CH620285A5 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Heizkessel gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Heizkessel der genannten Art sind bekannt, beispielsweise nach der CH-PS 485 182 bzw. der DE-PS 1 778 880. Diese bekannten Kessel mögen zwar hinsichtlich der möglichen Wärmeausnutzbarkeit die gestellten Forderungen erfüllen, die praktische Verwirklichung und eine wirtschaftliche Fertigung stellen jedoch einerseits beachtliche Probleme, weshalb sich derartige Kessel vermutlich auf dem Markt auch nicht einführen konnten. Von Interesse sind hierbei insbesondere die Ausfiihrungsfor-men der Gegenstände der genannten Patentschriften, bei denen in einem zylindrischen Mantel u- oder angenähert u-förmige Blechprofile auf dessen Innenwand aufgesetzt und längs ihrer Schenkelränder verschweisst sind. Andererseits können derartige Kessel nicht ohne Schwierigkeiten über weite Temperaturbereiche gefahren werden, also insbesondere nicht in niederen

Temperaturbereichen von beispielsweise 30 - 60° C wegen der damit verbundenen Korrosionsgefahren.

Bei einer zu starken Gliederung des Gesamtabzugsquerschnittes entsteht ein grosser Schweissaufwand mit der Schwierigkeit, zwischen den Profilblechen keinen ausreichenden Platz mehr für die Schweisswerkzeuge zur Verfügung zu haben und andererseits werden dabei die gegen die eigentliche Brennkammer gerichteten Basisbereiche der u-Profile so schmal, teilweise sogar spitz, dass, wollte man wegen der Verzunderungsgefahr der Profile eine abschirmende Brennkammerhülse einsetzen, denkbar ungünstige Wäremeübergangsverhältnisse entstünden. Lässt man demgegenüber entsprechend grosse Zwischenräume, um mit maschinellen Schweisswerkzeugen heranzukommen, die heute die einzige Möglichkeit einer noch vertretbaren wirtschaftlichen Fertigung bieten, so ist der Gesamtabzugsquerschnitt zu wenig gegliedert und die aufgenommenen Wärmemengen können nicht mehr ausreichend durch die Materialstege abgeführt werden. Folge davon sind hohe Abgastemperaturen und Verzunderungsgefahr, letztere insbesondere dann, wenn keine besondere Brennkammerhülse eingesetzt wird, wie das bei den oben besprochenen und vorbekannten Ausführungsformen der Fall ist.

So gut an sich der Gedanke einer derartigen Ausbildung der Heizgaszüge bei den Kesseln der genannten Art ist, genügen diese in letzter Konsequenz nicht den Forderungen einer wirtschaftlich vertretbaren und praktikablen Fertigungsmöglichkeit, einer ebenso zu fordernden langen Lebensdauer und letztlich auch nicht den Forderungen nach möglichst optimalen Wärmeübergangsverhältnissen und günstigem Korrosionsverhalten.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Heizkessels der eingangs genannten Art, der die Nachteile bekannter Ausführungen vermeidet und der sich insbesondere ohne Schwierigkeiten wirtschaftlich weitgehend maschinell fertigen lässt, der sowohl bei gekühlter als auch ungekühlter Brennkammerhülse funktionell den Wärmeübergangsanforderungen genügt und der aufgrund der Beherrschung des in bestimmten Betriebsphasen anfallenden Kondensats auch in niedrigen Temperaturbereichen gefahren werden kann. Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 definierten Massnahmen gelöst.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen des Heizkessels sind in den Patentansprüchen 2 bis 8 umschrieben.

Bei einem solchen Heizkessel kann also vorteilhaft den konstruktiven Erfordernissen hinsichtlich der Fertigung Rechnung getragen werden, nämlich dadurch, dass man zunächst zwischen den Profilen ausreichend Platz lässt, um maschinell Schweissen zu können, während andererseits durch den Stauchvorgang an den Profilen die Basisfläche vergrössert wird.

Die u-Profile können also bei diesem Heizkessel an ihrer offenen Seite, da wo sie aufgeschweisst werden, die vorgesehene Breite haben. Zur Brennkammerhülse hin sind sie zweckmässig zunächst relativ schmal, damit mehr Abstand zum nächsten Profil zur Verfügung steht und der maschinelle Schweissbrenner unter dem nötigen Neigungswinkel die Kehlnähte jeweils schweissen kann.

