DE1949317A1 - Heisswasserkessel - Google Patents

Description

Heißwasserkessel

Die Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf Kessel und betrifft insbesondere Heißwasserkessel, deren Konstruktion verbessert und deren Wirkungsgrad vergrößert werden sollen.

In dem sogenannten Heißwasserkessel bildet der Raum innerhalb der einzelnen U—förmigen Teile des Kessels das, was gewöhnlich mit Feuerkammer des Kessels bezeichnet wird. Bei diesem besonderen Kesseltyp ist der Feuerraum oder die Feuerkammer in typischer Weise aus Gründen der besseren Wärmeleitfähigkeit vollständig von Wasser umgeben. Jeder U—förmige Teil eines vielteiligen Kessels weist zwei senkrechte Seiten oder zwei im wesentlichen senkrechte oder etwas geneigte Seiten auf, die mit Seiten A und B bezeichnet werden können, d.h. eine rechte und eine linke Seite, und diese beiden

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Seiten sind rohrförmig ausgebildet und am Boden durch eine dritte oder Grundseite miteinander verbunden. Diese dritte Seite ist ebenfalls rohrförmig ausgebildet und kann Seite G des Boilerteils genannt werden. Jeder derartige Teil ist oben geöffnet, so daß Wasser, das iti diesen Teil hinein— und durch ihn hindurchströmt> feine obere Kammer oder ein obere Abteil erreicht> das mit D bezeichnet wird. Alle einzelnen Teile des Kessels liefern ihr erhitztes Wasser an die obere Kammer D ab> die allen Kesselteilen gemeinsam ist. Auf diese Weise wird der Raum innerhalb der einzelnen U—förmigen Teile, d.h. also der Feuerraum, vollständig von Wasser umgeben Und dadurch isoliert.

Während des Normalbetriebs eines Kessels, der mit U— förmigen Teilen der oben beschriebenen Art ausgestattet ist, werden die senkrechten Seiten A und B jedes dieser Teile im wesentlichen gleichmäßig durch die Verbrennungsgase in dem Feuerraum erhitzt. Die Temperatur des innerhalb jeder der beiden senkrechten Seiten befindlichen Wassers erhöht sich während des Erwärmungsprozesses und erzeugt in dem Vasser Blasen. Die Entstehungsgeschwindigkeit der Blasen, die Blasen-« größe und das Gesamtvolumen der Blasen wachsen mit jedem beliebigen Anstieg der Wärmezufuhr in dem ü-föriaigen Teil. Das erwärmte Wasser und die zugehörigen Blasen bewegen sich in den beiden senkrechten Teilen aufwärts zu der oberen Kammer D, wo die Blasen, wenn noch mehr Wärme zugeführt wird, die Oberfläche oder die obere Grenzschicht der Kammer D während des normalen Kesselbetriebs durchbrechen. Wenn diese Blasen die Oberfläche durchbrechen, vermischen sie Wasser mit Dampf, der sich in der oberen Kammer angesammelt hat. Auf diese Weise wird die Qualität des erzeugten Dampfes proportional zu dem relativen Volumen der Dampfblasen, die die Oberfläche der oberen Kammer durchbrechen, vermindert.

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Es wurde festgestellt, daß die Aufwärtsbewegungsströme des Wassers innerhalb der beiden Seiten A und B jedes Kesselteile mehr oder weniger gleich nach oben in Richtung auf die obere Kammer gerichtet sind. Ferner wurde festgestellt, daß sich die Blasen gewöhnlich vergrößern, indem sie sich miteinander verbinden oder sich vereinigen. Die Blasenbildung und die Wasserstraße in den, Kesselteilen verursachen nachteilige Wirkungen. Der Wasserspiegel in der oberen Kanuner wird durch die Strömungswege der Blasen beeinträchtigt und zeigt einen turbulenten Strömungszustand, d.h. er ist uneben, insbesondere dann, wenn die Blasenbildungsgeschwindigkeit sich vergrößert. Eine höhere Blasenbildungsgeschwindigkeit verstärkt auch erheblich den Lärmfaktor des Kessels. Außerdem erhöhen sich auch die inneren Spannungen im Kessel. Ferner nimmt der Wirkungsgrad des Kessels ab. Schließlich verschlechtert sich die Qualität des Dampfes sehr stark. Die Lebensdauer des Kessels wird demzufolge durch diese Tatsachen nachteilig beeinflußt. Diese Bedingungen sind deshalb unerwünscht und sollten beseitigt, wenn nicht abgestellt werden.

