Heizkessel

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Heizkessel, bestehend aus in einem Gehäuse (1) angeordnete, durch eine Wand (2) voneinander getrennte, Gas und Wasser führende Räume, wobei sich der die Heizgase führende Raum zwischen einer Brennkammer (3) und dem Abgasabzug (4) erstreckt und der das Wasser führende Raum mit Vor- und Rücklaufanschlüssen (5, 6) versehen ist. Um sowohl auf der Gas- als auch auf der Wasserseite für optimale Strömungsverhältnisse und bei kompakter Bauweise für relativ lange Strömungswege zu sorgen, ist erfindungsgemäß der die Heizgase führende Raum in Form einer mindestens eingängigen, im wesentlichen den Querschnitt des Gehäuses (1) einnehmenden und mit ihrer Achse (7) vertikal orientierten Hohlwendel (8) ausgebildet, zu der sich auf der anderen Seite der Wand (2) der entsprechend gewendelte, wasserführende Raum zwischen Hohlwendel (8) und Gehäuseumfangswand (9) erstreckt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Heizkessel, bestehend aus in einem Gehäuse angeordnete durch eine Wand voneinander getrennte, Gas und Wasser führende Räume, wobei sich der die Heizgase führende Raum zwischen einer Brennkammer und dem Abgasabzug erstreckt und der das Wasser führende Raum mit Vor- und Rücklaufanschlüssen versehen ist.

[0002] Obgleich es die unterschiedlichsten Heizkesselkonstruktionen gibt, liegt praktisch allen Heizkesseln dieses einleitend genannte Bauprinzip zugrunde, wobei immer versucht wird, optimale Bedingungen sowohl auf der Gasseite als auch der Wasserseite hinsichtlich des Wärmeüberganges und der Größe der Wärmeübertragungsflächen bei möglichst kompakter Baugröße und Korrosionsfestigkeit zu erreichen, und dies ebenfalls immer unter dem Aspekt eines vertretbaren Fertigungsaufwandes. Diesbezüglich ist im modernen Heizkesselbau schon viel erreicht worden.

[0003] An diesen Maßgaben anknüpfend, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Heizkessel zu schaffen, der lediglich durch entgegengesetzte Installations-Aufstellung (Brennkammer oben / Brennkammer unten) sowohl als Heizwert- als auch als Brennwertkessel betrieben werden kann, der zudem bei vergleichsweise kleinen Außenabmessungen eine sehr große Wärmeübertragungsfläche aufweist und nahezu ideale Durchströmbedingungen für die beiden beteiligten Medien, nämlich einerseits für die Heizgase und andererseits für das Wasser als Wärmeträgermedium.

[0004] Diese Aufgabe ist mit einem Heizkessel der eingangs genannten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der die Heizgase führende Raum in Form einer mindestens eingängigen und im wesentlichen den Querschnitt des Gehäuses einnehmenden und mit ihrer Achse vertikal orientierten Hohlwendel ausgebildet ist, zu der sich auf der anderen Seite der die Hohlwendel begrenzenden Wände der entsprechend gewendelte, wasserführende, ebenfalls mindestens eingängige Raum zwischen Hohlwendel und Gehäuseumfangswand erstreckt.

[0005] Bei dieser erfindungsgemäßen Ausbildung sind konsequent der Heizgaszug und unter Ausnutzung von dessen Gestaltung auch die Wasserseite gewissermaßen als stetig verlaufende "Förderschnecken" ausgebildet, die für die beiden beteiligten Medien ideale Strömungswege darstellen.

[0006] Eine solche erfindungsgemäße Ausbildung ist zwar mit einem etwas größeren fertigungstechnischen Aufwand für die Herstellung der Wärmeübertragungsfläche verbunden, andererseits ergibt sich aber eine Vielzahl von Vorteilen, die den etwas größeren Fertigungsaufwand rechtfertigen. So ergeben sich in Bezug auf die Außenabmessungen relativ lange Strömungswege sowohl auf der Gas-als auch auf der Wasserseite. Den Strömungswiderstand erhöhende Strömungsumlenkungen für beide Medien sind nicht vorhanden, und der erfindungsgemäße Heizkessel bedarf praktisch keiner Änderung, um diesen sowohl im Normalbetrieb (Heizwertkessel) als auch im Kondensatbetrieb (Brennwertkessel) betreiben zu können.

