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Heizkessel mit äußerem Wassermantel und Brenner für Ölfeuerung Die
Erfindung betrifft einenHeizkessel mit äußerem Wassermantel und von diesem begrenzter,
einseitig abgeschlossener Brennkammer mit in Kesselachse angeordnetem Brenner für
Ölfeuerung.
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Es ist bereits ein Lufterhitzer mit einem Rost für feste Brennstoffe
bekannt, der mit radialen, von den Heizgasen durchströmten Kammern versehen ist,
die ebene Seitenwände aufweisen und in wechselnder Folge um ein mit Schlitzen zum
Durchtritt der zu erhitzenden Luft und der Verbrennungsgase versehenes Rohr angeordnet
sind.
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Es ist ferner ein stehender Heizkessel mit äußerem Wassermantel, mittig
angeordnetem Sturzbrenner und darunter vorgesehener, zur Flammenumkehr zwingender
Brennkammer bekannt.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen ölbefeuerten Heizkessel zu schaffen,
bei dem eine besonders wirksame Wärmeübertragung von den Verbrennungsgasen auf die
zu erhitzende Flüssigkeit erzielt wird.
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Nach der Erfindung ist hierfür bei dem Heizkessel der eingangs angeführten
Gattung am offenen Ende der Brennkammer ein den Brenner umgebender Wärmetauscher
angeordnet, der aus radial mit Abstand voneinander verlaufenden, nach dem Wassermantel
hin offenen und mit diesem wasserführend verbundenen Wassertaschen besteht, :deren
Seitenwände an den Außenseiten mit Vorsprüngen versehen sind und Leitflächen für
die Verbrennungsgase bilden. Dadurch wird erreicht, daß trotz kurzen Heizgasweges
genügend Heizfläche für die Ausnutzung der Wärme der Verbrennungsgase vorhanden
ist und sowohl bei starker als auch schwacher Flamme ein .guter Wärmetausch erzielt
wird.
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Vorteilhaft ist es, die Vorsprünge an einander gegenüberliegenden
Seitenwänden benachbarter Wassertaschen so anzuordnen, daß ,sie in Umfangsrichtung
miteinander fluchten und einander berühren. Dadurch wird gewährleistet, daß die
Wand auch bei zunehmendem Flüssigkeitsdruck in dem vorgeschriebenen Abstand voneinander
gehalten wird.
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Eine besonders gute Wärmeausnutzung der Verbrennungsgase wird erzielt,
wenn die einander gegenüberliegenden Seitenwände benachbarter Wassertaschen parallel
zueinander verlaufen. Denn in diesem Fall wird der zwischen den Zellen gebildete
Durchlaß an allen Stellen von der gleichen Menge von Verbrennungsgasen durchströmt,
so daß eine gleichmäßige Wärmeabgabe stattfinden kann.
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Vorzugsweise haben die Wassertaschen trapezförmige Gestalt, wobei
die kurze Seite -des Trapezes nach der Kesselachse hin und die lange Seite außen
liegt. Durch solche Wassertaschen erhält der Wärmetauscher an seinen Enden Kegelform.
Dies ist vorteilhaft, wenn der Wärmetauscher als besonderer Bauteil hergestellt
wird, da es dann belanglos ist, mit welchem Ende der Wärmetauscher auf .die Brennkammer
aufgesetzt wird. Der Zusammenbau ist hierdurch besonders einfach.
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Der Heizkessel gemäß der Erfindung kann sowohl senkrecht als auch
waagerecht angeordnet sein, ohne daß sich der Wirkungsgrad ändert. Da die Brennkammer
vollständig umschlossen ist mit Ausnahme eines Endes, an dem der Brennstoff und
die Luft in die Kammer eingeleitet werden und die heißen Verbrennungsgase austreten,
erfolgt eine zwangläufige Vermischung des eintretenden Brennstoffs und der austretenden
Gase. Die dadurch entstehende, starke Turbulenz hat einen hohen Wirkungsgrad der
Verbrennung innerhalb der kleinen Brennkammer zur Folge.
