-
Konische Rauchgasführung Die vorliegende Erfindung bezleht sich auf
eine konische Rauchgasführung mit einem In Strömungsrichtung abnehmenden Strömungs-Wtrkungsquerschnltt
zu-r besseren Ausnutzung der Wärmeenergie in Rauchgasen.
-
Zur Ausnutzung der in heißen Rauchgasen enthaltenen Wärme energie
werden dlese durch Rohre geführt, wobei eln Tel 1 der Wärmeenergle über die Rohrwandung
an ein umgebendes Medlum, wie zum Beispiel Wasser oder Luft, abgeführt wird. Um
den Wirkungsgrad einer derartigen Rauchgasführung, die glelchzeitig als Wärmeaustauscher
arbeltet, zu verbessern, Ist es bekannt, konische Rauchgasfuhrungen zu verwenden,
bei denen der Querschnitt des Rauchrohres in Strömungsrichtung abnimmt, Indem sich
das Rauchrohr In Strömungsrlchtung verjüngt. Da sich die Rauchgase in Strömungsrichtung
abkUhlen und sich somit Ihr Volumen verringert, wird mit einer konischen Rauchgasführung
eine konstante Strmungsgeschwindlgkeit in L8ngsrichtung erreicht. Gleichzeltig wird
slne gleichmäßigere Belastung der Rauchgasführungstelle erzielt.
-
Es Ist ferner bekannt, daß der wärmetechnische Wirkungsgrad der Rauchgasführung
wesentlich durch eine Verwirbelung der Rauchgase verbessert werden kann. Dabei wird
eine laminare Strömung verhindert, und es wird vermieden, daß lediglich die äußeren
Schichten des strömenden Mediums ihre Wärme an das umgebende Rauchrohr abgeben und
daß in der Mitte ein heißer Kern erhalten bleibt, der aufgrund der Isolierenden
kälteren Schichten nicht se-ine Wärme abzugeben vermag.
-
Der wesentliche Nachteil der bekannten Rauchgasfuhrungen mit großem
wärmetechnischem Wirkungsgrad ist in der teuren Herstellung der kompllzierten Einrichtungen
zu suchen. Eine Verjüngung der Rauchrohre in Längsrichtung bedeutet einen erheblichen
Mehraufwand bei der Herstellung gegenüber Rauchrohren mit gleichbleibendem Querschnitt.
Bei den bekannten konischen Rauchgasfuhrungen ist es darUber hinaus notwendig, -zusätzliche
Teile zur Unterdrückung der laminaren Strömung in den Gasstrom einzubringen.
-
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine wesentlich elnfachere
und kostengünstigere konische RauchgasfUhrung zu schaffen, die alle Vorteile der
bekannten Einrichtungen einschließt.
-
Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß eine Querschnlttsverengung
für Rauchrohre mit gleichbleib'endem Querschnitt mittels einer in den Innenraum
eingebrachten Leitb lechreinheit erzielt wird, die zugleich eine Verwirbelung der
Rauchgase bewirkt.
-
Der wesentliche Vortell der vorliegenden Erfindung ist darin zu suchen,
daß zur Erzielung der wirksamen Konizität bzw. der wirksamen Querschnittsverengung
In Strömungsrichtung In elnfacher Welse eine geeignete Leitbiecheinheit in eln Rauchrohr
mit im Ubrigen gleichbleibendem Querschnitt eingefügt wird. Dadurch
wird
die Herstellung eines komplizierten und teueren konischen Rauchrohres vermieden
und dennoch vortei Ihafterweise die Wirkung einer konischen Rauchgasführung erzielt.
Die Leitblechelnhelt selbst ist elnfach aufgebaut und leicht auszuwechseln. Sie
dient gleichzeitig der Verengung des wirksamen Querschnitts und der Erzeugung einer
Wlrbelbi Idung. Da sich die Leltblecheinheit im heißen Gasstrom befindet und dadurch
rotglühend erhitzt wird, ist durch das Nachglühen, auch bei unterbrochenem Gasstrom,
ein Nachheizen und damit eine gleichmäßigere Belastung der Rauchrohre gewährleistet.
Es wird mlthin eine bessere Wirkung erzielt als mit aufwendigen Rauchgasrohren,
deren Außenquerschnitt konisch gestaltet Ist.
-
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von möglichen Ausführungsbeisplelen,
wobei einige In der Zeichnung dargestellt sind.
