DE2852135A1

DE2852135A1 - Heizkessel-vorrichtung

Info

Publication number: DE2852135A1
Application number: DE19782852135
Authority: DE
Inventors: Alfred Eisenschink
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-12-01
Filing date: 1978-12-01
Publication date: 1980-06-12

Description

Heizkessel-Vorrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf einen Heizkessel für flüssige und gasförmige Brennstoffe. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Heizkessel mit einer Brennkammer, in welche ein Brenner tangential einmündet und den Verbrennungsgasen eine Wirbelbewegung erteilt wird, und mit einem die Brennkammer umgebenden Wassermantel, der mit einem Vorlaufrohr zur Abführung des Vorlaufs und einem Rücklaufrohr zur Zuführung des Rücklaufs ausgestattet ist.
Zum Stand der Technik sei beispielsweise auf die deutschen Offenlegungs- bzw. Auslege- bzw. Patentschriften 1 679 397, 1 946 845, 1 952 139, 2 116 779 und 2 507 595 verwiesen.
Bei diesen bekannten Heizkesseln handelt es sich um komplizierte, technisch sehr schwer herzustellende Gebilde, bei denen den Verbrennungsgasen ein Strömungsweg aufgezwungen werden soll. Dabei ist insbesondere bei einer allseits vom Heizmedium umschlossenen Brennkammer nachteilig, daß gerade der Flammenbereich für einen schadstoffreien Ausbrand zu .stark gekühlt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Heizkessel vorzusehen, der die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist. Insbesondere soll der Heizkessel einen außerordentlich einfachen Aufbau besitzen, so daß er wirtschaftlich hergestellt werden kann, aber trotzdem mit einem hohen Wirkungsgrad arbeitet. Die Verbrennung soll dabei nahezu stöchiometrisch erfolgen und die Verschmutzung des Kessels soll minimiert werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Maßnahmen vor. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich dabei insbesondere aus den Unteransprüchen.
Durch den gemäß der Erfindung ausgebildeten Heizkessel wird erreicht, daß die Heizgase in der Brenn- oder Wirbelkammer einen gleichsam endlosen Ausbrandweg vorfinden, und zwar in einem natürlichen, links (in einer Horizontalschnittdraufsicht des aufrechtstehenden Kessels) rotierenden Wirbel, wobei neben der totalen und nahezu stöchiometrischen Verbrennung durch die Gegenrotation im Wassermantel der Wärmeübergang an allen Stellen auf den physikalischen Maximalwert angehoben wird. Die Brennkammer ist dabei annähernd als Hohlzylinder in etwa mit der Höhe des Halbmessers der Brennkammer ausgebildet, wobei der Mantelraum des Hohlzylinders vom vorzugsweise aus Wasser bestehenden Heizmedium gekühlt ist und die Bodenfläche aus einem feuerfesten Material mit hohem Wärmeleitwiderstand besteht. In der Brennkammer des erfindungsgemäßen Kessels entsteht ein Wirbel der Verbrennungsgase mit hoher Wirbelgeschwindigkeit. Die Rotation bewirkt dabei infolge der Fliehkraft eine starke Temperaturschichtung von innen nach aussen. Auf diese Weise bildet ein Teilstrom, der wesentlich kälter ist als die Gase im Bereich der Flamme, ständig eine hinterspülende Grenzschicht zwischen dem Wassermantel und der daran umgelenkten Flamme, wobei sich keine Brennstoffteile rußbildend an der für die Oxidation zu kalten Kesselfläche abkühlen oder auch ansetzen können. Beim erfindungsgemäßen Heizkessel wird den Verbrennungsgasen kein irgendwie gearteter Strömungsweg aufgezwungen, die Verbrennungsgase bewegen sich vielmehr ausschließlich in naturgesetzlicher Weise, d.h. mit einem rechtsdrehenden Drall, den die geradlinig einströmende Flamme auslöst,in einem linksdrehenden Tiefdruckwirbel. Asche oder Feststoffteilchen sammeln sich daher im Kern der Wirbelkammer am Boden, so daß in der Mitte der Wirbelkammer kein Führungselement erforderlich ist.
Beim erfindungsgemäßen Kessel ergibt sich eine vollkommene Durchmischung der Gase, wobei es zu wiederholtem Kontakt mit dem Flammenbereich kommt, und zwar insbesondere gilt dies für die schwereren Kohlenstoff/Sauerstoff-Verbindungen gegenüber den leichteren Wasserstoff/Sauerstoff-Verbindungen der Verbrennungsgase infolge der Zentrifugenwirkung im Wirbel. Auf diese Weise ergibt sich eine vorteilhafte Verbrennung. Selbst mit Heizölbrennern herkömmlicher Bauart, die an anderen Kesseln nur mit hohem Luftüberschuß rußfrei arbeiten, gelingt mit der erfindungsgemäßen Wirbelkammer eine nahezu stöchiometrische Verbrennung mit ruß- und schadstoffreien Abgasen. Besonders vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang der Strahlungsreflex des erfindungsgemäß nicht gekühlten Kesselbodens.
