DE2930436C2

DE2930436C2 - Heating boiler with a steel water jacket and a combustion chamber

Info

Publication number: DE2930436C2
Application number: DE19792930436
Authority: DE
Inventors: Michel Soissons Guillardeau; Michel Garches Lecointe
Original assignee: Generale De Fonderie Sa Paris Fr Ste; Generale De Fonderie SA Paris Ste
Current assignee: Internationale Du Chauffage Sa Le Bla Cie
Priority date: 1978-07-26
Filing date: 1979-07-26
Publication date: 1983-06-30
Also published as: FR2432145B1; FR2432145A1; DE2930436A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Heizungskessel mit einem stählernen Wassermantel und einer Brennkammer, in der ein aus Guß bestehender, einen Wasserumlauf aufweisender Wärmetauscher angeordnet ist der über in den Gußkörper eingegossene Stahlblech teile mit dem stählernen Wassermantel verschweißt istThe invention relates to a heating boiler with a steel water jacket and a combustion chamber in which a heat exchanger made of cast iron and having a water circulation is arranged is welded to the steel water jacket via cast steel sheet parts

Einen derartigen Heizungskessel zeigt die DE-OS 26 45 717. Es werden dabei im kondensatkritischen Bereich Gußköiyer möglichst unbearbeitet belassen. Die problematische Verbindung von Grauguß und Stahlblech wird dadurch gelöst daß Stahlblechringe in den Graugußkörper eingegossen u^d mit dem Stahlblechmantel verschweißt sind.DE-OS 26 45 717 shows such a heating boiler. It is critical in the condensate Leave the Gußköiyer area as untreated as possible. The problematic connection between gray cast iron and sheet steel is solved by using sheet steel rings in the cast iron body is cast and welded to the sheet steel jacket.

Die DE-AS 19 11 815 betrifft einen Heizungskessel, bei dem ein ovaler Kragen des Gußkörpers mit dem Stahlblechmantel verschweißt wird, was aber nur mit Spezialelektroden durchgeführt werden kann.DE-AS 19 11 815 relates to a heating boiler, in which an oval collar of the cast body is welded to the sheet steel jacket, but only with Special electrodes can be carried out.

Die US-PS 23 01 683 zeigt einen Kessel, bei dem ein Wärmetauscher aus Gußmaterial an einer Wand aus Stahl mittels eingegossener kurzer ringförmiger Teile aus Stahl angebaut istThe US-PS 23 01 683 shows a boiler in which a heat exchanger made of cast material on a wall Steel is attached by means of cast short ring-shaped parts made of steel

Bei den bekannten Lösungen finden an der Verbindungsfläche in der Nähe der Anschlußlinie zwischen den Innenflächen des ringförmigen Teils und dem im Wärmetauscher ausgebildeten Kanal Korrosionen statt Da das ringförmige Teil nicht in den Hals des Wärmetauschers eingelassen ist, kann die Korrosion fortschreiten und Abdichtungsfehler, selbst Bruchgefahren des Gußstücks, erzeugen.In the known solutions find at the connection surface in the vicinity of the connection line between the Inner surfaces of the annular part and the channel formed in the heat exchanger corrosion instead Since the ring-shaped part is not embedded in the neck of the heat exchanger, corrosion can occur progress and create sealing defects, even risk of breakage of the casting.

Durch wiederholte Wärmestöße kann in der kritischen Anbauzone eine Materialermüdung auftreten, wodurch im Kessel Risse, Korrosionen und sogar Leckverluste entstehen können.Repeated thermal shocks can cause material fatigue in the critical cultivation zone. which can cause cracks, corrosion and even leakage in the boiler.

Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, bei einem Heizungskessel der eingangs genannten Art den Wärmetauscher aus Gußmaterial durch ein Befestigungselement derart aufzubauen, daß der Kessel eine gegenüber Korrosion und thermischen Belastungen erhöhte Widerstandsfähigkeit hat.The invention has set itself the task at a heating boiler of the type mentioned to build the heat exchanger from cast material by a fastening element in such a way that the boiler a has increased resistance to corrosion and thermal loads.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angeführten Merkmale gelöst.According to the invention, this object is achieved by the features specified in claim 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous further developments of the invention are the subject of the subclaims.

