DE2548540C3

DE2548540C3 - Brennkammer für einen Flüssigkeitserhitzer

Info

Publication number: DE2548540C3
Application number: DE2548540A
Authority: DE
Inventors: Harold O. Tulsa Okla. Ebeling (V.St.A.)
Original assignee: Black Sivalls & Bryson Inc Houston Tex (vsta)
Current assignee: Black Sivalls & Bryson Inc Houston Tex (vsta)
Priority date: 1975-03-21
Filing date: 1975-10-30
Publication date: 1980-01-03
Also published as: NL7513086A; SE7512280L; GB1487455A; DE2548540A1; US3924574A; NO753604L; NO139706C; NO139706B; AU8605075A; IT1045590B; BE835240A; DE2548540B2; ATA841975A; ZA756749B; JPS51110743A; BR7507274A; FR2304871A1

Description

Die Ei findung bezieht sich auf eine Brennkammer für einen Flüssigkeitserhitzer, mit einer Vorderwand, einer Rückwand und Seitenwänden, mit mindestens einem in der Bodenwand angeordneten, zur Rückwand gerichte- ^w ten Brenner sowie mit Flüssigkeitsrohren und mit mindestens einem Abgasstutzen.

Bei einer bekannten Brennkammer dieser Art sind die Seitenwände durch einen inneren Wassermantel gebildet, der mit Durchbrechungen versehen ist oder aus ^ Rohrringen oder Rohrschrauben besteht. Dieser innere Wassermantel ist von einem äußeren Wassermantel umgeben, wobei in dem Raum zwischen den Wassermänteln der Abgasstutzen angeschlossen ist, Der Brenner ist gegen die den inneren Wassermantel abschließende Rückwand gerichtet. Die Brenngase gehen aufgeteilt durch die öffnungen des inneren Wassermantels in den Raum zwischen den beiden Wassermänteln und von dort direkt in den Abgasstutzen. Dies ergibt noch keine maximal günstige Ausnut' zutlg der im Rauchgasstrom enthaltenen Wärme (DE-OS 14 54 465).

Es ist auch eitle Brennkammer bekannt geworden, bei der der Brenner nicht gegen die Rückwand, sondern gegen die zylinderförmige Seitenwand gerichtet ist. Durch Kondensatoren und schraubenförmig angeordnete Rohrbündel werden die Rauchgase auf schraubenförmigem Wege direkt in den Abgasstutzen geleitet. Diese bekannte Brennkammer macht nicht von der mehrfachen Führung der Rauchgase um die Flüssigkeitsrohre Gebrauch, die eine besonders günstige Wärmeausnutzung ergibt (FR-PS 21 88 116).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wirkungsgrad der Brennkammer zu verbessern und die Verbrennungsgase so ?.ü führen, daß sie gezwungen sind, mehrfach um die Flüssigkeitsrohre zu zirkulieren.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß in der Brennkammer parallel zur Vorderwand eine eine Sammelkammer von der Brennkammer abteilende, mit einer Durchtrittsöffnung versehene Ablenkplatte angeordnet ist und daß die Flüssigkeitsrohre beidseitig der Ablenkplatte angeordnet und der oder die Abgasstutzen mit der Sammeikammer verbunden sind.

Bei dieser Art der Rauchgasführung wird das Gas an der Rückwand umgelenkt und auf der Rückseite der Rohre abwärts zwischen den Rohren wieder hindurchgeführt, wobei es erneut nach aufwärts mitgerissen wird, bis es den Weg in die Sammelkammer und von dort in den Abgasstutzen findet. Bei dieser Führung kommt das Rauchgas mehrfach mit den Flüssigkeitsrohren in Berührung.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels nachstehend beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer Form einer Brennkammer,

F i g. 2 eine Frontansicht einer Brennkammer nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie HI-IiI der Fig. 1,

Fig.4 eine Vorderansicht eines Schnittes nach der Linie IV-IVder F ig. 3,

Fig. 5 eine Vorderansicht eines Schnittes einer zweiten Ausführungsform der Brennkammer,

Fig. 6 einen Querschnitt nach der Linie VI-VI der Fig. 5.