Durch die gemäß der Erfindung vorgesehene Wasserzuführung in den Heizkessel wird eine Gegenrotation des Wassers hervorgerufen, die so stark ist, daß sich eine thermische Schichtung von innen nach aussen ergibt. Dabei reduzieren die geringeren Temperaturen am Aussenmantel auf natürliche Weise die Abstrahlung des Heizkessels. Die hohen Geschwindigkeiten der Rundströmung des ganzen Wassers sichern im Mantelbereich um die Wirbelkammer herum insbesondere durch die vom Hohlzylinder des Brenneransatzes hervorgerufene Wassermischung eine höchstmögliche Temperaturdifferenz zwischen Wirbelkammer und Heizwasser.
Im wasserreichen Ringraum der als Rippenrohr ausgebildeten Nachschaltheizfläche bewegt sich die rotierende Wasserströmung quer über die Wülste der Längsschweißnähte des Rippenrohres. Die Strömungsgeschwindigkeit ist dabei (bereits bei üblichem Betrieb mit Heizungspumpen kleinster Leistung) so stark, daß Turbulenzen in der Grenzschicht auftreten, die ihrerseits den Wärmeübergang entscheidend verbessern. Die eintretende Temperaturschichtung wird im obersten Kesselbereich durch eine Staufläche im Bereich der Wasserentnahme aus dem Kessel aufgehoben, d.h. es tritt eine Mischung ein. Diese Mischung bringt eine Wassertemperatursenkung am oberen Ende des Rippenrohrs. Dadurch wird im Bereich der bereits abgekühlten Heizgase die Differenz zur Temperatur der Heiz- oder Verbrennungsgase abermals erhöht.
Die erfindungsgemäße Ausbildung des Heizkessels mit einer einen links rotierenden Wirbel enthaltenden Brennkammer und einem Wassermantel, in dem sich in Gegenrotation strömendes tIeizwasser befindet, führt zu einer besonders raumsparenden und kostengünstigen Kesselkonstruktion (im Falle einer Schweißkonstruktion sind insgesamt nur drei Rundnähte erforderlich) mit einer wesentlich höheren Ausnutzung der Brennstoffwärme.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf einen Heizkessel und insbesondere auf einen Heizkessel der oben sowie anhand der Figuren 1-5 beschriebenen Bauarto Bei solchen Heizkesseln treten mehr oder weniger häufig akustische Schwingungen auf, deren Beseitigung insbesondere wegen des damit verbundenen außerordentlich störenden Geräuschs erforderlich ist.
Diese unerwünschten Schwingungen und Geräusche können bei nahezu allen Hochduckzerstäuber-Brennerarten auftreten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen vorzusehen, um bei Heizkesseln auftretende, insbesondere durch Schwingungen hervorgerufene Geräusche zu beseitigen.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die im Anspruch 47 genannten Maßnahmen vor. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich dabei aus den übrigen Ansprüchen.
Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergebell sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie aus der Besciireibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt: Fig. 1 einen scllematischen Vertikalschnitt durch den erfindungsgemäßen Heizkessel; Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1; Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 1; Fig. 4 das Rücklaufrohr des Heizkessels; Fig. 5 eine alternative Anordnung des Rücklaufroiirs des Heizkessels.
Fig. 6 bis 10 die Darstellung einer weiteren Erfindung.
Der gemäß der Erfindung ausgebildete Heizkessel 1 besteiit im wesentlichen aus einem Wasserbehälter oder Wassermantel 3, der mit seinem oberen Mantelteil oder Wasserraum 5 im wesentlichen einen Nachschaltheizkörper (Rippenrohr) 30 umgibt, während der untere Mantelteil oder Wasserraum 4 eine Brenn- oder Wirbelkammer 9 seitlich umgibt.
Der untere Mantelteil 4 steht mit seinem unteren Ende 12 direkt in einer mit einer feuerfesten Isoliermatte 14 ausgelegten Bodenwanne 13. An der Bodenwanne 13 sind vorzugsweise drei lange Beine (in Fig. 1 ist nur ein derartiges Bein der Einfachheit halber dargestellt) derart befestigt, daß der Heizkessel 1 verhältnismäßig hoch steht, wodurch dessen Bedienung, Wartung, Reinigung und Montage erleichtert wird.
Ein Kesselisoliermantel 2 umgibt unter Zwischenschaltung einer aus Luft oder einem anderen Material bestehenden Isolierung den Wasserbeiiälter 3 und auch die Bodenwanne 13.
Die Brennkammer 9 ist im wesentlichen kuppelförmig ausgebildet, d.h. sie besteht aus einem Kreiszylinderraum, der sich nach oben hin kegel- oder kuppelförmig (vgl. Fig. 1) verengt. Die Höhe der Brennkammer 9 ist vorzugsweise in etwa gleich dem Halbmesser des Kreiszylinderraums. Die untere Begrenzung der Brennkammer 9 wird durch ein kreisförmiges feuerfestes Element 15 gebildet, welches in der Bodenwanne 13 liegt.
