DE3333730A1

DE3333730A1 - Heizkessel mit maeanderfoermigem heizregister

Info

Publication number: DE3333730A1
Application number: DE3333730A
Authority: DE
Inventors: Herbert Vaduz Kehrel
Original assignee: AGURA ETS
Current assignee: AGURA ETS
Priority date: 1983-09-17
Filing date: 1983-09-17
Publication date: 1985-03-28

Description

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Heizkessel mit mäanderförmigem Heizreqist'er

Die Erfindung betrifft einen Heizkessel mit einem Brennraum mit einem daran anschließenden Rauchzug und wenigstens einem diesen als Heizregister umgebenden Mantel eines Wärmeabführmediums, der als doppelwandige Lamelle ausgebildet ist, nach Patentanmeldung P 33 3] 054.8. Die'Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung des Heizkessels.

Der Heizkessel der Stammanmeldung weist ein Heizregister auf, dessen doppelwandige Lamelle in Form einer Spirale aufgewickelt ist. Im Zentrum des Heizregisters ist der Brennraum angeordnet, von dem aus ein Rauchgaskanal spiralförmig zwischen den Spiralgängen des Heizregisters verläuft und am oberen Ende in einen Rauchgassammelkanal eintritt. Im Gegenstrom zum Fluß der Rauchgase wird ein Wärme ab führmedium im Heizregister geführt _f wodurch ein intensiver Wärmeaustausch zwischen den Rauchgasen und dem Wärmeabfuhr— medium erreicht wird.

Ersichtlicherweise kommt die spiralförmige Rauchgasführung dem Bestreben der erhitzten Rauchgase nach oben zu steigen, nicht entgegen. Da zusätzlich durch

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den Gegenstrom des Wärmeabführmediums eine starke Abkühlung der Rauchgase erfolgt, müssen die Rauchgase durch einen Ventilator am Ende des Rauchgaskanals abgezogen werden. Es hat sich weiterhin gezeigt, daß die Herstellung eines spiralförmigen Heizregisters trotz wesentlicher "Verbesserungen gegenüber Herstellungsverfahren nach dem Stand der Technik ziemlich aufwendig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Heizkessel anzugeben, hei dem die Rauchgase im Heizregister besonders ströraungsgünstig geführt werden, wobei aber weiterhin ein guter Wärmeaustausch zwischen Rauchgasen und Wärmeabführmedium gegeben ist. Das Heizregister des Heizkessels soll ferner einfach aufgebaut und so gestaltet sein, daß eine vollautomatische Fertigung des Kessels möglich ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch, gelöst _f daß bei dem Heizkessel zumindest ein Teil der Heizregisterlamelle onäanderförmig gebogen ist.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizkessels besteht das Heizregister oberhalb'des Brennraumes aus gleichförmigem und im wesentlichen horizontal

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angeordneten Lagen von .Mäanderschlingen, ⁱⁿ denen der Fluß des Wärmeabführmediums im Querstrom zvm Rauchgas-* fluß erfolgt. Um einen intensiven Wärmeaustausch zwischen Rauchgasen und Wärmeaustauschmedium zu erzielen, werden bei dem Heizkessel Rauchgase und Wärmeaustauschmedium wie bei der Stammanmeldung im Gegenstram geführt, wobei aber bei dem erfindungsgemäßen Heizkessel Rauchgasstram und der Strom des Wärmeaustauschmediums im Heizregister mäanderförmig verlaufen. Diese Rauchgasführung kommt dem Bestreben der heißen Rauchgase nach oben, in kältere Zonen des Kessels zu steigen, entgegen. Gleichzeitig· ist der Rauchgaskanal genügend lang und bietet große Wärmeaustauschflächen, um einen guten Wärmeübergang zwischen den Rauchgasen und dem Wärmeaustauschmedium zu ermöglichen.

Die mäanderförmige Rauchgasführung zwischen den horizontalen Lagen der Mäanderschlingen des Heizregisters wird dadurch, erreicht, daß jede zweite horizontale Lage an einem Leitblech, einer inneren Auskleidung des Heizkessels derart dichtend anliegt, daß die Rauchgase zwischen den benachbarten Mäanderschlingen im Gegenstrom geführt sind.

