DE2461010A1

DE2461010A1 - Heizkessel mit einem rohrfoermigen feuerraum

Info

Publication number: DE2461010A1
Application number: DE19742461010
Authority: DE
Inventors: Heinz Wilquin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-12-21
Filing date: 1974-12-21
Publication date: 1976-07-01
Also published as: DE2461010B2

Description

Heizkessel mit einem rohrförmigen Feuerraum !i.e Erfindung betrifft einen Heizkessel mit einem rohrförmigen Feuerraum, an dessen einer Stirnseite ein Brenler angeordnet ist, einem Wasserraum in Form eines den Feuerraum umgebenden Doppelmantels mit Anschlüssen für rn Zufluß und den Abfluß des zu erhitzenden Wassers, woi.i die Mäntel von konzentrisch zueinander angeordneten und einen radialen Abstand voneinander aufweisenden, doppelendigen Rohren gebildet sind, die von innen nach außen abwechselnd vor dem gegenüber dem Brenner befindlichen Boden und dem brennerseitigen Boden enden, nach Patent 2 010 293.
) Die wesentlichsten Merkmale des vorbeschriebenen Kessels bestehen darin, daß der lichte Querschnitt zwischen denWänden der jeweiligen doppelwandigen Rohre etwa gleich groß ist wie die lichten Querschnitte der entsprechenden Zufluß- bzw.
Abflußrohre und daß diese Rohranschlüsse an den Enden der doppelwandigen Rohre angeordnet sind. Die zylindrisch ausgebildeten doppelwandigen Rohre weisen in ihrer Längsrichtung verlaufende Kanäle auf, die durch sickenförmige Einbuchtungen entweder einer Wand oder beider Wände gebildet werden, so daß das an einem Ende des Rohres zugeführte Wasser von einem an der Stirnseite angeordneten gemeinsamen Sammelkanal zwangsweise durch die in Längsrichtung verlaufenden Kanäle hindurchströmt und am Ende des Rohres in einem Sammelkanal aufgefangen und über einen Verbindungsflansch dem zweiten Rohr zugeleitet wird. In dem zweiten Rohr strömt das Wasser ausgehend von einem stirnseitig angeordneten Sammelkanal in entgegengesetzter Richtunq durch sich in Längsrichtung des zweiten Rohres erstreckende Kanäle zur Stirnseite des Kessels zurück, wo es in einem Sammelkanal aufgefangen und durch einen Abflußaischluß abgeführt wird.
Die an einer Stirnseite des Kessels erzeugten Verbrennungsgase strömen an der Innenwandung des inneren Rohres entlang, werden an der gegenüberliegenden Stirnseite des Kessels umgeleitet, um durch den sich zwischen den beiden konzentrisch angeordneten Rohren befindlichen Zwischenraum hindurchzuströmen und nach einer erneuten Umleitung an der brennerseitigen Stirnseite des Kessel und Rückströmung entlang der Außenseite des äußeren Rohres durch ein Abzugsrohr ins Freie auszutreten.
Wesentliche Vorteile des als Durchlauferhitzer dienenden vorbeschriebenen Kessels bestehen darin, daß er kein Speichervolumen aufweist, sich das Wasser infolge der Verteilung zu einem dünnen Film außerordentlich schnell erhitzt und der Kessel auf Regelverstellungen rasch reagiert, daß durch eine große Wärmeübertragung pro Flächeneinheit der Wirkungsgrad groß ist, während andererseits die Baugröße des Kessels bei einer gegebenen Leistung klein gehalten werden kann, so daß der Betrieb des Kessels sehr wirtschaftlich ist.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, den vorbeschriebenen Kessel in der Herstellung zu vereinfachen und die Betriebssicherheit des Kessels zu erhöhen, wobei die zur Erfüllung dieser Aufgabe dienenden Maßnahmen gleichzeitig zu einer Leistungssteigerung des Heizkessels beitragen sollen.
