[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kessel für flüssige Brennstoffe mit einem
Brenner, Heizflächen und einem Rauchgasabzug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch
1.
[0002] Es sind Kessel bekannt, bei denen senkrecht angeordnete zylindrische Heizflächen
vorgesehen sind. Solche Heizkessel werden mit Verdampferbrennern betrieben, die unterhalb
der Heizflächen in einem eigenen Brennraum angeordnet sind. Die Verbrennungsluft wird
durch ein dafür vorgesehenes Gebläse eingebracht. Zwischen dem Brennraum und dem durch
die Heizflächen eingeschlossenen Raum ist dabei ein ringförmiges Leitglied angeordnet.
Bei einem solchen Kessel erfolgt der Wärmeübergang von den Flammen bzw. dem Rauchgas
auf die Heizflächen primär durch Gasstrahlung und ist daher von mäßiger Effizienz.
Weiters können sich bei solchen Kesseln zumindest in bestimmten Betriebspunkten Bereiche
ausbilden, in denen keine Strömung vorliegt, so daß der Wärmeübergang an den Heizflächen
weiter verschlechtert wird.
[0003] Andere Heizkessel werden mit Druckzerstäuberbrennern betrieben, welche vorne am Kessel
angebracht sind, wobei mit Hilfe der hohen Ölzerstäubungs- und Gebläsedynamik eine
zwangsweise horizontale Flammenentwicklung entsteht. Weiters ist es bekannt, Druckzerstäuberbrenner
so anzuordnen, daß eine vertikale Flammenausbildung von oben nach unten erreicht wird.
[0004] Ferner sind Kessel bekannt, bei denen Brennstoffe vor der Zündung und vor dem eigentlichen
Verbrennungsbeginn innerhalb eines Hohlkörpers, einem sogenannten Flammenerzeuger,
in gasförmigem Zustand mit Verbrennungsluft vermischt werden und über Öffnungen in
diesem Flammenerzeuger austreten, um gezündet und verbrannt zu werden.
[0005] Die DE 42 25 749 A betrifft einen Verdampfungsbrenner. Bei diesem Brenner wird Brennstoff
in einem porösen Körper verdampft und in ein zylindrisches Mischrohr eingeführt. In
diesem Mischrohr erfolgt die Mischung mit der Verbrennungsluft. Konzentrisch außerhalb
des Mischrohrs ist ein zylindrischer Körper zur Umlenkung der Flammen angeordnet.
Ein Kessel mit Heizflächen od. dgl. ist in diesem Dokument nicht beschrieben.
[0006] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den oben beschriebenen Kessel so weiterzubilden,
daß ein effizienter Wärmeübergang an den Heizflächen und damit ein hoher Wirkungsgrad
erreicht wird. Weiters sollen die Abgasemissionen, insbesonders die Stickoxidemissionen,
verringert werden. Durch Erreichung einer hohen Leistungsfähigkeit soll ein kleiner
Bauraum bei großer Leistung ermöglicht werden. Gleichzeitig sollen Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten
leicht und unproblematisch möglich sein.
[0007] Dies wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Maßnahmen
gelöst.
[0008] Wichtig bei der vorliegenden Erfindung ist, daß Brennstoff und Luft nicht erst in
einem zylindrischen Mischrohr sondern schon in der Verdampfereinheit vermischt werden,
und bereits in vermischtem Zustand in den Flammenerzeuger eingeführt werden. Dieser
ist somit nicht mit dem Mischrohr des vorveröffentlichten Brenners vergleichbar. Bei
einem Vormischbrenner im Sinne der Erfindung wird der Brennstoff, der mit der Luft
vermischt ist, über Öffnungen in den Brennraum abgegeben. Wesentlich dabei ist, daß
im Inneren des Flammenerzeugers Temperaturen unterhalb der Zündtemperatur des brennfähigen
Gemisches vorliegen. Außerdem muß die Strömungsgeschwindigkeit des Gemischs beim Durchtritt
durch die Öffnungen des Flammenerzeugers größer sein als die Brenngeschwindigkeit,
um einen Rückbrand zu vermeiden.
