DE2331571A1

DE2331571A1 - Kessel, insbesondere fuer zentralheizungszwecke

Info

Publication number: DE2331571A1
Application number: DE19732331571
Authority: DE
Inventors: Ronald Alan Butler; Philip Wavell Staddon; David Michael Sutton
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1972-06-22
Filing date: 1973-06-20
Publication date: 1974-01-10
Also published as: IT986475B; JPS4956002A; FR2189687A1; FR2189687B1; GB1437349A

Description

Die Erfindung betrifft einen vorzugsweise als Zentralheizungskessel zu benutzenden Kessel mit einer im wesentlichen zylindrischen Feuerungskammer an der geschlossenen Vorderseite, die eine zentrale Öffnung zum Aufnehmen einer Verbrennungsvorrichtung aufweist, einem die Feuerungskammer umgebenden, gleichachsig mit ihr angeordneten ringförmigen Gasraum, der mit der Feuerungskammer an ihrem geschlossenen unteren Ende in Verbindung steht, sowie mit einem den ringförmigen Gasraum umgebenden Mantel, der einen unteren Teil aufweist, welcher den Boden der Feuerungskammer bildet, und bei dem der Mantel doppelwandig ausgebildet ist, um den Wasserraum abzugrenzen.

Der Ausdruck "zylindrische Kammer" bezeichnet hier jede im mathematischen Sinne zylindrische Kammer, d.h. auch Kammern mit einem elliptischen oder ovalen Querschnitt, und der Ausdruck "im wesentlichen zylindrisch" bezeichnet eine leicht konische oder ähnliche Form.

Die Feuerungskammer kann stehend, liegend oder geneigt angeordnet sein, und sie kann aus Stahlblech oder einem be-

309882/0620

43 013

—2—

liebigen anderen zweckentsprechenden Werkstoff bestehen. Der den Wasserraum abgrenzende Mantel ist so geformt, daß er eine zylindrische innere Wand aufweist, die gleichzeitig die Außenwand des ringförmigen Gasraums bildet; die äußere Wand des Mantels ist vorzugsweise zylindrisch, doch ist dies nicht unbedingt erforderlich, denn sie könnte auch eine quadratische oder rechteckige Querschnittsform haben. Der Boden des Kessels ist doppelwandig ausgebildet und hängt mit dem Mantel zusammen, so daß durch sein Vorhandensein das Fassungsvermögen des Wasserraums vergrößert wird.

Kessel der vorstehend geschilderten Art werden als in den Bereich der im einleitenden Absatz der vorliegenden Beschreibung gegebenen Definition fallend betrachtet und im folgenden als "Kessel der genannten Art" bezeichnet.

Bei Kesseln der genannten Art, bei denen Wasser dazu dient, Wärme zu Heizkörpern zu transportieren, können sich in der Praxis Schwierigkeiten ergeben, da der Wärmeübergang zwischen einem Gas und der Kesselwand erheblich geringer ist als derjenige zwischen einer Flüssigkeit und der Kesselv/and. Nachdem dieses Problem erkannt worden war, wurden Kesselkonstruktionen der verschiedensten Art vorgeschlagen, bei denen der Wärmeübergang zwischen dem heißen Gas und der Flüssigkeit besonders berücksichtigt wurde, insbesondere mit dem Ziel, einen möglichst hohen Wirkungsgrad des Wärmeübergangs zu erreichen.

In diesem Sinne v/urde bereits vorgesehlagen, die Strömungsgeschwindigkeit des heißen Gases zu beeinflussen oder die Strecke zu verlängern, längs welcher das heiße Gas den Kessel durchströmen muß. Eine Möglichkeit hierzu besteht darin, daß man den Flächeninhalt der Wand vergrößert, die in Berührung mit dem heißen Gas kommt, indem man das Gas durch mehrere Rohre leitet und/oder in dem Gaskanal sich in der Umfangsrichtung erstreckende oder durchlaufende, sich längs Schraubenlinien erstreckende Rippen oder Umlenkorgane anordnet. Bei anderen bekannten Kesselkonstruktionen sind in dem

3 0 3 S S 2 I 0 6 ? 0

43 013

Strömungskanal für das Gas Einrichtungen zum Verzögern der Gasströmung angeordnet.