Das in das Gußmaterial eingegossene Ende des Einsatzes ist derart zugespitzt, verrippt, verzahnt oderThe end of the insert cast into the casting material is pointed, ribbed, toothed or

mit Gewinde versehen, daß eine mechanische Verankerung erzeugt wird. Diese Grenzflächen bilden gleichzeitig Zonen, in denen während des Gusses ein physikalisch-chemisches Durchdringen zwischen dem Gußmaterial und dem Stahl stattfindetprovided with a thread that a mechanical anchorage is created. These interfaces simultaneously form zones in which a during the casting physical-chemical penetration takes place between the cast material and the steel

Das vollständige Einsetzen des Endes des Einsatzes in den Wärmetauscher gestattet eine Verbesserung der physikalisch-chemischen Verbindung, die während des Gusses zwischen dem Stahl des Einsatzes und dem Gußmaterial des Wärmetauschers stattfindet Bei einem Wärmetauscher ist diese Verbesserung des Widerstands von grundlegender Bedeutung wegen der hohen thermischen Belastungen, die in der in Nähe der Einsätze gelegenen Zone unter der Wirkung der in diese Zone geführten Verbrennungsgase erzeugt werden. Es wird eine dichte und unlösbare Befestigung des Wärmetauschers am Tank durch eine sehr einfache Schweißung erreicht da diese innerhalb des Tanks ausführbar ist Diese Einsätze nehmen die unterschiedlichen thermischen Belastungen zwischen dem Gußmaterial und dem Stahl zufriedenstellend auf.Fully inserting the end of the insert into the heat exchanger allows an improvement in the physicochemical bond formed between the steel of the insert and the steel during casting Cast material of the heat exchanger takes place In a heat exchanger, this is the improvement in resistance fundamental because of the high thermal loads that are in the vicinity of the Inserted zone are generated under the action of the combustion gases fed into this zone. It is a tight and permanent attachment of the heat exchanger to the tank by a very simple Welding achieved because it can be carried out inside the tank. These inserts absorb the different thermal loads between the cast material and the steel in a satisfactory manner.

Da die geschweißten Einsätze zwei rohrförmige Teile sind, die die Kanäle für den Wassereinlaß in den Körper des Wärmetauschers bzw. den Wasserauslaß aus diesem Korper bilden, und da diese Kanäle mit der Wasserumlaufkammer des Körpers und mit dem Wasservolumen des Kessels in Verbindung stehen, ergibt sich eine merkliche Kühlung dir Einsätze und der angrenzenden Zonen, folglich eine Abschwächung der in den aus Stahl und aus Gußmaterial bestehenden Teilen entwickelten thermr-chen Beanspruchungen.Because the welded inserts have two tubular parts which are the channels for the water inlet into the body of the heat exchanger and the water outlet therefrom Body form, and there these channels with the water circulation chamber of the body and with the volume of water of the boiler are connected, there is a noticeable cooling of the inserts and the adjacent ones Zones, consequently a weakening of those developed in parts made of steel and cast material thermal stresses.

Die Verwendung von Wärmetauscherelementen mit Einsätzen gestattet eine leichte Herstellung von Kesseln mit unterschiedlichen Leistungen unter Verwendung ein und derselben Brennkammer und wahlweise eines oder mehrerer Wärmetauscherelemente derselben Bauart.The use of heat exchanger elements with inserts allows boilers to be manufactured easily with different performances using one and the same combustion chamber and optionally one or several heat exchanger elements of the same type.