Wenn die u-Profile alle aufgeschweisst sind, kann das Blech, welches nachträglich gerundet die zylindrische Kammer bildet, unter eine Presse kommen. Die u-Profile können gestaucht werden und durch das Presswerkzeug, mit dem der Pressvorgang durchgeführt wird, nehmen die u-Profile an ihrem Basisbereich eine wesentlich grössere Breite an. Der freie Abstand zwischen den u-Profilen kann nach dem Pressvorgang im Basisbereich entsprechend geringer und die gegen die Brennkammerwand gerichtete Basisfläche der u-Profile nahezu verdoppelt werden.

Bei einer ungekühlten, lediglich eingeschobenen und zu Reinigungszwecken leicht entfernbaren topfartigen Brennkam-

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mer (für Heizkessel kleinerer Leistung) aus vorzugsweise Edelstahl, hat dies den Vorteil, dass die von den abziehenden Heizbzw. Rauchgasen berührten Flächen der Brennkammerhülse durch die Basisstegverbreiterung ensprechnd reduziert sind, so dass also die Wärmeaufnahme von der sehr heissen Brennkammerwand durch die abziehenden Gase entsprechend reduziert ist.

Handelt es sich demgegenüber um eine fest eingebaute wasserführende Brennkammer, was bei Kesseln mit grösserer Leistung der Fall ist, so bieten in vorteilhafter Weise die dann fest anliegenden Basisstege entsprechend grosse Wärmeübergangsflächen, durch die die Wärme gut abgeführt werden kann.

Da sich Züge, die zweckmässig durch relativ dünne Blechstege gebildet sind, sehr schnell aufheizen, ist vorteilhaft auch das Korrosionsproblem in diesem Bereich gelöst, da korrodierende Kondensatflüssigkeit nie bis in den unteren Zugbereich gelangen und sich dort sammeln kann und an den sich relativ schnell aufheizenden Zugprofilen wieder verdampft.

Um den Wärmeübergang von dem u-Profil zur Kammerwand zu verbessern und um gleichzeitig das Stauchen der u-Profile nach dem Schweissen nicht nachteilig auf die Schweiss-nähte auswirken zu lassen - es dürfen keine Kerbrisse enstehen - können die seitlichen Schenkel der u-Profile an den Rändern, mit denen sie auf den Innenmantel aufgeschweisst werden, jeweils auf einer Breite von etwa 5 bis 6 mm nach aussen abgewickelt werden. Dadurch können die Schweissköpfe (drei bis vier Schweisselektroden sind in der Regel zu einem Werkzeug zusammengefasst) vorteilhaft mit einem geringeren Neigungswinkel zur senkrechten Achse zum Schweissen eingeführt werden. Der Abstand der ursprünglich aufgesetzten u-Profile zueinander kann dadurch auf das vertretbare Mass verringert werden. Der dadurch steiler einzuführende Schweissbrenner schmilzt zweckmässig die vorher abgebogenen Ränder der u-Profile weitgehend mit auf, so dass eine Naht von grossem Querschnitt und von relativ grosser Breite entsteht, wodurch einerseits der Wärmeübergang vom u-Profil zur Innenwand im Verhältnis zu einer einfachen Kehlnaht wesentlich verstärkt wird, andererseits ist die Naht nach innen zum u-Profil vorteilhaft so stark durchgeschweisst, dass beim Nachpressen der Profile keine Kerbrisse an der Schweissnaht von der Innenseite der Profile her auftreten können, was sich in der Praxis bereits bestätigt hat.

Der Heizkessel wird vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Blech- bzw. u-Profile auf die oben ausgeflachte Wand aufgesetzt, verschweisst und gestaucht werden, welche Wand zu einem Zylinder gebogen und mit einer Längsschweissnaht geschlossen ist, wobei die Basisbereiche in Anpassung an die Brennkammerwandkrümmung entsprechend gekrümmt gestaucht sind.

Eine Kondensatbildung im Kessel während der Anfahrphase und beim Fahren des Kessels in niederen Temperaturbereichen lässt sich grundsätzlich nicht vermeiden, dem bisher dadurch Rechnung getragen wurde, dass man den Kessel beispielsweise durch Rücklaufbeimischung und häufigere Einschaltung des Brenners mit entsprechender Energieverschwendung auf einer bestimmten Mindesttemperatur hielt, d.h. einen Kesselbetrieb unterhalb dieser heute üblichen Temperaturen hat man bisher vermieden.