[0009] In weiterer Folge ist es für die Erfindung wesentlich, in welcher Relation der Flammenerzeuger
zu den Heizflächen angeordnet ist. Eine kompakte Bauweise kann dabei nur durch die
erfindungsgemäße Anordnung erreicht werden. Es ist auch eine sehr gleichmäßige Ausströmung
des brennfähigen Gemischs aus dem Flammenerzeuger erforderlich, was in der Praxis
nur durch einen Vormischbrenner erreichbar ist.
[0010] Die besonders vorteilhafte Lösung der Erfindung wird hauptsächlich dadurch erreicht,
daß sich der wesentliche Teil des Brenners, nämlich der Flammenerzeuger innerhalb
des von der Heizfläche umschlossenen Raumes befindet. Dadurch kann der Wärmeübergang
nicht nur durch Konvektion und Gasstrahlung sondern auch durch Festkörperstrahlung
erfolgen, was zu einer deutlich höheren Effizienz führt.
[0011] Besonders günstig ist es, wenn der Vormischbrenner unterhalb des Flammenerzeugers
angeordnet ist, und lösbar mit einem die Heizflächen enthaltenden Teil des Kessels
verbunden ist. Auf diese Weise ist der erfindungsgemäße Kessel leicht demontierbar,
um Inspektions- und Wartungsarbeiten durchführen zu können, so daß der Wartungsaufwand
verringert werden kann.
[0012] Die Leistungsfähigkeit des erfindungsgemäßen Kessels kann dadurch verbessert werden,
daß oberhalb des Flammenerzeugers ein Leitkörper vorgesehen ist, der im wesentlichen
konzentrisch mit dem Flammenerzeuger ausgebildet ist. Durch die Querschnittsverengung
zufolge des Leitkörpers wird eine Beschleunigung der Rauchgasströmung erreicht, so
daß ein verbesserter Wärmeübergang an den Heizflächen erreicht werden kann.
[0013] Eine besondere Verbesserung der Rauchgasführung kann dadurch erreicht werden, daß
oberhalb der ersten Heizfläche ein Umlenkkörper vorgesehen ist, und daß radial außerhalb
der ersten Heizfläche eine weitere Heizfläche angeordnet ist. Auf diese Weise wird
bewirkt, daß die Rauchgase zunächst an der Innenseite der ersten Heizfläche nach oben
strömen, über den oberen Rand der ersten Heizfläche umgelenkt werden und weiter an
der Außenseite dieser Heizfläche strömen. Durch geeignet ausgebildete Strömungsleitbleche
kann die Geschwindigkeit der Strömung so eingestellt werden, daß ein optimaler Wärmeübergang
möglich ist.
[0014] In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen,
daß ein Heizungsrücklauf im oberen Bereich der ersten Heizfläche vorzugsweise tangential
einmündet. Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn der Heizungsrücklauf eine Haupteinströmöffnung
in die erste Heizfläche und eine Nebeneinströmöffnung in eine weiter Heizfläche aufweist,
die außerhalb der ersten Heizfläche angeordnet ist. Bei herkömmlichen Kesselaufbauten
wird der Heizungsrücklauf üblicherweise im unteren Bereich des Kessels eingeführt.
Bei einem Kessel des erfindungsgemäßen Aufbaus würde dies jedoch in bestimmten Betriebsbedingungen
zur Bildung von Kondensaten führen. Bei der Einleitung des Rücklaufs in den oberen
Bereich des Kessels kann eine Kondensation in allen Betriebszuständen sicher vermieden
werden. Insbesonders günstig ist dabei die Erzeugung einer tangentialen Geschwindigkeitskomponente
des rückgeführten Kesselwassers, um eine örtliche Unterkühlung zu vermeiden. Indem
die Hauptmenge des Rücklaufs in die innere Heizfläche eingebracht wird, wird die Gefahr
einer Unterkühlung dadurch zusätzlich minimiert, daß hier die Heizflächenbeaufschlagung
besonders groß ist.