Der Kessel kann somit mehrere im Tank gruppierte Wärmetauscherelemente in der Weise enthalten, daß die Verbrennungsgase gezwungen werden, aufeinanderfolgend wenigstens zwei Elemente ti bestreichen. Alle diese Elemente sind durch Schweißen der Einsätze an die Außenwand des Tanks an diesem befestigtThe boiler can thus contain several heat exchanger elements grouped in the tank in such a way that the combustion gases are forced to successively coat at least two elements ti. All these elements are attached to the tank by welding the inserts to the outer wall of the tank

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Heizungskessels dargestellt Es zeigtIn the drawings, exemplary embodiments of the heating boiler according to the invention are shown shows

F i g. 1 einen durch die Achse der Brennkammer verlaufenden senkrechten Schnitt D-Dm F i g. 2;F i g. 1 a vertical section D-Dm F i g running through the axis of the combustion chamber. 2;

Fig.2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht des Wärmetauschers von Fig. 1;Fig.2 is a partially sectioned side view of the Heat exchanger of Fig. 1;

Fig.3 einen der Fig. 1 ähnlichen Schnitt einer Ausführungsform mit zwei Wärmetauscherelementen;3 shows a section similar to FIG. 1 of an embodiment with two heat exchanger elements;

Fig.4 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Wärmetauscherelemente von F i g. 3;4 is a partially sectioned side view of the Heat exchange elements of FIG. 3;

F i g. 5 und 6 Schnitte /-/ bzw. KK in F i g. 6 bzw. 5 einer weiteren Ausführungsform mit drei Wärmetauscherelementen.F i g. 5 and 6 sections / - / or KK in FIG. 6 or 5 of a further embodiment with three heat exchanger elements.

Gemäß F i g. 1 bis 3 enthält ein Heizungskessel ein Gehäuse 1 aus Stahl, das das zu erhitzende Wasser enthält, und eine rohrförmige waagerechte Brennkammer 2 aus Stahl, die an das Gehäuse geschweißt ist. Ein Brenner 3 für Brennstoff und ein rohrförmiger Rauchgasstutzen 4 für die Verbrennungsgase sind längs der Achse 5 der Brennkammer 2 angeordnet. Zwischen dem im Betrieb eine waagerechte Flamme 6 entwickelnden Brenner 3 und des Rauchgasstutzens 4 befindet sich in der Brennkammer 2 ein Wärmetauscher mit einem einzigen Element 7 (F i g. I) oder mit zwei Elementen 7a,According to FIG. 1 to 3, a heating boiler contains a housing 1 made of steel, which contains the water to be heated contains, and a tubular horizontal combustion chamber 2 made of steel which is welded to the housing. A Burner 3 for fuel and a tubular flue gas nozzle 4 for the combustion gases are longitudinal the axis 5 of the combustion chamber 2 is arranged. Between the burner 3, which develops a horizontal flame 6 during operation, and the flue gas nozzle 4 is located in the combustion chamber 2 a heat exchanger with a single element 7 (FIG. I) or with two elements 7a,

Der Wärmetauscher 7 von Fi g· 1 besteht aus einem hohlen Körper 9 aus bei Kesseln üblichem Gußmaterial, Dieser Körper bildet eine Kammer 10 für den Wasserumlauf, die mit dem Wasservolumen 8 des Kessels über eine Einlaßöffnung 11 und eine Auslaßöffnung 12 in Verbindung steht. Zur Bildung der Kammer 10 enthält der Körper 9 koaxial zur Brennkammer 2 eine ringförmige hohle Erweiterung 13 und eine zentrale hohle Scheibe 14, die auch massiv sein kann.The heat exchanger 7 of FIG. 1 consists of one hollow body 9 made of cast material customary in boilers, this body forms a chamber 10 for the Water circulation connected to the water volume 8 of the boiler via an inlet opening 11 and an outlet opening 12 communicates. To form the chamber 10, the body 9 contains coaxially to the combustion chamber 2 an annular hollow extension 13 and a central hollow disc 14, which can also be solid.

