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Heizungskessel Die Erfindung bezieht sich auf einen Heizungskessel mit einem horizontal angeordneten, eine Brennkammer für einen Brenner für flüssige oder gasförmige Brennstoffe bildenden ersten Wassermantel mit einer im wesentlichen zylindrischen Aussenwand und einem den ersten Wassermantel in einem Abstand umgebenden und mit diesem wasserführend verbundenen zweiten Wassermantel mit einer im wesentlichen zylindrischen, horizontal angeordneten Innenwand.
Es sind Heizungskessel der vorgenannten Bauart bekannt, bei denen die Aussenwandung des ersten Wassermantels konzentrisch zur Innenwandung des zweiten Wassermantels angeordnet ist. In den Zwischenraum zwischen den beiden Wassermänteln ist eine schraubenflächenartig gewundene Leitwand eingesetzt, so dass die Verbrennungsgase, die aus der Brennkammer an deren vorderem Ende in den Zwischenraum überströmen, den Zwischenraum auf einem schraubenförmig gewundenen Weg in der Längsrichtung durchströmen. Die Geschwindigkeit der sich abkühlenden Gase kann in der Weise etwa konstant gehalten werden, dass sich die Steigung der Leitwandwindungen in Richtung der abströmenden Gase verringert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Heizungskessel der eingangs genannten Art, bei dem der erste Wassermantel eine in Richtung einer Mantellinie verlaufende Austrittsöffnung besitzt, welche die Brennkammer mit dem zwischen dem ersten und zweiten Wassermantel liegenden Zwischenraum verbindet und die Verbrennungsgase in Umfangsrichtung der Wassermäntel strömen, mit einfachen konstruktiven Massnahmen und Mitteln und vor allem ohne zusätzliche Einbauten zu erreichen, dass die Geschwindigkeit der sich abkühlenden Verbrennungsgase wenigstens auf dem grössten Teil ihres Weges durch den Heizungskessel angenähert konstant bleibt, weil mit dem Absinken der Gasgeschwindigkeit aufgrund der Temperaturabnahme auch eine Verminderung des Wärmeüberganges eintritt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Aussenwand des ersten Wassermantels exzentrisch zur Innenwand des zweiten Wassermantels angeordnet ist, dass die Austrittsöffnung wenigstens nahe des die grösste lichte Breite aufweisenden Teiles des Zwischenraumes liegt und dass von dieser Austrittsöffnung in Umfangsrichtung wenigstens bis zur Stelle des die geringste lichte Breite aufweisenden Teiles des Zwischenraumes entfernt der Rauchgasabzug aus dem Zwischenraum angeordnet ist.
Hierdurch wird in besonders einfacher Weise erreicht, dass sich der Querschnitt des von den Gasen durchströmten Zwischenraumes zwischen den beiden Wassermänteln in der Strömungsrichtung fortlaufend verkleinert, wobei die Gase den Zwischenraum in tangentialer Richtung, d. h. in Umfangsrichtung durchströmen. Die Exzentrizität kann so bemessen werden, dass die Querschnittsverringerung ein solches Ausmass einnimmt, dass die Gasgeschwindigkeit wenigstens angenähert konstant bleibt.
Dies bewirkt einen möglichst gleichmässigen Wärmeübergang über die Länge des Weges der Gase innerhalb des Zwischenraumes. Zweckmässigerweise ertreckt sich die Austrittsöffnung in dem ersten Wassermantel etwa über die axiale Länge dieses Wassermantels, damit der Zwischenraum von Beginn an von den Gasen überall gut durchströmt wird.
Die Innenwandung des zweiten Wassermantels kann an der Stelle des Rauchgasabzuges mit einer in Richtung einer Man- tellinie verlaufenden, kanalartigen Vertiefung ver-
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sehen sein, in der die Gase nach ihrem Wege durch den Zwischenraum in axialer Richtung dem Rauchgasabzug zugeleitet werden.