Besonders kritisch sind in diesem Zusammenhang alle unmittelbar gekühlten Flächen oder solche, in deren Bereichen sich Kondensat sammeln und regelrecht Pfützen bilden konnten.

Für den Bereich der diesbezüglich besonders kritischen Rauchgassammeikammer wird deshalb der Heizkessel vorteilhaft derart weiter ausgebildet, dass die Schenkel der u-Profile mindestens im Bereich der Rauchgassammeikammer mit fahnenartigen Verlängerungen versehen sind. Diese Fahnen heizen

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sich auf Grund des Wärmeflusses im Profilmaterial sehr schnell auf, so dass in dieser Kammer sich bildendes Kondensat unmittelbar mit diesen heissen Verlängerungen in Kontakt kommt und schnell wieder verdampft.

Dem ganzen Vorgang der schädlichen Kondensatbildung kann man ferner noch dadurch entgegenwirken, dass im Bereich der Wandung der Rauchgassammeikammer wasserseitig deren Wand mit einer das im Kühlgehäuse befindliche Wasser abschirmenden Hülse versehen ist.

Einer vorteilhaften Weiterbildung im Sinne der gestellten Aufgabe dient auch die Massnahme, die Brennkammer exzentrisch nach unten im dann vorzugsweise oval ausgebildeten Kesselgehäuse anzuordnen, wodurch die aufzuheizende Wassermenge im unteren Kesselbereich kleiner wird und sich schneller aufheizen lässt.

Ferner besteht im gleichen Sinne eine vorteilhafte Weiterbildung darin, dass vor der Brennkammeröffnung in der Umlenkkammer eine wasserführende, mit dem wasserführenden Innenraum des Kesselgehäuses in Verbindung stehende, eine zentrische Öffnung für den Brenner aufweisende, den Zugang zu den Heizgaszügen offenhaltende Wand angeordnet ist, auf deren gegen die Brennkammeröffnung gerichteten Fläche horizontal verlaufende u-Profile aufgesetzt sind. Diese u-Profile können die gleichen sein, wie die die Züge bildenden, bedürfen aber nicht der Stauchungsverformung.

Im Bodenbereich der Umlenkkammer kann auf der diese begrenzenden Wand zusätzlich eine Schale aus korrosionsfestem Edelstahl angeordnet werden.

Ein solcher Heizkessel kann mit gleitender Temperatur betrieben werden, d.h. Kesseltemperatur kann gleich tatsächlicher Bedarfstemperatur sein. Bei geringem Wärmebedarf kann der Kessel z.B. mit 30° C oder sogar mit einer geringeren Temperatur betrieben werden, ohne dass in dem Kessel die Verbrennungsgase wesentlich kondensieren und in der Folge schädliche Korrosion hervorrufen. Ein Kessel mit Öl- oder Gasgebläsebrenner, der mit gleitender Temperatur gefahren werden kann, ohne dass eine wesentliche Taupunktkorrosion entsteht bzw. sich bildendes Kondensat sich nicht schädlich auswirken kann, stellt einen beachtlichen, schon immer angestrebten, aber noch nicht erreichten Vorteil dar.

Vorteilhafte Ausfahrungsformen des Erfindungsgegenstands werden nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher erläutert, dabei zeigen schematisch

Fig. 1 einen Schnitt durch aufgesetzte Blechprofile vor ihrer Verformung;

Fig. 2 einen Schnitt durch aufgesetzte Blechprofile nach ihrer Verformung;

Fig. 3 eine Seitenansicht der verformeten Blechprofile;

Fig. 4. einen Querschnitt durch einen mit den Blechprofilen versehenen Heizkessel;

Fig. 5 einen Längsschnitt durch einen mit den Blechprofilen versehenen Heizkessel gemäss Fig. 4 mit ungekühlter, topfartig eingeschobener Brennkammerhülse ;

Fig. 6 einen Querschnitt im Sinne von Fig. 4 durch einen Heizkessel mit wassergekühlter Brennkammerhülse;

Fig. 7 einen Querschnitt durch einen Heizkessel in besonderer Ausführungsform ;

Fig. 8 im Schnitt den Bereich der Umlenkkammer und

Fig. 9 eine besondere Ausführungsform der u-Profile.