-
Es zeigen: Fig. 1 ein erstes Ausfuhrungsbeispiei einer konischen Rauchgasführung
in einem runden Rauchrohr, Fig. 2 ein zweites Ausfphrungsbeispiel einer konischen
Rauchgasführung in einem runden Rauchrohr, Fig. 3 eine konische Rauchgasführung
in einem rechtecklgen Rauchrohr, Fig. 4 eine konische Rauchgasführung in einem ovalen
Rauchrohr und Fig. 5a und 5b eine weiterhin abgewandelte Ausführungsform in schematischer
Längsansicht und im schematischen Querschnitt.
-
In Fig. 1 befindet sich im Inneren eines über die axiale Länge glelchblelbend
runden Rauchrohres 10 eine Leitblecheinheit, bei der sich zwei senkrecht aufei nanderstehende
Tel Ib leche 12 und 14 axial und radial erstrecken. Die Le7tblechelnhelt stützt
sich an der einen Seite mittels der Spitzen der Teilbleche 12 und 14 und an der
anderen Seite mit einem Fuß 16 im Rauchrohr 10 ab. Im Längsstrom querliegende Segmente
18 dlenen der Querschnlttsverengung und der Wirbelbildung. Obwohl der von den äußeren
Konturen'der Leltblecheinhelt 12, 14 definlerte Raum im Innern des Rauchgasrohres
10 nicht ausgefüllt ist, strelchen die Rauchgase Im wesentlichen an diesen Konturen
vorbei. Mit anderen Worten steht für die RauchgasfUhrung Im Innern des Rauchgasrohres
ein Volumen oder Raum zur Verfugung, der nach außen von der Innenseite des Außenrohres
10 und nach innen von der Leltblechelnhelt 12, 14 begrenzt Ist, wenn man sich dlese
In dlesem Beispiel als Ro+atlonskörper vorstellt. Obwohl nach Innen keine körperliche
Begrenzung vorhanden ist, werden sich die Rauchgase im wesentlichen durch einen
konischen Raum bewegen, dessen Konizltät der Volumenabnahme In axialer Fl ießrichtung
entspricht. Dieser Konizitätsind die in bestimmten Abständen angebrachten querliegenden
Segmente 18 In ihrem Durchmesser angepaßt. Die Anzahl der Segmente und der Abstände
zueinander Ist be-llebig. Die Durchmesser wachsen In Strömungsrichtung, d. h. in
der Darstellung von Fig. 1 von rechts nach links.
-
Zwar werden auch in die zwlschen die Segmente befindlichen Räume Rauchgase
eindringen, diesa werden aber umgelenkt und tragen somit zur Verwirbelung und damit
zum Wärmeaustausch bel. Außerdem werden sie Infolge Ihrer Umlenkbewegung dazu fUhren,
die wesentliche Menge der durchfließenden Rauch gase entlang der Außenwand 10 zu
halten.
-
In Fig. 2 ist eine abgewandelte Form der Ausführungsform aus Fig.
1 dargestellt, bei der die Segmente 18 durch Laschen*20 ersetzt sind, die aus den
Tel Iblechen 12 und 14 teilweise ausgestanzt und abgebogen sind. Auch hierbei vergrößern
sich die Flächen der Laschen in Strömungsrichtung.
-
Die Leitblecheinheit kann aber körperlich eine Innere Begrenzung darstellen.
In Fig. 3 befindet sich in einem Rauchrohr 22 rechteckigen Querschnitts eine LeitblecheinheTt,
die aus zwet geweilten Blechstreifen 24 besteht. Beide Streifen bilden Schenkel
eines Wlnkels, und dieser Winkel verkleinert in Strömungsrichtung das Volumen. Die
Wellung dient der besseren Verwirbelung.
-
In Fig. 4 ist ein ovales Rauchrohr 26 gezeigt, bei dem Leitblechelnhelt
im wesentlichen aus zwe ebenen Blechstreifen 28 mit einem eingangsseitigen Fuß 30
besteht, bei der zusätzliche rechteckige Wirbel laschen 32 aus den Blechstreifen
28 teil weise herausgestanzt und abgebogen sind. Es wird wiederum ein Winkel gebildet,
aber die Schenkel selbst haben Außenkanten, die zusät 1 ich einen Winkel unterelnander
und zuelnander bilden.
