DE6924548U - Konische rauchgasfuehrung. - Google Patents

Description

PATENT ANWALTt' ' r-

DIPL-INQ JOACHIM STRASSH, HANAU DR. INC/. ARNO SCHMIDT, MÜNCHEN

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Röme rstraße 19

Laurenz Otte & Co. KG 1R. Juni 1969

6424 Grebenhain/Hessen Str-Schu/Jg - 10

Konische Rauchgasführung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine konische Rauchgasführung mit einem in Strömungsrichtu ng abnehmenden Strömungs-Wirkungsquerschnitt zur besseren Ausnutzung der Wärmeenergie in Rauchgasen.

Zur Ausnutzung der in heißen Rauchgasen enthaltenen Wärmeenergie werden diese durch Rohre geführt, wobei ein Tei I der Wärmeenergie über die Rohrwandung an ein umgebendes Medium, wie zum Beispiel Wasser oder Luft, abgeführt wird. Um den Wirkungsgrad einer derartigen Rauchgasführung, die gleichzeitig als Wärmeaustauscher arbeitet, zu verbessern, ist es bekannt, konische Rauchgasführungen zu verwenden, bei denen der Querschritt des Rauchrohres in Strömunqsr i chtung abnimmt, indem sich das Rauchrohr in Strömungsrichtung verjüngt. Da sich die Rauchaase in Strömungsrichtung abkühlen und sich somit ihr VcIjmen verringert, wird mit einer kenischen Rauchgasführung einei konstante Strömungsgeschwir. cigkeit in Längsrichtung erreicht. Gleichzeitig wird eine gleichmäßigere Belastung der RauchgasführungsteMe erzielt.

Es ist ferner bekannt, daß der wärmetechnische Wirkungsgrad der Rauchgasführung wesentlich durch eine Verwirbelung der Rauchgase verbessert werden kann. Dabei wird eine laminare Strömung verhindert, und e^ wird vermieden, daß lediglich die äußeren Schichten des strömenden Mediums ihre Wärme an das umgebende Rauchrohr abgeben und daß in der Mitte ein heißer Kern erhalten bleibt, der aufgrund der isolierenden kälteren Schichten nicht seine Wärme abzugeben vermag.

Der wesentliche Nachtei I der bekannten Rauchgasführungen mit großem wärmetechnischem Wirkungsgrad ist in der teuren Herstellung der komplizierten Einrichtungen zu suchen. Eine Verjüngung der Rauchrohre in Längsrichtung bedeutet einen erheblichen Mehraufwand bei der Herstellung gegenüber Rauchrohren mit gleichbleibendem Querschnitt. Bei den bekannten konischen Rauchgasführungen ist es darüber hinaus notwendig, zusätzliche Tei Ie zur Unterdrückung der laminaren Strömung in den Gasstrom einzubringen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine wesentlich einfachere und kostengünstigere konische Rauchgasführung zu schaffen, die alle Vorteile der bekannten Einrichtungen einschIi eßt.

Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß eine Quer sch ηittsVerengung für Rauchrohre mit gleichbleibendem Querschnitt mittels einer in den Innenraum eingebrachten Leitblech- \ einheit erzielt wird, die zugleich eine Verwirbelung der Rauch- ^ gasebewirkt. j

Der wesentliche Vorteil der vorliegenden Erfindung ist darin zu ;.

suchen, daß zur Erzielung der wirksamen Konizität bzw. der wirk- i

samen QuerschnittsVerengung in Strömungsricntunn in einfacher |

Weise eine geeignete LeitbIecheinheit in ein Rauchrohr nit im J

übrigen gleichbleibendem Querschnitt eingefügt wird. Dadurch §

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wird die Herstellung eines komplizierten und teueren konischen Rauchrohres vermieden und dennoch vorteilhafterweise die Wirkung einer konischen Rauchgasführung erzielt. Die Leitblecheinheit selbst ist einfach aufgebaut und leicht auszuwechseln. Sie dient gleichzeitig der Verengung des wirksamen Querschnitts und der Erzeugung einer WirbeIbi I du ng. Da sich die Leitblecheinheit im heißen Gasstrom befindet und dadurch rotglühend erhitzt wird, ist durch das Nachglühen, auch bei unterbrochenem Gasstrom, ein Nachheizen und damit eine gleichmäßigere Belastung der Rauchrohre gewährleistet. Es wird mithin eine bessere Wirkung erzielt als mit aufwendigen Rauchgasrohren, deren Außenquerschnitt konisch gestaltet ist.

