DE1930084B1 - Zwangsumlaufkessel zum Erwaermen von Waermeuebertragungs-fluessigkeiten - Google Patents

Zwangsumlaufkessel zum Erwaermen von Waermeuebertragungs-fluessigkeiten

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DE1930084B1
DE1930084B1 DE19691930084 DE1930084A DE1930084B1 DE 1930084 B1 DE1930084 B1 DE 1930084B1 DE 19691930084 DE19691930084 DE 19691930084 DE 1930084 A DE1930084 A DE 1930084A DE 1930084 B1 DE1930084 B1 DE 1930084B1
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DE
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boiler
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liquid
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pipe
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DE19691930084
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Inventor
Wolfgang Sander
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KONUS KESSEL WAERMETECH
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KONUS KESSEL WAERMETECH
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22STEAM GENERATION
    • F22BMETHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B29/00Steam boilers of forced-flow type

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Zwangsumlaufkessel zum Erwärmen von im Betrieb nicht siedenden Wärmeübertragungsflüssigkeiten, insbesondere derartigen Ölen, mit einem Brenner für fließfähige, also flüssige, gasförmige oder staubförmige Brennstoffe (flüssige und gasförmige Brennstoffe werden bevorzugt), welcher an einer Stirnseite des Kesselgehäuses, seine Flamme in dieses richtend, angebracht ist, und einer die Brennerflamme umgebenden Führung für die Flüssigkeit.
  • Derartige Kessel sind in stehender und liegender Ausführung bekannt.
  • Bei den bekannten liegenden Kesseln dieser Art besteht die Führung für die Wärmeträgerflüssigkeit aus einem längs einer Schraubenlinie zu einem zylindrischen Mantel gewickelten Rohr, wobei dieser Mantel dann waagerecht liegt. Eine derartige Ausbildung ist nicht nur im Hinblick auf die Wärmeübertragung wenig günstig. Sie hat weiter auch den Nachteil, daß eine Entleerung des Kessels praktisch nicht möglich ist, es sei denn, man versieht jeden einzelnen Ring des zum Mantel gewickelten Rohres mit einem gesonderten Ablaß.tSchließlich siad diese bekannten Kessel auch in baulicher Hinsicht aufwendig.
  • Ferner sind liegende Kessel zur drucldosen Erwärmung von Wärmefrägerflüssigkeiten bekannt, bei welcher die aus einer unter dem Kessel angeordneten Feuerung kommenden Rauchgase durch eine zylindrische Führung für die Wärmeträgerflüssigkeit strömen. Die Führung besteht aus zwei Mänteln, zwischen welchen Leitrippen angeordnet sind, welche die Flüssigkeit in Kessellängsrichtung hin- und herleiten.
  • Diese Konstruktion ist insofern nachteilig, als die Wärmestrahlung der Feuerung nur zu einem kleinen Teil unmittelbar auf die Führung trifft. Auch ist der Wärmeübergang von den Rauchgasen auf die Führung unzureichend, weshalb man mehrere derartige Führungen ineinander angeordnet hat, so daß die Rauchgase, die zuerst die äußerste Führung von außen umspülen, durch einen Spalt zwischen dieser äußersten Führung und einer zweiten mittleren Führung in einer Richtung, dann durch einen Spalt zwischen der zweiten Führung und einer inneren Führung in der anderen Richtung und schließlich durch die innere Führung wieder in der entgegengesetzten Richtung strömen müssen. Hierbei wird zwar nach dem Verlust eines Teiles der Wärme in der Feuerung ein guter Wärmeaustausch zwischen Rauchgasen und den Führungen für die Wärmeträgerflüssigkeit erzielt, der bauliche Aufwand ist jedoch unverhältnismäßig groß. Auch ist ein sehr starkes Gebläse erforderlich, um die Rauchgase durch die engen Ringspalten zwischen den Führungen hindurchzusaugen.
  • Die Erfindung will einen baulich wenig aufwendigen, liegenden Kessel der eingangs umrissenen Art schaffen, welcher sich durch günstige Wärmeübertragungsleistung auszeichnet, leicht entleerbar ist, und die dargelegten Mängel der bekannten Konstruktionen vermeidet.
  • Das wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die die Brennflamme umgebende Führung für die Flüssigkeit in der aus der letztbeschriebenen Konstruktion bekannten Art von zwei zwischen sich die Flüssigkeit führenden Mänteln gebildet wird, in welchen Leitrippen die Flüssigkeit in Kessellängsrichtung hin- und herleiten, und daß dieser Führung eine kurz von der dem Brenner abgewandten Stirnseite des Kessels angeordnete, von Rippenrohren gebildete, von den Rauchgasen quer durchströmte Rohrwand vorgeschaltet ist. Die Entleerung des Kessels erfolgt an einer tiefliegenden Stelle der genannten Führung.
