AT398627B - Heizkessel - Google Patents

Description

AT 398 627 B

Die Erfindung betrifft einen Heizkessel gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Heizkessel der genannten Art sind nach der DE-OS 34 03 225 bekannt. Aus Gründen der Energieeinsparung sind heute in der Regel für eine Betriebsweise im sogenannten Nieder- und Tieftemperaturbereich die Heizkessel dafür speziell gestaltet. Wie sich mittlerweile gezeigt hat, führt dies einerseits zwar zu den gewünschten Energieeinsparungen, und diese Kessel sind auch weitgehend kondensatsicher, anderseits ergibt sich aber eine besondere abzugsseitige Problematik. Wenn man den vollen Nutzen der Niedertemperatur- und Tieftemperaturkessel im Hinblick auf niedrige Abgastemperaturen in Anspruch nehmen will, ist es von Vorteil, wenn man unter den jeweils gegebenen Bedingungen auf die Abgastemperatur Einfluß nehmen kann. Wenn eine ausreichend große Wärmeabnahme durch die Heizung und Warmwasserleitung erfolgt, sich ausreichend lange Laufzeiten für den Brenner ergeben und außerdem die installierte Kesselleistung nicht zu groß ist, kann man derartige Kessel ohne weiteres mit den vorgesehenen niedrigen Abgastemperaturen laufen lassen und hat einen optimalen Wirkungsgrad. Der Schornstein erhält dann auch ausreichend Wärme und auch die Heizfläche der Kessel, insbesondere die Heizgaszüge, heizen sich genügend auf. Wenn jedoch die Wärmeabnahme geringer ist, wenn also bspw. die Bewohner eines Hauses die Heizkörperventile zudrehen oder drosseln, um Heizenergie zu sparen, ergeben sich kürzere Brennerlaufzeiten, wodurch der Schornstein nicht genügend Wärme erhält und evtl, auch die Heizflächen sich nicht genügend aufheizen. Durchnässungsgefährdungen des Schornsteins in Verbindung mit obengenannter Betriebsweise können aber auch auftreten, wenn der Schornstein nicht ausreichend isoliert ist oder wenn eine relativ lange Distanz zwischen Kessel und Schornsteinanschluß, d.h. ein langes Abzugsrohr vorliegt. Beim Gegenstand der vorgenannten DE-OS 34 03 225 ist diese Problematik unter anderem in der Weise gelöst, daß ein motorisch verstellbares Verschlußelement für einen Teil der Heizgaszüge vorgesehen wird. Eine ähnliche Ausbildung ist an einem Kessel nach der DE-OS 26 31 567 vorgesehen:

Diese vorbekannten Ausführungsformen haben jedoch den Nachteil, daß dies einen beträchtlichen Aufwand darstellt, und zwar insbesondere für Heizkessel mit kleineren Leistungsbereichen.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen Heizkessel der eingangs genannten Art hinsichtlich seiner Abgastemperaturregelung dahingehend zu vereinfachen und. zu verbessern, daß der dafür erforderliche Aufwand wesentlich vereinfacht und reduziert werden kann.

Diese Aufgabe ist mit einem Heizkessel 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.

Bei dieser Lösung, die auch für Heizkessel mit mittlerer und großer Leistung anwendbar ist, also solche, bei denen keine Bypassöffnung im Brennkammerbereich vorhanden ist, wird die an sich bekannte Verhaltensweise von Thermobimetall, sich unter Temperatureinfluß zu verbiegen, ausgenutzt, wobei die Bypassöffnung bzw. der absperrbare Teil der Heiz- bzw. Rauchgasführungsräume im kalten Zustand des Kessels offen bleibt. Beim Start des Brenners kann also ein Teilstrom der Abgase aus der Brennkammer auf kürzestem Wege direkt durch die Bypassöffnung abströmen, so daß der Schronstein sofort mit einer höheren Temperatur beaufschlagt und Kondensation im Schornstein vermieden wird. Wird dann im Laufe des Betriebes eine Rauchgastemperatur von etwa 140 bis 150*C erreicht, sie wird durch den mindestens zum Teil aus Thermobimetall bestehenden Halter der Öffnungsverschluß langsam auf die Bypassöffnung gestellt , und diese werden damit verschlossen. Bei Abschaltung des Brenners und sich reduzierenden Temperaturen hebt sich dann der Verschluß wieder automatisch von der Bypassöffnung ab.

