DE1753242A1 - Heizkessel,insbesondere fuer die Verwendung von gasfoermigen Brennstoffen - Google Patents

Description

• Heizkessel insbesondere für die Verwendun von asförmi en Brennstoffen Die Erfindung betrifft einen Heizkessel, insbesondere für die Verwendung von gasförmigen Brennstoffen und bqzieht sich auf die Ausbildung der das Heizmedium führenden Wandungen, die zu einem den Brennraum bzw. die abziehenden Heizgase umschließenden Gehäuse schraubenlinien- und/oder spiralförmig gewickelt sind. Derartig gewickelte Heizkessel sind bekannt. Im Gegensatz zu festen Brennstoffen erfolgt bei gasförmigen und flüssigen Brennstoffen die Wärmeabgabe in Heizkesseln vorwiegend an Konvektionaheizflächen. Der Anteil des Wärmeüberganges durch Wärmestrahlung der Flamme ist dabei relativ gering, wenn die umgebenden Heizflächen nicht nahe an die Flamme herangeführt sind. Handelt es sich außerdem um nicht leuchtende Flammen, wie bei atmosphärischen Gasbrennern oder um nicht sehr hell brennende Flammen bei Verdampfungsölbrennern, so bleibt die Wärmeabgabe und der Wärmeübergang durch Strahlung auch dann relativ gering.
• Um möglichst Heizfläche zu sparen bzw. um den Wärmeübergang zu intensivieren, ist es bekannt, die Oberflächen der Konvektionsheizflächen, d.h. der Heizgaszüge zu vergrößern, indem zum Beispiel bei gegossenen Kesselwandungen Warzen, Nocken usw. mitgegossen werden oder indem bei Heizflächen aus gewalztem Material Rippen aufgeschweißt oder aufgepunktet werden. Der Wärmeabfuhr solcher hochintensiver Heizflächen muß besondere Beachtung geschenkt werden, insbesondere den unteren Partien der Heizflächen, die über der Plamme liegen; denn diese neigen leicht zum Ansetzen von Schlamm, Kesselstein oder dgl. Durch dann eintretende örtliche Überhitzung ist die Haltbarkeit der Heizflächen beeinträchtigt.
• Diese Heizflächen müssen also gut von Wasser umspült werden, d.h. hinter diesen Heizflächen muß eine gute Wasserzirkulation gewährleistet sein, wenn keine örtliche Überhitzung und dadurch keine zusätzliche Ausfällung von Mineralien in Form von Kesselstein erfolgen sollen.
• Da, wie bereits erwähnt, die Wärmeabgabe hauptsächlich an Konvektionsheizflächen erfolgt, müssen in einem solchen Kessel relativ große Heizflächen untergebracht werden, was insbesondere bei Heizkesseln aus gewalztem Material, zum Beispiel aus Stahl oder Buntmetallen, bei denen das Aufpunkten der Rippen zur Heizflächenvergrößerung zusätzlichen Arbeitsaufwand erfordert, arbeitsaufwendig und kostspielig ist.
• Bei den bekannten Kesseln dieser Art, soweit ihre Reizgaszüge nicht aus senkrechten Rauchrohren oder aus waagrechten wasser- gekühlten Rippenrohren bestehen, sind senkrechte Wassertaschen in größerer Zahl nebeneinander angeordnet und untereinander quer verbunden. Sowohl bei Kesseln mit senkrechten Rauchrohren als auch mit waagrechten Wasserrohren, aber insbesondere auch bei Kesseln mit Zügen aus Wassertaschen, die einen senkrechtstehenden, flachrechteckigen Querschnitt haben, ist die Länge der Rohre oder Taschen, welche die Heizgaszüge bilden, begrenzt durch Kessellänge und Kesselbreite bzw, durch die Zughöhe. Da eine größere Zahl von Rohren bzw. Wassertaschen immer miteinander kombiniert sind, entsteht eine Vielzahl von Verbindungsstellen, die sowohl in der Vorbereitung als auch in der Schweißung einen erheblichen Arbeitsaufwand und hohe Kosten hervorrufen. Bei den genannten Kesseln müssen die Heizflächen der Züge außerdem relativ nah aneinander stehen, d.ho, die sich bildenden Züge dürfen nicht zu weit sein, wodurch das Schweißen der vielen Verbindungen besonders schwierig wird. Ein Nachschweißen bei Fehlern ist in der Regel kaum bzw. nur unter großen Schwierigkeiten möglich.
• Es sind auch schon Heizkessel bzw. Flüssigkeitserhitzer aus einem spiralig aufgerollten Metallhohlband bekannt, bei denen der untere Rand des Bandes nach innen zu ansteigt, um zu erreichen, daß in der Mitte des Erhitzers ein freier Raum entsteht, in dem sich die Flamme frei entwickeln kann und daß die den Innenraum begrenzenden Seitenwände unmittelbar als Heizfläche wirken.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde, einen aus einem gewickelten Hohlband bestehenden Heizkessel zu schaffen, der bei guten schweißtechnischen Festigungsmöglichkeiten hinsichtlich seiner thermischen Gegebenheiten, wie Wärmesustauschflächen, Heizmediumzirkulation mindestens das gleiche zu leisten in der Zage ist, wie die einschlägig bekannten Kessel, wobei sich die Massnahmen zur Pertigungserleichterung gleichzeitig vorteilhaft auf die thermischen Verhältnisse des Kessels auswirken.
• Diese Aufgabe ist mit einem Heizkessel gelöst, der nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, dass seine Doppelwandung in an sich bekannter Weise die Form eines Rohres mit etwa flachrechteckigem Querschnitt mindestens im Gesabzugebereioh in Form einer achraubenlinien- und/oder spiralförmigen Wicklung ausgebildet ist, wobei das gewickelte Rohr aus mindestens einseitig ziehharmonikaartig ausgebildeten und dadurch begrenzt bieg- und wickelbaren Wandungen besteht.

