CH644199A5 - Boiler. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Boiler nach dem 16 durchströmt wird. In der Kammer 16 sind Rippenanord-

Oberbegriff des Patentanspruches 1. nungen und in der Kammer 18 sind Strahl-Aufprallelemente

Der sparsame Umgang mit Energie hat in den letzten Jah- zur Verbesserung der Wärmeübertragung angeordnet, die ren an Bedeutung zugenommen. Eine naheliegende Mass- nachstehend detailliert beschrieben werden.

nähme zur Erreichung dieses Ziels ist die Steigerung des Wir- 65 Der Wassertank 12 ist einerseits durch die konzentrisch kungsgrades bei Energieanwendungen. Boiler und andere zueinander angeordneten zylindrischen Innen- und Aussen-Flüssigkeitsheizeinrichtungen sind sowohl in der Industrie als wände 20,22 und andererseits durch eine Stirnwand 24 und auch im Wohnbereich derart gebräuchlich, dass sich jede Ver- eine ringförmige Rückwand 26 begrenzt.

Das zu erwärmende Wasser wird durch die dicht in der Stirnwand 24 befestigte Zuleitung 28 in den Tank eingeführt. Das Warmwasser verlässt den Tank über eine Ablassleitung 30, die dicht in die Tankrückwand 26 eingesetzt ist. Um einen Wasser-Direktdurchfluss von der Zuleitung 28 zur Ablassleitung 30 zu verhindern, ist im Tank nächst der Mündung der Zuleitung 28 eine Prallplatte 32 eingebaut. Die Prallplatte 32 ist mit der zylindrischen Innenwand 20 verbunden und ragt radial gegen die zylindrische Aussenwand 22. Sie besitzt die Form eines 90°-Scheibenabschnitts, und erstreckt sich etwa gleichmässig verteilt beidseits der Zuleitungseinmündung.

Der Brenner 14 kann ein herkömmlicher Brenner sein, ist aber vorzugsweise ein Schirmbrenner, dem z.B. gasförmiger Brennstoff mittels eines Gebläses 31 zugeführt wird. Der Gebläseausgang mündet zentral in der Stirnwand 24 in der Nähe einer Funkenüberschlagzündeinrichtung 40, die ebenfalls an der Stirnwand 24 befestigt ist und deren Zündelektroden 41 neben dem Schirm des Brenners 14 angeordnet sind.

Die innerhalb der Innenwand 20 liegende innere Kammer 16 kann einen «offenen» Zentrumsbereich aufweisen. Es hat sich aber als zweckmässig erwiesen, zur bessern Führung der Heizgase gegen die Wand 20 einen zentralen Leitdorn 34 aus einem wärmebeständigen Material anzuordnen. Der Leitdorn 34 ist an seinem, dem Brenner 14 zugewandten Ende vorzugsweise konisch gestaltet, wobei das konische Ende zur Zentrierung des Brennerschirmes dienen kann.

Von der Innenwand 20 stehen radial einwärts orientierte gruppenweise Anordnungen von Rippen 36,37,38,39 ab. Jede Rippengruppe kann aus achtzehn symmetrisch angeordneten und um je 20° gegeneinander distanzierten Rippen bestehen. Die Rippen bestehen aus gut wärmeleitendem Material und können einstückig an der Innenwand 20 angeformt, oder mit dieser verschweisst oder verlötet sein.

Die Anordnung der Rippen ist am besten aus Fig. 2 ersichtlich. Die Darstellung nach Fig. 1 zeigt vier Rippengruppen. Die Rippen jeder der Gruppen sind gegenüber den Rippen der benachbarten Gruppe drehverschoben. In Fig. 2 sind die Gruppen der um 20° voneinander distanziert gezeigten Rippen gegenseitig so verschoben, dass die Rippen der Gruppe 36 gegenüber denjenigen der Gruppe 37 um 10 ° verdreht liegen. Die Verdrehwinkel zwischen den in Strömungsrichtung nachfolgenden Gruppen 38 und 39 betragen gleicherweise je 10°.

