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Heizungskessel
Die Erfindung bezieht sich auf einen Heizungskessel mit einen : Brenner für flüssige oder gasförmige Brennstoffe, einem von einem glockenförmigen Wassermantel umgebenen Feuerraum und einem diesen Wassermantel umgebenden zweiten Wassermantel, der mit ersterem an dessen zylindrischer Umfangsfläche einen hohlzylindrischen Zwischenraum bildet, der zur Weiterleitung der aus dem Feuerraum austretenden Verbrennungsgase dient.
Bei einer bekannten Ausführung dieser Art für feste und flüssige Brennstoffe ist der glockenförmige Wassermantel mit allseitigem Abstand und koaxial von einem zweiten glockenförmigen Wassermantel umschlossen. Knapp unterhalb des inneren Wassermantels und oberhalb des Rostes mündet der senkrecht zur gemeinsamen Achse der beiden Kessel argeordnete Ölbrenner ein. Bei Betrieb mit festem Brennstoff dient der Innenraum des inneren glockenförmigen Wassermantels als Einfüllschacht für den Brennstoff, kommt also als Wärmeübergangsfläche kaum in Betracht. Der Raum zwischen den beiden Wassermänteln ist seitlich an den Rauchgasabzugsstutzen angeschlossen und weist keinerlei Leitflächen auf.
Die Verbrennungsgase werden also den Weg des geringsten Widerstandes nehmen und so die ohnedies kleinen Wärmeübergangsflächen in ungünstiger Weise sehr verschieden bestreichen. Bei Betrieb mit flüssigem Brennstoff wird ein Teil der Verbrennungsgase den Weg über den Innenraum des inneren Wassermantels nehmen, wobei sich aber nur eine sehr geringe Strömungsgeschwindigkeit einstellt, so dass in diesem Fall die Innenfläche nur verhältnismässig wenig zur Verbesserung des Kesselwirkungsgrades gegenüber dem Betrieb mit festem Brennstoff beitragen kann.
Bei einem nur für feste Brennstoffe bestimmten Heizungskessel mit ebenfalls zwei koaxialen Wassermänteln dient der vom inneren glockenförmigen Wassermantel umschlossene Raum als Einfüllschacht für den Brennstoff, kommt also als Wärmeübergangsfläche nicht in Betracht. Im Zwischenraum zwischen dem inneren und äusseren Wassermantel ist eine schraubenflächenförmige Leitwand vorgesehen, die als Rippe des äusserenWassermantels mit diesem als Eingussstück hergestellt ist. Die schraubenfl'1chenförmige Leitwand dient hier neben der Verlängerung des sonst sehr kurzen Weges des Verbrennungsgases zum Abzugsstutzen, hauptsächlich zur Vergrösserung der Heizfläche. Die verhältnismässig träge Abgasströmung lässt einen Verzicht auf diese Heizflächenvergrösserung nicht zu.
Aus dem gleichen Grunde sind auch einer Vergrösserung der Heizflächenbelastung sehr enge Grenzen gesetzt, so dass eine grössere Leistung des Heizungskessels praktisch immer nur durch eine Vergrösserung des gesamten Kessels erzielt werden kann. Dies ist aber für die Fabrikation und Lagerhaltung sehr von Nachteil.
Bei einer andern bekannten Ausführung der eingangs genannten Art streichen die Verbrennungsgase nach Austritt aus dem Feuerraum axial an der Aussenfläche des Wassermantels entlang. Zur Verbesserung des Wärmeüberganges vom Verbrennungsgas zum Wassermantel sind hiebei an der Aussenfläche des Wassermantels Drahtspiralen radial abstehend angeschweisst, deren Wirkung ebenfalls in einer Vergrösserung der wärmeaufnehmenden Oberfläche besteht. Die Nachteile dieser Ausführung sind deshalb im wesentlichen dieselben wie bei der zuletzt angegebenen.