Der Wasserbehälter 3 wird außen durch eine kreiszylindrische Aussenwand 6 begrenzt, die sich nach oben hin zum oberen Ende einer Wasserbehälter-Innenwand hin kegelartig verjüngt; vgl. in Fig. 1 den oberen Außenwandabschnitt 69. Diese Innenwand ihrerseits besteht aus drei Abschnitten, und zwar einem unteren Wandabschnitt 72, einem mittleren Wandabschnitt 71 und einem oberen Wandabschnitt 73. Der obere Wandabschnitt 73 wird durch die Außenwand des Rippenrohrs 30 gebildet. Der untere Wandabschnitt 72 verläuft parallel zur Außenwand 6, ist also ebenfalls von kreiszylindrischer Gestalt.
Der mittlere Wandabschnitt 71 wird durch eine sich zum Heizkesselinneren und nach oben hin verjüngende Fläche gebildet, die am oberen Wandabschnitt 73 angeschweißt ist. Auf diese Weise entsteht ein Wassermantel 3, der mit einem verhältnismäßig breiten Ringraum die Zone des Rippenrohrs 30 und mit einem verhältnismäßig schmalen Ringraum die Brennkammer 9 umgibt, wobei die Brennkammer aber nach unten hirn nicht vom Wassermantel 3, sondern vom erwähnten feuerfesten Element 15 abgeschlossen ist. Dieser Heizkesselaufbau ist fertigungstechnisch vorteilhaft und auch einfach zu montieren.
Im Bereich der Brennkammer 9 ist ein wassergekühlter Brenneransatz 20 vorgesehen, und zwar (vgl. Fig. 2) seitlich nach rechts gegenüber der Kesselachse 26 versetzt. Der Brenneransatz verläuft somit im wesentlichen tangential zur Brennkammer 9. Der Brenneransatz 20 ist vorzugsweise ein kreiszylindrischer Wassermantel, bestehend aus einer Außenwand 21 sowie einer Innenwand 22. Die Innenwand 22 ist mit dem Wandabschnitt 72 verschweißt, während die Außenwand 21 mit der Kesselaußenwand 6 verscilweißt ist. Das im WassermanLel 3 befindliche Wasser dient somit auch zur Kühlung des Brenneransatzes 20. Ein Brenner 25 ist über einen Brennerflansch 23 im Brenneransatz 20 befestigt. Der Brennerflansch 23 besitzt dabei einen ebenen schräg über die Brenneransatzöffnung verlaufenden Anschnitt 24, d.h. die Endkante des Brennerflansches 23 ist nicht dem in Fig. 2 gestriclielt dargestellten Verlauf des Wandabschnitts 72 angepaßt, sondern ist in der in Fig.2 gezeigten Weise ausgebildet.
Der Brenneransatz 20 hat einen Innendurchmesser, der kleiner ist als der Halbmesser R der Brennkammer 9. Der Brenneransatz 20 wird tangenLial an die Brennkammer in der Weise angesetzt, daß die Innenwand 22 unten auf gleiche Höhe mit der Oberfläche des feuerfesten Elements 15 liegt.Der Brennermund 27 ist gegenüber dem Schnittpunkt von Brennerachse und der in Fiq. 2 gezeigten Verlängerung von Wandabschnitt 72 nach außen hin um eine Strecke V zurückgesetzt. Die Strecke V ist derart gewählt, daß die Verbrennungsgase in der Wirbelkammer 9 einerseits einen zur Nachverbrerlllung genü-gend heißen Flammenabschnitt erreichen, andererseits die Stabilität der Flamme an ihrer Wurzel aber nicht gestört wird.
Der obere Absciiiiitt 73 wird, wie bereits erwähnt, vorzugsweise von der Außenfläche eines Rippenrohrs 30 gebildet. Das Rippenrohr 30 besteht aus einer Vielzahl von miteinander längs verschweißten Rippen 31. Die inneren Enden der Rippen 31 bilden einen Kreiszylinder, in den ein passendes Innenrohr 40 eingesetzt ist, welches durch einen am oberen Ende vorgesehenen Flansch etwas iber die inneren Enden der Rippen 31 greift, so daß das Innenrohr 40 nicht durchfällt. Ein mit Fixierstiften 42 versehener Deckel 41 verschließt das an sich an beiden Enden offene Innenrohr 40 an seinem oberen Ende. Der Deckel 41 liegt lediglich lose auf dem Flansch des Innenrohrs auf.
Das Rippenrohr 30 ist außen an seinem oberen Ende mit der Außenwand 6 UTld an seinem unteren Ende mit dem oberen Ende des Innemnalltelabschnitts 71 verschweißt. Vorzugsweise erfolgt aber die Verschweißung des Abschnitts 71 mit der Außenfläche des Rippenrohrs 30 etwas versetzt gegenüber dem unteren Ende des Rippenrohrs 30, so daß ein Wehr 33 gebildet wird.
Am oberen Ende des Rippenrohres bzw. Außenmantels 6 des Kessels ist ein rohrförmiger Rauchgassammler 51 antjeschweißt, der nach oben hin konisch nach außen verlaufend offen ist, so daß ein Rauchgasdeckel 50 eingesetzt werden kann, der zum Zwecke der Reinigung der Rippen entfernbar ist. Nach llinten austretend ist in 51 ein Rauchgasabzugsrohr 52 angeschlossen.