Der Heizungskessel kann derart ausgebildet sein, dass der Rauchgasabzug in Umfangsrichtung des Zwischenraumes um etwa 180 gegenüber der Austritts- öffnung versetzt angeordnet ist. Bei dieser Ausbildung liegt die Austrittsöffnung an der breitesten und der Rauchgasabzug an der engsten Stelle des Zwischenraumes, so dass die Gase, die den Zwischenraum in zwei entgegengesetzt gerichteten, getrennten Gasströmen jeweils zur Hälfte in Umfangsrichtung durchströmen, auf ihrem gesamten Weg durch den Zwischenraum eine etwa konstante Geschwindigkeit aufweisen.
Die Umlenkung der Gase von der Umfangsrichtung in die axiale Richtung erfolgt hier an der engsten Stelle des Zwischenraumes, an der die Gase noch eine hohe Geschwindigkeit besitzen, so dass eine entsprechende Erhöhung des Brennerdruk- kes zur ilberwindung dieser Umlenkwiderstände vorzusehen ist.
Der Heizungskessel kann auch derart ausgebildet sein, dass der Rauchgasabzug in Umfangsrichtung des Zwischenraumes um etwa 315 gegenüber der Austrittsöffnung versetzt angeordnet ist, wobei zwischen der Austrittsöffnung und dem Rauchgasabzug in dem Zwischenraum eine Trennwand angeordnet ist. Hierbei strömen die aus der Brennkammer austretenden Gase in nur einer Umfangsrichtung, d. h. in nur einem Gasstrom um angenähert den gesamten Umfang des ersten Wassermantels herum, wobei sie zunächst über den grössten Teil ihres Weges den fortlaufend sich verengenden Teil des Zwischenraumes mit etwa konstanter Geschwindigkeit passieren und sodann einen wieder breiter werdenden Teil des Zwischenraumes durchströmen.
Auf diesem kurzen Weg durch den sich wieder erweiternden Teil des Zwischenraumes sinkt die Geschwindigkeit der Gase und damit auch der Wärmeübergang zwar ab, es wird aber erreicht, dass die Gase an der Umlenkstelle, an der sie ihre Strömungsrichtung stark ändern, eine geringe Geschwindigkeit aufweisen, so dass die Umlenkwiderstände, deren Grösse in hohem Masse von der Gasgeschwindigkeit abhängig ist, wesentlich vermindert werden.
Auf der Aussenwand des ersten Wassermantels und auf der Innenwandung des zweiten Wassermantels können Leitflächen angeordnet werden, die zweckmässigerweise in der Strömungsrichtung der Gase geneigt und auf den beiden Wandungen in wechselnder Folge angebracht sind. Durch diese Leitflächen wird erreicht, dass die Gase auf ihrem Weg durch den Zwischenraum etwa zickzackartig hin und her gelenkt und durchwirbelt werden und die wärmeaufnehmenden Wandungen der beiden Wassermäntel intensiv bestreichen.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigt Fig.l einen senkrechten Mittelschnitt durch einten Heizungskessel; Fig:2 einen senkrechten Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1; Fig.3 einen senkrechten Mittelschnitt durch einen Heizungskessel anderer Ausführungsform; Fig. 4 einen senkrechten Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3.
Der Heizkessel nach den Fig. 1 und 2 besitzt einen ersten Wassermantel 1 mit zylindrischen, horizontal angeordneten Wandungen 2 und 3 und einen zweiten Wassermantel 4 mit zylindrischen, horizontal angeordneten Wandungen 5 und 6. Die Wandung 6 ist auf der Oberseite mit einem domartigen Aufsatz 7 versehen. Der Innenraum 8 des ersten Wassermantels 1 bildet eine Brennkammer für den Brenner 9, der von der vorderen offenen Seite her in die Brenn- kammer hineinragt. Die beiden Wassermäntel 1 und 4 sind an der Kesselrückseite wasserführend miteinander verbunden (Fig. 1). Mit 10 ist die Kesselvor- laufleitung und mit 11 die Kesselrücklaufleitung bezeichnet.