Die Erfindung besteht darin, daß die Wände jedes doppelwandigen Rohres entlang einer in Längsrichtung verlaufenden Mantellinie durch einen einzigen die Querströmung über die ganze Rohr länge unterbrechenden Steg miteinander verbunden sind. Dieser Steg kann in vorteilhafter Weise von einer zur Verbindung der Wandenden vorgesehenen Schweißnaht gebildet sein. Die Rohre können daher in einfacher Weise aus'dünnen Blechen geformt werden, die einerseits mittels der Stege miteinander verbunden und andererseits an den entsprechenden Stirnseiten des Kessels festgelegt sind.
Die im Bereich der Enden eines jeden doppelwandigen Rohres gelegenen Anschlüsse für den Zufluß und den Abfluß des zu erhitzenden Wassers sind in vorteilhafter Weise auf verschiedenen Seiten neben dem Steg angeordnet. Das an einem Ende eines Rohres eintretende Wasser ist infolge des zwischen den Anschlüssen liegenden Steges gezwungen, das Rohr ganz zu umströmen, um am anderen Ende des Rohres auf der anderen Seite des Steges durch den Abfluß auszutreten.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung wird die Verbindung zwischen dem äußeren doppelwandigen Rohr und dem inneren doppelwandigen Rohr von einer Wassertasche gebildet. Die Wassertasche besteht gemäß einer bevorzugten Ausführungsform aus zwei im Bereich des Endes des inneren Rohres angeordneten, den Rohrquerschnitt übergreifenden, parallelen Platten, die durch einen sie verhindenden Rand auf Abstand gehalten werden.
Da die Wassertasche im Abstand zum Rohrende des inneren Rohres angeordnet ist und den Rohrquerschnitt überdeckt, prallen die heißen Verbrennungsgase auf die brennerseitig angeordnete Stirnfläche und werden von dieser in den sich zwischen dem inneren und äußeren Rohr befindlichen Zwischenraum umgeleitet. Es ergibt sich infolgedessen nicht nur eine verbesserte Ausnutzung des Wärmeinhaltes der Verbrennungsgase, sondern die Wassertasche dient als zusätzlicher Schutz der dem Brenner gegenüberliegenden Stirnseite des Kessels, so daß die Betriebssicherheit des Heizkessels wesentlich erhöht wird. Dlessungen haben ergeben, daß durch die Ausbildung und Anordnung der Wassertasche eine Leistungssteigerung des Kessels von 20 bis 25% erzielt werden konnte.
Zur Verbesserung der Strömung innerhalb der Wassertasche ist gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung in der Wassertasche ein Wasserleitblech vorgesehen. Das Leitblech kann in vorteilhafter Weise vom Rand der Wassertasche ausgehend im wesentlichen entlang einer Radialebene bis zum gegenüberliegenden Randbereich verlaufen und mit seinem freien Ende in Strömungsrichtung abgebogen sein, so daß im wesentlichen zwei Kammerabschnitte gebildet werden, die durch den zwischen dem freien Leitblechende und dem Rand der Wassertasche gebildeten Strömungsquerschnitt miteinander in Verbindung stehen. Die Anschlüsse der Wassertasche für den Zufluß und den Abfluß des zu erhitzenden Wassers sind dabei vorteilhaft beidseitig neben dem Wasserleitblech angeordnet, so daß eine Kurzschlußströmung verhindert wird.
Um zu bewirken, daß das in die Wassertasche eintretende Wasser die gesamte Querschnittsfläche der Wassertasche überstreicht, so daß ein verbesserter Wärmeübergang zwischen den auf die brennerseitige Fläche der Wassertasche auftreffenden Verbrennungsgasen und dem in der Wassertasche zirkulierenden Wasser erzielt wird, sind der Anschluß der Wassertasche für den Zufluß des zu erhitzenden Wassers gemäß einer bevorzugten Ausführungsform im Randbereich und der Anschluß der Wassertasche für den Abfluß im mittleren Bereich der Wassertasche angeordnet.