Im obersten Bereich des oberen Mantelteils oder Wasserraums 5 ist schließlich noch ein Vorlaufrohr 10 mit dem Wasserraum in Verbindung stehend angeschweißt, um das aufgeheizte Wasser der Heizung zuzuführen.
Ein Zulauf- oder Rücklaufrohr 11 ist derart angeschlossen, daß das Wasser im Wassermantel in eine Drehung im Uhrzeigersinn (Fig.2) versetzt wird. Nachdem der Brenner vorzugsweise mit seiner Mittelachse nach rechts gegenüber der Achse 26 des Eleizkessels versetzt angeordnet ist und somit einen naturgemäß (von oben gesehen) nach links umlaufenden Verbrennungsgasstrom erzeugt, erreicht man durch die im Uhrzeigersinn im Wassermantel umlaufende Wasserströmung eine Gegenströmung zwischen dem Verbrennungsgas und dem Wasser, so daß sich eine ausgezeichnete Wärmeübertragung im Heizkessel ergibt.
Wie in Fig. 1 gezeigt, kann das Zulaufrohr voii oben her den oberen Wasserraum durchdringen und mit einem Uuenstück 112 im Wassermantel der Brennkammer derart enden, ddß die Rotation des Wasserinhalts im Uhrzeigersinn angeregt und durch die Umwälzpumpe des Heizkreises aufrechterhalten wird (vgl. auch Fig. 4).
Alternativ kann (Fig. 5) das Zulaufrohr 111 auch seitlich tangential derart an den Außenmantel 6 im Bereich des unteren Wasserraums angeschweißt werden, daß sich die gewünschte Rotation im Uhrzeigersinn für das Wasser ergibt.
Die Austrittsöffnung des Zulaufrohrs 11, | 11 läßt man auf einer solchen Höhe des Wassermantels s endenr daß sowohl das Wasser im oberen als auch im unteren Mantelteil 4 bzw. 5 in Drehung versetzt wird. Vorzuysweise endet das Zulaufrohr 11, 111 benachbart zur Innenseite der Außenwand 6 und benacllbart zum Übergang von Abschnitt 71 auf 72.
Ein n kegelförmig nac1i oben stehender Kragen 61 ist im oberen Wdsserraum 5 nahe dem unteren Ende des Rippenrohrs 30 befestigt.
Ferner ist im oberen Wasserraum 5 benachbart zur Mündung des Vorlaufrohrs 10 ein dreieckiges Schott 60 angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Schott aus einem rechtwinkligen Dreiecksblech hergestellt, welches mit seiner llypotenuse an der Innenseite der kegelförmig nach oben verlaufenden Außenwand 6 angeschweißt ist.
Zur Geräuschdämpfung sind Dämpfungssohlen 62 an den Füßen vorgesehen.
Es sei besonders darauf hingewiesen, daß es durch den erfindungsgemäßen Aufbau des Heizkessels möglich ist, diesen aus verhältnismäßig wenigen Einzelteilen und mit nur wenigen einfachen Schweißnähten herzustellen. Der Kessel besteht, wie insbesondere aus Fig. 1 ersichtlich ist, im wesentlichen aus einem die Außenwdnd 6 bildenden Stahlblecti, welches in die in Fig. 1 gezeigte oben kegelförmig zulaufende Form gedrückt ist, sowie einem kleineren die Abschnitte 71 und 72 bildenden gedrückten Stahlblech, und schließlich noch dem Rippenrohr 30. Lediglich drei einfache Schweißnähte 90, 91, 92 sind erforderlich, um die drei eben genannten Bauteile miteinander zu versciiweißen.
Der in denkbar einfache Weise aufgebaute Heizkessel wird vorzuysweise mit öl beheizt (kann aber auch mit Gas beheizt werden) und ermöglicht in der Wirbelkammer 9 eine Verbrennung, bei der die Verbrennungs- oder Heizgase einen gleichsam endlosen Ausbrand in einem natürlichen links rotierenden Wirbel erzeugen, so daß sich eine vollständige und nahezu stöchiometrische Verbrennung ergibt, wobei durch die erfindungsgemäß vorgesehene Gegenrotation im Wassermantel 3 der Wärmeübergang an allen Stellen auf den physikalischen Maximalwert angehoben wird.
Der Ausdruck links rotierend" bezieht sich auf die Draufsicht der Fig. 2. Die Co-rriolis-Kraft bewirkt auf der nördlichen Erdhalbkugel von Natur aus eine Wirbelbildung links herum, wobei für die Südhalbkugel das Gegenteil gilt (Offensichtlich würde d-aher bei einem Heizkessel für die südliche Erdhalbkugel der Brenner in Fig. 2 nach links gegenüber der Kesselachse 26 tangential angeordnet sein, um die natürliche Wirbelbewegully auszunutzen.) Durch die tangentiale Einströmung der Verbrennungsgase in den Heizkessel wird die Rotation entgegen dem Uhrzeigersinn oder links herum angeregt. Der in der Brennkammer entstehende Wirbel der Verbrennungsgase besitzt eine hohe Wirbelgeschwindigkeit, wobei die Rotation eine starke 5'emperaturschichtung von innen nach außen infolge der Fliehkraft hervorruft.
