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Die Erfindung bezieht sich auf einen brennerbefeuerten Heizungskessel, welcher Heizungsrohre aufweist, die durch den Wasserraum des Kessels führen und von den aus dem Feuerraum kommenden Feuergasen durchströmt werden und Nachschaltheizflächen bilden, und in denen wendelförmige Einsätze mit Verdrängerkörpern angeordnet sind, welche Heizungsrohre vorzugsweise annähernd horizontal verlaufen.
Die bei Heizungskesseln vorgenannter Art vorgesehenen Nachschaltheizflächen geben einen wertvollen Beitrag zum Gesamtwirkungsgrad solcher Kessel. Durch die wendelförmigen Einsätze kommt es zu einer Durchwirbelung der vom Feuerraum kommenden Heizgase in den Heizungsrohren, wobei durch Verdrängerkörper, welche in den wendelförmigen Einsätzen angeordnet sind, die Heizgase gegen die Peripherie des Heizungsrohrquerschnittes hin gelenkt werden.
Es ist ein Ziel der Erfindung, einen Heizungskessel eingangs erwähnter Art zu schaffen, bei dem die Strömungsverhältnisse in den die Nachschaltheizflächen bildenden Heizungsrohren auf einfache Weise eingestellt werden können, um unter Berücksichtigung der bei einem solchen Kessel vorliegenden Heizgasströmung, welche von der Geometrie des Kessels und vom Verbrennungsvorgang abhängt, und unter Berücksichtigung der durch die Aufstellung des Kessels gegebenen Abgasbedingungen einen möglichst guten thermischen Wirkungsgrad des Kessels zu erhalten.
Der erfindungsgemäss ausgebildete Kessel eingangs erwähnter Art ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens in einer Teilgruppe der Heizungsrohre in den wendelförmigen Einsätzen mehrere in Axialrichtung der Heizungsrohre aufeinanderfolgende Verdrängerkörper und/oder in ihrer Länge verstellbare Verdrängerkörper angeordnet sind. Durch diese Ausbildung kann der vorstehend angeführten Zielsetzung gut entsprochen werden.
Es kann so auf baulich einfache Weise die in den verschiedenen Heizungsrohren des Kessels vorliegende Heizgasströmung durch Wahl der Anzahl der Verdrängerkörper und/oder durch Verstellen der Länge der Verdrängerkörper dahingehend beeinflusst werden, dass über verhältnismässig lange Strecken das in den Heizungsrohren strömende Heizgas stark durchwirbelt an der Peripherie des Heizungsrohrquerschnittes fliesst, und anderseits kann eine Anpassung der in den einzelnen Heizungsrohren stattfindenden Heizgasströmungen aneinander und eine Anpassung der Abgasparameter an vorgegebene Bedingungen vorgenommen werden.
Es kann so auch das Nachaussendrängen der Heizgase durch die in den wendelförmigen Einsätzen angeordneten Verdrängerkörper dahingehend eingestellt werden, dass das Entstehen einer wirbelarmen Strömung, welche sich nach einer gewissen Wegstrecke der Heizgase in dem zwischen einem Verdrängerkörper und der Innenfläche des diesen Verdrängerkörper umgebenden Heizungsrohres gelegenen Spalt bilden kann und welche einen deutlich verminderten Wärmeübergang von den Heizungsgasen an die Heizungsrohre zur Folge hat, vermieden ist, und es kann gleichzeitig damit auch der für den Abfluss des Abgases bedeutsame Strömungswiderstand im Kessel eingestellt werden.
