschluß des oberen überströmkanales 10 aufgebohrt werden muß. Der Anschlußfortsatz 8 an der unteren Schale 6 weist nach unten und der überströmka­nal 9 ist hierbei sehr tief, wie ersichtlich, an der wasserfüh­renden Doppelwand des Brennschachtes 1 angeschlossen.

[0011] Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 3 bis 5 sind die beiden Schalen 6, 7 an ihren Anschlußrändern 22, die natürlich entspre­chend bearbeitet sein müssen, mit Schrauben 23 unter Einschluß einer Ringdichtung 24 miteinander verbunden. Gemäß Fig. 6 ist es aber auch möglich, und dies gilt auch für das Ausführungsbei­spiel zu Fig. 7, die Anschlußränder 22 der beiden Schalen 6, 7 mit Innen- und Außengewinde 25 zu versehen und beide Schalen miteinander abgedichtet zu verschrauben. Der Einbau in den Brennschacht 1 erfolgt natürlich im zusammengeschraubten Zustand des Verdrängerkörpers 4. Soweit der Verdrängerkörper 4 eine topfartige, in den Innenraum der unteren Schale 6 einragende obere Schale 7 aufweist, wie dies bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1, 3 der Fall ist, so ist der Innenraum 26 der topfartigen oberen Schale 7 zur Abgassammelkammer 5 hin mit ei­nem Deckel 27 verschlossen. Diese Ausführungsformen haben übri­gens den Vorteil eines relativ geringen wasserführenden Innen­raumes 26′ im Verdrängerkörper, wodurch sich relativ hohe Durch­strömgeschwindigkeiten für das Wärmeträgermedium und damit eine entsprechend intensive Kühlung des Verdrängereinsatzes 4 erge­ben.

[0012] Wie insbesondere aus Fig. 4, 6 ersichtlich, ist in Rücksicht auf die angestrebte Kondensatsicherheit des ganzen Kessels auf der Gasseite die Brennschachtwand 14 doppelwandig ausgebildet, d.h., gemäß Ausführungsbeispiel ist hierbei die Brennschachtwand aus einzelnen Gußringen 14′ gebildet, an denen die radial nach innen gerichteten Längsrippen 15 mit angegossen sind. Ebenso in Rück­sicht auf eine kondensatfeste Ausbildung sind die Zu- und Ab­strömkanäle 9, 10 ebenfalls wie die Brennschachtwand 14 doppel­wandig ausgebildet. Das Innere Kanalstück ist dabei abgedichtet in den mit angegossenen Anschlußfortsatz 8 des Verdrängerein­satzes 4 eingeschraubt, wobei dann das äußere Kanalstück 28 durch die Öffnung 27 in der Brennschachtwand 14 einfach überge­schoben wird. Nach Einschub wird dann das Innere Kanalstück 29 per Schweißnaht 30 an die Schachtwand 14 flüssigkeitsdicht ein­gebunden, nachdem vorher geeignete Dichtungsmasse in die klei­nen, ringförmigen Räume 31 eingebracht wurde. Beim Einschrauben des inneren Kanalstückes 29 in den Anschlußfortsatz 8 wird na­türlich ebenfalls geeignetes Dichtungsmittel mit eingebracht. In Fig. 8 ist zwar nur der Zuströmkanal 9 zum Verdrängereinsatz 4 dargestellt, diese Art der Einbindung gilt aber auch für die Ab­strömkanäle 10.

Ansprüche

1. Gasheizkessel mit atmosphärischem Brenner, bestehend aus einem zylindrischen, wassergekühlten Brennschacht (1), in dessen unterstem Bereich der atinosphärische Gasbrenner (2) und über diesem ein einen im Querschnitt ringförmigen, durch Verrippung gegliederten Heizgaszugkanal (3) begrenzender, mit dem wassergekühlten Brennschacht (1) in Verbindung ste­hender Verdrängereinsatz (4) angeordnet ist, über dem sich eine Abgassammelkammer mit Abgasabzugsstutzen befindet, dadurch gekennzeichnet,
daß der Verdrängereinsatz (4) aus zwei flüssigkeitsdicht zu­sammengefügten Schalen (6, 7) gebildet ist, die "grün ausge­formt" aus kondensatfestem Guß gebildet sind, daß die untere, brennerseitige Schale (6) einen Angußfort­satz (8) für den Anschluß mindestens eines Zuströmkanals (9) aufweist, der den Verdrängereinsatz (4) mit dem wasserfüh­renden Doppelmantel des Brennschachtes (1) verbindet, daß die untere (6) oder die obere Schale (7) mindestens einen Angußfortsatz (8) für den Anschluß mindestens eines Abströmkanales (10) aufweist, der den Verdrängereinsatz (4) mit dein wasserführenden Doppelmantel des Brennschachtes (1) verbindet, und
daß mindestens die untere Schale (6) mindestens im Bereich des im Querschnitt kreisförmigen Heizgaszuges (3) mit ange­gossenen Wärmeübertragungsflächenvergrößerungen (11) in Form von Längsrippen (12) versehen ist, die in die Zwischenräume (13) von an der Brennschachtwand (14) angeordneten Längsrip­pen (15) eingreifen.

2. Gasheizkessel nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die untere Schale (6) anströmseitig an ihrer Bodenwand (16) mit angegossenen Wärmeübertragungsflächenvergrößerungen (11) in Form von Noppen (17) versehen ist.

3. Gasheizkessel nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die obere Schale (7) als Topf (7′) ausgebildet und die­ser in die topfförmige, untere Schale (6) eingesetzt ist, wobei der Umfangsrand (20) der oberen Schale (7) auf den Um­fangsrand (21) der unteren Schale (6) abgedichtet aufgesetzt ist, die sowohl mit dem Anschgußfortsatz (8) für den unteren Zuströmkanal (9) als auch für den oberen Abströmkanal (10) versehen ist.

5. Gasheizkessel nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die obere, als Topf ausgebildete und in die untere Schale (6) eingesetzte Schale (7) einen in Richtung ihres Bodens (16) zurückgewölbten Umfangsrand (21) und dieser den Anschlußfortsatz (8) für den oberen Abströmkanal (10) auf­weist.

6. Gasheizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Schalen (6, 7) an ihren Anschlußrändern (22) mit Schrauben (23) unter Einschluß einer Ringdichtung (24) miteinander verbunden sind.

7. Gasheizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Anschlußränder (22) der beiden Schalen (6, 7) mit Innen- und Außengewinde (25) versehen und damit abgedichtet verschraubt sind.

8. Gasheizkessel nach einem der Ansprüche 4 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Innenraum (26) der topfartigen oberen Schale (7) zur Abgassammelkammer (5) hin mit einem Deckel (27) verschlossen ist.

9. Gasheizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zu- und Abströmkanäle (9, 10) ebenfalls wie die Brennschachtwand (14) doppelwandig ausgebildet sind.

10. Gasheizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Verdrängereinsatz (4) die Hälfte oder angenähert die Hälfte der Höhe (H) des Brennschachtes (1) aufweist.

Zeichnung