-
In Fig. 5a und 5b ist eine weitere Abwandlung dargestellt.
-
Elne Leitbiecheinhelt 36 befindet sich in dlesem Fall In einer Rauchgastasche
34, die eine beliebige Außenform haben kann.
-
Von dem Material der Tasche 36 sind Laschen 38 In der zuvor beschrlebenen
Welse abgebogen. Wesentlich ist hlerbei zu zeigen, daß der wirksame konische Querschnitt
nicht gleichmäßig oder symmetrlsch zur Umhüllung. einer Rauchgastasche 34 verteilt
zu seln braucht. Es- kann auch vorteilhaft sein, die obere Kante 40 der Einheit
36 verhältnismäßig stell ansteigen zu lassen, während die untere Kante parallel
-zum Mantel der Tasche 34 verläuft oder auf dieser auflegt. Der konisch wirksame
Raum bildet sich hierbei oben In der Rauchgastasche 34 aus. Der Vortell dieser Variante,
die zusätzlich oder in' Kombinatlon
mit anderen beschrlebenen Merkmalen
benutzt werden kann, liegt darin, daß keine Stütze-benötigt wird und eine gleichmäßige
Belastung der Heiztasche erzielt wird. Die Einheit 36 erzeugt die gewünschte Turbulenz
und gibt die aufgenommene Wärme als Strahlungsenergie ab.
-
Die eingezeichneten Pfeile 42 geben den Eintritt der Rauchgase in
die Tasche 34 an.
-
In den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 und 2 umfaßt die Leitblecheinhelt
'eTne aus zwei Teilblechen 12 und 14 bestehende Grundeinheit. Beide Teilbleche haben
die Form eines gleichschenkligen Trapezes und stehen sich senkrecht kr-euzend aufeinander.
Die breitere der parallelen Trapezseiten ist so bemessen, daß sie in etwa dem Innendur-chmesser
des Rauchrohres 10 entspricht. Die schmalere der beiden TrapezseTten kann in welten
Grenzen variiert werden und soll in jedem Fall klein gegenüber der breiteren Seite
sein. Die Höhe der trapezförmigen Teilbieche 12 und 14 entspricht im wesentlichen
der Länge der VerJüngung bei bekannten konischen Rauchrohren. Die Grundeinheit,
die sich einerseits mit den Teilblechen 12 und 14 und andererseits mit einem Fuß
16 in dem Rauchrohr 10 abstützt, wird derart in dieses eingefGhrt, daß die Blechbreite
in Strömungsrichtung der Rauchgase zunimmt, In die vier verbleibenden Winkel zwischen
den Tel blechen 12 und 14 werden in geeigneten Abständen mehrere quer zum Gasstrom
stehende Segmente 18 eingefügt. Die Segmente 18 sind vorzugsweise viertelkrelsförmi,
wobei die Durchmesser der vol ständigen Kreise in Strömung richtung zunehmen und
kleiner als der Innendurchmesser des Rauchrohres 10 ble-iben. Im vorllegenden Fall
sind die Durchmesser der vollständigen Segmentkreise Jewells der Breite der trapezförmigen
Leitbleche 12 und 14 in etwa angepaßt. Im Ausführungsbeisplel nach Fig. 1 wird durch
die Segmente 18 erreicht, daß der freie Strömungsquerschnitt in Längsrichtung
abnimmt,
da die Rauchgase durch die verbleibenden Spalten zwischen dem Rauchrohr 10 und den
Segmenten 18 hindurchströmen müssen. Gleichzeitig übernehmen die Segmente 18 die
Funktlon der bekannten Wirbel laschen zur Erhöhung des wärmetechnischen Wirkungsgrades,
und es ist kelne zusätzliche,Anbri'ngung derartiger Laschen notwendig.
-
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird die Funktlon der Segmente
18 aus Fig. 1 von Laschen 20 übernommen. Diese werden Im vorliegenden Fall durch
kreisförmige Teile gebildet, die aus den Leitblechen 12 und 14 telIwelse ausgestanzt
und dann schräg zum Gasstrom abgebogen sind. Der auf die Laschen 20 treffende Gasstrom
wird von den'entsprechenden Tellblechen abgelenkt und zur Wandung des Rauchrohres
10 geführt. Da die Flächen der Laschen 20, von denen mehrere in geeigneten Abständen
in Strömungsrichtung hintereinander vorgesehen sind, In Strömungsrichtung zunehmen,
ist damit auch eine Verminderung des freien Strömungsquerschnittes in Längsrichtung
verbunden.
