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"Kessel bestehend aus mit verjüngt zulaufenden Leitungen versehenen
Elementen" Die Erfirwdung bezieht sich auf einen aus Gußelementen zusammengesetzten
Kessel, insbesondere auf einen aus nach den iiblicheii Gießverfahren oder mittels
Druckguß hergestellten Gußeisenelementen zusammengesetzten Kessel, bestehend aus
einer Anzahl sich senkrecht oder schräg erstreckender Gußelemente, welche miteinander
und hintereinander gekuppelt sind und Führungen für die Rauchgase uiid für die zu
erhitzende Flüssigkeit bilden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kessel des vorstehend
beschriebenen
Aufbaus in einfachster Weise so zu gestalten, daß der Wärmeübertragungs-Koeffizient
zwischen den.Rauchgasen lipid den zugeordneten Wandungen erhöht wird und damit,
bei sonst gleichbleibenden \terhältnissen, die an das zu erhitzende Wasser abgegebene
Wärmemenge wesentlich gesteigert wird.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einem Kessel des eingangs beschriebenen
Aufbaus dadurch, daß die rniteinander kombinierten Elemente eine Anzahl Rauchgaskanäle
bilden. Zweckmäßig verjüngen sich die Kanäle vorn Eintritt bis zum Austritt der
Rauchgase. Hierdurch wird eine Verlangsamung des Rauchgasstromes durch die eintretende
Abkühlung verhindert, was zur VerbesserLtng des Wirkungsgrades des Kessels beiträgt.
Nach einem anderen Vorschlag der Erfindung ist jedes Element5 mit Ausnahme der Elemente
an den Enden, an gegenüberliegenden Flächen mit einer Reihe von Halbkanälen versehen,
welche mit denjenigen der benachbarten Elemente kombinierte Kanäle oder Leitungen
für die Rauchgase bilden. Nach einem besonderen Vorschalg der Erfindung sind im
Inneren der Kanäle Ansätze, Rippen, Stege oder dergleichen angeordnet und ist mittels
dieser die Wärmeaustauschfläche vergrößert. Das läßt sich auf verschiedene Weise
verwirklichen. So kann jede Kanalhälfte schrägliegende Rippen aufweisen, welche
sich von unten nach oben verdichten und zu den Rippen der entsprechenden Kanalhälfte
des anliegenden Elemlentes versetzt angeordnet sind. Eine besonders vorteilhafte
husführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der wnfangsquerschnitt
eines jeden Kanals ellipsenartig ausgebildet ist, und ebenfalls der Austrittsquerschnitt
ellipsenartig ist, jedoch kleineren Durchmessers unrD ferner bei denselben die größere
Ellipsenachse um 90 ° za derjenigen des Anfangsquerschnitts
verdreht
ist. Um in den Rauchgaskanälen die Turbulenz zu erhöhen, geht eiri weiterer Vorschlag
der Erfindung dahin, daß in den mittels der Kupplung der Kanalhälften gebildeten
Kanälen mindestens ein Paar sich kreuzender Ilippeil angeordnet ist, wobei die eine
der Rippen der einen und die andere Rippe der anderen Kanalhälfte zugeteilt ist.
Zweckmäßig weiseii die zwischengeordneten Elemente Kanalhälften auf, die maßgeblich
aus halbringförmigen Flanschejj in einer Ebene liegend versehen sind, und zui Längsachse
der Kanalhälfte schräg liegen, wobei die Rippen der Kanalhälfte einer Fläche zu
deii Hippen der Fläche der gegenüberliegellde'i Kanalhälfte gekreuzt angeordnet
sind.
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Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind vor allem darin zu
sehen, daß sich der hessel auf einfachste Weise zusammensetzen läßt und insbesondere
aufgrund der beanspruchten Merkmale eine wesencliche Verbesserung des Wärmeübertragungs-Koeffizienten
erzielbar ist.
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Im folgenden wird die Erfindung aiihand einen lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigen Fig. 1 schematisch eine Vorderansicht
eines erfindungsgemäßen Kesselelementes, Fig. 2 eine teilweise Draufsicht auf drei
zusammengesetzte Kesselelemente, entsprechend der Richtung des Pfeils II der Fig.
