DE2115257A1

DE2115257A1 - Wassererhitzer

Info

Publication number: DE2115257A1
Application number: DE19712115257
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Black , Robert Beauregard, Corpus Christi, Tex. (V.St.A.)
Priority date: 1970-03-31
Filing date: 1971-03-30
Publication date: 1971-12-02
Also published as: US3645251A; BE764995A; AU2714071A; NL7104302A; ES389727A1; FR2087941A5

Description

Patentanwälte

Dr-ΐηβ. H Bi

6 Frankfurt a
Paiksiiaße 13

6608

ROBERT BEAUREGARD BLACK, Corpus Christi, Texas, VStA

V/a s s er erhitz er

Die Erfindung betrifft Wassererhitzer, insbesondere Wassererhitzer, in denen versprühte Wasserteilchen zwecks Erwärmung des Wassers in direkte Berührung mit Verbrennungsprodukten gebracht v/erden.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, einen V/assererhitzer der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, der eine hohe Leistung aufweist und die Temperatur eines beträchtlichen V/asservolumens von der normalen Speiseleitungs-Y/assertemperatur schnell auf eine Temperatur in der Größenordnung von 82 bis 93,2 ⁰C (180° bis 200 ⁰F) erhöhen kann, so daß man eine Wassererhitzereinheit erhält, die für viele Anwendungsfälle geeignet ist, insbesondere für das industrielle Waschen oder Reinigen, z.B. in Fleisch- oder Geflügel-Verarbeitungsfabriken, Fischerbooten, Konservenfabriken und dgl.

109849/1013

Obwohl Wassererhitzer bekannt sind, die einen direkten Wärmeaustausch zwischen versprühten Wasserteilchen und Verbrennungsprodukten ermöglichen, hat man sie nicht in großem Umfang bisher verwendet, da ihnen der eine oder andere von zahlreichen Nachteilen oder Mangeln anhaftet. Es ist daher weiter beabsichtigt, einen Wassererhitzer der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, der eine wesentlich erhöhte Leistung und damit Kapazität aufweist, sowie ein verbessertes System von Steuerungen besitzt, und zwar hinsichtlich sowohl der Verbrennung .des verwendeten Brennstoffes, als auch der Sprühvorrichtung, durch die das Wasser in den Strömungsfluß der Verbrennungsprodukte eingesprüht wird."

Gemäß einem v/eiteren Merkmal der Erfindung ist auch eine Vorkehrung getroffen, um das in den Erhitzer eingeführte Speisewasser vorzuwärmen und das Speisewasser in eine Wärmeaustauschposition mit den Verbrennungsprodukten zu bringen._ In einem Ausführungsbeispiel erreicht man dies dadurch, daß man das Speisewasser direkt in die Strömung der Verbrennungsprodukte sprüht, worauf sich die Abtrennung oder Abscheidung der vorerwärmten Teilchen und deren Einführung in das Umwälzsystem anschließt.

Wenn man ein weiteres Ziel der Erfindung betrachtet, muß erwähnt v/erden, daß bei der Erwärmung des Wassers durch direkte Kontaktierung eines Wassernebels mit Verbrennungsprodukten die Neigung vorhanden ist, daß das Wasser in erheblichem Ausmaß verdampft, wenn die Erwärmungstemperatur über etwa 71 ⁰C (16O ⁰F) angehoben wird. Dies ist nicht erwünscht, wenn das verlangte Endprodukt erwärmtes Wasser und nicht Wasserdampf sein soll. Im Hinblick auf diesen Faktor sieht die Erfindung die Verwendung eines Viassermantels für die Verbrennungskammer und die Einrichtung eines Umwälzsystems vor,'das zunächst das Wasser in direkte Berührung mit den Verbrennungsprodukten

109849/1013

bringt (in der Form eines Y/assersprühnebels), und das anschließend das V/asser durch den Wassermantel zur weiteren Erwärmung hindurchleitet. Auf diese V/eise kann die Wirkung der direkten Berührung des Wassers mit den Verbrennungsprodukten zur Erhöhung der Temperatur des Y/assers um ein beträchtliches Ausmaß verwendet werden, z.B. bis hoch zu etwa 71 ⁰C (16O ⁰F), und die anschließende Erwärmung im Wassermantel kann dann zur v/eiteren Erhöhung der Y/assertemperatur, z.B. hoch bis zu etwa 93,2 ⁰C (200 ⁰F) dienen. Auf diese Weise kann die relativ hohe Ausgangstemperatur des Y/assers (etwa 93,2 ⁰C - 200 ⁰F) ohne übermäßige Dampfbildung erreicht werden, wie sie auftreten würde, wenn man das Wasser durch direkte Berührung des Y/assers mit den Verbrennungsprodukten auf diese Temperatur bringen würde.

Die Verbesserungen gemäß der Erfindung sind in der Praxis wichtig, um Y/asser durch das Verfahren des direkten Wärmeaustausches zwischen den versprühten Teilchen und den Verbrennungsprodukten zu erwärmen, wobei von Bedeutung ist, daß das Erfordernis nach gewissen bekannten indirekten Y/ärmeübertragungseinrichtungen eliminiert ist, was insbesondere für die bisher häufig verwendeten Heizschlangen gilt.