Eine fertigungstechnisch besonders einfache Ausbildung

des Heizregisters ist dadurch gegeben, daß das He.izregister zweiteilig aus seitlich ineinander verschiebbaren Noppenblechen aufgebaut ist, wobei weiterhin vorgesehen ist, daß die Noppenbleche im Randbereich einander überlappend gefalzt und im Überlappungsbereich verschweißt sind, über die Noppen stützen sich die einzelnen Lagen der Heizregisterlamellen gegenseitig aneinander ab. Die'Noppen, die den Rauchgaskanal durchsetzen, sorgen zudem für eine optimale Verwirbelung der Rauchgase und somit für einen guten Wärmeaustausch zwischen den Rauchgasen und den Wärmeaustauschwänden des Rauchgaskanals.

Aufgrund der zweiteiligen Ausbildung des Heizregisters ist es möglich., eine Wärmeaustauschschlange zur Brauchwassererhitzung in das Heizregister einzubauen. Dies ist sowohl bei der mäanderförmigen als auch der spiralförmigen Ausbildung des Heizregisters möglich. Vorteilhaft ist dabei vorgesehen, daß die Wärmeaustauschschlange den gesamten, das Wärmeabführmedium führenden Raum des Heizregisters durchsetzt. Aufgrund ihrer Länge verfügt die Wärmeaustauschschlange über eine erhebliche Speicherkapazität_f die eine Ausrüstung des Heizkessels mit einem Eoiler überflüssig macht.

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Ein einfaches Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Heizkessels, das zudem die vollautomatische Fertigung des Kessels ermöglicht, ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Fertigung des Heizregisters zumindest ein Teil von zwei genoppten Blechen mäanderförmig gebogen, die Bleche anschließend randseitig gefalzt, seitlich ineinander geschoben und randseitig verschweißt werden, und das Heizregister ;mit einer Verkleidung versehen wird, die den Rauchgasstrom im Querstrom zum Fluß des Wärmeabführmediums im Heizregister ableitet. Wenn das Heizregister, des Kessels mit einer Wärmeaustaxischschlange ausgerüstet werden soll, kann die Wärmeaustauschschlange zwischen die mäanderförmig gebogenen Bleche eingelegt werden, bevor die Bleche ineinander geschoben werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in. der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Figur. 3 eine Vorderansicht des erfindungsgemäßen Heizkessels, mit abgenommener Frontverkleidurig,

Figur 2 einen Schnitt durch den Kessel der Figur 1, wobei die Verkleidung von Front- -und Rückseite des Kessels vom Heizregister abgesetzt ist,

Figur 3 eine Ansicht der Heizregisterteile _r

Figur 4 eine Ansicht einer mäanderförmig gebogenen Wärmeaustauschschlange des Heizregisters _f

Figur 5 einen Schnitt durch das Heizregister mit eingesetzter Wärmeaustauschschlange und

Figur 6 einen Schnitt durch eine horizontale Lage der Heizregisterlamelle mit der Noppenanördnung auf der Lamellenaußenseite.

In Figur 1 ist das Heizregister eines erfindungsgemäßen Heizkessels ouit einer äußeren Wärmeisolierung 9 und einer Seitenverkleidung 8 dargestellt. Das Heizregister besteht aus einer doppelwandigen Lamelle 2_f die oberhalb einer Brennkammer 1 des Kessels mäanderförmig gebogen ist. Der mäanderförmige Teil des Heizregisters bildet den oberen Abschluß der Brennkammer 1. Dieser Teil geht nach unten in einen halbzylinderförmigen Abschnitt über, der die Seitenbegrenzung und den Boden der Brennkammer 1 bildet. Die. Mäanderschlingen der Heizregisterlamelle sind gleichförmig ausgebildet und bilden horizontal angeordnete Lagen. Die horizontalen Lagen der

Mäanderschlingen stützen sich gegenseitig durch Noppen 4 ab, die in die Heizregisterlamellenwandung eingeprägt sind.

Der Zutritt des Wärmeaustauschmediums, z. B. Wasser, in das Heizregister erfolgt am Anfang 6 der ersten Mäanderschlinge, der Austritt des erwärmten Wärmeaustauschmediums aid Ende 5 des halbzylinderförmigen Abschnittes, der die Brennkammer 1 umfaßt. Die Fließrichtung des Wärmeaustauschmediums ist in Figur 1 durch Pfeile 7 angedeutet.