-
Es ist selbstverstEndlich, daß die Form sowie die Anzahl und die Lage
der Laschen 20 weltgehend beliebig ist. In jedem Fall übernehmen jedoch die Laschen
20, wie Im Ausführungsbelspiei nach Fig. 1, die Funktionen der Querschnittsverengung
in Längsrichtung und der Erzeuoung der Wirbelbildung. Es ist auch möglich, die Laschen
20 nicht in Strömungsrlchtung, sondern gegen die Strömungsrlchtung abzublcgen.
-
In Fig. 3 ist eine Rauchgasführung 22 mit rechteckförmigem Querschnitt
angedeutet, in der die Leitblocheinheit von zwei keilförmig zuelnander stehenden
Blechstreifen ?4 gebildet wird. Die Blechstreifen 24 sind derart in das Rauchrohr
22 eingeführt, daß die Rauchgase auf die Kei ischneide treffen und durch diese in
zwei Rauchgasströme getellt werden, die aus der Mitte nach außen zur Rauchrohrwandung
abgelonkt werden.
-
Am Ausgang der konischen Rauchgasführung treten die beiden
Rauchgasströme
durch zwei Spalte zwischen den Blechstrelfen 24 und dem Rauchrohr 22 aus. Der wärmetechnische
Wirkungsgrad dieser konischen Rauchgasführung wird dadurch erhöht, daß zusätze ich
Vorkehrungen zur Wirbelbi Idung getroffen werden. Im vorliegenden Fall wird dies
dadurch erreicht, daß die Blechstreifen 24 In Längsrichtung gewellt sind, wodurch
eine laminare Strömung gestört wird. Selbstverständlich ist es möglich, statt der
Wellenform zusätzlIche Wirbel laschen, beispielsweise in dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 2, anzubringen.
-
In Fig. 4 ist ein Rauchrohr 26 mit ovalem Querschnitt angedeutet,
in das eine dem Ausführungsbeispiei nach Fig. 3 weitgehend entsprechende Leltblechelnhelt
eingefügt ist. Diese besteht ebenfalls aus zwei keilförmig zueinander stehenden
Biechstrei -fen, die im vorliegenden Fall im wesentl'Tchen eben sind. Die Leltblechelnhelt
stützt sich In dem Rauchrohr 26 an der Seite der Kellschneide mit einem Fuß 30 und
am gegenüberliegenden Ende mit den Kanten der Blechstrelfen 28 ab. Auch hier werden
die Rauchgase durch die keilförmige Leitblecheinheit in zwei Gasströme aufgeteilt,
welche In Strömungsrichtung einen immer enger werdenden Strömungsquerschnitt vorfinden
und aus der Rauchrohrmitte zur Rauchrohrwandung abgelenkt werden. Zur Erhöhung des
thermischen Wlrkungsgrades werden auch hier Vorkehrungen zur Wirbeibildung getroffen.
Im vorliegenden Fall wird des mit rechteckförmigen Laschen 32 erreicht, die aus
den ebenen Blechstreifen 28 teilweise ausgestanzt und schräg zum Gasstrom abgebogen
sind. Die Rauchgase treffen dabei auf die Laschen 32 und werden dabei von dem Blechstreifen
28 in Richtung zur Rauchrohrwandung abgelenkt und verwirbelt. Auch hierbei sind
die Anzahl sowle die Form und Lage der Laschen 32 weitgehend beliebig. Da die konische
Rauchgasführung im wesentlochen durch die keilförmig ausgebildete Leitbiecheinheit
gegeben ist, ist es nicht notwendig, hlerbet die Größe der Laschen 32 in Strömungsrichtung
zu vergrößern, um eine Querschnittsverengung zu erzielen. Dennoch ist es wle im
Ausführungsbeispie 1
nach Fig. 4 möglich, eine zusätzliche Querschnittsverengung
durch die Laschen 32 zu erhalten, wenn in geeigneten Abständen in Strömungsrichtung
eine ansteigende Anzahl von überelnanderliegenden Laschen 32 vorgesehen, wird. Qualitativ
entspricht dieses Vorgehen einer allmählichen Vergrößerung der Laschen in Strömungsrichtung,
so wie es in Fig. 2 durch die Laschen 20 dargestellt ist. Selbstverständlich Ist
es auch möglich, auf die Laschen 32 zu verzlchten und in dem ovalen Rauchrohr 26
eine kei Iförmige Leitblecheinheit aus in Längsrichtung gewellten Blechstreifen
einzusetzen.