[0007] Nach der US-A-2 101 892 ist zwar ein Heizkessel bekannt, bei dem, abgesehen davon, daß es sich offensichtlich um einen Festbrennstoffkessel handelt und dieser deshalb auch nicht für eine Installation mit oben angeordneter Brennkammer in Betracht gezogen werden kann, die beiden beteiligten Medien (Heizgase/Wärmeträgermedium) zwar auch einen relativ langen Weg zurückzulegen haben, dies ist aber durch eine ziemlich aufwendige und heute nicht mehr vertretbare Konstruktion erreicht, bei der unterhalb von eingebauten Trennwänden und speziell ausgebildeten Umlenkbereichen zur Heizgasführung zwischen in Etagen angeordneten horizontalen Verteilerrohren Rohrregister angeordnet sind. Außerdem ist es nach der US-A-5 022 352 bekannt, die aus der Brennkammer abströmenden Heizgase durch eine Hohlwendel zum Abgasanschluß zu leiten. Hierbei handelt es sich aber um ein gewendeltes Rohr, das einfach im wasserführenden Innenraum des Kesselgehäuses angeordnet ist, d.h., eine wendelförmige und den gesamten Kesselinnenraum satt ausfüllende Gliederung für die Heizgas- und die Wasserführung liegt hierbei nicht vor.

[0008] Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösung bestehen in Folgendem:

[0009] Die Maßgabe nach Anspruch 2 führt zu einer problemlosen Anpassung der Gasseite an das sich aufgrund der zunehmenden Abkühlung reduzierende Abgasvolumen.

[0010] Ausbildungen im Sinne der Ansprüche 3 und 4 sorgen dafür, daß ein Wärmeabfluß von direkt gasbeaufschlagten Teilen auf ein Minimum reduziert ist.

[0011] Gemäß Anspruch 5 ist das Ganze in einem Stück aus Gußmetall (bevorzugt Alu) herstellbar, wobei in Verbindung damit gemäß Anspruch 6 auch der Kernfertigungs- und Entformungsaufwand reduziert werden kann.

[0012] Gemäß Anspruch 7 ist es möglich, eine Kombinationsbauweise aus Guß und Stahlblech zu verwirklichen.

[0013] Ferner kann der Kern der Hohlwendel ebenfalls hohl ausgebildet werden, um mit separaten bzw. zusätzlichen Vor- und Rücklaufanschlüssen daran einen separaten Heizkreis anschließen zu können.

[0014] Der erfindungsgemäße Heizkessel und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

[0015] Es zeigt schematisch

Fig. 1

einen Längsschnitt durch den Heizkessel für normale Betriebsweise;

Fig.1A,B

im Schnitt besondere Ausführungsformen der Hohlwendel;

Fig. 2

einen Längsschnitt durch den Heizkessel für einen Brennwertbetrieb;

Fig.3,4

entsprechend besondere Ausführungsformen zwecks Reduzierung des Wärmeübergangs von direkt gasbeaufschlagten Wärmeübertragungsteilen nach außen;

Fig. 5

stark schematisiert eine weitere Ausführungsform;

Fig. 6

eine weitere besondere Ausführungsform für den Anschluß zweier Heizkreise;

Fig.7,8

perspektivisch zwei weitere Ausführungsformen;

Fig. 9

den Boden einer oben im Heizkessel angeordneten Brennkammer mit Einströmöffnungen für drei gasführende Hohlwendel;

Fig. 10

den unteren Bereich des Heizkessels, ebenfalls in Draufsicht, mit den Rücklaufanschlüssen;

Fig. 11

stark schematisiert einen Längsschnitt durch den Heizkessel mit drei gasführenden Hohlwendeln, d.h. einer dreigängigen Hohlwendel und

Fig. 12

eine besondere Ausführungsform des Heizkessels mit einer dreigängigen Hohlwendel.