Die Heizgaspassagen zwischen den Rippen liegen in Ebenen, welche die Längsachse der zylindrischen Innenwand 20 kreuzen. Die gegenseitige Anordnung der Rippengruppen ist jedoch so, dass ein in der Art einer Verdrehung gewundener Strömungspfad für die Heizgase resultiert, wodurch sich Turbulenzen ergeben, welche das Auftreten von laminarer Grenzschichtbildung stört. Mit anderen Worten: die Rippen sind so gegeneinander versetzt angeordnet, dass der Durchflusswiderstand der Heizgase axial durch die Kammer 16 zwar nicht wesentlich erhöht wird, aber auch kein geradliniger Durchlauf der Gase resultieren kann, bei dem die Ausbildung einer laminaren Grenzschicht nicht ausreichend gestört wird, um eine gute Wärmeübertragung sicherzustellen.

Am Ende des Tanks 12, welches der Brennerseite gegenüberliegt, verlassen die Heizgase die innere Kammer 16, treten in einen Sammelraum 43 ein und werden von hier nach aussen fliessend, verteilt. Gleichzeitig werden sie durch eine Strahllenkfläche 45 des Sammelraumes 43 der äusseren Kammer 18 zugeführt, welche durch die Innenwand der Isolierummantelung 11 und die Aussenwand 22 des Tanks 12 begrenzt ist.

Die äussere Kammer 18 enthält eine Einrichtung 53 mit

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einer Anzahl praktisch auf ihre ganze Länge verteilt angeordnete Strahlaufprallelemente. Die Ausbildung dieser Einrichtung 53 kann in weiten Grenzen variieren. Ihr Arbeitsprinzip besteht jedoch darin, dass sie die Gasströmung in eine Anzahl Teilstrahlen aufteilt, die so auf Wärmeübertragungsflächen aufprallen, dass dadurch die Ausbildung einer laminaren Grenzschicht gestört wird. In der Darstellung nach Fig. 2 weist die Einrichtung 53 durch Längswände unterteilte Kanäle 57,58 auf und ist aus einem einstückigen flächigen Material geformt, das gemäss Fig. 3 mit Öffnungen 51,52 versehen und gemäss Fig. 4 gefaltet ist.

Fig. 3 zeigt ein Stück Blech 54, welches Reihen von in regelmässigen Abständen ausgestanzten Öffnungen 51,52 und vorgeprägte Faltlinien 53' enthält. Die Öffnungen 51 der ersten Reihe sind gegenüber den Öffnungen 52 in der zweiten Reihe um den halben Reihenabstand versetzt. Bei den nach rechts nachfolgenden Öffnungen wiederholt sich diese Anordnungsweise. Das Blech 54 wird längs den Faltlinien 53' der Länge nach etwa rechtwinklig umgebogen, so dass eine «Wellung» etwa nach Fig. 4 resultiert. Das so gefaltete Blech wird dann um die Aussenwand 22 gelegt, wobei die im Querschnitt im wesentlichen rechteckigen Kanäle 57,58 resultieren. Die Kanäle können sich auch einzeln oder gruppenweise über praktisch die ganze Länge der Aussenwand 22 erstrecken. Durch die Öffnungen 51,52 können in den Kanälen 57,58 strömende Heizgase von einem Kanal in den andern eintreten, wobei sich Gasstrahlen ausbilden. Die den Öffnungen 51, 52 jeweils gegenüberliegenden Wärmeübertragungsflächen können auf verschiedene Weise gestaltet werden. Bezügliche Bedingungen und anwendbare Herstelltechniken können dem US-Patent Nr. 3 804 159 entnommen werden. Wichtig ist dabei, dass am fertig gefalteten Blech einer Öffnung 51,52 irgendeines Kanals jeweils ein geschlossener Flächenabschnitt gegenüberliegt, damit das aus den Öffnungen austretende Gas gegen eine Wand strömt, um eine allenfalls vorhandene laminare Grenzschicht zu stören und dadurch die Wärmeübertragung zu verbessern.

Zurückkommend auf Fig. 2 und die typischen Kanäle 57 und 58 sei vermerkt, dass die Kanäle 57 gegen den Sammelraum 43 hin offen, die Kanäle 58 dagegen geschlossen sind. Dies wiederholt sich über den ganzen Umfang der Aussenwand 22.

