DE3144744C2

DE3144744C2 - Heizungskessel

Info

Publication number: DE3144744C2
Application number: DE3144744A
Authority: DE
Inventors: Hans-Willi 4133 Neukirchen Maassen; Herbert 4040 Neuss Spindeler
Original assignee: Lafarge Refractaires SA
Current assignee: Calderys France SAS
Priority date: 1981-11-11
Filing date: 1981-11-11
Publication date: 1984-04-12
Also published as: EP0079594A1; ATE17781T1; DE3144744A1; DE3268891D1; EP0079594B1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Heizungskessel mit einer innerhalb desselben angeordneten heißen Brennkammer, die sich unter Bildung eines Ringraumes zwischen Kesselwandung und Brennkammer an der Innenseite der Kesselwandung abstützt. Um einerseits den Wärmeübergang zwischen der Außenseite der Brennkammer und der Kesselwandung zu verbessern und andererseits auch eine günstigere Nachverbrennung innerhalb der Brennkammer zu erreichen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Brennkammer aufgerauhte Oberflächen hat und ein aus keramischem Material mit mindestens 50% Faseranteil bestehendes selbsttragendes Formteil ist. Die sich hierbei ergebende rauhe Oberflächenstruktur bewirkt an der Außenseite der heißen Brennkammer eine intensivere Verwirbelung der Rauchgasströmung, während an der Innenseite aufgrund der rauhen Struktur eine wesentlich intensivere Reflektion der Wärmestrahlung erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Heizungskessel, mit einem Brenner und mit einer innerhalb des Heizungskessels angeordneten heißen Brennkammer aus keramischem Material, die sich als selbsttragendes Bauteil unier Bildung eines Ringraumes zwischen Kesselwandung und Brennkammer gegenüber der Kesselwandung abstützt und zu diesem Zweck mit nach außen vorstehenden Abstandselementen versehen ist.

Die Brennkammer eines Heizungskessels ist aufgrund ihres Abstandes von der Kess°lwandung auch von außen im wesentlichen ungekühlt, so daß sie entsprechend hohe Temperaturen abnehmen und beibehalten kann. Bei der Verbrennung verbleiben regelmäßig unverbrannte Rückstände des jeweils verbrannten Energieträgers. Wenn diese Rückstände auf einer Wandung sublimieren können, die eine wesentlich geringere Temperatur hat als die im eigentlichen Verbrennungsraum herrschende Temperatur, so würde die entsprechende Wandung verhältnismäßig schnell mit einer Schicht unverbrannter Rückstände bedeckt sein, was nachteilig ist. Die heiße Brennkammer jedoch verhindert aufgrund ihrer verhältnismäßig hohen Eigentemperatur eine derartige Sublimation der Rückstände, die somit im Verlaufe des weiteren Verbrennungsvorganges nachverbrennen können.

Es kommt aber nicht nur auf eine möglichst gute Nachverbrennung und damit einen möglichst günstigen Wirkungsgrad bei der eigentlichen Verbrennung an, sondern auch darauf, daß die erhitzten Rauchgase bei ihrem Entlangströmen an der Kesselwandung möglichst stark verwirbelt werden. Je intensiver die Verwirbelung ist, desto besser ist der Wärmeübergang auf die Kesselwandung und den an der Außenseite desselben befindlichen Energieträger.

Ein Heizungskessel der eingangs genannten Art ist aus der DE-OS 30 17 050 bekannt. Dieser hat eine Brennkammer, die durch ein Rohr gebildet ist und aus massivem Keramikmaterial besteht. Dieses hat verhältnismäßig glatte Flächen, so daß die an ihr entlangströmenden Rauchgase noch verhältnismäßig wenig verwirbelt werden und der Wärmeübergang entsprechend ungünstig ist. Auch gewährleistet die Brennkammer des bekannten Heizungskessels keine befriedigende Nachverbrennung innerhalb ihres Innenraumes.

Es ist aus der DE-PS 82 812 ein Flammrohr bekannt, das an der Innenseite eine Anzahl von Vorsprüngen aufweist Diese sollen insbesondere dazu dienen, das Abziehen unvei brannter Brennstoffteilchen zu verhüten und die Heizfläche zu vergrößern. Bei Verwendung von stückigem Brennmaterial sollen die Vorsprünge auch zur Entzündung der noch unverbrannten Rauchgase dienen.

