DE3741798A1 - Stahlheizkessel - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Stahlheizkessel mit
einem in einer Brennkammer angeordneten Sturzbrenner sowie
einem unterhalb des Brennkammerbodens angeordneten Wärme
tauscher, der von etwa senkrechten Abgaskanälen sowie in
verschiedenen Ebenen übereinander angeordneten waagrechten
Wasserkanälen durchzogen ist, wobei die Strömungsrichtung
des Wassers in den waagrechten Wasserkanälen je Ebene
wechselt.
Solche als Kreuzgegenströmer ausgebildete Stahlheizkessel
sind in einer Vielzahl von Ausführungsformen bekanntgeworden.
In neuerer Zeit tritt das Bestreben auf, solche Kessel
dahingehend weiterzubilden, daß sie auch als sogenannte
Kondensationskessel Verwendung finden können.
Damit liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde,
einen Stahlheizkessel der eingangs bezeichneten Gattung zu
einem Kondensationskessel mit hohem Wirkungsgrad weiterzu
bilden.
Die Lösung dieser Aufgabe liegt erfindungsgemäß darin, daß
der Wärmetauscher im Bereich der Brennkammer als reiner
Gegenstromwärmetauscher ausgebildet ist, dessen Einlaß unten
in der Brennerachse und dessen Auslaß oben peripher ange
ordnet ist.
Durch die Ausbildung dieses Bereiches des Wärmetauschers als
reiner Gegenströmer wird ein besonders hoher Wirkungsgrad
erzielt, das heißt, die Abgase werden besonders weitgehend
gekühlt und das Wasser wird intensiv aufgeheizt, weil stets
die maximal mögliche Temperaturdifferenz zwischen dem abzu
kühlenden Abgas und dem aufzuheizenden Wasser zur Verfügung
steht. Dies wird unterstützt durch das um 180° wechselnde
Anströmen der Abgaskanäle durch das Wasser, wobei jeder
Bereich der Wärmetauschflächen gleich gut angeströmt wird.
Das zentrale Anströmen in der obersten Ebene bewirkt gemein
sam mit dem peripheren Abströmen eine vorteilhafte Abfuhr
etwa gebildeter Dampfblasen.
Durch den Verzicht auf waagrechte Strömungskomponenten in
dem unmittelbar unterhalb des Brenners gelegenen Bereich
wird ein besonders intensiver Wärmetausch an der thermisch
höchstbelasteten Stelle des Wärmetauschers erzielt.
Mit Vorteil ist der Wärmetauscher im Bereich der Brennkammer
so ausgebildet, daß er den Brenner ringförmig peripher
umgibt. Dadurch wird auch die seitwärts abgestrahlte Wärme
der Brennerflamme noch zum Wärmetausch genutzt.
Es ist weiterhin besonders zweckmäßig, wenn der Brennkammer
boden dachförmig ausgebildet ist, wobei bevorzugt der Neigungs
winkel des Daches zumindest 6° beträgt. Hierdurch wird das
während der Bereitschaft, also in den Betriebspausen, hier
anstehende Kondensat besonders gut abgeleitet. Anderseits
werden im Zuge hoher thermischer Belastung die während des
Betriebes etwa entstehenden Dampfblasen an der Wandung des
Wärmetauschers infolge der Dachneigung gut in die Peripherie
abgeleitet, so daß hier ein Gleichlauf der Vorlaufströmung
mit den Gasblasen zustandekommt.
Mit weiterem Vorteil ist der Wärmetauscher so ausgestaltet,
daß die Abgaskanäle im Wärmetauscher von Vierkant-Rohren ge
bildet werden, die bevorzugt längs der gesamten Peripherie
des Wärmetauschers miteinander verschweißt sind. Hier ist
es besonders vorteilhaft, die Schweißung nur an den Enden
der Rohre vorzunehmen.
Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, die Rohre des Wärme
tauschers gewissermaßen nur an ihren Enden und im Bereich der
Peripherie zu befestigen, jedoch im übrigen Verlauf bloß
wärmeleitend aneinanderliegen zu lassen. Hierdurch ergibt
sich ein besonders einfacher Aufbau des Wärmetäuschers und
eine vereinfachte Fertigung.
Es ist weiterhin zweckmäßig, der Wasserführung dienende Ein
bauten im Wärmetauscher vorzusehen, die am Rohrbündel des
Wärmetauschers befestigt sind. Hierdurch ist es möglich, den
Wärmetauscher als Ganzes vorzufertigen und anschließend in
den Mantel des Gehäuses einzusetzen, ohne daß es weiterer
Montagearbeiten bedarf.
Schließlich ist es zweckmäßig, wenigstens einen Zwischenraum
vorzusehen, an den alle Abgaskanäle angeschlossen sind. Durch
eine solche Unterteilung der Höhe des Wärmetauschers ergibt.
sich ein besonders hoher Wirkungsgrad des Kessels.
Weitere Ausgestaltungen und besonders zweckmäßige Weiterbil
dungen des Erfindungsgegenstandes gehen aus den Unteransprü
chen sowie der nachfolgenden Beschreibung hervor, in der
mehrere Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes anhand
der Zeichnungsfiguren näher erläutert sind.