Es ist eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemässen Heizkessels dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in jenen Heizungsrohren, in denen mehrere Verdrängerkörper vorgesehen sind, diese im Abstand voneinander in Axialrichtung aufeinanderfolgen. Man kann so auf einfache Weise durch Wahl der Länge der einzelnen Verdrängerkörper, welche mit Zwischenabständen aufeinanderfolgend in jeweils einem Heizungsrohr angeordnet sind, die Länge der einzelnen zwischen diesen Verdrängerkörpern und der Innenfläche der Heizungsrohre gebildeten Spalte so festlegen, dass auch am Ende dieser Spalte noch keine unerwünschte Beruhigung der Strömung auftritt,
und es wird die Strömung auf der Wegstrecke zwischen den einzelnen Verdrängerkörpern und beim neuerlichen Nachaussendrängen durch einen auf einen solchen Zwischenraum folgenden weiteren Verdrängerkörper neuerlich einer Durchwirbelung ausgesetzt, welche den Wärmeübergang an die Heizungsrohre begünstigt. Die Verdrängerkörper können in vielen Fällen bereits bei der Fertigung solcher Heizungskessel in für die vorerwähnte Wirkungsweise günstigen Abständen fixiert werden. Es ist aber häufig günstig, wenn die Verdrängerkörper axial verstellbar angeordnet sind, weil dadurch eine individuelle Berücksichtigung der am Aufstellungsort eines solchen Heizungskessels gegebenen Umstände im Sinne der Einstellung eines möglichst guten Kesselwirungsgrades erfolgen kann.
Bei einer andern vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemässen Heizungskessels ist vorgesehen, dass zumindest in einer Teilgruppe der Heizungsrohre Verdrängerkörper vorgesehen
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sind, welche aus teleskopartig ineinanderschiebbaren Teilkörpern bestehen, wobei bei jedem dieser Verdrängerkörper einer der Teilkörper am wendelförmigen Einsatz fixiert, vorzugsweise angeschweisst, ist. Dies gibt die Möglichkeit, die Länge der zwischen den Verdrängerkörpern und der Innenfläche der Heizungsrohre gebildeten Spalte auf verhältnismässig einfache Weise verändern zu können, und es kann so ein guter Halt der Verdrängerkörper an den vorgesehenen Stellen in den Heizungsrohren und gleichzeitig auch eine Vereinfachung der Manipulation beim Verstellen der Länge der Verdrängerkörper erzielt werden.
Eine baulich einfache Ausbildung, welche ein exaktes Einstellen der Axialposition der einzelnen Verdrängerkörper ermöglicht und gleichzeitig auch einen guten Halt der Verdrängerkörper in ihrer Einstellage ergibt, ist dadurch gekennzeichnet, dass die axial verstellbar angeordneten Verdrängerkörper radial abstehende Ansätze tragen, welche in den Zwischenraum zwischen den Gängen der wendelförmigen Einsätze eingreifen. Es wird bei dieser Ausführungsform vom Umstand Gebrauch gemacht, dass der Zwischenraum zwischen den Gängen der wendelförmigen Einsätze selbst wendelförmig verläuft, so dass die gewünschte axiale Positionierung der Verdrängerkörper durch einfaches Verdrehen derselben vorgenommen werden kann.
Es ist dabei im Sinne einer möglichst einfachen Maniupulation bei der Positionierung der Verdrängerkörper günstig, wenn man vorsieht, dass die axial verstellbar angeordneten Verdrängerkörper an einem Ende eine (n) zum Eingriff eines Verstellwerkzeuges ausgebildete (n) Klinge, Haken, Öse od. dgl. tragen.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf Beispiele, welche in den Zeichnungen schema-
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den Bereich eines Heizungsrohres des in Fig. l dargestellten Kessels in vergrössertem Massstab, und Fig. 3, wieder im Schnitt., den Bereich eines Heizungsrohres einer andern Ausführungsform eines'derartigen Kessels in einer der Fig. 2 entsprechenden Darstellung.
Der in Fig. l dargestellte Heizungskessel --1-- weist einen Feuerraum --2-- auf, der an seinem Mantel --4-- und seiner Rückwand --5-- von einem Wasserraum --3-- umgeben ist. Nach vorne ist der Feuerraum --2-- durch eine Feuerraumtür --6-- abgeschlossen. Im dargestellten Fall ist zur Beheizung des Kessels ein mit flüssigem oder gasförmigem Brennstoff gespeister Brenner --7-- vorgesehen, dessen Flamme --8-- in den hinten durch die Rückwand --5-- geschlos- senen Feuerraum --2-- gerichtet ist.