Bei dieser erfindungsgemäßen Ausbildung eines Heizkessels sind also relativ aufwendig anzubringende Klappenverschlüsse und damit zu verbindende Stellglieder und Stellmotoren entbehrlich, wobei es wesentlich ist, den Weg zur Abgaskammer bei geöffneter Strömungssperre so kurz wie möglich zu halten und das Bimetallelement insgesamt frei anströmbar in der Abgaskammer anzuordnen.

Nach der GB-PS 1036796 ist es zwar bekannt, Bimetall-Elemente für Klappenbetätigungen anzuwenden, hiebei liegen aber gerade umgekehrte Verhältnisse vor, d.h., die Klappen werden erst nach der Anfahrphase des Heizkessels geöffnet, und außerdem sind die Klappen für die Zufuhr von Luft bestimmt.

Der Heizkessel wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen schematisch

Fig. 1 einen Schnitt durch den hier interessierenden abzugsseitigen Bereich des Heizkessels mit topfartiger Umkehrbrennkammer;

Fig. 2 eine Ansicht des Brennkammerbodens in Pfeilrichtung A; die Fig. 3-5 eine andere Ausführungsform des Bimetallhalters in drei verschiedenen Ansichten;

Fig. 6 einen Schnitt durch den Heizkessel anderer Bauart;

Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 3;

Fig. 8 im Schnitt eine bauliche Einzelheit und 2

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Fig. 9 einen Schnitt durch den Abzugsbereich eines Heizkessels in einer weiteren Ausfüh rungsform.

Wie aus Fig. 1 erkennbar, ist an der abgassammelkammerseitigen Rückwand der Umkehrbrennkammer 1 ein mindestens z.T. aus Thermobimetall bestehender Halter 2 angeordnet, der an seinem frei beweglichen, der Bypassöffnung 3 des Brennkammerbodens 8 gegenüberstehenden Enden 4 mit einer Durch-strömsperre 5 versehen ist. Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich, ist der Halter 2 als Streifen 6 ausgebildet, der mit seinem Befestigungsende 7 am diagonal zur Anordnung der Bypassöffnung 3 gegenüberliegenden Bereich des Brennkammerbodens 8 befestigt ist. Der obere Teil (etwa 2/3 der Gesamtlänge) des Streifens 6 besteht dabei aus Thermobimetall 6', während das untere Drittel, an dem der Öffnungsverschluß 5 in geeigneter Weise befestigt ist, aus Edelstahlblech 6" besteht. Die Bypassöffnung 3 ist vorteilhaft aus einem im Brennkammerboden 8 eingesetzten und diesen durchgreifenden Rohrstück 9 mit trichterförmigem Öffnungsrand 10 gebildet, wobei die Durchströmsperre 5 an diesen Öffnungsrand 10 formschlüssig angepaßt ausgebildet ist, so daß sich diese in Schließstellung, wie gestrichelt angedeutet, möglichst dicht passend an den Öffnungsrand 10 anlegen kann. Im Stellbereich des Halters 2 ist ferner ein Niedrigtemperatur-Anschlagbegrenzer 11 angeordnet, der als den streifenförmigen Halter 2 umfassender Anschlagbügel 12 ausgebildet ist und in einem Bereich, wie aus Fig. 1, 2 ersichtlich, am Brennkammerboden 8 sitzt. Sollten an einem Kessel, wie vorbeschrieben, und zwar mit ersetzbarer, topfförmiger Umkehrbrennkammer oder sonstiger Brennkammer mehrere Bypassöffnungen vorgesehen sein, so steht nichts entgegen, erforderlichenfalls mehrere Halter 2 mit entsprechenden Sperren 5 vorzusehen.

Bei prinzipiell gleicher Wirkungsweise ist die Ausführungsform nach den Fig. 3-5 derart ausgebildet, daß der Bimetallhalter 2 einen spreizbaren Doppelblatthalter darstellt, wobei das eine Blatt 23 mittig und einstellbar an einem am Brennkammerboden 8 sitzenden Haltebügei 24 befestigt und am anderen Blatt 25 mittig die Durchströmsperre 5 angeordnet ist. Fig. 5 (Draufsicht) verdeutlicht voll ausgezogen die Öffnungsstellung, während die Schließstellung (Doppelblattstreifen gespreizt) gestrichelt angedeutet ist.