Die ringförmige Erweiterung 13 weist auf der Seite des Brenners einen Kran2 15 auf zum Tragen eines Manielrings 16 aus Stahl, der zusammen mit der Scheibe 14 eine Brennkammer 2 mit Rückführung bildet. Die Öffnungen 11 und 12 sind durch einen ringförmigen Hals 17 bzw. 18 begrenzt. Die ringförmige Erweiterung 13 und die zentrale Scheibe 14 bilden zwei Schalen 19a, 19b. Die Schale 19a bildet für die Brennkammer 2 mit Rückführung einen undurchlässigen Boden, während die Schale 19£> von den Gasen bestrichen wird, die durch den Boden 20 der Brennkammer 2 und durch die Außenfläche des Rauchgasstutzens 4 zurückgeschickt werden.The annular extension 13 has on the side of the burner a crane 2 15 for supporting a maniel ring 16 made of steel, which together with the disk 14 forms a combustion chamber 2 with return. The openings 11 and 12 are delimited by an annular neck 17 and 18, respectively. The annular extension 13 and the central disc 14 form two shells 19a, 19b. The shell 19a forms an impermeable floor for the combustion chamber 2 with recirculation, while the shell 19 is coated by the gases which are sent back through the floor 20 of the combustion chamber 2 and through the outer surface of the flue gas connection 4.

Fig.2 zeigt in ihrem oberen rechten Viertel einen senkrechten Schnitt A -A in F i g. 1 des Wärmetauschers. Die untere Hälfte der Figur zeigt den Wärmetauscher gemäß dem Pfeil B, während das obere linke Viertel die Außenseite des Körpers gemäß dem Pfeil C zeigt. Der Körper 9 des Wärmetauschers ist mit radialen Rippen 21, 22 versehen. Die Rippen 21 sind der Schale 19a zugeordnet und enden am Kranz 15, während die Rippen 22 einen Anschlag für den auf den Kranz aufgesteckten Mantelring 16 bilden, vom Kranz bis zur Schale 19 reichen und im wesentlichen die Form der ringförmigen Erweiterung 15 annehmen. Auf diese Weise wird eine intensive Wärmetauschzone geschaffen, da die durch die Rippen 22 begrenzten axialen Kanäle 23 zwischen dem Umfang des Wärmetauscherkörpers und der Innenfläche der nassen Brennkammer 2 gebildet sind.In its upper right quarter, FIG. 2 shows a vertical section A -A in FIG. 1 of the heat exchanger. The lower half of the figure shows the heat exchanger according to arrow B, while the upper left quarter shows the outside of the body according to arrow C. The body 9 of the heat exchanger is provided with radial ribs 21,22. The ribs 21 are assigned to the shell 19a and end at the rim 15, while the ribs 22 form a stop for the casing ring 16 attached to the rim, extend from the rim to the shell 19 and essentially assume the shape of the annular extension 15. In this way, an intensive heat exchange zone is created, since the axial channels 23 delimited by the ribs 22 are formed between the circumference of the heat exchanger body and the inner surface of the wet combustion chamber 2.

Der Körper 9 des Wärmetauschers ist erfindungsgemäß mit zwei dem Verschweißen dienenden Rohrstükken 33 aus Stahl versehen, die in die ringförmigen Hälse 17, 18 eingegossen sind, die die Öffnungen U, 12 umgeben. Der eingelassene Teil der Rohrstücke 33 ist, wie bei 33a angegeben, verzahnt oder verrippt zur Verbesserung der mechanischen Verankerung der Rohrstücke 33 im Gußmaterial. Obeidies ist das Ende 336 der Rohrstücke 33 zugespitzt und sind die ringförmigen Hälse 17, 18 erweitert, um während des Gusses des Körpers eine thermische Verankerung der Rohrstücke 33 durch Verschweißen im Gußmaterial zu ermöglichen. Der freie Teil jedes Rohrstückes 33 durchquert eine Öffnung 34 in einer ebenen Ausnehmung 36 in der aus Stahl bestehenden Wand der Brennkammer 2. Das Rohrstück 33 ist in der Ausnehmung 36 durch eine ringförmige Schweißnaht 35 befestigt. Die Rohrstücke 33 haben erfindungsgemäß einen geringen Durchmesser, so daß die im Gehäuse ausgebildeten zugehörigen Öffnungen 34 ebenfalls einen geringen Durchmesser haben und das SchweißenAccording to the invention, the body 9 of the heat exchanger is provided with two pipe sections used for welding 33 made of steel, which are cast in the annular necks 17, 18 which the openings U, 12 surround. The recessed part of the pipe sections 33 is, as indicated at 33a, toothed or ribbed to Improvement of the mechanical anchoring of the pipe sections 33 in the casting material. Obeidies is the end 336 of the pipe sections 33 are pointed and the annular necks 17, 18 are widened to during the By casting the body, the pipe sections 33 are thermally anchored by welding in the casting material enable. The free part of each pipe section 33 passes through an opening 34 in a flat recess 36 in the steel wall of the combustion chamber 2. The pipe section 33 is in the Recess 36 fastened by an annular weld seam 35. The pipe sections 33 have according to the invention a small diameter, so that the associated openings 34 formed in the housing also have a small diameter and the welding