Weitere Merkmale, Vorteile ¹J nd Einzelheiten der vorliege η 'en Erfindung ergeben sich aus der nacnfο I genden Beschreibung von möglichen Ausführungsbeisρie I en, wobei einige in der Zeichnung dargestelit sind.

Es zeigen:

^rig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer konischen Rauchgasführung in einem runden Rauchrohr,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer konischen Rauchgasführung in einem runden Rauchrohr,

Fig. 3 eine konische Rauchgasführung in einem rechteckigen Rauchrohr,

Fig. 4 eine konische Rauchgasführung in einem ovalen Rauchrohr und

Fig. 5a und 5b eine weiterhin abgewandelte Ausführungsform in schematischer Längsansicht und im schematischen Querschnitt.

In Fig. 1 befindet sich im Inneren eines über die axiale Länge gleichbleibend runden Rauchrohres 10 eine Leitο Iecheinheit, bei der sich zwei senkrecht aufeinanderstellende Teilbleche 12 und 14 axial und radial erstrecken. Die Leitblecheinheit stützt sich an der einen Seite mittels der Spitzen der Tei Ibleche und 14 und an der anderen Seite mit einem Fuß 16 im Rauchrohr ab. Im Längsstrom querliegendo Segmente 18 dienen der Querschnittsverengung und der Wirbelbildunr). Obwohl der von den äußeren Konturen der Leitblecheinheit 12, 14 definierte Raum im

t I nne . des Rauchgasrohres 10 nicht ausgefülIt ist, streichen

die Rauchgase im wesentlichen an diesen Konturen vorbei. Mit anderen Worten staht für die Rauchgasführung im Innern des Ra'ichgasrohres ein Volumen oder Raum zur Verfügung, tier nach außen von der Innenseite des Außenrohres 10 und nach innen von der Le 11bIecheinheit 12, 14 begrenzt ist, wenn man sich diese in diesem Deis; iel als Rotationskörper verstellt. Obwohl nach innen keine körperliche Begrenzung vorhanden ist, werden sich die Rauchgase im wesentlichen durch einen konischen Raum bewegen, dessen Konizität dor Vo ιumenebnahme in axialer Fließrichtung entspricht. Dieser Koniζität s ind die in bestimmten Abständen angebrachten quer Iiegenden Segmente 18 in ihrem Durchmesser angepaßt. Die Anzahl der Segmente und der Abstände zueinander ist beliebig. Die Durchmesser wachsen in Strömungsrichtung, d. h. in der Darstellung von Fig. 1 von rechts nach I Inks.

Zwar werden auch in die zwischen die Segmente befindlichen Räume Rauchgase eindringen, diese werden aber umgelenkt und tragen serrit zur Vp<-_w i rbe I unn und damit zum Wa" rrneausta usch bei. Außerdem werden sie infolge ihrer Umlenkbewegung dazu führen, die wesentliche Menge tier durchfließenden Rauchgase entlang der Außenwand 10 zu halten.

In Fig. 2 i s "i eine aboewandelte Form der Ausführungsform aus Fig. 1 dargestellt, bei der die Secmente 1 ⁿ durch Laschen 20 ersetzt sind, die aus den Tei Ib lochen 12 und 14 teilweise ausgestanzt und abgebogen sind. Auch hierbei vergrößern sich die Flächen der Laschen in Strönungsrichtuno.

Die Leittlecheinheit kann eiber körperlich eine innere Begrenzung darstellen. In Fig. 3 befindet sich in einem tauchrohr rechteckigen Querschnitts eine Lei ti, locheinheit, die aus zwei gewellten Blechstreifen 24 besteht. Beide Streifen bilden Schenkel eines Winkels, und dieser Winkel verkleinert in Strömungsrichtung das Volumen. Die Wellung dient der besseren Verwirbelung.