In den Figuren sind bezeichnet mit 1 die Längsränder der Blechprofile 2, mit 3 deren Basisbereiche, mit 4 deren ursprüngliche Breite, mit 5 die Innenwand, auf die die Blechprofile 2 aufgesetzt und aufgeschweisst werden, mit 6 die lediglich eingeschobene, ungekühlte topfartige Brennkammerhülse aus vorzugsweise Edelstahl, mit 7 die wasserabschirmende Hülse, mit 8 Verlängerungen der Profilschenkel 14, mit 9 der wasserführende Innenraum des Gehäuses 15, mit 10 die Rauchgassam-

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melkammer, mit 11 der Rauchgasabzug und mit 12 die Längs-schweissnaht der zu einem Zylinder gerundeten Innenwand 5.

Die Blechprofile 2 werden im Sinne der Fig. 1 vorgeformt und mit entsprechenden Abständen auf die noch ebene Innenwand 5 aufgesetzt. 5

Die Längsränder 1 sind dabei, wie aus Fig. 1, 2 erkennbar, etwas abgewinkelt, wodurch ein grösserer Raumgewinn zwischen den Profilen 2 erzielt wird und Längsschweissnähte 13 unter Teilabschmelzung der Schenkelenden ohne Schwierigkeiten auch maschinell verlegt werden können, die auf Grund ihres m relativ grossen Querschnittes gute Wärmeleitbrücken bilden, so dass die Wärme aus den Schenkeln 14 optimal an die wassergekühlte Innenwand 5 überführt werden kann.

In Bezug auf die nicht wassergekühlte Brennkammerhülse 6 (Fig. 4, 5) wäre es nun noch ungünstig, wenn die Blechprofile 2 n in der Form gemäss Fig. 1 verbleiben. Aus diesem Grunde werden deshalb die Profile 2 zu einer Form gemäss Fig. 2 gestaucht, wodurch sich die offen gegen die Brennkammerhülse 6 gerichteten Querschnitt 4' reduzieren und der Direktkontakt von abziehenden Rauchgasen mit der Hülsenwand verkleinert ;o wird. Die Brennkammerhülse 6 muss natürlich nicht topfförmig sein, sondern es ist auch möglich, diese hinten offen zu lassen, wobei die Rauchgassammeikammer 10 zu einer Umlemkkam-mer wird und die Rauchgase die Blechprofile 2 von hinten nach vorn durchströmen zu einer dann vorn angeordneten, mit Abzug versehenen Rauchgassammeikammer.

Im Falle der Kesselausbildung gemäss Fig. 6, also mit wassergekühlter Brennkammerhülse 6', an der die Basisstege 3 auf Grund ihrer Krümmung möglichst dicht angelegt sind, ergibt sich gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 4 der Vorteil, k> dass die verbreiterten Basisstege eine grössere Wärmeübergangsfläche in Bezug auf die gekühlte Hülsenwand bilden.

In vorteilhafter Weiterbildung sind die abströmseitigen Schenkel 14 der Profile 2 gemäss Fig. 5, 9 mit fahnenartigen Verlängerungen 8 versehen und ragen damit in die Rauchgas- s sammelkammer 10 etwa bis zu deren rückwärtigen Ausfütterung 26 ein, wobei die Enden der Verlängerungen gemäss Fig. 9 mit Abbiegungen 8' versehen sein können, um sich gegenseitig gegen Verwerfungen abstützen zu können. Solche Verlängerungen 8 können ggf. auch im Bereich der Umlenkkammer 18 4» vorgesehen werden.

Um den hinsichtlich Kondensatanfall besonders kritischen Bereich der Rauchgassammelkammer 10 nicht der Kühlwirkung des Wassers auszusetzen, kann vorteilhaft in diesem Bereich die Wand 5 wasserseitig mit einer abschirmenden Hülse 7 versehen werden, deren Innenraum nach hinten, wie dargestellt, offen bleiben kann. Sofern in diesem Bereich Kondensat anfällt, kommt es zwangsläufig mit den schnell heiss werdenden Verlängerungen 8 in Kontakt bzw. tropft auf diese, verdampft schnell wieder und zieht durch den Abzug 11 mit ab.

Um die Phase einer Kondenatbildung möglichst zu reduzieren, kann gemäss Fig. 7 die zylindrische Kammer 16 exzentrisch nach unten in einem dann vorzugsweise ovalen Kesselgehäuse 15' angeordnet werden, wodurch sich die im unteren Bereich befindliche Wassermenge reduziert und damit schneller aufheizbar wird.