schnell erfolgt.done quickly.

Die Verbrennungsgase folgen einem durch die Pfeile 26 bis 31 skizzierten Verlauf, Der Wasserumlauf in der Kammer 10 und in den Rohrstücken 33 ermöglicht eine Abschwächung der thermischen Belastungen im Gußkörper in der Nähe der Hälse 17,18 und in der Wand der Brennkammer 2,The combustion gases follow a course outlined by the arrows 26 to 31, the water circulation in the Chamber 10 and in the pipe sections 33 allow a weakening of the thermal loads in the cast body near the necks 17:18 and in the wall of the Combustion chamber 2,

Die Ausführungsform von F i g. 3 und 4 enthält einen Wärmetauscher 7 mit zwei aneinandergrenzenden Elementen 7a, 76. Das mit Rippen 37 versehene Element Tb ersetzt den aus Stahl bestehenden Mantelring 16 des Wärmetauschers von F i g. 1 und bildet eine aus Gußmaterial bestehende nasse Brennkammer 2 mit Rückführung, die in der aus Stahl bestehenden nassen Brennkammer 2 angebracht ist Im Gegensatz zum Element 7a weist das Element Tb keine zentrale Scheibe 14 auf und läßt die Flamme und die Gase das Wasser erhitzen, das in der Kammer 10 zwischen den öffnungen 11 und 12 des Elements Tb zirkuliert.The embodiment of FIG. 3 and 4 contains a heat exchanger 7 with two adjoining elements 7a, 76. The element Tb provided with ribs 37 replaces the steel jacket ring 16 of the heat exchanger of FIG. 1 and forms a composed of cast material wet combustion chamber 2 with feedback, which is mounted in the group consisting of steel wet combustion chamber 2. In contrast to the element 7a, the element Tb no central disc 14 and leaves the flame and the gases heat the water, which circulates in the chamber 10 between the openings 11 and 12 of the element Tb.

F i g. 4 zeigt in ihrem oberen Teil die Ansichten gemäß den Pfeilen £ (rechts) und HWnks) von F ig. 3 und zeigt in ihrem unteren Teil die halben Schnitte F-F (rechts) und G-G (links) von F i g. 3.F i g. 4 shows in its upper part the views according to the arrows £ (right) and HWnks) of FIG. 3 and shows in its lower part the half sections FF (right) and GG (left) from FIG. 3.

Bei der Ausführungsform von F i g. 5 und 6 hat der Wärmetauscher drei aus Gußmaterial bestehende Elemente 40, 41, 42 in Form von Zylindern, die abgeflacht, mit Rippen 44 versehen, als Batterie gruppiert und innerhalb einer rohrförmigen Brennkammer 2 aus Stahl mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt nebeneinander angeordnet sind.In the embodiment of FIG. 5 and 6, the heat exchanger has three made of cast material Elements 40, 41, 42 in the form of cylinders, which are flattened, provided with ribs 44, as a battery grouped and within a tubular combustion chamber 2 made of steel with square or rectangular Cross-section are arranged side by side.