  • Auf diese Weise wird das Problem der Wärmeübertragung von der Flamme auf die Wärmeübertragungsflüssigkeit mit sehr kurzem Rauchgasweg und geringem technischem Aufwand gelöst. Die Strahlungswärme der Flamme wird voll an die Führung abgegeben. Durch die Anordnung der Rohrwand kommt man mit einer einzigen Führung der beschriebenen Art aus, da durch die Vorschaltung der Rohrwand vor die Führung, also dadurch, daß die zu erwärmende Flüssigkeit zuerst durch die Rohrwand und dann durch die Führung strömt, eine relativ große Temperaturdifferenz zwischen der Rohrwand und dem Rauchgas und damit ein besonders guter Wärmeübergang erzielt wird, der durch die Turbulenz der Rauchgase in der Rohrwand noch verstärkt wird.
  • Ein besonderer Vorteil liegt in der leichten Entleerbarkeit der Führung im Gegensatz zu der bekannten Konstruktion mit schraubenlinienförmigen die Führung bildenden Rohren. Im Gegensatz hierzu wird bei der in Kessellängsrichtung hin- und hergeleiteiteten Flüssigkeit eine vollständige Entleerung der Führung mittels eines einzigen Ablassers an der tiefsten Stelle der Führung ermöglicht.
  • Zweckmäßig erweitert sich der Kessel von der Brennerseite zur Rohrwandseite hin konisch.
  • Vorteilhaft verlaufen die Leitrippen abwechselnd so von dem einen und dem anderen Kesselende her in Kessellängsrichtung, daß die unten in der Führung eintretende Flüssigkeit auf beiden Seiten zickzackförmig emporsteigt und oben aus dem Kessel austritt.
  • Auf diese Weise wird die natürliche Strömung der Flüssigkeit in der Führung durch die thermodynamische Strömung des sich immer weiter erwärmenden Öls unterstützt. Des weiteren können etwa im Wärmeträgeröl befindliche leichte Anteile nach oben steigen und an der höchsten Stelle ausgegast werden. Selbst wenn es im Kessel zu einer plötzlichen Dampf-oder Gasentwicklung kommen sollte, so ist dennoch eine einwandfreie Abführung gewährleistet.
  • Da die Wärmeträgerflüssigkeit in den Rippenrohren der Rohrwand nur vorerwärmt wird, kommt es dort nicht mehr entscheidend darauf an, daß die Flüssigkeit von unten nach oben strömt. Daher sind vorzugsweise die Rippenrohre der Rohrwand etwa waagerecht angeordnet und an ihren Enden miteinander zu einer Zickzackschlange verbunden, die von der Flüssigkeit von oben nach unten durchströmt wird. Unmittelbar an den Auslaß der Rohrwand ist der Einlaß der die Brennerflamme umgebenden Führung angeschlossen.
  • Die Rohrwand wird vorzugsweise von zwei Reihen vertikal übereinander angeordneter Rippenrohre gebildet, die gestaffelt angeordnet sind. Dabei ist jedes Rohr der Rohrwand an einem Ende an das nächsthöhere Rohr der anderen Reihe und am anderen Ende an das nächstniedrigere Rohr der anderen Reihe angeschlossen. Auf diese Weise wird ein besonders günstiger Wärmeaustausch zwischen den Rauchgasen und der Rohrwand gewährleistet, da eine intensive Verwirbelung der Rauchgase in der Rohrwand erfolgt.
  • Vorteilhaft verlaufen die beiden Mäntel der Führung für die Flüssigkeit konzentrisch. Will man dennoch unterschiedliche Strömungsquerschnitte für die Flüssigkeit in der Führung schaffen, so kann man dies durch entsprechende änderung der Abstände der Führungsrippen in der Führung voneinander bewirken.
  • Zweckmäßig verläuft die Scheitellinie der Führung für die Flüssigkeit waagerecht. In diesem Fall ordnet man das in der Regel vorgesehene Ablaßventil für Flüssigkeit aus dem Kessel am tiefsten Punkt, also an der Verbindungsstelle zwischen Rohrwand und Führung an.
  • Nachfolgend ist an Hand der Zeichnung die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung als erläuterndes Beispiel beschrieben.
  • F i g. 1 zeigt einen Axialschnitt durch einen liegenden Kessel gemäß der Erfindung; F i g. 2 zeigt schematisch eine Abwicklung der Führung für die Wärmeträgerflüssigkeit und in abgeklapptem Zustand die Rohrwand.
  • Der gezeigte Kessel besitzt ein konisches Gehäuse 1 mit einem äußeren Blechmantel 2, der links von dem Kesseldeckel 3 abgeschlossen ist, welcher den Brenner 4 für den Brennstoff trägt. Der rechte Kesselboden ist gewölbt und trägt in der Mitte den Rauchgasabzug 5. Auch der gewölbte Kesselboden ist außen von einem Stahlblechmantel6 umgeben.
  • Zwischen den Stahlblechmänteln2 und 6 und dem inneren Kesselbodenblech 7 und der Führung 8 für die Wärmeträgerflüssigkeit ist als Isoliermaterial Steinwolle angeordnet. Der Kessel ist auf einem nicht dargestellten Sockel gelagert.
