Die Erfindung betrifft einen Heizkessel zum Verbrennen flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Heizkessel der genannten Art sind bspw. nach der EP-A-0 217 320 bekannt und im Detail in unterschiedlichen, im Prinzip aber gleichen Konstruktionsformen in Benutzung.
Im Prinzip gilt diese bekannte Kesselausbildung sowohl für Heizlessel aus Stahlblech als auch aus Guß, aber bspw. auch für eine Stahlblech/Gußkombination gemäß der vorerwähnten EP-A-0 217 320, bei deren Gegenstand die Mittel- und Endglieder als Ringe im Stahlblechgehäuse eingesetzt sind, also nicht selbst das wasserführende Gehäuse bilden, sondern lediglich eine kondensatfeste, die eigentliche Feuerraumwand bildende Innenlage im Gehäuse.
Reine Gußheizkessel sind demgegenüber aus relativ schmalen, in einem Stück und im Kernguß hergestellten Einzelgliedern gebildet, die, im Bereich relativ kleiner Überströmöffnungen wasserseitig vernippelt, zu einem aus einer Vielzahl von Einzelgliedern bestehenden Block zusammengefügt werden. Um die Herstellung von Gußkesseln dieser Art einer einigermaßen rationellen Serienfertigung zugänglich zu machen, muß ein enormer technischer Aufwand getrieben werden, und zwar insbesondere auch in Rücksicht darauf, daß die Einzelteile bzw. die Gußglieder im Kernguß hergestellt werden. Die Bindemittel für das Binden des Formsandes der Kerne, die für die Ausbildung der Hohlräume in einem Kesselglied erforderlich sind, sind zum Teil hoch giftig. Der nach dem Guß nicht mehr verwendbare Kernformsand kann in der Regel deshalb nicht ohne weiteres auf einer normalen Deponie abgelagert und muß auf eine Sonderdeponie verbracht werden, was mit hohen Kosten und mit erheblichen Umständen verbunden ist. Durch die Ausbildung von Gußkesseln aus einer Vielzahl von in sich bis auf die kleinen zu vernippelnden Öffnungen geschlossen herzustellenden Einzelgliedern wird außerdem der Gußmaterialaufwand relativ groß, d.h., derartige Gußkessel haben zwangsläufig ein beträchtliches Gewicht.
Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen Heizkessel der eingangs genannten Art zu verbessern und zu schaffen, der bezüglich seiner wesentlichen Teile, also Gehäuse und Feuerraum, aus bezüglich der Kondensatresistenz günstigem Guß gefertigt sein soll, wobei aber diese Teile kernlos gießbar und damit fertigungsrationell und umweltschonend herstellbar sein sollen, und zwar mit der weiteren Maßgabe, einen solchen Kessel aus nur wenigen Teilen mit geringem Montageaufwand zusammenfügen zu können.
Diese Aufgabe ist mit einem Heizkessel der eingangs genannten Art nach der Erfindung durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angeführten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich nach den Unteransprüchen.
Im Gegensatz zu bisherigen Gußheizkessel, die aus einer in sich in einem Stück mit Kernen gegossenen, miteinander wasserseitig zu vernippelnden, relativ schmalen Einzelgliedern bestehen, ist der erfindungsgemäße Heizkessel nur aus "schalenförmig" gießbaren und damit "grün ausformbaren", d.h. ohne Kern gießbaren Elementen gebildet, die auf einfache Weise und ohne Vernippelung abdichtbar zusammengefügt sowohl das wasserführende Gehäuse als auch den Feuerraum bilden. Die kernlose Ausformbarkeit der Elemente läßt nicht nur den ganzen Kerngieß- und Entsorgungsaufwand für den Formsand entfallen, sondern sie läßt auch problemlos eine wesentlich größere Breitenbemessung der einzelnen Gliedern im Vergleich zur heutigen üblichen Breitenbemessung von Gußgliedern zu. Der kernlose Guß der erfindungsgemäßen Gliedern läßt außerdem problemlos und vorteilhaft besondere und weiterbildende Formgebungen an den Gliedern zu, die insbesondere in Richtung ausreichend druckfester Gestaltung, möglichst dünnwandiger Ausbildung der Wände und einfacher und prinzipiell gleicher Ausbildung der Endglieder zielen, was noch näher erläutert wird und was in einem Teil der Unteransprüche erfaßt ist.
