EP0276857A2 - Verfahren und heizkessel zum Erhitzen eines wärmeübertragenden Strömungsmittels - Google Patents
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- EP0276857A2 EP0276857A2 EP88101250A EP88101250A EP0276857A2 EP 0276857 A2 EP0276857 A2 EP 0276857A2 EP 88101250 A EP88101250 A EP 88101250A EP 88101250 A EP88101250 A EP 88101250A EP 0276857 A2 EP0276857 A2 EP 0276857A2
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
- F24H1/22—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating
- F24H1/34—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water chamber arranged adjacent to the combustion chamber or chambers, e.g. above or at side
Definitions
- the invention relates to a method for heating a heat-transferring fluid, in particular for space heating purposes, with the aid of a boiler simulated in a gasification furnace in which there is no direct contact with the heat exchange medium.
- the water-carrying parts in an attempt to contain the heat losses as far as possible, flow directly from the flue gases of the heat generator as far as possible. These water-bearing vessels are at least partially exposed to the flames themselves.
- the water-cooled wall of the parts mentioned In places where there is direct contact with the flame, the water-cooled wall of the parts mentioned is relatively cold and is subjected to its corrosive effect when the vapor contained in the flame is gnawed down.
- the heat transfer through the wall deteriorates due to the precipitation and the onset of soot.
- the unburned ones in the flames and flue gas Leftover fuel can escape through the chimney and thus lead to environmental pollution.
- the calorie content of the escaping, unburned fuel remains inaccessible to recycling. Together with the difficult heat transfer, this fact is detrimental to the efficiency of the boiler lighting.
- the object of the invention is to specify a method of the type described at the outset which, while avoiding the disadvantages mentioned above, permits a noticeable increase in the boiler efficiency while at the same time radically reducing the environmental pollution caused by the exhaust gases.
- a more effective heating of the heat-transferring fluid can be achieved by vertically increasing the hot exhaust gas stream that rises vertically into the heat exchange chamber of the boiler after the deflection running, rectilinear branch streams is divided (claim 2).
- a swirl can expediently be imposed on each branch flow (claim 3) and, in addition, forced convection of the heat-transmitting fluid in direct current with the branch flows can also be generated in the heat exchange space (claim 4).
- the invention also relates to a boiler for performing the described method.
- the boiler is designed according to the invention with the features according to the characterizing part of claim 5.
- This arrangement allows a higher temperature of the heat transfer fluid to be achieved in the annular space between the heating and jacket pipes, so that the wall temperature of the heating pipes also rises.
- the higher pipe wall temperature prevents fogging of the pipe wall as well as soot deposits on it and thus the formation of a layer that inhibits heat transfer.
- the same effect could only be achieved with the aid of a circulation pump and special mixing valves.
- the boiler illustrated in FIG. 1 has a two-part boiler housing 1, consisting of a lower part 2 and an upper part 3.
- the interior of the lower part 2 is designed as a combustion chamber 4, which is connected to the flame tube F of a gasification furnace O via a connection 5.
- the gasification furnace O and its flame tube F are indicated in FIG. 1 with outlines drawn in broken lines.
- the Upper part 3 of the boiler housing 1 is detachably connected to the lower part 2 of the same.
- a heat exchanger 6 with a vertical flow direction is arranged in the upper part 3, which is in flow use at the beginning with the combustion chamber 4 of the lower part 2 and at the outlet with the exhaust 7 of a chimney, not shown.
- the detachable connection of the upper part 3 and lower part 2 of the boiler housing 1 allows the heat exchanger 6 to be aligned with the respective position of the chimney vent 7. Otherwise the upper part 3 is sealed off from the lower part 2 and takes up a heat-transferring fluid surrounding the heat exchanger 6. The latter is supplied or discharged via a connection 8 or 9 in the lower or upper area of the upper part 3.
- the bottom plate 10 of the upper part 3 also has one in its part, which separates the chimney extractor 7 from the combustion chamber 4 a bypass opening 12 provided with a closure flap 11.
- the normally closed shutter 11 during operation is only kept open during the start-up phase of the heating of the boiler.