Im einzelnen zeigen
Fig. 1 einen Axialschnitt einer ersten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Kessels, teilweise schaubildlich,
Fig. 2 einen Axialschnitt einer zweiten Ausführungsform,
Fig. 3 einen Querschnitt durch den Kessel nach Fig. 2,
Fig. 4 und 5 Details der Rohrbefestigung dieses Kessels
schaubildlich,
Fig. 6 eine Variante des Wärmetauschers eines solchen Kessels
gleichfalls schaubildlich,
Fig. 7 einen Horizontalschnitt durch einen solchen Wärmetau
scher nach Fig. 6,
Fig. 8 einen Vertikalschnitt durch eine Hälfte eines solchen
Wärmetäuschers,
Fig. 9 einen Horizontalschnitt durch eine Ausführungsvariante,
Fig. 10 gleichfalls einen Horizontalschnitt durch eine weitere
Ausführungsform,
Fig. 11 einen Vertikalschnitt durch eine Hälfte einer abge
wandelten Ausführungsform,
Fig. 12 und 13 Axialschnitte durch den Bereich des Brenn
kammerbodens eines Kessels in zwei Ausführungsvarianten,
Fig. 14 einen Axialschnitt einer weiteren Ausführungsform des
Kessels schaubildlich und
Fig. 15 eine Draufsicht auf die Ausführungsform nach Fig. 14.
Der Kessel ist aus verschweißten Stahlblechen hergestellt und
hat eine etwa zylindrische Form mit einem Mantel 2, einem
Fuß 3, der eine Stirnseite des Zylinders verkörpert, und
einer Decke 4, an der ein Sturzgebläsebrenner 5 mit abwärts
gerichteter Flamme befestigt ist. Außerhalb des Mantels 2
beziehungsweise der Decke 4 und des Bodens 3 kann noch eine
nicht dargestellte Isolierung vorgesehen sein, die ihrerseits
von einem zylindrischen oder prismatischen Gehäuse verkleidet
sein kann.
Im obersten Bereich des Mantels 2 befindet sich die zylindri
sche Brennkammer 6, die peripher von einem wasserführenden
Ringraum 7 umgeben ist, der sich zwischen dem Mantel 2 und
der Innenwand 8 der Brennkammer 6 ergibt und von dessen
oberen Bereich ein Vorlaufanschluß 9 ausgeht.
Die Unterseite der Brennkammer 6 ist von einem Brennkammer
boden 10 gebildet, der dachförmig gestaltet ist, wobei der
First II die tiefste Stelle ist.
Vom Brennkammerboden 10 abwärts erstreckt sich bei der Aus
führungsform nach den Fig. 1 bis 5 ein Rohrbündel 12.
bestehend aus dem Wärmetausch dienenden Vierkant-Rohren 13,
die das Abgas des Brenners 5 aus der Brennkammer 6 nahezu
senkrecht abwärtsleiten. Wie die Fig. 4 zeigt, besteht
Rohrbündel 12 aus einzelnen Vierkant-Rohren 13, die vorzugs
weise quadratischen Querschnitt besitzen und aus Stahl gefer
tigt sind. Wie die Fig. 4 ferner zeigt, sind diese Vierkant-
Rohre 13 miteinander zu Rohrscharen 14 verbunden, indem je
weils benachbarte Außenseiten dieser Rohre 13 unmittelbar
miteinander verschweißt sind. Zwischen den Rohrscharen 14
ergeben sich Zwischenräume 15, die die Wasserkanäle für das
vom Kessel aufzuheizende Wasser bilden. Fig. 5 zeigt, daß
die Rohrbündel 12 an der Peripherie des Wärmetauschers 17
miteinander und mit dem Brennkammerboden 10 durch Schweißnähte
18 verbunden sind.
Somit bilden die einzelnen Rohre 13 bzw. die Rohrscharen 14
ein kompaktes Rohrbündel 12, in dem die Rohre 13 nur in
ihrem oberen und unteren Endbereich 16 miteinander verschweißt
sind. In diesen beiden Endbereichen 16 sind die Rohre 13 auch
noch mit dem Brennkammerboden 10, beziehungsweise mit dem
unteren Abschlußboden 19 des Wärmetauschers 17 verschweißt.
Wie aus der Fig. 1 besonders gut ersichtlich ist, ist die
Länge des Rohrbündels 12 durch Platten 20 in Wasserkanäle
21 unterteilt, von denen der unterste an einen Rücklaufan
schluß 22 angeschlossen ist. Diese Platten 20 sind kreis
förmig gestaltet und mit der Peripherie des Rohrbündels 12
verschweißt. An ihrer Peripherie 23 weisen die Platten 20
Bereiche 24 verringerten Durchmessers auf, die so angeordnet
sind, daß sie vertikal gegeneinander versetzt sind, also nicht
miteinander fluchten. Je Platte 20 liegen zwei solche Bereiche
24 diametral einander gegenüber, bei zwei einander benachbar
ten Platten 20 sind die Bereiche 24 um jeweils 90° gegen
einander versetzt.
Somit ergeben die Platten 20 mit dem Rohrbündel 12 einen
Kreuzgegenstrom-Wärmetauscher 17, weil der unterste Wasserkanal
21 vom Rücklaufanschluß 22 direkt in einer bestimmten waage
rechten Richtung angeströmt wird, anschließend die erste
Platte 20 in einem Bereich 24 aufwärts umströmt und somit der
nächstobere Wasserkanal 21 in der Gegenrichtung durchströmt
wird. Den zweiten Wasserkanal 21 kann das Wasser aufwärts
aber nur über die beiden um 90° zu den Bereichen 24 der
zweiten Platte 20 versetzten Bereiche 24 der dritten Platte
20 verlassen.
Die dem Brennkammerboden 10 nächstgelegene Platte 20 weist
eine zentrale Ausnehmung 25 auf, durch die das aufzuheizende
Wasser gegen den First 11 des Brennkammerbodens 10 gerichtet
wird.