Die erfindungsgemäße Ausbildung des Kessels der Glieder hat auch noch den großen Vorteil, daß trotz der Gliederbauweise ein nicht durch enge und kleine Überströmöffnungen unterteilter, wasserführender Innenraum vorliegt, sondern ein Innenraum, der praktisch dem eines Stahlheizkessels entspricht. Dadurch ist es möglich, unter Verwendung immer der gleichen Mittelglieder und entsprechender Endglieder diese zu den verschiedensten Kesseltypen zusammenfügen zu können.
Wesentlich aber dabei gleichermaßen selbstverständlich ist in Rücksicht auf die "Grünausformbarkeit", daß in der Gießform vertikal orientierte Flächen eine entsprechende Konizität haben müssen, um bei der Herstellung der Gießform aus Sand das Positivmodell ziehen zu können.
Der erfindungsgemäße Heizkessel, praktische Ausführungsformen und vorteilhafte Weiterbildungen werden nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigt
Der Heizkessel besteht aus einem wasserführenden, mit Vor- und Rücklaufanschlüssen 1, 2 versehenen Gehäuse 3, das von einem Feuerraum 4 durchgriffen ist, dessen beidendige Öffnungen 5 mit Verschlüssen 6, 7 versehen sind, von denen der eine 6 die Einsatzöffnung 8 für den Brenner und der andere 7 die Abgasführung enthält. Für einen derartigen Heizkessel ist nun wesentlich, und dies gilt für alle Ausführungsbeispiele, daß das wasserführende Gehäuse 3 aus mindestens einem Mittelglied 10 und zwei Endgliedern 11, 12 gebildet ist, wobei die kernlos ausgeformten Glieder 10-12 mit ihren Öffnungsrändern 13 gegeneinander gerichtet und abgedichtet zusammengespannt sind. Dabei ist jeweils die den Feuerraum 4 begrenzende Wand 14 als in den Gliedern umlaufender Steg 15 ausgebildet, der als integral mitgegossenes Teil in der Verbindungsebene E des betreffenden Gliedes endet, wobei die den Steg 15 tragende Querwand 16 des mindestens einen Kesselgliedes 10 mit mehreren, alle Gliedinnenräume 17 verbindenden Öffnungen 18 versehen ist. Diese Öffnungen 17 sind, wie aus Fig. 2 ersichtlich, in bezug auf den Gesamtquerschnitt eines Gliedes sehr groß, d.h., die Summe aller Querschnitte 17 entspricht praktisch dem Gesamtquerschnitt eines Gliedes im wasserführenden Bereich. Durch diese Öffnungen 17 wird also ein nicht durch enge und kleine Überströmöffnungen, die aufwendig zu vernippeln sind, unterteilter, wasserführender Innenraum, der praktisch dem wasserführenden Innenraum eines vergleichbaren Stahlheizkessels entspricht. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 handelt es sich um einen horizontal aufzustellenden Heizkessel mit im Feuerraum 4 eingesetzter, topfartig ausgebildeter Brennkammer 20. Wie aus der Darstellung ersichtlich, sind die beiden Mittelglieder 10 im Querschnitt H-förmig ausgebildet, während die beiden Endglieder 11, 12 U-förmig ausgebildet sind, wobei das Endglied 11 mit angegossen einen Ringbund für den Anschluß des hier den Brenner 9 tragenden Feuerraumverschlusses bildet, und das Endglied 12 weist in diesem Fall eine abzugsseitige Rückwand mit angegossenem Rauchgasabzugsstutzen 21 auf. Alle diese Glieder können aufgrund ihrer Formgebung kernlos gegossen werden, d.h., die Gießformen weisen nur ein Ober- und Unterteil auf, die zusammengefügt den Formhohlraum für die Glieder bilden. Sämtliche Glieder sind dabei im Bereich ihrer Öffnungsränder 13 derart ausgebildet, daß sämtliche Anschlußränder 13′ ineinandergreifende Stufen 30 aufweisen, wobei in der einen oder anderen Stufe eine Nut mit darin befindlicher Ringdichtung 31 angeordnet ist (siehe Fig. 3). Abgesehen davon, daß auch andere Spannverbindungsmöglichkeiten für die Glieder untereinander bestehen, die die wasserdichte Verbindung der Glieder untereinander gewährleisten müssen, ist eine Spannverbindung der Glieder untereinander bei allen Ausführungsbeispielen derart vorgesehen, daß sämtliche Glieder 10, 11, 12 mit gleichmäßig über den Gehäuseumfang verteilten, die Glieder in ihren Öffnungen 18 durchgreifenden Spannstangen 28 zusammengespannt sind, die mit ihren Enden entsprechend querschnittsbemessene und in bezug auf die Öffnungen 18 in den Querwänden 16 wesentlich kleinere Öffnungen 29 abgedichtet durchgreifen. In Fig. 4 ist ein solches Ende der Spannstangen, die in ihrer Verteilung auf den Gesamtumfang in Fig. 2 dargestellt sind, verdeutlicht. Diese Anordnung und Zuordnung der Spannstangen 28 an und zu den Einzelgliedern macht beim Guß die Anformung von verschraubbaren Fortsätzen sowohl außenseitig an den Gliedern als auch feuerraumseitig entbehrlich, die aber, wie erwähnt, auch möglich wäre, ohne dabei vom Prinzip der Grünausformbarkeit abgehen zu müssen. Diese Anordnung der Spannstangen 28 im Durchgriff des wasserführenden Innenraumes gewährleistet dabei vorteilhaft, daß sowohl die nach außen abdichtenden Ringdichtungen 31 als auch die auf der Feuerraumseite liegende Ringdichtungen 31 gleichzeitig zusammengespannt werden können.
Die Grünausformbarkeit der Glieder macht es auch möglich, daß wasserseitig in den Gliedern gleichmäßig über dem Umfang verteilt zwischen der jeweiligen Gliederaußenwand 33 und der den Feuerraum 4 begrenzenden Wand 14 Versteifungsrippen 34 angeordnet sind, die in bezug auf die Öffnungsränder 13 zurückgesetzt werden. Die Form der Rippen 34 ist in den Fi. 1 und Fig. 4 bis 8 verdeutlicht und deren Anordnung in bezug auf den Kesselquerschnitt in Fig. 2. Durch den Rückversatz der Rippen und deren Formgebung in Seitenansicht ist gewährleistet, daß die Zirkulation des Kesselwassers nicht behindert wird, wobei diesbezüglich dafür auch die sehr großen Öffnungen 18 in den Querwänden 16 für einen zusammenhängenden, wasserführenden Innenraum sorgen.