[0016] Dem Heizkessel liegt das allgemein übliche Bauprinzip zugrunde, nämlich bestehend aus in einem Gehäuse 1 angeordnete, durch eine Wand 2 voneinander getrennte, Gas und Wasser führende Räume, wobei sich der die Heizgase führende Raum zwischen einer Brennkammer 3 und dem Abgasabzug 4 erstreckt und der das Wasser führende Raum mit Vor- und Rücklaufanschlüssen 5, 6 versehen ist.

[0017] Für einen solchen Heizkessel, der je nach Gestaltung der Brennkammer und Art des Brenners B sowohl mit gasförmigen als auch flüssigen Brennstoffen betrieben werden kann, ist nun wesentlich, daß der die Heizgase führende Raum in Form einer mindestens eingängigen und mit ihrer Achse 7 vertikal orientierten Hohlwendel 8 ausgebildet ist, zu der sich auf der anderen Seite der die Hohlwendel 8 begrenzenden Wand 2 der entsprechend gewendelte, wasserführende Raum zwischen Hohlwendel 8 und Gehäuseumfangswand 9 erstreckt. Die Hohlwendel und das Gehäuse müssen dabei keineswegs zwingend zylindrisch ausgebildet sein, sondern kastenförmige Gestaltungen, wie in Fig. 8 veranschaulicht, sind ebenfalls möglich, obgleich einer zylindrischen Form, wie in den Fig. 1 bis 6 dargestellt, der Vorzug zu geben ist.

[0018] Die Fig. 1, 2 machen in Gegenüberstellung deutlich, daß eine solche Ausbildung keiner Änderungen bedarf, wenn man den Heizkessel gemäß Installation nach Fig. 1 mit normalem Heizwertbetrieb oder gemäß Fig. 2 mit Brennwertbetrieb betreiben will, d.h., im letzteren Fall ist der Heizkessel lediglich über Kopf aufzustellen, was dank der schraubenlinienförmigen Strömungsführung beider Medien möglich ist. Ersichtlich ist aus diesen Fig. 1, 2 auch, daß sich damit gewissermaßen automatisch keinerlei Bereiche ergeben, in denen sich Dampfblasen sammeln können und daß unproblematisch für eine Querschnittsanpassung an das abnehmende Abgasvolumen gesorgt werden kann. Außerdem kann ein solcher Kessel bei groß angelegter Steigung der Hohlwendel 8 durchaus auch mit einem atmosphärischen Gasbrenner B (ohne Gebläse) betrieben werden.

[0019] Bei den Ausführungsformen nach Fig. 1, 2 ist die Gehäuseumfangswand 9, wie dargestellt, an der äußeren Begrenzung der Hohlwendel beteiligt, wobei es ohne weiteres möglich ist, ggf. an diesen Bereichen der Umfangswand verschließbare Putzöffnungen anzuordnen, die nicht besonders dargestellt sind, da ohne weiteres vorstellbar.

[0020] Die dargestellte, schlank-zylindrische Form des Gehäuses 1 ist, obgleich bevorzugt, keineswegs zwingend, d.h., und dies gilt insbesondere bei einer Ausbildung aus Gußmetall, das Gehäuse 1 kann auch durchaus bei geringerer Höhe mit größerem Durchmesser versehen werden, um bspw. einen entsprechend durchmessergroßen aber dann ebenflächigen oder schwach gewölbten Flächenbrenner verwenden zu können. Abgesehen davon kann auch das Gehäuse 1 quaderförmig ausgebildet werden.

[0021] Ebenfalls nicht dargestellt, da auch ohne weiteres vorstellbar, ist die Ausführungsform, bei der an der Brennkammer 3 zwei Hohlwendeln 8 angeschlossen sind, was insbesondere für Kessel mit größeren Abmessungen und größerer Leistung in Frage käme.

[0022] Die Ausführungsformen, wie in Fig. 1, 2 dargestellt, sind insbesondere für eine Fertigung aus Guß bestimmt, lassen sich aber auch aus Stahl- bzw. Edelstahlblech verwirklichen, wenn die Hohlwendel 8 im Sinne der Fig. 1A, B ausgebildet wird, wobei keineswegs zwischen den Hohlwendelgängen 8' und der Gehäuseumfangswand 9 eine feste Verbindung bestehen muß. Insbesondere bei Gußausführung der Hohlwendel können zwecks Wärmeübertragungsflächenvergrößerung in Strömungsrichtung verlaufende Rippen oder Noppen vorgesehen werden, was nicht besonders dargestellt ist, da ohne weiteres vorstellbar.