In dieser letzten Stufe ist der Wärmetauscher 17 somit als
reiner Gegenstromwärmetauscher ausgebildet.
Der Brennkammerboden 10 wird radial in Richtung zur Peripherie
angeströmt, so daß das Wasser durch den Ringraum 7 in Richtung
zum Vorlaufanschluß 9 weiterströmen kann.
Unterhalb des Abschlußbodens 19 des Wärmetauschers 17 verläuft
ein Abgassammler 57, der unten durch ein schrägliegendes
Sammelblech 26 begrenzt ist. An diesen Abgassammler 57 sind
alle Rohre 13 des Wärmetauschers 17 angeschlossen.
Außerhalb des Mantels ist bei der Ausführungsform nach Fig.
1 an die tiefste Stelle des schrägverlaufenden Sammel
bleches 26 ein Siphon 27 angeschlossen, der mit einem Ablauf
stutzen 28 zur Abfuhr des Kondensates versehen ist.
An der Oberseite des Abgassammlers 57 ist ein Abgasabzug 29
vorgesehen. Der Siphon 27 und der Abgasabzug 29 fluchten mit
einander und gehen vom Inneren des Abgassammlers 57 ab.
Der Mantel 2 des Kessels 1 erstreckt sich abwärts bis zum Fuß 3
und bildet dort diesen Fuß.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist der Wärmetauscher 17
in einen oberen Wärmetauscherbereich 31 und einen unteren
Wärmetauscherbereich 32 unterteilt, wobei der letztere der
Kondensationsbereich ist. Die beiden Wärmetauscherbereiche
31 und 32 sind durch einen Zwischenraum 33 voneinander getrennt,
der sich über den gesamten Innendurchmesser des Mantels 2 er
streckt und durch einen Oberboden 34 und einen Unterboden 35
begrenzt ist, zwischen denen ein zylindrischer Abgasraum 36
gebildet wird. An diesen Abgasraum 36 sind sowohl sämtliche
Rohre 13 des oberen Wärmetauscherbereiches 31 als auch jene
des unteren Wärmetauscherbereiches 32 angeschlossen. Diesen
Abgasraum 36 durchsetzt ein wasserführender Stutzen 37,
durch den der oberste Wasserkanal 21 des unteren Wärme
tauscherbereiches 32 mit dem untersten Wasserkanal 21 des
oberen Wärmetauscherbereiches 31 verbunden ist. Der untere
Wärmetauscherbereich 32 ist als Kreuzgegenströmer ausgebildet,
wobei hier die Wasserkanäle 21 in benachbarten Höhenbereichen
jeweils im Gegenstrom durchströmt werden. Der obere Wärme
tauscherbereich 31 ist hingegen als reiner Gegenströmer
ohne Wasserumlenkungen ausgebildet.
Die Ausführungsform des Kessels 1 nach Fig. 2 ist teuerer in
der Herstellung, weil zwei gesonderte Rohrbündel 12 ange
fertigt werden müssen, erweist sich aber im Wirkungsgrad
dem Kessel nach Fig. 1 deutlich überlegen.
Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist es möglich, die einzelnen
Rohrscharen 14 mit je einer seitlich ansetzenden Trennwand
38 auszustatten, damit je Wasserkanal 21 im unteren oder oberen
Wärmetauscherbereich 32 bzw. 31 die einzelnen Rohrscharen 14
räumlich getrennt, nacheinander vom Wasser umströmt werden.
Dies ist auch bei der Ausführungsform des Kessels 1 nach Fig.
1 möglich.
Die Funktion des Stahlheizkessels 1 nach den beiden Ausführungs
beispielen gemäß der Fig. 1 und 2 ist folgende:
Gefördert von einer nicht dargestellten Pumpe strömt Wasser
dem Rücklaufanschluß 22 zu und verläßt den Kessel 1 über den
Vorlaufanschluß 9. Das Wasser tritt in den untersten Wasser
kanal 21 ein, umströmt das Rohrbündel 12 der abgasführenden
Rohre 13 und gelangt durch den dem Rücklaufanschluß 22 dia
metral gegenüberliegenden Bereich 24 verringerten Durchmessers
in den nächsthöheren Wasserkanal 21. Auch hier werden die
Rohre 13 umströmt und der Wasserstrom teilt sich und strömt
nach einer Ablenkung um 90° durch die versetzt angeordneten
Bereiche 24 der nächsthöheren Platte 20 in den nächsten
Wasserkanal 21. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 findet
diese Umlenkung einige Male statt, bis die zentrale Ausnehmung
25 erreicht ist und der Brennkammerboden 10 unmittelbar
im Gegenstrom zu den Abgasen von unten angeströmt wird.
Das Wasser umspült so den thermisch höchstbelasteten Brenn
kammerboden 10, der vom Brenner 5 unmittelbar angestrahlt
wird. Wasser und eventuell sich bildende Dampfblasen strömen
bzw. gleiten an den schrägen Flächen des Brennkammerbodens 10
aufwärts in den Ringraum 7 und verlassen diesen über den
Vorlaufanschluß 9. Weil das über den Rücklaufanschluß 22
zuströmende Rücklaufwasser relativ kalt ist, findet, insbe
sondere in Höhe der tieferen Wasserkanäle 21 eine Kondensation
des Abgases innerhalb der Rohre 13 statt. Das Kondensat
wird durch das abwärtsströmende Abgas mitgerissen und tropft
in den Abgassammler 57 ab. Infolge der Neigung des Sammel
bleches 26 gelangt das Kondensat in den Siphon 27 und wird
über den Ablaufstutzen 28 abgezogen, gegebenenfalls (insbeson
dere bei Verwendung eines Ölbrenners) neutralisiert und
abgeleitet.