[0015] In vielen Fällen werden durch einen Kessel zwei unterschiedliche Heizkreise bedient,
beispielsweise ein Heizkreis für eine Fußbodenheizung und ein weiterer Heizkreis für
Radiatoren. Solche Heizkreise müssen auf einem deutlich unterschiedlichen Temperaturniveau
unabhängig voneinander regelbar sein. Eine gegenseitige Beeinflussung kann dadurch
weitgehend ausgeschlossen werden, daß vorzugsweise der Heizungsrücklauf einen ersten
Rücklauf und einen weiteren Rücklauf aufweist, der vor dem Eintritt in die Heizfläche
in den ersten Rücklauf düsenartig eingeführt ist.
[0016] Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, daß die erste
Heizfläche als zylindrischer Körper ausgeführt ist, der an seiner Außenseite von Kesselwasser
umspült ist, und daß Nachheizflächen rohrförmig oberhalb der ersten Heizfläche angeordnet
sind. Ein solcher Aufbau eignet sich besonders für kompakte, wandhängende Zentralheizungskessel
mit oder ohne integriertem Brauchwasserbereiter. Bei einer solchen Lösung kann die
vertikale Einbaulage in vorteilhafter Weise ausgenützt werden. Da solche Wandkessel
primär im Wohnbereich installiert werden, kommen die besonderen Vorteile des vorverdampfenden
Vormischbrenners in Bezug auf die geringe Geräuschemission besonders zum Tragen.
[0017] In der Folge wird die Erfindung anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- einen schematischen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Kessel,
- Fig. 2
- eine teilweise axonometrische Darstellung, die die Befestigung des Brenners zeigt,
wobei Kessel und Brenner getrennt sind,
- Fig. 3
- eine Darstellung entsprechend der Fig. 2 in zusammengebautem Zustand,
- Fig. 4
- einen teilweisen Schnitt im Bereich der Einmündung des Rücklaufs nach Linie IV-IV
in Fig. 5,
- Fig. 5
- einen Schnitt nach Linie V-V in Fig. 4,
- Fig. 6
- einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung und
- Fig. 7
- schematisch ein Detail eines Vormischbrenners im Schnitt.
[0018] Der erfindungsgemäße Kessel besteht aus einem Gestell 1, an dem ein Vormischbrenner
angeordnet ist, der aus einer Verdampfereinheit 2 und einem darüber angeordneten zylindrischen
Flammenerzeuger 4 besteht. Die Verdampfereinheit 2 wird über eine Luftzufuhrleitung
3 mit Verbrennungsluft und über eine nicht dargestellte Brennstoffleitung mit einem
flüssigen Brennstoff versorgt. Im oberen Abschnitt des Gestells 1 ist eine Flanschplatte
6 angeordnet. Eine Dichtung ist mit 9 bezeichnet.
[0019] In den Fig. 2 und 3 ist eine bevorzugte Ausführung der lösbaren Verbindung zwischen
dem Gestell 1 und dem oberen Teil 5 des Kessels dargestellt. An der Flanschplatte
6 sind Anpresshaken 7 befestigt, die mit Auflaufstücken 8 in Eingriff bringbar sind,
die am Kessel 5 befestigt sind. Dadurch kann die Flanschplatte 6 in der Art eines
Bajonettverschlusses am Teil 5 des Kessels befestigt werden. Eine in den Fig. 2 und
3 nicht sichtbare Dichtung ist in einer Nut im unteren Abschnitt des Teils 5 eingelegt.
Eine Sicherungsschraube 10 dient dazu, den nötigen Anpressdruck zu erzeugen, und ein
unbeabsichtigtes Lösen des Brenners zu verhindern.