Gemäß der Erfindung soll ferner ein Wassererhitzer der eingangs bezeichneten Art geschaffen werden, der, wenngleich er im Aufbau äußerst einfach ist, jedoch gleichzeitig sehr leistungsfähig ist, um die oben angedeuteten Zwecke zu erfüllen. Es wird dadurch eine Wasser-Erhitzereinheit vorgesehen, die leicht in vielen Fällen eingesetzt v/erden kann, in denen man bisher kompliziertere und teuerere Einrichtungen benutzt hat.

Es ist weiter beabsichtigt, eine Sprühdüse von verbesserter Konstruktion zusammen mit Einrichtungen zu schaffen, die eine Einstellung oder Einregulierung der Ausdehnung des Sprühnebels ermöglichen, um die Oberflächenkontaktierung der Sprühteilchen mit den Verbrennungsprodukten auf einen maximalen Y/ert zu bringen.

109849/1013

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist eine Vorkehrung getroffen, um das erwärmte V.asser erneut durch die Sprühdüsen umzuwälzen, wodurch der Erv/ärmungsvorgang weiter gefördert wird.

Die Erfindung wird nun an Hand der beiliegenden Abbildungen ausführlich beschrieben, wobei alle aus der Beschreibung und den Abbildungen hervorgehenden Einzelheiten oder Merkmale zur Lösung der Aufgabe im Sinne der Erfindung beitragen können und mit dem V/iIlen zur Patentierung in die Anmeldung aufgenommen wurden. Es zeigen:

Fig. 1 eine vertikale Schnittansicht durch einen V/assererhitzer gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Draufsicht, teilweise im horizontalen Schnitt entlang der Linie 2-2 der Fig. 1;

Fig. 3 eine beträchtlich vergrößerte vertikale Schnittansicht durch eine der speziell konstruierten Sprühdüsen, die im V/assererhitzer gemäß der Erfindung verwendet werden;

Fig. 4 eine horizontale Schnittansicht entlang der Linie 4-4 der Fig. 3;

Fig. 5 eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht, die jedoch eine modifizierte Anordnung darstellt und

Fig. 6 eine Seitenansicht der in Fig. 5 gezeigten Einrichtung, jedoch mit Blickrichtung auf den linken Teil der Fig. 5.

109849/1013

—· 5 —

In -dem in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Wassererhitzer mit einem Grundteil 5 versehen, auf dem eine doppelvandige kreisrunde Konstruktion 6 angeordnet ist, die eine Kammer bildet, in der das in der Einheit erwärmte Wasser gesammelt wird. Eine Wärnieisolation ist vorzugsweise innerhalb der doppelwandigen Konstruktion 6 angeordnet.

Ein weiterer doppelwandiger isolierter Aufbau 7 ist auf der Konstruktion 6 befestigt, z.B. vermittels seines Reifens oder Ringes 8, in dem Öffnungen 9 vorgesehen sind, die den Einlaß der Verbrennungsluft ermöglichen, worauf noch näher eingegangen wird.

Eine horizontale Wand oderyTrennwand 10 trennt die Wassersammeikammer 6 von dem darüberliegenden Verbrennungsraum innerhalb des doppelwandigen Aufbaues 7.

Ein Schacht oder Abzugsrohr 11 ist zentral innerhalb der Einheit so angeordnet, daß sein unteres Ende durch die horizontale Trennwand 10 hindurchragt und in Verbindung mit dem oberen Teil der Wassersammeikammer steht. Das obere Ende dieses Schachtes ist durch und über die obere konische Deckwand 12 hinausgeführt, welche ihrerseits auf den oberen Rändern der V/andkonstruktion 7 abgestützt ist. Diese Deckwand ist mit Öffnungen 13 versehen, und ein konischer Zugregler 14 mit Öffnungen 15 wirkt mit der Deckwand 12 zusammen, um das Ausmaß der Öffnung zu beeinflussen, die am oberen Teil der Verbrennungskammer innerhalb der Einheit vorgesehen ist. Durch Drehung des konischen Zugreglers 14, beispielsweise vermittels des abstehenden Steuerelements 16, kann das Ausmaß der Überlappung der öffnungen 13 und 15 einreguliert werden.

Ein Bündel von Leitungen oder Rohren 17 ist rund um den Schacht ■11 innerhalb der ringförmigen Kammer angeordnet, die zwischen aer V/andkonstruktion 7 und dem Schacht 11 vorgesehen ist. Diese Rohre 17 verlaufen auch durch die horizontale Trennwand 10 und stehen mix dem oberen Teil der V/assersammelkammer 6 in Verbindung. 109849/1013

Die dargestellte Einheit kann durch Gasbrenner beheizt-werden, und zu diesem Zweck sind ringförmige Gas-Speiserohre 18 und 19 im unteren Teil der ringförmigen Kammer vorgesehen, die zwischen dein Ring aus Rohren 17 an der einen Seite und der V.'andkonstruktion 7 an der anderen Seite ausgebildet ist. Diese Speiserohre 18 und 19 können an irgendeine geeignete, mit Ventilen ausgerüstete Versorgungsleitung angeschlossen sein, (nicht gezeigt) und beide ringförmigen Rohre 18 und 19 sind vorzugsweise mit einer Vielzahl von Gasbrennerdüsen 20 versehen, im eine relativ hohe Verbrennungsleistung zu erzielen. Die Verbrennungsluft wird durch die Öffnungen 9 in dem Ring 8 unmittelbar unterhalb der Brennerdüsen 20 eingeführt.