Das Abgas tritt in den Abgasabzug 29 ein und wird mittels des
Förderdruckes des Gebläse-Brenners 5 in einen Abgaskamin abge
führt.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 findet mindestens im
oberen Wärmetauscherbereich 31 noch eine Umlenkung des
Wassers durch die Trennwände 38 statt, um einen noch inten
siveren Wärmetausch zu erzielen.
Sowohl die Einzelheiten des Ausführungsbeispieles nach
Fig. 1 als auch jene des Ausführungsbeispieles nach Fig. 2
sind ganz oder teilweise gegeneinander austauschbar.
Aus der Fig. 6 geht eine andere Möglichkeit des Aufbaues
des Wärmetauschers 17 hervor. Dieser Wärmetauscher 17 ist
gemäß dieser Ausführungsform nicht aus einem verschweißten
Rohrbündel 12 hergestellt, sondern aus geformten Blechen
und bildet in den einzelnen Ebenen, die zwischen den Platten
20 verlaufen, Wasserkanäle 15 bzw. 40, die in Richtung der
Pfeile 41 vom Wasser durchströmt werden. Die Art der Durchströ
mung ist dieselbe wie bei den Ausführungsbeispielen nach den
Fig. 1 bis 3. In jeder Ebene findet eine Umlenkung um
180° statt, auch die Ausbildung des Wärmetauschers 17 im
obersten Bereich ist die gleiche.
Die Wasserkanäle 40 werden von einem Blech 42 gebildet,
das in den Kanten 43, 44, 45 und 46 abgekantet wurde, so daß
sich die als Wasserkanäle 40 dienenden Hohlräume bilden.
Die Ränder des Bleches 42 wurden im Bereich der Schweißnaht
47 miteinander verschweißt, die in jeder Ebene unten ver
läuft.
In jeder Ebene liegen eine Mehrzahl solcher Wasserkanäle 40
parallel und im Abstand nebeneinander. Die Abstände sind
jeweils von Abgaskanälen 48 gebildet, die von den Außenseiten
der gleichen Bleche 42 begrenzt und in Pfeilrichtung 51
von den Abgasen durchströmt werden. Um die Abgaskanäle 48
seitlich wasserdicht zu machen, weisen die Bleche 42 Flanschen
49 auf, die nach außen abgekantet sind und längs ihrer gemein
samen Ränder 50 durch eine Schweißnaht miteinander verbunden
sind. Hierdurch sind die Abgaskanäle 48 gegenüber den
wasserführenden Räumen abgedichtet.
Der ganze Wärmetauscher 17 ist innerhalb des Mantels 2 des
Kessels 1 gelagert. Sämtliche Wasserkanäle 40 stehen über
die peripheren Ringräume miteinander in Verbindung. Die in
Pfeilrichtung 41 erfolgende Strömung des Wassers wird durch
die Platten 20 mit ihren Bereichen 24 verringerten Durch
messers vorgegeben.
Um den Wärmeübergang zwischen den Abgasen und dem Wasser zu
erhöhen, sind in den Abgaskanälen 48 geprägte Bleche 52
eingebaut. Nach dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6
handelt es sich um wellenförmig geprägte Profile, wobei
die Wellen von dem jeweils um 90° abgekanteten Blech 52 gebildet
sind. Somit ergeben sich Flächenbereiche 53 dieses Bleches,
die dem einen der beiden benachbarten Wasserkanäle 21
zugeordnet sind, und Flächenbereiche 54, die dem anderen
Wasserkanal 21 zugeordnet sind. Gemäß Fig. 7 kann vorgesehen
sein, daß solche Flächenbereiche 53 bzw. 54 mit der Wandung
42 jeweils eines Wasserkanales 40 verschweißt sind, an der
Wandung des anderen Wasserkanales 40 jedoch nur anliegen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Wandung 42 jedes
Wasserkanales 40 mit einem der Bleche 52 durch Schweißnähte
verbunden. Hierdurch wird erreicht, daß wenigstens jedem
Wasserkanal 40 ein durch eine Schweißnaht gut wärmeleitend
verbundener Abgaskanal 48 zugeordnet ist. Die Schweißungen
müssen nicht wasserdicht sein, sie dienen nur der Verbesserung
des Wärmeüberganges. Die Blechstege 52 können - gemäß Fig. 10
- auch trapezförmige Profile bilden.
In der schaubildlichen Darstellung nach Fig. 6 ist ersicht
lich, daß die Abgaskanäle 48 immer von oben nach unten, die
Wasserkanäle 40 hingegen im unteren Bereich des Wärmetauschers
17 immer waagrecht oder annähernd waagrecht verlaufen.
Die Fig. 8 zeigt, daß unabhängig von der Ausbildung der
Abgaskanäle 48 auch die Wasserkanäle 40 mit Umlenkblechen 55
ausgestattet sein können. Diese Umlenkbleche 55 bewirken
eine Unterteilung und sind U-förmig profilierte Bleche, die
in die Wasserkanäle 40 seitwärts eingeschoben werden und an
ihren Stirnseiten durch je einen Schweißpunkt gehalten sind.
Die Umlenkbleche 55 brauchen nicht dicht sein, sie müssen nur
für eine Umlenkung des Wassers sorgen.
Die Wasserkanäle 21 zwischen der Innenseite des Mantels 2 und
dem am weitesten außenliegenden Abgaskanal 48 sind wieder
durch die peripheren Bereiche der Platten 20 unterteilt.