Rückwärtig der Stirnwand 24 befindet sich gemäss Fig. 1 ein weiterer Sammelraum 49. Die Aufeinanderfolge von offenen und geschlossenen Kanälen 57,58 ist dort gerade umgekehrt. Mit anderen Worten: die gegen den Sammelraum 43 hin offenen Kanäle 57 sind gegen den Sammelraum 49 hin geschlossen, während die gegen den Sammelraum 43 hin geschlossenen Kanäle 58 gegen den Sammelraum 49 hin offen sind. Ein Abzugsrohr oder Rauchabzug 61 ist gegenüber der Isolierummantelung 11 gedichtet und dient zum Abziehen der Rauchgase.

Die Wärmeübertragungseinrichtung in der äusseren Kammer 18 kann auch in der Form eines die Aussenwand 22 umgebenden mit radialen Öffnungen versehenen Hohlzylin-ders gestaltet werden, wobei die durch die Öffnungen im Hohlzylinder gebildeten einzelnen Heizgasstrahlen gegen die Aussenwand 22 prallen, wobei sie allfällige auf der Aussenwand vorhandene laminare Grenzschichten stören. Die Öffnungen können in irgendwelchen Anordnungsmustern vorhanden sein, wobei auch mit Öffnungen versehene Rippen angewendet werden können, durch die heisse Gasstrahlen auf nicht mit Öffnungen versehene Gegenflächen gerichtet werden.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

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   PATENTANSPRÜCHE besserung ihres Wirkungsgrades in erheblichem Umfang

   1. Boiler mit einem im Querschnitt ringförmigen Tank energiesparend auswirkt.

   (12) mit einer Innenwand (20) und einer dazu koaxialen Aus- Es ist seit langem bekannt, dass der Wirkungsgrad bei der senwand (22), wobei beide Wände als Wärmeübertragungs- Erwärmung von Flüssigkeiten durch Vergrössern der Wärflächen wirksam sind und innerhalb der Innenwand eine in- 5 meaustauscherflächen zwischen Wärmequelle und der zu er-nere Kammer (16) und ausserhalb der Aussenwand eine von wärmenden Flüssigkeit erhöht werden kann. Unterschiedlich einer Isolierummantelung (11) umgebene äussere Kammer gestaltete Flüssigkeitsbehälter wurden zu diesem Zweck vor-(18) angeordnet ist, sowie mit Mitteln (31,14,34,36-39,43) geschlagen, wobei sich insbesondere im Querschnitt ringför-zur Erzeugung von Heizgasen und Lenkung derselben zuerst mige Tanks als vorteilhaft erwiesen haben. Im allgemeinen durch die innere (16) und anschliessend durch die äussere io werden bei einer solchen Formgebung heisse Verbrennungs-Kammer (18), dadurch gekennzeichnet, dass die innere Kam- gase in den durch die Innenwand des ringförmigen Tanks gemer ( 16) eine Anzahl mit der Innenwand (20) in wärmeleiten- bildeten Zylinder eingeführt. Die Heizgase streichen über die der Verbindung stehender Wärmeübertragungsrippen Innenwand, welche als Wärmeübertragungsfläche zur Behei-

   (36-39) enthält, und dass die äussere Kammer (18) eine mit zung der Flüssigkeit dient. Es wurde auch vorgeschlagen, dass der Aussenwand (22) in wärmeleitender Verbindung stehende 15 die Heizgase anschliessend gegen die Aussenwand des ring-Einrichtung (53) mit Partien enthält, die Öffnungen (51, 52) förmigen Tanks geleitet werden, wobei sowohl die Innen- als zur Ausbildung von Heizgasstrahlen aufweisen, wobei diese auch die Aussenwandfläche für den Wärmeübergang ausge-Öffnungen (51,52) Partien ohne Öffnungen (51,52) der ge- nützt werden.

