DE2349202A1

DE2349202A1 - Kessel fuer zentralheizungsanlagen

Info

Publication number: DE2349202A1
Application number: DE19732349202
Authority: DE
Inventors: Francis Emmanuel Joseph Briffa; Dominick Anthony Ce Mccausland; John Kenneth Pearson
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1972-10-02
Filing date: 1973-10-01
Publication date: 1974-04-11
Also published as: JPS4972755A; FR2201443A1; GB1448670A; IT999599B; FR2201443B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Kessel für Zentralheizungsanlagen, mit einem im wesentlichen zylindrischen Brennraum, einer Mittelöffnung an der geschlossenen Vorderseite zur Aufnahme eines Bermers, einem ringförmigen Rauchgaskanal, der den Brennraum gleichachsig umgibt und mit diesem an dessen geschlossenem Boden in Verbindung steht, sowie mit einem den ringförmigen Rauchgaskanal gleichachsig umgebenden doppelwandigen und den Wasserraum begrenzenden Wassermantel, dessen Bodenteil den Böden des Brennraumes bildet.

Unter "zylindrischem Raum" wird ein beliebiger Raum oder Kammer verstanden, der eine im mathematischen Sinne zylindrische Gestalt aufweist, einschließlich elliptischer und ovaler Formgebungen. Geringfügig konische oder ähnliche Ausbildungen werden ebenfalls als "im wesentlichen zylindrisch" verstanden.

Pie Bauweise des Kessels kann senkrecht, waagerecht oder schräg sein. Der Brennraum kann aus Stahlblech oder einem beliebigen anderen Werkstoff hergestellt sein. Der den

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Wasserraum begrenzende Wassermantel ist so gestaltet, daß seine zylindrische Innenwand gleichzeitig die Außenwand des ringförmigen Rauchgaskanals bildet. Die Außenwand des Wassermantels muß jedoch nicht die allerdings bevorzugte zylindrische Gestalt aufweisen, sondern kann in Querschnittsansicht auch quadratisch oder rechteckig sein.

Kessel mit der vorbeschriebenen Ausbildung werden als der eingangs gegebenen Definition entsprechend betrachtet und in der nachfolgenden Beschreibung mit "Kessel der eingangs erwähnten Art" bezeichnet.

Bei Kesseln der eingangs erwähnten Art, bei denen zum Transportieren der Wärme zu den Heizkörpern V/asser verwendet wird, können im Betrieb Schwierigkeiten dadurch auftreten, daß die Wärmeübertragung zwischen einem Gas und der Kesselwand beträchtlich geringer ist als zwischen einer Flüssigkeit und der Kesselwand. Nachdem dieses Problem einmal erkannt war, sind verschiedene Kesselausbildungsformen entwickelt worden, wobei man der Wärmeübertragung vom Gas auf die Flüssigkeit besondere Beachtung schenkte und man sich insbesondere bemühte, eine möglichst hohe Wärmeübertragungsleistung zu erreichen.

In diesem Zusammenhang wurde vorgeschlagen, die Strömungsgeschwindigkeit des Gases zu beeinflussen oder den vom Gas beim Durchströmen des Kessels zurückgelegten Weg zu verlängern. In einer Ausbildungsform hat man die Fläche der vom Gas bespülten Wand vergrößert, indem man das Gas durch eine Mehrzahl von Rohren leitete und/oder im Gaskanal Rippen anordnete. Bei anderen herkömmlichen Ausbildungsformen sind in den Gasströmungskanal Vorrichtungen eingebaut, die die Gasströmung verzögern.

Im Betrieb dieser herkömmlichen Ausbildungsformen ergibt sich jedoch ein erhöhter Strömungswiderstand, der zu verstärkten Anlagerungen führen kann, da die verschiedenen Kanäle infolge

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der in ihnen vorgenommenen Einbauten verhältnismäßig eng sein können. Außerdem tragen derartige relativ komplizierte Konstruktionen nicht zur leichten Zugänglichkeit des Kessels für die in regelmäßigen Zeitabständen vorzunehmenden Untersuchungen bei.