In Fig. 4 ist ein ovales Rauchrohr 26 gezeigt, bei dem Leitblecheinheit im wesentlichen aus zwei ebenen Blechstreifen 28 mit einem eingangsseitige η Fuß 30 besteht, bei der zusätzliche rechteckige Wirbel laschen 32 aus den Blechstreifen 28 tei Iweise herausgestanzt und abgebogen sind. Es wird wiederum ein Winkel gebi Idet, aber die Schenkel selbst haben Außenkanten, die zu-

In Fig. 5a und 5b ist eine weitere Abwandlung dargestellt. Eine Leitblecheinheit 36 befindet sich in diesem Fall In einer Rauchgastasche 34, die eine beliebige Außenform haben kann. Von dem Material der Tasche 36 sind Laschen 38 in der zuvor beschriebenen Weise abgebogen. Wesentlich ist hierbei zu zeigen, daß der wirksame konische Querschnitt nicht gleichmäßig oder symmetrisch zur UmhüI lung einer Rauchgastasche 34 vertei It zu sein braucht. Es kann auch vortei lhaft sein, die obere Kante 40 der Einheit 36 verhältnismäßig steil ansteigen zu lassen, während die untere Kante paral IeI zum Mantel der Tasche 34 verläuft oder auf dieser aufliegt. Der konisch wirksame Raum bildet sich hierbei oben in der Rauchpastasche 34 aus, Der Vorteil dieser Variante, die zusatz I ich oder in K ο m -

bination mit anderen beschriebenen Merkmalen benutzt werden kann, liegt darin, daß keine Stütze· benöt i gt wird und eine gleichmäßige Belastung der Heiztasche erzielt wird. Die Einheit 36 erzeugt die gewünschte Turbulenz und gibt die aufgenommene Warme als Strahlungsenergie ab.

Die eingezeichneten Pfeile 42 geben den Eintritt der Rauchgase in die Tasche 34 an.

In den Ausführ ungsbeispie'en nach Fig. 1 und 2 umfaßt die Leitblechelnheit eine aus zwei Teilblechen 12 und 14 bestehende Grundeinheit. Beide Teilbleche haben die Form eines gleichschenkligen Trapezes und stehen sich senkrecht kreuzend aufeinander. Die breitere der parallelen Trapezseiten ist so bemessen, daß sie in etwa dem Innendurchmesser des Rauchrohres 10 entspricht. Die schmalere der beiden Trapezseiten kann in weiten Grenzen variiert werden und soll in jedem Fall klein gegenüber der breiteren Seite sein. Die Höhe der trapezförmigen Teilbleche 12 und 14 entspricht im wesentlichen der Länge der Verjüngung bei bekannten konischen Rauchrohren. Die Grundeinheit, die sich einerseits mit den Teilblechen 12 und 14 und andererseits mit einem Fuß 16 in dem Rauchrohr 10 abstützt, wird derart in dieses eingeführt, daß die Blechbreite in Strömungsrichtung der Rauchgase zunimmt. In die vier verbleibenden Winkel zwischen den Tei Iblechen 12 und 14 werden in geeigneten Abständen mehrere quer zum Gasstrom stehende Segmente 18 eingefügt. Die Segmente 18 sind vorzugsweise νierte I kreisförmig, wobei die Durchmesser, der vollständigen Kreise in Strömungsrichtung zunehmen und kleiner als der I nnendt¹ rchmesser des Rauchrohres 10 bleiben. Im vorliegenden Fall sind die Durchmesser der vol !ständigen Segmentkreise jewei Is der Breite der trapezförmigen Leitbleche 12 und 14 in etwa angepaßt. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird durch die Segmente 18 erreicht, daß der freie Strömungsquerschnitt in Längsrichtung

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abnimmt, da die Rauchgase durch die verbleibenden Spalten zwischen dem Rauchrohr 10 und der. Segmenten 1B hindurchströmen müssen. Gleich reitig übernehmen die Segmente 13 die Funktion der bekannten Wirbel laschen zur Erhöhung dos wärmetechnischen Wirkungsgrades, und es ist keine zusätzliche Anbringung derartiger Laschen notwendig.

In dem AusführuηgsbeispieI nach Flg. 2 wird die Funktion der Segmente 18 aus Fig. 1 von Laschen 20 übernommen. Diese werden im vorliegenden Fall durch kreisförmige Teile gebildet, die aus den Leitblechen 12 und 14 fei Iweise ausgestanzt und dann schräg zum Gasstrom abgebogen sind. Der auf die Laschen 20 treffende Gasstrom wird von den entsprechenden Teilblechen abgelenkt und zur Wandung des Rauchrohres 10 geführt. Da die Flächen der Laschen 20, von denen mehrere in geeigneten Abständen in Strömungsrichtu ng hintereinander vorgesehen sind, in St romungsrichtung zunehmen, ist damit auch eine Verminderung des freien Strömungsquerschnittes in Längsrichtung verbunden. Es ist selbstverständlich, daß die Form sowie die Anzahl und die Lage der Laschen 20 weitgehend beliebig ist. In jedem Fall übernehmen jedoch die Laschen 20, wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, die Funktionen der Ouerschnittsverengung in Längsrichtung und der Erzeugung dei Wirbelbildung. Es ist auch möglich, die Laschen 20 niel r in Strömungsrichtung, sondern gegen die Strömungsrichtung abzubiegen.