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Die Erfindung ist im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an
einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, und zwar zeigt Fig. 1 einen im wesentlichen
der Mittelachse folgenden senkrechten Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Heizkessel,
Fig. 2 eine in größerem Maßstab gezeichnete schaubildliche Ansicht des Heizkessels,
bei dem der äußere Mantel weggebrochen ist, um dein Aufbau der Brennkammer und des
Wärmetauschers erkennen zu lassen, Fig. 3 eine im größeren Maßstab gezeichnete Teildarstellung
mit einem im wesentlichen der Linie 3-3 in Fig.1 folgenden waagerechten Schnitt,
der sich etwa über ein Achtel des Umfangs erstreckt,
Fig. 4 einen
im wesentlichen der Linie 4=4 in Fig.j3 folgenden senkrechten Schnitt, Fig. 5 einen
im wesentlichen der Linie 5-5 ,in Fig. 4 folgenden senkrechten Schnitt; - Fig. 6
einen waagerechten -Teilschnitt, der im wesentlichen längs der Linie 6-6 in Fig.
4 gelegt ist, und Fig. 7 einen senkrechten Teilschnitt, der im wesentlichen der
Linie Y=7 in Fig: 3 folgt:.- -Der in Fig. 1 gezeigte,- stehende--Heizkessel dient
zum Erhitzen von Wässer. Der Kessel kann jedoch selbstverständlich auch -zur . Erhitzung
von anderen Flüssigkeiten, wie: Öl- od. dgl., oder auch Gasen verwendet werden.
Der Heizkessel gemäß der Erfindung umfaßt einen äußeren Mantel 10 von allgemein
zylindrischer- Form,. einen inneren,. konzentrischen Mantel 11, der eine Brennkamzner
43 umschließt, sowie einen Wärmetauscher 41. - -Der äußereMante110 umfaßt eine kreisrunde
Bo_ denplatte 12 mit einer Auflage 13 aus feuerfestem Baustoff, deren Rand von einem
offenen, becherförmigen Ring 14 umschlossen ist, der einen aufrecht stehenden, kreisrunden
Flansch 15 aufweist, in dem das untere Ende der Brennkammer und des Wärmetauschers
11 ruht. Die Bodenplatte 12 trägt ferner am Umfang einen aufrecht stehenden Flansch
16, in den .der untere Rand des äußeren zylindrischen Mantels 17 eingesetzt ist.
Der Ring 14 weist am Umfang einen nach -unten ragenden Flansch 18 auf, der in den_unteren-Rand
des Mantels 17 eingesetzt ist; die drei genannten- Teile, nämlich die beiden Flansche
16 und 18 sowie der Rand des Mantels 17, können in'geeigneter Weise miteinander
verbunden sein, z. B. mittels durchlaufender Schweißnähte. Der nach oben ragende
Flansch 16 ist bei 20 seitlich umgebogen und dient als Unterstützung für den unteren
Rand des Außenmantels 10, die zum inneren Mantel 17 mit Abstand gleichachsig verläuft;
der Flansch 16 ist mit dem Rand des Mantels 10 durch eine durchlaufende Schweißnaht
verbunden. Zwischen dem Innenmantel 17 und dem Außenmantel 10 ist ein Wärmedämmitte122
argeördnet.
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Den Heizkessel oben abschließend ist ein konisches oder gewölbtes
Verschlußteil in Form eines Rauchfangs oder einer Brennerabdeckung 23 vorgesehen;
diese Abdeckung umfaßt eine sich nach unten erstrekkende, kreisrunde Schürze 24,
die bei 25 nach- außen abgewinkelt ist und durch den oberen Rand des äußeren Mantels
10 unterstützt wird, mit dem sie verschweißt ist. Der obere Teil -des inneren Mantels
17 ragt in die Schürze 24 hinein und ist gemäß Fig. 2 mit ihr durch eine durchlaufende
Schweißnaht verbunden. In den obersten Teil des inneren Mantels 17 ist ein Ring
26 von konischer Form eingeschoben, der einen sich nach oben erstreckenden senkrechten
Flansch 27 aufweist, welcher an die Wand 17 angeschweißt ist, sowie einen senkrecht
nach -unten ragenden Flansch 28, mit dem der obere Teil der innenliegenden Brennkammer
und des Wärmetauschers 11 verbunden ist.
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Die Haube 23 weist in der Mitte oben eine Öffnung 30 auf, in die ein
Ölbrenner bekannter Ausführung eingesetzt ist, der ein nach unten ragendes Gebläserohr
31 umfaßt, durch .das hindurch sich eine Rohrleitung 32 zum Zuführen von Brennstoff,
wie Ö.1 oder dergleichen flüssigen Brennstoff, zu einer Brennerdüse 33 erstreckt.