Die Erfindung vermeidet nun die angeführten Nachteile der bekannten Ausführungen ; es liegt ihr die Aufgabe zu Grunde, die spezifische Heizflächenbelastung eines eingangs genannten Kessels zu steigern, um eine gedrängte, raum- und materialsparende Bauweise zu erzielen. Erfindungsgemäss ist der den Feueiraum umgebende glockenförmige Wassermantel mit seiner Hauptachse horizontal und der Brenner mit seiner Hauptachse koaxial zu diesem angeordnet und gegen die stirnseitige Abschlusswand des glokkenförmigen Wassermantels gerichtet. In dem hohlzylindrischen Zwischenraum zwischen den beiden
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die einen schraubenlinienförmigen Kanal für die Verbrennungsgase bildet.
Dadurch wird die Flamme des Brenners zentral um den Innenraum des glockenförmigen Wasserwantels und gegen dessen stirnseitige Abschlusswand gerichtet und das Verbrennungsgas strömt in Gegenrichtung und gleichmässig über den Umfang verteilt brennerseitig aus. Auf diese Weise wird die ganze Innenfläche des inneren Wasse"mantels intensiv unmittelbar durch Strahlung und mittelbar durch Wärmeabgabe seitens der mit hoher Geschwindigkeit der Umfangsfläche entlangstreichenden Verbrennungsgase beheizt.
Nach Austritt aus dem Feuerraum werden die Verbrennungsgase nochmals um 180 umgelenkt und strömen, gleichzeitig den glockenförmigen Wassermantel von aussen und den diesen umgebenden zweiten Wassermantel von innen beheizend, durch einen schraubenlinienförmigen Kanal zum Abgasaustrittsstutzen. Infolge des durch den Brenner verursachten Druckgefälles nehmen die Verbrennungsgase im Kanal eine hohe Geschwindigkeit ar., welche zusammen mit den sich u. a. durch Fliehkraftwirkung bildenden Wirbelströmungen einen ausgezeichneten Wärme- übergang zu den beiden Wassermänteln gewährleisten. Praktische Versuche haben ergeben, dass mit der erfindungsgemässen Ausbildung überraschenderweise ein Mehrfaches der bisherigen Heizflächenbelastung erzielt werden kann, so dass sich damit eine wesentliche Verkleinerung bzw.
Verbesserung dés Heizungskessels ergibt.
Vorzugsweise wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung auch die stirnseitige Abschlusswand des den Feuerraum umgebenden glockenförmigen Wassermantels mit Abstand vom zweiten Wassermantel umschlossen und an dem so gebildeten Raum der Austrittsstutzen für die Verbrennungsgase angeschlossen.
Dadurch wird ohne Störung der schraubenlinienförmigen Abgaskanäle auch ail dieser Stelle ein Beitrag zur Verbesserung der spezifischen Heizflächenbelastung geleistet.
Die Verbrennungsgase werden im Verlaufe ihres Weges im Kessel bis auf etwa 2000 C abgekühlt, wodurch sich ständig die Temperaturdifferenz gegenüber dem Kesselwasser ändert. Infolge dieser sich verkleinernden Temperaturdifferenz und der sich durch die Abkühlung vermindernden Gasgeschwindigkeit würde der Wärmeübergang bei konstantem Querschnitt des schraubenlinienfcimigen Kanals am Ende desselben kleiner sein als am Anfang. Zur Erzielung eines möglichst gleichmässigen Wärmeüberganges über die ganze'Länge des Kanals kann man, nach einem weiteren Merkmal der Erfindung, die schrauben - flächeiiförmige Leitwand und damit den Querschnitt des Kanals in Richtung der Abströmung des Verbrennungsgases fortlaufend verkleinern.
Dies wird vorzugsweise in einem solchen Ausmass geschehen, dass die Geschwindigkeit der Verbrennungsgase mindestens angenähert konstant bleibt.