Erfindungsgeuäß wird deshalb vorgeschlagen, innerhalb des Feuerraums neben der einen Seite, beispielsweise der Seite A, eiues Teils des Kessels oder neben miteinander verbundenen Teilen des Kessels eine Platte aus vorzugsweise einem hitzebestandieen Material, beispielsweise Schamotte steiu, anzuordnen. Die Platte kann senkrecht an der Grenzfläche des Feuerrauras und der Seite A des Kesselteils angeordnet werden, oder sie kann in einem Winkel zur Senkrechten geneigt sein. Wenn eine derartige Platte neben der einen Seite oder den Seiten A des Kessels eingebaut wird, ändert sich die Strönuncsiaittelströmung durch die angrenzenden Teile des Kessels sehr rasch. Das Wasser innerhalb der Seite A des Toils, d.h. also der Seite, die der eingebauten Platte benachbart i>t . win! nach unten zu aiii den Boden oder den Grund C

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BAD ORIGINAL

des angrenzenden Teils öder der Teile gelenkt, während der Wasserstrom durch die gegenüberliegende Seite oder die Seiten B des Kessels nach oben in Richtung auf die gemeinsame Kammer D gerichtet wird. Der Einbau der hitzebeständigen Platte neben der Seite A führt zu einer im wesentlichen einseitigen oder in gleicher Richtung erfolgenden Strömung durch den Teil oder die Teile, die betroffen sind. Mit anderen Worten, der Wasserstrom wird durch die Seite A jedes Teils selbst dann nach unten gerichtet, wenn die Temperatur ansteigt, bewegt sich dann zur Seite oder in waagerechter Richtung von der Seite A zur Seite B durch den Boden C jedes Teils und daraufhin durch die Seite B zu der gemeinsamen Kammer D nach oben. Dieser einseitige Strömungsweg wird im wesentlichen während des ganzen Betriebs des Kessels aufrechterhalten.

Es wurde festgestellt, daß der im wesentlichen einseitige Strömungsweg des Wassers durch die Teile des Kessels begleitet wird von einer wesentlichen Abnahme der gebildeten Blasen, und zwar bezüglich Größe und Anzahl. Die meisten Blasen werden in der Seite B erzeugt, das ist die Seite, die von der eingesetzten Platte körperlich entfernt liegt, während in der Seite A, die sich neben der eingesetzten Platte befindet, sehr viel weniger Blasen erzeugt werden. Es wurde gleichermaßen beobachtet, daß der Wasserspiegel in der oberen Kammer D während des ganzen Kesselbetriebs im wepentlichen flach oder eben bleibt. Dies alles hat zur Folge, daß der von dem Kessel erzeugte Dampf eine verbesserte Qualität aufweist. Somit dient der Einbau der wärmebeständigen Platte dazu, einen Kessel mit einem verhältnismäßig geringen Wirkungsgrad in einen solchen mit hohem Wirkungsgrad zu verwandeln, der einen leicht verkäuflichen Dampferzeuger darstellt.

Zusammenfassend betrifft also die Erfindung einen vielteiligen Heißwasserkessel, bei dem eine im wesentlichen recht-

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eckige Platte aus vorzugsweise hitzebeständigem Material in den Feuerraum eingesetzt ist, jedoch so,, daß sie sich neben der einen Seitenwand des Kessels befindet. Die Platte wird in dem Kessel in einer senkrechten oder im wesentlichen senkrechten Lage gehalten. Der Einbau der Platte führt zu einer Verringerung der Blasenbildung innerhalb der Kesselteile auf den Seitenwänden oder —rohren, die sich neben der Platte befinden. Die Strömung des erhitzten Wassers in jedem Teil wird neben der Platte in der Weise verändert, daß bei "den Seiten oder Rohren der Teile, die der Platte benachbart sind, eine abwärts zu dem Boden des Kessels gerichtete Wasserströmung auftritt, während bei den Seiten oder Rohren der Teile, die von der Platte entfernt liegen, alle Wasserströmungen nach oben in die gemeinsame obere Kammer hinein erfolgen.

AusfUhrungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in der Zeichnung, auf die sich die folgende Beschreibung bezieht, schematisoh dargestellt. In der Zeichnung zeigen:

Fig. i eine perspektivische Vorderansicht eines

Heißwasserkessels, wobei die vordere Stirnseite des Kessels entfernt worden ist und eine Platte sichtbar ist, die auf der rechten Seite des Kessels angeordnet ist,

Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines vielteiligen Kessels, gesehen längs der Mittellinie des Kessels und von der linken Kesselseite aus,

Fig. 3 eine Vorderansicht eines Zwischenteils des in den Fig. 1 und 2 gezeigten Kessels,

Fig. ka und kb eine Draufsicht bzw. eine Stirnansicht der hitzebeständigen Platte,

Fig. 5 eine Seitenansicht des Kessels und Fig. 6 eine Teilquerschnittsansicht zweier benachbarter Kesselteile.

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In Fig. 2 ist ein vierteiliger Kessel dargestellt, der aus einem Vorderteil 10, zwei Mittelteilen 20 und 30 und einem Hinterteil 30 und 40 besteht. Die inneren Wände der einzelnen Teile bilden einen Feuerraum 45. Dieser Kessel stellt einen typischen vierteilen Druckfeuerboiler dar, der von der Anraelderin die Bezeichnung PF—A—3—Kessel erhalten hat. Jeder Mittelteil des vielteiligen Kessels von Fig. i kann dea mit 30 in Fig. 3 bezeichneten Teil entsprechen. Jeder Teil, beispielsweise der Teil 30, weist eine rechte Seite 42, eine linke Seite 44, einen Boden oder eine Grundseite 46 und eine obere Kammer 48 auf. Die obere Kammer 46 ist allen einzelnen Teilen des Kessels gemeinsam. Die einzelnen Kesselteile besitzen zwei geneinsame untere Rohrstutzenöffnungen 52 und 5^> durch die hindurch das eintretende Wasser normalerweise dem Kessel zugeführt wird. Die einzelnen Teile werden von einem durch Gußwarzen hindurchgeführten Zugstab 60 in der üblichen Weise zusammengehalten (siehe Fig. 5). Der Kessel weist einen Feuerraum, oftmals auch Feuerkasten genannt, auf, der mit 45 bezeichnet ist,und ist auch mit einer oberen Rohrstutzenöffnung 80 versehen.

In der bekannten Weise wird ein Öl— oder Gasbrenner üblicher Bauart iait Öl oder Gas beliefert, das in dem Feuerraum 45 so verbrannt werden soll, daß das in allen einzelnen Teilen vorhandene Wasser gleichzeitig erwärmt wird. Das Wasser wird dem Kessel entweder durch eine oder durch beide untere Rohrstutzenöffnungen 52 und 54 zugeführt, so daß das zu erwärmende Wasser in den senkrechten Wänden oder Rohren 42 und 45, der Bodenwand oder dem Rohr 46 und in fast der ganzen oberen Kammer 48 vorhanden ist. Das in der oberen Kammer befindliche Wasser steigt normalerweise bis zu einem Spiegel an, der etwas über den Boden der oberen Rohrstutzenöffnung 80 liegt. Bei einem gewöhnlichen Kessel, bei den keine Platte 70 der in Fig. 1 gezeigten Art verwendet wird, bewirkt die in dem Feuerraun 45 erzeugte erhebliche Wärme

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eine im wesentlichen gleichmäßige Erhitzung des in den Seiten· wänden oder —rohren k2 und 44 vorhandenen Wassers, wobei diese Erhitzung von einer Dampfblasenbildung begleitet wird. Sowohl das erhitzte Wasser als auch die erzeugten Blasen bewegen sich gewöhnlich in den Seitenwänden oder -rohren 42 und 44 aller Teile nach oben in Richtung auf die obere, geraeinsame Kammer 48. Sobald der Siedepunkt des Wassers erreicht ist, wird in der oberen Kammer Dampf erzeugt und dann über eine Dampfleitung aus der oberen Rohrstutzenöffnung 80, die allen einzelnen Kesselteilen 10, 20, 30, 40 etc. gemeinsam ist, entfernt. Die gasförmigen Verbrennungsprodukte innerhalb des Peuerrauras werden, aus dem oberen Rohr herausgetragen, das zu dem Kamin führt.