Der Raum zwischen den horizontalen Lagen der Heizregisterlamelle bildet einen Rauchgaskanal 3, durch den die Rauchgase im Querstrom zum Fluß des Wärmeaus— tauschmediums geführt werden. Der Rauchgaskanal 3 ist zu beiden Seiten durch die plattenförmige Seitenverkleidung 8 des Heizkessels begrenzt, die an den Rundungen der Mäanderschlingen der Heizregisterlamellen dichtend anliegt. Im Bereich der Rundungen weist die Heizregisterlamelle keine Noppen auf. Die Verkleidung 8 stellt gleichzeitig die Verbindung zu der Wärmeisolierung 9 des Heizkessels her, die wie im Ausführungsbeispiel aus geschäumten Kunststoffmaterial bestehen kann.

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Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, weisen die vordere und hintere Verkleidung 18, 19 des Heizkessels auf ihrer zum Heizregister gerichteten Innenseite Leitbleche 20 bzw. 21 auf, die die vordere bzw. hintere Begrenzung des Rauchgaskanals 3 bilden. In die Leitbleche 20 und 2] sind im Querschnitt halbkreisförmige Vertiefungen 14 und 15 eingeprägt, die unterschiedliche Tiefe aufweisen. Die Vertiefungen 14 und 15 verlaufen parallel zu den horizontalen Lagen der Heizregisterlamelle. Bei einem fertig montierten Heizkessel liegt der Rand jeder zweiten Lage der Heizregisterlamelle in einer der Vertiefungen 14 der Leitbleche 20 xmd 21 und ist gegen die Blechwandung durch einen Dichtstreifen, z. B. aus Asbestschnur, abgedichtet. Die Vertiefungen 15 liegen nicht an der Heizregisterlamelle an und schaffen somit einen Kanal,

der benachbarte,, horizontale Abschnitte des Rauchgaskanals 3 miteinander verbindet. Da die Vertiefungen 14 und 15 der Leitbleche 20 "und 21 so versetzt zueinander angeordnet sind, daß einer Vertiefung 14 des Leitbleches 20 eine Vertiefung 15 des Leitblechs 21 gegenübersteht "und umgekehrt, verläuft der Rauchgaskanal 3 von der Brennkammer 1 aus mäanderförmig durch die Mäanderschlingen des Heizregisters. Der Rauchgaskanal 3 mündet am oberen Ende des Heizregisters

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in einen Rauchgassamme!kanal _f an den ein Abgasventilator 17 mit Austrittsstutzen angesetzt ist,

Wie aus dem vorstehenden ersichtlich ist, werden die Rauchgase, deren Weg in Figur 2 durch große Pfeile gekennzeichnet ist, "und das Wärmeaustauschmedium im Gegenstrom geführt, wodurch ein intensiver Wärmeaustausch erreicht wird. Da die Rauchgase bis unter ihren Taupunkt abgekühlt werden _f fällt im.oberen Bereich des Rauchgaskanals 3 Kondensat an, das, wie durch die kleinen Pfeile in Figur 2 angedeutet, dem Rauchgasstrom entgegengesetzt in Richtung Brennkammer ablaufen kann. Damit den Rauchgasen ständig Wasserdampf aus dem Kessel abgeführt wird, kann auf eine spezielle Kondensatabführung verzichtet werden.

Der Figur 2 ist auch zu entnehmen, daß der Brenner des Heizkessels im .unteren Bereich der Brennkammer 1 angeordnet ist. Bei dieser Anordnung wird der brennbare Anteil des Heizgases besonders gut ausgenutzt, und es wird ferner erreicht, daß die unterste Lage der Heizregisterlamelle in die heißeste Zone der Brennkammer eintaucht. Der Brennkammer. 3 wird über öffnungen. H 3 in der vorderen, -und hinteren Verkleidung 3 8, des Heizkessels Frischluft zugeführt. Ein Teil. 13 der

vorderen Verkleidung 18 kann ferner herausgenommen werden, wodurch eine Wartungs- und Reinigungsöffnung für den Brennraum bzw. den Brenner geschaffen wird. Falls eine Reinigung des Heizregisters des Kessels erforderlich ist, kann auch die gesamte vordere Verkleidung des Heizkessels abgenommen werden.

