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Heizkessel insbesondere für flüssige und/oder gasförmige Brennstoffe.
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Die Erfindung bezieht sich auf Heizkessel insbesondere fur flüssige
und/oder gasförmige Brennstoffe, bestehend aus Jeweils einem die Heizfläche für
das Heizmedium aufweisenden Kesselkörper mit einer Brennkammer bzw. einem Brennraum
und anschließenden Rauchgaskanälen sowie aus am Kesselkörper vorgesehenen Anschlußstutzen
fürdie Vorlauf- und Rücklaufleitungen.
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Bei den bekannten Heizkesseln dieser Art ist in der Regel. der Anschlußstutzen
für die Vorlaufleitung an der höchsten Stelle des Kesselkörpers bzw mindestens jedoch
oberhalb von etwaiger vorhandener Nachschaltheizflochen vorgesehen. Der Anschlußstutzen
für die Rückloufleitung ist dagegen vorwiegend an der tiefsten Stelle im Bereich
des Kesselbodens angeordnet Die Anschlußstutzen sind meistens an der Rückwand des
jeweiligen Heizkessels angebracht. In den Fällen, in denen der Anschlußstutzen für
den Rücklauf in höherer Lage am Kesselkörper eines Heizkessels vorgesehen ist, werden
alsdann im Kesselkörper Leitbleche angeordnet, welche das aus der Rücklaufleitung
einströmende abgekühlte Heizmedium nach unten in Richtung zum Kesselboden umlenken.
Auch ist schon in diesem Zusammenhang das abgekühlte Heizmedium gegenüber dem Öl-
bzw. Gasbrenner in Richtung auf die Stirnwand der Brennkammer zugeführt worden,
wo es dann infolge seiner Schwerkraft in Richtung zum Kesselboden absinkt.
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Im aligemeinen hat das Heizmedium im unteren, den Rücklauf aufnehmenden
Bereich der KesselrUckwand und des Kesselbodens gegen-Uber seinem oberen Bereich
schon die niedrigste Temperatur. Demgemäß ist auch die in diesem Bereich liegende
Heizfläche kühler als die übrige Heizfläche. Diese Verhältnisse werden umso ungünstiger,
je niedriger die Vorlauftemperatur gefahren wird.
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Wird hierbei eine Vorlauftemperatur von 55 OC und damit der Taupunkt
der Rauchgase unterschritten, so wird die in den Rauchgasen enthaltende Feuchtigkeit
kondensiert. Während des Betriebes vermischt sich dann das Kondensat mit dem in
den Rauchgasen enthaltenden Schwefel. Es entsteht Schwefelsäure, die den entsprechenden
Bereich des Kesselkörperu angreift und damit dessen Lebensdauer verkürzt.
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Die erläuterten herkömmlichen Heizkessel müssen daher Ufer die gesamt
Zeitdauer einer jeweiligen Heizperiode und wenn noch.
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eine Warmwasserbereitungsanlage eingebaut ist, darüber hinaus auch
im Sommer auf eine konstante Temperatur von über 70 OC gehalten werden, damit die
Kondensatbildung vermieden wird, obwohl aus heiztechnischen Gründen insbesondere
in den Übergangszeiten eine solch hohe Kesseltemperatur nicht notwendig ist. Mithin
sind die bekannten Heizkessel verhältnismäßig unwirtschaftlich, weil hohe Wärmeverluste
durch Abstrahlung und Auskühlung entstehen.
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Um den Heizungsbetrieb bei den bekannten Heizkesseln insbesondere
in den Übergangszeiten, in denen eine Vorlauf temperatur in der Regel unter der
notwendigen Kesseltemperotur von 70 OC ausreichend
ist, zu gewährleisten,
wird daher mittels eines Dreiweg- bzw.
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Vierwegventils aus dem Rücklauf strömendes abgekühltes Heizmedium
dem heißen Vorlaufmedium hinzugemischt bis die Vor auf temperatur den gewünschten
Wert erreicht hat. Dieser Vorgang kann automatisch erfolgen und beispielsweise durch
einen Außenthermostat gesteuert werden. Dementsprechend ist aber der Aufwand hoch.
Dagegen bedarf die Handregelung einer ständigen Bedienung. Wird sie versäumt, so
ist die Vorlauftemperatur gegebenen falls wiederum zu hoch und der Heizkesselbetrieb
besonders unwirtschaftlich. Aus den vorstehenden GrUnden haben daher die erläuterten
Heizkessel somit insgesamt gesehen einen verhältnismäßig niedrigen Wirkungsgrad.