Der erste Wassermantel 1 ist exzentrisch zur Innenwandung 5 des zweiten Wassermantels 4, d. h. nach oben hin versetzt angeordnet (Fig. 2). Der Wassermantel 1 ist an seiner tiefsten Stelle mit einer Austrittsöffnung 12 versehen, die sich in Richtung einer Mantellinie etwa über die axiale Länge des Wassermantels 1 erstreckt und den Innenraum 8 mit dem zwischen den Wassermänteln 1 und 4 befindlichen ringförmigen Zwischenraum 13 an dessen breitester Stelle verbindet.
Der Zwischenraum 13 verengt sich nach oben hin allmählich, so dass die Geschwindigkeit der abströmenden Gase angenähert konstant gehalten wird, und ist an der engsten, der Austritts- öffnung 12 diametral gegenüberliegenden Stelle mit dem Rauchgasabzug 14 verbunden, wobei die Wandung 5 an dieser Stelle mit einer kanalartigen, axial verlaufenden Vertiefung 15 versehen ist, in der die beiden durch die Pfeile 16 gekennzeichneten Gasströme wieder zusammentreffen. Auf den Wandungen 2 und 5 sind abwechselnd Leitwände 17 angeordnet, die die Verbrennungsgase auf ihrem Weg durch den Zwischenraum 13 hin und her lenken.
An den Seitenkanten der kanalartigen Vertiefung 15 sind Bleche 18 angeordnet, deren Unterkanten einen nach vorne hin grösser werdenden Abstand von der Wandung 2 haben und die bewirken, dass die Gase, bevor sie in den Kanal 15 gelangen, den Zwischenraum 13 überall gleichmässig durchströmen. Der Innenraum 8 und der Zwischenraum 13 sind auf der Vorderseite des Kessels durch einen abnehmbaren Deckel 19 verschlossen. An den Aufsatz 7 des zweiten Wassermantels 4 ist eine Rohrwendel 20 angeschlossen, die den Wärmeaustauscher für den Brauchwassererhitzer 21 bildet, dessen Kaltwasser-Zulaufleitung mit 22 und dessen Heisswasser-Entnahmeleitung mit 23 bezeichnet ist. An die Rohrwendel 20 ist eine Kesselausdehnungsleitung 24 angeschlossen.
In den senkrechten Teil der Rohrwendel 20 ragt eine Leitung 25 hinein, die an den ersten Wassermantel 1 angeschlossen ist und durch- die das in diesem Wasser-
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mantel hoch erhitzte Kesselwasser in den Wärmeaustauscher gelangt.
Der Heizungskessel nach den Fig. 3 und 4, in denen gleiche Ziffern wie in den Fig. 1 und 2 zur Bezeichnung entsprechender Teile verwendet sind, besitzt ebenfalls einen ersten Wassermantel 1 mit zylindrischen, horizontal angeordneten Wandungen 2 und 3. Der zweite Wassermantel 4 wird von einer senkrecht angeordneten, zylindrischen Aussenwandung 26 und einer horizontal angeordneten, zylindrischen Innenwandung 5 gebildet.
Die beiden Wassermäntel 1 und 4 sind an der Kesselrückseite wasserführend miteinander verbunden (Fig. 3). Die Vorlaufleitung und die Rücklaufleitung des Heizungskessels sind nicht dargestellt. Der Innenraum 8 des ersten Wassermantels 1 und der Zwischenraum 13 sind auf der Kesselvorderseite durch den den Brenner 9 tragenden, abnehmbaren Deckel 19 verschlossen. Bei dieser Ausführungsform ist der erste Wassermantel 1 ebenfalls exzentrisch zur Innenwandung 5 des zweiten Wassermantels 4, jedoch nach links hin versetzt angeordnet (Fig. 4). Die breiteste Stelle des Zwischenraumes 13 befindet sich in Fig. 4 rechts.