Diese Unterteilung ist erforderlich, damit die Anströmung der
jeweils nächsten Wasser-Etage um 180° wechseln kann, so daß
der Kreuzgegenstrom über den gesamten unteren Bereich des
Wärmetauschers aufrechterhalten bleibt.
Die Fig. 8 zeigt somit im Grunde den gesamten Wärmetauscher
17, in dem sich eine Vielzahl nebeneinander parallel im
Abstand verlaufender Abgaskanäle 48 ergibt, zwischen denen
jeweils Wasserkanäle 40 verlaufen, die der Höhe nach durch
die Umlenkbleche 55 unterteilt sind; in den einander benach
barten Teilkanälen verläuft die Strömung jeweils gegenläufig.
An die Unterseite des gesamten Wärmetauschers 17 schließt
der Abgassammler 57 an, dessen Aufbau dem der Ausführungs
form nach Fig. 1 entspricht.
Auch gemäß Fig. 9 findet die Durchströmung der Wasserkanäle
40 in der Waagerechten statt, wogegen die Abgaskanäle 48
lotrecht durchströmt werden. Die Einbauten dieser Abgaskanäle
48 sind gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6
geändert, indem nämlich das Blech 52 geteilt wurde. Diese
Teilung in zwei gleiche Bleche 58 bringt den Vorteil, daß
die jeweils den Wandungen 42 der Wasserkanäle 40 zugewandten
Flächenbereiche 54 mit den Wandungen 42 verschweißt werden
können. Die jeweils anderen Flächenbereiche 53 liegen einander
nahe gegenüber. Dadurch ist die Wärmeübertragung vom Abgas
auf das Wasser verbessert, weil jeweils beide Flächen eines
Wasserkanales 40 mit einem Blechstreifen wärmeleitend ver
bunden sind.
In der rechten Hälfte der Fig. 9 ist gezeigt, daß die
Blechstege 52 auch eine trapezförmig profilierte Wellung
bilden können.
Alternativ kann zu einem einzigen Blech 52 oder zu zwei glei
chen Blechen 58 auch ein schwächer profiliertes Blech 59
gemäß Fig. 11 verwendet werden, das lotrecht in die
Abgaskanäle 48 eingeschoben ist, aber die beiden einander
gegenüberstehenden Wandungen 42 der benachbarten Wasser
kanäle 40 nicht berührt. Weil diese Wasserkanäle 40 aber
unter einem Druck von 3 bar stehen können, besteht die Gefahr,
daß sich die Abgaskanäle 48 durch Einbauchungen der Breit
seiten der Wandungen 42 verengen. Um deshalb den Soll-
Abstand der Wandungen 42 und den Soll-Querschnitt der Abgas
kanäle 48 beizubehalten, müssen Abstandhalter vorgesehen
werden. Bei geeigneter Formgebung können die Bleche 52
einfach selbst als Abstandhalter dienen, wie dies die
Fig. 6, 7, 9 und 10 zeigen. Bei einem schwächer profilierten
Blech 59, wie es die Fig. 11 zeigt, müssen jedoch eigene
Abstandhalter 60 angeordnet werden, die dann auch das Blech
59 halten. Das Blech 59 bewirkt eine intensive Abgasanströmung
der die Wasserkanäle 40 begrenzenden Wandungen 42 durch
einen Turbulenzeffekt.
Wie der rechte Teil der Fig. 11 zeigt, können auch die Ein
bauten der Wasserkanäle 40 geändert werden. Statt der bereits
im Rahmen der Fig. 8 beschriebenen U-förmigen Umlenkbleche
55 kann man die Trennung der wasserdurchströmten Ebenen von
einander auch erreichen, indem die bereits gemäß Fig. 6 und
7 beschriebenen Wandungen 42 der Wasserkanäle 40 mit Einprä
gungen 61 versehen werden. Diese Einprägungen 61 liegen
einander paarweise derart einander gegenüber, daß sich
derselbe Effekt ergibt, wie wenn zwischen die Wandungen 42
ein gesondertes U-förmiges Blech 55 nach Fig. 8 eingeschoben
werden würde. Eine Wasserdichtigkeit der Verbindungsstellen
ist nicht erforderlich.
Die Ausführungsformen des Wärmetauschers 17 nach den Fig.
6 bis 11 haben gegenüber dem aus Rohrbündeln 12 bestehenden
Wärmetauschern nach den Fig. 2 bis 5 den Vorteil, daß
eine Vielzahl von Schweißnähten entfallen kann. Im Hinblick
auf die Gefahr einer thermischen Überbeanspruchung solcher
Schweißnähte im Bereich des Brennkammerbodens 10 kann dies
wesentlich sein.
Auch wenn der Wärmetauscher 17 nach den Ausführungsformen
der Fig. 6 bis 11 ausgebildet ist, kann der Brennkammer
boden 10 dachförmig mit einem First 11 ausgebildet sein,
wobei die oberste Platte 20 - wie nach Fig. 1 - eine
zentrale Ausnehmung 25 aufweist, so daß der oberste Bereich
des Wärmetauschers 17 im Gegenstrom betrieben wird. Diese
zentrale Ausnehmung 25 befindet sich mit der Brennerachse 56
fluchtend unmittelbar unterhalb des Firstes 11.
Wird der Wärmetauscher 17 gemäß Fig. 8 aufgebaut, das heißt,
werden die Innenbereiche der Platten 20 durch die U-förmig
profilierten Umlenkbleche 55 ersetzt, dann weist gemäß Fig.
