CH639475A5 - Heizkessel zum erwaermen eines mediums durch waermeuebertragung von einem erwaermten medium. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Heizkessel zum Erwärmen ei- Rohre leicht durch Russablagerungen verstopfen, was, falls nes ersten Mediums durch Wärmeübertragung von einem keine wirksame Reinigung durch häufiges Fegen vorgenom-zweiten, erwärmten Medium, wobei die beiden Medien ge- men wird, den Wirkungsgrad des Kessels anstelle der angetrennt voneinander strömen. 55 strebten Verbesserung sogar erheblich verschlechtert. Es liegt

Bei Wärmeerzeugern wird die Wärme aus der Verbren- somit ein starkes Bedürfnis vor, durch andere Massnahmen nung von festen oder flüssigen Brennstoffen über die Verbren- als bisher vorgeschlagen, den Wirkungsgrad von Wärmeer-nungsgase auf ein anderes Mittel, wie Wasser, übertragen. zeugern der eingangs angegebenen Art zu erhöhen, um hier-Auch wenn andere Mittel als Wasser im vorliegenden Zusam- durch die Wärmewirtschaftlichkeit zu verbessern und eine be-menhang denkbar sind, soll die nachfolgende Beschreibung 60 trächtliche Einsparung an Energie zu ermöglichen.

einer Übertragung von Wärme auf Wasser gelten, wobei alle Demgemäss ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung anderen denkbaren Mittel darin eingeschlossen gedacht sind, die Schaffung eines Heizkessels zum Erwärmen eines ersten insbesondere auch Gemische von Wasser und anderen Mit- Mediums durch Wärmeübertragung von einem zweiten, er-teln, wie Gemische von Wasser und Gefrierschutzmitteln wärmten Medium, bei welcher zur Erzielung einer bestimm-

und/oder Rostschutzmitteln u.ä. 65 ten Heizwirkung ein erheblich geringerer Einsatz von festem

Bekanntlich wird der grösste Teil der Verbrennungs- oder flüssigem Brennstoff benötigt werden soll als es bis jetzt wärme auf den Wärmeerzeuger - und damit das zu erwär- der Fall war.

mende Mittel - während der Strömung der Gase entlang und Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung durch die

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Merkmale der Kennzeichnung des Patentanspruches 1 gelöst.

Die Erfindung wird nachstehend aufgrund der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen gemäss der Erfindung ausgeführten Heizkessel, und zwar entlang der Linie I-I in Fig. 2,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Heizkessels der Fig. 1 mit entfernter Stirnwand,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform, und

Fig. 4 einen Längsschnitt ähnlich der Fig. 1 durch noch eine abgewandelte Ausführungsform.

Der in der Fig. 1 gezeigte Heizkessel besteht aus einem Zylinder 1 mit gewölbter Stirnwand 2 am einen Ende, während sein anderes Ende in einem Abstand von der Endfläche des Zylinders 1 eine ebenfalls in gleicher Richtung gewölbte Zwischenwand 8 aufweist, die den Zylinder 1 in zwei Räume aufteilt. Der zwischen dem Zylinder 1 und den Wänden 2 und 8 eingeschlossene Raum bildet einen Wasserspeicher 12, während der andere Raum im Zylinder 1 einen Verbrennungsraum 13 und einen Hohlkörper 7 enthält, der von Wasser durchströmt wird. Der Verbrennungsraum 13 ist zentral im Zylinder 1 angeordnet und von dem Hohlkörper 7 umgeben. Der Verbrennungsraum 13 und der Hohlkörper 7 sind am Ende des Zylinders 1 durch eine wärmedämmende Wand 10 abgeschlossen. Diese Wand kann zum Öffnen eingerichtet sein, um einen Zugang zu dem Innern des Verbrennungsraums 13 des Kessels und dem Hohlkörper 7 zu ermöglichen. In der Mitte hat die Wand 10 eine Öffnung 14 zum Einsetzen beispielsweise eines konventionellen Ölbrenners 15 zum Erzeugen der notwendigen Verbrennungsgase. Der schematisch dargestellte Ölbrenner erzeugt in bekannter Weise eine Flamme, die vorzugsweise rechtwinklig gegen die Zwischenwand 8 im Verbrennungsraum 13 gerichtet ist.