Es seien zunächst die Fig. 1 bis 4 besprochen. Die dargestellte Brennkammer 18 weist eine rechteckige Vorderwand 12, eine rechteckige Rückwand 14 und vier rechteckige Seitenwände 16 und 17 auf. Eine Mehrzahl von Flüssigkeitsrohren 20 ist innerhalb der Brennkammer 18 parallel zueinander und parallel zu zwei gegenüberliegenden Seitenwänden 16 angeordnet und njteinander durch Umkehrkrümmer 22 verbunden. Wie man am besten aus den F i g. 3 und 4 ersieht, sind die Flüssigkeitsrohre 20 zweckmäßig in zwei Rohrlagen 25 und 27 aufgeteilt, die an gegenüberliegenden Seiten der Brennkammer 18 angeordnet sind, so daß ein von Flüssigkeitsrohren freier Raum zwischen der Vorderwand 12 und der Rückwand 14 der Brennkammer 18 geschaffen wird. Jede der Rohrlagen 25 und 27 weist einen Einlaßstutzen 24 und einen Auslaßstutzen 26 auf, die durch eine der SeitenWände der Brennkammer 18 gehen.

Zwei Hochleistungsbrenner 30 sind an der Vorderwand 12 zwischen den Seitenwänden 17 angeordnet, und erzeugen heiße Verbrennungsgase, die mit einer relativ hohen Geschwindigkeit unter Überdruck in die Brennkammer strömen.

jeder Brenner 30 enthält einen Einiaßstutzen 32 für die Verbrennungsluft, der mit einer Druck-Luft-Leitung

verbunden ist, etwa mit einem Gebläse (nicht dargestellt), und besitzt einen Gaseinlaßstutzen 34, der mit einer Gas-Leitung verbunden ist. Instrumente und Steuerungseinrichtungen (nicht dargestellt) sind in Verbindung mit dem Brenner 30 vorgesehen, so daß Brennstoff und Verbrennungsluft einer im wesentlichen stöchiometrischen Mischung zugeführt werden. Innerhalb der Bre.iner 30 findet eine im wesentlichen vollkommene Verbrennung der Mischung statt, wodurch Rauchgasströme von verhältnismäßig hoher in Geschwindigkeit durch die Brennkammer 18 in Richtung auf die Rückwand 14 gefördert werden.

Zwei Ablenkplatten 36 sind im unteren Teil der Brennkammer 18 parallel zur Vorderwand angeordnet Jede Ablenkplatte 36 ist rechteckig gestaltet und ü dichtend, z. B. durch Schweißen, an drei Seiten an den Seitenwänden 16,17 befestigt, wobei die Ablenkplatten an gegenüberliegenden Seiten der Brennkammer 18 angeordnet sind, so daß sie eine rechteckige Öffnung offenlassen, die über den Brennern 30 verläuft. 2u

Die Ablenkplatten 36 bilden mit der Vordcrwand 12 eine Sammelkammer 38. Die unteren Teile der Rohrlagen 25 und 27 sind in dieser Sammelkammer 38 angeordnet, wie es aus F i g. 2 ersichtlich ist. Zwei Abgasstutzen 40 sind an den Seitenwänden 17 durch >s Flansche 42 angebracht, die mit der Sammelkammer 38 in Verbindung stehen, so daß die Verbrennungsgase, die aus der Brennkammer 18 abgezogen werden, gezwungen sind, durch die Sammelkammer 38 zu fließen.

Innerhalb der Brennkammer 18 sind zwei langge- 3n streckte konkav-kovexgeforrnte Ablenkplatten 44 angeordnet, wobei die Konkavl'Iächen gegen die Flüssigkeitsrohre 20 gerichtet sind. Die Ablenkplatten 44 sind an den Seitenwänden 17 und an der Oberseite der Ablenkplatten 36, beispielsweise durch Schweißen, )5 befestigt. Die Ablenkplatten 36 und 44 können einstückig oder aus einer Mehrzahl von Metallplatten hergestellt werden.