Gemäß Figur 3 ist die Heizregisterlamelle 2 zur Vereinfachung ihrer Herstellung aus zwei Teilstücken 2' und 2" aufgebaut. Die Teilstücke 2' und 2" bestehen aus einseitig genoppten Edelstahlblechen, die schon in der späteren Gestalt des Heizregisters vorgeformt vorliegen. Die Ränder der Bleche 2¹ und 2" sind so gefalzt, daß bei seitlich ineinander geschobenen Teilen die gefalzten Randbereiche einander überlappen und anschließend an der Stoßkante im Überlappungsbereich verschweißt werden können.

In dem mäanderförmig vorgeformten Bereich der Teilstücke 2" und 2' liegen in den horizontalen Abschnitten zwei Blechlagen mit Noppen 4 derart übereinander, daß die Noppen der oberen Blechlage in die Zwischenräume zwischen den Noppen der unteren Blechlage eingreifen. Die genaue Anordnung der Noppen 4 auf den Blechen ist aus Figur 6 ersichtlich. Innerhalb eines

horizontalen Rauchgaskanalabschnittes 3 weist die untere Blechlage 3 zu den Blechrändern parallele Noppenreihen mit sieben Noppen und die obere Blechlage versetzt dazu drei parallele Reihen mit sechs Noppen auf. Die Noppen 4 sind als Konusnocken gestaltet und liegen an der gegenüberliegenden BIechwandung an. In Figur 3 sind die Noppen 4 der Übersichtlichkeit wegen bei dein Teilstück 2' weggelassen. Noppen auf der Oberseite des Teilstückes 2' können, wie in Figur 1 gezeigt, auch als Verstärkungsund Halteelemente für die Kesselisolierung dienen. Ferner können die Teilstücke 2' und 2" auch im halbzylinderförmig gebogenen Bereich Noppen aufweisen, die als Abstandshalter und Verstärkung dieses Heizregisterlamellenbereichs dienen.

Die in Figur 3 mit dem Bezugszeichen 3 gekennzeichneten horizontalen Abschnitte des Rauchgaskanals sind bei den Teilstücken 2¹ und 2" des Heizregisters so angeordnet, daß bei ineinandergeschobenen Teilstücken diese Abschnitte wechselweise einmal vom Teilstück 2' und der nächste vom Teilstück 2" gebildet werden. Insgesamt weist also ein aus den Teilstücken 2' und 2" zusammengesetztes Heizregister 9 derartige Abschnitte auf.

In der Figur 4 ist eine Wä-rmeaustauschschlange. 10

gezeigt, die in das Heizregister des Heizkessels zur Brauchwasseraufheizung eingebaut werden kann und aufgrund ihrer Länge ein Warmwasser-Reservoir mit großer Speicherkapazität darstellt. Die Wärmeaustauschschlange 10, die aus Kupferrohr oder anderen geeigneten Materialien bestehen kann, ist in einem Stück als Register aus mehreren, mäanderförmig gebogenen Lagen gebogen. In dieser Ausbildung durchsetzt die Wärmeatistauschschlange 10, wie aus Figur 5 ersichtlich ist, im mäanderförmig gebogenen Teil des Heizregisters den das Wärmeabfuhrmedium führenden Raum. Kaltwasserzulauf und Warmwasserablauf der Wärmeaustaxischschlange 10 sind koaxial im Inneren des Rücklauf- bzw. Vorlauf-Rohrstutzens 6 und 5 des. Heizregisters angeordnet. Die Wärmeaustauschschlange 10 wird als fertig gebogenes Register vor dem Ineinanderschieben zwischen die Teilstücke 2¹ und 2" des Heizregisters gelegt.

In weiterer Ausgestaltung ist es möglich, daß die Wärmeaiastauschschlange auch in dem halbzylinderförmig gebogenen Teil des Heizregisters verläuft, wobei gegebenenfalls die Wärmeaustauschschlange 10 die Abstandhaltefunktion der Noppen 4 in diesem.Bereich übernehmen kann.