Wasser wird dem Wasserspeicher 12 über eine Leitung 5 entnommen und mittels einer Pumpe 16 in eine Leitung 6 gepumpt, die zu dem oben gelegenen Ende des Hohlkörpers führt, der dort in flüssigkeitsübertragender Verbindung mit der Leitung 6 steht. Die Leitung 6 bildet somit die Speiseleitung für sämtliche Schlangen des Hohlkörpers 7, in dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel den beiden Rohrschlangen 7a und 7b. Diese Schlangen 7a und 7b sind durch ein Zwischenstück voneinander getrennt, so dass kein Flüssigkeitsübergang zwischen ihnen stattfinden kann. Die Anzahl der Rohrschlangen kann innerhalb weiter Grenzen wechseln, wie weiter unten näher ersichtlich wird.

Wie aus der Fig. 2 hervorgeht, ist der Hohlkörper 7 spiralförmig gewunden, und die Spiralwindungen lassen zwischen sich einen Zwischenraum, der genügend gross ist, um die Verbrennungsgase vom Zentrum des Kessels zur Aussenperiphe-rie strömen zu lassen. An ihrem inneren Teil sind die Rohrschlangen 7a und 7b an ein gemeinsames Rohr 17 angeschlossen, das das durch den Hohlkörper 7 strömende Wasser zu dem Wasserspeicher 12 zurückführt. Von dem Wasserspeicher 12 geht oben ein Rohr 4 aus, durch das Wasser für ein nicht dargestelltes Leitungsnetz, beispielsweise für Heizkörper oder Warmwasserversorgung entnommen werden kann, während das aus dem Leitungsnetz zurückströmende Wasser durch ein Rohr 18 einer mit Zwischenraum um den Wassermantel 7 angeordneten Hülle 9 zugeführt wird, der Innenseite also, wie auch aus der Fig. 2 hervorgeht, von den Rauchgasen bestrichen wird, bevor diese den Kessel durch den in der Fig. 2 gezeigten Rauchgaskanal 19 verlassen. Aus der Hülle 9 fliesst das Wasser über Öffnungen 20 in der Zwischenwand 8 in den Wasserspeicher 12 zurück. Über eine an dem in der Fig. 1 rechten Ende des Zylinders 1 sitzende Stirnwand 3 ruht der Kessel auf einem Grundgestell 11.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, werden die von der Flamme des Ölbrenners 15 herrührenden Verbrennungsgase gezwungen, im Sinne der Pfeile in der Fig. 2 nach aussen in die Zwischenräume zwischen den Windungen sdes Hohlkörpers 7 zu strömen. Nachdem sie sämtliche Windungen des Wassermantels 7 durchstrichen haben, strömen sie in den Spalt zwischen der Aussenseite des Hohlkörpers 7 und der Innenseite der für das vom Leitungsnetz ankommende Rückflusswasser bestimmten Hülle 9, wodurch dieses loRückwasser vorgewärmt wird, bevor es in den Wasserspeicher 12 zurückkehrt. Die Rauchgase verlassen schliesslich den Kessel durch den Rauchgaskanal 19. In dieser Weise werden die Gase in einer Bahn zwangsgeführt, in der die Gasgeschwindigkeit dadurch gesteigert wird, dass die Gase in eine 15 Wirbelbewegung versetzt werden. Da die Gase während dieser Wirbelbewegung nach aussen geführt werden, wird auch der Druck der Gase gegen die Oberflächen des Hohlkörpers 7 vergrössert und damit der Wärmeübergang zwischen den Gasen und der Blechoberfläche verstärkt.

20 Bekanntlich liegt der hauptsächliche Widerstand gegen eine Wärmeübertragung im wesentlichen stets zwischen den Rauchgasen und dem Blech, und dieser Widerstand wird wesentlich verringert durch die Steigerung der Gasgeschwindigkeit und die Verstärkung des Drucks des Gases gegen die 25 Blechoberfläche infolge der durch die Wirbelbewegung erzeugten Fliehkraftwirkung. Der Abstand zwischen den Schlangen oder Windungen des Hohlkörpers 7 muss dabei zwecks Erhalts der grösstmöglichen Verbesserung des Wirkungsgrads mit Rücksichtnahme auf die Rauchgasgeschwin-30 digkeit möglichst klein gehalten werden. Der Hohlkörper 7, der mehrere voneinander getrennte Schlangen 7a, 7b (in dem dargestellten Beispiel zwei) umfasst, ist vorzugsweise aus rostfreiem oder säurebeständigen Werkstoff gefertigt. Jedoch kann auch einfacherer Werkstoff verwendet werden, wenn 35 dies für wünschenswert erachtet wird, ohne dass die vorbeschriebenen Vorteile beeinträchtigt werden. Wie aus der Beschreibung der durch die Ein- und Auslassrohre 6 und 17 bestimmten Flusswege erhellt, wird das Wasser im Hohlkörper 7 im Gegenstrom zu den Verbrennungsgasen geführt und da-40 durch der Wirkungsgrad weiterhin erheblich verbessert.

