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Heizungskessel
Die Erfindung betrifft Heizungskessel mit einem Brenner für flüssige oder gasförmige Brennstoffe, ei- nem von einem Wassermantel umgebenen Feuerraum und einem diesen Wassermantel umgebenden zwei- ten Wassermantel, der mit dem ersteren einen zur Weiterleitung der aus dem Feuerraum austretenden Ver- brennungsgase dienenden hohlzylindrischen Zwischenraum bildet,
wobei der Brenner mit seiner Haupt- achse koaxial zum erstgenannten Wassermantel liegt und gegen dessen stirnseitige Abschlusswand gerich- tet ist und der Feuerraum durch eine sich in Richtung der Achse des Wassermantels erstreckende Durch- trittsöffnung im inneren Wassermantel mit dem hohlzylindrischen Zwischenraum in Verbindung steht und die parallel zur Längsachse des Zwischenraumes liegende Austrittsöffnung für den Abzug der Verbrennungs- gase aus dem Zwischenraum in unmittelbarer Nähe der Durchtrittsöffnung liegt, die als über den grössten
Teil der axialen Länge des Zwischenraumes reichender, unmittelbar in den Zwischenraum ausmündender
Schlitz ausgebildet ist, und der Zwischenraum durch eine zwischen der Durchtrittsöffnung und der Aus- trittsöffnung sich über die ganze Länge des Zwischenraumes erstreckende,
zur Achse des Zwischenraumes parallele Trennungswand unterbrochen ist, wie sie den Gegenstand des Patentes Nr. 228444 bilden.
Beisolchen Heizungskesseln kommt es vor allem darauf an, dass die Geschwindigkeit der Verbrennungs- gase innerhalb des hohlzylindrischen Zwischenraumes, der für die Güte der Wärmeübertragung von den
Verbrennungsgasen auf das Heizwasser von ausschlaggebender Bedeutung ist, möglichst über den gesamten Weg, den die Verbrennungsgase in dem Zwischenraum zurücklegen, jenen Wert beibehält, der für den optimalen Wärmeübergang erforderlich ist.
Da die Temperatur der Verbrennungsgase auf deren Weg durch den Zwischenraum durch die Wärmeübertragung an die Heizflächen der beiden Wassermäntel sich von Strömungsquerschnitt zu Strömungsquerschnitt verändert, zeigten praktische Versuche sehr bald, dass die ursprüngliche Ausbildung des Zwischenraumes mit konzentrisch liegenden kreiszylindrischen Begrenzungswänden allein nicht zu einer optimalen Wärmeübertragung führt. Je nach der Lage der einzelnen Bereiche des Zwischenraumes mit Bezug auf die Durchtrittsöffnung des inneren Wassermantels und die Austrittsöffnung im äusseren Wassermantel ist ein verschieden grosser Strömungsquerschnitt notwendig. Die hiezu im Patent Nr. 228444 vorgesehene Anordnung von Verdrängungskörpern, die in den Hohlraum mit allseitigem Spiel gegen die.
Begrenzungswände eingesetzt sind, bringt zwar die Möglichkeit einer örtlichen Beeinflussung der Geschwindigkeit der Verbrennungsgase, birgt aber mit Rücksicht darauf, dass die Verdrängungskörper als zusätzliche Bauelemente in Erscheinung treten, die eine besondere Halterung und unter Umständen sogar eine gewisse Wartung notwendig machen, betriebsmässig und strömungstechnische Mangel in sich, die durch die bereits vorgeschlagene keilförmige Ausbildung des Querschnittes der Verdrängungskörper nur zu einem Teil beseitigt werden.
Ziel der Erfindung ist es nun, eine allen strömungstechnischen Anforderungen entsprechende Ausbildung von Heizungskesseln der eingangs beschriebenen Art zu erstellen, die sich auch durch besonders einfachen Aufbau auszeichnet. Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, dass der innere Kühlwassermantel exzentrisch liegt, wobei die Achse des äusseren Kühlwassermantels zwischen der Durchtrittsöffnung und jener Ebene durch die Achse des inneren Kühlwassermantels liegt, die zu dem durch die Mitte der Durchtrittsöffnung gehenden Radius des inneren Kühlwassermantels senkrecht steht.
Die exzentrische Lage der beiden Wassermäntel ergibt eine stetige Veränderung des Querschnittes für die den Zwischenraum durchsetzenden Verbrennungsgase, wobei in jenem Bereich des Zwischenraumes, in welchem die Ver-
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brennungsgase unmittelbar vor dem Verlassen desselben eine Umlenkung erfahren, wegen der zufolge der exzentrischen Lageder Kühlwassermäntel an dieser Stelle grossen Strömungsquerschnitte die Verbrennung- gase geringe Geschwindigkeit aufweisen, wodurch Strömungsverluste entfallen, die zufolge der Umlen- kungbeihohenGeschwindigkeiten kaum vermeidbar wären.
Gegenüber der bereits früher vorgeschlagenen
Anordnung von Verdrängungskörpern ist die Ausbildung nach der Erfindung auch dadurch von besonderem
Vorteil, dass die Veränderung der Strömungsquerschnitte über den Strömungsweg stetig ist und sich über den grössten Teil des Querschnittes des Zwischenraumes erstreckt.