Beim erfindungsgemäßen Heizkessel erfolgt die Verbrennungsgasentnahme aus der Brennkammer 9 über das bereits erwähnte Wehr hinweg durch einen kreisrunden Ringspalt (in den hinein sich die erwähnten Rippen erstrecken) nach oben. Der mittlere Radius des Ringspalts ist etwa gleich der halben Länge des Radius R der Brennkammer 9. Durch die Höhe des Wehrs wird verhindert, daß zu heiße Ga-se aus dem Flammenbereich infolge des Auftriebs auf zu kurzem Weg zum Rippenrolir (30) gelangen. Die Rippen.des Rippenrohrs 30 spalten aus dem rotierendeff Verbrennungsgaswirbel Teilströme ab, die mit natürlichem Drall turbulent aufsteigen und Wärme an die Rippen abgeben.
Der heiße Wirbelkern kann dabei den Totraum des Ringrohrs 30 bestreichell, ohne jedoch abziehen zu können.
Die Wehrllolle, die vorzugsweise durch den Überstand des Rippenrohrs gebildet wird, in die Wirbelkammer 9 hinein beträgt mindestens 1/5 des Durchmessers des Rippenrohrs.
Der erfindungsgemäße Heizkessel kann vorzugsweise in einem Leistungsbereich von etwa 10 bis 30000 Kcal/1i betrieben werden. Dabei ist eine Kessel größe für diesen Leistungsbereich ausreichend, wobei die verschiedenen Leistungsstufen durch Brennerelnstellung erreicht werden.
Ein typischer Heizkessel hat etwa einen Durchmesser von 50 cm und eine Höhe von ca. 80 cm. Die Zeichnung stellt einen typischen Heizkessel im Maßstab 1:5 dar.
Es sei darauf hingewiesen, daß der Deckel 41 lediglich durch sein Eigengewicht auf der Ringrohröffnung liegt und durch drei an der Ringrohrinnenwand anliegende Stifte 42 zentriert ist. Dies hat den Vorteil, daß im Falle eines Verußens der Rippenrolirzüge der Deckel 41 infolge eines Druckaufbaus in der Wirbelkammer 9 zu klappern beginnt und so ein akkustisches Signal abgibt.
Es sei besonders darauf hingewiesen, daß durch die beiden kegelförmig schräg nach oben verlaufenden Wände, nämlich Wandabschnitt 71 und oberen Aussenwandabschnitt 69, erreicht wird, daß die Wärmedehnung des thermisch stark beanspruchten Rippenrohres 30 auf sehr einfache Weise von der Kesselaussenwand 6 und der esselinnenwand aufgenommen wird.
Es sei ferner betont, daß die kegelförmig schräg nach oben verlaufenden Wände durch einen Drückvorgang aus einem Zylinderteil heraus hergestellt werden und nicht etwa an einen Zylinderteil angeschweißt sind, da Schwießnähte an dieser Stelle besonders bruchgefährdet sind.
Die vorliegende Erfindung sei anhand eines Heizkessels der Bauart gemäß den Fig. 1-5 unter Bezugnahme auf Figuren 6-9 beschrieben. Es sei aber ausdrücklich bemerkt, daß die Erfindung ganz allgemein bei Heizkesseln Verwendung finden kann Ganz allgemein sieht die Erfindung vor, daß das gasseitige Kesgelvolumen durch eine oder mehrere einstellbare Elemente (Einstellelemente) verändert wird, und zwar entweder vergrößert oder verkleinert, je nachdem, was zur Beseitigung der Schwingung erforderlich ist.
In Fig. 6 ist ein Fall dargestellt, wo das gasseitige Kesselvolumen verkleinert wird, und zwar mittels eines einzigen einstellbaren Elements, welches von der Unterseite der Brennkammer anhebbar ist.
Zu diesem Zweck befindet sich das feuerfeste Element 15 in einer Tragschale 150. An der Unterseite der Tragschale 150 ist in der Mitte eine Einstellstange 151 befestigt, die nach unten durch eine an der Bodenwanne 13 befestigte Muffe 152 geführt ist. Wie gestrichelt bei 15' angedeutet, kann die Tragschale 150 zusammen mit dem feuerfesten Element 15 nach oben verschoben werden, und zwar vorzugsweise bis zu einer Stelle, wo die Brenneraustrittsöffnung nicht überdeckt wird. In der Tat wird bei der Kesselart gemäß den Fig. 1-5 die Oberseite des feuerfesten Elements 15 rechtzeitig am Anschnitt 24 zum Anschlag kommen. Zur Arretierung der Tragschale 150 auf jeder beliebigen Höhe zwischen den beiden in Fig. 6 gezeigten Positionen ist eine Feststellschraube 153 vorgesehen. Die Höhenverstellung des feuerfesten Körpers 15 erfolgt bis zu einem solchen Punkt, wo die unerwünschten Schwingungen und Geräusche nicht mehr auftreten.
Auf der auf diese Weise erreichten Höhe wird die Tragschale 150 durch Feststellen der Festlegschraube 153 festgelegt.