Diese Ausbildungsformen sind zwar insbesondere für Heizungskessel mit kleinerem Leistungsbereich bestimmt, einer Anwendung dieses Prinzips für Heizkessel mit größeren Leistungsbereichen, soweit dies die konstruktiven Verhältnisse zulassen, steht jedoch nicht entgegen. Im übrigen ist dieses Prinzip selbstverständlich auch dann anwendbar, wenn der betreffende Heizkessel keine ersetzbare, topfförmige Brennkammer aufweist, wohl aber eine von der Brennkammer direkt zum Rauchgasabzug führende Bypassöffnung, die hinter den eigentlichen Heizgaszügen in die Abgassammelkammer 13 bzw. direkt in den Abgasabzug 14 mündet.

Eine solche Kesselausbildung ist in den Fig. 6 und 7 verdeutlicht, bei der die Heizgasführungsräume zwischen Brennkammer 1’ und einer vor dem Abgasabzug 14' angeordneten Sammelkammer 13' in Form von Rohren 15 ausgebildet sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel dienen dabei zwei hinten an der Brennkammer T angeschlossene Rohre 15' als mit den Sperren 5 verschließbare Bypässe, an deren sammelkammerseitigen,unmittelbarim Nahbereich des Abzugsrohres 14 angeordneten Öffnungen 16 die Durchströmsperren 5 vorgesehen sind, deren Bimetallhalter 2' sich bis in das Abzugsrohr 14 erstrecken. Die Anordnung der Bypassöffnungen unmittelbar im Nahbereich des Abzugsrohres 14 ist dabei wesentlich, um die heißen Abgase bei geöffneten Sperren 5 direkt und auf kürzestem Wege in den Schornstein gelangen zu lassen.

Um die beiden Bypassrohre 15’ nach Verschluß mit den Durchströmsperren 5 für dem Wärmetausch während des Brennerbetriebes nicht unwirksam werden zu lassen, überragen die Enden der Bypassrohre 15' den Anschlußboden 18 der Sammelkammer 13' entsprechend lang, so daß im dadurch entstehenden Überstandsrand 19 (siehe Fig. 8) Schlitze 17 angebracht werden können, durch die bei in Schließstellung befindlicher Sperre 5 die Heiz- bzw. Rauchgase austreten können. Die Schlitze 17 sind vorteilhaft so bemessen, daß sich für die Bypassrohre 15' etwa der gleiche Strömungswiderstand ergibt wie in den anderen Rohren 15, die zwecks Wärmeübergangsverbesserung mit entsprechenden Einbauten (Verrippungen und/oder Füllkörpern) versehen sind und demzufolge einen höheren Widerstand haben als die Bypassrohre 15' im geöffneten Zustand.

Unter Beibehaltung des gleichen Prinzipes könnten sich die Rohre bzw. Bypässe im Anschluß an eine Überströmkammer auch horizontal über der Brennkammer erstrecken. Vorteilhaft ist bei allen Ausführungen darauf zu achten, daß die Bimetallhalter von den Abgasen frei anströmbar sind und demgemäß schnell reagieren können. Die beiden Bypassrohre 15' sind beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig, 6 vorteilhaft in bezug auf die Brenneranordnung (links an der Brennkammer) an der dieser abgewandten Seite des Rohrgehäuses 20 angeordnet, wodurch sich deren Öffnungen 16 im Nahbereich des Abzugsrohres 14 befinden. Eine Anordnung und Ausbildung des Halters 2' im Sinne der Fig. 7 wäre ebenfalls möglich.

Bei der Heizkesselbauart nach Fig. 9 gelangen die Heizgase aus der Brennkammer 1" durch einen Überströmschacht 21 in den Heizkesseloberteil 22 und dort, wie mit Pfeilen angedeutet, durch Heizgaszug- 3

Claims (9)