Die in deti F i g. 5 und 6 dargestellte Brennkammer ist ähnlich der eben beschriebenen, mit der Ausnahme, daß -tu die Vorderwand 52 und die Rückwand 54 kreisförmig sind und die Seitenwände durch eine zylindrische Wand 56 gebildet sind und eine zylindrische Brennkammer 58 ergeben.

Innerhalb der Brennkammer 58 sind schraubenförmi- 4Ί ge Flussigkeitsrohre 60 angeordnet, die so verbunden sind, daß sie zwei hintereinandergeschalteie Schraubenwindungen ergeben, und einen Einlaßstutzen 62, durch die zylindrische Wand 56 geht sowie einen Auslaßstutzen 64, durch die Rückwand 54 aufweisen. Eine ί< > kreisförmige Ablenkplatte 66 ist in der Brennkammer 58 parallel über der Vorderwand 52 angeordnet und an ihrem Umfangsrand an der zylindrischen Wand 56, beispielsweise durch Schweißen, befestigt. Ein Hochleistungsbrenner 68, dessen Brennerdüse sich unter der ·· Öffnung der Ablenkplatte 6€i befindet, ist im Zentrum der Vorderwand 52 angeordnet. Eine Sammelkammer 69 ist zwischen der Ablenkplatte 66 und der Yorderwand 52 gebildet. Vier Abgasstutzen 70, die mit der Sammelkammer 69 in Verbindung stehen, sind mit w> der zylindrischen Wand 56 durch Flansche 72 verbunden.

Zweckmäßig haben die Flüssigkeitsrohre 60 einen solchen Durchmesser und sind so angeordnet, daß sie im Querschnitt nach F i g. 5 vertikal über der ringförmigen > >s Ablenkplatte 66 gestaffelt sind und ein von Flüssigkeitsrohren freier Raum zwischen der Vorderwand 52 und der Rückwand 54 der Brennkammer 58 geschaffen ist.

Mehrere der Flüssigkeitsrohre 60 sind innerhalb der Sammelkammer 69 angeordnet, die durch die Ablenkplatte 66 gebildet ist

Eine kreisförmige konkav-konvexe Ablenkplatte 76 ist mit ihrer Konkavfläche gegen die Flüssigkeitsrohre 60 angeordnet und mit der zylindrischen Wand 56 und der Oberseite der kreisförmigen Ablenkplatte 66 verbunden.

Beim Betrieb des Flüssigkeitserhitzers nach den F i g. 1 bis 4 werden in den Brennern 30 Ströme von heißen Verbrennungsgasen mit hoher Geschwindigkeit erzeugt und in die Brennkammer 18 gerichtet Sie treffen auf die Rückwand 14 auf, zirkulieren um die Flüssigkeitsrohre 20 und fließen in einer im wesentlichen abwärts gerichteten Richtung gegen die Ablenkplatten 44 und 36, wie es durch die Pfeile in F i g. 3 angedeutet ist Mindestens ein Teil der Verbrennungsgase trifft auf die Ablenkplatten 44 und 36 auf und veranlaßt sie, mit im wesentlichen .-.. -wärts gerichteter Richtung um die Fiüssigkeiisruhre 20 u· üukzuzirkuiieren. Die Verbrennungsgase strömen auch abwärts durch den Raum zwischen den Ablenkp'atten 36 und durch die Sanimelkammer 38, inden sie über die Flussigkeitsrohre 20 flif^en, die darin untergebracht sind. Da die Verbrennungsgase zu einer Zirkulation und Rezirkulation um die Flüssigkeitsrohre gezwungen werden, tritt eine im wesentlichen gleichmäßige Erhitzung ein, was zu einer wirksamen Wärmeübertragung von den Verbren.nungsgasen auf die zu erhitzende Flüssigkeit führt. Die Verbrennungsgase, die durch die Sammelkammer 38 strömen, fließen über und um die darin angeordneten Flussigkeitsrohre 20 und geben Wärme zusätzlich an die zu erhitzende Flüssigkeit ab. Die Verbrennungsgase werden dann aus der Sammelkammer 38 und aus der Brennkammer 18 über die Abgasstutzen 40 abgeführt