[0023] Um die wärmeleitende Verbindung zwischen Hohlwendel 8 und Umfangswand so klein wie möglich zu halten, ist die Hohlwendel 8 an ihrem Außenumfang mit einem entsprechend gewendelten Distanzsteg 12 zur Gehäuseumfangswand 9 versehen, wie dies in den Fig. 3, 4 verdeutlicht ist. Ein solcher, ebenfalls durchgehend gewendelter, dem Hohlwendelverlauf 8 folgender Distanzsteg 12 sorgt im übrigen konsequent dafür, daß auch der Strömungsweg des Wassers entsprechend lang wird.

[0024] Unter Verweis auf Fig. 5 können bei einer Ausführung in Blech-Gußkombination die obere und die untere Gehäusewand 10, 11 abgedichtet auf die Enden 13 einerseits der Brennkammer 3, andererseits der Hohlwendel 8 und die der Gehäuseumfangswand 9 aufgeflanscht ausgebildet sein.

[0025] Ferner ist es möglich, die Hohlwendel 8 einschließlich der Brennkammer 2 und der die Abzugsöffnung 4' begrenzenden Teile aus Guß zu bilden und diesen Gußkörper in das aus Stahlblech gebildete Gehäuse 1 abgedichtet einzusetzen. Für die Gußfertigung der Hohlwendel hat dies den Vorteil, daß nur der innere Kern nach vollzogenem Guß aus der Hohlwendel 8 entfernt werden muß und der bzw. die beiden äußeren Formkern(e) denkbar einfach entfernt werden können.

[0026] Abgesehen davon, daß der Gußkörper der Hohlwendel 8 in bezug auf die Gehäuseumfangswand 9 nicht zwingend mit dieser in Festkontakt stehen muß, kann unter "eingesetzt" auch verstanden werden, daß die Gehäuseumfangswand 9 auf den Gußkörper aufgeschrumpft sein kann.

[0027] In Fig. 6 ist eine besondere Ausführungsform verdeutlicht, bei der der Kern 14 der Hohlwendel 8 hohl ausgebildet und mit Vor- und Rücklaufanschlußöffnungen 5', 6' versehen ist, was die Möglichkeit eröffnet, an einen solchen Heizkessel einen zweiten Heizkreis anschließen zu können.

[0028] In Fig. 7 ist das Strömungsführungsprinzip nochmals perspektivisch dargestellt wiederholt. Sofern hierfür keine Gußfertigung in Frage kommt, können die einzelnen Wendelgänge bspw. aus hohlen Blechkörperscheiben gebildet, diese längs eines Radius aufgeschnitten, schraubenlinienförmig auf Ganghöhe aufgebogen und miteinander verschweißt werden.

[0029] Wie vorerwähnt, müssen die Hohlwendel und das Gehäuse nicht zwingend zylindrisch ausgebildet werden, sondern gemäß Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 ist es auch möglich, gerade erstreckte Hohlprofile 15, wie dargestellt, miteinander zu verbinden und in einem kastenförmigen Gehäuse anzuordnen, wobei Überströmöffnungen 16 an den Verbindungsstellen vorzusehen sind. Um auch dem Wasser vom Rücklauf RL zum Vorlauf VL zwingend einen wendelförmigen Strömungsweg vorzugeben, ist zwischen den benachbarten Hohlprofilen 15 eine Trennwand 17 angeordnet. Diese Ausführungsform ist besonders geeignet, um in Stahlblech ausgeführt zu werden.

[0030] Was nun einen Heizkessel mit einer mehr- bzw. beispielsweise dreigängigen, gasführenden Hohlwendel 8 betrifft, so wird dazu auf die Fig. 9 bis 12 verwiesen, wobei Fig. 9 den Boden einer oben im Gehäuse 1 angeordneten Brennkammer zeigt, der für die bspw. drei von diesem abgehenden Hohlwendeln 8 drei Einströmöffnungen 18 aufweist. Fig. 10 zeigt dagegen, ebenfalls in Draufsicht, den unteren Abschluß des Gehäuses 1 mit drei Rücklaufanschlüssen 6 für die drei wasserführenden Hohlwendelräume, die sich zwischen den drei gasführenden Hohlwendeln 8 erstrecken. Fig. 11 verdeutlicht im Längsschnitt die Anordnung der drei Hohlwendeln 8 im Gehäuse 1 zueinander, die sich mit Stegen oder Wandprägungen 19 an ihren benachbarten Wänden gegenseitig abstützen und auf Distanz halten, wobei die Zwischenräume zwischen den Wänden die ebenfalls gewendelten Räume 20 für das Wärmeträgermedium bilden.

