EP0662592B1 - Dreizug-Heizkessel - Google Patents

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EP0662592B1
EP0662592B1 EP94119802A EP94119802A EP0662592B1 EP 0662592 B1 EP0662592 B1 EP 0662592B1 EP 94119802 A EP94119802 A EP 94119802A EP 94119802 A EP94119802 A EP 94119802A EP 0662592 B1 EP0662592 B1 EP 0662592B1
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flue
combustion chamber
passageways
type boiler
boiler according
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Helmut Prof.-Dr.Ing. Burger
Robert Hofmann
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Viessmann Werke GmbH and Co KG
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Viessmann Werke GmbH and Co KG
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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
    • F24H1/24—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers
    • F24H1/26—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers the water mantle forming an integral body
    • F24H1/263—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers the water mantle forming an integral body with a dry-wall combustion chamber

Definitions

  • the invention relates to a three-pass boiler according to the preamble of claim 1.
  • Such three-pass boilers are known, for example, according to CH-A-485 182.
  • the term "parallel extension" with regard to the third train is to be understood to mean that the channels of the third train extend between the channels of the second train, i.e. the heating gases flow through the combustion chamber and the two subsequent trains in countercurrent.
  • the fact that the heating gases cool down on their way to the heating gas outlet, i.e. reduce their volume, has so far only been met by heating gas inlet inserts, the density of which increases towards the outlet side, that the cross-section of the third train, for example, is smaller than that of the second train or that, according to DE-A-35 35 341, the longitudinal rib trim is tighter towards the trigger side.
  • Such an adjustment can also be achieved by installing several, correspondingly smaller cross-sectional tubes in the water-carrying housing for the third train.
  • the invention has for its object to improve and design a three-pass boiler of the type mentioned in such a way that the entire flow path behind the combustion chamber is continuously adapted to the decreasing heating gas volume and the decreasing flow rate of the heating gases, that is, it should be largely the same Flow speed must be accessible along the entire path.
  • the conical shape of the channels of the second train in plan view and in longitudinal cross section is used to form the conical channels of the third train with the reverse conical spaces between these conical channels of the second train. Because the outflow cross sections of the channels forming the second train are the inflow cross sections flow cross-sections of the channels of the third train, there is a continuously narrowing flow path for the heating gases, that is, they pass through the heat transfer surfaces with largely the same flow rate, which is also associated with an improved heat transfer and thus enables a compact design of such boilers .
  • combustion chamber 1 consists of a water-carrying housing 1 with a combustion chamber 3 forming the first train 2 with burner-distant, for the second in 4 channels 4, the combustion chamber 3 comprehensive draft 4 leading discharge openings 5, to which second train 4 the third train 6, also divided into channels 6 'and also comprising the combustion chamber 3, extends in parallel.
  • the combustion chamber closure with the burner is not shown.
  • the channels 4 ', 6' of the trains 4, 6 are delimited by webs 10 placed on the combustion chamber wall 3 'or on an outer jacket 9 delimiting the channels 4', 6 'to the water side, and the free ends 10 'of the webs 10 are in thermal contact with the outer jacket 9 or the combustion chamber wall 3'.
  • the free Ends 10 'of the webs 10 can be formed as an offset contact strip 10''for the outer jacket 9 or for the combustion chamber wall 3'.
  • the channels 4 ', 6' of the trains 4, 6 can be formed by cross-sectionally U-shaped folds 11 of the wall 12 concentrically surrounding the combustion chamber 3, the open spaces 13 between the folds 11 closed with cover strips 14 and all channels 4 ', 6' are enclosed by an outer jacket 9 '.
  • These folds 11 are attached to a correspondingly dimensioned sheet metal blank with suitable folding devices, after which this folded sheet metal blank is rounded and made endless with a longitudinal weld seam. Only then are the correspondingly cut cover strips 14 welded in, for which spot welds are sufficient, since these cover strips 14 are only on the gas side.
  • the channels 4 ', 6' can also be molded into a cast body 18 according to FIG. 5, which is installed in a suitable manner and appropriately sealed in the housing 1 made of sheet steel or also made of cast iron.
  • the cast body 18 is advantageously formed from at least two parts T arranged axially one behind the other, and these parts T are arranged in a steel sheet jacket 19 in a heat-conducting manner, and preferably shrink-wrapped.