In der Fig. 3 ist eine abgewandelte Ausführungsform der den Erfindungsgedanken verkörpernden Vorrichtung gezeigt.

Bei dieser Ausführungsform besteht der Heizkessel aus einem Zylinder 21, der an seinem in der Zeichnung linken Ende 45 von einer durch Stirnwände 22,23 gebildeten Kammer 24 und an seinem rechten Ende von einer Stirnwand 25 mit einer Öffnung 26 für einen Ölbrenner oder ähnliche Heizgasquelle abgeschlossen ist. Es ist offensichtlich, dass die Stirnwand 25 von einer Isolierwand oder einer Türklappe derselben Art wie 50 die Wand 10 des Kessels der Fig. 1 überdeckt sein kann, auch wenn dies in der Fig. 3 nicht gezeigt ist. Der spiralförmig gewundene Hohlkörper 27 besteht bei der in der Fig. 3 gezeigten Ausführungsform aus einer Vielzahl getrennter Schlangen 27a, 27b u.s.w. in der Längsrichtung des langgestreckten Kes-55 sels, und zwar sind in diesem Beispiel sechzehn derartige Schlangen in derselben Weise zu Spiralform gewunden, wie bei dem Kessel der Fig. 1 und 2. Sämtliche Schlangen des Hohlkörpers 27 sind an den Aussenenden an ein gemeinsames Einlassrohr 28 angeschlossen, das einen Stutzen 29 für An-60 schluss von Rückflusswasser von der Anwendungsstelle hat, während das erhitzte Wasser über die Kammer 24 am linken Ende des Kessels durch ein Anschlussrohr 30 zu der Anwendungsstelle strömt. Die Rauchgase verlassen den Kessel durch einen Rauchgaskanal 31. Auch bei der Ausführungsform der 65 Fig. 3 werden also die Rauchgase und das Wasser in Gegenstrom zueinander geführt. Aus der Fig. 3 erhellt, dass sich die Ausgestaltung der Rauchgaskanäle mit Hilfe des Hohlkörpers derart, dass dem Gas einen Wirbelbewegung erteilt wird,

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auch bei grösseren Heizkesseln anwenden lässt. Hierbei kann jede gewünschte Breite des Hohlkörpers zur Anwendung kommen, ohne dass der Grundgedanke der Erfindung verlassen wird.

Bei der in der Fig. 4 veranschaulichten Ausführungsform ist der Heizkessel in ähnlicher Weise wie in der Fig. 1 ausgeführt, aber anstelle eines Ölbrenners ist der Heizkessel mit einem Feuerraum 32 zur Beheizung mit festen Brennstoffen ausgerüstet. Ein zugehöriger Kasten 33 für Aufnahme von Brennstoffresten, wie Asche, ist unter dem Feuerraum angeordnet. Die Verbrennungsgase strömen aufwärts aus dem Feuerraum durch einen Verbindungskanal 34 zwischen dem Feuerraum und dem Innern des Heizkessels und nach aussen durch den von dem Hohlkörper 7 begrenzten Rauchgaskanal in derselben Weise, wie zuvor für die Fig. 1 beschrieben wurde.