Um die Verbrennungsabgase aus dem Gerät abzuleiten, ist in der üblichen Weise oben
ein Abzugsrohr 34 vorgesehen.
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Aus Fig. 1 und 2 geht hervor, daß .der Heizkessel im wesentlichen
aus zwei Hauptteilen, nämlich einer unteren Brennkammer 40 und einem oberen Wärmetauscher
41, besteht. 1:51e-I3rennkamxner 40 ist als zylindrischer Mantel 42 ausgebildet,
dessen unterer Rand konzentrisch in dem aufrecht stehenden Flansch 15 über der Bodenplatte
1.2 liegt';d die Brennkammer stützt sich somit auf den@Rand der feuerfesten Bodenauflage
13 ab. In der Brennkammer, die konzentrisch zu dem unteren offenen Ende des Gebläserohres
31 und diesem unteren Ende gegenüber angeordnet ist, ergibt sich somit in bekannter
Weise eine Umkehr der Brennerflamme, da die Kammer mit Ausnahme des der Zufuhr von
Brennstoff und Luft dienenden Endes abgeschlossen ist. Eine Brennkammer dieser Bauart
erweist sich als vorteilhaft, .da sich in ihr eine starke Turbulenz einstellt, was
eine gute Verbrennung gewährleistet, während die Innenwand der Kammer gleichzeitig
von den Gasen bestrichen wird, -was eine Verbesserung des Wärmetausches bewirkt.-Der
durch den oberen Rand der Brennkammerwand 42 unterstützte Wärmetauscher 41 weist
Zellenaufbau aus Stahlblech auf. Flache, hohle und trapezförmige, segmentähnliche
Zellen erstrecken sich vom mittleren Bereich des Gebläserohres 31 radial nach außen
zu, wobei die kurze Basis jedes der trapezförmigen Segmente eine senkrechte Lage
in der Nähe des Gebläserohres einnimmt, während die längere Basis in der Nähe des
zylindrischen Mantels 17 senkrecht verläuft. Gemäß Fig. 2 und 3 sind die mit 44
bezeichneten Zellen, d. h. jeweils jede zweite Zelle, zwecks Verbindung mit der
Brennkammer innen und unten offen, so daß sie den Verbrennungsgasen ausgesetzt sind,
während die mit 45 bezeichneten, dazwischenliegenden Zellen als Wassertaschen außen
offen sind und mit dem Wassermantel 58 des Heizkessels in Verbindung stehen.
Die Verbrennungsgaszellen 44 sind ferner oben offen und münden in den ringförmigen
Abgassammelraum 46, der durch .die Haube 23, den Ring 26 und das Gebläserohr 31
gebildet wird. -Gemäß Fig. 4 bis 7 besteht der obenerwähnte Zellenaufbau aus einer
Anzahl von kastenähnlichen Einheiten, Wassertaschen 47, von denen eine in Fig. 4
in Stirnansicht dargestellt ist. Jede dieser Einheiten umfaßt zwei zueinander passende.
Preßteile 48 aus Blech, die etwa gleich ausgebildet und miteinander verschweißt
sind. Jedes Preßteil bildet eine zwischenbodenähnliche Konstruktion von geringer
Tiefe, die, wie man in der Draufsicht nach Fig. 5 erkennt, eine Wandfläche 49 von
trapezförmigem Umriß umfaßt, wobei sich längs der konvergierenden Kanten zwei allgemein
dreieckige Wände 50 von der Wandfläche weg erstrecken. Längs der kurzen Kante der
trapezförmigen Wand 49 erstreckt sich seitlich eine niedrige Wand 51, die gemäß
Fig. 4 mit den benachbarten Wänden 50 verbunden ist. Die trapezförmige Wand 49 ist
mit einer Anzahl von .im Wege des Tiefziehens hergestellten halbkugelförmigen gestaffelt
angeordneten Vertiefungen 55 versehen, die als Verstärkungen, als Abstandstücke
und zur Wärmeübertragung dienende Vorsprünge an der Außenseite der Wand 48 wirken.