-
Während In den Ausführungsbelspielen nach den Fig. 1 und 2 die die
Querschnittsverengung bewirkenden Teile gleichzeitig der Wirbelerzeugung dienen,
sind diese Funktionen in dem Ausführungsbelspiel nach Fig. 4 Im wesentlichen auf
verschiedene Elemente verteilt. Im Beispiel gemäß Fig. 5 kann nach der einen oder
anderen Methode verfahren werden. Während eine gemäß Flg. 3 und 4 keilförmig ausgebildete
Leitblecheinheitausschließlich die Querschnittsverengung bewirkt, können zusätzliche
Elemente vorhanden selen, die eine Wirbelbildung hervorrufen. Dlese können entweder
- wie In Fig. 4 - aus den Blechstreifen 28 ausgestanzt oder aber zusätzlich auf
diese aufgebracht sein. Außerdem können die zusätzlichen Elemente derart ausgebildet
seln, daß sie ebenfalls zu einer In Längsrichtung ansteigenden Querschnittsverengung
beitragen. Durch entsprechende Wahl der Lage, Form und Anzahl der Laschen 32 läßt
sich der Aufteilungsgrad der einzelnen Funktionen auf die verschledenen Elemente
weitgehend variieren.
-
In allen Ausführungsbeispielen besteht die Leltblechelnhelt aus elnfach
geformten Einzeltel len, die in geeigneter Weise zusammengefügt werden. Im elnfachsten
Fall besteht elne Leltblechreinheit, beispielsweise nach dem Ausführungsbelsplel
in Fig. 3, aus einem einzigen gewellten Biechstrelfen, der in der Mltte zur Bildung
der Kellschnelde abgewinkelt Ist. Die Einzelteile
werden aus einem
möglichst wärmebeständigen Material hergestellt, das auch Uber längere Zeiträume
ohne Schaden im rotglühenden Zustand gehalten werden kann. Dadurch wird erreicht,
daß bei unterbrochenem Gasstrom ein Nachheizen durch die Leitblechelnheit gewährleistet
ist, wodurch eine gleichmäßigere Belastung der Rauchrohre und eln höherer wärmetechnischer
Wirkungsgrad errelcht wird.
-
Es sind zahlreiche andere Ausführungsformen der Leltblechelnheit denkbar,
wobel es In jedem Fall darauf ankommt, dlese derart auszubilden, daß die Rauchgase
In Strömungsrichtung eine der Volumenabnahme der sich abkühlenden Gase entsprechende
Strömungsquerschnittsverengung vorfinden und dabei derart verwirbelt werden, daß
eine innige Berührung der Rauchgase mit den Rauchrohren entsteht.
-
Der wesentliche Vorteil der vorliegenden' Erfindung liegt darin, daß
eine konische Rauchgasführung auch bei Verwendung von Rauchrohren mit gleichbleibendem
Formquerschnitt erzielt werden kann, wenn eine entsprechende Leltblechelnheit ins
Innere der Rauchrohre einfach eingefügt wird. Da die Leltblecheinhelt neben der
Funktion der Querschnittsverengung auch eine Wirbelbi idung hervorruft, Ist eine
Erhöhung des wärmetechnischen Wlrkungsgrades sowle etne gleichmäßigere Wärmebelastung
der Rauchrohre gewährleistet. Da die Leltblecheinheit aus sehr einfachen Einzelteilen
besteht, ist diese kostengünstig herzustellen, was in Verbindung mit der Verwendung
von normalen Rauchrohren gleichbleibenden Querschnitts eine wesentliche Verbesserung
gegenüber einer konischen Rauchgasführung mittels elnes konischen Rauchrohres darstellt.
Je nach Querschnittsform der Rauchrohre sind zahlreiche verschledene Ausführungsformen
der Leltblechelnhelt denkbar, und die elnzelnen Funktlonen der Querschnittsverengung
und der Wlrbelbildung lassen sich auf verschiedene oder auf die glelchen Elemente
der Leitblecheinhelt weltgehend varl lerbar verteilen.
-
AnsprUche: