DE2636120A1 - Fluessigkeits-heiz- oder -erhitzungsvorrichtung - Google Patents

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HENKEL, KERN, FEILER&HÄNZEL

BAYERISCHE HYPOTHEKEN- UND

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Noboru Maruyana
Tokio, Japan

UNSER ZH.CHHN: MÖNCHEN, DEN '\\. ft^. «76

BETRIFFT:

Flüssigkeits-Heiz- oder -Erhitzungsvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeits-Heiz- oder -Erhitzungsvorrichtung zur Verwendung bei einem Heizkessel ο„dgl. unter Anwendung eines Aufwärts/Abwärts-Strömungsschemas für ein erhitztes Gas.

Der Ausdruck "Aufwärts/Abwärts-Strömungsschema" bezieht sich auf ein Verfahren, bei dem ein erhitztes Gas bzw„ Heizgas einen umgekehrt ü-förmigen Gasdurchgang unter Herbeiführung eines Wärmeaustausches zwischen dem strömenden Heizgas und einer den Gasdurchgang umgebenden Flüssigkeit durchströmt, wobei die Temperatur des Heizgases im Verlauf seiner Strömung allmählich abnimmt und die Abwärtsströmung des Gases im Fallabschnitt des Gasdurchgangs begünstigt wird, um die Zugleistung im Durchgang oder Kanal zu verbessern, die Abgabe von Kohlendioxid sowie die Luizufuhr zu vergleichmäßigen und den Verbrennungswirkungsgrad zu erhöhen. Dieses Verfahren ist zunächst im folgenden beschrieben,.

Ke/Bl/ro -

7098Ö9/03H

— d. «3

Wenn gemäß Fig_ö 1 die auf einen Punkt A (die Heisquelle) und auf einen Punkt B (Rauchgasauslaß) an der Bezugsebene L sowie am Punkt C der Höhe H eines umgekehrt U-förmigen Gaskanals X wirkenden Drücke mit P., P_ß bzw. P_c bezeichnet wird, lassen sich die gegenseitigen Beziehungen dieser Punkte durch folgende Gleichungen ausdrucken:

Ya

P_B = P_c +1 T* dh (2)

worin γ- und γ; das spezifische Gewicht der Flüssigkeit im Gaskanal X in einer gegebenen Höhe (0 <H) über A bzw» B bedeuten. Wenn der auf den Punkt B wirkende Druck Pg gleich dem Atmosphärendruck P_Q ist, ergibt sich, weil P_ß = Pq, aus Gleichung (2);

^PB ■ ^P0 - ^PC ⁺j >b <a (3)

Wenn Gleichung (1) durch Gleichung (3) ersetzt wird, ergibt sich

wobei der auf den Punkt A wirkende Druck um das Äquivalent von pH PE

\ y. dh - 1 γ dh niedriger ist als der Atmosphärendruck·

Jo ^D Jo ^a

Wenn die Zugleistung Pch hierbei durch die Gleichung

JH ΛΗ
γ. dh - \ γ- dh ···««· (5) 0 ^lö JO ^la

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ausgedrückt wird, kann im Fall von Pch< 0 der auf den Punkt A wirkende Druck durch P^< P_c (negativer bzw. Unterdruck) ausgedrückt werden, so daß eine Strömung in Richtung A->C->B stattfindet. Wenn im Abschnitt ACB des Gaskanals X eine Abstrahlung erfolgt, so daß ein Wärmegefalle in Richtung des Gaskanals auftritt, erhalten γ_& und γ^ die Werte

= f(h)

und Gleichung (5) läßt sich wie folgt ausdrücken:

(Y* - TJdh (7)

Zur Realisierung des Zustands Pch>0 sollte daher das Verhält nis zwischen γ_& und -γ^ in Gleichung (7) wie folgt sein:

- Ta>° Tb >T_a ··»···

Die Strömung wird mithin um so größer, je größer der Wert von (y - y° ) und der.Wert von H sind.

Die folgenden Gleichungen drücken einen perfekten Gasstrom aus: PV = RT, V= 1,

ψ = RT, T= |f

P = Gasdruck (kg/cm ),

V = Gasvolumen (nr),

R = eine Konstante für strömendes Gas (kgm/kg°K), T = Absoluttemperatur (⁰K) und y- spezifisches Gewicht des Gases (kg/m⁵)

bedeuten.

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Folglich gilt:

- Rvfb *" Ta' ···<>·· (10)

Aus dieser Gleichung geht hervor, daß der Wert von γ, - γ um so größer wird, je kleiner das Verhältnis von Tb zu Ta ist, und mithin auch der Wert von Pch größer wird (Ta und Tb geben hierbei die Absoluttemperatur des Gases im Speiserohr bei einer gegebenen Höhe über Punkt A und Punkt B an)·

Aus obigen Ausführungen geht hervor, daß die Zugleistung in enger Beziehung zum Dichtenunterschied im steigenden und im fallenden Gaskanal steht; je größer nämlich der Dichtenunterschied zwischen den beiden Gaskanälen ist, d.h. je größer der Temperaturunterschied zwischen der steigenden Heizgaskammer und dem fallenden Heizgasraum ist, um so größer ist die erzeugte Zugleistung.

Als Beispiel für eine bereits angewandte Flüssigkeits-Erhitzungsvorrichtung unter Anwendung des beschriebenen Aufwärts/-Abwärts-Strömungsprinzips sei auf die bereits vorgeschlagene Vorrichtung gemäß Fig. 2 verwiesen, bei welcher ein Innenkörper 41 unter Festlegung eines Zwischenraums, der einen äußeren Wassermantel 45 bildet, in einen Außenkörper 40 eingebaut ist, wobei ein innerer Wassermantel 46 mit Doppelwandkonstruktion aus flachen, plattenförmigen Elementen, der an Ober- und Unterseite mit dem äußeren Wassermantel kommuniziert, in den Innenkörper 41 eingebaut ist, eine steigende Heizgaskammer 42 längs der einen Seite des inneren Wassermantels 46 und ein fallender Gasraum 43 längs dessen anderer Seite ausgebildet ist, ein mit dem fallenden Heizgasraum 43 kommunizierendes Rauchrohr am Oberteil der steigenden Heizgaskammer 42 vorgesehen ist und ein Rauchgasauslaß 44 am Unterteil des fallenden Heizgasraums 43 angeordnet ist.

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Die Erhitzungsvorrichtung rait dem beschriebenen Aufbau ist jedoch mit dem Mangel behaftet, daß aus dem Grund, weil das Heizgas den Oberteil c des Innenkörpers 41 intensiv erwärmt, die Temperatur im Oberteil a des äußeren Wassermantels 45 im Vergleich zu seinem Unterteil b schnell ansteigt, während die Erwärmung der Flüssigkeit im Unterteil b des Wassermantels 45 unzureichend ist und die ungenügend erwärmte Flüssigkeit daher im Oberteil a des äußeren Wassermantels 45 stagniert. Hierdurch wird die natürliche Konvektion der Flüssigkeit behindert, so daß es schwierig wird, den Verbrennungswirkungsgrad und den thermischen bzw. Wärmewirkungsgrad zu erhöhen. Dies bedeutet, daß insbesondere bezüglich des WärmeWirkungsgrads ein Wert von mehr als 70% unmöglich erreicht werden kann, während zudem NO entsteht, das für die Umwelt und auch für die Lebensdauer der Vorrichtung sehr schädlich ist.

In jüngster Zeit wurde jedoch die Entwicklung einer Flüssigkeits-Erhitzungsvorrichtung gefordert, bei welcher ein Wärmewirkungsgrad von mehr als 70% erzielbar ist. Erfindungsgemäß wurden daher die vorgenannten Mängel und Nachteile der bisher verwendeten Vorrichtungen in jeder Hinsicht untersucht, wobei es sich herausstellte, daß diese Mangel mit dem Verhältnis zwischen der Breite Wd des Gaskanals im fallenden Heizgasraum 43 und der Breite Wu des Gaskanals in der steigenden Heizgaskammer 42 sowie mit dem Verhältnis zwischen der Breite Bi des Kanals des inneren Wassermantels und der Breite Bo des Kanals des äußeren Wassermantels zusammenhängen. Dies bedeutet, daß dann, wenn Wd/Wu und Bi/Bo jeweils etwa 0,8 oder mehr betragen, die Erscheinungen wie bei den bisher verwendeten Vorrichtungen auftreten^ während bei solchen Verhältnissen von 0,8 oder darunter die genannte Erscheinung nicht mehr auftritt und ein Wärmewirkungsgrad von mehr als 70% erzielt werden kann.