1. AT 398 627 B rohre 15 zur Abgassammelkammer 13", in der der Bimetalihalter 2 mit der den Bypass 15" verschließenden Sperre 5 angeordnet ist. Auch in diesem Fall ist der Halter 2 voll den aus den Rohren 15 ausströmenden Heizgasen ausgesetzt, wobei mindestens der eine Bypass 15" direkt zwischen dem Schacht 21 und der Rauchgassammelkammer 13" angeordnet ist, so daß auch hier bei Öffnungsstellung der Sperre, also in der Anfahrphase, die heißen Gase auf kürzestem Wege in das Abzugsrohr 14 gelangen können. Derartige Maßnahmen bzw. Ausbildungen sind auch vorteilhaft anwendbar bei Öl- oder Gasbrennern mit abgestufter Leistung, wobei also der Brenner bspw. in zwei Stufen geschaltet werden kann oder mit modulierender Leistungsregelung läuft. Hiebei ist nämlich zu beachten, daß bei geringer Wärmeabnahme der Brenner nur mit einer Stufe, also mit niedriger Leistung läuft, wodurch die Abgastemperatur weit unter der normalen liegen kann. Sofern mehrere Bypassrohre bzw. -Öffnungen vorhanden sind, werden deren Sperren 5 vorteilhaft mit jeweils separaten Bimetallelementen versehen, damit aus Sicherheitsgründen zumindest immer ein Bypass funktionsfähig ist. Dies ist in Fig. 7 gestrichelt und bspw. angedeutet. Patentansprüche 1. Heizkessel, bestehend aus einem wasserführenden Gehäuse mit Brennkammer und zum Abgasabzug führenden Heizgasführungsräumen, dadurch gekennzeichnet, daß in den Heizgasführungsräumen vor dem Rauchgasabzug (14) ein auf dem kürzesten Weg zur Abgassammelkammer führender, als Bypass ausgebildeter Teil dieser Räume mit mindestens einer Durchströmsperre (5) versehen und diese Sperre am beweglichen Teil (4) eines zwischen Schließ- und Öffnungsstellung der Sperre (5) verstellbaren, frei in der Abgassammelkammer anströmbar angeordneten Bimetallhalters (2) angeordnet und dieser derart ausgebildet ist, daß bei "kaltem" Kessel die Durchströmsperre (5) geöffnet ist.
2. 2. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Brennkammer als Umkehrbrennkammer ausgebildet und in deren Boden eine zur Abgassammelkammer führende, zu öffnende und zu schließende Abgasbypaß-Öffnung angeordnet ist, wobei der Bimetallhalter (2) an der abgassammelkammerseitigen Rückwand der Umkehrbrennkammer (1) ange ordnet ist, der an seinem beweglichen, der Bypassöffnung (3) gegenüberstehenden Teil (4) mit der Durchströmsperre (5) versehen ist.
3. 3. Heizkessel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (2) als Streifen (6) ausgebildet und dieser mit seinem Befestigungsende (7) im diagonal zur Anordnung der Bypassöffnung (3) gegenüberliegenden Bereich des Brennkammerbodens (8) befestigt ist.
4. 4. Heizkessel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bimetallhalter (2) als spreizbarer Doppelblattstreifen ausgebildet und das eine Blatt (23) mittig und einstellbar an einem Haltebügel (24) befestigt und am anderen Blatt (25) mittig die Durchströmsperre (5) angeordnet ist.
5. 5. Heizkessel nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypassöffnung (3) aus einem im Brennkammerboden (8) mit trichterförmigem Öffnungsrand (10) gebildet und die Durchströmsperre (5) an diesen Öffnungsrand (10) formschlüssig angepaßt ausgebildet ist.
6. 6. Heizkessel nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Stellbereich des Halters (2) ein Niedrigtemperaturausschlagbegrenzer (11) angeordnet ist. 4 AT 398 627 B
7. 7. Heizkessel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausschlagbegrenzer (11) als den Halter (2) umfassender Anschlagbügel (12) ausgebildet und dieser am Brennkammerboden (8) angeordnet ist.
8. 8. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Heizgasführungsräume zwischen Brennkammer (1') und einer vor dem Rauchgasabzug (14') angeordneten Sammelkammer (13') in Form von Rohren ausgebildet sind, wobei das davon mindestens eine als Bypassrohr (15') ausgebildete Rohr den Anschlußboden (18) der Sammelkammer (13') überragt und im überragenden Rand (19) Schlitze (17) angeordnet sind.
9. 9. Heizkessel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung mehrerer Bypassrohre (15') jedes Bypassrohr mit einer Durchströmsperre (5) versehen ist und die Durchströmsperren (5) an jeweils einem separaten Bimetallhalter (2) angeordnet sind. Hiezu 5 Blatt Zeichnungen 5