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Auch schon im Hinblick auf die ständig steigenden Energiepreise und
mit RUcksicht auf die in absehbarer Zeit vielleicht noch kritisch werdende Energieversorgung,
besteht allgemein das Bestreben der Fachwelt darin, den Wirkungsgrad der Heizkessel
wesentlich zu verbessern und Brennstoff einzusparen. Das geschieht beispielsweise
dadurch, daß immer mehr die wirtschaftlichere Niedertemperatur- bzw. Fußbodenheizung
eingebaut wird, die gegenüber den anderen Heizungsarten eine erheblich niedrigere
Vorlauftemperatur erfordert. Das bedeutet aber, daß auch Heizkessel geschaffen werden
müssen, die mit gleitenden Vorlauftemperaturen gefahren werden können und bei denen
demgemäß auch die Kesselwasser-Temperatur unter die Taupunkt-Temperatur der Rauchgase
absinken kann.
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Es sind auch schon einige AusfUhrungsformen von Heizkesseln bekannt
geworden, welche die durch die Schwitzwasserbildung auftretenden Folgen dadurch
unwirksam zu machen versuchen, daß entweder der gefährdete Bereich innerhalb der
Brennkammer und der Nachschaltheizflöchenmit einer keramischen Beschichtung versehen
oder daß bei Heizkesseln aus Gußeisen die feuer- bzw.
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ruchgasseitige Heizfläche zur Aufnahme einer größeren Wärmemenge verrippt
wird. In beiden Fällen wird jedoch die Schwitzwasserbildung nicht vermieden. Die
sich daraus ergebenden Folgen werden zwar unterdrückt oder vermindert, aber der
hierzu notwendige Aufwand verteuert die Herstellung derartiger Heizkessel.
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Bei einer anderen Art von Heizkesseln und zwar aus Stahl, bei denen
für den Wärmeaustausch zwischen dem durch eine Umkehr- ~~ flamme beaufschlagten
Brennraum und aem Heizmedium jeweils ein Innenrippenrohr vorgesehen ist, besteht
der Vorteil, daß durch die infolge der Berippung vergrößerte rauchgasseitige Heizfläche
die Folgen des normaler Weise geringeren rauchgasseitigen Wärme-Uberganges praktisch
wieder ausgeglichen werden und damit die Kondensatbildung im Bereich des in den
Kesselkörper einströmenden Rücklaufes verhindert wird. Aber auch bei dieser Art
von Heizkesseln treten in Verbindung beispielsweise mit einer Fußbodenheizung dann
Schwierigkeiten auf, wenn zur Heizungsregel.ung die Vorlauftemperatur z.B. auf 30
bis 25 OC abgesenkt werden muß.
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Auch bei diesen Heizkesseln verursacht dann das unten in den Kesselkörper
zurückströmende und verhältnismäßig kalte Heizmedium
im Bereich
des Rauchgasabzuges Kondensatbildung in den in diesem Bereich an sich schon verhältnismäßig
kalten Rauchgasen. Steht hierbei das zurückströmende Heizmedium im Bereich des Anschlußstutzens
noch unter einem verhältnismäßig hohen Pumpendruck, so verteilt sich das zurückströmende
Heizmedium unkontrolliert im unteren Teil des Kesselkörpers und unterkühlt dabei
die von Rauchgasen beaufschlagte Heizfläche an den Stellen, an dem das Heizmedium
gestaut wird.
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Durch die Erfindung soll daher die Aufgabe gelöst werden, einen Heizkessel
insbesondere für flüssige und/oder gasförmige'Brennstoffe mit den weiteren Merkmalen
der eingangs im ersten Absatz erläuterten Gattung so weiterzubilden, daß unter Vermeidung
von Kondensatbildung die Vor- bzw. Rücklauftemperatur des Heizmediums auf 30 bis
20 OC herunter gleitend gefahren werden kann.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Rücklauf
des abgekühiten Heizmediums innerhalb des Kesselkörpers zur heißesten Stelle im
oberen Scheitelbereich des Brennraumes, der von den Rauchgasen beaufschlagten Heizfläche
und von dort mittels Leitbleche entlang der hochbelasteten Heizfläche in den unteren
Teil des Kesselkörpers geführt wird.
