DE102012002576A1

DE102012002576A1 - Wellwand-Trafokessel mit geneigten Wellen

Info

Publication number: DE102012002576A1
Application number: DE201210002576
Authority: DE
Inventors: Wolf-Dieter Loos; Lothar Gothen; Jürgen Solms
Original assignee: Loos & Co KG
Current assignee: Loos & Co KG
Priority date: 2012-02-09
Filing date: 2012-02-09
Publication date: 2013-08-14

Abstract

Um die Wärmeabfuhr bei einem Wellwand-Trafokessel zu verbessern, wird vorgeschlagen, die Wellen 3, 4, 5, 6 zu endseitig offenen Strömungskanälen 9, 10 mit geneigt zur Kesselwand verlaufenden Abstrahlflächen umzubiegen. Hierdurch ergibt sich in Inneren der Strömungskanäle 9, 10 eine aufwärts gerichtete Konvektionsströmung 13, während die geneigten Außenwände eine ungehinderte Wärmeabstrahlung ermöglichen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen eines Wellwand-Trafokessels bzw. einen Wellwand-Trafokessel zur Durchführung des Verfahrens.
Bei den bekannten Wellwandkesseln dienen die in vertikaler Richtung im Abstand parallel zueinander verlaufenden Wellen, die aufgrund ihres u-förmigen, zum Kessel hin offenen Profiles von erhitztem Trafoöl durchflossen werden, zum einen zur Aufnahme des sich bei Erwärmung ausdehnenden Öls, ohne daß ein zusätzliches Ausdehnungsgefäß erforderlich ist, zum anderen sollen sie durch die Vergrößerung der Kesselwandoberfläche das Trafoöl und damit den Transformator in hinreichendem Maße kühlen.
Während die Aufnahme des zusätzlichen Ölvolumens durch das sich bereits bei geringen Drücken aufbauchende U-Profil der Wellen in der Regel problemlos möglich ist, kann die Wärmeabgabe des Kessels z. B. bei höheren Außentemperaturen zu gering sein, so daß es unter Umständen zu Störungen der elektrischen Teile des Trafos durch Überhitzung kommen kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem ein Wellwand-Trafokessel besser gekühlt werden kann und einen Kessel vorzuschlagen, mit dem das Verfahren durchgeführt werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß Kühlluft durch endseitig offene Kühlkanäle geführt wird, deren Wandungen zumindest teilweise durch die Wellen der Wellwände gebildet sind. Bei einem Wellwandkessel zur Durchführung des Verfahrens sind die Wellen der Wellwände zur Bildung eines Strömungskanals einzeln oder paarweise zur Kesselwand geneigt oder umgebogen.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen gelingt eine sehr effektive Kühlung des Trafokessels, da durch die vorzugsweise vertikal verlaufenden Wellen der Wellwände nunmehr Kühlkanäle gebildet werden, durch die eine Kühlung des Kessels mittels Konvektion erfolgen kann. Als strömendes Fluid dient dabei die Umgebungsluft, die aufgrund des Druckunterschiedes zwischen der unteren und oberen endseitigen Kanalöffnung in die untere Kanalöffnung eintritt und infolge des Kamineffektes unter Erwärmung nach oben strömt. Dabei erhöht sich die Enthalpie bzw. innere Energie des Luftstroms, die gegebenenfalls mit Hilfe von Wärmepumpen oder dergleichen zurückgewonnen oder zu Heizzwecken verwendet werden kann.
Durch zusätzliche Ventilatoren oder Gebläse kann die Luftströmung in gewünschter Weise intensiviert werden, so daß die abgeführte Wärmemenge erhöht ist. Auf diese Weise können auch Kessel mit horizontal verlaufenden Wellen gekühlt werden.
Da die Wellen gemäß Patentanspruch 5 zur Bildung der Kühlkanäle nicht mehr wie beim Stand der Technik senkrecht zur Kesselwand verlaufen, sondern aus dieser Stellung geneigt oder umgebogen sind, wird die Wärmeabgabe des erfindungsgemäßen Kessels weiter verbessert. Die Wärmeabgabe zwischen den einzelnen Kühlkanälen erfolgt nämlich durch die Aussendung von elektomagnetischer Strahlung im infraroten Spektralbereich entsprechend dem Stefan-Boltzmann'schen Strahlungsgesetz. Durch die geneigte Stellung der Wellen wird die gegenseitige Beaufschlagung gegenüberliegender Wellen durch Wärmestrahlung drastisch verringert, da gegebenenfalls noch auf die Wellenoberfläche der gegenüberliegenden Welle auftreffende Strahlung immer nach außen reflektiert wird. Dies stellt gegenüber dem Stand der Technik, bei dem die Wellen parallel zueinander senkrecht zur Kesselwand verlaufen, eine erhebliche Verbesserung der Wärmeabgabe dar, so daß die Zahl der Wellen einer Wellwand verringert und das Gesamtgewicht des Kessels reduziert werden kann.