1, Fig. 3 einen maßgeblich der Linie III-III durch den Gegenstand nach Fig. 1 entsprechenden
Schnitt,
Fig. 4 einen Schnit gemäß der Linie IV-IV durch den Gegenstand
nach Fig. 1, Fig. 5 einen Schnitt gemäß der Linie V-V durch den Gegenstand nach
Fig. 1, Fig. 6 eine Vorderansicht einer anderen Ausführungsform eines Kesselelements;
es handelt sich hierbei um ein mistleres Element; die äußeren Elemente unterscheiden
sich von diesem lediglich dadurch, daß sie nur an einer Seite und nicht auf beiden
Seiteii mit Kanalkälften verseherl sind, Fig. 7 einen Schnitt gemäß der Linie A-A
durch den Gegenstand der Fig. 1, Fig. 8 einen Schnitt gemäß der Linie -1 durch den
Gegenstand nach Fig. 6, Fig. 9 einen Schnitt gemäß der Linie G-C durch den Gegenstand
nach Fig. 6 und Fig. 10 einen Schnitt gemöäß der Linie D-D durch den Gegenstand
nach dig. 6.
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Gemäß den Figures 1 bis 5 besteht der kessel als einander gleichen,
insgesamt mit 2 bezeichneten Elementen. An seinen beiden Enden wird der kessel mittels
zweier End-Elemente begrenz@ (die nicht dargestellt sind), welche an ihren Außenseiten
eine glabte Fläche aufweisen. Die einzelnen, dem Kessel bildenden Elemente
und
welche im unteren Teil dei Brennkammer 3 bilden, sind untereinander mittels Zugstangen
in bekannter Weise gekuppelt.
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Jedes Element 2 weist an seinen gegenüberliegenden Außenflächen eine
Anzahl Kanalhälfterl 4 auf, welche nach Zusammensetzen mehrere geschlossene Rauchgaskanäle
5 bilden, wenn also die entsprechenden Kanalhälften, die zum benachbarten Element
2 gehören, aneinander angesetzt werden, wie aus der Figur 2 ersichtlich. Mit anderen
Worten, jedes Element 2 weist in Höhenrichtung eine Reihe nebeneinanderliegender
Senkungen auf, welche mit deii Senkungen des danebenliegenden Elements eine Reihe
Kanäle 5 bilden, die die Rauchgase von der Brennkammer 3 zum oberen rreil des Kessels
leiten, von wo sie nach dem (nicht gezeigten) Kamin abgeführt werden.
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Da bekanntlich mit Temperaturgefälle die Fortbewegung der Rauchgase
in einen Kanal mit konstantem Querschnigt verlangsamt wird, unter entsprechender
verringerung des Wärmeübertragungs-Koeffizienten und damit der von dem Kanal nach
außen übertragenen wärmemenge, hat sich die vorliegende Erfindung vorgenommen, den
Durchlaßquerschnitt de einzelnen Kanäle », welche sich aus dem Ausammensetzen der
den Kessel bildenderl Elemente 2 ergeben, allmählich von unten nach oben verjüngend
auszubilden, wie deutlich au; deii Figurenn 3,4 und D ersichtlich ist, welche drei
an ve i-schiedenen Höhen zweien benachbarte,- Kanalhälften genommei.e Querschniste
zeigen. Insbesondere, wie weite,h.i.n aus diesen Figuren ersichtlich ist, entspricht
der unterste, in der Figur 3 gezeigte Quarschnitt maßgeblich einer Ellipse, der
mittlere Querschnitt 4, der kleiiier ist, einen Kreis und schließlich der obere
Querschnitt gemäß Figur 5, der noch kleiner ist, maßgeblich wiederum einer Ellipse,
deren größere Achse um 90° zum unteren
Querschntit gemäß der Figur
) versetzt ist.
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Zwecks Vergrößerung der den Wärmeaustausch bewirkenden Fläche und
um den Verbrennungsgasen einer. schraubenartigen Auftrieb mit nahezu konstanter
Geschwindigkeit zu geben, werden erfindungsgemäß im Inneren der Kanäle 5 Rippen
angeordnet (die an die Elemente angeformt sind), welche darstellungsgemäß als schräge
zur Längsachse der Leitung angeordnete Rippen oder Flansche 6 ausgebildet sind.