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Diese Wirkung wird der Tatsache zugeschrieben, daß aufgrund der Einstellung des Werts von Wd/Wu auf 0,8 oder weniger als 0,8 der Wärmeaustausch zwischen dem Heizgas und der den Gaskanal umgebenden Flüssigkeit sehr wirkungsvoll stattfindet, so daß infolgedessen die Temperatur des Heizgases merklich abfällt und die Abwärtsbewegung des Gases im Fallabschnitt des Gaskanals begünstigt wird, wodurch die Zugleistung erhöht wird, die Kohlendioxid abfuhr und die Luftzufuhr vergleichmäßigt werden und der Verbrennungswirkungsgrad erhöht wird. Bei Festlegung des Werts von Bi/Bo auf 0,8 oder darunter ist außerdem die Wärmekapazität bzw. der Wärmeinhalt der Flüssigkeit des inneren Wassermantels 46 niedriger als beim äußeren Wassermantel 45, wobei der innere Wassermantel 46 durch das Heizgas von seinen beiden Seiten her erwärmt wird, so daß infolgedessen die Temperatur der Flüssigkeit des inneren Wassermantels 46 schnell ansteigt, während die Temperatur der Flüssigkeit im äußeren Wassermantel 45 im Vergleich dazu nicht so schnell ansteigt. Infolgedessen treten eine steigende Strömung der Flüssigkeit im äußeren Wassermantel 45 aufgrund der plötzlichen steigenden Strömung, etwa beim Sieden, und aufgrund dieser steigenden Strömung ein Druckanstieg im Oberteil sowohl des äußeren als auch des inneren Wassermantels 45 bzw. 46 auf. Dieser Druckanstieg führt in Verbindung mit dem Temperaturunterschied der Flüssigkeit in den genannten Wassermänteln 45, 46 zu einer Abwärtsströmung der Flüssigkeit im äußeren Wassermantel 45, wodurch eine bemerkenswerte Konvektionsbewegung der Flüssigkeit innerhalb eines die beiden Wassermäntel 45, 46 einschließenden, geschlossenen Kanals oder Durchgangs erzeugt wird.

Die Erfindung ist auf der Grundlage der vorgenannten Untersuchungsergebnisse entwickelt worden, wobei mit der Erfindung eine Flüssigkeits-Heiz« bzw. -Erhitzungsvorrichtung geschaffen wird, die nicht nur die Nachteile und Mängel der bisher verwendeten

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Vorrichtungen dieser Art ausschaltet und einen Wärmewirkungsgrad von mehr als 7090 gewährleistet, sondern die auch frei ist von der Entstehung von NO , d.h. Stickoxiden,die für die Umwelt und die Lebensdauer der Vorrichtung selbst sehr schade lieh sind.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer Flüssigkeits-Heiz- bzw· -Erhitzungsvorrichtung, die einen unter Fest« legung eines äußeren Wassermantels mit Abstand in einen lotrechten, hexaedrischen bzw. sechsflächigen Außenkörper eingesetzten Innenkörper, zwei im Innenkörper lotrecht angeordnete und jeweils mit der Gegenplatte sowie zwischen dem jeweiligen Plattenteil und der Wand des Innenkörpers einen Zwischenraum festlegende Plattenteile aufweist, so daß mit dem erstgenannten Zwischenraum ein innerer Wassermantel und eine steigende Heizgaskammer längs der einen Seite sowie ein fallender Heizgasraum längs der anderen Seite des letztgenannten Zwischenraums gebildet werden, wobei die steigende Heizgaskammer mit dem fallenden Heizgasraum an dessen Oberteil kommuniziert und das Verhältnis £f zwischen der Breite Wd des fallenden Heizgasraums und der Breite Wu der steigenden Heizgaskammer auf 0,8 oder weniger als 0,8 eingestellt ist, so daß der Temperaturabfall des Gases bei seiner Strömung zur Verbesserung der Zugleistung beschleunigt werden kann, während die Kohlen» dioxidabfuhr und die Luftzufuhr geglättet bzw. vergleichmäßigt werden können und die Erzeugung von schädlichem NO kontrolliert werden kann«.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der genannten Art erfindungsgemäß gelöst durch einen lotrechten, hexaedrischen bzwo sechsflächigen Außenkörper, durch einen Innenkörper mit einer praktisch der Form des Außenkörpers entsprechenden Form, der unter Festlegung eines äußeren Wassermantels mit Abstand vom Außenkörper in diesem angeordnet ist, durch zwei im Inne-

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ren des Innenkörpers lotrecht angeordnete Plattenteile, die jeweils einen Zwischenraum zu der Gegenplatte sowie zwischen dem betreffenden Plattenteil und der Wand des Innenkörpers festlegen und dabei durch den ersten Zwischenraum einen inneren Wassermantel und längs der einen Seite eine steigende Heizgaskammer sowie längs der anderen Seite des zweiten Zwischenraums einen fallenden Heizgasraum bilden, wobei die steigende Heizgaskammer an ihrem Oberteil mit dem fallenden Heizgasraum kommuniziert und das Verhältnis £f zwischen der Breite Wd des Heizgasraums und der Breite Wu der Heizgaskammer auf 0,8 oder weniger als 0,8 eingestellt ±s%_f durch ein im Oberteil der steigenden Heizgaskammer vorgesehenes Rauchrohr, das mit dem fallenden Heizgasraum in Verbindung steht und durch einen im Unterteil des fallenden Heizgasraums vorgesehenen Rauchgas auslaß.

In weiterer Ausgestaltung wird mit der Erfindung eine Flüssigkeits-Erhitzungsvorrichtung geschaffen, die gekennzeichnet ist durch einen zylindrischen, lotrechten ersten Außenkörper, durch einen ersten Innenkörper, der praktisch die gleiche Form besitzt wie der erste Außenkörper und der in letzterem mit einem Abstand davon unter Festlegung eines ersten Zwischenraums angeordnet ist, durch einen zweiten Außenkörper mit einer Form praktisch entsprechend derjenigen des ersten Innenkörpers, der in letzterem mit Abstand davon angeordnet ist und einen zweiten Zwischenraum festlegt, welcher einen fallenden Heizgasraum bildet, und durch einen zweiten Innenkörper mit einer Form praktisch entsprechend derjenigen des zweiten Außenkörpers, welcher innerhalb des letzteren mit Abstand dazu angeordnet ist und dabei einen dritten Zwischenraum festlegt, der einen Innenwassermantel und außerdem eine steigende Heizgaskammer im zweiten Innenkörper bildet, wobei innerer und äußerer Wassermantel an Ober- und Unterteil miteinander in Verbindung stehen, die steigende Heizgaskammer an ihrem Ober-

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teil mit dem fallenden Heizgasraum kommuniziert, das Verhältnis zwischen einem Radius R des fallenden Heizgasraums und einem Radius r der steigenden Heizgaskammer (wobei R und r den mittleren Radius bedeuten, falls innerer und äußerer Wassermantel kegelstumpfförmige Gestalt besitzen) auf einen der

Ungleichung O<— - 1 < 0,8 genügenden Wert eingestellt ist, durch ein am Oberteil der steigenden Heizgaskammer angeordnetes und mit dem fallenden Heizgasraum kommunizierendes Rauchrohr sowie durch einen am Unterteil des fallenden Heizgasraums vorgesehenen Rauchgasauslaß, wodurch die oben erwähnten Vorteile erreicht werden.

Mit der Erfindung wird also eine Flüssigkeits-Erhitzungsvorrichtung geschaffen, die so ausgebildet ist, daß das Heizgas mit auf beschriebene Weise verbessertem Verbrennungswirkungsgrad den inneren Wassermantel von beiden Seiten her in der steigenden Heizgaskammer und im fallenden Heizgasraum erwärmt, so daß die Temperatur im inneren Wassermantel schnell ansteigt, während die Temperatur im äußeren Wassermantel vergleichsweise langsam ansteigt, wodurch ein steigender Flüssigkeitsstrom im inneren Wassermantel auftritt, der zu einem Druckanstieg im Oberteil beider Wassermäntel führt, welcher den fallenden Flüssigkeitsstrom im äußeren Wassermantel mit der Temperaturdifferenz der Flüssigkeit in beiden Wassermänteln in Überin-Stimmung bringt. Hierdurch kann eine gleichmäßige Konventionsströmung der Flüssigkeit in einem die beiden Wassermäntel einschließenden, geschlossenen Kanal oder Durchgang herbeigeführt werden, während ein schneller Temperaturanstieg im Oberteil des äußeren Wassermantels entsprechend der Oberseite des Gaskanals gegenüber dem Unterteil des Wassermantels, wie dies bei den bisher verwendeten Vorrichtungen der Fall ist, vermieden werden kann und die gesamte Flüssigkeit gleichmäßig und schnell erwärmt werden kann. Bei dieser Vorrichtung ist somit das Verbrennungsgeräusch vermindert, und die Vorrichtung kann auf«

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grund ihres einfachen Aufbaus mit verringerten Fertigungskosten hergestellt werden.