Hinsichtlich einer schnellen Verdampfung von angefallenem Kondensat können Verlängerungen 8, wie erwähnt, auch im Bereich der Umlenkkammer 18 (Fig. 8) vorgesehen werden.

Der Bereich vor der Brennkammeröffnung 17, der stark von den abströmenden Heizgasen beaufschlagt wird, kann mit einer an sich bekannten wasserführenden Wand 22 mit Öffnung 20 für den Einsatz des Brenners (nicht dargestellt) versehen werden, die oben und unten durch wasserführende Stege, wie in Fig. 8 erkennbar, mit dem wasserführenden Innenraum 9 des Gehäuses 13 in Verbindung steht. Von Steg zu Steg ergibt sich beidseitig ein Ringspalt, durch den die Züge zum Reinigen zugänglich werden, wenn der nicht dargestellte Verschlussdek-kel geöffnet ist.

Die wärmebeaufschlagte Fläche 23 dieser Wand 22 ist nun ebenfalls mit u-Profilen 24 in horizontaler Richtung besetzt, die sich ebenfalls beim Anfahren schnell aufheizen. Anfallendes Kondensat kann durch die Profile 24 nicht nach unten laufen, sondern verdampft auf den relativ schnell heiss werdenden Profilen 24.

Neben der Möglichkeit, auch im Bereich der Umlenkkammer 18 die Schenkel 14 der Profile 2 mit Verlängerungen 8 im Sinne der Fig. 5 zu versehen, kann zusätzlich im Bodenbereich der Umlenkbrennkammer 18 eine Schale 25 aus vorzugsweise Edelstahl angeordnet werden, die Korrosion in diesem Bereich verhindert.

2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

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1. Heizkessel zum Verbrennen von flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen, bestehend aus einem wasserführenden Gehäuse, in dem eine zylindrische Kammer zur Aufnahme der Brennkammer und der Heizgaszüge mit vorgeschalteter Umlenkkammer angeordnet ist, welche Kammer von einer Vielzahl auf den ganzen Umfang verteilt in Abstand nebeneinander angeordneter, von im Querschnitt etwa u-förmigen Blechprofilen gebildeter Zugkanäle umgeben ist, die mit einer Rauchgassammeikammer mit Rauchgasabzug in Verbindung stehen und die durch Längsschweissnähte mit der Innenwand der zylindrischen Kammer verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsränder ( 1 ) der u-förmigen Blechprofile (2) nach aussen abgeknickt und die Schenkel (14) der Blechprofile (2) in Richtung auf die Innenwand (5) gestaucht ausgebildet sind.

2. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die u-Basisstege (3) in Anpassung an die Brennkammerwandkrümmung entsprechend gekrümmt ausgebildet sind (Fig. 2).

3. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel (14) der u-förmigen Blechprofile mindestens im Bereich der Rauchgassammeikammer (10) mit fahnenartigen Verlängerungen (8) versehen sind (Fig. 3 und 5).

4. Heizkessel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlängerungen (8) am Ende mit einer gegen die jeweils benachbarte Verlängerung (8) gerichteten Abbiegung (8') versehen sind (Fig. 9).

5. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Wandung der Rauchgassammeikammer

( 10) wasserseitig die Wand (5) mit einer das im Kesselgehäuse (15) befindliche Wasser abschirmenden Hülse (7) versehen ist (Fig. 5).

6. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Wand (5) gebildete zylindrische Kammer ( 16) innerhalb des oval ausgebildeten Kesselgehäuses (15') exzentrisch nach unten angeordnet ist (Fig. 7).

7. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Brennkammeröffnung (17) in der Umlenkkammer

( 18) eine wasserführende, mit dem wasserführenden Innenraum (19) des Kesselgehäuses (15) in Verbindung stehende, eine zentrische Öffnung (20) für den Brenner aufweisende, den Zugang zu den Heizgaszügen (21) offenhaltende Wand (22) angeordnet ist, auf deren gegen die Brennkammeröffnung (17) gerichteten Fläche (23) horizontal verlaufende U-Profile (24) aufgesetzt sind (Fig. 8).

8. Heizkessel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Bodenbereich der Umlenkbrennkammer (18) auf der Wand (5) eine Schale (25) aus Edelstahl angeordnet ist (Fig. 8).