Diese bekannten Anordnungen geben jedoch Anlaß zu einer erheblichen Vergrößerung des Strömungswiderstandes während des Betriebs, und dies kann um so eher zu Verstopfungen fähren, als die verschiedenen Kanäle infolge der in ihnen vorhandenen Einbauten relativ eng sein können. Außerdem erschweren diese relativ komplizierten Konstruktionen die Durchführung der periodischen Überprüfungen der Kessel, da sie das Innere schwer zugänglich machen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kessel zu schaffen, bei dem ein hoher Wirkungsgrad des Wärmeübergangs erzielbar ist, bei dem jedoch die vorstehend geschilderten Nachteile vermieden sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist durch die Erfindung ein vorzugsweise als Zentralheizungskessel zu benutzender Kessel geschaffen worden, der eine im wesentlichen zylindrische Feuerungskammer aufweist, die an ihrer geschlossenen Vorderseite eine zentrale öffnung zum Aufnehmen einer Verbrennungsvorrichtung besitzt, ferner einen in diese Öffnung eingebauten Verbrennungskopf mit einem Druckzerstäuber und einer Flammenstabilisierungseinrichtung, einen ringförmigen, gleichachsig mit der Feuerungskammer angeordneten Gasraum, der mit der Feuerungskammer an seinem in die Strömungsrichtung weisenden unteren Ende verbunden ist, sowie einen den ringförmigen .Gasraum gleichachsig umgebenden Mantel, der einen unteren Teil aufweist, welcher den Boden der Feuerungskammer bildet, und der doppelwandig ausgebildet ist, um den Wasserraum abzugrenzen; hierbei ist der ringförmige Gasraum an der Innenwand des Mantels mit mehreren axial verlaufenden Umlenkorganen versehen, die sich in radialer Richtung im wesentlichen über die ganze Breite des Gasraums erstrecken; je zwei einander benachbarte Umlenkorgane begrenzen zusammen mit den Wänden des Gasraums jeweils einen axial verlaufenden Gasströmungskanal, una

3 Π : -. ο S ? / 0 B ? 0
ORIGfNAL INSPECTED

mindestens die Mehrzahl dieser Kanäle ist mit Einrichtungen zum E_rzeugen einer turbulenten Strömung versehen; ferner ist eine Einrichtung vorhanden, die dazu dient, den Übergang von Wärme von der Feuerungskammer zu dem ringförmigen G-asraum durch die Wand der Feuerungskammer hindurch zu verringern, und zu der eine wärmeisolierende Schicht gehört, die die Innenfläche der zylindrischen Feuerungswand im wesentlichen vollständig überdeckt.

Die wärmeisolierende Schicht weist vorzugsweise eine glatte, d.h. nicht mit Rippen versehene Innenfläche auf. Hieraus ergibt sich der Vorteil, daß der Wärmeübergang von der Feuerungskammer zu dem Gas in dem Gasraum möglichst weitgehend verringert wird, um zu erreichen, daß am Eingang des Kamins eine hinreichend niedrige Temperatur herrscht. Die Isolierschicht kann aus Schlackenwolle bestehen. Ferner wird die in der-Feuerungskammer erzeugte Wärme im wesentlichen ohne größere Wärmeverluste in erster Linie dazu benutzt, den unteren Teil des Wassermantels zu erhitzen.

Die axial verlaufenden und sich in radialer Richtung erstreckenden Umlenkorgane dienen dazu, die Wärmeübergangsfläche zu vergrößern, während die Einrichtungen zum Erzeugen einer turbulenten Strömung die Aufgabe haben, den Wärmeübergang von dem ringförmigen G-asraum zu dem Y/asserraum zu verstärken, wobei diese Wirkung dadurch erzielt wird, daß die Grenzschicht des relativ kühlen Gases an der Wand der Wärmeübertragungsfläche ständig unterbrochen wird.

Der Vorteil dieser Maßnahme besteht darin, daß die in unmittelbarer Nähe der Wärmeübergangsfläche erzeugte Turbulenz die Geschwindigkeit der Übertragung von Wärme auf das Wasser steigert, während der Hauptteil der Querschnittsfläche der ringförmigen Strömungskanäle von Hindernissen frei bleibt, so daß der Strömungswiderstand auf einem minimalen Wert gehalten wird. Diese Wirkung wird gemäß der Erfindung durch eine neuartige Ausbildung der Einrichtung zum Erzeugen von Turbulenz erzielt. Diese Einrichtung besteht vorzugsweise aus sich

3 0 ■: "' ) 2 / 0 6 ? η

43 013

in radialer Richtung erstreckenden, zickzackförmigen oder gewellten oder gezackten (castellated) Umlenkplatten oder Blechen, die nur einen sehr begrenzten Teil des G-asströmungskanals einnehmen.