Diese Vorrichtung ist weiterhin so ausgebildet, daß durch Einstellung des Verhältnisses von Kanalbreite des inneren Wassermantels zur Kanalbreite des äußeren Wassermantels auf 0,8 oder darunter die Wärmekapazität der Flüssigkeit im inneren Wassermantel kleiner wird als im äußeren Wassermantel, wobei aufgrund der Erwärmung des inneren Wassermantels durch das Heizgas auf beschriebene Weise von beiden Seiten her die Temperatur der Flüssigkeit im inneren Wassermantel schnell ansteigt, während die Flussigkeitstemperatür im äußeren Wassermantel im Vergleich dazu nicht so schnell ansteigt«, Infolgedessen tritt ein steigender Flüssigkeitsstrom im inneren Wassermantel infolge einer schnell zunehmenden Strömung beim Sieden auf, so daß ein Druckanstieg im Oberteil sowohl des äußeren als auch des inneren Wassermantels erfolgt, wobei durch das Zusammenwirken (synergy) zwischen diesem Druckanstieg und dem Druckunterschied zwischen beiden Wassermänteln eine fallende Flüssigkeitsströming im äußeren Wassermantel entsteht, so daß eine beträchtliche Konvektionsbewegung der Flüssigkeit in einem beide Wassermäntel einschließenden, geschlossenen Kanal oder Durchgang eingeführt werden kann.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Aufwärts/Abwärts-Strömungsschemas des Heizgases,

Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch eine bisher verwendete Flüssigkeits-Erhitzungsvorrichtung,

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Fig. 3 eine Vorderansicht einer Flüssigkeits-Erhitzungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 3, Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V in Fig₀ 4,

Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 7 einen Querschnitt längs der Linie VII-VII in Fig. 6,

Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Prüfung der erfindungsgemäßen Erhitzungsvorrichtung,

Fig. 9A eine schematische Vorderansicht eines Teils der

ersten Ausführungsform der Erfindung zur Veranschaulichung der Abmessungen ihrer verschiedenen Teile,

Fig. 9B eine Aufsicht auf den Abschnitt von Fig. 9A,

Fig. 1OA eine Aufsicht auf einen Teil der zweiten Ausführungsform zur Veranschaulichung der Abmessungen ihrer Teile,

Fig. 1OB eine schematische Vorderansicht der Vorrichtung von Fig. 10A,

Fig. 11 und 12 graphische Darstellungen der Versuchsergebnisse bei Änderung der Breite des Gaskanals bei der ersten bzw. der zweiten Ausführungsform und

Fig. 13 und 14 graphische Darstellungen der Versuchsergebnisse bei Änderung der Breite des Wasserkanals bei der ersten bzw. der zweiten Ausführungsform der Erfindung.

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Bei der in den Fig. 3 bis 5 dargestellten ersten Ausführungsform der Erfindung ist ein lotrechter, hexaedrischer bzw₀ sechsflächiger Außenkörper 1 vorgesehen, in welchem ein lotrechter, sechsflächiger Innenkörper 2 unter Festlegung eines Zwischenraums angeordnet ist, so daß zwischen Außen- und Innenkörper ein äußerer Wassermantel bzw« Außenmantel 3 gebildet wird. Im Innenkörper 2 ist ein flacher, schichtförmiger innerer Wassermantel bzw. Innenmantel 8 aus zwei etwa lotrecht angeordneten Plattenteilen vorgesehen, wobei dieser Innenmantel 8 mit dem Außenmantel 3 über eine obere Konvektionskupplung 4 und eine untere Konvektionskupplung 5 kommuniziert. Längs der einen Seite des Innenmantels 8 ist eine steigende Heizgaskammer bzw. Gassteigkammer 9 ausgebildet, während an seiner anderen Seite ein fallender Heizgasraum bzw. Gasfallraum 10 vorgesehen ist, die so ausgebildet sind, daß das Verhältnis Sf der Breite Bfi des Flussigkeitskanals des Innenmantels 8 zur Breite Bfo des Flüssigkeitskanals des Außenmantels 3 der Ungleichung 0 < Sf < 0,8 genügt und das Verhältnis tjf zwischen der Breite Wd des Gaskanals des Gasfallraums 10 und der Breite Wu des Gaskanals der Gassteigkammer 9 der Ungleichung 0 < ^f < 0,8 genügt. Der Oberteil der Gassteigkammer 9 ist mit einem Rauchrohr 11 versehen, das mit dem Gasfallraum 10 in Verbindung steht, während im Unterteil des Gasfallraums 10 ein zur Außenseite der Vorrichtung führender Rauchgasauslaß vorgesehen ist. Weiterhin sind ein Wassereinlaß 13, ein Heißwasser-Absperrglied 14 und ein Brenner 15, wie ein Gasbrenner o.dgl., vorgesehen.

Wenn im Betrieb dieser Vorrichtung die Verbrennung mittels eines zweckmäßigen Brenners 15, z.B. eines Gasbrenners o.dgl., unterhalb der Steiggaskammer 9 eingeleitet wird, nachdem Flüssigkeit in den durch den Außenkörper 1 und den Innenkörper 2 gebildeten Außenmantel 3 sowie in den flachen, schichtförmigen Innenmantel 8 über den Wassereinlaß 13 eingefüllt

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worden ist, steigt das erhitzte Gas bzw. Heizgas in der durch Innenwand des Innenkörpers 2 und Innenwand des Innenmantels 8 festgelegten Gassteigkammer 9 hoch, um gegen die Innenwand des Oberteils der Gassteigkammer 9 zu strömen, an welcher die Strömungsrichtung des Gases gleichgerichtet bzw. umgelenkt wird, so daß das Heizgas in dem durch Innenwand des Innenkörpers 2 und Außenwand des Innenmantels 8 festgelegten Gasfallraum abwärts strömt und über den am Unterteil des Gasfallraums 10 vorgesehenen Rauchgasauslaß 12 aus der Vorrichtung austritt. Während seiner Umwälzbewegung bewirkt das Heizgas einen wirkungsvollen Wärmeaustausch an der Oberfläche der Plattenteile 6, 7 des Innenmantels 8, wobei es die Flüssigkeit innerhalb des Innenmantels 8 sowie die Flüssigkeit innerhalb des Außenmantels 3 zwischen Außenkörper 1 und Innenkörper 2 erwärmt und eine natürliche Konvektion der Flüssigkeit innerhalb von Innenmantel 8 und Außenmantel 3 bewirkt, wobei im Innenmantel 8 eine Aufwärtskonvektionsströmung der Flüssigkeit infolge der plötzlichen Aufwärtsströraung beim Sieden und im Außenmantel 3 eine abfallende bzw. Abwärtskonvektionsströmung der Flüssigkeit auftritt, so daß die Flüssigkeit innerhalb der Vorrichtung gleichmäßig erwärmt wird und schnell Warmwasser geliefert werden kann.

Das den Rauchgasauslaß 12 durchströmende Heizgas tritt weiterhin in ein Auslaß- bzw. Abgasrohr 31 ein, um die Innenwand einer am Vorderende des Abgasrohrs 31 angebrachten Esse 32 zu beaufschlagen, seine Strömungsrichtung zu ändern und über eine Öffnung der Esse 32 nach außen abzuströmen. Der Raum zwischen dem Vorderende des Abgasrohrs 31 und der Innenwand der Esse 32 ist enger ausgelegt als die Öffnung der Esse 32, so daß beim Austritt des Heizgases über das Abgasrohr 31 aufgrund einer darin erzeugten Sogwirkung die Strömungsgeschwindigkeit des abzuführenden Abgases beschleunigt und somit seine Strömung verbessert wird, wodurch die für die Verbrennung er-

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forderliche Luftzufuhr über ein Luftzufuhrrohr bzw. einen Luftzufuhrstutzen 33 gewährleistet wird, so daß eine vollständige Verbrennung erreicht wird. Bei 34 ist ein Ablaß- bzw. Überlaufrohr vorgesehen. Die Fig. 6 und 7 veranschaulichen eine abgewandelte Ausfuhrungsform der Erfindung, bei welcher ein erster, zylindrischer Außenkörper 16 vorgesehen ist. In diesem Außenkörper 16 ist ein zylindrischer erster Innenkörper 17 unter Festlegung eines erforderlichen Zwischenraums zur Bildung eines äußeren Außenmantels 18 angeordnet. Innerhalb dieses Innenkörpers 17 befindet sich in lotrechter Anordnung ein zylindrischer innerer Wassermantel bzw. Innenmantel 23, der durch einen zweiten zylindrischen Außenkörper 22 und einen zweiten zylindrischen InnenkörpeT^ gebildet ist und mit dem äußeren Wassermantel bzw. Außenmantel 18 über obere und untere Konvektionsanschlußelemente bzw. -kupplungen 19 und 20 kommuniziert. Längs der Innenseite des Innenmantels 23 ist eine steigende Heizgaskammer 24 gebildet, während längs der Außenseite des gleichen Wassermantels ein fallender Heizgasraum 25 vorgesehen ist, die so ausgebildet sind, daß das Verhältnis Sc zwischen der Breite Bei des Flüssigkeitskanals im inneren Wassermantel 23 und der Breite Bco des Flüssigkeitskanals im äußeren Wassermantel 18 der Ungleichung 0 < Sc < 0,8 genügt und außerdem das Verhältnis des Radius r der Gassteigkammer 24 zum Radius R der Gasfallkammer 25 der Ungleichung 0<^- -1<0,8 genügt. Der Oberteil der steigenden Heizgaskammer 24 ist mit einem mit dem fallenden Heizgasraum 25 kommunizierenden Rauchrohr 26 versehen, während im Unterteil, des Raums 25 ein zur Außenseite der Vorrichtung führender Rauchgasauslaß 27 'vorgesehen ist_o Weiterhin weist diese Vorrichtung einen Wassereinlaß 28, ein Warmwasser-Absperrglied 29, einen Brenner 30, etwa einen Gasbrenner o.dgl.. und einen erweiterten Abschnitt des fallenden Heizgasraums auf.

Wenn im Betrieb der Vorrichtung nach dem Einfüllen einer Flüssigkeit, d„h. Wasser, in den zwischen dem ersten Außenkörper

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und dem ersten Innenkörper 17 festgelegten Außenmantel 18 sowie in den zwischen zweitem Außenkörper 22 und zweitem Innenkörper 21 gebildeten Innenmantel 23 die Verbrennung mittels eines zweckmäßigen Brenners 30, z.B. eines Gasbrenners o.dglo, eingeleitet wird, steigt das erhitzte Gas bzw. Heizgas in der durch den Innenkörper des Innenmantels 23 gebildeten Gassteigkammer 24 aufwärts, um die Innenwand des Oberteils der Gassteigkammer 24 zu beaufschlagen und dort seine Strömungsrichtung zu ändern, worauf das Heizgas das Rauchrohr 26 durchströmt und in dem zwischen Innenwand des Innenkörpers 17 und Außenwand des Außenkörpers 22 gebildeten fallenden Heizgasraum 25 abwärts zu strömen und über den Abgasauslaßt am unteren Teil des Gasfallraums 25 zur Außenseite der Vorrichtung auszutreten. Während.seiner Umwälzbewegung bewirkt das erhitzte Gas einen wirkungsvollen Wärmeaustausch an der Oberfläche der Innenwand des Innenkörpers 17 und den Wandflächen von Innen- und Außenkörper 21 bzw. 22, so daß das Wasser im Innenmantel 23 sowie im Außenmantel 18 erwärmt und in diesen Wassermänteln eine natürliche Konvektionsströmung hervorgebracht wird, indem das Wasser im Wassermantel 23 eine Aufwärtskonvektionsströmung und im Wassermantel 18 eine Abwärtskonvektionsströmung durchführt, so daß das Wasser in der Vorrichtung gleichmäßig erwärmt wird.

Wenn das im Gasfallraum 25 abwärts strömende Heizgas den erweiterten Abschnitt 34 des Gasfallraums 25 an dessen Unterseite, dessen Weite größer ist als diejenige des Raums 25, durchströmt und über den Abgasauslaß 27 nach außen austritt, wird deshalb, weil der Auslaß des Gasfallraums 25 enger ist als der erweiterte Abschnitt 34, aufgrund einer darin erzeugten Sogwirkung die Strömungsgeschwindigkeit des abgeführten Heizgases beschleunigt, so daß seine Abfuhr verbessert und eine ausreichende Zufuhr der für die Verbrennung erforderlichen Luft von der Unterseite her gewährleistet wird.

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Infolge des beschriebenen Aufbaus der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist diese einem weiten Anwendungsbereich zugänglich, beispielsweise für eine Vielfalt von Heißwasserbereitern sowie von sogenannten Durchflußerhitzern für Haushaltszwecke, für Boiler bzw. Kessel und Abwärmegewinnungsvorrichtungen für industrielle Zwecke usw· Außerdem ist diese Vorrichtung bezüglich der Energie- und Rohstoff ausnutzung sehr wirtschaftlich«, Die bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu verwendende Flüssigkeit kann Wasser oder eine andere Flüssigkeit sein.

Im folgenden sind die Ergebnisse von Versuchen erläutert, die an den Flüssigkeits-Erhitzungsvorrichtungen gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung durchgeführt wurden.

Zunächst sei eine für die Versuche mit den Ausführungsformen der Erfindung angewandte Versuchs- bzw. Prüfvorrichtung anhand von Fig. 8 erläutert, wobei die Einzelheiten dieser Prüfvorrichtung sowie das mit dieser Vorrichtung durchgeführte Meßverfahren unter Bezugnahme auf die folgenden Tabellen A bis H, in denen die Meßergebnisse aufgeführt sind, erläutert sind.

Als mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 50 zu erhitzendes Strömungsmittel wird das Grundwasser verwendet, das durch die Temperatur der umgebenden Strömungsmittel nicht wesentlich beeinflußt wird«, Gemäß Fig. 8 wird das Grundwasser mittels einer Wasserförderpumpe 51 hochgepumpt und mittels eines Druckregelbehälters 52 auf einen vorbestimmten Druck gebracht, in einen offenen Behälter bzw_e Tank 53 eingeführt, der Flüssigkeits-Erhitzungsvorrichtung 50 unter konstantem Druck über ein Wasserspeiserohr 54 zugeführt und einer Eintrittstemperaturmessung (105) mittels eines Thermometers 69 unterworfen.

Dem Brenner wird über eine mit Druckregler 70 und Gasometer versehene Rohrleitung Stadtgas zur Verbrennung in diesem Brenner

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zugeführt. Hierbei wird der Gasdruck (109) mit Hilfe des Druckreglers 70 auf einen vorbestimmten ¥ert eingestellt, während Gasverbrauch (101) und Gastemperatur (102) mit Hilfe des Gasometers 55 und des Thermometers 67 gemessen werden. Außerdem ist bei dieser Vorrichtung eine nicht dargestellte Abgasabsorptionsvorrichtung in der Abgasesse 56 angeordnet, wobei eine Abgasanalyse durch kontinuierliche Aufzeichnung mittels eines Infrarot-C0/C0₂-Analysators 57 und eines Orzert-Gasanalysators 57 durchgeführt und dabei die CO-Konzentration (108) berechnet wird,

Die Messung der Abgastemperatur (106) erfolgt dadurch, daß zwölf Einheiten von C.A₀-Thermoelementen senkrecht zur Strömungsrichtung in der Abgasesse 56 angeordnet werden und der an einem Digitalthermometer 59 angezeigte Werte durch Betätigung des Thermoelementschalters 58 abgelesen wird, wodurch die mittlere Temperatur über den Querschnitt der Abgasesse hinweg gemessen wird und etwaige Abweichungen dieses Werts mittels eines Kurvenschreibers 60 aufgezeichnet werden.

Bei ständigem Auslauf von Warmwasser durch Offenlassung des Regelhahns wird das Wasser der Vorrichtung 50 zur Erwärmung zugeführt, und das erzeugte Warmwasser wird der Mischkammer über ein Speiserchr, das an ein Warmwasser-Äbsperrglied angeschlossen ist, nach Einstellung seines Durchsatzes auf eine vorbestimmte Strömungsmenge mittels des am Speiserohr vorgesehenen Regelventils 7.3 zugeführt. Nach der Umwälzung in der Mischkammer 61 zur Erzielung einer gleichmäßigen Temperatur und der Messung der Auslaßtemperatur (104) mittels des Thermometers 68 wird das Warmwasser durch das Rohr 62 gefördert und im Warmwasserspeicher 63 gespeicherte Hierbei wird das Gewicht des pro Zeiteinheit durchströmenden Warmwassers mit Hilfe einer Stoppuhr in Verbindung mit einem Gewichtsmesser 64 gemessen, wobei die Durchsatz- bzw. Strömungsmenge (103) aufgrund dieser Meßergebnisse berechnet wird.

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Bei der Speicherung von Warmwasser wird dagegen das Ventil 74 bzw. der Hahr/zunächst geschlossen, so daß sich die Flüssigkeits-Erhitzungsvorrichtung 50 mit Wasser füllt. Hierauf wird das Ventil 72 geschlossen und der Brenner gezündet, wobei nach Erreichen einer Temperatur von 50⁰C, die durch einen nicht dargestellten Thermostaten geregelt wird, wird die Brennerflamme durch den Thermostaten gelöscht. Unmittelbar darauf wird das Ventil 74 des Warmwasserauslasses geöffnet und dadurch das Warmwasser in einem wärmeisolierten Behälter 65 gespeichert, wobei das Volumen (H1) des so gespeicherten Warmwassers mittels eines nicht dargestellten Gewichtsmessers und seine Temperatur (110) mittels des Thermometers 71 bestimmt werden. Die Oberflächentemperatur (107) der bewegten Flüssigkeit in der Erhitzungsvorrichtung 50 wird mittels des selbstschreibenden Registriergeräts 66 gemessen.

Versuch 1

Die beim ersten Versuch verwendete Flüssigkeits-Erhitzungsvorrichtung entsprach in ihrem Aufbau der Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, und das Verhältnis Sf der Breite der Flussigkeitskanäle war dabei festgelegt, während das Verhältnis £f der Breite der Gaskanäle auf verschiedene Werte eingestellt wurde. Die Abmessungen der verschiedenen Teile gemäß Fig_e 9A und 9B sind in der folgenden Tabelle 1 angegeben.

709809/0334

O CD OO

cc

c*> U?

	Nr.	1	2	3	4	5	6	7
Höhe	H1 (mm)	1120	1120	1120	1120	1120	1120	1120
Längere Seite	Hp (mm)	1000	1000	1000	1000	1000	1000	1000
Kürzere Seite	L1 (mm)	500'	500	500	500	500	500	500
Breite der Gassteigkammer	Lp (mm)	400	400	400	400	400	400	400
Breite des Gasfallraums	E (mm)	194,2	198,2	210,2	218,2	242,2	266,2	418,2
Breitenverhältnis der Gaskanäle	Wu (mm)	80	80	80	80	80	80	80
Breite des Innenmantels	Wd (mm)	16	20	32	40	64	88	240
Breite des Außenmantels	^f=Wd/Wu	0,20	0,2f	0,40	0,5C	0,80	1,10	3,00
Breitenverhältnis der Flüssigkeitskanal	Bfi (mm)	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4	7,4
Wärmeübertragungsfläche	Bfo (mm)	45,4	45,4	45,4	45,4	45,4	45,4	45,4
Sf=Bfi/Bfο	0,163	0,163	0,163	0,163	0,163	0,163	0,163
A (m2)	1,990	2,001	2,035	2,055	2,120	2,186	2,597

VO 1

cn GO cn

N) O

Bei der Untersuchung einer Vielfalt von Flüssigkeits-Erhitzungsvorrichtungen mit der oben beschriebenen Konstruktion bezüglich ihres Wirkungsgrads bei konstanter Warmwasserentnahme mittels der Prüfvorrichtung gemäß Fig. 8 wurden die Ergebnisse gemäß folgender Tabelle A erhalten:

709809/0334

Tabelle A

ο co CD O CO

o> u>

	Heizwerteinheit	Nr.	1	2	3	4	5	6	7
Raumtemperatur	Brenns toffve rbrauch (101)	0C	17,5	20,5	25,5	28,0	27,0	24,0	21,5
Eingang	Brennstofftemperatür(102)	Kcal/Nh3	3062	3065	3091	3165	3102	3073	3065
Atmospharendruck	Nm3/h	6,82	6,81	7,27	8,45	9,34	10,41	12,40
Eingabe (I.P.)	0C	16,8	19,7	26,0	27,2	26,3	22,8	20,5
mm Hg	754,3	761,3	758,4	762,5	759,0	754,0	759,2
Kcal/h	20900	20897	22492	26776	29000	32000	38024

IV)

- Fortsetzung -

σ-) co CD

ro

Tabelle 1

O CO CD O CO

Ca> CO

	Strömungsmenge (103)	Nr.	1	2	3	4	VJl	6	7
Ausgang	Auslaßtemperatur (104)	kg/h	400	400	400	500	500	500	500
Einlaßtemperatur (105)	0C	64,5	65,0	67,2	63,0	62,3	61,7	60,9
Differenz zwischen Auslaß und Einlaßtemperatur	0C	13,8	13,7	13,8	14,0	14,0	13,5	13,5
Spezifische Wärme	■ °c	50,7	51,3	53,4	49,0	48,3	48,2	47,4
Spezifisches Gewicht	Kcal/kg °C	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
Ausgang (O.P)	kg/m3	1000	1000	1000	1000	1000	1000	1000
Kcal/h	20273	20500	21368	24500	24128	24096	23689

IV) IV)

- Fortsetzung

CD

	CO-Konzentration (108)	Nr.	1	2	3	4	5	6	7
Wärme Wirkungsgrad (*η)	Ν0χ	%	97,0	98,1	95,0	91,5	83,2	75,3	62,3
Abgastemperatur (106)	0C	97,2	85,5	130,4	189,0	392,8	470,3	512
Oberflächentemperatur der Er hitzungsvorrichtung 50 (107)	0C	32,3	32,5	33,2	36,3	45,2	48,3	50,2
Abgaswärmeverlust	%	3,5	3,1	4,9	7,3	15,6	18,8	20,5
Ve rbrennungs- bedingungen	CO/CO o % 2	0,0125	0,0003	0,0003	0,0003	0,0004	0,0004	0,0006
ppm (Teile pro Milliori)	nicht fest stell bar	nicht fest stell bar	nicht fest stell bar	nicht fest stell bar	nicht fest stell bar	nicht fest stell bar	nicht fest stell bar

- Fortsetzung -

	O	CM	ο	jetraejg;	ω
	O	χ	ΟΛ		ο
		-ο.
	I	cvi			ιη
	pq	VO		to
	O	CVl	in	CO
	O	X
				ο
VO	T	O
	cd			ΚΛ
	PQ	VO		<}·
	O	CVl	O	CO
	O	$4	VO	O
in		O		O
	pq			VO
	O	CVI	in	00
	O		VO
		-Q.		O
	I	VO
	cc			O
	pq	in
	O	CVl	ο	CO
	O		VO
				O
	I
	pc;			tn
	pq	in
	O	CVl	ο	00
	O		VO	O
CVl	T	v-		CVl
	pq	in
	O	CVl	ο	00
	O	X	VO
	v-	-«.		O
	I			I
	oi	·.		•Η
	pq	in		I «Η
				«5 Φ
			α	W O
	cc			mper onsl· ent
(	pq		B	O -H ·Η
U
			X
			O
	-μ	I
		O
	Ϊ		γΗ'—»
	φ	■Ö U	οο>	hO
		Ö Φ	taOO	§
	2	Φ CQ	Φ ν-	Φ
	φ	CQ CQ
		& Φ
	pq	P ß

709809/0334

Eine Prüfung der Vorrichtung mit dem Aufbau gemäß Tabelle 1 bezüglich der Wirksamkeit der Warmwasserspeicherung mittels der Prüfvorrichtung gemäß Fig. 8 ergab die in der folgenden Tabelle B aufgeführten Daten.

709809/0334

Tabelle B

CO 00 O CO

CD CjO CO

	Heizwerteinheit	Nr.	2	5	7
Raumtemperatur	Brennstroffver brauch (101)	0C	20,5	27,0	21,5
Eingang	Brennstofftempera tur (102)	Kcal/Nm3	3065	3102	3065
Atmo sphäre ndruc k	Nm3/h	1,08	1,69	3,4
Eingabe (I.P)	0C	19,7	26,3	20,5
mm Hg	761,3	759,0	759,2
Kcal/h	3313	5254	10433

ro

- Fortsetzung -

CD CO CX)

—A

ro ο

	Mittlere Temperatur des Warmwassers (110)	Nr.	2	5	7
Ausgang	Einlaßtemperatur (105)	0C	62,3	64,8	65,5
Differenz zwischen Auslaß- und Einlaßtemperatur	0C	14,8	15,5	15,0
Spezifische Wärme	0C	47,5	49,3	50,5
Spezifisches Gewicht	Kcal/kg 0C	1,0	1,0	1,0
Warmwasservolumen im Re servoir (111)	kg/m3	1000	1000	1000
Ausgang (O.P)	kg	65	73	113
Kcal/h	3088	3599	5707

- Fortsetzung -

CT) CO CD

co 00 O CO

to u>

	CO-Konzentration (108)	Nr.	2	5	7
Vf arme wirkungsgrad (V^)	NOx	%	93,2	68,5	54,7
Abgastemperatur (1O6)	Brennerart	0C	135,5	429	498
Oberflächentemperatur der Vorrichtung 50 (107)	Düsendurchmesser	0C	33,5	40,9	53,2
Ab ga s wärme ve r lus t	Regeldruck (109)		5,3	17,3	20,0
Verbrennuiip- bedingungen	co/co2 %	0,0003	0,0006	0,0007
Brenner	ppm	nicht feststell bar	nicht feststell bar	nicht feststell bar
Typ BR	BR-100	BR-100	BR-100
mm ρ	5,1*5x2	6,0/x2	6,2jz5x2
mm Aq	60	60	90

CO

CD CO

cn

Fig. 11 ist eine graphische Darstellung auf der Grundlage obiger Daten. Als Ergebnis der genannten Prüfung wurde festgestellt, daß dann, wenn das Verhältnis £f der Gaskanalbreiten auf 0,8 oder weniger als 0,8 eingestellt war, der Wärmewirkungsgrad auf mehr als 70% erhöht werden konnte.

Versuch 2

Die bei diesem Versuch eingesetzte Flussigkeits-Erhitzungsvorrichtung besaß die Konstruktion gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung, wobei das Verhältnis So der Flüssigkeitskanalbreiten festgelegt war, während das Verhältnis £c der Gaskanalbreiteη auf verschiedene Werte eingestellt wurde. Die Abmessungen der verschiedenen Teile gemäß Fig. 10A und 10B sind in der folgenden Tabelle 2 aufgeführt.