  Durch eine solche Ausbildungsform sind die angeführten Schwie-

  rigkeiten, wie Schlamm- und Keoeelateinablagerung, eohleohte

  Wasserzirkulation sowie viele und schwierige Sohweisever-

  bindungen beseitigt bzw. treten nicht in Brsoheinungg und die

  Forderung, mit einfachen maschinellen gertigungeverfahren

  Handarbeit und Bearbeitungereit au sparen, ist dadumh,ge=

  währleistet, dass mindeeta» die Züge dtueoh .*hie eit4a lange

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  brochene Steigung und damit eine gleichmässige und ausgezeichnete Wasserzirkulation gewährleistet. Bei der sich einstellenden hohen Strömungsgeschwindigkeit können sich vorteilhaft Kesselstein und Schlamm in den unteren Partien der Tasche kaum absetzen. Die Zugspirale bildet eine Vielzahl ringförmiger paralleler Züge und besitzt dennoch lediglich zwei zu schweissende Verbindungsstellen am Wasserein- und Wasserauslauf.
• Je nach Grösse des Kessels und dem Verwendungszweck besteht auch die vorteilhafte Möglichkeit, diese Zugspirale an der Aussenseite mit einem oder mehreren Gängen nach unten zu verlängern und als ringförmige Umschliessung der senkrechten Brennkammern mit zu verwenden, Die Zugspirale kann oben, am Wasserausgang, mit feuerfestem Material, beispielsweise einer eingeschweissten runden Platte, verschlossen werden. Soll der Kessel mit Warmwasserbereitung kombiniert werden, so kann im verbleibenden zylindrischen Hohlraum oben am Ende der Zugepirale ein zylindrischer Behälter angeordnet werden, in den dann die Zugspirale einmündete In diesen Behälter wird dann von oben ein Wärmeaustausoher, z.Be in Form einer Rohrschlange oder eines Rohrbündela, als

  Durchlauferhitzer eingesetzte An dieser Stelle befinden sich

  dann auch der Heizwasseraustritt und Anschlüsse für Thermo-

  state zur Kesselregelung.

