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Flüssigkeitserhitzer mit axialem Verbrennungsraum, der von zwei konzentrischen
Ringkammern mit schmalem Durchtrittsquerschnitt für die zu erhitzende Flüssigkeit
umgeben ist Die Erfindung bezieht sich auf einen Flüssigkeitserhitzer mit einem
axialen Verbrennungsraum, der von zwei konzentrischen ringförmigen Kammern umgeben
ist, die einen engen Durchtrittsquerschnitt für das zu erhitzende Medium aufweisen.
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Es ist bekannt, zum Heizen von Flüssigkeiten, insbesondere für die
Erzeugung von Wasserdampf, Heizgeräte, wie etwa Kessel, zu verwenden, die aus mindestens
zwei zylindrischen konzentrischen Körpern bestehen, wobei die Wärmequelle axial
im Innern des inneren zylindrischen Körpers angeordnet ist, während die zu heizende
Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, in dem ringförmigen Raum in Umlauf gesetzt wird,
der zwischen den beiden vorstehend genannten zylindrischen konzentrischen Körpern
angeordnet ist.
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Bei diesen Geräten ist bereits vorgeschlagen worden, im Innern des
ringförmigen Raumes eine schraubenförmige Trennwand anzuordnen (französisches Patent
373 707) oder schraubenförmige Rippen (französisches Patent 348 389) zu dem Zweck,
eine Zwangsführung der zu beheizenden Flüssigkeit in dem ringförmigen Raum, der
sich zwischen den beiden konzentrischen zylindrischen `Fänden befindet, sicherzustellen.
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Sofern bei den bekannten Vorrichtungen schraubenförmige Wandungen
oder schraubenförmige Rippen mit der Innenfläche der äußeren Wand und der Außenfläche
der inneren Wand in Berührung kommen, ist es bekannt, Führungsorgane anzuordnen,
die entweder durch eine schraubenförmige Wandung dargestellt werden oder aber durch
schraubenförmige Rippen nur mit einer einzigen der konzentrischen Wände fest verbunden
sind und einen gewissen Leerraum zwischen ihrem freien Ende und der Fläche der Wand
bestehen lassen, mit der sie nicht fest verbunden sind (deutsches Patent 58 456).
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Infolge der geringen Abmessungen des Raumes, in dem die zu heizende
Flüssigkeit umlaufen muß, ist es üblich, bei den betreffenden Geräten eine Umlaufpumpe
(schweizerisches Patent 1871) vorzusehen, um die gewünschten Abflußbedingungen für
die genannte Flüssigkeit zu erreichen.
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Unter Berücksichtigung des Standes der Technik ist es Aufgabe der
Erfindung, einen Flüssigkeitserhitzer zu schaffen, der so aufgebaut ist, daß die
umlaufende beheizte Flüssigkeit während ihres Verlaufes keiner örtlichen Überhitzung
ausgesetzt ist, durch die eine Zersetzung, eine Verdampfung der Flüssigkeit hervorgerufen
wird.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist erfindungsgemäß der Flüssigkeitserhitzer
gekennzeichnet durch die Anordnung von an sich bekannten, schraubenlinienförmig
zur Achse der Ringkammern verlaufenden Leitmitteln auf der Innenseite der Außenwandung
jeder Ringkammer unter Belassung in an sich bekannter Weise eines Durchlasses für
die zu erhitzende Flüssigkeit zwischen den Leitmitteln und der Innenwand der Ringkammern.
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Durch diese Gestaltung erhält die beheizte Flüssigkeit eine Umlaufgeschwindigkeit,
die praktisch an allen Stellen des Laufes im Innern des Erhitzers gleichbleibt und
die Flüssigkeit an keinem Punkt ihres Weges einer örtlichen Überhitzung ausgesetzt
wird, die über die Grenze ihres Zersetzungspunktes hinausgeht.
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In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung beispielsweise schematisch
im Längsschnitt veranschaulicht.
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Der Flüssigkeitserhitzer besitzt die Verbrennungskammer51, die von
zwei konzentrischenRingkammern 52 und 72 umgeben ist. Die innere Ringkammer 52 wird
von den beiden Wandungen 1 und 2 gebildet. Am unteren Ende geht die Ringkammer 52
in den konischen Teil 53 über, der mit der als Verschluß für die Verbrennungskammer
51 dienenden Schale 54 in Verbindung steht. Nach oben ist die Verbrennungskammer
51 durch einen zur Verteilung der Sekundärluft dienenden Kasten 55 abgeschlossen.
Im Innern der Kammer 51 ist mittels einer Lochscheibe oder
eines
entsprechenden Halters ein Strahlungskonus 56 frei aufgehängt, welcher aus wenigstens
zwei Teilen besteht, damit er sich frei ausdehnen kann. In der den Strahlungskonus
56-haltenden Lochscheibe sind mehrere Öffnungen 57 angebracht, welche gegebenenfalls
mit Rohrstutzen versehen sind und für den Durchtritt der Sekundärluft dienen. Der
Kasten 55 ist außerdem mit Öffnungen 58 versehen, welche mit den Öffnungen 57 in
einer Flucht liegen und eine Beobachtung der Flammen in der Verbrennungskammer 51
gestatten.