- the heat exchanger 6 comprises vertical, straight and parallel heating tubes 13, the number of which in the preferred embodiment shown is eight (cf. also FIG. 2).
- a swirl generator 14 made of helical profiles is provided inside each heating tube 13. A different type of swirl generator could also be used.
- a jacket pipe 15 is attached to each heating pipe 13 at a radial distance that is small on all sides with respect to the heating pipe diameter.
- the overall length of the casing pipes 15 is smaller than that of the heating pipes 13.
- the two ends of the casing pipes 15 each have the same distance both from the plane of the base plate 10 of the upper housing part 3 and from that of the cover plate 16 of a space 17 in the upper housing part containing the heat-transferring flow medium 3 on.
- the cover 18 of the upper housing part 3 is arranged such that it can be folded open for the maintenance and cleaning of the heat exchanger 6.
Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erhitzen eines wärmeübertragenden Strömungsmittels, insbesondere für Raumheizzwecke, mit Hilfe eines einem Vergasungsofen nachgestalteten Heizkessels in dem keine direkte Berührung der Wärmetauschmittel stattfindet.
- Bei den bekannten Kesselbefeuerungen werden die wasserführenden Teile im Bestreben, die Wärmeverluste möglichst einzudämmen, nach Möglichkeit auf dem kürzesten Wege direkt von den Rauchgasen des Wärmeerzeugers angeströmt. Dabei werden diese wasserführenden Gefässe mindestens teilweise auch von den Flammen selbst beaufschlagt. An Stellen direkter Flammenberührung ist die durch das Wasser gekühlte Wandung genannter Teile relativ kalt und wird durch Niederschlangen des in den Flammen enthaltenen Dampfes dessen korrodierender Wirkung unterzogen. Wegen des Niederschlags und der ebenfalls einsetzenden Russablagerung verschlechtert sich der Wärmeübergang durch die Wandung. Die in den Flammen und dem Rauchgas befindlichen unverbrannten Brennstoffreste können durch den Kamin entweichen und führen damit zu einer Umweltbelastung. Der Kaloriengehalt des entweichenden, unverbrannten Brennstoffes bleibt einer Verwertung ungzugänglich. Dieser Sachverhalt ist zusammen mit dem erschwerten Wäremübergang dem Wirkungsgrad der Kesselbefeurerung abträglich.
- Für die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren eingangs geschilderter Art anzugeben, das unter Vermeidung der oben angeführten Nachteile eine merkliche Erhöhung des Kesselwirkungsgrades bei gleichzeitig radikaler Verringerung der Umweltbelastung durch die Abgase gestattet.
- Die Aufgabe wird mit Hilfe der Massnahmen gemäss dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 gelöst.
- Dem vorgesehenen Vorgehen zufolge kann eine fast vollständige Verbrennung von verfrachteten Brennstoffresten und zugleich eine Entlastung der Umwelt von denselben erreicht werden. Zudem trägt die Nachverbrennung erheblich zur Steigerung der Temperatur der den Heizkessel durchströmenden Abgase bei.
- Eine wirksameres Aufheizen des wärmeübertragenden Strömungsmittels wird realisierbar, indem der vertikal in den Wärmetauschraum des Heizkessels nach der Umlenkung aufsteigende, heisse Abgasstrom in eine Anzahl senkrecht verlaufender, geradliniger Zweigströme aufgeteilt wird (Patentanspruch 2).
- Zu einer merklichen weiteren Steigerung der Heizwirkung kann zweckmässig jedem Zweigstrom ein Drall aufgezwungen (Patentanspruch 3) und zusätzlich im Wärmetauschraum auch eine Zwangskonvektion des wärmeübertragenden Strömungsmittels in Gleichstrom mit den Zweigströmen erzeugt werden (Patentanspruch 4).
- Die Erfindung hat ferner auch einen Heizkessel zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens zum Gegenstand. Der Heizkessel ist erfindungsgemäss mit den Merkmalen nach dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 5 ausgebildet.