  Auf Grund seiner erfindungsgemässen Ausbildung kann dieser Kessel auch sehr gut als Spezialkessel für Heizmedien mit hohem Siedepunkt verwendet werden. Solche Kessel werden über- all da eingesetzt, wo Temperaturen über 900C erforderlich sind und wo man bisher Hochdruckdampfkessel verwendete. Medien mit hohem Siedepunkt sind mineralische Öle, Silikone od.dgl., die erst bei hoher Temperatur, z.B. bei 200c C und mehr, ver- dampfen, d.h. es kann drucklos gearbeitet werden. Das Problem aller Medien mit hohem Siedepunkt für Heizzwecke besteht aber darin, dass diese Medien im Zwangsumlauf erhitzt werden müs- sen, d.h. bei einem derartigen Kessel müssen die Heizflächen so hintereinander geschaltet sein, dass an allen Stellen des Kessels die gleiche Strömungsgeschwindigkeit des Heizmediums garantiert ist, damit keine Überhitzung und keine Alterung und damit Zersetzung des Heizmediums eintreten kann* Bei der erfindungsgemässen Kesselkonstruktion würde in diesem Fall das Heizmedium oben eingespeist und unten, wo normalerweise der Kesselrücklauf ist, abgezogen werden. Damit wird das Medium im Gegenstrom zu den Heizgasen geführt und die Bedingungen für einen Zwangsumlauf unter Erfassung des ganzen Heizmediums sind ideal erfüllt.

  Durch die ziehharmonikaartige@Ausbildung der Doppelwandung

  und die dadurch gegebene entsprechende Verbiegbarkeit dieser

  Wandung, ohne dann dabei Biegehilfsmittel, wie Sand od.dgl.,

  benutzt werden müssen, ist eine groeee Variationebreitb ffir

  die Brennkammerform und die Zugausbildung gegeben. Gleichzeitig werden beim Wickeln die inneren Falten verengt und die äusseren gespreizt. Die ganze-Brennkammerinnenfläehe und zum Teil auch die Zugwandungen erhalten dadurch gewissermassen lauter kleine Konvektionskanäle. Bei spiralig gewickelten Partien, d.h. insbesondere im Bereich der Züge, liegen sich diese Kanäle gegenüber, und zwar nicht direkt parallel, sondern durch die Wicklung gewissermassen leicht windschief zueinander versetzt. Dadurch werden aber die nach oben steigenden Heizgasströme angeschnitten und verwirbelt, so dass eine intensive Heizflächenausnutzung gewährleistet ist. Weitere Einzelheiten werden nachfolgend an Hand einer zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
• In dieser Darstellung zeigt: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines aus einer ziehharmonikaartigen Doppelwand bestehenden Flachrohres; Fig. 1a einen Schnitt durch das Flachrohr gemä$s Fig. 1;

  Fig. 1b einen Schnitt durch einen Wicklungeabaohnitt des

  Flachrohres;

  Fig. 2 eine perspektitiaohe Ansicht einer anderen Aue-

  fUhrungafoze dos llaohrohres mit nur einseitig ge-

  wellter Wandu4;

  Fig. 2a einen Schnitt durch das Rohr nach Fig. 2; Fig. 2b einen Schnitt durch einen Wicklungsabschnitt des Flachrohres nach Fig. 2; Fig. 3 eine zu einer Zugspirale gewickelte, vereinfacht dargestellte Doppelwand; Fig. 4 eine nach unten schraubenlinienförmig weiter- gewickelte bzw. verlängerte Zugspirale; Fig. 5 eine nach unten an einen zylindrischen Wickel angeschlossene Zugspirale; Fig. 6 eine in einer Kesselummantelung untergebrachte Zugspirale mit zentrischem Abschlussblech; Fig. 7 eine in einem zentrischen Behälter endende Zug- spirale, in dem ein Durchlauferhitzer unter- gebracht ist;

  Fig. 8 einen spiral- und schraubenlinienförmig gewiokelten

  Heizkessel;

  Fig. 9 eine besondere Auurführungsform eines Heiskev4els

  und

  Fig.10 schematisch das Zentrum einer Zugwioklung ei ans

  dem Wandungsrohr ausgeformtem Behälter.