Nahe oberhalb dieser breitesten Stelle ist der Wassermantel 1 mit der Austrittsöffnung 12 versehen; sie ist um etwa 45 gegenüber der breitesten Stelle des Zwischenraumes 13 versetzt angeordnet. Der Rauchgasabzug 14 ist an der höchsten Stelle des Zwischenraumes 13, d. h. um etwa 90 gegenüber der breitesten oder der engsten Stelle des Zwischenraumes versetzt angeordnet. Der Zwischenraum 13 ist mit dem Rauchgasabzug, wie zu den Fig. 1 und 2 bereits beschrieben, durch eine kanalartige, axial verlaufende Vertiefung 15 in der Innenwandung 5 verbunden, die an der einen Seite mit einem Blech 18 versehen ist.
Zwischen der Vertiefung 15 und der Austrittsöffnung 12 ist der Zwischenraum durch eine in dem Zwischenraum angeordnete, über seine axiale Länge sich erstreckende Trennwand 27 verschlossen. Die Gase können daher nur auf dem durch die Pfeile 28 gekennzeichneten Weg in Umfangsrichtung um etwa den gesamten Umfang des ersten Wassermantels 1 herumströmen. Dabei passieren sie erst den sich verengenden Teils des Zwischenraums mit angenähert konstanter Geschwindigkeit und dann den wieder breiter werdenden Teil, in dem ihre Geschwindigkeit vermindert wird. Durch die Geschwindigkeitsabnahme in diesem kürzeren Teil des Umfanges des Zwischenraumes sinkt der Wärmeübergang zwar ebenfalls ab.
Durch die Verringerung der Gasgeschwindigkeit werden aber die Umlenkwiderstände beim Umlenken der Gase von der Umgangsrichtung in die axiale Richtung stark herabgesetzt. Im oberen Teil des von der Wandung 26 umgebenen Wasserraumes ist der Brauchwassererhitzer 29 angeordnet, der als Wärmeaustauscher ein vom Kesselwasser durchflossenes T-förmiges Rohr 30 besitzt, das mit dem zweiten Wassermantel 4 in Verbindung steht. In den vertikalen Teil des Rohres 30 ragt eine mit dem ersten Wassermantel 1 verbundene Leitung 25 hin- ein. Die Zulaufleitung bzw. die Entnahmeleitung des Brauchwassererhitzers sind mit 22 bzw. 23 bezeichnet.
Der Heizungskessel kann in besonders vorteilhafter Weise auch derart ausgebildet werden, dass man ihn mit drei exzentrisch zueinander angeordneten Wassermänteln versieht, so dass zwischen dem ersten und dem zweiten Wassermantel ein innerer Zwischenraum und zwischen dem zweiten und dem dritten Wassermantel ein äusserer Zwischenraum gebildet wird, und dass man die Brennkammer, die beiden Zwischenräume und den Rauchgasabzug so untereinander verbindet, dass die beiden Zwischenräume in ein und dergleichen Umfangsrichtung nacheinander von den Verbrennungsgasen durchströmt werden.
Ein solcher Heizungskessel, bei dem eine besonders hohe Ausnutzung der Wärme der Verbrennungsgase erzielt wird, ist in den Fig. 5 bis 8 der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, und zwar zeigt Fig. 5 einen senkrechten Mittelschnitt durch den Heizungskessel; Fig. 6 einen senkrechten Schnitt nach der Linie VI-VI in Fig. 5; Fig. 7 eine andere Ausführungsform des Kessels im Schnitt; Fig. 8 eine weitere Ausführungsform des Kessels im Schnitt.
Der Heizungskessel nach den Fig. 5 und 6 besitzt einen ersten Wassermantel 101, der eine Brennkammer 102 bildet und aus zwei zylindrischen, horizontal angeordneten Wandungen 103 und 104 besteht. Die Wandung 103 ist am rückwärtigen Ende mit einem Boden 105 versehen, der die Brennkammer 102 abschliesst. Auf den Boden 105 ist eine feuerfeste Auskleidung 106 aufgebracht. Der erste Wasserman- tel 101 ist in einem Abstand von einem zweiten Wassermantel 107 umgeben, der aus zwei zylindrischen, horizontal angeordneten Wandungen 108 und 109 besteht. Zwischen den Wassermänteln 101 und 107 befindet sich ein ringförmiger innerer Zwischenraum 110.