Eine weitere Verbesserung des Wärmeaustausches zwischen dem zu erhitzenden Wasser und den die doppelwandigen Rohre umströmenden heißen Verbrennungsgasen wird dann erzielt, wenn die Wasserströmung nicht nur in Rohrlängsrichtung im Gegenstromprinzip erfolgt, sondern ebenfalls in Rohrquerrnchtung.
Dies kann gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel in vorteilhafter Weise dadurch erreicht werden, daß die Anordnung der Anschlüsse des äußeren Rohres, der Wassertasche und des inneren Rohres derart gewählt sind, daß bei einer Anordnung der Stege in einer gleichen Radialhalbebene die Anordnung der Anschlüsse des äußeren Rohres den Seiten der Radialebene umgekehrt zugeordnet sind wie die'Anordnung der Anschlüsse des inneren Rohres. D.h., daß der Zuflußanschluß des äußeren Rohres und der Abflußan schluß des inneren Rohres auf der einen Seite der sich deckenden Stege angeordnet sind, während sich der Zuflußanschluß des inneren Rohres und der Abflußanschluß des äußeren Rohres auf der anderen Seite der sich deckenden Stege befinden.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigen: Fig.1 eine schematische Längsschnittansicht durch den erfindungsgemäßen Heizkessel; Fig.2 eine schematische Querschnittansicht durch den in der Fig.1 gezeigten Heizkessel mit teilweise weggebrochener Wassertasche, wobei die Wasserströmung im inneren und äußeren Rohr in der gleichen Querrichtung erfolgt, und Fig.3 eine schematische perspektivische Ansicht des inneren Teiles eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Heizkessels, wobei die Anordnung der Anschlüsse jedoch derart gewählt ist, daß die Wasserströmung im inneren und äußeren Rohr in entgegengesetzter Querrichtung erfolgt.
Der in der Fig.1 gezeigte schematische Heizkessel besitzt einen Mantel 1, der stirnseitig durch die Böden 2 und 3 verschlossen ist. Während der Brenner 4 am stirnseitigen Boden 2 befestigt ist, befindet sich ein Abzugsrohr 5 für die vom Brenner ausgehenden heißen Verbrennungsgase im Bereich des hinteren stirnseitigen Bodens 3.
Innerhalb des zylindrischen Mantels 1 sind zwei zylindrische doppelwandige Rohre 6 und 7 montiert, wobei sich das innere Rohr 6 mit seinem in Bezug auf die Zeichnung linken Ende an den stirnseitigen Boden 2 anschließt, während das äußere Rohr 7 mit seinem in Bezug auf die' Zeichnung rechten Ende am stirnseitigen Boden 3 befestigt ist. Der Durchmesser der beiden Rohre und des Mantels ist derart gewählt, daß sich zwischen den beiden Rohren bzw. dem äußeren Rohr und dem Mantel jeweils ein Abstand ergibt, und die freien Enden der Rohre befinden sich in einem Abstand von den benachbarten Stirnwänden des Heizkessels, so daß die vom Brenner 4 ausgehenden Verbrennungsgase ungehindert zwischen den Rohren 6 und 7 bzw.
dem äußeren Rohr 7 und dem Mantel 1 umgeleitet werden, um durch das Abzugsrohr 5 in die freie Atmosphäre austreten zu können.
Wie insbesondere aus der Fig.2 zu entnehmen ist, besteht jedes der doppelwandigen Rohre 6 und 7 aus einer Innenwand 8 und einer Außenrand 9. Der Abstand zwischen den Wänden ist verhältnismäßig klein und beträgt z.B. 1 mm oder entspricht etwa der Stärke der Bleche, aus denen die Rohre hergestellt sind.