- Infolge der gegenseitigen Zuordnung von Verbrennungsraum und Wärmetauscher mit rechtwinklig zueinander verlaufender Stromrichtung im Kesselgehäuse, wodurch der Gasstrom eine entsprechende Richtungsänderung erfährt, kann keine direkte Beaufschlagung der äusseren Wandfläche wasserführender Bauteile durch Flammen stattfinden. Es lässt sich dadurch das Entstehen einer den Wärmeübergang hemmenden Schicht durch Beschlagen besagter Wandfläche und/oder durch Russbildung an derselben verhüten.
- Merkmale einer vorteilhaften Weiterausbildung des Kessels sind den abhängigen Patentansprüchen 6 bis 11 entnehmbar. Der Aufbau des Wärmetauschers mit senkrecht verlaufenden, geraden Heizrohren in Parallelschaltung, wobei die Heizrohre jeweils einen Zweig des Abgaskanals bilden, ermöglicht die Verwendung einer zum Erhöhen des Kesselwirkungsgrades besonders zweckmässigen Vorrichtung. Diese besteht darin, dass in einem in bezug auf den Heizrohrdurchmesser kleinen, allseitigen Radialabstand um jedes Heizrohr je ein Mantelrohr mit einer Baulänge angeordnet ist, die kürzer als diejenige des Heizrohres ist. Die beiden Enden der Mantelrohre weisen jeweils denselben Abstand sowohl vor der Ebene der Bodenplatte des Oberteils als auch von derjenigen der Deckplatte des das wärmeübertragende Strömungsmittel aufnehmenden Raums im Oberteil des Kesselgehäuses auf. Durch diese Anordnung lässt sich im Ringraum zwischen Heiz- und Mantelrohr eine höhere Temperatur des wärmeübertragenden Strömungsmittels erreichen, sodass auch die Wandtemperatur der Heizrohre höher steigt. Es entsteht eine natürliche Zirkulation des Strömungsmittels zwischen den Ringräumen und dem übrigen, mit dem wärmeübertragenden Strömungsmittel gefüllten Innenraum des Kesselgehäuseoberteils. Die höhere Rohrwandtemperatur verhindert ein Beschlagen der Rohrwand sowie auch eine Russablagerung daran und somit die Ausbildung einer den Wärmeübergang hemmenden Schicht. Bei bekannten Befeuerungsverfahren wäre die gleiche Wirkung nur unter Zuhilfenahme einer Umwälzpumpe und besonderer Mischventile realisierbar.
- Die Erfindung wird beispielsweise anhand einer bevorzugten Ausführungsform gemäss der Zeichnung näher erläutert.
- Es zeigen:
- Figur 1 einen vertikalen Längsschnitt durch einen Heizkessel gemäss der Erfindung längs der Schnittebene I-I in der Figur 2, wobei ein dem Kessel vorgeschalteter Vergasungsofen strichpunktiert angedeutet ist;
- Figur 2 einen horizontalen Querschnitt durch den Heizkessel gemäss der Figur 1 in der dort angedeuteten Schnittebene II-II und
- Figur 3 eine Konstruktionseinzelheit des im Heizkessel angeordneten Wärmetauschers.
- Der in Figur 1 veranschaulichte Heizkessel weist ein zweiteiliges Kesselgehäuse 1, bestehend aus einem Unterteil 2 und einem Oberteil 3, auf. Das Innere des Unterteils 2 ist als ein Verbrennungsraum 4 ausgebildet, der über einen Anschluss 5 mit dem Flammrohr F eines Vergasungsofens O in Verbindung steht. Der Vergasungsofen O und dessen Flammrohr F sind in der Figur 1 mit strichpunktiert gezeichneten Umrissen angedeutet. Der Oberteil 3 des Kesselgehäuses 1 ist lösbar mit dem Unterteil 2 desselben verbunden. Es ist im Oberteil 3 ein Wärmetauscher 6 mit vertikaler Durchströmrichtung angeordnet, der eingangs mit dem Verbrennungsraum 4 des Unterteils 2 und ausgangs mit dem Abzug 7 eines nicht gezeigten Schornsteins in Strömungsverwendung steht. Die lösbare Verbindung von Oberteil 3 und Unterteil 2 des Kesselgehäuses 1 miteinander gestattet eine Ausrichtung des Wärmetauschers 6 auf die jeweilige Lage des Schornsteinabzuges 7. Ansonsten ist der Oberteil 3 gegen den Unterteil 2 abgedichtet und nimmt ein den Wärmetauscher 6 umgebendes, wärmeübertragendes Strömungsmittel auf. Die Zu- bzw. Abführung des letzteren erfolgt über je einen Anschluss 8 bzw. 9 im unteren bzw. oberen Bereich des Oberteiles 3. Ferner weist die Bodenplatte 10 des Oberteils 3 in ihrer Partie, die den Schornsteinabzug 7 vom Verbrennungsraum 4 trennt, eine mit einer Verschlussklappe 11 versehene Bypassöffnung 12 auf. Die normalerwiese im Betrieb geschlossene Verschlussklappe 11 wird lediglich während der Anlaufphase der Befeuerung des Heizkessels offen gehalten.