12 das in einem Wasserraum zuoberst liegende Umlenkblech 55
in seinem Mittenbereich die Ausnehmung 25 auf. Weil die
Wasserräume hier kanalisiert sind, strömt das Wasser aus
jedem obersten Wasserraum seitwärts ab, und zwar in der
ansteigenden Richtung des Firstes 11.
Erweist sich die Dampfblasenbildung als mehr oder weniger
ungefährlich, besteht gemäß Fig. 13 die Möglichkeit, auf die
Anordnung eines Firstes 11 im Brennkammerboden 10 zu ver
zichten und diesen Brennkammerboden 10 zwecks Erhöhung der
Strömungsgeschwindigkeit des Wassers eben auszubilden.
Die Ausnehmung 25 in dem obersten, dem Brennkammerboden 10
unmittelbar benachbarten Umlenkblech 55 kann dann mit einem
düsenartigen Auslaß 62 ausgebildet werden, um die Wasser
strömung intensiv an die Unterseite des Brennkammerbodens
10 anzulegen.
Bei der Ausführungsform des Kessels 1 nach den Fig.
14 und 15 befinden sich der Siphon 27 und der Ablaufstutzen
28 für das Kondensat innerhalb des Mantels 2 und der Abgasabzug
29 schließt im Bereich der höchsten Stelle des Sammelbleches
26 an den Abgassammler 57 an.
Die Brennkammerwandung 8 ist gemeinsam mit dem Brenn
kammerboden 10 als Tiefziehteil mit abgerundeter Kante aus
gebildet, wodurch dieser thermisch hochbeanspruchte Bereich
frei von Schweißnähten bleibt.
Die Abgaskanäle 48 sind in zueinander parallelen Scharen 14
ungleicher Länge angeordnet, und zwar sind ihre Längen
zielführend derart ungleich bemessen, daß die Enden der
Scharen 14 durchwegs etwa den gleichen Abstand von der kreis
förmigen Peripherie des Brennkammerbodens 10 aufweisen,
so daß der periphere Bereich im wesentlichen gleichmäßig
beansprucht wird.
Ferner ist bei dieser Ausführungsform ein die Wandung 8 und
den Mantel 2 durchsetzendes Sichtfenster 63 zur Kontrolle
der Brennkammer 6 vorgesehen. Die Achse dieses Sichtfensters
63 weist eine geringe Schrägneigung gegen den Brennkammer
boden 10 auf.
Wie insbesondere die Fig. 15 zeigt, ist der von dem die
Brennkammer 6 ummantelnden Ringraum 7 ausgehende Vorlauf
anschluß 9 einer Umlaufheizung einem Versorgungsanschluß
64 eines Speichers diametral gegenüberliegend angeordnet.
Diese beiden Anschlüsse 9 und 64 sind in einer gemeinsamen,
zu den parallelen Scharen 14 der Abgaskanäle 48 senkrecht
verlaufenden Vertikalebene 65 angeordnet. Der in den untersten
Wasserkanal 40 mündende Rücklaufanschluß 22 verläuft senk
recht zur Ebene 65 der beiden Anschlüsse 9 und 64.
- Verzeichnis der Bezugsziffern:
1 Kessel
2 Mantel
3 Boden
4 Decke
5 Sturzgebläse-Brenner
6 Brennkammer
7 wasserführender Ringraum
8 Innenwandung der Brennkammer
9 Vorlaufanschluß an 7
10 Brennkammerboden
11 First von 10
12 Rohrbündel aus Rohren 13
13 Vierkant-Rohre
14 Rohrscharen der Rohre 13
15 Zwischenräume zwischen 14
16 Peripherie von 12
17 Wärmetauscher
18 Schweißnaht von 17 an 10
19 Abschlußboden von 17
20 Platten
21 Wasserkanäle
22 Rücklaufanschluß
23 Peripherie von 20
24 Bereiche von 20
25 zentrale Ausnehmung von 20 (55)
26 Sammelblech
27 Siphon
28 Kondensat-Ablaufstutzen
29 Abgasabzug
30 Abschirmblech
31 oberer Wärmetauscherbereich
32 unterer Wärmetauscherbereich
33 Zwischenraum zw. 31 und 32
34 Oberboden
35 Unterboden
36 Abgasführung
37 Wasserstutzen zw. 31 und 32
38 Trennwand zu 14
39 -
40 Wasserkanäle in 17
41 Pfeile Wasserströmung
42 Wandungen von 40
43-46 Kanten von 42
47 Schweißnaht von 42
48 Abgaskanäle
49 Flansche von 42
50 Kanten von 49
51 Pfeile Abgasströmung
52 Blech mit Wellenprofil
53 Flächenbereiche von 52
54 Flächenbereiche
55 Umlenkbleche in 40
56 Brennerachse
57 Abgassammler
58 gegengleiche Bleche in 48
59 Blech in 48
60 Abstandhalter in 48
61 gegeneinanderweisende Einprägungen von 42
62 düsenartige Öffnung von 20 bzw. 55
63 Sichtfenster durch 7
64 Vorlaufanschluß für Speicher (Fig. 15)
65 Vertikalebene durch 9 und 64
Claims (27)
1. Stahlheizkessel mit einem in einer Brennkammer (6) angeord
neten Sturzbrenner (5) sowie einem unterhalb des Brenn
kammerbodens (10) angeordneten Wärmetauscher (17), der von
etwa senkrechten Abgaskanälen (13 bzw. 48) sowie in ver
schiedenen Ebenen übereinander verlaufenden, nahezu waag
rechten Wasserkanälen (21 bzw. 40) durchzogen ist, wobei
die Strömungsrichtung des Wassers in den Wasserkanälen
(21 bzw. 40) je Ebene wechselt, dadurch gekennzeichnet, daß
der Wärmetauscher (17) im Bereich der Brennkammer (6) als
reiner Gegenstromwärmetauscher ausgebildet ist, dessen
Einlaß (25) unten in der Brennerachse (56) und dessen
Auslaß (9) peripher angeordnet ist.