Der zweite Wassermantel 107 ist in einem Abstand von einem dritten Wassermantel 111 umgeben, der aus zwei zylindrischen, horizontal angeordneten Wandungen 112 und 113 besteht. Zwischen den Wassermänteln 107 und 111 befindet sich ein ringförmiger äusserer Zwischenraum 114. Die Wandung 113 ist am rückwärtigen Ende mit einem Boden 115 versehen. Die Wassermäntel 101, 107 und 111 sind am vorderen Ende verschlossen, während sie am rückwärtigen Ende offen sind und dort wasserführend miteinander in Verbindung stehen. Zur Erzielung einer guten Wasserzirkulation sind die Wassermäntel unten durch Stutzen 116 und 117 miteinander verbunden.
Ferner sind der erste Wassermantel 101 und der zweite Wassermantel 107 oben durch einen Stutzen 118 und der zweite Wassermantel 107 mit dem dritten Wassermantel 111 durch einen Stutzen 119 verbunden.
Der dritte Wassermantel 111 ist an seiner höchsten Stelle durch-eine Steigeleitung 120 und an einer
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tiefer liegenden Stelle durch zwei Rücklaufleitungen 121 mit einem nicht dargestellten Brauchwassererhit- zer verbunden, der vom Kesselwasser aufgeheizt wird. Aufgrund der Thermosyphonwirkung zirkuliert das Kesselwasser durch den Brauchwassererhitzer. Der Stutzen 119 ist unterhalb der Steigeleitung 120 angeordnet, so dass das im zweiten Wassermantel 107 erhitzte Kesselwasser direkt in die Steigeleitung 120 einströmen kann.
Auf dem ersten Wassermantel 101 ist eine Steigeleitung 122 angeordnet, die sowohl durch den Stutzen 119 als auch durch die Steigelei- tung 120 mit Abstand hindurchgeführt ist und sich bis in den Brauchwassererhitzer erstreckt. Durch diese Steigleitung 122 strömt das heisseste Kesselwasser aus dem Wassermantel 101 nach oben, wodurch der Thermosyphonumlauf durch den Brauchwassererhitzer stark beschleunigt wird.
Die Zwischenräume 110 und 114 sind am vorderen Ende durch einen Deckel 123 verschlossen, der einen Brenner 124 trägt. Die Kesselvorlaufleitung ist mit 125 und die Kesselrücklaufleitung mit 126 bezeichnet.
Der erste Wassermantel 101 ist exzentrisch zum zweiten Wassermantel 107, und zwar in Fig. 6 um 45 nach links unten hin versetzt angeordnet. Auf der rechten Seite besitzt der erste Wassermantel 101 eine in Richtung einer Mantellinie verlaufende Austritts- öffnung 127, durch welche die Gase aus der Brennkammer 102 in den inneren Zwischenraum 110 strömen, der von den Gasen in Umfangsrichtung durchströmt wird. Dabei passieren die Gase erst den langen, sich verengenden Teil des Zwischenraumes 110 und sodann einen kurzen, wieder breiter werdenden Teil.
Durch eine überströmöffnung 128 im zweiten Wassermantel 107, die längs einer Mantellinie dieses Wassermantels verläuft und gegenüber der Austritts- öffnung 127 um etwa 315 versetzt angeordnet ist, gelangen die Gase in den äusseren Zwischenraum 114. Zwischen der Austrittsöffnung 127 und der überströmöffnung 128 ist in dem inneren Zwischenraum 110 eine Trennwand 129 angeordnet.