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kessels sind benachbarte Wellen der Kesselwand paarweise zur Bildung eines Strömungskanals mit dreieckigem Querschnitt v-förmig umgebogen. Die Wellen bilden dabei die Schenkel des gleichschenkligen Dreiecks, während die Kesselwand zwischen den beiden Wellen die Grundseite des Dreiecks darstellt. Die Wellen sind so weit umgebogen, daß sich ihre Scheitellinien berühren, wo sie zur Bildung eines geschlossenen Kanals verschweißt, verlötet oder verklebt sein können.
Bei einer weitern Ausführungsform können die Wellen auch einzeln umgebogen sein, so daß sie beispielsweise einen Halbkreis bilden. Der Scheitel der umgebogenen Welle ist an die Kesselwand angeschweißt, so daß das Innere des Halbkreises den Strömungskanal bildet. Bei dieser Variante ist die Fläche zur Abstrahlung der Wärme ebenfalls halbkreisförmig ausgebildet, so daß eine Beaufschlagung der benachbarten Welle mit Infrarot-Strahlung praktisch nicht mehr messbar ist.
Gemäß Patentanspruch 9 können benachbarte Wellen auch zu einem Strömungkanal mit trapezförmigem Querschnitt umgebogen sein. Die kürzere Seite des Trapezes wird bei dieser Ausführungsform von einem Paßstück oder dem Querschenkel eines u-förmigen Profiles gebildet, dessen Längsschenkel die einwärts geneigten Wellen übergreifen. Bei dieser Ausführunsform besteht die Möglichkeit, das Paßstück bzw. das Profit aus einem schall- und/oder schwingungsdämpfenden Material herzustellen, so daß die Geräuschemissionen des Trafos gemindert werden können und der Kessel gleichzeitig gegen Beschädigungen beim Transport geschützt ist.
Die Erfindung wird im nachfolgenden anhand der Zeichnungsfiguren veranschaulicht und beispielsweise beschrieben. Es zeigen:
1 einen Schnitt durch einen Kesselwandabschitt mit je zwei v-förmig zusammengebogenen Wellenpaaren,
2 einen Schnitt durch einen Kesselwandabschnitt mit zwei halbkreisförmig umgebogenen Wellen und
3 einen Schnitt durch einen Kesselwandabschnitt mit je zwei trapezförmig ausgebildeten Strömungskanälen.
In dem in der Zeichnungsfigur 1 gezeigten Kesselwandabschnitt 1 eines nicht dargestellten Trafokessels sind vier zum Kesselinneren 2 offene Wellen 3, 4 und 5, 6 paarweise v-förmig einwärts gebogen und an den Scheiteln 7, 8 miteinander verschweißt.
Auf diese Weise werden die Strömungskanäle 9, 10 mit dreieckigem Querschnitt gebildet, wobei die Kesselwandabschnitte 11 bzw. 12 jeweils die Grundseite des gleichschenkligen Querschnittsdreiecks bilden.
Die im Inneren der Strömungskanäle 9, 10 herrschende, nach oben gerichtete Konvektionsströmung ist duch die Ringpfeile 13 symbolisiert, während die infrarote Wärmestrahlung durch die Pfeile 14 schematisch dargestellt ist.
Der in 2 gezeigte Kesselwandabschnitt 15 trägt die halbkreisförmig umgebogenen Wellen 16 und 17, die mit ihren Scheiteln 18 und 19 an die Kesselwand 20 angeschweißt sind.
Die sich ergebende Wärmeströmung bzw. Strahlung ist wiederum durch Ringpfeile bzw. Pfeile veranschaulicht.
Die Zeichnungsfigur 3 zeigt schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel der Kesselwandung. Hier sind die Wellen paarweise zu trapezförmigen Strömungskanälen verformt, wobei die kurze Seite des Trapezes durch den Querschenkel 21 eines u-förmigen Profiles 22 gebildet ist, das die Wellen seitlich mit seinen Längsschenkeln 23, 24 übergreift und aus einem schalldämmenden bzw. schwingungsabsorbierenden Material besteht.
Bezugszeichenliste