[0031] Fig. 12 zeigt insofern eine besondere Ausführungsform des Heizkessels stark schematisiert, als hierbei die Brennkammer 3 zylindrisch für bspw. einen sogenannten Stabbrenner B' ausgebildet ist und vom Boden 3' dieser Brennkammer ein den Kern der dreigängigen Hohlwendel 8 bildender Abzugskanal 21 nach unten führt, wobei am unteren Ende die Einströmöffnungen 18, um jeweils 120° entsprechend versetzt, angeordnet sind, an die die Hohlwendelgänge 1. - 3. (siehe auch Fig. 11) angeschlossen sind. Dieses Prinzip ist natürlich auch anwendbar, wenn im Gehäuse nur eine Hohlwendel 8 vorgesehen ist.

Ansprüche

1. Heizkessel, bestehend aus in einem Gehäuse (1) angeordnete, durch eine Wand (2) voneinander getrennte, Gas und Wasser führende Räume, wobei sich der die Heizgase führende Raum zwischen einer Brennkammer (3) und dem Abgasabzug (4) erstreckt und der das Wasser führende Raum mit Vor- und Rücklaufanschlüssen (5, 6) versehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der die Heizgase führende Raum in Form einer mindestens eingängigen und mit ihrer Achse (7) vertikal orientierten und im wesentlichen den Querschnitt des Gehäuses (1) einnehmenden Hohlwendel (8) ausgebildet ist, zu der sich auf der anderen Seite der die Hohlwendel (8) begrenzenden Wände (2) der entsprechend gewendelte, wasserführende, ebenfalls mindestens eingängige Raum zwischen Hohlwendel (8) und Gehäuseumfangswand (9) erstreckt.

2. Heizkessel nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Querschnitte des Innenraumes der Hohlwendel (8) von der Brennkammer (3) aus zum Abgasabzug (4) hin stetig abnehmend ausgebildet ist.

3. Heizkessel nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hohlwendel (8) im wasserführenden Gehäuse (1) lediglich zwischen oberer und unterer Gehäusewand (10, 11) und kontaktfrei zur Gehäuseumfangswand (9) angeordnet ist.

4. Heizkessel nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hohlwendel (8) an ihrem Außenumfang mit einem entsprechend gewendelten Distanzsteg (12) zur Gehäuseumfangswand (9) versehen ist.

5. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hohlwendel (8) und das Gehäuse (1) einschließlich der Brennkammer (3) in einem Stück aus Gußmetall gebildet sind.

6. Heizkessel nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die obere und die untere Gehäusewand (10, 11) abgedichtet auf die Enden (13) einerseits der Brennkammer (3), andererseits der Hohlwendel (8) und die der Gehäuseumfangswand (9) aufgeflanscht ausgebildet sind.

7. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hohlwendel (8) einschließlich der Brennkammer (3) und der die Abzugsöffnung (4') begrenzenden Teile aus Guß gebildet und dieser Gußkörper in das aus Stahlblech gebildete Gehäuse (1) abgedichtet eingesetzt ist.

8. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kern (14) der Hohlwendel (8) hohl ausgebildet und mit Vor- und Rücklaufanschlußöffnungen (5', 6') versehen ist.

9. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gehäuse (1) in Form eines Zylinders ausgebildet ist.

10. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gänge der Hohlwendel (8) aus gerade erstreckten, im Bereich von Überströmöffnungen (16) miteinander gas- und flüssigkeitsdicht verbundenen Hohlprofilen (15) gebildet sind.

11. Heizkessel nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen den Hohlprofilen (15) eine vertikale Trennwand (17) angeordnet ist.

Zeichnung