[0020] Im oberen Teil 5 des Kessels ist eine erste Heizfläche 11 vorgesehen, die im wesentlichen
zylindrisch ausgebildet ist und konzentrisch zum Flammenerzeuger 4 angeordnet ist.
Oberhalb des Flammenerzeugers 4 ist an der ersten Heizfläche 11 ein Leitkörper 12
angeordnet, der ebenfalls zylindrisch ausgebildet ist und konzentrisch zum Flammenerzeuger
4 und zur ersten Heizfläche 11 angeordnet ist. Der Leitkörper 12 ist aus einem hitzebeständigen
und isolierenden Material hergestellt. Radial außerhalb und konzentrisch zur ersten
Heizfläche 11 ist eine weitere Heizfläche 13 angeordnet, die nach oben hin durch einen
Umlenkkörper 14 abgeschlossen ist. In dem Spalt 15 zwischen den Heizflächen 11 und
13 sind Strömungsleitbleche 16 angeordnet. Am äußeren Umfang der weiteren Heizfläche
13 ist ein Rauchgasabzug 17 befestigt.
[0021] Durch den oben beschriebenen Aufbau wird folgende Funktion erreicht. Das aus dem
Verdampfereinheit 2 ausströmende Brennstoff-Luftgemisch wird in dem Flammenerzeuger
4 vollständig verdampft und nach außen hin abgegeben und verbrannt. Die Rauchgase
strömen entlang des Pfeiles 18 zunächst entlang der Innenfläche der ersten Heizfläche
11 nach oben. Durch den Leitkörper 12 wird eine Verengung des Strömungsquerschnittes
und eine Beschleunigung der Strömung erreicht. Der Umlenkkörper 14 lenkt die Strömung
nach außen hin um, so daß diese in den Spalt 15 zwischen der ersten Heizfläche 11
und der weiteren Heizfläche 13 nach unten strömt. Zur Erleichterung von Service- und
Wartungsarbeiten ist der obere Umlenkkörper 14 abnehmbar am oberen Rand der weiteren
Heizfläche 13 angeordnet. Die Leitbleche 16 zwingen die Rauchgase zu einer auf- und
abgehenden Strömungsbewegung entlang des Umfangs der Heizflächen 11, 13. Letztlich
strömen die Rauchgase durch den Rauchgasabzug 17 aus. Der Heizkessel gemäß der vorliegenden
Erfindung kann dabei sowohl als Kondensationskessel als auch als herkömmlicher Niedertemperaturkessel
betrieben werden. Im ersten Fall sind die Heizflächen im Rauchgasweg so großzügig
dimensioniert und aus korrosionsfestem Material, so daß eine Kondensation des Rauchgases
herbeigeführt werden kann, wodurch auch die Kondensationswärme des in den Abgasen
enthaltenen Wassers ausgenutzt wird. Dadurch wird die in dem Brennstoff enthaltene
Energie bis nahezu an den Brennwert genutzt. Das entstehende Kondensat wird am untersten
Punkt des Rauchgasweges 18 abgeleitet. In einem solchen Fall erfolgt die Einleitung
des Heizungsrücklaufes an einem tiefen Punkt der Heizfläche. Dadurch wird erreicht,
daß die Rauchgase im letzten Teil ihres Strömungsweges auf ein möglichst niederes
Temperaturniveau gebracht werden, so daß ein hoher Wirkungsgrad erzielt wird.
[0022] Die Fig. 4 und 5 zeigen den detaillierten Aufbau der Einmündung des Rücklaufs in
dem Fall eines Kessels, bei dem eine Kondensation vermieden wird. Ein solcher Kessel
ist einfacher und kostengünstiger herzustellen als ein Kondensationskessel..