   nannten Einrichtung gegenüberliegen, gegen die die Heizgas- In einigen Fällen werden Rippen, Oberflächen wellungen strahlen aufzuprallen bestimmt sind. 20 oder andere flächenvergrössernde Mittel verwendet, um eine
2. 2. Boiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Verbesserung des Wärmeübertragungswirkungsgrades zu er-die Einrichtung (53) in der äusseren Kammer (18) diese in eine zielen. Solche Mittel wirken sich aber in einem gewissen UmAnzahl kanalförmige Strömungspfade (57,58) aufteilt, wel- fang eher schädlich aus, indem sie z.B. die Gasströmung che durch einander gegenüberliegende Wände begrenzt sind, nachteilig beeinflussen, die Herstellkosten erhöhen und/oder und dass die Öffnungen (51,52) in diesen Wänden angeordnet 25 einen komplizierten Aufbau bedingen. Es ist daher die Aufsind. gäbe der vorliegenden Erfindung, einen Boiler vorzuschlagen,
3. 3. Boiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem eine Wirkungsgradmaximierung bei der Wärmeüber-die Mittel zur Erzeugung der Heizgase und deren Lenkung ei- tragung durch die Kombination eines im Querschnitt ringför-nen die Heizgase an die innere Kammer (16) abgebenden migen Tanks, einer leistungsfähigen Heizgasquelle und Mit-Brenner (14), und einen aus wärmebeständigem Isoliermate- 30 teln zur Verbesserung des Wärmeübergangs möglich ist, wo-rial bestehenden, zentral in der inneren Kammer angeordne- bei die genannten Mittel einfach und billig herstellbar und ten Leitdorn (34) enthalten, der zurLenkung der Heizgase ge- derart wirksam sind, dass der Wärmeübergang nicht durch gen die Tank-Innenwand (20) bestimmt ist. _ die Ausbildung laminarer Grenzschichten behindert wird.
4. 4. Boiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäss ein die Wärmeübertragungsrippen (36-39) in der innern Kammer 35 Boiler vorgeschlagen, der durch die Merkmale des Patentan-(16) in kranzförmigen Anordnungen gruppenweise auf der spruches 1 gekennzeichnet ist.

   Innenwand angebracht sind und radial nach innen abstehen, Ein Boiler dieser Art ist kompakt, einfach und relativ bil-

   und dass die Rippen benachbarter Rippengruppen in Um- hg herstellbar. Seine Basiselemente sind eine Heizgasquelle, fangsrichtung gegeneinander versetzt sind. beispielsweise in der Form eines Brenners, ein im Querschnitt
5. 5. Boiler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass 40 ringförmiger Tank und Mittel zur Optimierung des Wärme-die Rippen jeder Gruppe gleichmässig über den Umfang der Überganges von den Heizgasen über die Innen-und Aussen-Innenwand (22) verteilt angeordnet sind, und dass die um- wand des Tanks zu der im Tank befindlichen Flüssigkeit, fangsgerichtete Versetzung der Rippen benachbarter Grup- Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist pen etwa dem halben Winkelabstand zwischen zwei benach- nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt: barten Rippen derselben Gruppe entspricht. 45 Fig. 1 einen partiellen Axial-Längsschnitt durch einen er-
6. 6. Boüer nach Anspruch 3, mit einer Isolierummantelung findungsgemäss gestalteten Boiler,

   (11), einer Zuleitung (28) zur Einspeisung von Wasser in den Fig. 2 eine Stirnansicht des Boilers nach Fig. 1 mit einem

   Tank (12) und einer Ablassleitung (30) zum Bezug von Was- Partialschnitt längs der Linie 2-2 in dieser Fig. Die sòr aus dem Tank (12), wobei sowohl die Zuleitung als auch Fig. 3 und 4 zeigen Partialdarstellungen von Konstruk-

   die Ablassleitung dichtend durch die Ummantelung (11) hin- so tionsteilen der Wärmeaustauschermittel im Boiler nach den durchgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass im Mün- Fig. 1 und 2.

   dungsbereich der Zuleitung (28) im Tank eine Prallplatte (32) Der in Fig. 1 gezeigte Boiler zur Warmwasserbereitung ist zur Vermeidung des direkten Durchflusses von Wasser zur mit einer doppelwandigen Isolierummantelung 11 versehen. Ablassleitung (30) angebracht ist, dass der Brenner (14) inner- Seine Hauptbestandteile sind ein im Querschnitt ringförmiger halb der Isolierummantelung (11) angebracht ist, und dass ein ss Wassertank 12, ein Brenner 14 zur Erzeugung von Heizgasen, durch die Isolierummantelung (11) hindurchgeführter Rauch- eine innere Kammer 16, die teilweise durch die Innenwand 20 abzug (61) zur Ableitung der Rauchgase vorhanden ist. des Wassertanks 12 begrenzt ist und von den Heizgasen durchströmt wird, und eine äussere Kammer 18, die teilweise durch die Aussenwand 22 des Wassertanks 12 begrenzt ist

   60 und von den Heizgasen nachVerlassen der inneren Kammer