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Durch diese Maßnahmen erwärmt sich das zurückströmende Heizmedium
auf dem vorgezeichneten Weg auf eine Temperatur von möglichst über 60-°C, so daß
der Taupunkt der Rauchgase überschritten ist und damit auch an der kritischen Stelle
des Kesselkörpers unten
am Ausgang des Rauchgasabzuges eine Kondensatbildung
nicht mehr auftreten kann. Auch ist es nunmehr möglich geworden, einen gemäß der
Erfindung ausgebildeten Heizkessel mit einer Sparschaltung zu betreiben, bei welcher
der Gas- bzw. Ölbrenner abgeschaltet wird, wenn für die Heizung und die Warmwasserbereitung
keine Wärme mehr benötigt wird. Auch beim Aufheizen des etwa die Raumtemperatur
aufweisenden Heizmediums entsteht dann kein bzw. nur kurzzeitig Kondensat. Dadurch
erreicht ein solcher Heizkessel im Durchschnitt über die Dauer eines ganzen Jahres
gesehen einen hohen Wirkungsgrad bei einer Ersparnis an Brennstoff, die gegenüber
dem Verbrauch bei der Ublichen Betriebsweise der herkömmlichen Heizkessel bei über-
30 % liegt.
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Die Erfindung soll nachstehend anhand von mehreren Ausführungsbeispielen
näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigt' ion schematischer Darstellung: Fig.
1 den Längsschnitt durch einen Heizkessel mit einem Innenrippenrohr entlang der
Linie I-I in Fig. 2 eines ersten Ausführungsbeispieles, Fig. 2 den Querschnitt durch
den Heizkessel entlang der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 den Längsschnitt durch
einen Heizkessel mit einem die Brennkammer bildenden zylindrischen Heizzylinder
entlang der Linie 111-1 II in Fig. 4 eines zweiten AusfUhrungsbeispieles.
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.Fig. 4 den Querschnitt durch den Heizkessel entlang der Linie IV-IV
in Fig. 3, Fig. 5 den Längsschnitt durch einen Heizkessel mit kubischer, zylindrischer
oder ovaler Brennkammer entlang der Linie V-V in Fig. 6 eines dritten Ausführungsbeispieles,
Fig. 6 den Querschnitt durch den Heizkessel entlang der Linie VI-VI in Fig. 5.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 eines Heizkessels
ist in einem etwa eine kubische Gestalt aufweisenden Kesselkörper 1 ein Innenrippenrohr
2 als Wärmeaustauscher vorgesehen. Die Rippen 3 des Innenrippenrohres 2 sind an
der inneren Zylinderfläche angeformt und konvergieren in Richtung zur mittleren
Längsachse der Brennkammer. Die äußere zylindrische Mantelfläche des Innenrippenrohres
ist glattwandig und wird von dem im Kesselkörper befindlichen Heizmedium, z.B.'
Wasser, umspült. Das Innenrippenrohr schließt mit der Rückseite des Kesselkörpers
etwa bündig ab und mündet mit seiner offenen Seite in einer Umkehrkammer 4, die
nach außen durch eine den Gas- bzw. Ölbrenner zentrisch zur Brennkammer aufnehmenden
und vorzugsweise als Tür ausgebildeten Frontplatte 6 abgeschlossen ist. Auf der
RUckseite des Kesselkörpers 1 mUnden die zwischen den Rippen 3 verlaufenden Rauchgaskanäle
in einem Rauchgasabzugsstutzen 7 und mit ihrem entgegengesetzten Ende ebenfalls
in der Umkehrkammer 4.
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Die zum Brennraum offenen Längsseiten der Rauchgaskonäle werden durch
den Außenmantel eines in das Innenrippenrohr 2 passend eingreifenden topfförmigen
Flammrohres 8 abgeschlossen.
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Dadurch werden die durch die Flamme erzeugten heißen Rauchgase am
topfförmigen Ende des die Brennkammer ummantelnden Flammrohres umgelenkt und alsdann
in Gegenströmung zur Flammenrichtung in die Umkehrkommer zurückgeführt. Hier werden
die heißen Rauchgase nochmals umgelenkt und durchströmen unter allmählicher Abgabe
des größten Teiles ihrer Wärme die Rauchgaskanäle des Innenrippenrohres 2, worauf
sie in den Rauchgasabzugsstutzen 7 gelangen.
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Da die heißen Rauchgase durch den Auftrieb das Bestreben haben, möglichst
nach oben abzuziehen, sind im Scheitelbereich des Innenrippenrohres 2 die Rauthgaskanäle
von den heißen Rauchgasen voll beaufschlagt, wogegen dieses bei den übrigen Rauchgaskanälen
weniger der Fall ist. Demgemäß hat im Bereich der oberen Einmündungsstelle der heißen
Rauchgase in die Rauchgaskanäle des Innenrippenrohres die Heizfläche ihre höchste
Temperatur, der eine besondere Bedeutung zukommt, wie nachstehend noch erläutert
wird.