[0023] Der Heizungsrücklauf besitzt einen ersten Rücklaufanschluß 20 und einen weiteren
Rücklaufanschluß 21. Diese Rücklaufanschlüsse 20, 21 sind beispielsweise einem Fußbodenheizkreis
und einem Radiatorheizkreis zugeordnet. Der erste Rücklauf ist als Düse 22 ausgebildet,
um die herum ein Ringraum 23 konzentrisch angeordnet ist. Der weitere Rücklauf 21
mündet in diesen Ringraum 23. Auf diese Weise ist es möglich, die Umwälzpumpen für
beide Heizkreise im Rücklauf anzuordnen, wobei eine gegenseitige Beeinflussung der
beiden Heizkreise weitestgehend vermieden wird. Über einen Krümmer 24 gelangt der
vereinigte Rücklauf in ein Strömungsrohr 25. Das Strömungsrohr 25 öffnet sich in die
erste Heizfläche 11. Aus der Fig. 5 ist ersichtlich, daß die Öffnung 26 des Strömungsrohres
25 abgeschrägt ausgebildet ist, so daß dem rückströmenden Heizungsmedium eine tangentiale
Geschwindigkeitskomponente entlang des Pfeils 27 erteilt wird. Über eine kleinere
Öffnung 28 wird ein kleinerer Teil des Rücklaufsmediums in die weiteren Heizflächen
13 eingeführt. Ein Kesselverbinder 29 umhüllt das Strömungsrohr 25. Durch diese Ausbildung
wird sichergestellt, daß die Hauptmenge des rückgeführten Heizungsmediums in die erste
Heizfläche 11 eingebracht wird. Eine aufgeschweißte Stahlplatte 33 im Bereich der
Einmündung des Strömungsrohrs 25 erhöht den Wärmedurchgangswiderstand und verhindert
zusätzlich das Auftreten von kalten Bereichen an der Kesselwandung, die zu einer Kondensation
führen könnten.
[0024] In der Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung dargestellt. Konzentrisch
zum Flammenerzeuger 4 ist eine Heizfläche 11 angeordnet. Die Heizfläche 11 ist an
ihrer Oberseite mit einer Platte 31 abgeschlossen. Ausgehend von dieser Platte 31
sind Nachheizflächen 32 senkrecht nach oben geführt. In dem Inneren der Nachheizflächen
sind aus Blech gebogene Strömungshindernisse in an sich bekannter Weise eingesetzt,
die die Strömungswege der Rauchgase verlängern, um einen verbesserten Wärmeübergang
zu bewirken. Diese Einsätze werden auch als Turbolatoren 33 bezeichnet. Neben diesen
Bauteilen ist ein Brauchwasserbehälter 34 angeordnet. Alle diese Bauteile sind in
einer gemeinsamen Wanne 35 angeordnet, wobei der zwischenliegende Freiraum 36 mit
Heizungsmedium gefüllt ist. Eine Isolierung 37 verhindert übermäßige Wärmeverluste.
Die Verdampfereinheit 2 des Brenners ist unterhalb der Wanne 35 angeordnet, und kann,
wie bei der oben beschriebenen Ausführungsvariante, leicht nach unten hin ausgebaut
werden. Die Verbrennungsluft wird bei 38 entweder aus der Umgebung oder aus einer
entsprechenden Rohrleitung zugeführt. Der Rauchgasanschluß ist mit 39 bezeichnet.
Bei dieser Ausführungsvariante kommen die besonderen Vorteile der erfindungsgemäßen
Lösung besonders zum Tragen.
[0025] In der Fig. 7 ist ein Vormischbrenner teilweise schematisch dargestellt. Auf einer
Verdampfereinheit 2 ist ein Flammenhalter 4 aufgesetzt, der eine Vielzahl von Öffnungen
40 in einer netz- oder gitterartigen Struktur aufweist. Der Innenraum 41 der Verdampfereinheit
2 steht über Öffnungen 42 mit dem Flammenhalter 4 in Verbindung.