Wenn die Platte 70 in dem Kessel in etwa die in den Fig. 1 oder 3 gezeigte Relativlage eingesetzt wird, wobei in den genannten Figuren die Platte 70 auf derselben Seite angeordnet ist wie die obere Rohrstutzenöffnung 80, so tritt im Strömungsbild des Wassers beim Betrieb des Kessels eine merkliche Änderung ein. Das in der senkrechten Wand 42 vorhandene Wasser wird abwärts in Richtung auf den Boden 46 bewegt, wobei Anzahl und Größe der erzeugten Blasen erheblich verringert werden. Das abwärts getriebene Wasser überquert dann die Bodenwand 46, indem es von rechts nach links strömt, und bewegt sich danach entlang der linken Wand 44 nach oben. Die Wasserströmung längs der linken Wand 44 wird kontinuierlich aufwärts in die obere Kaniner 48 gelenkt. Die Aufwärtsströmung ist ziemlich glatt und im wesentlichen einheitlich.

Es hat sich nun herausgestellt, daß der Wasserspiegel in der oberen Kammer 48 nach dem Einbau der Platte 70 in den Feuerraun 45 des Brenners, neben die wassergefüllte Wand 42, verhältnismäßig glatt ist, und daß die Blasenbildung an der Oberfläche des Wassers ihrem Volumen nach

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auf der Seite zurückgeht, die der Platte 70 benachbart isii Der in der oberen Kammer kB erzeugte Dampf wandert durch die obere Rohrstutzenöffnung 80 und wird von dem Kessel dem Verbraucher zugeführt. Der Dampf ist qualitätsmäßig erheblich verbessert, d. h. er ist im wesentlichen frei von Wassertröpfchen. Die Wasserzirkulation in jedem der einzelnen Teile, die einer Platte benachbart sind, wie sie beispielsweise bei 70 gezeigt ist, ist ziemlich gleichmäßig, wobei das Wasser sich nur in einer Pfadriehtung bewegt, die in jedem Teil, der sich neben einer Platte 70 befindet, abwärts und in einem Teil, der von einer Platte 70 entfernt angeordnet ist, aufwärts verläuft. Der Lärmpegel wird verkleinert.

In einem yielteiligen Kessel, wie er beispielsweise in Fig. 1 gezeigt ist, werden vorzugsweise zwei Platten aus hitzebeständigem Material, wie bei 70 gezeigt, verwendet. Die eine Platte wird dann neben den Seiten der beiden Kesselteile angeordnet, während die andere Platte entlang der Seiten der beiden anderen Kesselteile plaziert wird, wobei jedoch alle derartigen Platten sich auf derselben Seite befinden, d. h., der rechten Seite des Kessels. Falls ein sechsteiliger Kessel erfindungsgemäß aufgebaut würde, dann wurden drei Platten, und zwar eine neben jedem Paar angrenzender Teile, verwendet werden usw«

Die hitzebeständige Platte 70, die in den Fig. i und bei einem Kessel mit Druekfeuerung verwendet wird, kann eine Länge, d.h. also eine senkrechte Abmessung, von etwa 50 cm, eine Breite von etwa 30,5 cm und eine Dicke von etwa 1,8 cm haben. Sie kann mit zwei, mit Konturen versehenen Aussparungen 72 und 74 ausgestattet sein. Diese Aussparungen passen auf am Boden der Teile des Kessels vorhandene Augen, so daß die Platten 70 während des ganzen Kesselbetriebs im wesentlichen unbeweglich festgehalten werden.