Dieses Bau- und Ausbildungsprinzip wiederholt sich auch bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 5 bis 8. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 handelt es sich um einen ebenfalls horizontal aufzustellenden Heizkessel, der bezüglich der Heizgasführung im Feuerraum 4 sich insofern vom Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 unterscheidet, als hierbei die eingesetzte Brennkammer 20 zum Umlenkboden 25 hin offen ist, und die Abgase brennerseitig den Heizkessel am dort angeordneten Endglied 11 durch den mit angegossenen Abgasabzugsstutzen 21, wie dargestellt, verlassen. Um das Prinzip der Grünausformbarkeit auch für das Endglied 12 beibehalten zu können, ist dieses brennerferne Endglied 12 zweischalig ausgebildet, wobei die eine Schale 24 den feuerraumseitigen, von einer mit Öffnungen 18 versehenen Querwand 16 getragenen Umlenkboden 25 bildet und die andere Schale 26 den äußeren Verschlußboden 27 des wasserführenden Gehäuses 3.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 handelt es sich um einen vertikal aufgestellten Heizkessel mit bodenseitig angeordnetem, atmosphärischem Brenner 9′ und mit einem oben aufgesetzten Blechgehäuse als Abgasführung 7. An die beiden, im Querschnitt H-förmigen Mittelglieder 10 sind die hierbei identisch ausgeformten, im Querschnitt U-förmig ausgebildeten Endglieder 11, 12 angeschlossen, wobei das ganze Gliedpaket wiederum, wie vorbeschrieben, durch die Spannstangen 28 zusammengespannt ist.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 weicht insofern von den vorbeschriebenen ab, als hierbei ausschließlich im Querschnitt U-förmige Glieder verwendet sind. Hierbei sind das Endglied 11 und das mindestens eine Mittelglied 10 im Querschnitt und wie erwähnt U-förmig ausgebildet, während das andere Endglied 12, das den Rauchgasabzugsanschlußstutzen 21 aufweist, als Verschlußplatte 23 ausgebildet ist. In umgekehrter Zuordnung wäre es natürlich auch möglich, den Anschlußrand 22 für den Feuerraumverschluß 6 am Endglied 12 vorzusehen und das andere Endglied 11 mit der Verschlußplatte 23 und dem Abzugsstutzen 21 zu versehen.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 entspricht praktisch dem nach Fig. 1 und weist lediglich den Unterschied auf, daß die den Feuerraum 4 begrenzende Wand 14 mit einer ein- oder mehrteiligen anliegenden Doppelwand 32 aus Guß oder Blech verkleidet ist, die sich über die Breite B eines Gliedes erstreckt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 ist dabei jedes Glied 10 bis 12 mit einer solchen Doppelwand 32 belegt, wobei die Doppelwände 32 mit den Längsrippen 19 versehen sind. Wenn es sich bei den Doppelwänden 32 um Elemente aus Guß handelt, werden an diesen die Längsrippen 19 direkt mit angeformt, und wenn es sich um einen Doppelmantel aus Blech handelt, so werden an diesem die Längsrippen in bekannter Weise entsprechend aus dem Blechzuschnitt gefaltet und in die Glieder mit Wärmeleitkontakt eingebracht. Abgesehen davon, daß diese Doppelwände 32 eine besondere Art der kondensatsicheren Ausbildung eines solchen Kessels darstellen, hat diese Ausführungsform den Vorteil, daß die Einzelglieder ohne Längsrippen ausgeformt werden können. Insbesondere bei der Ausbildung der Doppelwände 32 aus Guß hat man es dabei in der Hand, ohne die Grundform für die Ausformung der Glieder ändern zu müssen, die Längsrippen hinsichtlich ihrer speziellen Gestaltung (unterschiedliche Höhen und ggf. unterschiediche Rippenabstände zueinander) herstellen zu können. Solche Maßgaben bezüglich der Rippengestaltung sind aber auch möglich, wenn, wie in den anderen Ausführungsbeispielen dargestellt, die Rippen beim Guß der Einzelglieder direkt mit ausgeformt werden.
Sämtliche vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele basieren also gewissermaßen auf einem Baukastenprinzip, für das sämtliche Mittel- bzw. Zwischenglieder in großer Stückzahl hergestellt werden können, wobei lediglich die Endglieder 11, 12 in Anpassung an den jeweils zusammenzufügenden Kesseltyp einer insofern besonderen Formgebung bedürfen, dies aber ebenfalls mit der Maßgabe, daß auch diese Endglieder kernlos ausformbar sind, und zwar in Rücksicht darauf, daß der technische Aufwand für eine rationelle Serienfertigung bei kernlos ausformbaren Gliedern beträchtlich geringer ist als beim Gießen von Gliedern mit Kern, da dabei die fertig gegossenen Glieder nicht unmittelbar zur Weiterbearbeitung weitergefördert werden können, sondern erst der in den gegossenen Elementen enthaltene Kernsand entfernt werden muß, wobei dieser keiner Wiederverwendung zugänglich ist und der Entsorgung bedarf.