Die Erfindung wird im folgenden mit weiteren Einzelheiten anhand schematischer Zeichnungen von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine Ausführungsform eines Kessels;

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie II-II in Fig.1; und

Fig. 3.in einem etwas größeren Maßstab eine Einzelheit eines Strömungskanals bei Betrachtung desselben in Richtung des Pfeils III in Fig. 2.

In den Zeichnungen, in denen als Ausführungsbeispiel ein stehender Kessel nach der Erfindung dargestellt ist, erkennt man eine Feuerungskammer 1, die eine zylindrische Form hat und deren Wände 2 mit einer Isolierschicht 3 versehen sind, die z.B. aus Schlackenwolle bestehen kann. Die Feuerungskammer 1 ist von einem gleichachsig mit ihr angeordneten ringförmigen Gasraum 4 umgeben, der an seinem unteren Ende in Verbindung mit der Feuerungskammer steht.

Der Kessel ist mit einer isolierten Abdeckung 6 versehen, die bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel auf der Oberseite des Kessels angeordnet und mit dem Kessel an der Vorderseite durch ein Gelenk 7 oder dergl. verbunden ist. Diese schwenkbare Abdeckung kann gleichzeitig eine Sicherheitsvorrichtung bilden. Sie weist eine zentrale Öffnung 8 auf, in die sich ein Brenner einführen läßt, der eine nach unten gerichtete Flamme erzeugt. Zu diesem hier nicht dargestellten Brenner gehört ein Verbrennungskopf mit einem Druckzerstäuber, und der Brenner ist vorzugsweise so ausgebildet, wie es in der U.S.A.-Patentschrift 2 393 897 beschrieben ist.

309882/06?fl

43 013

An den ringförmigen Gasraum 4 schließt sich am oberen Ende des Kessels eine Abgasleitung 9 an. Gleichachsig mit dem ringförmigen Gasraum 4 ist ein ihn umschließender Y/assermantel 10 angeordnet, der auf seiner Außenseite auf eine nicht dargestellte Weise isoliert sein kann und gleichzeitig einen Bestandteil des Kesselbodens bildet, der bei dieser Ausführungsform doppelwandig ausgebildet ist und mit dem Wassermantel 10 zusammenhängt.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind in dem ringförmigen Gasraum vier senkrecht angeordnete, radial ausgerichtete Leitorgane 5 angeordnet, und der Abstand zwischen je zwei benachbarten Leitorganen entspricht im wesentlichen der radialen Breite der Leitorgane; durch das Vorhandensein der Leitorgane 5 wird die Wärmeübergangsfläche zwischen dem Gasraum und dem Wasser um etwa 200/b vergrößert.

Die Leitorgane 5 erstrecken sich im wesentlichen über die ganze Breite des ringförmigen Gasraums 4, doch ist zwischen ihren inneren Kanten und der Feuerungskammer ein kleiner Spielraum vorhanden, der erforderlich ist, um zu ermöglichen, daß die Feuerungskammer zu Prüfungs- und Wartungszwecken ausgebaut wird.

Fig. 3 zeigt eine zum Erzeugen einer turbulenten Strömung dienende Einrichtung in ihrer Lage in einem der Strömungskanäle, der durch zwei stehend angeordnete Leitorgane 5 und die Wände des Gasraums abgegrenzt ist; diese Einrichtung ist z.B. als zickzackförmiges Umlenicorgan 11 ausgebildet, das so angeordnet ist, daß sich seine Hauptebene in dem betreffenden Strömungskanal in radialer Sichtung erstreckt. Zwar ist in Fig. 2 nur ein solches Leitorgan 11 dargestellt, doch ist zu bemerken, daß auch andere Strömungskanäle mit Einrichtungen zum Erzeugen einer turbulenten Strömung versehen sind. Der Zweck dieser Maßnahme besteht in der Erzeugung einer Turbulenz an den durch die Leitorgane 5 und die Wand des Mantels 10 gebildeten Y/ärmeübergangsflachen derart, daß die laminare

3 0 H 8 S 2 / 0 P ? Π

43 013

Strömung "aufgerollt" wird, um den übergang von Wärme von den heißen Gasen zu dem Wasser zu verstärken.