In Fig. 3 ist eine Rauchgasführung 22 mit rechteckförmigern Querschnitt angedeutet, in der die Leitblecheinheit von zwei keilförmig zueinander stehenden Blechstreifen 24 gebildet wird. Die Blechstreifen 24 sind derart in das Rauchrohr 22 eingeführt, daß die Rauchgase auf die Kei I schnei de treffen und durch diese in zwei Rauchgasströme getei It werden, die aus der Mitte nach außen zur Rauchrohrwandung abgelenkt werden. Am Ausgang der konischen Rauchgasführung treten die beiden

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Rauchgasströme durch ^wel Spalte zwischen den Blechstreifen und dem Rauchrohr 2 2 aus. Der wärmetechnische Wirkungsgrad dieser konischen Rauchgasführung wird dadurch erhöht, daß zusätzliche Vorkehrungen zur Wirb . !bildung getroffen werden. Im vorliegenden Fall wird dies dadurch erreicht, daß die Blechstreifen 24 in Längsrichtung gewellt sind, wodurch eine laminare Strömung gestört wird. Selbstverständlich ist es möglich, statt der Wellenform zusätzliche Wirbel laichen, beispielsweise in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2, anzubringen.

In Fig. 4 ist ein Rauchrohr 26 mit ovalem Querschnitt angedeutet, in das eine dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 weitgehend entsprechende Leitblecheinheit eingefügt ist. Diese besteht ebenfalls aus zwei keilförmig zueinander stehenden Blechstreifen, die im vorliegenden Fall im wesentlichen eben sind. Die Leitblecheinheit stutzt sich in dem Rauchrohr 26 an der Seite der Keilschneide mit einem Fuß 30 und am gegenüberliegenden Ende mit den Kanten der Blechstreifen 28 ab. Auch hier werden die Rauchgase durch die keilförmige Leitblecheinheit in zwei Gasströme aufgetollt, welche In Strömungsrichtung einen immer enger werdenden Strömungsquerschnitt vorfinden und aus der Rauchrohrmitte zur Rauchrohrwandung abgelenkt werden. Zur Erhöhung des thermischen Wirkungsgrades werfen auch hier Vorkehrungen zur WirbeIbi I dung getroffen. Im vorliegenden Fall wird dies mit rechteckförmlgen Laschen 32 erreicht, die aus den ebenen Blechstreifen 28 tei Iweise ausgestanzt und schräg zum Gasstrom abqebogen sind. Die Rauchgase treffen dabei auf die Laschen 32 und werden dabei von dem Blechstreifen 28 in Richtung zur Rauchrohrwandung abgelenk* und verwirbelt. Auch hierbei sind die Anzahl sowie die Form und Lage der Laschen weitgehend beliebig. Da die konische Rauchgasführung im wesentlichen durch die keilförmig ausgebildete Leitblecheinheit gegeben ist, ist es nicht notwendig, hierbei die Größe der Laschen 32 in Strömungsrichtung zu vergrößern, um eine Querschnittsverengung zu erzielen. Dennoch ist es wie im AusführungsbeispieI

nach Fig. 4 m ö gI ich, eine zusätzliche Querschnittsverengung durch die Laschen 32 zu erhalten, wenn in geeigneten Abständen in Strömungsrichtung eine ansteigende Anzahl von übereinanderliegenden Laschen 3 2 vorgesehen wird. Qualitativ entspricht dieses Vorgehen einer allmählichen Vergrößeruna der Laschen in St röniu ng s r i ch t u ng , so wie es in Fig. 2 durch die Laschen 20 dargestellt ist. Selbstverständlich ist es auch möglich, auf die Laschen 32 zu verzichten und in dem ovalen Rauchrohr 26 eine keilförmige LeitbIecheίπ heit aus in Längsrichtung gewellten Blechstreifen einzusetzen.