709809/0334

Tabelle 2

ο co

co

co co

	Nr.	1	2	3	4
Höhe	H-1 (mm)	1095	1095	1095	1095
Breite	H2 (mm)	1000	1000	1000	1000
Radius des Heizgasraums	E1 (mm)	385,2	399,8	512,6	831,6
Radius der Heizgaskammer	R (mm)	127,6	134,9	191,3	350,8
	r (mm)	106,3	106,3	106,3	106,3
Breite des Innenmantels	Sc-S-1	0,200	0,269	0,800	2,300
Breite des Außenmantels	Bei (mm)	13	13	13	13
Breitenverhältnis der Flüssigkeitskanäle	Bco (mm)	65	65	65	65
Wärmeübertragungsfläche	Sc=Bci/ Bco	0,20	0,20	0,20	0,20
A (m2)	1,849	1,986	2,345	3,445

O I

K)

CD CO CD

Bei der Untersuchung des Wirkungsgrads verschiedener Flüssigkeits-Erhitzungsvorrichtungen bei konstanter "bzw. ständiger Warmwasserentnahme mittels der Prüfvorrichtung gemäß Fig. 8 wurden die Ergebnisse gemäß folgender Tabelle C erhalten.

70 9 8 09/0334

Tabelle C

	Heizwerteinheit	Nr.	1	2	3	4
Raumtemperatur	Brennstoffverbrauch (101)	0C	A, O	4,5	28,0	8,0
	Brennstofftemperatür (102)	Kcal/Nm3	3043	3032	3076	3054
W) ö	Atmosphärendruck	Nm3/h	8,46	8,33	13,06	16,77
inga]	Eingang (I.P)	0C	6,2	6,8	27,1	26,8
	mm Hg	748,2	736,6	739,5	751,7
	Kcal/h	25751	25257	40200	51230

- Fortsetzung -

CD CO OO O CC

O (λ> to

	Strömungsmenge (103)	Nr.	1	2	3	4
	Auslaßtemperatür (104)	kg/h	500	500	500	500
	Einlaßtemperatur (105)	0C	60,4	61,0	60,0	57,5
Ö	Unterschied zwischen Auslaß- und Einlaßtem peratur	0C	12,8	12,8	13,8	13,5
CO faO J	Spezifische Wärme	0C	47,6	48,2	46,2	44,0
	Spezifisches Gewicht	Kcal/kg 0C	1,0	1,0	1,0	1,0
	Ausgang (0.P)	kg/m5	1000	1000	1000	1000
	Kcal/h	23820	24120	32361	30789

Ul

- Fortsetzung -

K) CD CO CD

N)

CO OO Os CO

O Ca>

	CO-Konzentration (108)	Nr.	1	2	3	4
Wärmewirkungsgrad (η,)	NOx	%	92,5	95,5	80,5	60,1
Abgastemperatur (106)	0C	154,8	118,0	397,7	552,0
Oberflächentemperatur der Erhit zungsvorrichtung 50 (107)	0C	29,2	28,7	39,6	45,5
Abgaswärmeve rlus t	%	5,9	4,4	15,8	22,2
Verbrennungs bedingungen	CO/CO, % 2	0,0015	0,0002	0,0003	0,0002
ppm Teile pro Million	nicht fest stell bar	nicht fest stell bar	nicht fest stell bar	nicht fest stell bar

- Fortsetzung -

CO CO CD —α N) O

σ co OO O CD

co co

	Brennerart	Nr.	1	2	3	4
Brenner	Düsendurchmesser	Typ BR	BR-100	BR-100	BR-115x2	BR-115x2
Regeldruck (109)	mm ρ	5,6jZ$x2	5,6jrfx2	5,0jrfx4	5 $ 4^x4
Anmerkung	mm Aq	60	60	60	70
Kompensa tionsko effizient	0,827	0,824	0,836	0,830

VjJ

CD CO CD

Wenn zudem verschiedene Flüssigkeits-Erhitzungsvorrichtungen mit dem Aufbau gemäß vorstehender Tabelle 2 bezüglich ihres Warmvrasserspeicherwirkungsgrads mittels der Prüfvorrichtung gemäß Figo 8 untersucht wurden, ergaben sich die Daten gemäß folgender Tabelle D.

709809/0334

Tabelle D

	He i zwe r t e inhe i t	Nr.	2	3	4
Raumtemperatur	Brennstoffverbrauch (101)	0C	4,5	28,0	8,0
Eingang	Brennstofftemperatür (102)	Kcal/Nm3	3032	3076	3054
Atmosphärendruck		1,53	2,45	3,31
Eingabe (I.P)	0O	6,8	27,1	26,8
mm Hg	736,6	739,5	751,7
Kcal/h	4663	7545	10114

- Fortsetzung -

co co

co

co u>

	Mittlere Temperatur des Warmwassers (110)	Nr.	2	3	4
	Einlaßtemperatur (105)	0C	63,0	63,6	63,9
	Differenz zwischen Auslaß- und Einlaßtemperatur	0C	12,8	13,8	13,5
G	Spezifische Wärme	0C	50,2	49,8	50,4
Ausga	Spezifisches Gewicht	Kcal/kg 0C	1,0	1,0	1,0
	Warmwasservolumen im Re servoir (111)	kg/m5	1000	1000	1000
	Ausgang (O.P)	kg	85	105	120
	Kcal/h	4267	5229	6048

- Fortsetzung -

V»

00

CD CaJ CO

NJ

OO O CD

c*> co

	CO-Konzentration (108)	Nr.	2	3	4
Wärme Wirkungsgrad (η)	HOx	CLu /U	91,5	69,3	59,8
Abgastemperatur (106)	Brennerart	0C	153,3	420,5	580,3
Oberflächentemperatur der Vor richtung 50 (107)	Düsendurchmesser	0C	32,3	40,8	56,2
Abgaswärmeverlust	Regeldruck (109)		5,8	16,4	24,2
Ve rbrennungs- bedingungen	co/co2 %	0,0002	0,0003	0,0003
ppm	nicht fest stell bar	nicht fest stell bar	nicht fest stell bar
Typ BR	BR-1OO	BR-115x2	BR-115x2
mm ρ	5,6*5x2	5,0)4x4	5,4jox4
mm Aq	60	60	70

CD CO CD

Fig. 12 veranschaulicht eine graphische Darstellung auf der Grundlage obiger Daten» Als Ergebnis der vorstehend beschriebenen Untersuchungen zeigte es sich, daß der Wärmewirkungsgrad auf über 70% erhöht werden konnte, wenn das Verhältnis ^c der Breite der Gaskanäle auf 0,8 oder darunter eingestellt wurde.

Versuch 5

Bei der bei diesem Versuch verwendeten Flüssigkeits-Erhitzungsvorrichtung mit dem Aufbau gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung war das Breitenverhältnis fcf der Gaskanäle festgelegt, während das Breitenverhältnis Sf der Flüssigkeitskanäle auf verschiedene Werte variiert wurde. Die Abmessungen der Teile gemäß den Fig. 9A und 9B sind in folgender Tabelle 3 aufgeführt.

709809/0334

Tabelle 3

	Nr.	1	2	3	4	5
Höhe	H1 (mm)	1120	1120	1120	1120	1120
Längere Seite	H2 (mm)	1000	1000	1000	1000	1000
Kürzere Seite	L1 (mm)	500	500	500	500	500
Breite des Innenwasser mantels	Lg (mm)	400	400	400	400	400
Breite des Außenwasser mantels	E (mm)	198,20	205,80	213,50	236,20	251,20
Breitenverhältnis der Flüs sigkeitskanäle	Bfi (mm)	7,4	15,0	22,7	45,4	60,4
Breite der Heizgassteigkammer	Bfo (mm)	45,4	45,4	45,4	45,4	45,4
Breite des Heizgasfallraums	Sf=Bfi/Bfo	0,163	0,330	0,500	1,000	1,33
Breitenverhältnis der Gas kanäle	Wu (mm)	80	80	80	80	80
Wärmeübertragungsfläche	Wd (mm)	20	20	20	20	20
|f=Wd/Wu	0,25	0,25	0,25	0,25	0,25
A (m2)	2,001	2,019	2,046	2,105	2,153

CO CJ) λ

Bei Prüfung einer Vielfalt von Erhitzungsvorrichtungen mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau bezüglich des Wirkungsgrads bei der ständigen Warmwasserentnahme mittels der Prüfvorrichtung gemäß Fig. 8 ergaben sich die Daten gemäß folgender Tabelle E.

709809/0334

Tabelle E

O CO 00 O CD

CO

	He i zwe rte inhe i t	Nr.	1	2	3	4	VJl
Raumtemperatur	Brennstoffverbrauch (101)	0C	20,5	3,8	3,5	6,8	8,9
	Brennstofftemperatür (102)	Kcal/Nm3	3065	3021	3025	3040	3051
	Atmosphärendruck	Nm3/h	6,81	6,86	6,85	6,83	6,82
.ngang	Eingabe (I.P)	0C	19,7	5,7	5,9	7,2	7,9
•ΓΙ W	mm Hg	761,3	754,7	760,1	767,7	759,8
	Kcal/h	20897	20724	20721	20763	20808

-P-I

- Fortsetzung -

CD

O
CD
OO

i	Ausgang	Strömungsmenge (103)	Nr.	1	2	3	4	VJl
Auslaßtemperatur (104)	kg/h	400	400	400	400	400
Einlaßtemperatur (105)	0C	65,0	62,0	58,6	51,7	'47,7
Differenz zwischen Aus laß- und Einlaßtemperatu]	0C	13,7	13,1	13,1	13,3	13,3
Spezifische Wärme	■ 0C	51,3	48,9	45,5	38,4	34,2
Spezifisches Gewicht	Kcal/kg 0C	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
Ausgang (0.P)	kg/m3	1000	1000	1000	1000	1000
Kcal/h	20500	19584	18193	15365	13692

- Fortsetzung -

cn CO CD

ο co

CD

O Ca> U)

	CO-Konzentration (108)	Nr,	1	2	3	4	VJl
Wärme wirkungsgrad (r^)	NOx	%	98,1	94,5	87,8	74,0	65,8
Abgastemperatur (1O6)	0C	85,5	119,0	201,2	292,8	333,0
Oberflächentemperatur der Erhitzungsvorrichtung 50 (107)	0C	32,5	33,0	33,5	36,0	36,0
Ab ga s wärme ve rlus t	0/ /Q	3,1	4,4	7,8	11,5	13,2
Verbren nungsbe dingungen	co/co2 %	0,0003	0,0003	0,0003	0,0003	0,0003
ppm	nicht meßbar	nicht meßbar	nicht meßbar	nicht meßbar	nicht meßbar

VJl I

- Fortsetzung *

K)

U)

cn

CO OO COCO

u>

	Brennerart	Nr.	1	2	3	4	5
Brenner	Düsendurchmesser	Typ BR	BR-100	BR-100	BR-100	BR-100	BR-100
Regeldruck (109)	m τη ρ	5,1j*x2	5,1^x2	5,1^x2	5,1(^x2	5,1^x2
Anmerkung	mm Aq	60	60	60	60	60
!Compensa tions ko- effizient	0,833	0,821	0,822	0,826	0,829

-P-CTv

cn cn

Hierin bedeuten

Eingabe (I.P) Ausgang (O.P)

Wärmewirkungs grad (η)

Abgaswärmeverlust ()

worin

Heizwerteinheit χ Brennstoffverbrauch

Strömungsmenge χ spezifische Wärme χ Differenz zwischen Einlaß- und Auslaßtemperatur

Aus gang/Eingab e
V(cgtg - coto) χ Hu

V « Hu ι cg,

CO ä

tg,

to ·■

Abgasmenge bei Temperatur tg Abgasmenge bei niedrigem Heizwert

spezifische Wärme des erhitzten Gases bzw. Heizgases bei tg, to

Abgastemperatur bzw. Atmosphärentemperatur

Eine Untersuchung des Warmwasserspeicherwirkungsgrads mehrerer Flüssigkeits-Erhitzungsvorrichtungen mit oben beschriebener Konstruktion mittels der Prüfvorrichtung gemäß Fig. 8 ergab die Daten gemäß folgender Tabelle F.

709809/0334

Tabelle F

σ co co CD CO

co LO

	Heizwerteinheit	Nr.	1	3	4	5
Raumtemperatur	Brennstoffverbrauch (101)	0C	20,5	3,5	6,8	8,9
Eingang	Brennstofftemperatür (102)	Kcal/Nm3	3065	3025	3040	3051
Atmosphärendruck	Nm3/h	1,11	1,41	2,05	2,46
Eingabe (I.P)	0C	19,7	5,9	7,2	7,9
mm Hg	761,3	760,1	767,7	759,8
Kcal/h	3413	4266	6262	7506

-P-00

- Fortsetzung -

KJ

CD OO

cn

N)

co 00 O co

O Ca> CJ #■«

	Mittelere Temperatur des Warmwassers (110)	Nr.	1	3	4	5
Ausgang	Einlaßtemperatur (105)	0C	63,0	63,3	62,2	62,5
Differenz zwischen Auslaß- und Einlaßtemperatur	0C	13,7	13,1	13,3	13,3
Spezifische Wärme	°c	49,3	50,2	48,9	49,2
Spezifisches Gewicht	Kcal/kg 0C	1,0	1.0	1,0	1,0
Warmwasservolumen im Re servoir (111)	kg/m5	1000	1000	1000	1000
Ausgang (O.P)	kg	65	69	84	92
Kcal/h	3205	3464	4108	4526

VO

- Fortsetzung -

cn

Ca)

CD

O CO 00 O co

Ui

	CO-Konzentration (108)	Nr.	1	3	4	VJl
Wärmewirkungsgrad fy)	NOx	%	93,9	81,2	65,6	60,3
Abgastemperatur (106)	Brennerart	0C	112,5	273,3	408,3	423,9
Oberflächentemperatur der Vor richtung 50 (107)	Düsendurchmesser	0C	34,5	35,1	42,3	48,6
Abgaswärmeverlust	Regeldruck (109)	%	4,3	12,0	16,0	17,2
Verbren- nungsbe- dingunge]	co/co2 %	0,0003	0,0003	0,0025	0,0040
Brenner	ppm	nicht meßbar	nicht meßbar	nicht meßbar	nicht meßbar
Typ BR	BR-100	BR-100	BR-100	BR-100
mm ρ	5,1*5x2	5,1*5x2	5,1*5x2	5,1*5x2
mm Aq	60	60	60	60

O I

CD

—a

K) O

Fig, 13 ist eine auf der Grundlage obiger Daten gezeichnete graphische Darstellung. Als Ergebnis des vorstehend beschriebenen Versuchs zeigte es sich, daß der Wärmewirkungsgrad auf über 70% erhöht werden konnte, wenn das Verhältnis Sf der Breite der Flüssigkeitskanäle auf 0,8 oder weniger eingestellt wurde.

Versuch 4

Die bei diesem Versuch eingesetzte Flüssigkeits-Erhitzungsvorrichtung besaß den Aufbau entsprechend der zweiten Ausführungsform der Erfindung, wobei das Breitenverhältnis ^c der Gaskanäle festgelegt war, während das .Breitenverhältnis Sc der Flüssigkeitskanäle mit mehreren unterschiedlichen Werten variiert wurde_β Die Abmessungen der Teile gemäß Fig. 11A und 11B sind in der folgenden Tabelle 4 aufgeführt.

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Tabelle 4

ο co OO ο co

CaJ

	Nr.	1	2	3	4	5
Höhe	H1 (mm)	1095	1095	1095	1095	1095
Breite	Hp (mm)	1000	1000	1000	1000	1000
Breite des Innenmantels	E1 (mm)	399,8	399,8	399,8	399,8	399,8
Breite des Außenmantels	Bei (mm)	13	26	39	65	130
Breitenverhältnis der FlUs- sigkeitskanäle	Bco (mm)	65	65	65	65	65
Radius des Heizgasraums	Sc=Bci/ Bco	0,20	0,40	0,60	1,00	2,00
Radius der Heizgaskammer	R (mm)	134,9	134,9	134,9	134,9	134,9
	r (mm)	106,3	106,3	106,3	106,3	106,3
Wärmeübertragungsfläche	504.1	0,269	0,269	0,269	0,269	0,269
A (m2)	1,986	2,106	2,183	2,550	3,318

ui

CD

to

cn

Bei Untersuchimg des Wirkungsgrads bei ständiger Warmwasserentnahme bei mehreren Erhitzungsvorrichtungen mit der obigen Konstruktion mittels der Prüfvorrichtung gemäß Fig. 8 wurden die Ergebnisse gemäß folgender Tabelle G erhalten.