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Die zu erhitzende Flüssigkeit gelangt in die innere Ringkammer 52
von der Schale 54 aus über ein oder mehrere Rohre 60, die eine elastische Schleife
bilden. Für den Austritt der zu erhitzenden Flüssigkeit aus der Ringkammer 52 ist
diese an ihrem oberen Teil mit Rohren 61 versehen, . welche gruppenweise an Sammelrohre
62 angeschlossen sind, von welchen die erhitzte Flüssigkeit durch Leitungen 63 zu
den Pumpen für den äußeren Umlauf oder zu dem äußeren Leitungsnetz geleitet wird,
wenn die Pumpen nicht hinter dem Wärmeaustauscher angeordnet sind, sondern vor demselben.
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Die Wärmequelle des .Erhitzers wird durch einen Brenner für flüssige
oder. gas- oder pulverförmige Brennstoffe gebildet, welcher in einer mittleren Öffnung
66 des Kastens 55 für .die Verbrennungsluft angeordnet ist. Die, wie später erläutert,
vorgewärmte Primärluft wird von dem im Luftkasten 55 angeordneten Verdichter des
-Brenners angesaugt und erwärmt den in die Verbrennungskammer 51 gelangenden Brennstoff
durch Mischung mit demselben. Die Verbrennung des Brennstoffes erfolgt so in einem
hermetisch abgeschlossenen Raum und unter einem gewissen Druck, welcher gleich dem
Druckabfall der Rauchgase in dem Wärmeaustauscher ist. Die ebenfalls vorgewärmte
und durch das Gebläse 70 in den Luftkasten 55 geschickte Sekundärluft tritt
in diesen durch einen tangential angeordneten Rohrstutzen ein. Diese Luft gelangt
anschließend in die Verbrennungskammer 51, in dem sie zum großen Teil durch den
Strahlungskonus 56 und auch durch die Öffnungen 57 strömt, welch letztere die Luft
zwecks Kühlung um die äußere Wand des Strahlungskonus 56 leiten.
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Die Verbrennungsgase gelangen zwischen die Außenwand der inneren Ringkammer
52 und die Innenwand der äußeren Ringkammer 72. Zur Vergrößerung der Wärmeaustauschfläche
zwischen den Verbrennungsgasen und den von ihnen berührten Wänden sind die Außenwand
der inneren Ringkammer und die Innenwand der äußeren Ringkammer mit ihre Oberfläche
vergrößernden Rippen versehen. Die Breite des von den beiden Wänden der äußeren
Ringkammer 72 begrenzten Innenraums 75 entspricht ungefähr der des Innenraums der
inneren Ringkammer oder ist geringer gehalten. In ihrem Inneren sind beide Ringkammern
mit Leitmitteln 76 bzw. 77 versehen. Diese Mittel bestehen vorzugsweise aus halbrunden
Flacheisen und sind auf der Innenseite der Außenwand der jeweiligen Ringkammer so
befestigt, daß sie einen Durchtritt bestehen lassen, damit die zu erhitzende Flüssigkeit
zwischen diesen Flächen und der Innenseite der die Ringkammern 52 und 72 begrenzenden
beiden Innenwände strömen kann. Dank dieser Anordnung durchströmt die von einer
nicht dargestellten Verteilungspumpe in Umlauf gesetzte zu erhitzende Flüssigkeit
ihrerseits einen schraubenförmigen Weg, indem sie in den beiden Ringkammern 52 und
72 nach oben strömt, und ferner schnell im Kurzschluß zwischen den erwähnten Innenwänden
und den Leitmitteln 76 und 77 strömt. Die Schräglage der Leitmittel 76 und
77 ist so gewählt, daß die beiden Strömungen der Flüssigkeit unter einem Winkel
erfolgen, welcher vorzugsweise 60° beträgt; so daß Wirbelbewegungen in der Strömung
eine etwaige örtliche Überhitzung verhindern. Die Leitmittel beginnen in solchem
Abstand vom Flüssigkeitseinführungsende der Ringkammern, daß die Flüssigkeit sich
gleichmäßig über die von Leitmitteln begrenzten Kanäle verteilen kann.
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Die Zufuhr der zu erhitzenden Flüssigkeit in die äußere Ringkammer
72 erfolgt über die Bodenschale 54 durchquerende Leitungen 78, die in den unteren
konischen Teil der Ringkammer 72 einmünden. Die Leitungen78 sind mitAusdehnungsschleifen
versehen. Bei ihrem Austritt aus der äußeren Ringkammer 72 wird die zu erhitzende
Flüssigkeit durch die Rohre 79 zu den Sammelrohren 80 geführt, welche sie zu den
Leitungen 81 leiten, die über die Rohre 82 zu der Schale 54 führen, worauf die Flüssigkeit
von dieser Schale durch die Leitungen 60 in die innere Ringkammer 52 gelangt.