Da der schraubenflächenförmigen Leitwand nicht die Funktion einer Waimeaustauschfläche zugedacht ist, kann diese als eigener Bauteil mit Spiel im Zwischenraum zwischen den beiden Wassermänteln angeordnet sein, so daR sie nach Entfernung des den Brenner tragenden Abschlussdeckel des die innere Begrenzung des zweiten Wassermantels bildenden zylindrischen Einsatzes als Ganzes herausziehbar ist. Um hauptsächlich zu diesem Zweck die schraubenflächenförmige Leitwand als Ganzes zu einem starren Gebilde zu machen, kann diese an Längsstäben befestigt sein, welche sich axial über die ganze Länge der Leitwand erstrecken. Die Leitwand ist zufolge dieser Bauweise auch leicht austauschbar, z.
B. gegen eine solche mit kleinerer Steigung und mehr Windungen, also längerem Weg der Abgase. \uf diese Weise kann der Heizungskessel leicht auf eine andere Heizflächenbelastung umgestellt werden, was grosse Vorteile in der Fabrikation und Lagerhaltung bietet.
Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben. Die einzige Figur zeigt einen erfindungsgemässen Heizungskessel mit Warmwassererzeuger im axialen Mittelschnitt.
Der Heizungskessel wird im wesentlichen aus den beiden in der Grundform zylindrischen Wassermänteln 1 und 2 gebildet, von denen der glockenförmige Wassermantel 2 innerhalb des Wassermantels l angeordnet ist und die Hauptachsen der beiden Wassermäntel zueinander senkrecht stehen. Der Wassermantel 1 wird aussen von einem zylindrischen Mantel 3, einem Boden 4 und einem konkaven Deckel 5 gebildet.
Die innere Begrenzung besteht aus einem zylindrischen Einsatz 6, der senkrecht zur vertikalen Achse des zylindrischen Mantels 3 angeordnet, auf einer Seite den zylindrischen Mantel 3 durchsetzt und auf der axial gegenüberliegenden Seite mit einem Stutzen 7 mit der Rauchgasabzugsleitung in Verbindung steht.
Im Inneren des zylindrischen Einsatzes 6 ist koaxial der glockenförmige Wassermantel 2 mit allseitigem Abstand angeordnet. Der Ölbrenner 8 in Hochdruckausführung, mit einem entsprechenden Ventilator 10 versehen und ebenfalls koaxial angeordnet, ragt in das Innere des Wassermantels 2 hinein, welches so den Feuerraum 9 bildet. Der Ölbrenner 8 samt Ventilator 10 ist an einem Deckel 11 befestigt, der z. B. mittels einer Keramikplatte 12 wärmeisoliert ist und den zylindrischen Einsatz 6 nach aussen abschliesst.
Die Flamme des Brenners wird sich etwa in der dargestellten Form ausbilden, sie ist also gegen den Doppelboden 13 des glockenförmigen Wassermantels 2 gerichtet. Die Wärmeübertragung erfolgt somit
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im Inneren im wesentlichen durch Strahlung. Die Verbrennungsgase nehmen den durch die Pfeile 14 und 15 angedeuteten Weg, werden also um je 1800 umgelenkt und gelangen so in den hohlzylindri- schen Raum 16 zwischen den beiden Wassermänteln 1 und 2 und von hier über die Bodenpartie 17, wie durch Pfeile 18 angedeutet, in den mit dem Schornstein in Verbindung stehender Abzugsstutzen 7. Zwischen dem Wassermantel 2 und der Isolierplatte 12 ist zu diesem Zweck ein scheibenförmiger Zwischenraum 16'vorgesehen, der als Umlenkkammer dient.
Im hohlzylindrischen Raum 16 befindet sich eine schraubenflächenförmige Leitwand 19, die mit Spiel nach Entfernung des Deckels 11 eingesetzt ist. Durch die Leitwand 19 wird ein schraubenlinienförmiger Kanal 20 gebildet, der vom Abgas, wie durch Pfeile 21 angedeutet, der Länge nach durchströmt werden muss. Das Abgas bestreicht hiebei gleichzeitig beide Wassermäntel 1 und 2 unter Wirbelbildung und mit hoher Geschwindigkeit, so dass alle Voraussetzungen für einen bestmöglichen Wärmeübergang vom Verbrennungsgas zum Kesselwasser gegeben sind. Zur gegenseitigen Fixierung der einzelnen Windungen der Leitwand 19 sind axial verlaufende Längsstäbe 22 vorgesehen, an welchen die einzelnen Windungen der Leitwand, z. B. mittels je zweier Schraubenmuttern 23, in ihrer Lage fixiert sind.