Fig. 7 zeigt zum einen die gleiche Einstellmöglichkeit wie Fig. 6, zusätzlich aber noch die Möglichkeit, unten geschlossene Einlegteile 140 engpassend in das Innenrohr 40 einzusetzen, um so das gasseitige Kesselvolumen zu verringern.
Bei 140' ist ein gegenüber 140 verlängertes Einlegeteil dargestellt. Das Einlegteil kann beispielsweise durch einen unten geschlossenen Blechzylinder oder aber einen keramischen Körper gebildet sein.
Die beiden Möglichkeiten der Veränderung des gasseitigen Kesselvolumens mittels des höhenverstellbaren Kesselbodens gemäß Fig. 6 bzw. mittels der einsetzbaren Einlegteile können gemeinsam oder unabhängig voneinander vorgesehen sein.
In Fig. 8 ist eine weitere Möglichkeit der Verringerung des gasseitigen Kesselvolumens dargestellt. In diesem Fall wird der hohlraum des Innenrohrs 40 vollständig durch ein Rohr 145 totgelegt, welches innerhalb des Innenrohrs 40, wie in Fig.
8 gezeigt, geführt ist und mit seinem unteren Ende auf der Oberseite des feuerfesten Elements 15 aufliegt. Rohr 145 1 egt nicht nur den Innenraum des Innenrohrs 40 tot, sondern vermindert auch das Brennkammervolumen. Durch Anheben des feuerfesten Elements 15 ist eine weitere Verringerung des Brennerraumvolumens möglich.
Fig. 9 zeigt einen Heizkessel, bei dem das gasseitige Kesselvolumen zum Zwecke der Geräuschdämpfung durch ein Zusatzvolumen 900 vergrößert wird. Dieses gemäß der Erfindung vorgesehene Zusatzvolumen 900 wird in einfacher Weise bei der Kesselbauart gemäß den Fig. 1 bis 5 dadurch bereitgestellt, daß man den Heizkessel 1 auf einen oben offenen, beispielsweise aus Stahlblech bestehenden Zylinder 901 aufsetzt. Ein Bodenblech 902 schließt den Zylinder 901 unten ab. Ein feuerfestes Element braucht nicht notwendigerweise auf dem Bodenblech 902 vorgesehen zu sein. Eine Isolierung 903 umgibt den Zylinder 901. Der Stahlzylinder 901 bildet an seinem oberen Ende eine Muffe 904, in welche das untere Ende 12 (des Heizkessels 1)hineingesetzt ist, und zwar unter Zwischenlage einer Isolierdichtung 905.-In Fig. 10 ist gezeigt, daß erfindungsgemäß das Zusatzvolumen 900 verändert werden kann, um so die erforderliche Geräuschdämpfung unter Berücksichtigung des verwendeten Brenners vorzunehmen. Zu diesem Zweck sieht die Erfindung eine Höheneinstellvorrichtung 800 vor, mittels welcher eine Tragunterlage 801 auf und ab bewegbar ist. Erfindungsgemäß kann die Tragunterlage 801 zusammen mit einem feuerfesten Körper 15 auch bis hinauf in den Brennerraum 9 bewegt werden und diesen gegebenenfalls verkleinern. Durch die Einstellstange 802 kann die Höheneinstellvorrichtung von außerhalbdes Zusatzvolumens 900 betätigt werden.

Claims

Ansprüche 1. Ileizkessel für flüssige und gasförmige Brennstoffe mit er Brennkammer,in welche ein Brenner tangential einmündet und den Verbrennungsgasen eine Wirbelbewegung erteilt wird, und mit einem die Brennkammer umgebenden Wassermantel, der mit einem Vorlaufrohr zur Abführung des Vorlaufs und einem Rücklaufrohr zur Zuführung des Rüclclaufs ausgestattet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Einführung insbesondere des gesamten Rücklaufs in den Wassermantel (6) in der Weise erfolgt, daß das ganze im Wassermantel enthaltene Wasser in eine Drehung entgegen der Wirbelbewegung der Verbrennungsgase in der Brennkammer (9) versetzL wird.
2. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbel der Verbrennungsgase sich entgegen dem Uhrzeigersinn fortpflanzt, während die Bewegung des Wassers im Wassermantel (6) im Uhrzeigersinn verläuft (Fig. 2).
3. Heizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wassermantel mit seinem oberen Mantelteil (5) im wesentlichen ein Rippenrohr (30) umgibt, und daß ein unterer Mantelteil (4) die Brenn- oder Wirbelkammer (9) seitlich umgibt.
4. Heizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Mantelteil (4) mit seinem unteren Ende (12) direkt in einer Bodenwanne (13) steht.
5. Heizkessel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenwanne (13) mit einer feuerfesten Isoliermatte (14) ausgelegt ist.
6. Heizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Resselisoliermantel (2) den Wasserbehälter (3) und die Bodenwanne (13) umgibt.
7. Heizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (9) aus einem Kreiszylinderraum besteht, der sich nach oben hin kegelförmig verengt (Fig. 1).
8. Heizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Brennkammer (9) in etwa gleich dem Halbmesser des Kreiszylinderraums ist.
9. Heizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Begrenzung der Brennkammer (9) durch ein kreisförmiges feuerfestes Element (15) gebildet ist, welches in der Bodenwanne (13) liegt.
10. Heizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserbehälter (3) aussen durch eine kreiszylindrische Aussenwand (6) begrenzt ist, die nach oben hin durch einen oberen Aussenwandabschnitt (ó9) kegelartig verjüngt ist.
11. Heizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand des Wasserbehälters (3) durch einen unteren Wandabschnitt (72), einen mittleren Wandabschnitt (71) und einen oberen Wandabschnitt (73) gebildet ist, wobei der untere Wandabschnitt (72) parallel zur Aussenwand (6) verläuft, der mittlere Wandabschnitt (71) durch eine sich nach oben hin verjüngende Fläche gebildet ist und der obere Wandabschnitt (73) wiederum parallel zur Aussenwand (6) verläuft.
12. Heizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Wandabschnitt (73) durch die Aussenwand des Rippenrohrs (30) gebildet ist.
13. Heizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wassermantel (3) im Bereich des Rippenrohrs(30)einen verhältnismäßig breiten Ringraum aufweist, während die Brennkammer seitlich von einem verhältnismäßig schmalen Ringraum des Wassermantels (3) umgeben ist und die Brennkammer (9) nach unten hin durch ein feuerfestes Element (15) abgeschlossen ist.
14. Heizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Brennkammer (9) ein wassergekühlter Brenneransatz (20) vorgesehen ist, und zwar seitlich nach rechts gegenüber der Kesselachse (26) versetzt und im wesentlichen tangential zur Brennkammer (9) verlaufend (Fig. 2).
15. Heizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenneransatz (20) vorzugsweise ein kreiszylindrischer Wassermantel, bestehend aus einer Aussenwand (21) und einer Innenwand (22), ist.
16. Heizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,-dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand (22) mit dem Wandabschnitt (72) und die Aussenwand (21) mit der Kesselaussenwand (6) verschweißt ist.
17. Heizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Brenner (25) über einen Brennerflansch (23) im Brenneransatz (20) befestigt ist.
18. Heizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennerflansch (23) einen ebenen, schräg über die Brenneransatzöffnung verlaufenden Anschnitt (24) besitzt, d.h. daß die Endkante des Brennerflansches (23) nicht dem Verlauf des Wandabschnitts (72) (in Fig. 2 gestrichelt) angepaßt ist, sondern darüber hinausragt (Fig. 2).
19. Heizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenneransatz (20) einen Innendurchmesser aufweist, der kleiner ist als der Halbmesser R der Brennkammer (9).
20. Heinkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dß der Brenneransatz (20) Langential an die Brennerkammer in der Weise angesetzt ist, daß die Innenwand (22) unten auf der gleichen höhe mit der Oberfläche des feuerfesten Elements (15) liegt.
21. Ileizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennermund (27= gegenüber dem Schnittpunkt von Brennerachse und Verlängerung des Wandabschnitts (72) nach aussen hin um eine Strecke V zurückgesetzt ist.
22. Heizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in das Rippenrohr ein Innenrohr (40) eingesetzt ist, welches durch einen am oberen Ende vorgesehenen Flansch etwas über die inneren Enden der Ripen (31) greifL.
23. Heizkessel nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit Fixierstiften (42) verseliener Deckel das an beiden Enden offene Innenrohr (40) an seinem oberen Ende verschließt.
24. Heizkessel nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel allein durch sein Gewicht auf dem Innenrohr (4c) aufliegt.
25. heizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rippenrohr (30) aussen an seinem oberen Ende mit der Aussenwand (6) und an seinem unteren Ende mit dem oberen Ende des Innenmantelabschnitts (71) verschweißt ist.
26. Heizkessel nacl1 einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Übergang von Abschnitt (71) zu Abschnitt (73) ein Wehr (33) vorgesehen ist.
27. Ileizkessel nacti Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Wehr (33) durch das Rippenrohr (30) gebildet ist.
28. Heizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellhöhe bzw. der Überstand des Rippenrohrs in die Wirbelkammer (9) mindestens 1/5 des Durchmessers des Rippenrohres beträgt.
29. Heizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Ende des Rippenrohres bzw. des Aussenmantels (6) des Kessels ein rohrförmiger Rauchgassammler (51) angeschweißt ist, der nach oben hin konisch, nach aussen verlaufend offen ist.
30. Heizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Rauchyassammler (51) nach hinten austretend ein Rauchgasabzugsrohr (52) angeschlossen ist.
31. Heizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im obersten Bereich des Wasserraums (5) ein Vorlaufrohr (10) angeschweißt ist.
32. Heizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rücklaufrohr (11) von oben her den oberen Wasserraum durchdringt und mit einem Bogenstück (112) im Wassermantel der Brennkammer derart endet, daß die Rotation des Wasserinhalts im Uhrzeigersinn (in der Draufsicht in Fiy. 2) angeregt und durch die Umwälzpumpe des Heizkreises aufrechterhalten wird.
33. Heizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, daß das Zulaufrohr (111) seitlich tangential am Aussenmantel (6) im Bereich des unteren Wasserraums angeschweißt ist (Fig. 5).
34. Heizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung des Zulaufrohrs (11,111) auf einer solchen Höhe des Wassermantels endet, daß sowohl das Wasser im oberen als auch im unteren Manteil teil (4 bzw. 5) in Drehung versetzt wird.
35. Heizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein kegelförmig nach oben stehender Kragen (61)im oberen Wasserraum (5) nahe dem unteren Ende des Rippenrohrs (30) befestigt ist.
36. Heizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Wasserraum (5) benachbart zur Mündung des Vorlaufrohrs (10) ein Schott(60) angeordnet ist.
37. Heizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schott (60) quer zur Rotationsrichtung des Wassers leicht angestellt ist.
38. Heizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise an der Bodenwanne (13) drei lange Beine befestigt sind.
39. Heizkessel nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß Dämpfungssohlen (62) an den Füßen der Beine vorgesehen sind.
40. Heizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kessel im wesentlichen aus einem die Aussenwand (6) bildenden, kegelförmig zulaufenden Stahlblech, einem kleineren, die Abschnitte (71) und (72) bildenden Stahlblech und dem Rippenrohr besteht, wobei diese drei Elemente durch drei einfache Schweißnähte (90, 91, 92) verschweißt sind.
41. Heizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsgasentnahme aus der Brennkammer (9) über das Wehr hinweg durch einen kreisrunden Ringspalt im Rippenrohr (30) nach oben erfolgt, wobei in der Mitte des Ringrohrs ein Totraum vorgesehen ist.
42. Hei zkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Radius des Ringspalts in etwa gleich der halben Länge des Radius R der Brennkammer (9) ist.
43. Heizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rücklaufrollr (11, 111) benachbart zur Innenseite der Außenwand (6) und benachbart zum übergang von Abschnitt (71) auf (72) endet bzw. mündet.
44. Heizkessel nach einem oder mehreren der vorlìergellenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die am Ringrohr (30) angeschweißten Wände, nämlich Wandabschnitt (71) und oberer Aussenwandabschnitt (69) kegelförmig nach oben verlaufend ausgebildet sind (Fig. 1)
45. Heizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussenwand (6) mit ihrem oberen kegelförmigen Aussenwandabschnitt (69) durch einen Drückvorgang hergestellt ist.
46. Heizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der Kesselinnenwand, der aus dem unteren Wandabschnitt (72) und dem mittleren Wandabschnitt (71) besteht, durch eine Drückbearbeitung aus einem Zylinderteil hergestellt ist, um den kegelförmig nach oben verlaufenden Wandabschnitt (71) vorzusehen.
47. Heizkessel, insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere das gasseitige Kesselvolumen verändernde(s) einstellbare(s) Element(e) vorgesehen ist (sind).
48. Heizkessel nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, daß durch das einstellbare Element eine Verkleinerung des Kesselvolumens vorgesehen wird.
49. Heizkessel nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, daß durch das einstellbare Element eine Vergrößerung des gasseitigen Kesselvolumens vorgesehen ist.
50. Heizkessel nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, daß durch das einstellbare Element eine Vergrößerung und/oder Verkleinerung des gasseitigen Kesselvolumens vorgesehen ist.
51. Heizkessel nach einem oder mehreren der Ansprüche 47-50, dadurch gekennzeichnet, daß ein einstellbares Element vorgesehen ist.
52. Heizkessel nach einem oder mehreren der Ansprüche 47-50, dadurch gekennzeichnet, daß zwei einstellbare Elemente vorgesehen sind.
53. Heizkessel nach einem oder mehreren der Ansprüche 47-52, dadurch gekennzeichnet, daß das Einstellelement als höhenverstellbarer Kesselboden ausgebildet ist.
54. Heizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Einstellelement im Innenrohr (40) beweglich angeordnet ist.
55. Heizkessel nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, daß unterschiedlich tiefe Einlegeteile (140, 140') für das Innenrohr (40) als Einstellelement dienen.
56. Heizkessel nach Anspruch 55, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlegeteile keramische Körper sind.
57. Heizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Einstellelement nach unten in eine die Brennkammer (9) vergrößernden Kesseluntersatz (170) hineinbewegbar ist.
58. Heizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner mit Gas betrieben ist.
59. Heizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner mit öl betrieben ist.
Heizkessel, insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Anspriiche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zusatzvolumen (900) zur Vergrößerung des gasseitigen Kesselvolumens vorgesehen ist.
61. Heizkessel nach Anspruch 60, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzvolumen (900) durch einen oben offenen Zylinder (901) gebildet ist.
62. Heizkessel nach Anspruch 61, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (901) an seinem oberen Ende eine Muffe (904) zur Aufnahme des unteren Endes des Heizkessels besitzt, und zwar unter Zwischenlage iner Isolierdichtung (905).
63. Heizkessel nach Anspruch 62, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Höheneinstellvorrichtung (800) eine Tragunterlage (801) auf und ab bewegbar ist, und zwar bis hinauf in den Brennerraum (9).