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Es versteht sich, daß jede Platte 70 senkrecht oder zur Vertikalen geneigt angeordnet sein kann, wie dies in Fig. i gezeigt ist. In Fig. 1 weist die untere Seite der Platte von der rechten Seitenwand der Kesselteile einen Abstand auf.

Der erfindungsgemäße Einbau der Platte 70 führt zu einer Verbesserung der Qualität des erzeugten Dampfes. Diese Verbesserung ließe sich durch Glasfenster feststellen, die zu Beobachtungszwecken neben der oberen Rohrstützendffnung 80 angebracht sein könnten. Die verbesserte Dampfqualität kann jedoch auch dadurch demonstriert werden, indem der Rückgang der nassen Teilchen in dem Dampf durch Messen nachgewiesen wird. Die Platten 70 verbessern die Konstruktion des sogenannten Naß-Basis-Kessels, im obigen mit Heißwasserkessel bezeichnet, erheblich und steigern ihren Wirkungsgrad.

Obgleich bei der oben beschriebenen Ausführungsform der Erfindung für zwei Kesselteile eine Platte 70 benutzt wurde, kann auch eine schmalere Platte, und zwar für jeden Kesselteil allein, verwendet werden. Falls gewünscht, läßt sich für mehr als zwei und möglicherweise sogar für alle Kesselteile eine einzige längere Platte verwenden. Des weiteren können die Platten 70, obgleich sie im obigen als von den verschiedenen Kesselteilen getrennte Elemente beschrieben wurden, auch als untrennbare Bestandteile der einzelnen Kesselteile hergestellt werden.

Auch wenn im obigen ausgeführt ist, daß die Platte 70 sich aus einem hitzebeständigen Material zusammensetzt, kann diese Platte aus irgendeinem anderen Material gefertigt werden, das de» weiten Temperaturbereich vollständig standhält, der beim Kesselbetrieb in Erscheinung tritt, und zwar unter allen Betriebsbedingungen des Kessels.

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Claims (1)

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AMERICAN STANDARD INC.
NEW YORK, NEW YORK 10018
40 WEST 40th STREET

v. st. a.

Ke/vL

Patentatimeldung; Heißwasserkessel

Sohuta! ANSPRÜCHE

Heißwasserkessel, gekennzeichnet durch mehrere U—förmige, senkrecht angeordnete,wassergekühlte Teile (10, 20, 30» ^°)> eine teilweise mit Wasser gefüllte und über diesen Teilen angeordnete Kammer (48), die allen diesen Teilen des Kessels gemeinsam ist und mit allen Teilen in Flussigkeitsverbindung steht, einen von den Seitenwänden (42, 44) und der Boden— wand (46) der Teile sowie der Kammer (48) umgebenen Feuerraum (45), der damit von dem in den Teilen (10, 20, 30,40) des Kessels und in der Kammer (48) vorhandenen Wasser umgeben ist, und durch eine hitzebeständige Platte (70), die im wesentlichen senkrecht in dem Feuerraum (45) angeordnet ist und mit einer der Seitenwände (42, 44) jedes Kesselteils in körperlicher Berührung steht.

2, Heißwasserkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hitzebeständige Platte (70) durch mehrere, im wesentlichen senkrechte, hitzebeständige Platten ersetzt ist, die entlang der einen Seitenwand (42, 44) jedes Kesselteils (iO, 20, 30, 40) in einer Linie zueinander angeordnet sind.

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3. Heißwasserkessel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine obere Rohrstutzenöffnung (80), die sich neben der Kammer (48) befindet und auf der einen Seite des Kessels oberhalb der hitzebeständigen Platte (70) angeordnet ist,