  • Der Flanschanschluß 9 für die Zuleitung des als Wärmeträgerflüssigkeit dienenden Thermoöls befindet sich oberhalb der rechts im Kessel angeordneten Rohrschlangenwand 10, mit der er durch eine Leitung 11 verbunden ist. Wie aus F i g. 1 und 2 ersichtlich, besteht die Rohrwand 10 aus zwei Reihen waagerechter, übereinander angeordneter Rohre, die an ihren Enden in der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise so miteinander verbunden sind, daß die Rohrwand 10 von oben nach unten durchströmt wird. Zur Erhöhung des Wärmeübergangs sind die Rohre der Rohrwand als Rippenrohre ausgebildet, d. h. sie werden jeweils von einer Vielzahl ringscheibenförmiger Rippen 12 umgeben. Am unteren Ende schließt die Rohrwand 10 mittels des Verbindungsstutzens 13 an die Führung 8 für das Thermoöl an.
  • Die Führung 8 besteht aus zwei konzentrischen Mänteln aus hochwärmefestem Stahl, zwischen welchen sich Rippen 14 in der aus F i g. 2 ersichtlichen Weise erstrecken. Diese Rippen sind jeweils auf den inneren Mantel der Führung aufgeschweißt. Der äußere Mantel ist lediglich übergeschoben. Geringe Undichtigkeiten spielen hier keine entscheidende Rolle. Wie man aus Fig. 2 erkennt, strömt das Thermoöl in der Führung 8 zunächst zur Brennseite des Kessels, strömt dann rechts und links in etwas höhergelegenen Rückführungskanälen wieder zur- Rohrwandseite, dann wieder zurück zur Brennerseite und so fort, bis es schließlich den Scheitelkanal in der Führung 8 erreicht hat, den es an der Brennerseite durch das Rohr 15 verläßt, welches mit dem Anschlußflansch 16 versehen ist.
  • Bei dieser Anordnung erfolgt die Erwärmung des Öls in der Rohrwand primär durch Wärmeübertragung durch Konvektion, während die Erwärmung in der Führung 8 durch Wärmeübertragung durch Strahlung erfolgt.
  • Am tiefsten Punkt des Gehäuses ist ein Siphonrohr 16' angeschlossen, welches mit einer nicht brennbaren Flüssigkeit gefüllt ist. Dieses Rohr dient dazu, um durch eventuelle Undichtigkeiten im Innern des Kessels austretendes Heizöl oder Thermoöl aus dem Kessel austreten zu lassen.
  • An den Stutzen 13 ist ein Ablaufrohr 17 angeschlossen, welches mittels eines geeigneten Ventils verschlossen ist.
  • Wie insbesondere aus F i g. 1 ersichtlich, ist dem konzentrisch in dem Kesselboden angeordneten Rauchgasabzug 5 eine Prallplatte vorgeschaltet, welche im Durchmesser und in ihren Abständen zum Rauchgasabzug einerseits und zur Rohrwand andererseits so bemessen ist, daß sie ein übermäßig rasches Durchströmen der zentralen Teile der Rohrwand, die unmittelbar vor dem Rauchgasabzug liegen, verhindert und den Rauchgasstrom möglichst gleichmäßig über die ganze Rohrwand verteilt.
  • Um zu verhindern daß ein Teil der Rauchgase sich außerhalb der mit Rippen 12 versehenen Teile der Rohre 11 der Rohrwand zwischen dieser und der Führung 8 vorbeibewegt, ohne seine Wärme an die Rippen 12 abzugeben, ist vorteilhaft eine lediglich in Fig. 2 angedeutete Schablonenplatte 19 vorgesehen, welche die Räume zwischen den gerippten Teilen der Rippenrohre und der Führung 8 abdeckt, so daß praktisch der ganze Rauchgasstrom zwischen den Rippen der Rippenrohre hindurchströmen und dort seine Wärme abgeben muß.
  • Schließlich sei noch darauf hingewiesen, daß der Kessel gemäß der Erfindung vorteilhaft so gelagert wird, daß seine Obertangente waagerecht verläuft, wobei dann also die Mittellinie des Kessels vom Brenner her leicht schräg nach unten geneigt ist.
  • Patentansprüche: 1. Liegender Zwangsumlaufkessel zum Erwärmen von im Betrieb nicht siedenden Wärmeübertragungsflüssigkeiten, insbesondere derartigen Ölen, mit einem Brenner für fließfähige Brennstoffe, welcher an einer Stirnseite des Kesselgehäuses, seine Flamme in dieses richtend, angebracht ist, und einer die Brennerflamme umgebenden Führung für die Flüssigkeit, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die die Brennerflamme umgebende Führung für die Flüssigkeit in an sich bekannter Weise von zwei zwischen sich die Flüssigkeit führenden Mänteln gebildet wird, in welchen Leitrippen die Flüssigkeit in Kessellängsrichtung hin- und herleiten, und daß dieser Führung eine kurz vor der dem Brenner abgewandten Stirnseite des Kessels angeordnete, von Rippenrohren gebildete, von den Rauchgasen quer durchströmte Rohrwand vorgeschaltet ist, wobei die Entleerung des Kessels an einer tiefliegenden Stelle der genannten Führung erfolgt.
  • 2. Kessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er sich von der Brennerseite zur Rohrwandseite hin konisch erweitert.

Claims (1)

  1. 3. Kessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitrippen abwechselnd von dem einen und dem anderen Ende des Kessels her so in Kessellängsrichtung verlaufen, daß die unten in die Führung eintretende Flüssigkeit auf beiden Seiten zickzackförmig emporsteigt und oben aus dem Kessel austritt.
    4. Kessel nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch
    gekennzeichnet, daß die Rippenrohre der Rohrwand etwa waagerecht verlaufen und an ihren Enden miteinander zu einer Zickzackschlange verbunden sind, die von der Flüssigkeit von oben nach unten durchströmt wird.
    5. Kessel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrwand von zwei Reihen vertikal übereinander angeordneter Rippenrohre gebildet wird, die gestaffelt angeordnet sind, und daß jedes Rohr der Rohrwand an einem Ende an das nächsthöhere Rohr der anderen Reihe und am anderen Ende an das nächstniedrigere Rohr der anderen Reihe anschließt.
    6. Kessel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Mäntel der Führung für die Flüssigkeit konzentrisch verlaufen.
    7. Kessel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheitellinie der Führung für die Flüssigkeit waagerecht verläuft.
    8. Kessel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenräume zwischen den gerippten Teilen der Rippenrohre und der die Brennerflamme umgebenden Führung für die Flüssigkeit von einer Blechschablone abgedeckt sind, so daß praktisch der gesamte Rauchgasstrom zwischen den Rippen der Rippenrohre hindurchströmt.
    9. Kessel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Rauchgasabzug in der der den Brenner tragenden Stirnwand des Kessels gegenüberliegenden Stirnwand des Kessels, vorzugsweise konzentrisch, angeordnet ist.
    10. Kessel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Raum zwischen dem Rauchgasabzug und der Rohrwand eine den Rauchgasabzug abschirmende Prallplatte vorgesehen ist.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1969864A (en) * 1931-10-22 1934-08-14 Tebald Alessandro Oil cooler
FR778461A (fr) * 1933-09-26 1935-03-16 Système de réfrigération et de chauffage, démontable, à circulation en cascade par chicanes verticales
FR1278466A (fr) * 1961-01-25 1961-12-08 échangeur de température, notamment pour chaudière à fluide thermique

Patent Citations (3)

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