Die Neigung und der Schraubengang der Rippen ändern sich von unten nach oben und
dieselben nähern sich mehr und mehr vcn unten nach oben dem jeweiligen Kanal under
Berücksichtigung des Volumens der fauchgase als Folge des Temperaturrückgangs aufgrund
der Abkühlung, welche der Wärmeaustausch bewirkt. Die rippen 6 eines der Halbelemente
der Wa-Kanäle sind zu denjenige@ des anderen Halbelements der gleichen Leiiung versetzt,
so daß, wie in der Figur 1 dargestellt, die Lage der Rippen in dem aicht dargestellten,
mit demjenigen der Figur zu kombinierenden Halbelement die mittels gestrichelter
Linie 6a angedeutete Lage einnimmt. Dadurch kann man sich im Inneren jedes Kanals
Schraubengänge aus Rippen vorstellen, welche einen unterschiedlichen Gang aufweisei
und sich über 180° des jeweiligen Halbelements ausdehnen und wobei die Strecken
mit Schraubengang (rippen) eines Halbelements zu denjenigen des zugeteilten Halbelemerts
versetzt angeordnet sind.
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Zum Erfindungsbereich gehören demgemäß auch die Lösungen, bei welchen
die jeweiligen Schraubengänge so zusammenwirken, daß Rippenspiralen mit veränderlichem
oder konstantem Schraubengang entweder ein- oder mehrgängig e@@stehen. Wie deutlich
aus den Zeichnungen zu ersehen ist, dannen sich die Rippen nur wenig
in
radialer Richtung aus, so daß in der Mitte des Kanals Raum für den ungehinderten
Durchstrom frei bleibt.
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Die Elemente des Kessels sind hohl, so daß sie einen Hohlraum 7 für
den Wasserumlauf bilden, wobei das Wasser über den Zuleitungskollektor 8 zugeleitet
wird und sich dann oben in einem Kollektor 9 sammelt. Die Kollektoren entstehen
bei der Zusammeijsetzung und Verbindung der einzelnen Ausbildungselemente des Kessels,
welche zu diesem Zweck gemäß herkömmlicher @ Maßnahmen mit rohrartigen Ansätzen
versehen sind, die mit ihrer Längsachse senkrecht zur Ebeiie der Elemente angeordnet
sind und an die Räume 7 des zugeteilten Elementes angeschlossen sind.
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Gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung wird ein Kessel gebildet,
der au- der Kuppelung und Kombination einer Reihe von Elementen besteht, welche
miteinander eine Reihe verjüngenden oder konstanten Querschnitt aufweisende Kanäle
bilden, welche von unten nach oben mit zu dieser Richtung senkrechter oder schläger
Asche geführt werden (wie ir; den Figuren gezeigt), und die gegebenenfalls mit Rippen,
Ansöätzen oder \Torsprüngen versehen sind, welche sich vorzugsweise von unten nach
oben verdichten.
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In der Figur 6 ist die Stirnseite eines Zwischenelementes des Kessels
gemäß einer anderer; Ausbildungsform gezeigt. Dieses Zwischenenlement ist insgesam@
mit 10°C bezeichnet. An einer Fläche ist ein Satz von vier Kanalhälften 101 mit
leicht zusammenlaufenden @chsen angerdnet, während an der entgegengesetz@en Selte
die Kanalhälfter 102 mit leicht zusammenlaufende:i fichse; vorgesehen si1'.
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Die (nicht gezeigten) Außenelemente des Kessels weisen ebenfalls Kanalhälften
gleicher Schräglage auf, doch diese sind nur an einer Fläche dieser Elemente vorgesehen.
Die Elemente sind vorzugsweise aus Guß gefertigt. Sie sind innen bei 103 hohl, wo
das zu erhitzende Wasser durchströmt, das bei 103 in das Element einströmt und zwar
über eine Leitung, die durch Zusammensetzen der jeweiligen Elemente gebildet wird
und die an dem unteren Ende entlangführt, Wo zu diesem Zweck zylindrische Ansätze
104 vorgesehen sind, deren mittlere Öffnung 105 einen Teil dieser Leitung bildet.
Diese zylindrischen Ansätze befinden sich, genau gesagt, an einer unteren Kante
des Elements und siid über (nicht gezeigte) Öffungen mit den beiden Leitungen 106
und 107 verbunden, welche sich im unteren Ringteil des Elements 1C8 erstrecken.
Uber diese beiden Leitungen 106, 107 gelangt das Wasser zum Innenraum 10, der Elemente
und kommt mit den Wänden der Kanalhälften 101 und 102 in Berührung, um alsdarm zu
einen seitlichen oberen Ansatz des Elements zu gelange.