Das Speisewasser- oder Wasserzufuhr- und Umwälzsystem enthält eine Druckwasserversorgungsleitung 21, die einer Vörerhitzerschlange 22 Wasser zuführt, welche im oberen Teil des Schachtes 11 positioniert ist und eine Gegenströmung des wassers in bezug auf die Gasabzugsströmung innerhalb des Schachtes ermöglicht. Das vorerwärmte Wasser wird über eine Rohrleitung 23 in eine Versorgungskammer 24 eingeführt, und zwar unter der Steuerung eines Ventils 25, das durch einen Schwimmer 26 derart betätigt wird, daß ein bestimmter Wasserstand in der Versorgungskammer automatisch aufrechterhalten wird. Diese Kammer steht über das Verbindungsrohr 27 in Kommunikation mit dem Innenraum der Wassersammeikammer 6.

Bei dem dargestellten System, das den zur Atmosphäre hin offenen Schachi/11 enthält, steht das Wasser in der Kammer 24 und auch in der Sammelkammer 6 unter atmosphärischem Druck. Das V/asser v/ird von der Kammer 6 über eine Rohrleitung 28 mittels einer Förderpumpe 29 abgezogen, deren Abführrohrleitung 30 zu dem Sprühdüsensystem geführt ist. Die Düsen sind bei 31 angedeutet, und es ist ersichtlich, daß eine Düse 31 über dem oberen Ende eines jeden Rohres oder jeder Rohrleitung 17 positioniert ist.

10 9849/1013

Aus den Figuren 3 und 4 geht hervor, daß jede Düse eine Kammer aufweist, die an ihrem Boden eine Auslaßöffnung 32 besitzt. Ein Wassereinlaßanschlußstutzen 33 ist vorgesehen, um Wasser in die Düsenkammer in einer Richtung einzuführen, die axial zu dem wasseraustritt■durch die Öffnung 32 verläuft. Außerdem ist ein v/eiterer 7,'assereinlaßanschlußstutzen 34 in einer Position vorgesehen, daß Wasser in die Düsenkammer in einer Richtung tangential zum Einlaß 33 und zur öffnung 32 zugeführt wird.

V.ie aus den Figuren 1 und 2 zu ersehen ist, werden alle Einiaßanschlußstutzen 33 für die Düsen von der ringförmigen Wasserversorgungsleitung 35 gespeist, und alle Einlaßanschlußstutzen 34 werden von der ringförmigen Leitung 36 versorgt. Die Rohrleitung 30 versorgt unmittelbar die Ringleitung 36, und die Ringleitung 35 wird über das Ventil 37 und die Verbindungsleitung 38 mit Wasser versorgt. Das Ventil 37 besteht aus einem Sperr- oder Drosselventil, das einstellbar ist, wodurch die Einregulierung der Wassermenge ermöglicht ist, welche über die Einlaßanschlußstutzen 33 und 34 in jede Düse eingeführt wird. Mittels dieser Einrichtung kann die Wassermenge, die axial und tangential in die Düsenkammern eingeführt wird, verändert werden, und dies kann man wiederum dazu benutzen, um das Ausmaß der Ausdehnung oder Ausbreitung des Sprühnebels, der von den Düsen ausgeht sowie die axiale Geschwindigkeit des von den Düsen ausgehenden Sprühnebels zu beeinflussen. In einer typischen Einstellung ist das Ventil 37 so positioniert, daß das meiste Wasser durch die tangentialen Einlaßstutzen 34 der Düsen eingeführt wird, so daß die Wasserteilchen wirksam nach außen geschleudert werden und dadurch in Abwärtsrichtung den größten Teil des Querschnittsbereichs einer jeden Rohrleitung 17 durchlaufen.

Die Wasserkammer 6 dient als Trenn- oder Sammelkammer für das Wasser, und das erwärmte V/asser kann aus der Kammer 6 über eine

109849/1013

Abflußleitung 39 abgezogen werden, die, wie in Fig. 1 zu sehen ist, mit dem Boden der Kammer 6 an einer Stelle verbunden ist, die vom Viassereinlaß 27 abgelegen ist. Ein Leitblech 40 ist vorzugsweise zwischen dem Einlaß 27 und der Abflußleitung 39 angeordnet, um eine direkte Strömung des Wassers vom Einlaß zum Auslaß zu vermeiden.