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Dem Auf trieb des erwärmten Heizmediums Rechnung tragend, ist im oberen
Bereich des Kesselkörpers 1 ein Anschlußstutzen 9 für die nicht dargestellte Vorlaufleitung
angeordnet. Seine Lage ist variierbar. Im unteren Bereich des Kesselkörpers ist
in Ublicher
Weise ein weiterer Anschlußstutzen 10 fUr die ebenfalls
nicht dargestellte RUcklaufleitung vorgesehen. Erfindungsgemäß ist jedoch der Anschlußstutzen
10 bzw. die Rücklaufleitung parallel zur Längsachse des Innenrippenrohres 2 inden
Kesselkörper 1 hinein verlängert und mUndet zwischen zwei zur vorderen Kesselstirnfläche
parallelen Leitbleche 11 und 12, die im Bereich des Innenrippenrohres angebracht
sind sowie seitlich und unten das Innenrippenrohr gegebenenfalls mit Spiel umfassen.
Das der Frontplatte des Kesselkörpers zugekehrte und in Höhe der Brennkammeröffnung
verlaufende Leitblech 11 kann höher als das benachbarte Leitblech 12 ausgebildet
sein und sich bis oberhalb dem Scheitelbereich des Innenrippenrohres erstrecken,
wogegen das andere Leitblech 12 etwa in Höhe der horizontalen Mittelebene des Innenrippenrohres
endet. Die Anordnung ist mithin so durchgefUhrt, daß zwischen dem höheren Leitblech
11 und der ideellen Verlängerung des niederen Leitbleches 12 im oberen Scheitelbereich
die heißeste Stelle der Heizfläche liegt. Das zurückströmende abgekühlte Heizmedium
wird durch die vorstehend erläuterten Maßnahmen zwangsläufig zur heißesten Stelle
der Heizfläche gefUhrt, von wo aus es nach unten absinkt und sich erwärmt, so daß
an der kühlsten Stelle im Bereich des Rauchgasabzugsstutzens keine Kondensatbildung
auftreten kann. Durch das höhere Leitblech 11 wird weiterhin verhindert, daß das
abgekühlte Heizmedium nicht vorzeitig in den die Umkehrkammer 4 begrenzenden unberippten
Teil der Heizfläche strömt und dort Kondensatbildung verursacht.
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Der als weiteres Ausführungsbeispiel dargestellte Heizkessel nach
den Fig. 3 und 4 unterscheidet sich von dem zuvor erläuterten Ausführungsbeispiel
nach den Fig. 1 und 2 im wesentlichen dadurch, daß anstelle eines Innenrippenrohres
ein zylindrischer Brennraum 22 und darin ein kürzeres topfförmiges Flammrohr 20
vorgesehen ist. Das Flommrohr 20 bildet die Brennkammer 23, in welcher die Flamme
bzw. die heißen Rauchgase in Gegenströmung zur Flammenrichtung zur Umkehrkammer
24 umgelenkt werden. Von hier aus gelangen sie in Flammenrichtung ungeführt durch
den im Querschnitt kreisringförmigen Rauchgaskanal 25 zwischen dem Flammrohr 20
und der zylindrischen Umgrenzung des Brennraumes 22 hindurch in den auf der Kesselrückseite
vorgesehenen Rauchgasabzugsstutzen 26 und von da in den Schornstein. Auch dieser
Heizkessel ist an der höchsten Stelle vorwiegend an der Rückseite mit einem Anschlußstutzen
27 für die Vorlaufleitung und an der untersten Stelle mit einem Anschlußstutzen
28 für die Rücklaufleitung versehen.
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Die heißeste Stelle der vom Heizmedium umspülten Heizfläche befindet
sich auch bei diesem Heizkessel im Scheitelbereich der zylindrischen Heizfläche
des Brennraumes 22 und zwar gegenüber der oberen Umkehrstelle der heißen Rauchgase
in Richtung zum Rauchgasabzugsstutzen 26.