Aus den vorstehenden Ausführungen geht hervor, dass gemäss der Erfindung der Wirkungsgrad bei Wärmeerzeugern dadurch verbessert wird, dass die Gase in einer Bahn derart zwangsgeführt werden, dass ihnen eine die Gasgeschwindigkeit steigernde Wirbelbewegung erteilt wird. Indem hierbei die Verbrennungsgase und das umgewälzte Wasser in Gegenstrom geführt werden, erhält man eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrads. Die Gesamtverbesserung beträgt, wie durch Versuche festgestellt wurde, 20-40% gegenüber den bekannten Wärmeerzeugern. Wegen der effektiven Verbrennung und der verhältnismässig hohen Gasgeschwindig-keitin den Rauchgaskanälen des Kessels, die vorzugsweise von glatten, rostfreien Oberflächen gebildet werden, erhält 5 man bei richtig eingestelltem Brenner so gut wie gar keinen Russbelag. Da sämtliche Rauchgaskanäle freigelegt werden, wenn die Wand 10 geöffnet wird, ist der Kessel sehr leicht zu reinigen. Auch der Rauchgaskanal 19 kann so angeordnet werden, dass er leicht durch die Wand 10 zugänglich ist. Ein ic weiterer Vorteil, den man hierbei erhält, besteht darin, dass der Kessel wegen Nichtvorhandenseins grosser offener Räume alle Effektverstärkungen des Zischens der Brennerflamme ausschliesst, wodurch das von der Flamme herrührende Geräusch gedämpft und ein sehr niedriger Geräuschpe-is gel erhalten wird. Dieses Ergebnis ist auch darauf zurückzuführen, dass das Geräusch von der Flamme durch mehrere, durch schnell strömendes Wasser voneinander getrennte Stahlwände hindurchgehen muss. Dank der grossen Steigerung des Wirkungsgrads lassen sich für dieselbe Leistung Ab-20 messungen und Gewicht des Kessels erheblich verringern. Aufgrund des hohen Wirkungsgrads lässt sich das Wasservolumen in dem Kessel niedrig halten und kann sogar der Wasserspeicher entfallen, da ein Heizeffekt schon kurz nach dem Ingangsetzen erhalten wird. Der Kessel kann selbstverständlich auch an einen freistehenden Wasserspeicher wahlfreier Grösse angeschlossen werden.

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4 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1. 639475 2