Da die Tendenz besteht, Kessel der eingangs erwähnten Art in zunehmend gedrängter Bauweise zu konstruieren, um der Nachfrage nach Kesseln mit minimalem Raumbedarf für kleine Häuser und Wohnungen entgegenzukommen, ergibt sich ein weiteres Problem im Zusammenhang mit der Verweilzeit des in derartig kleinen Kesseln zu erwärmenden Wassers, wenn die Maßnahmen zur Verbesserung der Wärmeübertragung aus dem Gasraum einmal ihre optimale Grenze erreicht haben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kessel mit hoher Wärmeübertragungsleistung zu schaffen, dem die vorgenannten Nachteile nicht anhaften.

Diese Aufgabe ist mit einem Kessel der eingangs erwähnten Art gelöst, der sich erfindungsgemäß dadurch auszeichnet, daß im ringförmigen Rauchgaskanal an der Wand des Wassermantels eine Mehrzahl von bandförmig angeordneten, in den Rauchgaskanal hineinragenden Zapfen angebracht ist, wobei die Zapfenbänder so angeordnet sind, daß die Zapfen einander benachbarter Bänder gegeneinander versetzt sind, und daß die Wand des Wassermantels an der Wasserseite wenigstens eine durchgehende, wendeiförmige Rippe aufweist, die von der Wand nach innen in den Wasserraum hineinragt.

Der Vorteil dieser Ausbildungsform besteht darin, daß das heiße G-as den ringförmigen Rauchgaskanal mit einer Turbulenzbewegung zu durchströmen vermag, wodurch ein Teil des Wärmeinhaltes auf die Zapfen übertragen wird, durch die diese Wärme an die Wand des Wassermantels und somit an das V/asser weitergegeben wird. Die Wärmeübertragungsfläche ist somit

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durch die Zapfen in beträchtlichem Umfange vergrößert, ohne daß der Strömungswiderstand merklich erhöht ist.

Die Zapfen sind an der Gasseite angebracht, um ein äußerst hohes Niveau lokaler Turbulenz zu begünstigen und auch um an der Gasseite eine große Fläche für eine wirksame Wärmeübertragung zu schaffen.

Die wendelförmige Rippe ist die Leitschaufel (Leitblech) für die Wasserführung und gewährleistet eine gleichförmige Wasserströmung über jeden Teil der Wärmeaustauscherfläche und eine lange Verweilzeit des durch den Kessel strömenden Wassers. Beide Wirkungen begünstigen eine wirksame Wärmeübertragung auf das Wasser.

Wären die Zo,pfen an der Wasserseite angebracht, würden sie zwar zur Verstärkung der V/asserturbulenz beitragen, jedoch nicht eine gleichförmige Wasserströmung über jeden Teil der Wärmeübertragungsfläche gewährleisten. Die Folge könnte eine ungleichmäßige Erwärmung des Wassers und möglicherweise ein Sieden sein.

Eine an der Gasseite angebrachte wendelförmige Rippe würde lediglich dazu dienen, die Gase in einer wendeiförmigen Strömungsbahn zu leiten, ohne ein hohes Turbulenzniveau zu erzeugen, das für eine wirksame Wärmeübertragung an der Gasseite wesentlich ist.

Für eine wirksame Wärmeübertragung von Gas auf Wasser sind sowohl die Anbringung von Zapfen an der Gasseite als auch eine wendelförmige Rippe an der Wasserseite von wesentlicher Bedeutung. Bei Fehlen einer wendeiförmigen Rippe würde sich eine ungleichmäßige Verteilung der Wärmeübertragung auf das Wasser ergeben und es bestünde die Gefahr örtlich begrenzten Siedens. Ohne Zapfen an der Gasseite wäre die lokale Turbulenz gering und die Wärmeübertragung vom Gas auf die Wand daher sehr niedrig.

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Die Zapfen sind gegeneinander versetzt, um eine ausnehmend starke Turbulenz zu begünstigen. Dadurch ist es möglich, die Anzahl der Zapfen auf einem Minimum zu halten.