Die Flamme kehrt in dem hinten geschlossenen Feuerraum --2-- um, und die Heizgase streichen, wie durch Pfeile --9-- angedeutet ist, der Mantelfläche des Feuerraumes --2-- entlang zu einer an der Vorderseite des Kessels vorgesehenen Sammelkammer--10--. Von dieser Sammelkammer gehen Heizungsrohre --11-- aus, die durch den Wasserraum --3-- des Kessels führen und Nachschaltheizflächen bilden. Die Heizungsroh- re --11-- münden in eine Abgassammelkammer --12-- aus, welche ihrerseits einen Abgasanschluss --14-- zur Verbindung mit einem Kamin od. dgl. hat. Die Heizungsrohre --11-- sind rings um den Mantel --4-- des Feuerraumes --2-- angeordnet.
In den Heizungsrohren --11--, welche vorzugsweise annähernd horizontal verlaufen, sind wendelförmige Einsätze --16-- angeordnet, welche die Heizgase, die von der Sammelkammer --10-- kommend durch die Heizungsrohre --11-- in die Abgassammelkammer --12-- strömen, durchwirbeln und in Drehung versetzen und dadurch die Wärmeabgabe von diesen Heizgasen an die Heizungsrohre --11-- intensivieren.
Hiezu tragen wesentlich auch Verdrängerkörper --17-- bei, welche einem axialen Durchströmen des Kernraumes in den wendelförmigen Einsätzen --16-- entgegenwirken und die Heizgase nach aussen drängen, so dass sie im Randbereich des Querschnittes der Heizungsrohre --11-- strömen müssen, wodurch sich eine Erhöhung der Wärmeabgabe der Heizgase an die Heizungsrohre und weiter an das im Wasserraum --3-- des Kessels befindliche Wasser ergibt.
Die Wirkung dieses Nachaussendrängens der Heizgase in den Randbereich des lichten Querschnittes der Heizungsrohre --11-- kann durch Veränderung der Länge der Einsät- ze --16-- an die jeweils vorliegenden Gegebenheiten angepasst werden ; durch dieses Verändern der Länge der Einsätze --16-- wird einerseits die Wärmeabgabe der Heizgase und damit die Abgastemperatur des Kessels beeinflusst, und es ergibt sich anderseits auch eine Veränderung des Strömungswiderstandes, so dass solcherart eine Anpassung an den jeweils vorliegenden Kaminzug bzw. an den im Feuerraum vorliegenden Überdruck bei einer Überdruckfeuerung vorgenommen werden kann.
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Bei der in den Fig. l und 2 dargestellten Ausführungsform eines Heizungskessels sind zumindest in einer Teilgruppe der Heizungsrohre-11-Verdrängerkorper vorgesehen, welche, wie in Fig. 2 im Detail dargestellt ist, aus teleskopartig ineinanderschiebbaren Teilkörpern --17a,
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Einer der Teilkörper, nämlich der Teilkörper --17a--, ist am wendelförmigen Einsatz --16-durch Schweisspunkte --21-- fixiert, während der andere Teilkörper --17b-- des Verdrängerkörpers --17--, welcher gegenüber dem Einsatz --16-- und dem ersterwähnten Teilkörper --17a-des Verdrängerkörpers --17-- axial verstellbar ist, Bolzen --22-- trägt, welche nach aussen ragende Ansätze --23-- bilden,
die in den Zwischenraum --24-- zwischen den Gängen --25-- der wendelförmigen Einsätze --16-- eingreifen. So kann durch Verdrehen des Teilkörpers --17b-durch den Eingriff der Ansätze --23-- in den ebenso wie die Gänge --25-- der Einsätze --16-- gleichfalls wendelförmig verlaufenden Zwischenraum --24-- eine Axialverschiebung der Teilkörper --17b-- und damit eine Veränderung der Länge des Verdrängerkörpers--17--erzielt werden.