[0026] Auf einer Welle 43, die durch eine Öffnung 44 in den Innenraum 41 ragt, ist ein Zerstäuberbecher
45 befestigt, der nach oben hin durch eine Zerstäuberplatte 46 abgedeckt ist. Zerstäuberschaufeln
47, die sich ebenfalls mit der Welle 43 drehen, sorgen für eine weitere Verwirbelung
des Brennstoffs, der über eine Leitung 48 in den Zerstäuberbecher 45 eingebracht wird,
und aus diesem nach oben hin austritt. Die Verbrennungsluft wird über ein nicht dargestelltes
Gebläse, das ebenfalls durch die Welle 43 angetrieben sein kann, über die Öffnung
44 in den Innenraum 41 eingeblasen. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß durch
die Öffnungen 42 ein feinst verteiltes Brennstoff-Luftgemisch geführt wird.
[0027] Durch den erfindungsgemäßen Brenner kann eine sehr gleichmäßige Temperaturverteilung
erreicht werden, so daß eine hohe Leistung erreicht werden kann und gleichzeitig die
Stickoxidemission verringert werden kann.
1. Kessel für flüssige Brennstoffe, mit einem Brenner, der aus einer Verdampfereinheit
(2) und einem zylindrischen Flammenerzeuger (4) aufgebaut ist, mit Heizflächen (11,
13) und mit einem Rauchgasabzug (17), dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner als Vormischbrenner ausgeführt ist, bei dem in der Verdampfereinheit
(2) der Brennstoff verdampft und mit Luft zu einem zündfähigen Gemisch vermischt wird
und das Gemisch in den Flammenerzeuger (4) eingeführt wird, und daß der Flammenerzeuger
(4) im wesentlichen konzentrisch innerhalb einer zylindrischen ersten Heizfläche (11)
angeordnet ist, wobei der Vormischbrenner vorzugsweise lösbar mit einem die Heizflächen
(11, 13) enthaltenden Teil (5) des Kessels verbunden ist, wobei vorzugsweise oberhalb
der ersten Heizfläche (11) ein Umlenkkörper (14) vorgesehen ist, und bevorzugt radial
außerhalb der ersten Heizfläche (11) eine weitere Heizfläche (13) angeordnet ist.
2. Kessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Flammenerzeugers (4) ein Leitkörper (12) vorgesehen ist, der im
wesentlichen konzentrisch mit dem Flammenerzeuger (4) ausgebildet ist.
3. Kessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenkkörper (14) abnehmbar ausgebildet ist.
4. Kessel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten Heizfläche (11) und der weiteren Heizfläche (13) Strömungsleitbleche
(16) angeordnet sind.
5. Kessel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rauchgasabzug
(17) am äußeren Umfang des Kessels angeordnet ist.
6. Kessel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich der untere Rand des Flammenerzeugers (4) auf der Höhe des unteren Randes
der ersten Heizfläche (11) befindet.
7. Kessel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Flammenerzeugers (4) und erster Heizung (11) vertikal angeordnet
ist.
8. Kessel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Heizungsrücklauf im oberen Bereich der ersten Heizfläche (11) vorzugsweise
tangential einmündet.
9. Kessel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizungsrücklauf eine Haupteinströmöffnung in die erste Heizfläche (11) und
eine Nebeneinströmöffnung in eine weitere Heizfläche (13) aufweist, die außerhalb
der ersten Heizfläche (11) angeordnet ist.
10. Kessel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizungsrücklauf einen ersten Rücklauf (20) und einen weiteren Rücklauf
(21) aufweist, der vor dem Eintritt in die Heizfläche (11) in den ersten Rücklauf
(20) düsenartig eingeführt ist.
11. Kessel nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Heizfläche (11) als zylindrischer Körper ausgeführt ist, der an seiner
Außenseite von Kesselwasser umspült ist, und daß Nachheizflächen (32) rohrförmig oberhalb
der ersten Heizfläche (11) angeordnet sind.
12. Kessel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Heizfläche (11) gemeinsam mit einem Brauchwasserbehälter (34) in einer
von Kesselwasser gefluteten Wanne (35) angeordnet ist.