Es sei bemerkt, daß eine Pumpe in der Abflußleitung 39 vorgesehen ist, die den passenden Druck aufbaut, um das erwärmte V/asser zu der Verwendungsstelle zu fördern.

Da das System im wesentlichen unter atmosphärischem Druck steht, wird bemerkt, daß der Wasserstand in der Kammer 6 selbsttätig in Abhängigkeit von der Wirkung des Schwimmersteuerventils 25 aufrechterhalten wird.

Im Betrieb kann der oben beschriebene Wassererhitzer kontinuierlich arbeiten, wobei eine fortgesetzte wiederholte Umwälzung des V/assers von der Sarnmelkammer 6 über die Pumpe zu den Sprühdüsen erfolgt. Die Zufuhr des Wassersprühnebels direkt in die Strömung der Verbrennungsprodukte, die durch die Rohrleitungen 17 nach unten strömen, bev/irkt eine kräftige Oberflächenkontaktierung zwischen den Wasserteilchen und den heißen Verbrennungsprodukten, wodurch das Wasser wirksam aufgeheizt wird.

Da die Außenfläche der Rohre 17 unmittelbar den Brennerflammen und den Verbrennungsprodukten ausgesetzt ist, begünstigt die Berührung des Wassers mit den Innenflächen der Rohre weiter die Erwärmung des Wassers. Aufgrund der Zwischenverbindung der unteren Enden der Rohre mit dem unteren Ende des Schachtes 11 findet ein automatischer/Vorgang statt, der die Arbeitsweise des Erhitzers steuert bzw. beeinflußt. Dies beruht auf der Tatsache, daß das System unter atmosphärischem Druck arbeitet, so daß überschüssiger Dunst und Dampf ungehindert durch den Schacht entweichen können. Dadurch wird der Aufbau eines Druckes und damit die Erhöhung der Temperatur in dem System verhindert, wie

109849/1013

dies in Systemen der Fall ist, die unter Überdruck arbeiten. Auf diese Weise können die Gasbrenner, der Zugregler 14 und die Sprühdüsen auf "werte eingestellt werden, die die Erwärmung einer genügenden Wassermenge auf die gewünschte Temperatur ermöglichen, um einer vorgegebenen, ungefähren Betriebsbelastung oder Forderung gerecht zu werden. Wenn diese Forderung vorübergehend reduziert wird, so bewirkt die zu starke Erwärmung des Wassers lediglich eine gewisse Dampfbildung, wobei der überschüssige Dampf durch den Schacht abgeführt wird.

Der von den Düsen 31 ausgehende Wassersprühnebel bewirkt einen verstärkten Zug oder eine verstärkte Zirkulation in bezug auf die Verbrennungsprodukte selbst, so daß Luft in die Lufteinlässe 9 im Bereich der Brenner 20 eingezogen wird und die Verbrennungsprodukte ferner nach oben durch den Schacht und über den Speisewassererhitzer 22 hinaus in die Atmosphäre abgeführt werden.

Der Brennerbetrieb wird auch durch die Einstellung des Zugreglers 14 gesteuert. Wenn z.B. der Zugregler geöffnet ist, wird Luft in die oberen Enden der Rohre 17 eingezogen, und dies schwächt den Lufteinzug in die Einlasse 9.

Die Anordnung des Schachtes, dessen unteres Ende in Verbindung mit der Wassersammeikammer 6 steht, bringt noch einen weiteren Vorteil in Verbindung mit der Anordnung des Speisewassererhitzers 22 innerhalb des oberen Teils des Schachtes. Tatsächlich dient dieser Speisewassererhitzer nicht nur zur Vorerwärmung des einfließenden V/assers, sondern auch zur Kondensierung der Feuchtigkeit, die in der Strömung der Verbrennungsprodukte nitgeführt v/ird, bevor diese Produkte aus dem oberen Teil des Schachtes entweichen, und da das untere Ende des Schachtes in direkter Verbindung mit der Sammelkammer 6 steht, v/ird das auf der Oberfläche der '»/indungen des Speisewassererhitzer:; 22 niedergeschlagene Kondensat unmittelbar nach unten in die Heißwassermenge abgeführt, die in der Kaminer 6 erzeugt v/ird.

109849/101 3

Gewisse Merkmale der in den Figuren 5 und 6 gezeigten Anordnung sind den oben beschriebenen ähnlich, und diese Merkmale v/erden daher nur kurz behandelt. Y/ie bei der ersten Einrichtung wird auch die Einrichtung der Figuren 5 und 6 durch ein Grundteil 5 getragen. Die Hauptkomponenten umfassen eine Wassersammeikammer 6, eine zylindrische Konstruktion 7a, die die Verbrennungskammer umgibt und durch einen Ring 8 abgestützt wird, der mit Öffnungen 9 zur Einführung der Verbrennungsluft versehen ist. Auch hier dient'eine Trennwand 10 zur Abtrennung der Wassersammelkammer am Boden von der Verbrennungskammer innerhalb der Konstruktion 7a.