An den Teilkörpern --17b-- sind Spitzenkörper --26-- vorgesehen, welche an ihrem freien Ende eine zum Eingriff eines Verstellwerkzeuges ausgebildete Klinge --27-- oder eine(n) entsprechen- de (n) Haken, Öse od. dgl. tragen. Diese Klinge kann mit einem von der Feuertürseite her in das betreffende Heizungsrohr --11-- eingeführten Werkzeug zum Verdrehen des Teilkörpers --17b-erfasst werden. Durch die dargestellte zugespitzte Form der Spitzenkörper --26-- kann die durch das Einfügen der Verdrängerkörper in die Einsätze --16-- entstehende Erhöhung des Durchflusswiderstandes der Heizgaswege verhältnismässig gering gehalten werden. Auch eine abgerundete, z.
B. halbkugelige Form der Spitzenkörper ist in dieser Hinsicht wirksam.
Eine Veränderung der Länge jenes Bereiches, in dem die durch ein Heizungsrohr-11strömenden Heizgase aus dem Zentrum gegen die Peripherie des Rohrquerschnittes gedrängt werden, kann auch durch Wahl der Anzahl der Verdrängerkörper, die man in einem Heizungsrohr anordnet, erfolgen. So kann man z. B. in einem solchen Heizungsrohr je nach dem gewünschten Ausmass der erwähnten Verdrängung der Heizgase zur Peripherie des Rohrquerschnittes hin ein, zwei, drei oder auch mehr Verdrängerkörper anordnen.
Das Anordnen mehrerer Verdrängerkörper in einem Heizungsrohr in axialer Aufeinanderfolge mit dazwischenliegenden Abständen ergibt dabei in der Regel eine stärkere Intensivierung der Wärmeabgabe der Heizgase an das betreffende Heizungsrohr als das Anordnen eines einzigen Verdrängerkörpers, dessen Länge der Gesamtlänge der erwähnten Anzahl von Verdrängerkörpern entspricht, was dahingehend erklärt werden kann, dass die Verwirbelung der Heizgase in dem zwischen einem Verdrängerkörper und der Innenfläche der Heizungsrohre gelegenen Spaltraum nach einer gewissen Wegstrecke nachlässt und dass durch die zwischen den in einem Heizungsrohr aufeinanderfolgend angeordneten Verdrängerkörpern bestehenden Zwischenräume und die nach einem solchen Zwischenraum erfolgende neuerliche Verdrängung eine wesentliche Intensivierung der Verwirbelung eintritt,
welche die Wärmeabgabe der Heizgase an die Heizungsrohre erhöht. Meist kann dabei die Länge der einzelnen Verdrängerkörper geringer als die Länge der Zwischenräume zwischen den in einem Heizungsrohr aufeinanderfolgend angeordneten Verdrängerkörpern gewählt werden.
Sieht man, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, mehrere Verdrängerkörper --17c, 17d, 17e-in einem Heizungsrohr --11-- vor, kann man diese entweder alle oder einen Teil derselben an den wendelförmigen Einsätzen --16-- fixieren oder auch ähnlich wie den Teilkörper --17b-- mit Ansätzen --23--'versehen, welche in den Zwischenraum --24-- zwischen den Gängen --25-der wendelförmigen Einsätze --16-- eingreifen, und so eine Möglichkeit zum Verstellen der Lage dieser Verdrängerkörper in den Heizungsrohren --11-- schaffen. Man kann auch bei einer solchen Ausbildung statt der dargestellten flachen Enden an den Verdrängerkörpern zugespitzte oder abgerundete Enden vorsehen, um den Durchflusswiderstand der Heizgaswege zu vermindern.
Eine Möglichkeit zur Verstellung der Lage der Verdrängerkörper in den Heizungsrohren --11-- kann auch dadurch geschaffen werden, dass man in den Rohren je mehrere wendelförmige Einsätze vorsieht, welche an ihren Enden ein Stück ineinandergeschraubt werden können (Fig. l), und dass man die Verdrängerkörper an diesen Einsätzen fixiert ; durch mehr oder weniger weit gehendes Ineinanderschrauben der wendelförmigen Einsätze kann so die Lage der Verdrängerkörper in den Heizungsrohren verändert werden.