- Der Wärmetauscher 6 umfasst senkrecht verlaufende, gerade und miteinander parallelgeschaltete Heizrohre 13, deren Anzahl in der gezeigten bevorzugten Ausführungsform zu acht gewählt ist (vgl. auch Fig. 2). Zur Verminderung der Geschwindigkeit der durch die Heizrohre 13 des Wärmestauschers 6 strömenden heissen Abgase zwecks einer verbesserten Wärmeabgabe an des wärmeübertragende Strömungsmittel ist im Innern eines jeden Heizrohres 13 ein Drallerzeuger 14 aus wendelförmigen Profilen vorgesehen. Es könnte auch ein andersartiger ausgebildeter Drallerzeuger zum Einsatz gelangen.
- Es ist, wie aus den Figuren 1 und 3 ersichtlich, in einem in bezug auf den Heizrohrdurchmesser kleinen, allseitigen Radialabstand um jedes Heizrohr 13 je ein Mantelrohr 15 befestigt. Die Baulänge der Mantelrohre 15 ist kleiner als diejenige der Heizrohre 13. Zweckmässig weisen die beiden Enden der Mantelrohre 15 jeweils denselben Abstand sowohl von der Ebene der Bodenplatte 10 des Gehäuseoberteiles 3 als auch von derjenigen der Deckplatte 16 eines das wärmeübertragende Strömungsmedium enthaltenden Raumes 17 im Gehäuseoberteil 3 auf.
- Die innerlich je mit einem Drallerzeuger 14 und äusserlich je mit einem Mantelrohr 15 ausgerüsteten Heizrohre 13 des Wärmetauschers 6, unterstützt noch durch die im Verbrennungsraum 4 des Gehäuseunterteiles 2 ablaufende Nachverbrennung des mit den Ofenabgasen verfrachteteten, daraus durch die Umlenkung derselben ausgeschiedenen Restbrennstoffe, gestatten eine erhebliche Verbesserung des Kesselwirkungsgrades bei simultaner Entlastung der Umwelt von den in den Abgasen enthaltenen Schadstoffen.
- Der Deckel 18 des Gehäuseoberteiles 3 ist zwecks Wartung und Reinigung des Wärmetauschers 6 aufklappbar angeordnet.
Claims (11)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CH317/87 | 1987-01-29 | ||
CH31787A CH672177A5 (de) | 1987-01-29 | 1987-01-29 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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EP0276857A2 true EP0276857A2 (de) | 1988-08-03 |
EP0276857A3 EP0276857A3 (de) | 1989-12-20 |
Family
ID=4184265
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP88101250A Withdrawn EP0276857A3 (de) | 1987-01-29 | 1988-01-28 | Verfahren und heizkessel zum Erhitzen eines wärmeübertragenden Strömungsmittels |
Country Status (2)
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---|---|
EP (1) | EP0276857A3 (de) |
CH (1) | CH672177A5 (de) |
Cited By (3)
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1987
- 1987-01-29 CH CH31787A patent/CH672177A5/de not_active IP Right Cessation
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- 1988-01-28 EP EP88101250A patent/EP0276857A3/de not_active Withdrawn
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CH672177A5 (de) | 1989-10-31 |
EP0276857A3 (de) | 1989-12-20 |
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