1: Kesselwandabschnitt
2: Kesselinneres
3: Welle
4: Welle
5: Welle
6: Welle
7: Scheitel
8: Scheitel
9: Strömungskanal
10: Strömungskanal
11: Kesselwandabschnitt
12: Kesselwandabschnitt
13: Ringpfeil
14: Pfeil
15: Kesselwandabschnitt
16: Welle
17: Welle
18: Scheitel
19: Scheitel
20: Kesselwand
21: Querschenkel
22: Profil
23: Längsschenkel
24: Längsschenkel

Claims

Verfahren zum Kühlen eines Wellwand-Trafokessels, dadurch gekennzeichnet, daß Kühlluft durch endseitig offene Strömungskanäle (9, 10) geführt wird, deren Wandungen zumindest teilweise durch die Wellen (3, 4, 5, 6) der Wellwände gebildet sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlluft durch in vertikaler Richtung verlaufende Strömungskanäle (9, 10) geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit bzw. der Volumenstrom der Kühlluft durch motorisch antreibbare Einrichtungen wie Ventilatoren, Verdichter, Gebläse oder dergleichen erhöht bzw. vergrößert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Strömungskanäle (9, 10) geführte Kühlluft einer Wärmerückgewinnungsanlage wie einer Wärmepumpe zugeführt und/oder zu Heizungszwecken verwendet wird.
Wellwand-Trafokessel zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen (4, 5, 6, 7) der Wellwände zur Bildung eines Strömungskanals (9, 10) einzeln oder paarweise zur Kesselwand (20) geneigt oder umgebogen sind.
Wellwand-Trafokessel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Wellen (3, 4, 5, 6) paarweise zur Bildung eines Strömungskanals (9, 10) mit dreieckigem Querschnitt v-förmig umgebogen sind, wobei die Wellen (3, 4, 5, 6) die Schenkel eines gleichschenkligen Dreiecks und die Kesselwandabschnitte (11, 12) die Grundseite des Dreiecks bilden.
Wellwand-Trafokessel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die paarweise umgebogenen Wellen (3, 4, 5, 6) längs ihrer Scheitel (7, 8) miteinander verschweißt, verlötet oder verklebt sind.
Wellwand-Trafokessel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen (16, 17) einzeln zur Bildung eines Strömungskanals mit zumindest teilweise gekrümmter Wandung umgebogen sind.
Wellwand-Trafokessel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Wellen paarweise zur Bildung eines Strömungskanals mit trapezförmigem Querschnitt umgebogen sind, wobei die kurze Seite des Trapezes durch ein Paßstück oder den Querschenkel (21) eines u-förmigen Profiles (22) gebildet ist, das die umgebogenen Wellen seitlich übergreift.
Wellwand-Trafokessel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Paßstück oder Profil (22) aus einem schwingungsdämpfendem Material besteht.