Die Vorsprünge haben jedoch ebenfalls glatte Wandungen, so daß die angestrebte Wirkung in nur verhältnismäßig geringem Maße erzielbar ist Ferner sind die Vorsprünge des Flammrohres so groß und massiv, daß sie den Strömungsquerschnitt des Flammrohres in nachteiliger Weise stark einengen.

Es war Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Heizungskessel der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine günstigere Wärmegewinnung gewährleistet ist, und zwar sowohl in bezug auf den Wärmeübergang in Richtung auf die Kesselwandung als auch in bezug auf die Nachverbrennungsvorgänge innerhalb der Brennkammer.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß mindestens 50% des keramischen Brennkammermaterials aus Fasern zur Aufrauhung der Brennkammeroberflächen besteht.

An der Außenseite der Brennkammer bewirken die aufgerauhten Oberflächen, daß die vorbeiströmenden Rauchgase intensiver verwirbelt und der Wärmeübergang in Richtung auf die Kesselwandung entsprechend verbessert wird. Die Verwirbelung ist wesentlich intensiver als diejenige, die beim Vorbeiströmen der Rauchgase an glatten Wandungen entsteht. Eine Verengung des Strömungsquerschnittes braucht hierbei nicht in Kauf genommen zu werden.

Das die Aufrauhung bewirkende Fasermaterial besteht aus einer überaus großen Anzahl kleinster Faserteile und bewirkt hierbei eine verhältnismäßig unregelmäßige Struktur. Hierdurch ergibt sich bei der nach der Erfindung ausgebildeten Brennkammer eine vielfache Reflektion der Wärmestrahlung im Inneren der Brennkammer und damit eine intensive Verteilung der Wärmestrahlung. Die Nachverbrennung wird hierdurch wesentlich gefördert.

Die Vielzahl von kleinen Fasern an der Kammeroberfläche begrenzt kleine porenförmige Räume. Die in diesen enthaltene Luft leitet die Wärme noch wesentlich schlechter als das Fasermaterial selbst. Es entsteht somit eine Isolierwirkung, die dazu führt, daß der Wärmefluß nur sehr gering ist und eine schnelle Aufheizung im Wandbereich stattfindet. Dies ermöglicht die Erzielung relativ hoher Temperaturen auch in diesem Bereich.

Um die beschriebenen Wirkungen noch zu verstärken, können die Brennkammeroberflächen zusätzlich mit einer Beschichtung aus keramischen Fasern versehen sein.
Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Im einzelnen zeigen

F i g. 1 und 2 jeweils als Quer- und Längsschnitt eine erste Ausführungsform;
F i g. 3 und 4 jeweils als Quer- und Längsschnitt eine abgewandelte Ausführungsform;

F i g. 5 und 6 jeweils als Quer- und Längsschnitt eine nächste Ausführungsform.

Die Ausführungsformen nach den F i g. 1 bis 4 betreffen jeweils einen Heizungskessel mit einer Durchgangsbrennkammer, während die Ausführungsform nach den Fig. 5 und 6 eine Umkehrbrennkammer betrifft. Die Wandung des hier nur schematisch angedeuteten Kessels ist mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.

Die in den drei Ausführungsbeispielen dargestellten Brennkammern 11, 12 und 13 bestehen jeweils aus einem keramischen Material, das einen Anteil von mindestens 50% an keramischen Fasern enthält Hinzu kommen jeweils Bindemittel und gegebenenfalls geeignete Zusätze. Die Brennkammern 11,12 und 13 sind jeweils Formteile, die selbsttragend sind und eine entsprechende Festigkeit haben. Der Querschnitt ist zumindest angenähert kreisförmig, während der Durchmesser so gewählt ist, daß zwischen der Außenseite der Brennkammern 11 bis 13 einerseits und der Kesselwandung 10 andererseits ein Ringraum 14 verbleibt

Bei der Ausführungsform nach den F i g. 1 und 2 dienen zur Abstützung der Brennkammer 11 gegenüber der Kesselwancung 10 Abstandselemente in Form dreier Rippen 15, die jeweils in einem Winkelabstand von 120" angeordnet sind und im Querschnitt gesehen einen angenähert wellenförmigen Verlauf haben. Die Materialstärke bleibt auch im Bereich der Rippen 15 der Materialstärke des übrigen Teils der Brennkanmer 11 zumindest angenähert gleich. Die Rippen 15 erstrecken sich in Längsrichtung über die ganze Länge der Brennkammer 11.