  ßemäes Pig. 1 besteht das Grundbauelement des ertiu#lttgte#.

  mässen Heizkesseln aus einen in Quersohnitt angendhgWi^flaoh

  rechteckigen Rohr 1, dessen Wandungen 2 ziehharmonikaartig ausgebildet sind, so dass es sich ohne weiteres, wenn auch begrenzt, nach allen Richtungen biegen lässt. Beim Biegen in Kreis- oder Spiralform verengen sich naturgemäss die Wellun.;en bzw. Faltungen auf der Innenseite, während die äusserer etwas aufgestreckt werden. Je nach benutztem Biegungsraa:Lus und normaler Jellungsgrösse entstehen dadurch auf der 7ö--:-Älseite, d.h. brennkammerseitig, mehr oder weniger enge @.c@ Aktionskanäle (siehe Fig. 1 b) .
• Für die Herstellung eines solchen Rohres kann beispielsweise von einem gewellten Blechstreifen ausgegangen werden, der über seiner Zängsmitte mit entsprechend angepassten Werkzeugen hochgefaltet wird, so dass das Rohr mit lediglich einer Längsschweissnaht geschlossen werden kann.
• Eine etwas andere Rohrform ist in Fig. 2 bis 2b dargestellt, wobei eine Wand 2' eben gehalten, während die andere aufgesetzte gewellt ausgebildet ist.
• Die Gestaltungsmöglichkeiten mit einem solchen Rohr sind in den Figuren 3 bis 8 veransohaulioht, in denen zur Vereinfachung das Rohr flachrechteckig dargestellt ist.

  Gemäss Pia. 3 besteht die Zugspirale 4 aus einem im Quer-

  schnitt angaäähert flaohreohteokigen Rohr i, das gemäss Fig. 1

  siehäsrntoriikaartige ?altungen aufweist (nicht dargestellt).

  Dieses ohne Schwierigkeiten biegbare Rohr wird zur gezeig-ten Spirale 4 gewickelt, und zwar vorzugsweise mit einergewissen Steigung. Die offenen Rohrquerschnitte werden beispielsweise zusammengequetscht, wasserdicht verschweisst und mit Vor- und Rücklaufanschlüssen (nicht dargestellt) aus- gestattet. Zwischen den Wicklungsabschnitten 11 sind radiale Abstände 2' eingehalten, die etwa der Dicke 2" der spirali- gen Doppelwandung entsprechen.
• Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist die Zugspirale 4 nach unten durch schraubenlinienförmige Weiterwicklung 5 des Rohres verlängert, wobei der zylindrisch umschlossene Raum 6 einen Teil oder die ganze Brennkammer bilden kann, aus der die Rauchgase nach oben durch die spiraligen Züge 7 zur Kesselabzugeöffnung 8 abziehen. Auf die Darstellung der kesselbaulichen Einzelheiten ist verzichtet. Im unteren Be- reich des Kessels ist in geeigneter Weise ein Öl- oder Gasbrenner vorgesehen.
• Die Ausführungsform nach Fig. 5 entspricht im wesentlichen der gemäss Pig. 4, mit dem Unterschied, dass hierbei das Unterteil 9 aus einer ringförmigen Wicklung besteht, die an einem Übergang 10 mit der Zugspirale Verbindung hat.