Die Zapfen, die Wand und die wendeiförmige Rippe sind vorzugsweise in einem Stück gegossen, so daß sich dem Wärmestrom kein durch Verbindungsstellen bedingter Widerstand entgegenstellt. Die Wärmeübertragungsleistung wird dadurch gesteigert.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels mit weiteren Einzelheiten erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine Ausbildungsform eines Kessels in erfindungsgemäßer Ausbildung und

Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines Teiles des Kessels, in der die Zapfen-Rippe-Konfiguration zu erkennen ist.

Im in Fig. 1 dargestellten Beispiel eines in senkrechter Bauweise ausgeführten Kessels nach der Erfindung ist mit 1 ein zylindrischer Brennraum bezeichnet, der eine Wand 2 und einen offenen Boden 3 aufweist und in Achsenrichtung von einem ringförmigen Rauchgaskanal 4 umgeben ist, welcher mit dem Boden des Brennraumes in Verbindung steht.

Der Kessel ist mit einem Deckel 6 versehen, der normalerweise an der Kesselvorderseite angebracht ist, in diesem Beispiel jedoch mit Befestigungsmitteln 7 am oberen Teil des Kessels. Der Deckel weist eine Mittelöffnung 8 auf, in die ein mit nach unten gerichteter Flamme arbeitender Brenner 5 eingeführt ist. Im oberen Teil des Kessels ist an den ringförmigen Rauchgaskanal 4 ein Rauchgasabzug 9 angeschlossen. Der Rauchgaskanal 4 ist von einem gleichachsig angeordneten Wassermantel

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umgeben, der an der Außenseite eine (nicht gezeichnete) Isolierung aufweisen kann. Der Wassermantel 10 ist mit dem Boden des Kessels, der bei diesem Beispiel doppelwandig ausgeführt ist, einstückig ausgebildet oder fest verbunden.

An der Außenwand des ringförmigen Rauchgaskanals 4, d.h. an der Innenwand des Wassermantels ist eine Mehrzahl von Zapfen 11 angebracht, wodurch die Geschwindigkeit der Wärmeübertragung (des Wärmeüberganges) von den Gasen auf die Kesselwand erhöht wird.

Im Wassermantel 10 ist eine wendeiförmige Rippe 12 angeordnet, die mit der Innenwand des Wassermantels einstückig ausgebildet oder fest verbunden ist.

Weiterhin ist der Kessel mit je einem Wasser-Ein- und -Auslaß, sowie mit einem Lufteinlaß und einer Brennstoff-Fördervorrichtung für den Brennerteil versehen. " .

Fig. 2 zeigt eine mögliche Anordnung zum Gießen der Zapfen. Jede Stufe umfaßt sechs Gruppen zu je fünf Zapfen, d.h. sie ist als Sechseck ausgebildet. Das Zapfen-Anordnungsmuster ist je nach dem Gießverfahren abänderbar und kann beispielsweise vier Gruppen zu je acht Zapfen (quadratische Anordnung), fünf Gruppen zu je sechs Zapfen (Fünfeck-Anordnung), etc. umfassen.

BEISPIEL

Für eine leistungsfähige Ausbildungsform eines in gedrängter Ba-uweise ausgeführten Kessels nach der Erfindung werden die nachstehenden bevorzugten Abmessungen und Werkstoffe vorgeschlagen. (Vgl. hierzu Fig. 1.)

a) Brennraum 1

Durchmesser D, etwa 125 oder 150 mm

Länge, etwa 400 mm

Werkstoff korrosionsbeständiger Stahl

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	400	mm	2
	200	mm	2
25	,36	dm
50	,78	dm
450 bis	650
8 bis	38	mm

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b) ringförmiger Rauchgaskanal 4

Länge 1, etwa

Außendurchmesser d, etwa zapfenfreie Fläche, etwa mit Zapfen besetzte Fläche, etwa Anzahl der Zapfen

Zapfenlänge L, etwa

Zapfendurchmesser an der Basis d-g .