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Aus obigem geht hervor, daß der Umlauf der zu erhitzenden Flüssigkeit
systematisch von der kältesten Zone (Raum 75 der äußeren Ringkammer) über eine Zone
mittlerer Temperatur (Schale 54) zu der heißesten Zone (innere Ringkammer) erfolgt.
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Die Verbrennungsgase durchströmen zunächst den Zwischenraum 84 zwischen
der Außenwand der inneren Ringkammer 52 und der Innenwand der äußeren Ringkammer
72 von unten nach oben und erfahren dann einen Richtungswechsel von 180°, um wieder
zu dem Sockel des Erhitzers abwärts zu gehen, wobei sie durch den Zwischenraum 85
zwischen der Außenwand der äußeren Ringkammer 72 und der Innenfläche des Hauptmantels
86 des Erhitzers strömen. Die Verbrennungsgase geben so an diesen Hauptmantel Wärme
ab, bevor sie in den Abzugskanal 67
und von dort in den Abzugskamin gelangen.
Um jeden Austritt der Verbrennungsgase aus der Kammer 51 in den Sockel des Erhitzers
zu verhindern, sind die die untere Schale 54 durchdringenden Zufuhrrohre 78 mit
einer Isolierung versehen.
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Die für das Arbeiten des Brenners notwendige Verbrennungsluft wird
von außen durch ein Schutzgitter angesaugt. Diese Luft gelangt anschließend zwischen
den den Erhitzer umgebenden Außenmantel 98 und eine Zwischenwand 99, umströmt das
untere Ende letzterer und strömt in dem Zwischenraum zwischen der Innenseite der
Wand 99 und der Außenseite der Wand des Hauptmantels 86. Bei ihrem Austritt aus
diesem Zwischenraum gelangt die erwärmte Luft durch die Löcher 100' in das Sammelrohr
100 an dem oberen Teil der Anordnung, von wo sie durch das Gebläse 70 durch die
Leitung 101 angesaugt und durch die mit einer Regelklappe versehene Leitung in den
Luftkasten 55 geschickt wird. Dieser letztere ist mit einer Überdruckklappe für
die Verbrennungsluft versehen, welche auch die Beobachtung der Flammen durch den
Strahlungskonus 56 gestattet.
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Die beiden Ringkammern 52 und 72 sind frei an der Haube 55 aufgehängt
und von dem Hauptmantel 86 gehalten. Da dieser sich nach oben ausdehnt, während
sich die erwähnten Körper nach unten ausdehnen, bleiben die gegenseitigen Stellungen
dieser Teile praktisch während des Arbeitens der Anordnung die gleichen. Der ebenfalls
an der Haube aufgehängte Außenmantel 98 dehnt sich nicht aus, da er von der
Kaltluft umgeben ist. Dieser Mantel 98 gleitet daher bei der Ausdehnung des Hauptmantels
86 in dem unteren Kranz, welcher durch ein starkes Winkeleisen
gebildet
wird, welches oben innen abgeschrägt ist, um bei einer Verstellung des Mantels 98
den sichtbaren Teil desselben nicht zu beschädigen. Die erforderliche Abdichtung
zwischen der Verbrennungskammer 51 und dem Abzugskanal 67 bei einer Änderung der
gegenseitigen Stellung der ausdehnbaren Körper und dem Hauptmantel erfolgt durch
die kreisförmige Packung 92 der Schale 54.
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Es kann, falls die von dem Wärmeaustauscher erhitzte Flüssigkeit zur
Erzeugung von Dampf unter Hinzufügung eines Verdampfers bestimmt ist, ein Dampfüberhitzer
zwischen der inneren Ringkammer 52 und der äußeren Ringkammer 72 vorgesehen werden.
Hierfür kann der untere konische Teil der äußeren Ringkammer 72 durch einen zylindrischen
Teil ersetzt werden, welcher die Unterbringung der Rohre des Rohrbündels zur Überhitzung
des Dampfes gestattet. Ebenso kann die für das Arbeiten des Brenners erforderliche
Verbrennungsluft auch von einem außerhalb des Wärmeaustauschers angeordneten Gebläse
geliefert werden, wobei dann das Ansauggitter fortfallen kann. Es ist ferner zu
bemerken, daß der Strahlungskonus, anstatt im Innern der Verbrennungskammer aufgehängt
zu sein, auch so auf seinem Halter angebracht werden kann, daß er außerhalb der
Verbrennungskammer liegt. Ferner kann die Zufuhr des Brennstoffes anstatt von oben
nach unten von unten nach oben oder sogar waagerecht erfolgen, je nach der Lage
des Wärmeaustauschers. Bei einer von unten nach oben erfolgenden Zufuhr sind die
Schale der Verbrennungskammer sowie die Abzugsleitungen für die Rauchgase an dem
oberen Teil der Anordnung vorgesehen. Schließlich ist noch zu bemerken, daß die
Zahl der Ringkammern größer als zwei sein kann.