4. Heißwasserkessel, gekennzeichnet durch mehrere eng nebeneinander angeordnete, U-förmige Teile (iO, 20, 30, 40), von denen jeder mit Wasser gefüllt ist, einen innerhalb der Seiten (42, 44) dieser Teile angeordneten Femerraum (45), sodaß die in dem Feuerraum erzeugte Warme ungehindert an das in den Teilen befindliehe Wasser abgeleitet werden kann, eine obere, über dem Feuerraum (45) befindliche und mit den oberen Enden aller U-förnigen Teile in Verbindung stehende Kammer (48), eine untere Rohrstutzenöffnung (52, 54), die allen U-förmigen Kesselteilen gemeinsam ist und durch die diesen Teilen Wasser zugeführt wird, eine obere über der einen Seite der Kesselteile und neben dem oberen Ende der Kammer (48) angeordnete Rohrstutzenöffnung (80), und durch einen plattenähnlichen Körper (70), der im wesentlichen senkrecht innerhalb des Feuerraums (45) angeordnet ist und die Wände der U-förmigen Kessel teile an einer Stelle unterhalb der oberen Rohrstutzenöffnung (80) berührt, wodurch erhitztes Wasser, das in die Seitenwände der Kesselteile neben dera plattenähnlichen Körper (70) einströmt, abwärts wandert, während erhitztes Wasser, das in die Seitenwände der Kesselteile einströmt, die von dem plattenähnlichen Körper (70) entfernt angeordnet sind, aufwärts zu der Kammer (48) wandert.

5. Heißwasserkessel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der plattenähnliche Körper (70) aus mehreren plattenähnlichen, rechteckigen Konstruktionen zusammengesetzt ist, die im wesentlichen in einer Linie liegen und sich über den größten Teil der Kesseltiefe erstrecken.

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6. Heißwasserkessel nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß alle plattenähnlichen Konstruktionen (70) in bezug auf die benachbarten Seitenwände (42) der U-förmigen Teile geneigt sind, so daß das obere Segment der plattenähnlichen Konstruktionen die Seitenwände berührt, während das,, untere Segment der plattenähnlichen Konstruktionen von den Seltenwänden einen Abstand aufweist, jedoch mit dem Boden (46) der Unförmigen Teile in Berührung steht.

7. Heißwasserkessel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die pla^enähnlichen Konstruktionen aus einem Material bestehen, dessen Wärmeleiteigenschaften über den ganze%^T>emperaturbereich, in dem der Kessel arbeitet, im wesentlichen einheitlich bleiben.

8. Heißwasserkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit i_;£;; mehreren, nahe beieinander angeordneten, U-förmigen. Teilen^,-i:·;¹, und einer oberen Kammer, die allen Teilen gemeinsam ist und, ,₃ mit ihnen in Flüssigkeitsverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile (iO, 20, 30, 40) und die Kammer (48) j einen gemeinsamen Feuerraum (45) bilden, in dem ein Brennstoff zur Erwärmung des in den Teilen und der Kammer befindlichen Wassers verfeuert werden kann, und daß in dem Feuerraum (45) Mittel vorhanden sind, die auf die erzeugte Wärme ansprechen, um dadurch zu bewirken, daß das.in den Teilen auf der einen Seite (42) des Kessels befindliche Wasser im wesentlichen einseitig abwärts und das auf der anderen Seite (44) der Teile befindliche Wasser im wesentlichen einseitig aufwärts strömt, wobei diese Mittel eine hitzebeständige Platte (70) aufweisen, die in dem Feuerraum (45) neben der Seite des „ Kessels angeordnet ist, in der das Wasser abwärts strömt.

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9. Heißwasserkessel nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung aus mehreren hitzebeständigen Platten, die miteinander fluchtend angeordnet sind und mit den Seitenwänden (42) der Kesselteile (lO, 20, 30, 40) in Berührung stehen, in denen das Wasser abwärts strömt.

10. Heißwasserkessel nach Anspruch 9> dadurch gekennzeichnet, daß jede hitzebeständige Platte (70) mit Aussparungen (72, 74) versehen ist, so daß ihre Lage in dem Feuerraum (45) fixiert werden kann, und daß diese Platte aus einem Material besteht, das allen Temperaturen standhält, die während des Kesselbetriebs auftreten, ohne daß die Platte ihre Form oder ihre Lage erheblich verändert.

11. Heißwasserkessel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jede hitzebeständige Platte (70) in bezug auf die Seitenwände (42) der Teile, mit denen sie in Berührung steht, geneigt ist.

12. Heißwasserkessel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jede hitzebeständige Platte (70) aus einem Material besteht, das im wesentlichen nicht wärmeleitfähig ist.

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