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Flammrohrausbildung für einen Wärmetauscher, insbesondere einen Dampferzeuger
Die Erfindung betrifft eine Flaramrohrausbildung für einen Wärmetauscher, insbesondere
einen Dampferzeuger, mit mindestens einem eine pulsierende Verbrennung erzeugenden
Heizaggregat, wobei der Ausstoßstutzen des Aggregates in das Flammrohr des Kessels
mündet.
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Heizaggregate mit pulsierender Verbrennung hat man deshalb gewählt,
weil damit weit über das übliche Maß hinausgehende Wärmeübergangswerte zu erzielen
sind, die eine wesentliche Verkleinerung des jeweiligen Kessels zulassen. Dabei
ist noch hervorzuheben, daß die pulsierende Verbrennung wirkungsvoll genug ist,
um die beim Betrieb auftretenden Widerstände ohne Anwendung von zusätzlichen und
Kraft schluckenden Mitteln, wie Gebläse od, dgl., zu überwinden. In der Praxis haben
sich aber insofern erhebliche Schwierigkeiten ergeben, als die unmittelbar auf den
Ausstoßstutzen folgenden Teile des oder der Wärmetauscher den überaus hohen thermischen
Belastungen nicht gewachsen sind, was auch dann der Fall ist, wenn wärmefeste Kesselbleche
bzw. Rohre Verwendung finden. Dies dürfte auch der Grund dafür sein, daß trotz der
verhältnismäßig weit getriebenen Entwicklung von pulsierenden Heizaggregaten ihre
Anwendung im großen noch immer auf sich warten läßt, obwohl auf Grund ihrer vorzüglichen
Heizwirkung und der damit gegebenen wirtschaftlichen Vorteile Kessel mit pulsierender
Feuerung gang und gäbe sein könnten.
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Bekannte Heizaggregate mit pulsierender Verbrennung weisen trichterförmige
Ausstoßstutzen auf. Die Flammrohre der Kessel sind dabei aber in üblicher Weise
zylindrisch ausgebildet. Bei einer solchen Ausbildung besteht aber die Gefahr zu
hoher thermischer Beanspruchung des Flammrohres.
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Nach der Erfindung wird die Beseitigung der aufgetretenen Schwierigkeiten
und Mängel angestrebt, d. h., es soll ein Wärmetauscher geschaffen werden, der eine
maximale Wärmeabgabe an das jeweilige Kesselmedium zuläßt, ohne daß vorzeitige Alterserscheinungen
auftreten oder sogar vorzeitige Stilllegungen der jeweiligen Kessel in Kauf genommen
werden müssen.
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Dieses Ziel wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß das Flammrohr
an der Mündungsstelle des Ausstoßstutzens gegenüber letzterem und dem Flammrohrende
erweitert ist und in dieser Erweiterung eine feuerfeste Auskleidung aufweist.
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Dadurch wird auf einfache Weise eine zu hohe thermische Beanspruchung
des Materials des Wärmetauschers vermieden, andererseits aber eine vorzüglicher
Wirkungsgrad gewährleistet, insbesondere deshalb, weil nach einem weiteren Merkmal
der Erfindung die Auskleidung in ihrer Wärmedämmung durch entsprechende Bemessung
der Erweiterung an allen Stellen auf die Hitzebeständigkeit des Tauschermaterials
und gegebenenfalls auf das Wärmeabnahmevermögen durch das Kesselmedium, abgestimmt
sein kann. Es leuchtet daher ein, daß die nach der Erfindung ergriffenen Maßnahmen
mit ihren Vorteilen der angestrebten serienmäßigen Anwendung pulsierender Aggregate
im Kesselbau wesentlich beitragen.
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Hier sei auch noch erwähnt, daß man schon gelegentlich versucht hat,
durch einfache Erweiterung des Tausehers gegenüber dem Ausstoßstutzen eines pulsierenden
Heizaggregates vorzeitige Alterungserscheinungen bzw. ein Durchbrennen des Tausehers
zu vermeiden, jedoch muß man dafür den erheblichen Nachteil der verlorenen Expansion
hinnehmen, der ohne weiteres so groß sein kann, daß die Anwendung eines pulsierenden
Aggregates uninteressant wird. Wenn diese Umstände berücksichtigt werden, sieht
man, welche große Bedeutung den erfindungsgemäßen Maßnahmen zukommt.
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Die Auskleidung kann gemäß der Erfindung aus keramischen Stoffen oder
aus Stoffen auf Graphitbasis oder auch aus einem Gemisch der erwähnten Stoffe bestehen.
Auf jeden Fall ist es so, daß in der Praxis genügend Stoffe zur Verfügung stehen,
deren Eigenschaften so bekannt sind, daß man im voraus die Betriebsverhältnisse
mit ziemlicher Sicherheit voraussagen kann, was die Auslegung der ganzen Anlage
und die Erzielung einer maximalen Leistung erleichtert.
Ferner kann
es zweckmäßig sein,- wenn man der Auskleidung an ihrer Außenfläche eine konische
und an ihrer Innenfläche eine etwa dem Ausstoßstutzen entsprechende zylindrische
Form gibt. Die zylindrische Innenfläche auf den Ausstoßstutzen abzustimmen ergibt,
daß der Mangel einer arbeitslosen Expansion der aus dem Ausstoßstutzen austretenden
Gase nicht eintreten kann. Mit Rücksicht auf günstige' Wärmeabgabezahlen des Tauschers
und nicht zuletzt im Hinblick auf die - auftretenden Wärmedehnungen kann es schließlich
-günstig sein, wenn der Wärmetauscher zumindest im Bereich der Auskleidung quergewellt
ist. -Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dar.
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Gemäß der Zeichnung ist an dem nur schematisch dargestellten Kessel
l ein ebenfalls nur angedeutetes pulsierendes Heizaggregat 2 angesetzt. Der Ausstoßstutzen
3 dieses Aggregates 2 endet an der stirnseitigen Kesselwand 4 und mündet in einem
den Kessel l der Länge nach durchsetzenden Flammrohr 5. Das Flammrohr 5 ist im Bereich
des Ausstoßstutzens 3 gegenüber diesem erweitert und verjüngt sich allmählich auf
die lichte Weite des Stutzens 3. In der Erweiterung 6 befindet sich eine Auskleidung
bzw. Ausmauerung 7, die eine zylindrische Innenfläche 8 aufweist, welche ihrerseits
auf die lichte Weite des Stutzens 3 abgestimmt ist. Zur Verbesserung der Wärmeabgabe
an das Kesselmedium 9 ist das Flammrohr mit Querwellen 10 versehen, die zum
Ende des Tauschers hin immer flacher werden können.
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In der Zeichnung ist deutlich zu erkennen, daß überhitzte Gase dem
Material des Wärmetauschers nicht gefährlich werden können, andererseits trotzdem
aber die Erzielung maximaler übergangswerte ermöglicht ist. Es versteht sich, daß
die eingezeichneten Wellen 10 nicht zwingend sind und auch die Erweiterung
6 sich nicht über die ganze Länge des Kessels 1 zu erstrecken braucht. Ebenso kann
die Mündungsstelle des Stutzens 3 nach innen verlegt sein, ohne daß dadurch der
Rahmen der Erfindung verlassen wird.