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Tabelle G

-«a ο co

co

u>

	Heizwerteinheit	Nr.	1	2	3	-P-	VJl
Raumtemperatur	Brennstroffverbrauch (101)	0C	4,5	12,0	15,0	18,5	8,8
	Brennstofftemperatür (102)	Kcal/Nm3	3032	3054	3058	3062	3054
hn	Atmosphärendruck	Nm3/h	8,33	8,25	8,24	8,23	8,25
Eingan	Eingabe (I.P)	0C	6,8	12,5	13,8	17,1	7,9
	mm Hg	736,6	762,2	761,0	738,4	759,8
Kcal/h	25257	25210	25209	25188	25199

VJl
-P-

- Fortsetzung -

K)

cn

CD

K) O

O CD OO O CD

	S trömungs menge (103)	Nr.	1	2	3	4	5
	Auslaßtemperatur (104)	kg/h	500	500	500	500	500
	Einlaßtemperatur (105)	0C	61,0..	59,1	57,6	51,9	47,9
	Differenz zwischen Aus- laß-und Einlaßtemperatur	°c .	12,8	13,5	13,5	13,8	13,0
is gang	Spezifische Wärme	0C	48,2	45,6	44,1	38,1	34,9
	Spezifisches Gewicht	Kcal/kg 0C	1,0	' 1,0	1,0	1,0	1,0
	Ausgang (O.P)	kg/m3	1000	1000	1000	1000	1000
	Kcal/h	24120	22815	22058	19067	17438

VJl

VJl

- Fortsetzung -

CD CO CD

K) O

CD OD CD CD

CJ CO co

	CO-Konzentration (108)	Nr.	1	2	3	4	5
Wärmewirkungsgrad (η)	NOx	%	95,5	90,5	87,5	75,7	69,2
Abgastemperatur (106)	0C	118,0	178,5	209,3	298,5	301,5
Oberflächentemperatur der Er hitzungsvorrichtung 50 (107)	0C	28,7	35,2	36,0	36,0	34,8
Abgaswärmeverlust		4,4	6,9	8,1	11,8	11,9
Verbren nungsbe dingungen	co/co2 %	0,0002	0,0003	0,0003	0,0003	0,0002
ppm	nicht meßbar	nicht meßbar	nicht meßbar	nicht meßbar	nicht meßbar

VJl

CT.

- Fortsetzung -

cn

cn

ro ο

O CD OO O

	Brennerart	Nr.	1	2	3	4	5
Brenner	DUsendurchmesser	Typ BR	BR-100	BR-100	BR-100	BR-100	BR-100
Regeldruck (109)	mm ρ	5,6j6>2	5,6*0x2	5,6)0x2	5,6j6x2	5,6(6x2
Anmerkung	mm Aq	60	60	60	60	60
Kompensa- tionskoe- effizient	0,824	0,83	0,831	0,832	0,830

VJl

CD OJ CD __i

K) O

Mit der Vorrichtung gemäß Fig. 8 wurde eine Vielzahl von Flüssigkeits-Erhitzungsvorrichtungen mit vorstehend angegebener Konstruktion bezüglich des Wirkungsgrads bzw. der Wirksamkeit der Warmwasserspeicherung untersucht, wobei die Ergebnisse gemäß folgender Tabelle H erhalten wurden.

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Tabelle H

σ to oo CD CO

CO

	He i ζwe rte inhe i t	Nr.	1	3	4	5
Raumtempe ratur	Brennstoffverbrauch (101)	0C	4,5	15,0	18,5	8,8
Eingang	Brenns tofftempe ratur (102)	Kcal/Nm3	3032	3058	3062	3054
Atmosphärendruck	Nm3/h	1,56	1,84	2,92	4,95
Eingabe (I.P)	0C	6,8	13,8	17,1	7,9
mm Hg	736,6	761,0	738,4	759,8
Kcal/h	4751	5636	8964	15129

VO

- Fortsetzung -

ro

cn co

CD

—A

to

	Mittlere Temperatur des Warmwassers (110)	Nr.	1	3	4	5
	Einlaßtemperatur (105)	0C	64,0	63,3	63,4	61,9
	Differenz zwischen Auslaß- und Einlaßtemperatur	0C	12,8	13,5	13,8	13,0
	Spezifische Wärme	0C	51,2	49,8	49,6	48,9
gang	Spezifisches Gewicht	Kcal/kg 0C	1,0	1,0	1,0	1,0
	Warmwasservolumen im Reservoir (111)	kg/ra3	1000	1000	1000	1000
	Ausgang (O.P)	kg	85	92	120	185
	Kcal/h	4352	4582	5952	9047

cn ο ι

- Fortsetzung -

O Ca> U>

	CO-Konzentration (IO8)	Nr.	1	3	4	5
W arme wirkungsgrad (t[)	NOx	%	91,6	81,3	66,4	59,8
Abgastemperatur (106)	Brennerart	0C	165,2	253,5	413,0	579,3
Oberflächentemperatur der Er hitzungsvorrichtung 50 (107)	Düsendurchmesser	0C	31,3	38,9	43,0	55,2
Abgaswärmeverlust	Regeldruck (109)	%	6,2	10,5	16,5	24,5
Verbren- nungsbe- dingunßen	co/co7 %	0,0002	0,0003	0,0015	0,0023
U ω	ppm	nicht meßbar	nicht meßbar	nicht meßbar	nicht meßbar
	Typ BR	BR-100	BR-100	BR-100	BR-100
P-I	mm ρ	5,6jrfx2	5,6)^x2	5,6(0x2	5,6j!$x2
mm Aq	60	60	60	60

Fig. 14 zeigt eine graphische Darstellung auf der Grundlage der obigen Daten₀ Durch den vorstehend beschriebenen Versuch wurde bestätigt, daß der Wärmewirkungsgrad auf über 10% erhöht werden konnte, wenn das Breitenverhältnis Sc der Flüssigkeitskanäle auf 0,8 oder weniger eingestellt wurde.

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Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE

   M.JFlüssigkeits-Erhitzimgsvorrichtung, gekennzeichnet durch

   ^^ einen lotrechten, hexaedrischen bzw. sechsflächigen Außenkörper (1), durch einen Innenkörper (2) mit einer praktisch der Form des Außenkörpers entsprechenden Form, der unter Festlegung eines äußeren Wassermantels (3) mit Abstand vom Außenkörper in diesem angeordnet ist, durch zwei im Inneren des Innenkörpers (2) lotrecht angeordnete Plattenteile, die jeweils einen Zwischenraum zur Gegenplatte sowie zwischen dem betreffenden Plattenteil und der Wand des Innenkörpers (2) festlegen und dabei durch den ersten Zwischenraum einen inneren Wassermantel (8) und längs der einen Seite eine steigende Heizgaskammer (9) sowie längs der anderen Seite des zweiten Zwischenraums einen fallenden HeizgasrW (10) bilden, wobei die steigende Heizgaskammer an ihrem Oberteil mit dem fallenden Heizgasraum kommuniziert und das Verhältnis £f zwischen der Breite Wd des Heizgasraums und der Breite Wu der Heizgaskammer auf 0,8 oder weniger als 0,8 eingestellt ist, durch ein im Oberteil der steigenden Heizgaskammer (9) vorgesehenes Rauchrohr (11), das mit dem fallenden Heizgasraum (10) in Verbindung steht, und durch einen im Unterteil des fallenden Heizgasraums (10) vorgesehenen Rauchgasauslaß.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis Sf zwischen der Breite des Flüssigkeitskanals (Bfi) des Innenwassermantels und der Breite des Flüssigkeitskanals (Bfο) des Außenwassermantels auf 0,8 oder weniger als 0,8 eingestellt ist.

   5« Flüssigkeits-Erhitzungsvorrichtung, insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen zylindrischen, lotrechten ersten Außenkörper, durch einen ersten Innenkörper, der praktisch die gleiche Form besitzt wie der erste

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   Außenkörper und der in letzterem mit einem Abstand davon unter Festlegung eines ersten Zwischenraums angeordnet ist, durch einen zweiten Außenkörper mit einer Form praktisch entsprechend derjenigen des ersten Innenkörpers, der in letzterem mit Abstand davon angeordnet ist und einen zweiten Zwischenraum festlegt, welcher einen fallenden Heizgasraum bildet, und durch einen zweiten Innenkörper mit einer Form praktisch entsprechend derjenigen des zweiten Außenkörpers, welcher innerhalb des letzteren mit Abstand dazu angeordnet ist und dabei einen dritten Zwischenraum festlegt, der einen Innenwassermantel und außerdem eine steigende Heizgaskammer im zweiten Innenkörper bildet, wobei innerer und äußerer Wassermantel an Ober- und Unterteil miteinander in Verbindung stehen, die steigende Heizgaskammer an ihrem Oberteil mit dem fallenden Heizgasraum kommuniziert, das Verhältnis zwischen einem Radius R des fallenden Heizgasraums und einem Radius r der steigenden Heizgaskammer (wobei R und r den mittleren Radius bedeuten, falls innerer und äußerer Wassermantel kegelstumpfförmige Gestalt besitzen),auf einen der Ungleichung

   0<— - 1 < 0,8 genügenden Wert eingestellt ist, durch ein am Oberteil der steigenden Heizgaskammer angeordnetes und mit dem fallenden Heizgasraum kommunizerendes Rauchrohr sowie durch einen am Unterteil des fallenden Heizgasraums vorgesehenen Rauchgasauslaß.

   Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis Sc zwischen der Breite des Flüssigkeitskanals (Bei) des inneren Wassermantels und der Breite des Flüssigkeitskanals (Bco) des äußeren Wassermantels auf 0,8 oder weniger als 0,8 eingestellt ist.

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   L e e r s e i t e