Durch entsprechende Wahl der Exzentrizität des inneren Kühlwassermantels gegenüber dem äusseren
Kühlwassermantel kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung erreicht werden, dass die Geschwindigkeit der Verbrennungsgase in der in Strömungsrichtung an die Durchtrittsöffnung anschliessenden Hälfte des
Zwischenraumes zumindest annähernd gleich bleibt. Bei dieser besonderen Ausgestaltung des Erfindungs- gegenstandes sind optimale Strömungsverhältnisse für die Verbrennungsgase erreicht, weil örtliche Be- schleunigungen und Verzögerungen im Strömungsverlauf unterbunden sind.
Die Grösse der Geschwindigkeit der Verbrennungsgase bestimmt sich nach den Strömungsverhältnissen an der Durchtrittsöffnung, wo die
Verbrennungsgase aus der im wesentlichen radialen Durchströmung dieser Öffnung in die mit Bezug auf die Kühlwassermäntel in Umfangsrichtung verlaufende Strömung innerhalb des Zwischenraumes umge- lenkt werden.
Zur weiteren Verbesserung des Wärmüberganges von den Verbrennungsgasen auf die Wandungen der
Kühlwassermäntel können nach einem weiteren Merkmal der Erfindung an der Innenseite der beiden Wän- de des Zwischenraumes gegen die Wände in Richtung der Strömung der Verbrennungsgase geneigte Bleche gegeneinander versetzt angeordnet sein, welche die Verbrennungsgase abwechselnd gegen die innere und die äussere Begrenzungswand des Zwischenraumes lenken. Bei entsprechender Bemessung und Neigung dieser Wirbelbleche ist bei nur unbedeutender Beeinflussung des Strömungswiderstandes innerhalb des Zwischenraumes eine beachtliche Steigerung des Wärmeüberganges durch Konvektion erreichbar.
Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung von zwei in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausbildungsbeispielen im einzelnen erläutert. In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 einen Heizungskessel nach der Erfindung im Längsschnitt nach Linie I-I in Fig. 2 und Fig. 2 stellt dazu einen Längs-Mittelschnitt dar. Fig. 3 zeigt in einer der Fig. 1 entsprechenden Schnittführung eine zweite Variante eines erfindungsgemässen Heizungskessels und Fig. 4 den zugehörigen Querschnitt. In allen Darstellungen sind gleichartige Teile mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet.
Im einzelnen bestehen die Heizwasserkessel aus dem Feuerraum 1, der seitlich von dem innenliegenden kreiszylindrischen Kühlwassermantel 2 umschlossen ist. Die Verbrennungsgase treten ans dem Feuerraum durch die über den grössten Teil der Länge des Feuerraumes reichende schlitzartige Durchtritts- öffnung 10 in den hohlzylindrischen Zwischenraum 4 über, der aussen von dem Kühlwassermantel 3 begrenzt ist. Der Feuerraum 1 ist an einer Stirnseite durch die Tür 7 abgeschlossen, an der der Brenner 5 mit seinem Gebläse 9 sitzt, und die an der dem Feuerraum zugekehrten Seite bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Variante eine keramische Schicht 8 trägt. Die der Tür gegenüberliegende Stirnseite des Brennraumes ist als wassergekühlter Reflektor 6 für die Umlenkung der Verbrennungsgase in die Richtung zur Durchtrittsöffnung 10 ausgebildet.
Der Heizwasserinhalt des inneren Kühlwassermantels steht mit dem äusseren Kühlwassermantel in Verbindung ; bei der Ausbildung nach den Fig. 1 und 2 ist der äussere Wassermantel in den Kesselkörper 17 eingebettet, der einen grossen Teil des Wasserinhaltes des Heizungskessels aufnimmt.
Die Verbrennungsgase treten über die Durchtrittsöffnung 10 in den Zwischenraum 4 ein, durchströmen diesen in der durch die Pfeile angegebenen Richtung, wobei die Abkühlung der Abgase auf dem Weg durch den Zwischenraum durch die Abnahme der Strömungsquerschnitte so weit ausgeglichen wird, dass bis zur Stelle geringsten Abstandes zwischen den beiden Kühlwassermänteln die Geschwindigkeit der Ver- brennungsgase annähernd gleich gross bleibt.
In dem anschliessenden Bereich des Zwischenraumes, in dem die Begrenzungswände in der Richtung zu dem der Austrittsöffnung 13 vorgelagerten Austrittskanal 12 divergieren, nimmt die Geschwindigkeit der Verbrennungsgase ab, so dass bei der Umlenkung der Verbrennungsgase in den Austrittskanal diese nur mehr eine verhältnismässig kleine Geschwindigkeit aufweisen, wodurch hier Strömungsverluste möglichst klein gehalten werden. Der Austrittskanal 12 und damit die Austrittsöffnung 13 sind von der Durchtrittsöffnung 10 durch eine Trennwand 11 abgeschirmt, deren der Durchtrittsöffnung 10 zugekehrte Seite eine Umlenkfläche 14 für das den Verbrennungsraum verlassende Gas bildet.
Oberhalb des Heizwasserkessels befindet sich bei den beiden beschriebenen Ausbildungsbeispielen ein Brauchwasserkessel 18, dessen Wasserinhalt durch das Heizwasser des darunterliegenden Kessels erwärmt
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