(Fig. 2), etwa 9,5 mm

Diese Zapfen können geradlinig parallel

oder kegelig ausgeführt sein. Zapfenabstand ν in senkrechter Richtung,

(Fig. 1), etwa 9,5 bis 16 mrn

Zapfenabstand h in waagerechter

Richtung, (Fig. 2), etwa 9,5 bis 16 mm

Ringspalt zwischen Brennraumwand 2 und Innenwand des Wasserraumes bzw. der

Wasserräume, etwa 25 bis 38 mm

Werkstoff der Zapfen Flußstahl, Gußeisen oder

Legierungen von Stahl
oder einem beliebigen
Nichteisenmetall

Die Zapfen sollen gegeneinander versetzt sein.

Die Zapfen können gerade oder kegelig dreieckig

(prismatisch) oder gerade oder kegelig zylindrisch

ausgebildet sein.

Beim geraden dreieckigen Zapfen beträgt die maximale Seitenlänge etwa 13 nun.

c) Wassermantel 10

Dicke der nackten Wand, etwa 6,4 bis 9,5 mm

Dicke der wendeiförmigen Rippe, etwa 4,8 bis 7,9 ram Steigung ρ (Fig. 1), etwa 25 bis 75 mm

Anzahl der Rippenwindungen 4 Ms 16

Die wendeiförmige Rippe kann über die ganze oder die halbe Länge des Wärmetauschers geführt sein.

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Wassermantelbreite g zwischen

Kesselwand und Äußenhülle (Fig.1), etwa 13 bis 25 mm Höhe der wendeiförmigen Rippe, etwa 13 bis 25 ebb

Werkstoff des Wassermantels Flußstahl, Gußeisen oder

Legierungen von Stahl oder einem beliebigen Nichteisenmetall

Die Zapfen, die Wärmeaustauscherwand und die Rippen können in einem Stück aus Gußeisen oder einer Legierung eines beliebigen Nichteisenmaterials gegossen oder aus anderen Werkstoffen angefertigt sein.

Es ist möglich, die Zapfen und die Rippen in Flußstahl auszuführen und anzuschweißen.

Ein derartiger Kessel ist für den Betrieb mit einer Heizleistung, zwischen etwa 15 100 und etwa 30 200 kcal/h geeignet.

Es leuchtet ein, daß die Erfindung nicht auf das vorstehende Ausführungsbeispiel beschränkt ist. So ist es möglich, sowohl eine Mehrzahl von Rauchgaskanälen als auch eine Mehrzahl von Wassermänteln vorzusehen. Im Rahmen der Erfindung sind weiterhin andere als die dargestellte senkrechte Bauweise möglich.

Die Erfindung ist mit besonderem Vorteil zur Verwendung in Wohnungen oder kleinen Häusern geeignet, die keine Kellerräume für eine Zentralheizungsanlage aufweisen. Sie ist jedoch nicht auf diese Anwendungsfälle beschränkt und kann für alle Heizzwecke verwendet werden.

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Claims

ANS PR Ü C H E

Kessel, insbesondere für
Zentralhexzungsanlagen, mit einem im wesentlichen zylindrischen Brennraum, einer Mittelöffnung an der geschlossenen Vorderseite zur Aufnahme eines Brenners, einem ringförmigen Rauchgaskanal, der den Brennraum gleichahsig umgibt und mit diesem an dessen geschlossenem Boden in Verbindung steht, sowie mit einem den ringförmigen Rauchgaskanal gleichachsig umgebenden, doppelwandigen .und den Wasserraum begrenzenden Wassermantel, dessen Bodenteil den Boden des Brennraumes bildet, dadurch gek ennze ichnet, daß im ringförmigen Rauchgaskanal (4) an der Wand des Wassermantels (10) eine Mehrzahl von bandförmig angeordneten, in den Rauchgaskanal (4) hineinragenden Zapfen (11) angebracht ist, wobei die Zapfenbänder so angeordnet sind, daß die Zapfen (11) einander benachbarter Bänder gegeneinander versetzt sind, und daß die Wand des Wassermantels (10) an der Wasserseite wenigstens eine durchgehende, wendeiförmige Rippe (12) aufweist, die von der Wand nach innen in den Wasserraum hineinragt.
2. KeEBeI nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zapfen (11), die wendeiförmige(n) Rippe(en) (12) und die gemeinsame Wand zwischen den Zapfen (11) und der (den) Rippe(n) (12) in einem Stück gegossen sind.

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