Durch den wieder breiter werdenden Teil des inneren Zwischenraumes 110 wird erreicht, dass die Gasge- schwindigkeit absinkt und damit die Umlenkwider- stände beim Umlenken der Gase an der überström- öffnung 128 verringert. Der zweite Wassermantel 107 ist exzentrisch zum dritten Wassermantel 111, und zwar in Fig. 6 nach links hin versetzt angeordnet. Auch der äussere Zwischenraum 114 wird von den Gasen in Umfangsrichtung auf einem langen, enger werdenden Teil und einem kurzen, wieder breiter werdenden Teil durchströmt.
Am Ende des wieder breiter werdenden Teiles des äusseren Zwischenraumes 114 ist dieser durch einen Rauchgasabzug 130 mit dem Kamin verbunden. Zwischen dem Rauchgasabzug 130 und der überströmöffnung 128 ist in dem äusseren Zwischenraum eine Trennwand 131 angeordnet.
Die Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform des Heizungskessels, bei dem bei gleicher Lage der Austritts- öffnung 127, der überströmöffnung 128 und des Rauchgasabzuges 130 wie in Fig. 6 durch eine andere Ausrichtung der Exzentrizitäten die Zwischenräume 110 und 114 so ausgebildet sind, dass sie am Ende ihres wieder breiter werdenden Teiles, d. h. an der Überströmöffnung 128 bzw.
am Rauchgasabzug 130, eine grössere lichte Breite aufweisen als in Fig.6. Der erste Wassermantel 101 ist gegenüber dem zweiten Wassermantel 107 nach links hin versetzt und der zweite Wassermantel 107 gegenüber dem dritten Wassermantel 111 nach oben hin versetzt angeordnet. Hierdurch wird insbesondere am Rauchgasabzug 130 ein genügend grosser lichter Querschnitt des äusseren Zwischenraumes 114 geschaffen, dessen Fläche etwa der Querschnittsfläche des Rauchgasabzuges 130 entspricht, so dass vor allem an dieser Stelle, an der eine grosse Umlenkung der Gase erfolgt,
die Umlenkwiderstände wesentlich vermindert werden. Da die Temperatur der Verbrennungsgase, die neben der Gasgeschwindigkeit den Wärmeübergang beeinflusst, in dem letzten Teil des äusseren Zwischenraumes 114 bereits auf einen sehr niedrigen Betrag abgesunken ist, hat die erhöhte Zunahme des lichten Querschnittes dieses letzten Teiles keinen nennenswerten Nachteil zur Folge. Der Wärmeübergang in diesem letzten Teil des äusseren Zwischenraumes 114 kann dadurch noch verbessert werden, dass in dem Zwischenraum 114 Leitbleche 132 angeordnet sind, welche die Gase hin und her lenken.
Die Fig. 8 zeigt eine Kompromisslösung, bei der die Exzentrizität des ersten zum zweiten Wassermantel, wie in Fig. 6 angeordnet ist, die Exzentrizität des zweiten zum dritten Wassermantel hingegen wie in Fig. 7 vorgesehen ist. Bei diesem Kessel ist der enger werdende Teil des inneren Zwischenraumes 110 möglichst lang ausgebildet. Die grösste Breite des äusseren Zwischenraumes 114 ist jedoch auch bei diesem Kessel dort vorhanden, wo die starke Umlenkung der Abgase aus der tangentialen Strömungsrichtung in die axiale Strömungsrichtung erfolgt, so dass an dieser Umlenkstelle niedrige Umlenkwider- stände auftreten.
Die durch die Exzentrizität des zweiten und dritten Wassermantels nach Fig. 7 und 8 geschaffene Verbreiterung des äusseren Zwischenraumes 114 am Rauchgasabzug 130 hat besonders bei Heizungskesseln mit einer grossen axialen Länge und grossen Abgasdurchsatzmengen noch den Vorteil, dass der Zentriwinkel der Rauchgasabzugöff- nung 130, die die Form eines Kreisringsegmentes hat und eine genügend grosse Querschnittsfläche aufweisen soll, ein gewünschtes, zulässiges Mass nicht zu überschreiten braucht.