Die Wände 8, 9 jedes doppelwandigen Rohres 6, 7 sind entlang einer in Längsrichtung verlaufenden Mantellinie durch einen einzigen die Querströmung über die ganze Rohrlänge unterbrechenden Steg 10 bzw. 11 miteinander verbunden. Diese Stege bewirken, daß das durch einen am in Bezug auf die Fig.1 linken Ende des äußeren Rohres 7 angeordneten Zuflußanschluß 12 zugeführte Wasser um den ganzen Rohrmantel des äußeren Rohres 7 herumströmen muß, hevor es durch einen am rechten Ende des äußeren Rohres angeordneten und auf der gegenüberliegenden Seite des Steges 11 liegenden Abf lußanschluß 13 in eine Wassertasche 14 eintreten kann, wobei die Wasserströmung in Richtung der in der Fig.2 eingezeichneten Pfeile erfolgt.
Die Wassertasche 14 wird von zwei parallelen Platten 15 und 16 gebildet, die durch einen sie verbindenden Rand 17 auf Abstand gehalten werden. Innerhalb der Wassertasche ist ein Wasserleitblech 18 angeordnet, welches für eine bessere Verteilung des eintretenden Wassers über den gesamten Querschnitt der Wassertasche 14 sorgt und eine Kurzschlußströmung zwischen dem Abflußanschluß 13 des äußeren Rohres 7 und dem Zuflußanschluß 19'des inneren Rohres 6 verhindert.
Der Zuflußanschluß 19 des inneren Rohres 6, der gleichzeitig Abf lußanschluß für die Wassertasche ist, mündet in Bezug auf die Fig.2 links vom Steg 10 in das doppelwandige innere Rohr 6 ein, so daß die Wasserströmung in gleicher Richtung (entgegen dem Uhrzeigersinn) erfolgt wie die Wasserströmung in dem äußeren doppelwandigen Rohr 7. Da der Steg 10 entlang einer Mantellinie des inneren Rohres 6 verläuft und die Querströmung verhindert, ist das Wasser gezwungen, um den ganzen Mantel des Rohres 6 herumzuströmen, bevor es durch den auf der anderen Seite des Steges 10 gelegenen und am brennerseitigen Ende des Rohres 6 angeordneten Abflußanschluß 20 zum Verbraucher gelangt.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Heizkessels zeigt die Fig.3. Zum besseren Verständnis sind der Mantel 1 und der Brenner 4 fortgelassen. Die sich entsprechenden Teile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Der Unterschied des in der Fig.3 gezeigten Ausführungsbeispiels gegenüber dem in der Fig.2 gezeigten Ausführungsbeispiel besteht darin, daß'der Zuflußanschluß 19 für das inn,ere Rohr 6 in Fig.3 in Bezug auf den Rohrquerschnitt gesehen rechts vom Steg 10 liegt, während bei dem Ausführungs-, beispiel in Fig.2 der Zuflußanschluß 19 in Bezug auf den Rohrquerschnitt links vom Steg 10 liegt. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die Wasserströmung innerhalb des inneren Rohres 6 in Querrichtung der Wasserströmung innerhalb des äußeren Rohres 7 entgegengerichtet ist.
Beim Betrieb des Kessels tritt aus' dem Brenner 4 eine durch die Pfeile 21 angedeutete Flamme aus. Während die Flamme brennt, strömt ständig Wasser durch die Rohre 6 und 7.
Das Wasser tritt entsprechend dem Pfeil 22 in den Zuflußanschluß 12 des äußeren Rohres 7 ein, umströmt den Rohrmantel entgegen dem Uhrzeigersinn und gelangt auf die gegenüberliegende Seite des Steges 11, um durch den Abflußanschluß 13 aus dem Rohr 7 auszutreten und in die Wassertasche 14 einzutreten. In der Wassertasche 14 strömt das Wasser auf der Rückseite des Wasserleitbleches 18 entlang und um den unteren gekrümmten Teil des Wasserleitbleches herum zum Zuflußanschluß 19 des inneren Rohres 6 und tritt in Bezug auf die Fig.3 auf der rechten Seite des Steges 10 in das innere Rohr 6 ein, strömt um den Mantel des Rohres herum und gelangt zum Abflußanschluß 20, der in Bezug auf die Fig.3 auf der linken Seite des Steges 10 liegt. Durch den Abflußanschluß 20 gelangt das erhitzte Wasser zum Verbraucher.