Während in den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 und 2 die die Querschηittsverengung bewirkenden Teile gleichzeitig der Wirbelerzeugung dienen, sind diese Funktionen in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 im wesentlichen auf verschiedene Elemente verteilt. Im Beispiel gemäß Fig. 5 kann nach der einen oder anderen Methode verfahren werden. Während eine gemäß Fig. 3 und 4 keilförmig ausgebildete Leitblecheinheit ausschließlich die Querschηittsverengung bewirkt, können zusätzliche Elemente vorhanden sein, die eine Wirbe Ibi I dung hervorrufen. Diese können entweder - wie in Fig. 4 - aus den Blechstreifen 28 ausgestanzt oder aber zusätzlich auf diese aufgebracht sein. Außerdem können die zusätzlichen Elemente derart ausgebildet sein, daß sie ebenfalls zu einer in Längsrichtung ansteigenden Quersch ηittsverengung beitragen. Durch entsprechende Wahl der Lage, Form und Anzahl der Laschen 32 läßt sich der Aufteilungsgrad der einzelnen Funktionen auf die verschiedenen Elemente weitgehend variieren.

In allen Ausführungsbeispielen besteht die Leitblecheinheit aus einfach geformten Einzelteilen, die in geeigneter Weise zusammengefügt werden. Im einfachsten Fall besteht eine Leitblecheinheit, beispielsweise nach dem Ausführungsbeispiel in Fig. 3, aus einem einzigen gewellten Blechstreifen, der in der Mitte zur Bildung der Kei Ischneide abgewinkelt ist. Die Einzelteile

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heit denkbar, wobei es in jedem FaII darauf ankommt, diese derart auszubilden, daß die Rauchgase in Strömungsrichtung eine der Volumenabnahme der sich abkühlenden Gase entsprechende Strömungsquerschnittsverengung vorfinden und dabei derart verwirbelt werden, daß eine innige Berührung der Rauchgase mit den Rauchrohren entsteht.

Der wesentliche Vorteil der vorliegenden Erfindung lieg⁺ darin, daß eine konische Rauchgasführung auch bei Verwendung von Rauchrohren mit gleichbleibendem Formquerschnitt erzielt werden kann, wenn eine entsprechende Leitblecheinheit ins Innere der Rauch- : rohre einfach eingefügt wird. Da die Leitblecheinheit neben ί der Funktion der Querschnittsverengung auch eine Wirbelbildung {

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grades sowie eine gleichmäßigere Wärmebelastung der Rauchrohre 5 gewährleistet. Da die Leitblecheinheit aus sehr einfachen j Einzelteilen besteht, ist diese kostengünstig herzustellen, \ was in Verbindung mit der Verwendung von normalen Rauchrohren gleichbleibenden Querschnitts eine wesentliche Verbesserung gegenüber einer konischen Rauchgasführung mittels eines konischen Rauchrohres darstellt. Je nach Querschnittsform der Rauchrohre sind zahlreiche verschiedene AusfUhrungsformen der LeitbIecheinheIt denkbar, und die einzelnen Funktionen der Querschnittsverengung und der Wirbelbildung lassen sich auf verschiedene oder auf die gleichen Elemente der Leltblechelnheit weitgehend variierbar verteilen.

A η s ρ r üche:

Claims (7)

Ansprüche:

1. Konische Rauchgasführung mit einem in Strömungsrichtung abnehmenden Strömungsquerschnitt zur besseren Ausnutzung der Wärmeenergie in Rauchgasen, d a d u r c h g e kennze i chnet, daß eine QuerschnittsVerengung bei Rauchrohren (VO, 22, 26, 34) mit gleichbleibendem Formquerschnitt mittels einer In dem Innenraum angeordneten Leitb I echelnheit (12, 14, 24, 28, 36) erzielt wird.

2. Konische Rauchgasführung nach Anspruch 1, d a d u r c h gekennzeichnet, daßdieLeitblecheinheit zusätzlich der Verwirbelung der Rauchgase dient.

3. Konische Rauchgasführung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitblecheinheit mit zusätzlichen Wirbe I I aschen (32) oder in StrömungsrIchtu ng oder gegen die Strömungsr!chtung geneigten Teilen zur Turbulenzerzeugung versehen ist.

4. Konische Rauchgasführung nach den Ansprüchen 1 und Ί, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Elemente eine Verengung des wirksamen Querschnitts bewirken=

5. Konische Rauchgasführung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitblecheinheit aus einem oder mehreren einfach geformten und oder verbundenen Blechtei len besteht.

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6. Konische Rauchgasführung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitb I echeinheit in das Rauchrohr auswechselbar einschiebbar ist und sich darin abstützt.

7. Konische Rauchgasführung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz e i c h η e t , daß die Leitblecheinheit keilförnig ausgeh i Idet ist.