Die konkav-konvexen Ablenkplatten 44 i-, der Brennkammer 18 erleichtern eine sanfte Richtungsänderung der abwärts strömenden Verbrennungsgase und ve; stärken die Rezirkulation der Gase um die Flussigkeitsrohre 20.

Der Flüssigkeitserhitzer nach den Fig. 5 und 6 arbeitet in ähnlicher Weise wie der eben beschriebene. Die Vereinigung verstärkter Zirkulation der Verbrennungsgase um die in der Brennkammer vorgesehenen Flussigkeitsrohre und der zusätzlichen Wärmeübertragung der durch die Sammeikammer strömenden Verbrennungsgase, führt zu einem hohen Wärmeübertragungswirkungsgrad.

Die Flüssigkeitsrohre können in parallelen Rohrlagen, in Reihe oder in anderer Strömungsanordnung verb'Mden werden, wie es die Bedingungen der zu erhitzenden Flüssigkeit und der zu übertragenden Wärmemenge erf j,-dert. Zusätzlich können mehrere Hochleistungsbrenner verwendet werden, wenn es die Wärmeabgabe e-fordert

Außerdem können mehr oder weniger Abgasstutzen verwendet werden. Die Verbrennungsgase können von nahe der Rückwand innerhalb der Brennkammer zu einem Punkt in der Nähe der Vorderwand außerhalb der Brennkammer durch Anwendung von einer oder mehreren Leitvorrichtungen und Gasbläsern in Umlauf gesetzt werden.

Die Brennkammer kann beispielsweise quadratisch, rechteckig oder zylindrisch sein. Die Flüssigkeitsrohre können gerade, kreisförmig, in kontinuierlichen Schraubengängen usw. geformt sein.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Brennkammer für einen Flüssigkeitserhitzer, mit einer Vorderwand, einer Rückwand und Seitenwänden, mit mindestens einem in der Vorderwand angeordneten, zur Rückwand gerichteten Brenner sowie mit Flüssigkeitsrohren und mit mindestens einem Abgasstutzen, dadurch gekennzeichnet, daß in der Brennkammer (18, 58) parallel zur Vorderwand (12, 52) eine eine Sammelkammer (38, 69) von der Brennkammer abteilende, mit einer Durchtrittsöffnung versehene Ablenkplatte (36, 66) angeordnet ist und daß die Flüssigkeitsrohre (20,60) beidseitig der Ablenkplatte (36, 66) angeordnet und der oder die Abgasstutzen '⁵ (40, 70) mit der Sammelkammer (38, 69) verbunden sind.

2. Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (18) durch rechteckige Wände (12, 14, 16, 17) gebildet ist und die Flüssigkeitsrohre (20) parallel zueinander an den gegenüberliegenden Seitenwänden (17) angeordnet sind.

3. Brennkammer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Scitenwänden (17) zwei Ablenkplatten (36) angeordnet sind, die zwischen sich einen Zwischenraum freilassen.

4. Brennkammer nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasstutzen (40) an den die Ablenkplatten (36) aufweisenden Seitenwänden '<> (17) angeordnet sind.

5. Brennkammer ns.ch AnsDruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie durc¹· eine zylindrische Seitenwand (56) begrenzt ist, deren Vorderwand (52) und Rückwand (54) die Stirnseiten des Zylinders bilden.

6. Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ablenkplatten (36, 66) und den Wänden der Brennkammer (18, 58) mindestens eine gebogene Ablenkplatte (44, 76) mit nach der Brennkammer gerichteter konkaver Seilt angeordnet ist.