  Gemäss Fig. 6 kann die Zugspirale 1 in ihrem freien mittleren

  Querschnitt 11 mit einem feuerfesten Einsatz 12, wie altahl-

  bleohzusohnitt od.dgl., versohlossen sein, so dass eine

  Direktanströmung der Kesselabzugsöffnung unterbunden ist. Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 7 ist der im Zentrum der Spirale 1 verbleibende Innenraum 13 mit einem zylindrischen Behälter 14 zur Aufnahme eines Durchlauferhitzerelementes 15 od.dgl. ausgestattet, wobei das Ende des letzten Spiralganges in diesen Behälter 14 einmündet (nicht dargestellt), aus dem das heisse Kesselvorlaufwasser durch den Vorlaufanschluss 16 in den Heizkreislauf gelangt.
• Bei der Ausführungsform nach Fig. 8 ist das ziehharmonikaartige Rohr sowohl schraubenlinienförmig als auch spiralförmig gewickelt.
• Aus den gezeigten Beispielen geht hervor, dass sich mit dem erfindungsgemässen Grundbauelement eine Vielzahl von Kesselvariationen, aper auch Kesselgrössen verwirklichen lassen, die alle die eingangs genannten vorteilharzen fertigungstechnischen und thermischen Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise kann auch der Kessel gemäss Fig. 9 aus einem zylindrischen Doppelmantel 17 (gegebenenfalls innen oder ' aussen oder beidseitig gewellt) bestehen, in den eine gewickelte Zugspirale angesetzt ist.
• Vorzugsweise sind die ltandiläohen des Doppelmsntele 17 glatt gehalten und ebenso $unindest der äussere Anschlussbereioh 18 der Zugspirale 19, so dass diese in einfacher Weise mit entsprechenden Überströmöffnungen an den Doppelmantel 17 angeschlossen werden kann.
• Fig. 10 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform der Ausbildung eines zentrischen Behälters 20 für die Aufnahme eines Brauchwasserbereiters. Für diesen Fall ist das Ende 21 der äusseren Flachrohrwandung glatt gehalten, im Sinne der gewünschten Behältergrösse gebogen und mit dem Ende 22 der inneren Flachrohrwandung verschweisst. Diese Behälterwicklung ist dann lediglich noch mit Böden zu verschliessen.

Claims (7)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Heizkessel, bestehend aus einer mindestens im Gasabzugsbereich angeordneten wasserführenden und gewickelten Doppelwandung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , dass die Doppelwandung aus einem angenähert flachrechteckigen, mindestens einseitig ziehharmenkaartig ausgebildeten und dadurch begrenzt bieg- und wickelbaren Rohr (1) besteht.
2. 2. Heizkessel nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n .-z e i c h n e t , dass das Rohr (1) nach einer@oder mehreren Wicklungen im Sinne einer Schraubenlinie in Form einer Spirale weitergewickelt ist, deren Gänge zueinander zur Ausbildung freier Zugkanäle für die Heizgase voneinander distanziert sind.
3. 3. Heizkessel nach Anspruch 1 und/oder 2, d a d u r o h g e k e n n z e i c h n e t , dass die schraubenlinienförmige Wicklung und/oder die spiralförmige Wicklung auf einen zylindrischen Doppelmantel (9) aufgesetzt sind, mit dessen Innenraum sie in Verbindung stehen.
4. 4. Heizkessel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass spiral-und schraubenlinienförmige Wicklungen einander überlagert sind.
5. 5. Heizkessel nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der zwischen dem letzten und engsten Wicklungsabschnitt liegende freie Quersennitt mit einem hitzebeständigen Einsatz (12) verschlossen ist.
6. 6. Heizkessel nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Ende der letzten Wicklung an einem Behälter (14) angeschlossen ist, in dem ein Brauchwaaserbereiter, wie Durchlauferhitzer (15) sitzt.
7. 7. Heizkessel nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , dass der Ansatzbereich des gewickelten Rohres an den äusseren Wassermantel wellungafrei ausgebildet und mit mindestens einer Überströmöffnung versehen ist. B. Heizkessel nach Anspruch 1 und/oder 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Ende des zu wickelnden Flachrohres in seiner Aussenwandung wellungsfrei ausgebildet und zu einem Behälter ausgeformt ist.