Claims

Patentansprüche

1. Heizkessel mit einem rohrförmigen Feuerraum, an dessen einer Stirnseite ein Brenner angeordnet ist, einem Wasserraum in Form eines den Feuerraum umgebenden Doppelmantels mit Anschlüssen für den Zufluß und den Abfluß des zu erhitzenden Wassers, wobei die Mäntel von konzentrisch zueinander angeordneten und einen radialen Abstand voneinander aufweisenden, doppelwandigen Rohren gebildet sind, die von innen nach außen abwechselnd vor dem gegenüber dem Brenner befindlichen Boden und dem brennerseitigen Boden enden, nach Patent 2 010 293, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Wände (8, 9) jedes doppelwandigen Rohres (6, 7) entlang einer in Längsrichtung verlaufenden Mantellinie durch einen einzigen die Querströmung über die ganze Rohrlänge unterbrechenden Steg (10, 11) miteinander verbunden sind.

2. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h fl e t , daß der Steg (10, 11) von einer zur Verbindung der Wandenden vorgesehenen Schweißnaht gebildet ist.

3. Heizkessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die im Bereich der Enden eines doppelwandigen Rohres (6, 7) gelegenen Anschlüsse (12, 13) für den Zufluß und den Abfluß des zu erhitzenden Wassers-auf. verschiedenen Seiten neben dem Steg (10, 11) angeordnet sind.

4. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Verbindung zwischen dem äußeren doppelwandigen Rohr (7) und dem inneren doppelwandigen Rohr (6) über eine Wassertasche (14) erfolgt.

5. Heizkessel nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Wassertasche (14) von zwei im Bereich des Endes des inneren Rohres angeordneten, den Rohrquerschnitt übergreifenden, parallelen Platten (15, 16) gebildet ist, die durch einen sie verbindenden Rand auf Abstand gehalten sind.

6. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß in der Wassertasche ein Wasscrteitblech (18) angeordnet ist.

7. Heizkessel nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Wasserl.eitblech (18) vom Rand der Wassertasche (14) ausgehend im wesntlichen entlang 'einer Radialebene bis zum gegenüberliegenden Randbereich verläuft und mit seinem freien Ende in Strömungsrichtung abgebogen ist, so daß im wesentlichen zwei Kammerabschnitte gebildet werden, die durch den zwischen dem freien Leitblechende und dem Rand der Wassertasche gebildeten Strömungsquerschnitt miteinander in Verbindung stehen.

8. Heizkessel nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Anschlüsse der Wassertasche (14) für den Zufluß und den Abfluß des zu erhitzenden Wassers beidseitig neben dem Wasser leitb lech (18)angeordnet sind, so daß eine Kurzschlußströmung verhindert ist.

9. Heizkessel nach Anspruch 8, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Anschluß (13) der Wassertasche (14) für den Zufluß des zu erhitzenden Wassers im Randbereich und der Anschluß (19) der Wassertasche für den Abfluß im mittleren Bereich der Wassertasche angeordnet sind.

10. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Anordnung der Anschlüsse (12, 13) des äußeren Rohres (7) der Wassertasche (14) und des innerenRohres (6) derart gewählt sind, daß die Wasserströmung im äußeren und inneren Rohr im Rohrquerschnitt entgegengesetzt gerichtet ist, wbei insbesondere bei einer Anordnung der Stege (10,11) in einer gleichen Radialhalbebene die Anordnung der Anschlüsse des äußeren Rohres den Seiten der Radialhalbebene umgekehrt zugeordnet ãind wie die Anordnung der Anschlüsse des inneren Rohres.