2. Stahlheizkessel nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Vorlaufanschluß (9) im obersten Bereich eines Ring
raumes (7) vorgesehen ist, der die Brennkammer (6) peripher
umgibt und an den obersten Wasserkanal (21 bzw. 40) des
Wärmetauschers (17) angeschlossen ist (Fig. 1, 2, 14).
3. Stahlheizkessel nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Brennkammerboden (10) dachförmig ausge
bildet ist, wobei der Dachwinkel mindestens 6° beträgt und
der die Brennerachse (56) kreuzende First (11) die niedrigste
Stelle bildet (Fig. 1, 12, 14).
4. Stahlheizkessel nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Abgasweg des Wärmetauschers (17) von Vierkant-Rohren
(13), insbesondere mit Quadratquerschnitt, gebildet ist
(Fig. 1-5).
5. Stahlheizkessel nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vierkant-Rohre (13) unmittelbar aneinandergeschweißt
sind (Fig. 5).
6. Stahlheizkessel nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vierkant-Rohre (13) nur an ihren Enden aneinander
geschweißt sind (Fig. 5).
7. Stahlheizkessel nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Enden der Vierkant-Rohre (13) im Bereich des
Brennkammerbodens (10) und im Bereich des unteren Abschluß
bodens (19) des Wärmetauschers (17) an dessen Peripherie (16)
sowohl mit diesen Böden (10, 19) als auch untereinander ver
schweißt sind (Fig. 5).
8. Stahlheizkessel nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vierkant-Rohre (13) im übrigen Bereich lediglich
aneinandergepreßt sind.
9. Stahlheizkessel nach einem der Patentansprüche 4 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (17) in seiner
Höhe durch Platten (20) unterteilt ist, die übereinander
verlaufende Wasserkanäle (21) bilden, und daß diese Platten
(20) lediglich mit der Peripherie des Rohrbündels (12)
verschweißt sind (Fig. 1-5).
10. Stahlheizkessel nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der Wärmetauscher (17) in einem mittleren Höhenbereich
einen Zwischenraum (33) bildet, an den alle den Abgasweg
bildenden Vierkant-Rohre (13) angeschlossen sind, und daß
dieser Zwischenraum (33) von einem wasserführenden Stutzen
(37) durchsetzt ist (Fig. 2).
11. Stahlheizkessel nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Wärmetauscher (17) aus geprägten bzw. abgekanteten
Blechen (42, 52, 58, 59) besteht (Fig. 6-11).
12. Stahlheizkessel nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß von diesen Blechen eines (42) derart abgekantet ist, daß
es einen Wasserkanal (40) begrenzt und an seinen stirn
seitigen Rändern zwei einander gegenüberliegende Flansche (49)
aufweist, die längs ihrer Kanten (50) mittels einer Schweiß
naht verbunden sind, so daß der Zwischenraum zwischen
jeweils zwei benachbarten Wasserkanälen (40) einen Abgas
kanal (48) bildet (Fig. 6).
13. Stahlheizkessel nach Patentanspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß in die Abgaskanäle (48) Bleche (52) eingesetzt sind, die
eine rechteckförmig oder trapezförmig profilierte Wellung
aufweisen, wobei zueinander parallele Flächenbereiche (53, 54)
dieser Wellungen mit den einander gegenüberliegenden Außen
seiten benachbarte Wasserkanäle (40) begrenzender Bleche (42)
verschweißt sind (Fig. 7).
14. Stahlheizkessel nach Patentanspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß in den Abgaskanal (48) zwei in bezug zu dessen Mittel
ebene gegengleich profilierte Bleche (58) eingesetzt sind
und jedes dieser Bleche (58) an einer Seite der Wellung mit
dem zugeordneten, einen Wasserkanal (40) begrenzenden Blech
(42) verschweißt ist, wogegen die einander zugewendeten
Seiten dieser Bleche (58) lose aneinanderliegend die Bleche
(58) voneinander distanzieren (Fig. 9).
15. Stahlheizkessel nach einem der Patentansprüche 1 und 12-14,
dadurch gekennzeichnet, daß in die Wasserkanäle (40) U-förmig
profilierte Umlenkbleche (55) eingefügt sind, die als
Umlenkungen für den Wasserstrom dienen (Fig. 8, 11).
16. Stahlheizkessel nach einem der Patentansprüche 1 und 12-14,
dadurch gekennzeichnet, daß die die Wasserkanäle (40)
begrenzenden Bleche (42) mit gegeneinanderweisenden Ein
prägungen (61) versehen sind, die nach dem Abkanten der
Bleche (42) einander gegenüberliegend als Umlenkungen für
den Wasserstrom dienen (Fig. 11).
17. Stahlheizkessel nach Patentanspruch 15, dadurch gekenn
zeichnet, daß die im Wärmetauscher (17) zuoberst liegende
Platte (20) bzw. das oberste Umlenkblech (55) mit einer
zentralen Ausnehmung (25) versehen ist, die senkrecht zum
First (11) des Brennkammerbodens (10) und mit der Brenner
achse (56) fluchtend angeordnet ist.