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Erfindungsgemäß kann ein weiterer,Anschlußstutzen 29 für die Rücklaufleitung
radial gegenüber der heißesten Stelle im oberen
Scheitel des Kesselkörpers
vorgesehen und bis in die Nähe der heißesten Stelle der Kesselheizflächen verlängert
werden. Der untere RUcklaufstutzen 28 wird in diesem Fall zur Entleerung des Kessels
verwendet. Auch könnte der Anschlußstutzen 29' für die Rücklaufleitung parallel
zur Kessellängsachse an der R-ckseite des Kesselkörpers unterhalb des Anschlußstutzens
27 für die Vorlaufleitung angeordnet und ebenfalls bis zur heißesten Stelle verlängert
werden. Die heißeste Stelle selbst befindet sich wiederum zwischen zwei zu den Kesselstirnwänden
parallelen Leitblechen 30 und 31, die gleich groß ausgebildet sind und etwa die
obere Hälfte der zylindrischen Heizfläche des Brennraumes 22 umfassen bzw. sich
bis etwa zur horizontalen Ldngsmittelebene des Brennraumes erstrecken. Sie können
auch anderst z.B. schraubengangförmig ausgebildet sein. Somit wird auch bei diesem
Heizkessel das Rücklaufmedium verhältnismäßig hoch erwärmt und damit eine Kondensatbildung
an der kühlsten Stelle vermieden.
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Die bei dem Heizkessel nach den Fig. 3 und 4 vorgesehenen Maßnahmen
zur Verhinderung von Kondensotbildung können auch bei dem Heizkessel noch den Fig.
1 und 2 durchgeführt werden und umgekehrt.
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Beim AusführungsSeispiel nach den Fig. 5 und 6 weist der Heizkessel
bzw. der Kesselkörper 40 eine kubische Brennkammer 41
auf, deren
die Decke bildende Heizfläche in Richtung zu einer der Brennkammer vorgeschqlteten
Umkehrkammer 42 divergiert.
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Mit Ausnahme der zur Umkehrkammer 42 offenen Seite ist die Brennkammer
41 an den übrigen Seiten vom Heizmedium umspült.
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An der vorderen, als Tür ausgebildeten Stirn- bzw. Frontplatte des
Kesselkörpers ist der Brenner montiert, dessen Flamme etwa horizontal sich nahe
bis an die Rückwand der Brennkammer erstreckt. Die heißen Rauchgase werden in der
Brennkammer in Gegenströmung zur Flammenrichtung in die Umkehrkammer 42 zurUckgeführt
und gelangen von da parallel zur Brennerachse durch Rauchgaskanäle, die von Nachschaltheizflächen
43 gebildet werden, in einen mit einem Schornstein verbundenen Rauchgasabzugsstutzen.
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An der Rückwand des Kesselkörpers ist in üblicher Weise im oberen
Bereich ein Anschlußstutzen 44 fUr die Vorlaufleitung und im unteren Bereich ein
Anschlußstutzen 45 fur die Rücklaufleitung angeordnet. .
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Obwohl die vom Heizmedium gekühlte Brennkammer fUr den Ausbrand der
öl- bzw. Gasflamme nicht optimal geeignet ist, werden solche Heizkessel mit dem
erläuterten grundsätzlichen Aufbau noch oft verwendet. Um auch diese Heizkessel
gleitend und mit möglichst weit abgesenkter Vorlauftemperatur fahren zu können,
sollen daher auch bei Heizkesseln dieser Art Maßnahmen vorgesehen werden, die eine
Kondensatbildung und damit die Entstehung von Schwefelsäure verhindern
Hierzu
wird die Rücklaufleitung 46 von der Kesselrückseite so in den Kesselkörper 40 eingeführt
und entsprechend ausgebildet, daß ihre Ausmündung etwa im Mittenbereich der zur
Umkehrkammer 42 divergierenden Heizfläche der Brennkammer 41 endet, wobei insbesondere
der Mittenbereich, bedingt durch die Rauchgasführung, zugleich als die heißeste
Stelle der Heizfläche gelten kann. Beiderseits der heißesten Stelle und zwar parallel
zu den Seitenwänden des Kesselkörpers ist jeweils ein hochkant stehendes Leitblech
47 vorgesehen, das in seinem sich entlang der divergierendenbzw.
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zur Umkehrkammer 42 ansteigenden Heizfläche erstreckenden Verlauf
mit Durchbrechungen 48 zur besseren Verteilung des wieder aufgewärmten Heizmediums
versehen -sein kann. Weiterhin ist beiderseits der Umkehrkammer in Höhe der Ausmündung
der Brennkammer jeweils noch ein lotrecht verlaufendes Leitblech 49 angebracht,
das mit dem benachbarten, hochkant auf der ansteigenden Heizfläche ange-.ordneten
Leitblech 47 einen rechten Winkel bildet. Durch die. rings um die Brennkammer angeordneten
Leitbleche wird das aus dem- RUcklauf in den Kesselkörper 40 einströmende und an
der heißesten Stelle der Heizfläche vorgewärmte Heizmedium an der Brennkammer entlang
in den unteren Teil des Kesselkörpers geführt, wobei es noch weiter aufgeheizt wird.