Längs der kurzen Kante der Wand ist eine langgestreckte Vertiefung 59 (Fig. 5) ausgebildet,-
die sich im wesentlichen über die ganze Länge dieser Kante erstreckt. .
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Die Wassertaschen 47 werden in radialer Stellung (Fig. 2 und 3) zusammengebaut,
und es ergibt sich bei dem fertigen Kessel zwischen den höchsten Stellen einander
benachbarter Vorsprünge 55 jedes Paars von einander gegenüberliegenden oder benachbarten
Wänden 49 eine Punktberührung. Die einander gegenüberliegenden Wände 49 benachbarter
Wassertaschen 47 werden somit in gegenseitigen Abständen und in paralleler
Lage
gehalten, wobei gleichzeitig die Mittelebenen der verschiedenen spitz zulaufenden
flachen Einheiten zur Mittelachse des Wärmetauschers 41 konvergieren.
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Die zusammengesetzten Wassertaschen 47 werden an ihren oberen und
unteren spitzwinkeligen Kanten durch oben und unten angeordnete Ringe 60 und 61
zusammengehalten; der obere Ring 60 ist an den Rand des nach unten ragenden Flansches
28 des Ringes 26 angeschweißt, während der untere Ring 61 mit dem oberen Rand der
Brennkammerwand 42 verschweißt ist. Die Ringe 60 und 61 sind gemäß Fig. 4 an die
Enden der Flansche 52 und 54 am oberen und unteren Ende der Wassertaschen angeschweißt.
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Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist der Wasserraum des Kessels in der
Nähe des Bodens des Mantels 10 mit einem Wassereinlaßstutzen 62 und in der Nähe
des oberen Endes mit einem Wasserauslaßstutzen 63 ausgerüstet.
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Aus dem Aufbau des Heizkessels mit der eine Flammenumkehr erzeugenden
Brennkammer ergibt sich, daß Teile des Brennstoffs und der Verbrennungsgase als
mittig im Kessel gerichteter Strahl durch die in der Brennkammer 43 vorhandene Gasmasse
hindurchgeschleudert werden, wobei dieser Strahl auf den Boden der Kammer, d. h.
die feuerfeste Auflage 13 auftrifft. Der Strahl wird dadurch radial nach außen ausgebreitet,
wobei im äußeren Bereich der Kammer eine Wirbelbewegung entsteht, woraufhin der
Strahl nach oben umgelenkt wird und die Heizgase die Innenfläche der Brennkammerwand
42 gut beaufschlagen, mit dem Ergebnis, daß durch die Wand 42 eine größere Wärmemenge
auf .den das Wasser enthaltenden Ringraum 58 übertragen wird. Die Heizgase strömen
weiter nach oben und treten in die verschiedenen engen langgestreckten Kammern oder
Zellen 44 ein; das Aufwärtsströmen der Gase durch diese Zellen wird in einem gewissen
Ausmaß durch die Vorsprünge 55 behindert, die gestaffelt angeordnet sind, so daß
die Außenflächen der Wasserräume von den Gasen kräftig bestrichen werden, wie es
auch bei einer Anordnung von Umlenkblechen der Fall wäre. Aus den Zellen 44 strömen
die Gase nach oben in den konischen Raum 64 unmittelbar unterhalb des Rings 26,
von wo aus sie über .den Abgassammelraum 46 zu dem Abzugsrohr 34 gelangen.
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Das Wasser tritt in den ringzylindrischen Raum 58 in der Nähe des
Kesselbodens durch den Einlaßstutzen 62 ein, umströmt die Brennkammer, strömt nach
oben und wird auf die verschiedenen radialen Wassertaschen 47 verteilt, durch die
das Wasser nach oben strömt, während es gleichzeitig Wärme von -den Wänden 49 und
den Vorsprüngen 55 aufnimmt. Schließlich strömt das Wasser am oberen Ende des Kessels
mit der höchsten Temperatur durch denRohrstutzen 63 ab.
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Aus der Beschreibung.ist ersichtlich, daß der Kessel nach der Erfindung
eine große Wärmeübergangsfläche zwischen den Heizgasräumen und den Wasserräumen
aufweist. Diese Fläche umfaßt nicht nur die Brennkammerwand 42 und die breiten Seitenwandflächen
49, sondern auch die schmalen Stirnwandflächen 51 und die geneigten, oberen und
unteren Wandflächen 50 (Fig. 4 und 5).