18. Stahlheizkessel nach Patentanspruch 15, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Brennkammerboden (10) eben ausgebildet
und die im Wärmetauscher (17) zuoberst liegende Platte (20)
bzw. das oberste Umlenkblech (55) mit einer zentralen
Ausnehmung (25) versehen ist, die mit der Brennerachse (56)
fluchtet (Fig. 13).
19. Stahlheizkessel nach einem der Patentansprüche 1 bis 18,
dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammerwandung (8)
gemeinsam mit dem Brennkammerboden (10) als Tiefziehteil
mit abgerundeter Kante ausgebildet ist (Fig. 14).
20. Stahlheizkessel nach einem der Patentansprüche 1 bis 19,
dadurch gekennzeichnet, daß die Abgaskanäle (48) in zur
einander parallelen Scharen (14) derart abgestuft ungleicher
Länge angeordnet sind, daß die Enden dieser Scharen (14)
durchwegs den etwa gleichen Abstand von der Kreisperipherie
des Brennkammerbodens (10) aufweisen (Fig. 14).
21. Stahlheizkessel nach einem der Patentansprüche 1 bis 20,
gekennzeichnet durch ein die Wandung (8) der Brennkammer (6)
vorzugsweise mit einer gegen den Brennkammerboden (10)
gerichteten Neigung, durchsetzendes Sichtfenster (63) (Fig. 14).
22. Stahlheizkessel nach einem der Patentansprüche 1 bis 21,
dadurch gekennzeichnet, daß der von dem die Brennkammer (6)
ummantelnden wasserführenden Ringraum (7) ausgehende
Vorlaufanschluß (9) einer Umlaufheizung einem Versorgungs
anschluß (64) eines Speichers diametral gegenüberliegt (Fig. 15).
23. Stahlheizkessel nach Patentanspruch 22, dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Anschlüsse (9 und 64) in einer gemeinsamen
vertikalen Ebene (65) senkrecht zu den zueinander parallelen
Scharen (12) der Abgaskanäle (48) gerichtet sind (Fig. 15).
24. Stahlheizkessel nach Patentanspruch 23, dadurch gekennzeichnet,
daß der in den untersten Wasserkanal (21 bzw. 40) mündende
Rücklaufanschluß (22) der Umlaufheizung zur gemeinsamen
Ebene (65) der beiden Anschlüsse (9 und 64) senkrecht
verläuft (Fig. 15).
25. Stahlheizkessel nach einem der Patentansprüche 1 bis 24,
dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Abschlußbodens (19)
des Wärmetauschers (17) ein von einem schrägverlaufenden
Sammelblech (26) unten begrenzter Abgassammler (57) ange
ordnet ist, dem an der tiefsten Stelle des Sammelbleches
(26) ein Siphon (27) und ein Ablaufstutzen (28) für Kondensat
sowie ein Abgasabzug (29) angeschlossen sind (Fig. 1, 2, 14).
26. Stahlheizkessel nach Patentanspruch 25, dadurch gekennzeichnet,
daß sich der Siphon (27) und der Kondensat-Ablaufstutzen (28)
außerhalb des Mantels (2) des Kessels (1) befinden, wobei
sich gegebenenfalls zwischen den Siphon und den mit ihm
koaxialen Abgasabzug (29) ein Abschirmblech (30) erstreckt
(Fig. 1, 2).
27. Stahlheizkessel nach Patentanspruch 25, dadurch gekenn
zeichnet, daß sich der Siphon (27) und der Kondensat-Ablauf
stutzen (28) innerhalb des Mantels (2) des Kessels (1)
befinden, wobei der Abgasabzug (29) seitlich im höchsten
Bereich des Sammelbleches (26) an den Abgassammler (57)
anschließt (Fig. 14).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873741798 DE3741798A1 (de) | 1986-12-06 | 1987-12-07 | Stahlheizkessel |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3641981 | 1986-12-06 | ||
DE19873741798 DE3741798A1 (de) | 1986-12-06 | 1987-12-07 | Stahlheizkessel |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3741798A1 true DE3741798A1 (de) | 1988-07-28 |
Family
ID=25850138
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19873741798 Withdrawn DE3741798A1 (de) | 1986-12-06 | 1987-12-07 | Stahlheizkessel |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3741798A1 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3831208A1 (de) * | 1988-09-14 | 1990-03-22 | Viessmann Hans | Heizungskessel |
EP2437022A3 (de) * | 2010-10-01 | 2016-06-22 | Aic S.A. | Gas-flüssig Rohr-Wärmetauscher, insbesondere für Heizungsanlage |
EP3561424A1 (de) * | 2018-04-23 | 2019-10-30 | Krzysztof Erdei | System zum erwärmen von flüssigen und flüchtigen substanzen mittels eines verbrennungswärmetauschers mit antrieb durch abgase im oberteil und ausstossung von abgasen im unterteil |
-
1987
- 1987-12-07 DE DE19873741798 patent/DE3741798A1/de not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3831208A1 (de) * | 1988-09-14 | 1990-03-22 | Viessmann Hans | Heizungskessel |
EP2437022A3 (de) * | 2010-10-01 | 2016-06-22 | Aic S.A. | Gas-flüssig Rohr-Wärmetauscher, insbesondere für Heizungsanlage |
EP3561424A1 (de) * | 2018-04-23 | 2019-10-30 | Krzysztof Erdei | System zum erwärmen von flüssigen und flüchtigen substanzen mittels eines verbrennungswärmetauschers mit antrieb durch abgase im oberteil und ausstossung von abgasen im unterteil |
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