Es ist auch ein zylindrischer Schacht 11 in dem Ausführungsbeispiel der Figuren 5 und 6 vorgesehen, und ein Bündel von Rohrleitungen oder Rohren 17 umgibt den Schacht oder das Abzugsrohr. Die unteren Enden des Schachtes und der Rohrleitungen verlaufen durch die Trennwand 10 hindurch und stehen in Verbindung mit dem Innenraum der Wasserkammer 6.

Ferner sind Gasbrennerdüsen 20 in der Verbrennungskammer innerhalb der Konstruktion 7a im Bereich unmittelbar über den Lufteinlaßöffnungen 9 vorgesehen. Diese Gasbrenner können von einer Versorgungsleitung 18a mit Gas gespeist werden. Bei dieser Einrichtung ist der Strömungspfad der Verbrennungsprodukte ähnlich dem oben in Verbindung mit dem ersten Ausführur.^s«· beispiel beschriebenen, d.h., die Verbrennungsprodukte steigen von den Brennerdüsen 20 aus nach oben und schwenken dann nacL innen und bewegen sich durch die Rohrleitungen 17 nach unten. Sie kehren dann wieder ihre Strömungsrichtung um und bewegen sich durch den mittleren Schacht 11 nach oben.

V/ie bei dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 v/ird das Wasser nach unten in die oberen Enden der Rohrleitungen 17 eingesprüht, und dieser Sprühvorgang bewirkt die Induzierung einer kräftigen Zirkulation oder Umwälzung der Verbrennungsprodukte in Abwärtsrichtung durch die Rohrleitungen 17 und anschließend in dem Schacht 11 in Aufwärtsrichtung. In dem

109849/1013

Ausiührungsbeispiel der Figuren 5 und 6 sind jedoch die Wassersprühdüsen bei 41 angedeutet, und diese Düsen v/erden von der Versorgungsringieitung 42 gespeist, mit der die Druckversorgungsleitung 4-3 verbunden ist. Die Pumpe 44, die mit einer Ansaugleitung 45 versehen ist, welche in Verbindung mit dem Boden der Wasserkammer 6 steht, zieht V/asser aus der Viassersammelkammer 6 ab und führt dieses unter Druck durch die Rohrleitung 43 zu den Sprühdüsen, und zwar in der allgemeinen Zirkulationsweise, die oben in Verbindung mit den Figuren 1 und 2 beschrieben ist.

Die Düsen 41 können aus irgendeiner der zahlreichen bekannten Ausführungen von Sprühdüsen bestehen, man bevorzugt jedoch eine Ausführung, die eine Ausbreitung des Sprühnebels in einer Art und Weise ermöglicht, daß die versprühten Wasserteilchen im wesentlichen über den gesamten Querschnittsbereich der Rohrleitungen 17 verteilt werden, in die der Wassersprühnebel eingebracht wird.

Lin v.assersprühdüsensystem der oben in Verbindung mit den Fi guren 3 und 4 beschriebenen Art kann auch in dem Ausführungsbeispiel der Figuren 5 und 6 verwendet werden.

In dem Ausführungsbeispiel der Figuren 5 und 6 ist ein unterschiedliches Speisewasser- oder Wasserzufuhrsystem dargestellt, das im allgemeinen gekennzeichnet ist durch eine Einrichtung, die die Vorerwärmung des Speisewassers dadurch ermöglicht, daß das Speisewasser in eine unmittelbare Berührung zur Wärmeübertragung mit den Verbrennungsprodukten gebracht wird, anstatt eine indirekte Wärmeübertragungsschlange zu verwenden, wie sie bei 22 im ersten Ausführungsbeispiel gezeigt ist-.

Das unmittelbare Wärmeübertragungswasserversorgungssystem des Ausführungsbeispiels der Figuren i? und 6 enthält eine Wacserversorgungsleitung 46 mit eingebautem Ventil 47, die

109849/1013

die Rohrleitung 48 speist, welche zur Pumpe 49 hin (vgl. Fig. 6) verlängert ist. Diese Pumpe versorgt die Leitung 50, v/eiche durch die Bodenwand der Wassersammelkamner 6 nach o'ten geführt ist und an der Düse 50a endet. Der "„'ascercprühr-ecel aus dieser Düse wird durch den Schacht 11 hindurch zerrcral nach oben gelenkt, und zwar zusammen mit den Verbrennungs-

Das obere Ende des Schachtes 11 ist innerhalb der oberen und unteren konischen Wände 51 und 52 eingeschlossen. Die 'wand weist einen Abzug 53 an ihrem oberen Ende auf und stellt den Abzugsauslaß für die Verbrennungsprodukte aus dem gesamten Jystem dar. Ein Wandelement 54 verschließt die untere Seite der Kammer, die das obere Ende des Schachtes 11 umgibt, und innerhalb dieser Kammer ist eine Ablenkplatte ^ oberhalb des oberen Endes des Schachtes 11 angeordne.t. Die. Ablenkplatte 55 wird durch in Abstand voneinander angeordnete Stützen 56 so getragen, daß die Verbrennungsprodukte und mitgerissenen Speisewasserteilchen aus der Zone unmittelbar über dem Schacht radial nach außen abgelenkt werden und in die Kammer gelangen, die das obere Ende des Schachtes umgibt. Die Verbrennungsprodukte steigen dann rund um die Ränder der Ablenkplatte 55 nach oben und werden schließlich durch den Abzug nach außen geführt. Die Wasserteilchen sammeln sich andererseits in dem unteren Teil der Kammer neben den Wänden 52 und 54. Diese Wassermenge bildet das vorerwärmte Speisewässer, welches in das System einzuführen ist.