Dasselbe gilt auch für die Brennkamner 12 der Ausführungsform nach den F i g. 3 und 4. Es sind hier jedoch vier Rippen in einem Winkelabstand von 90° zueinander ausgebildet. Zusätzlich ist im Zusammenhang mit diesem Ausführungsbeispiel dargestellt, daß die Innenseite der Brennkammer 12 mit sich in Längsrichtung erstreckenden Rillen 16 versehen sein kann. Alternativ ist es denkbar, an der Innenseite der Brennkammer 12 nutenähnliche Aussparungen 17 vorzusehen. Die Rillen 16 bzw. die Aussparungen 17, die über den ganzen Umfang der Brennkammerwandung verteilt sein können, haben beide den Zweck, in unterschiedliche Richtung weisende Reflektionsflächen zu schaffen, um die von der im mittleren Querschnittsbereich befindlichen Flamme ausgehenden Wärmestrahlungen möglichst überall hin zu reflektieren und hierdurch die Nachverbrennung zu verbessern.

In einem weiteren Querschnif'steil der Fig.3 ist angedeutet, daß die Brennkammer 12 gegebenenfalls auch mit der Beschichtung 18 aus Fasermaterial versehen werden kann. Es ist nämlich denkbar, daß an derjenigen Brennkammerseite, die an dem bei der Herstellung verwendeten Formkern anliegt, eine glattere Oberflächenstruktur entsteht als an der jeweils anderen Brennkamm^rseite. Sollte die Oberfläche durch das verhältnismäßig feste Anliegen an den Formkern nicht ausreichend rauh sein, so kann eine rauhere Oberflächenstruktur durch die Beschichtung 18 hergestellt werden.

Bei der Ausführungsform nach den F i g. 5 und 6 hat die Brennkammer 13 ebenfalls vier Rippen 15. Zwei derselben liegen sich seitlich diametral gegenüber, während die anderen beiden Rippen 15 im unteren Bereich ausgebildet sind. Es ist nämlich denkbar, daß die Wandung 10 des Kessels an der untersten Stelle eine etwas nach innen hineinragende Schiene 19 oder dergleichen aufweist, so daß in diesem Bereich keine Abstützungsmöglichkeit für eine Rippe 15 gegeben ist

Die als Umkehrbrennkammer ausgebildete Brennkammer 13 ist an ihrem einen Ende geschlossen. Ihre schalenförmig ausgebildete Stirnseite hat eine in axialer Richtung nach vorne hervorstehende Ausbauchung 20. Diese dient als Distanzstück, mittels dessen sich die Brennkammer an einem benachbarten Konstruktionsteil abstützen kann, ohne mit ihrer ganzen Stirnfläche voll zur Anlage zu kommen.

Bei allen Ausführungsbeispielen ist die Rauchgasströmung durch entsprechende Pfeile angedeutet.

Bezugsziffernliste:

10 Kesselwandung

11 Brennkammer

12 Brennkammer

13 Brennkammer

14 Ringraum

15 Rippe

16 Rille

17 Aussparung

18 Beschichtung

19 Schiene

20 Ausbauchung

40

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Heizungskessel, mit einem Brenner und mit einer innerhalb des Heizungskessels angeordneten heißen Brennkammer aus keramischem Material, die sich als selbsttragendes Bauteil unter Bildung eines Ringraumes zwischen Kesselwandung und Brennkammer gegenüber der Kesselwandung abstützt und zu diesem Zweck mit nach außen vorstehenden Abstandselementen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 50% des keramischen Brennkammermaterials aus Fasern zur Aufrauhung der Brennkammeroberflächen besteht

2. Heizungskessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennka/nmeroberflächen zusätzlich mit einer Beschichtung (18) aus keramischen Fasern versehen sind.