Der Y/assermantel 10 kann außerdem eine Rohrschlange entnalten, die vorzugsweise aus verripptem Kupferrohr besteht, und durch die Wasser für eine gesonderte, im Haushalt, z.B. in Bädern, zu benutzende Warmwasserversorgungsanlage strömt.

Natürlich beschränkt sich die Erfindung nicht auf das vorstenend bescnriebene Ausführungsbeispiel; beispielsweise ist es nicht unbedingt erforderlich, den Kessel mit einer zusätzlichen Rohrschlange auszurüsten. Ferner ist es möglich, sowohl mehrere Gasräume als auch mehrere Wassermäntel vorzusehen. Insoweit die Lage des gesamten Kessels in Betracht kommt, umfaßt die Erfindung auch andere Anordnungen bei denen der Kessel nicht in der hier gezeigten Weise stehend angeordnet ist.

Die Kessel nach der Erfindung sind insbesondere geeignet, in Etagenwohnungen oder kleinen Häusern ohne Zentralheizungskeller aufgestellt zu werden, doch beschränkt sich die Anwendbarkeit der Erfindung nicht auf diesen Fall, sondern sie läßt sich in allen Fällen zu Heizungszwecken anwenden, in denen die Anwendung des hydronischen Verfahrens möglich ist. Der Kessel soll mit einem Brenner ausgerüstet werden, der vollautomatisch arbeitet, nur geringe Ansprüche an die Wartung stellt, geräuschlos arbeitet und nur wenig oder überhaupt keinen Rauch erzeugt. Ss wird vorgezogen, einen Brenner zu wählen, der geeignet ist, einen relativ hohen Luftdruck zu erzeugen. Der Kessel nach der Erfindung ist insbesondere geeignet, mit Kerosin oder Gasöl betrieben zu werden. Die bevorzugten Leistungsbereiche erfindungsgemäßer Kessel liegen zwischen 20 bis 30 kW und 30 bis 50 kW.

Patentansprüche:

3 0.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

Kessel, vorzugsweise Zentralheizungskessel, mit einer im wesentlichen zylindrischen Feuerungskammer, die an ihrer geschlossenen Vorderseite eine zentrale Brenneröffnung aufweist, in die ein Brenner mit einem Druckzerstäuber und einem Flammenstabilisator eingebaut ist, dadurch gekennzeichnet , -daß ein gleichachsig mit der Feuerungskammer (1) angeordneter, sie umgebender ringförmiger Gasraum (4) vorhanden ist, der mit dem in die Strömungsrichtung weisenden unte-ren Ende der Feuerungskammer verbunden ist, daß ein gleichachsig mit dem ringförmigen Gasraum angeordneter, ihn umgebender Mantel (10) vorhanden ist, der einen Boden aufweist, weldier den Boden der Feuerungskammer bildet, daß der Mantel doppelwandig ausgebildet ist und den Wasserraum abgrenzt, daß der ringförmige Gasraum an der ihm zugewandten inneren Wand des Mantels mit mehreren axial verlaufenden Leitorganen (5) versehen ist, die sich in radialer Richtung im wesentlichen über die ganze Breite des Gasraums erstrecken, daß je zwei einander benachbarte Mtorgane zusammen mit den Wänden des Gasraums einen axial verlaufenden GasStrömungskanal abgrenzen, daß mindestens der größere Teil der GasStrömungskanäle mit Einrichtungen (11) zum Erzeugen einer turbulenten Strömung versehen ist, und daß eine Einrichtung vorhanden ist, die dazu dient, den Wärmeübergang von der Feuerungskammer zu dem ringförmigen Gasraum durch die Wand der Feuerungskammer hindurch zu verringern, zu welcher eine wärmeisolierende Schicht (3) gehört, welche die Innenfläche der zylindrischen Wand des Feuerungsraums im wesentlichen überdeckt.

309882/0620

43 013
2. Kessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtungen zum Erzeugen einer turbulenten Strömung als zickzackförmige oder gewellte Umlenkorgane (11) ausgebildet sind, deren Hauptebenen sich in dem Gasraum in radialer Richtung erstrecken.
3. Kessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtungen zum Erzeugen einer turbulenten Strömung als gezackte (castellated) Umlenkorgane ausgebildet sind, die sich im rechten Winkel zur Achse des Kessels erstrecken.
4. Kessel nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch g e kennzeichnet , daß der Umfangsabstand zwischen zwei einander benachbarten, axial verlaufenden Leitorganen (5X im wesentlichen gleich der radialen Breite eines solchen Leitorgans ist.

309882/0670

JO

Leerseite