In seiner erfindungsgemäßen Ausbildung ist der Heizkessel für eine vollautomatische Kesselfertigung geeignet. Die Formung der Teilstücke 2¹ und 2" des Heizregisters kann bei der Kesselherstellung mittels einer hydraulischen Presse durchgeführt werden, deren Stempel entweder direkteinfahrend oder seitlich ein- und ausfahrend arbeiten. Zur Biegung der Mäanderschlingen der Teilstücke werden die Stempel nacheinander eingefahren. Zuvor ist schon die Ausformung des halbzylinderförmigen Bereichs der Teilstücke erfolgt. Bei dem Formvorgang arbeiten die Stempel gegen eine massive Wand, die Seitenführungen, für den zu verformenden Blechbandabschnitt aufweist. Die Stempel sind ferner so ausgebildet, daß während des Formvorganges gleichzeitig auch eine Abkantung der Randbereiche der Formteile erfolgt. Die endgültige Abkantung wird durch zu beiden Seiten des Formteils angeordnete Werkzeuge vorgenommen, die gegen das Formteil bewegt werden. Diese Werkzeuge können auch während des Formvorganges des Teils durch die Stempel die Abkantung der Randbereiche unterstützen.

Nach der Formung und Abkantung wird auf das Formteil zur endgültigen Formgebung ein allseitiger Anpreßdruck ausgeübt. Die fertigen Teilstücke 2' und 2"

werden anschließend seitlich ineinandergeschoben und im Überlappungsbereich der Seitenkanten durch einen Schweißautomaten mit mehreren Schweißköpfen in einer Bewegung verschweißt.

Claims

Patentansprüche':

1. Heizkessel mit einem Brennraum mit einem daran anschließenden Rauchzug und wenigstens einem diesen als Heizregister umgebenden Mantel eines Wärmeabführmediums, der als doppelwandige Lamelle ausge- i bildet ist, nactr Patentanmeldung P 33 31 054.8, \ dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Heizregisterlamelle (2) mäanderförmig gebogen ist.

2. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ■

·.. daß das Heizregister oberhalb des Brennraumes (1) ;

aus gleichförmigen und im wesentlichen horizontal angeordneten Lagen von Mäanderschlingen besteht _f in denen der Fluß des Wärmeabführmediums im Querstrom zur Rauchgasfluß erfolgt.

3. Heizkessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch, gekennzeichnet, daß jede zweite horizontale Lage der Mäanderschlingen an einem Leitblech (20, 21) einer inneren Auskleidung des Heizkessels derart dichtend anliegt, daß die Rauchgase zwischen benachbarten Mäanderschlingen im Gegenstrom geführt sind.

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- A 2 -

4. Heizkessel nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizregister zweiteilig aus seitlich ineinander verschiebbaren Noppenblechen (2', 2") aufgebaut ist.

5. Heizkessel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Noppenbleche (2'_r 2") im Randbereich einander überlappend gefalzt und im Überlappungsbereich verschweißt sind.

6. Heizkessel nach Anspruch 1_f dadurch gekennzeichnet, daß das Heizregister sowohl in mäanderförmiger als auch spiralförmiger Ausbildung eine Wärmeaustauschschlange (.10) zur Brauchwassererhitzung aufweist.

7. Heizkessel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärraeaustauschschlange (10) den gesamten das Wärmeabfuhrmedium führenden Raum des Heizregisters durchsetzt.

8. Heizkessel nach Anspruch 6 oder 7_f dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauschschlange (10) einteilig ausgebildet ist und ein Register aus mehreren, mäanderförmig oder spiralförmig gebogenen Lagen bildet,

- A 3 -

9. Verfahren zur Herstellung eines Heizkessels nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Fertigung des Heizregisters zumindest ein Teil von zwei genoppten Blechen (2¹, 2") mäanderförmig gebogen, die Bleche anschließend randseitig gefalzt, seitlich, ineinandergeschoben und randseitig verschweißt werden, und daß das Heizregister danach mit einer Verkleidung versehen wird, die den Rauchgasstrom im Querstrom zum Fluß des Wärmeabführmediums im Heizregister ableitet.

10. Verfahren nach. Anspruch. 9, dadurch gekennzeichnet, ■..daß eine Wärmeaustauschschlange (10) zwischen die Bleche (2¹, 2") eingelegt wird, bevor die Bleche ineinander geschoben werden.