Mehrere ringförmige, in Abstand voneinander angeordnete Versorgungsrohre 57 verlaufen von der vorerwärmten Speisewassermenge nach unten und führen das Speisewasser in die oberen Enden der Rohrleitungen 17 ein, in denen es unter dem Einfluß des Druck-Sprühwassers mit nach unten gerissen wird, das von den Düsen 41 ausgeht.

Eine passende Düse, die als Düse 50a verwendet werden kann, wird unter der Nummer 3/4 G3O5O von der Spring System Co., in Bellv/ood, Illinois hergestellt. Diese Düüg gevr.hr Ie ist et die

T ü 9 849/1013

- X'j -

Verteilung der Speisev/asserteilchen oder Tropfen im wesentlichen über den gesamten Querschnittsbereich des Schachtes, wodurch die Oberflächenkontaktierung der Speisewasserteilchen mit den Verbrennungsprodukten begünstigt wird. Es kann jedoch auch jede andere Düse verwendet werden, die diese Art der Verteilung der V/asserteilchen oder Tropfen gewährleistet.

In Fig. 5 .ist eine Wasserkammer 58 neben der Heißwassersammelkammer 6 dargestellt, die mit letzterer durch die Rohrleitung verbunden ist. Diese Kammer enthält den Schwimmer 60, der mit dem Ventil 47 verbunden ist und dazu dient, die.Öffnung des Ventils in Abhängigkeit von dem Wasserstand in der Kammer 58 und damit auch in Abhängigkeit von dem V/asserstand in der Kammer 6 zu steuern.

Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel führt jedoch das Wassereinlaßventil 47 das Speisewasser nicht in die Schwimmerkammer, sondern über die Rohrleitung 48 zur Pumpe 49, von wo aus das V/asser unmittelbar durch die Sprühdüse 50a abgegeben wird, um die Vorerwärmung des Speisewassers durch unmittelbare Berührung mit den Verbrennungsprodukten zu erreichen.

Wie beim ersten Ausführungsbeispiel ist vorzugsweise Isoliermaterial zwischen den zwei Wänden der doppelwandigen Wasserkammer 6 vorgesehen. In dem Ausführungsbeispiel der Figuren 5 und 6 ist jedoch die Wandkonstruktion 7a, die die Verbrennungskammer umgibt, von einer unterschiedlichen Ausführung. Hier umgibt ein Wassermantel 7b die Verbrennungskammer, und eine weitere Isolierschicht oder ein Isoliermantel 7c ist rund um den Wassermantel vorgesehen.

Der Wassermantelraum v/eist einen Einlaß oder Einlaßanschlußstutzen 61 auf, der als eine Abzweigung der Versorgungsleitung 43 ausgebildet ist, die sich zu den Düsen 41 erstreckt. Die Abzweigung 61 ist mit einem Ablaßventil 62, z.B. aus einer Schiebeausführung, versehen, das einstellbar sein kann, jedoch gewöhnlich keine Einregulierung erfordert. Der Wassermantel 7b ist ferner mit einem Auslaßanschlußstutzen 63 versehen, der letztlich als Abführleitung für das durch das System erzeugte heiße Wasser dient. Eine bei 64 schematisch angedeutete Verdrängerpumpe ist vorzugsweise in die Auslaßleitung 63 eingeschaltet

109849/1013

und dient dem Zweck, die Abführgeschwindigkeit des Wassers aus dem System zu fixieren. In einem typischen System kann diese Pumpe mit einer Leistung von 22,7 l/min (six gallons per minute) arbeiten.

Aus obigem geht hervor, daß die Zinrichtung gemäß den Figuren 2 und 6 wesentlich leistungsfähiger ist, und zwar aufgrund eines Speisev/assererhitzersystems, in dem das Speisewasser durch direkte Berührung mit den Verbrennungsprodukten in dem zentralen Schacht 11 erwärmt wird. Eine weitere Erwärmung des Wassers, und zwar unter sehr v/irksamen Bedingungen erreicht man aufgrund der durch die Rohrleitungen 17 nach unten verlaufenden Wasεersprühung, und das Ausmaß der Wassereinspeisung und der Verbrennung werden vorteilhaft so einreguliert, daß die Vorerwärmung oder Speisewassererwärmung und die Erwärmung innerhalb der Rohre 17 genügt, um die Wassertemperatur auf einen Wert in der Nähe von 71 ⁰C (160 ⁰F) anzuheben. Dieser Wert stellt etwa die obere Grenze des Bereiches dar, in dem hohe Wirkungsgrade durch direkte Berührung des Sprühwassers mit den Verbrennungsprodukten erzielbar sind.