   PATENTANSPRÜCHE quer zu den wärmeaufnehmenden Oberflächen des Kessels

   1. Heizkessel zum Erwärmen eines ersten Mediums durch übertragen. Bei bekannten Wärmeerzeugern der oben umris-Wärmeübertragung von einem zweiten, erwärmten Medium, senen Art ist der Verbrennungsraum ganz oder teilweise von wobei die beiden Medien getrennt voneinander strömen, da- wassergefüllten Hohlräumen umgeben, die von Mänteln und/ durch gekennzeichnet, dass der Heizkessel einen ersten Raum soder Rohren oder einer Kombination von Mänteln und Roh-( 12) zur Aufnahme des ersten Mediums und einen zweiten ren gebildet sein können. Der Wärmeerzeuger ist oft langge-Raum (13) zur Aufnahme des zweiten Mediums, einen nicht streckt, und zwecks Verbesserung des Wärmeübergangs ist perforierten spiralförmig gewundenen Hohlkörper (7; 27), der der Verbrennungs- oder Feuerraum, wo die Verbrennungs-innerhalb des zweiten Raumes (13) einen Erwärmungsraum gase erzeugt werden, zentral im Wärmeerzeuger angeordnet und einen spiralförmigen Durchgang bildet, und Mittel (15) îound strömen die Gase in dem langgestreckten Verbrennungs-zum Erwärmen des zweiten Mediums und zum Inbewegung- räum gegen eine Endwand, an der die Gase dazu gezwungen ' bringen des zweiten, erwärmten Mediums entlang dem spiral- werden, umzukehren und ausserhalb des zentralen Gasstroms förmigen Durchgang in einer ersten Richtung umfasst, und zurückzuströmen. Das Rückflussgas bestreicht hierbei die dass zu dem spiralförmig gewundenen Hohlkörper (7; 27) Wände der wassergefüllten Hohlräume und gibt Wärme an mindestens eine Leitung (6) führt, die mit dem ersten Raum 15 das Wasser in diesen ab. Zwecks weiterer Erhöhung des Wär-(12) in Verbindung steht, wobei das erste Medium durch eine meaustauschs können die Verbrennungsgase erneut in entge-Pumpe (16) aus dem ersten Raum (12) über die Leitung (6) in gengesetzter Richtung durch in den wassergefüllten Hohlräu-einer zweiten Richtung gefördert wird, die der Bewegungs- men angebrachte Rohre o.dgl. geleitet werden, wodurch wei-richtung des zweiten, erwärmten Mediums in dem spiralför- tere Wärme an das Wasser abgegeben wird, bevor die Ver-migen Durchgang entgegengerichtet ist. 20 brennungsgase in die freie Atmosphäre austreten. Die Umlen-
2. 2. Heizkessel nach Patentanspruch 1, dadurch gekenn- kung der Verbrennungsgase kann auch dadurch bewirkt wer-zeichnet, dass der Erwärmungsraum und der spiralförmige den, dass man sie in dem Kessel zum Durchgang zwischen la-Durchgang durch eine abnehmbare Wand ( 10) abgeschlossen byrinthartigen Zwischenwänden bringt, die sich an die Rohre sind, wobei durch die Entfernung der Wand der Erwär- anschliessen und Wärmeübertragungsrippen an diesen bilden, mungsraum und der spiralförmige Durchgang freilegbar sind.25 Die bekannten Verfahren, durch mehrfache Umlenkung
3. 3. Heizkessel nach Patentanspruch 1, dadurch gekenn- der Verbrennungsgase eine möglichst wirksame Wärmeüberzeichnet, dass der Erwärmungsraum eine Verbrennungskam- tragung zwischen den Verbrennungsgasen und dem zu erwärmer (13) ist. menden Mittel zu erzielen, ist jedoch mit erheblichen Nachtei-
4. 4. Heizkessel nach Patentanspruch 2, dadurch gekenn- len behaftet. Durch die Umlenkungen der Verbrennungsgase zeichnet, dass die Mittel zum Erwärmen des zweiten Mediums30 an mehreren Stellen im Verbrennungsraum wird die Gaseinen Brenner (15) umfassen, der in der Wand (10) montiert geschwindigkeit stark beeinträchtigt. Der Rückfluss der Gase ist. im Verbrennungsraum kann die effektive Wärmeübertragung
5. 5. Heizkessel nach Patentanspruch 1, dadurch gekenn- verringern, weil der zentrale Gasstrom im Verbrennungszeichnet, dass die Mittel zum Erwärmen des zweiten Mediums räum, der am heissesten ist, von den zurückströmenden Ga-einen Feuerkasten (32) umfassen, der mittels eines Kanals 35 sen umgeben wird, die nach dem Auftreffen auf die Endwand (34) mit dem Erwärmungsraum verbunden ist (Fig. 4). bereits kälter sind und eine Schicht bilden, die sich zwischen
6. 6. Heizkessel nach Patentanspruch 1, dadurch gekenn- den heissen zentralen Gasstrom und den Wassermantel legt, zeichnet, dass der spiralförmig gewundene Hohlkörper (27) Da nun die Wärmeübertragung um so stärker wird, je schnel-aus mehreren voneinander entfernt angeordneten Rohrleitun- 1er die Gase hindurchströmen, und auch je grösseren Widergen (27a, 27b) besteht, deren jede einen Einlass aufweist, der 40 stand der Kessel der Strömung der Gase entgegensetzt, hat in Verbindung mit einer gemeinsamen Einlasskammer (28) man sich in verschiedenen Vorschlägen bemüht, die Gesteht, und weiter einen Auslass aufweist, der in Verbindung schwindigkeit der Gase und den Widerstand gegen ihre Strö-mit einer gemeinsamen Auslassleitung (30) steht (Fig. 3). mung zu vergrössern. Dies wurde u.a. durch verschiedenar-
7. 7. Heizkessel nach Patentanspruch 1, dadurch gekenn- tige Ausformung der Rohre, durch die das Gas strömt, bezeichnet, dass ein Teil des ersten Raumes (12) mittels eines 45 zweckt. Ein anderer Vorschlag zur Erhöhung des Wärme-von Verbrennungsgasen durchströmten Verbindungskanals Übergangs besteht darin, sekundäre Strahlflächen vorzuse-(34) in einem Wärme austauschenden Verhältnis mit dem Er- hen, was beispielsweise durch Blecheinlagen in den Rohren wärmungsraum steht (Fig. 4). erfolgte. Eine wesentliche Verbesserung des Wirkungsgrads wurde jedoch durch diese Massnahmen nicht erzielt. Ein

   50 Nachteil der bekannten Massnahmen liegt ferner darin, dass sich der Kessel des Wärmeerzeugers und insbesondere die