Die beiden äußeren Elemente 40, 42 sind durch eine Abschirmung 43 verbunden, während die Elemente 40, 41 und 41,42 jeweils durch Ablenkbleche 45,46 getrennt sind. Die Abschirmung 43 ist zum Brenner 3 gerichtet und ermöglicht eine Ablenkung der Gase zur Seite der Elemente 40, 42 gemäß dem Pfeil 48 und dann eine Umlenkung zum zentralen Element 41 gemäß dem Pfeil 49 im Hinblick auf ihre Entleerung durch den Rauchgasstutzen 4.The two outer elements 40, 42 are connected by a shield 43, while the elements 40, 41 and 41, 42 each separated by baffles 45, 46 are. The shield 43 is directed towards the burner 3 and allows the gases to be deflected to the side of the Elements 40, 42 according to the arrow 48 and then a deflection to the central element 41 according to the arrow 49 with regard to their emptying through the flue gas nozzle 4.

Der Anbau der Elemente des Wärmetauschers an die Brennkammer 2 aus Stahl erfolgt leicht durch Schweißen der Rohrstücke 33 aus Stahl bei 36 an die Außenwand der Brennkammer 2.The attachment of the elements of the heat exchanger to the steel combustion chamber 2 is easy Welding the pipe sections 33 made of steel at 36 to the outer wall of the combustion chamber 2.

Die erfindungsgemäße Anwendung mehrerer Wärmetauscherelemente mit Rohrstücken 33 ermöglicht die Herstellung von Kesseln unterschiedlicher Leistung in einer für das Schweißen einfach ausgerüsteten Werkstatt ausgehend von einem Standardelement aus Gußmaterial (F i g. 5) oder höchstens zwei Standardelementen aus Gußmaterial (Fig.3), die vorher in der Gießerei mit Rohrstücken 33 von geringen Abmessungen versehen wurden.The inventive use of several heat exchanger elements with pipe sections 33 enables Manufacture of boilers of different capacities in a workshop simply equipped for welding starting from a standard element made of cast material (Fig. 5) or at most two standard elements from casting material (Fig.3), previously in the foundry with pipe sections 33 of small dimensions were provided.

Die Rohrstücke 33 können auch mit Gewinde versehen und durch Verschrauben in den ringförmigen Halsen 17, 18 befestigt sein. Der mit dem aus Gußmaterial bestehenden Wärmetauscher ausgerüstete Kessel kann ein Gaskessel sein.The pipe sections 33 can also be threaded and screwed into the annular Jibs 17, 18 be attached. The one equipped with the heat exchanger made of cast material Boiler can be a gas boiler.

Anstelle der rohrförmigen Brennkammer 2 aus Stahl kann jeder andere Behälter aus Stahl mit geeigneter Form verwendet wurden.Instead of the tubular combustion chamber 2 made of steel, any other container made of steel with suitable Shape were used.

Hierzu 4 Blatt ZeichnungenFor this purpose 4 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Heizungskessel mit einem stählernen Wassermantel und einer Brennkammer, in der ein aus Guß bestehender, einen Wasserumlauf aufweisender Wärmetauscher angeordnet ist, der über in den Gußkörper eingegossene Stahlblechteile mit dem stählernen Wassermantel verschweißt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlblechteil aus einem Rohrstück (33) besteht, das als Wasserdurchgang dient, und dessen Ende (33b) mit Rippen oder Zähnen (33a) versehen ist1. A heating boiler with a steel water jacket and a combustion chamber in which a cast iron heat exchanger is arranged, which has a water circulation and is welded to the steel water jacket via steel sheet parts cast into the cast body, characterized in that the sheet steel part consists of a pipe section (33 ), which serves as a water passage, and whose end (33b) is provided with ribs or teeth (33a)

2. Heizungskessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende (33b) des Rohrstückes (33) in einem erweiterten ringförmigen Hals (17,18) ι des Wärmetauschers (7,7a, 7b) angeordnet ist2. Heating boiler according to claim 1, characterized in that the end (33b) of the pipe section (33) is arranged in an enlarged annular neck (17,18) ι of the heat exchanger (7,7a, 7b)

3. Heizungskessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß das Rohrstück (33) ein zugespitztes Ende (336,)aufweist.3. Heating boiler according to claim 1 or 2, characterized in that the pipe section (33) is a has a pointed end (336,).