Ein weiterer Vorteil der Ausführungsform nach den Figuren 5 und 6 beruht darauf, daß der Wassermantel 7b verwendet wird, der die Verbrennungskammer als letzte Erwärmungsstufe des Wassers umgibt, bevor das Wasser durch den Auslaß 63 abgeführt wird. Dieser Wassermantel, der sich unmittelbar neben der Zone hoher Temperatur in der Verbrennungskammer befindet, kann dazu verwände" werden, die Wassertemperatur bis auf 93,2 ⁰C (200 ⁰F) oder sogar noch höher zu erhöhen, und zwar unter Bedingungen, bei denen die Schwierigkeit der Verdampfung nicht auftritt. Auf diese Weise läßt sich eine ziemlich hohe Abgabetemperatur erreichen, ohne daß eine Leistungsverringerung infolge Verdampfung auftritt. ^;

Wie aus obigem hervorgeht, ist die Einrichtung gemäß der Erfindung von großer Bedeutung bei der Eliminierung der Heizschlangen oder Heizrohre, die bei den meisten bekannten Heißwassersystemen zum Erwärmen großer V/assermengen das Herz der Anlage bilden.

109849/1013

Derartige Heizschlangen sind nicht nur schwer, umfangreich und teuer, sondern werden auch leicht durch Mineralien
verstopft oder zugesetzt, die in den meisten öffentlichen Wasserversorgungssystemen vorhanden sind. Diese Mineralien beeinträchtigen nicht nur sehr stark die Wärmeübertragung zwischen den Verbrennungsprodukten und dem Wasser, sondern müssen auch gewöhnlich durch eine Säurebehandlung periodisch entfernt werden, um eine dauerhafte Beschädigung der Heizschlange zu verhindern. Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den I"ig. 5 und 6 ist nicht einmal mehr die spulenartige
indirekte Heizvorrichtung in dem Speisewasser-Heizsystem
vorgesehen.

In einem typischen bekannten System mit einer Heizschlange besteht letztere aus einer Stangenrohrleitung, die in zahlreichen lagen oder Windungen gewickelt ist, um eine ausgedehnte Wärmeübertragungsflache zu bilden.' Wenngleich deren Leistungsfähigkeit im neuen Zustand etwa 80 fo betragen kann, nimmt diese mit zunehmendem Gebrauch schnell ab, und zwar aufgrund der Mineralstoffablagerungen innerhalb des Rohres und ferner aufgrund der Rußablagerungen an der Außenseite des Rohres.

Bei der Schaffung eines wirklich praktischen direkten Wärmeübertragungssystems zur Erwärmung von Wasser vermeidet die Erfindung somit viele schwerwiegende Wachteile bekannter
Systeme, die Ausschaltung der herkömmlichen Wasserheizschlangen eingeschlossen. Dies schließt wiederum dasden
Wasserheizschlangen eigentümliche thermische Beharrungsvermögen aus, was bedeutet, daß das Heizsystem gemäß der vorliegenden Erfindung schnelle Aufheizeigenschaften aufweist, selbst bei einem Kaltstart.

109849/1013

Die Einrichtung gemäß der Erfindung verringert ferner, verglichen mit bekannten Systemen mit einer Heizschlange den Umfang und das Gewicht eines Erhitzers von vorgegebener Leistung in einem beträchtlichem Ausmaß, und außerdem schafft die Erfindung ferner eine Einrichtung, die verhältnismäßig wartungsfrei und frei von Instandhaltungsproblemen ist, wie zum Beispiel den bisher erforderlichen periodischen Abschaltungen zur Reinigung einer Heizschlange.

Aus obigem geht hervor, daß die vorliegende Erfindung überall dort von großer Bedeutung ist, wo große Heißwassermengen benötigt werden.

109849/1013

Claims

Patentansprüche

Wassererhitzer mit Kraftstoffbrenner, mit einem Abzugsrohr oder Schacht für die Verbrennungsprodukte_; mit einem Durchflußweg von dem Brenner zu dem Schacht mit mehreren in verschiedenen Richtungen weisenden Kanälen, einem Einlaß für Verbrennungsluft in den Brennerraum, mit Umlaufvorrichtungen, die Luft in den Einlaß und Gase aus dem Schacht bewegen und die zu erwärmendes Wasser mit den Verbrennungsprodukten in Berührung bringen,

dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser unter Druck in einen der Kanäle des Durchflußwegs in Richtung des durchströmenden Gases eingesprüht wird, daß eine Wassersammeikammer am Abgabeende des Kanals des Durchflußwegs, in den Wasser eingesprüht wird, vorgesehen ist und daß eine das Wasser von der Wassersammeikammer zu.der Sprühvorrichtung zurückfördernde Vorrichtung vorgesehen ist.
2. Wassererhitzer nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal des Durchflußwegs, in den Wasser eingesprüht wird, von der Sprühvorrichtung im wesentlichen vertikal nach unten verläuft und daß die Wassersammeikammer am unteren Ende des Kanals angeordnet ist.
3. Wassererhitzer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Brennkammer vorgesehen ist, in der sich der Kraftstoff brenner befindet, und daß der Kanal des Durchflußwegs, in den V/asser eingesprüht wird, mit dem oberen Teil der Brennkammer in Verbindung ist.