Auf diese Weise entsteht ein starrer Einsatz, der leicht als Ganzes herausgezogen werden kann. Wenn erforderlich, können die Abstände der einzelnen Windungen in Strömungsrichtung sich verkleinernd eingestellt werden, um in allen Teilen des Kanals 20 die besten Wärmeübergangsverhältnisse zu erhalten.
Der Wasserraulr des Wassermantels 2 steht über einen etwa an tiefste Stelle angebrachten Stutzen 24 mit dem Wasserraum des Wassermantels 1 in Verbindung. Hier tritt das Wasser in den unteren Teil des Wassermantels 2 ein, der grösstenteils von dem oberen durch seitliche Wände 25 getrennt ist. Das Wasser wird, wie durch die Pfeile 26 angedeutet ist, gezwungen, an der dem Stutzen 24 gegenüberliegenden Stirnseite in den oberen Teil des Wassermantels überzutreten. Von hier erfolgt der Abfluss wiederum an der Rückseite über ein Rohr 27, das in den am Deckel 5 aufsitzenden Brauchwasserkessel 28 hineinragt.
Der Brauchwasserkessel 28 besitzt ober. zwei Böden 29 und 30, die einen Verteilraum 31 für das Heisswasser bilden. Der Wärmeaustauscher besteht aus einer Anzahl von Heizrohren 32, die den Verteil-
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Spielraum 36 liegt und bis nahe an den Verteilraum 31 heranreicht.
Die Wasserzirkulation erfolgt für den Fall, als das Brauchwasser noch nicht seine Höchsttemperatur erreicht hat, wie durch die Pfeile 34 und 35 angedeutet. Sobald der Brauchwasserkessel vollständig aufgeheizt ist, kommt diese durch Thermosyphonwirkung sich einstellende Wasserzirkulation naturgemäss zum Stillstand, worauf sich das im glockenförmigen Wassermantel 2 erhitzte Wasser über das Rohr 27 und über denSpie1J : aum 36 des Rohres 33 in den Wassermantel l ergiesst.
Bei sehr grossem Wärmebedarf des Brauch- wassererhitzsrsist es auch möglich, dass zu dem Heisswasser aus dem Rohr 27 auch Heisswasser aus dem Wassermantel l über den Spielraum 36 zusätzlich dem Verteilraum 31 und damit den Heizrohren 32 zufliesst.
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und mit 40 der Warmwasserablaufstutzen des Brauchwasserkessels 28 bezeichnet. Über den Anschlussstutzen 41 ist der Verteilraum 31 an ein Expansionsgefäss angeschlossen. Mit 42 ist der den ganzen Heizungskessel umgebende Isoliermantel bezeichnet.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Heizungskessel mit. einem Brenner für flüssige oder gasförmige Brennstoffe, einem von einem glockenförmigen Wassermantel umgebenen Feuerraum und einem diesen Wassermantel umgebenden zweiten Wassermantel, der mit ersterem an dessen zylindrischer Umfangsfläche einen hohlzylindrischen Zwischenraum bildet, der zur Weiterleitung der aus dem Feuerraum austretenden Verbrennungsgase dient, dadurch gekennzeichnet, dass der glockenförmige Wassermantel (2) mit seiner Hauptachse horizontal und der Brenner (8) mit seiner Hauptachse koaxial zu diesem angeordnet und gegen die stirnseitige Abschlusswand (13) des glockenförmigen Wassermantels (2) gerichtet ist, und in dem hohlzylindrischen Zwischenraum (16) zwischen den beiden Wassermänteln (1, 2)
in an sich bekannter Weise eine schrauben- flächenförmige Leitwand (19) vorgesehen ist, die einen schraubeDlinienförmigen Kanal (20) für die Verbrennungsgase bildet.