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Dieser Ansatz ist mit- quer verlauieriden Durchgangslöchern versehen
und ist mit 1C bezwichnet und bildet, nachdem die einzelnen Elemerite des Kessels
miteinander gekuppelt sind, die bflußleitung für das Warmwasser. Die achsengleichen
Öffnungen 110 verbinden den Innehraum 10, jedes Elements mit den übrigen angekuppelten
Elementen. Der untere Ringteil 108 der einzelnen gekuppelten Elemente bildet den
Bren@raum oder die Verbrennungskammer 111 oder mindestens einen Teil derselben.
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Bei einer gewissen Höhe der hochgehenden Seiten 108A und 108B des
Ringveils 108 steht von den Oberflächen des Zwischenelemenves 100 eine Rippe 112
ab, welche von der Innenseite der ansteigenden Seiten 108A, 108B abgeht und bis
zum oberen Ende
des Elementes reicht. Auf der rechten Seite der
Figur 1 geht die Hippe in einen Ansatz 11) über und an der linken Seite endigt sie
auf der Höhe der Flächen des Ansatzes 109. Längs der Oberfläche dieser beiden Rippen
112 erfolgt die Anlage zweier benachbarter Elemente miteinander, wobei gegebenenfalls
ein Dichtungsmaterial zwischengelegt werden kann. Die Ebene, in welcher die äußere
Oberfläche dieser Rippen liegt, wird im nachfolgenden als Projektionsfläche bezeichnet
und erlaubt die Lage der Rippen festzuhalten, die, wie später beschrieben wird,
im Bereich jeder Kanalhälfte 101, 102 angeordnet sind.
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Wie bereits zuvor erwähnt, weist das Element 130 an gegenständigen
Flächen Wellungen auf, welche zur Bildung von Kanalhälften 101, 102 führen, wobei
diese Wellungen seitlich durch die Rippen 104 begrenzt werden. In jeder der Kanalhälften
sind Rippen oder Flansche vorgesehen, welche bei der Kanalhälfte 1C1 mit den Bezugszeichen
114 versehen sind, während dieselben bei der Kanalhälfte 102 mit 115 bezeichnet
sind.
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Diese stippen 114, 115 verdichten sich von unten nach oben bei jede,
Kanalhälfte und be stehen praktisch aus halbkreisförmigen Flanschen, die auf Ebenen
liegen, wie beispielsweise die in der Ebene X-X, welche schräg zum Längsachse Y
eines jeden Karials verläuft. Die Rippen einer Kanalhälfte können parallel oder
auch nicht parallel zueinander angeordnet sein. Auf alle Fälle ist es vorzuziegen,
daß die Rippen einer Kanalhälfte Iniv ihren auf eir und derselben Weite der Längsachse
der hallalhälfte liegenden Enden iìl einer höheren Lage angeordnet sind als mit
anderen Enden.
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Wie aus der Figur 1 ersichtlich, sind die (gestrichelt angedeuteten
)
Hippen 112 zur Längsachse der Kanalhälfte 102, maßgeblich in entgegengesetzter Richtung
zu den Rippen der Kanalhälfte 101, geneigt angeordnet. Insbesondere wenn also zwei
Elemente aneinander angesetzt sind, wird eine Kanalhälfte 102 mit einer Kanalhälfte
101 kombiniert, derart, daß ein regelrechter Kanal entsteht. Wenn sowohl die Umrisse
der Kanäle als auch die zu den beiden Kanalhälften gehörigen Rippen senkrecht vorstehen
auf einer Ebene, in welcher die äußere Oberfläche der Rippen 112 liegt, ist festzustellen,
daß daß die Projektionslinien mindestens einer der Rippen der Kanalhälfte 102 und
mindestens einer der Rippen der Kanalhälfte 101 sich im Innern der Projektion der
Seitenumrisse des Kanals überschneiden.
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Die verbrennungsprodukte gelangen von der Unterseite 120 in die einzelnen
(durch Kupplung der den Kessel bildenden Einzelelemente) gebildeten Kanäle. Die
Rippen geben den Rauchgasen einen entsprechend geführten Auftrieb und die Rauchgase
werden über den oberen Teil der Kanäle in eine Sammelkammer (nicht dargestellt)
abgeführt, von wo sie über den Schlot ins Freie gelangen.
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Eines der Grundelemente der vorliegenden Erfindung liegt in der sich
kreuzenden Anordnung der lippen der "eweiliger, Kanalhälften. Jede Kanalhälfte könnte
auch mit nur einer Wippe versehen sein. Die Projektionsebene der beiden Rippen von
jedem Kanal kreuzt sich in der Bezugsebene.
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