109849/1013
4. Wassererhitzer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußweg mehrere nach unten verlaufende Kanäle aufweist, daß die Kanäle durch mehrere Rohre gebildet werden, die um den Schacht herum und parallel zu ihm angeordnet sind und daß die Brennkammer die Gruppe der Rohre umgibt.
5. Viassererhitzer nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lufteinlaß der Brennkammer und auch der Schacht zur Atmosphäre hin geöffnet sind, wodurch in der Brennkammer, den Kanälen, der Wassersammeikammer und dem Schacht Atmosphärendruck herrscht.und daß eine Pumpe Wasser unter Druck von der Wassersammelkammer zu der Sprühdüse pumpt.
6. Wassererhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d'U rch gekennzeichnet-, daß ein Wärmeaustauscher vorgesehen ist, in dem das zuzuführende Wasser in eine Wärmeaustauschwirkung mit den Verbrennungsprodukten in dem Schacht gebracht wird, in welchem es erhitzt wird, bevor es den Wassersprühvorrichtungen zugeführt wird.
7. Viassererhitzer nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wasser unter Druck von der Wassersammeikammer den Sprühvorrichtungen zuführende Vorrichtung vorgesehen ist und daß ferner eine Wasser in die Wassersammeikammer zuführende Wasserzufuhrvorrichtung vorhanden ist.'

■"•o
8. Viassererhitzer nach Anspruch 7, , dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserzufuhrvorrichtung einen den Wasserspiegel in der Wasserkammer zwischen dem oberen Rand und dem Boden aufrechterhaltenden Pegeleinsteller aufweist.

109849/1013
9. Wassererhitzer nach Anspruch 8,-dadurch gekennzeichnet, daß ein heißes v/asserabzugsrohr mit der Wassersammelkammer verbunden ist.
10. Wassererhitzer nach einen der Ansprüche 3 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß eine Verbrennung-ssteuervorrichtung vorgesehen ist, die eine steuerbare Klappe im oberen Teil der Verbrennungskammer aufweist.
11. Wassererhitzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wasservorerhitzer vorgesehen ist, der das Wassser, welches in den Kanal eingesprüht wird, vorerwärmt, und der einen Wärmeaustauscher aufweist, dessen eine Seite dem sprühenden Wasser ausgesetzt ist und dessen andere Seite dem Verbrennungsgas in dem Schacht ausgesetzt ist, und durch den eine Kondensation des V/assers bewirkt wird und das Kondensat nach unten durch den Schacht in die Wassersammelkammer fließen kann.
12. Wassererhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wasservorerhitzer vorgesehen ist, der das Wasser, welches versprüht wird, vorerhitzt, und der eine das Wasser in die Verbrennungsprodukte des Abzugsrohrs sprühende Sprühvorrichtung aufweist.
13. Wassererhitzer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine durch die Menge des Wassers in der Wasseraufnahmekammer gesteuerte Regelvorrichtung vorgesehen ist, durch die die Menge des eingeführten Zufuhrwassers gesteuert wird.

109849/1013
14. Wassererhitzer nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wasserhülse für die Brennkammer vorgesehen ist, und daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, die V/asser von der Wasser sainmelkammer abzieht und das abgezogene Wasser durch die Wasserhülse wieder zurücklaufen läßt.
15. Wassererhitzer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß für die Brennkammer eine Wasserhülse vorgesehen int und daß eine Trennvorrichtung vorhanden ißt, die das versprühte Wasser von den Verbrennungsprodukten trennt und das getrennte Wasser durch die Wasserhülse zur weiteren Erwärmung leitet.
16. Wassererhitzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wassersprühvorrichtung eine Druckpumpe aufweist, daß eine Düse mit einer daran anschließenden Kammer vorgesehen ist, deren Auslaßöffnung zu dem Einlaßende des Kanals des Durchlaßwegs, in" den das Wasser gesprüht wird, gerichtet ist, daß die Verbindung zwischen der Pumpe und der Düse eine Druckleitung mit zwei Zweigen aufweist, von denen der erste in die Düsenkammer in einer Richtung axial zur Auslaßöffnung und der zweite in einer Richtung tangential zu der Auslaßöffnung angeordnet ist, und daß in dem ersten Zweig ein steuerbares Absperrorgan vorgesehen ist.
17. Wassererhitzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wassersprühdüse vorgesehen ist, die eine Kammer mit einer Abgabeöffnung zum Versprühen von Wasser in den heißen Brennprodukten auf v/eist, daß die Düse einen Wassereinlaß aufweist, durch den Wasser in die Kammer zu der Auslaßöffnung axial eingelassen wird sowie einen Wassereinlaß aufweist, durch den V/asser in die Kammer zu der /-uslaßöffnung tangential eingelassen wird.

109849/1013

Fu/Rei/Gu