  • the design of the three-pass boiler according to FIG. 4C is particularly advantageous in that it can counteract the risk of condensate formation, namely by arranging the third pass 6 in the folding areas of the U-shaped folds 11, where the base webs 11 ' of these folds are in thermal contact with the outer jacket 9 ', ie, this results in double-skin construction with "braked” heat transfer in the condensate-critical area of the third train 6.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Dreizug-Heizkessel gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Derartige Dreizug-Heizkessel sind bspw. nach der CH-A-485 182 bekannt. Unter "parallel erstreckt" bezgl. des dritten Zuges ist dabei zu verstehen, daß sich die Kanäle des dritten Zuges zwischen den Kanälen des zweiten Zuges erstrecken, d.h., die Heizgase durchströmen die Brennkammer und die beiden Folgezüge jeweils im Gegenstrom. Der Gegebenheit, daß sich die Heizgase auf ihrem Weg zum Heizgasabzug abkühlen, also ihr Volumen reduzieren, ist bislang nur durch Heizgaszugeinsätze entsprochen worden, deren Dichteanordnung zur Abzugsseite hin zunimmt, daß man den Querschnitt bspw. des dritten Zuges kleiner bemißt als den des zweiten Zuges oder daß man gemäß DE-A-35 35 341 den Längsrippenbesatz zur Abzugsseite hin enger anlegt. Eine solche Anpassung kann auch dadurch erreicht werden, daß man für den dritten Zug mehrere, entsprechend querschnittskleinere Rohre im wasserführenden Gehäuse einbaut.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dreizug-Heizkessel der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern und auszubilden, daß der gesamte Strömungsweg hinter der Brennkammer kontinuierlich dem abnehmenden Heizgasvolumen und der sich damit mindernden Strömungsgeschwindigkeit der Heizgase angepaßt ist, d.h., es soll eine weitgehend gleiche Strömungsgeschwindigkeit auf der ganzen Weglänge erreichbar sein.
  • Diese Aufgabe ist mit einem Dreizug-Heizkessel der gattungsgemäßen Art nach der Erfindung durch die im Kennzeichen des tentanspruches 1 angeführten Merkmale gelöst.
  • Bei dieser erfindungsgemäßen Ausbildung wird also die in Draufsicht und im Längsquerschnitt konische Form der Kanäle des zweiten Zuges ausgenutzt, um mit den umgekehrt konischen Zwischenräumen zwischen diesen konischen Kanälen des zweiten Zuges die konischen Kanäle des dritten Zuges zu bilden. Da die Abströmquerschnitte der den zweiten Zug bildenden Kanäle den Zuströmquerschnitten strömquerschnitten der Kanäle des dritten Zuges entsprechen, ergibt sich also ein sich insgesamt kontinuierlich verengender Strömungsweg für die Heizgase, d.h., diese passieren die Wärmeübergangs flächen mit weitestgehend gleicher Strömungsgeschwindigkeit, was auch insgesamt mit einem verbesserten Wärmeübergang verbunden ist und damit eine kompakte Bauweise derartiger Kessel ermöglicht.
  • Bezüglich des Grundprinzips der Heizgaszuganpassung an das sich durch zunehmende Abkühlung reduzierende Abgasvolumen wird auf die DE-A-29 52 564 und die DE-A-16 79 396 verwiesen, bei deren Gegenständen es sich um Zweizugkessel handelt, wobei lediglich die sich an die Umkehrbrennkammer anschließenden, den zweiten Zug bildenden Heizgaszüge zur Abzugsseite hin verengen.
  • Der erfindungsgemäße Dreizug-Heizkessel und dessen vorteilhaften und praktischen Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • Es zeigen
    • Fig. 1
    einen Längsschnitt durch einen Dreizug-Heizkessel längs Linie I-I in Fig. 3;
    Fig. 2
    eine Draufsicht auf die in "Abwicklung" dargestellten, den zweiten und dritten Zug bildenden Kanäle;
    Fig. 3
    einen Schnitt durch den Dreizug-Heizkessel längs Linie III-III in Fig. 1;
    Fig.4A-C
    Schnitte unterschiedlicher Ausführungsformen der zweiten und dritten Züge aus Stahlblech;
    Fig. 5
    einen Schnitt durch eine Guß-Ausführungsform der heizgasführenden Räume;
    Fig. 6
    einen Längsschnitt durch eine besondere Guß-Ausführungsform und
    Fig.7A,B
    weitere Schnitte durch Guß-Ausführungsformen.
  • Der Dreizug-Heizkessel besteht gemäß Fig. 1 aus einem wasserführenden Gehäuse 1 mit einer den ersten Zug 2 bildenden Brennkammer 3 mit brennerfernen, zum zweiten in Kanäle 4' gegliederten, die Brennkammer 3 umfassenden Zug 4 führenden Abzugsöffnungen 5, zu welchem zweiten Zug 4 der dritte, ebenfalls in Kanäle 6' gegliederte und ebenfalls die Brennkammer 3 umfassende Zug 6 parallel erstreckt ist. Nicht dargestellt ist der Brennkammerverschluß mit dem Brenner.
  • Für einen solchen Dreizug-Heizkessel ist nun wesentlich, und dies gilt für alle nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen, daß gemäß Abwicklungsdarstellung in Fig. 2 die Kanäle 4' des zweiten Zuges 4 zur Brennerseite hin mit abnehmenden Querschnitten Q und zwischen diesen Kanälen 4' die Kanäle 6' des dritten Zuges 6 zur Abzugsseite hin mit abnehmenden Querschnitten Q bemessen sind, wobei die Abströmquerschnitte 7 des zweiten Zuges 4 den Zuströmquerschnitten 8 des dritten Zuges 6 entsprechen. Abgesehen von den Überströmbereichen zwischen den Abström- und Zuströmquerschnitten 7, 8 ergibt sich durch diese Ausbildung der Kanäle 4', 6' eine kontinuierliche Verengung des gesamten Strömungsweges von den Abzugsöffnungen 5 am Ende der Brennkammer 3 bis zu den Ausmündungen 8' des dritten Zuges, von denen aus die Heiz- bzw. Abgase in den Abzugsstutzen 20 des Gehäuses 1 gelangen. Dieser gesamte Strömungsweg wird mit im wesentlichen gleicher Strömungsgeschwindigkeit von den Heizgasen passiert.
  • In den Fig. 2 bis 7 sind unterschiedliche Ausführungsformen dargestellt.
  • Gemäß Fig. 4A, B sind die Kanäle 4', 6' der Züge 4, 6 durch auf die Brennkammerwand 3' oder auf einen die Kanäle 4', 6' zur Wasserseite begrenzenden Außenmantel 9 wärmeleitend aufgesetzte Stege 10 begrenzt, und die freien Enden 10' der Stege 10 stehen in Wärmeleitkontakt mit dem Außenmantel 9 oder der Brennkammerwand 3'. Dabei können, wie ebenfalls dargestellt, die freien Enden 10' der Stege 10 als abgekröpfte Anlagestreifen 10'' zum Außenmantel 9 oder zur Brennkammerwand 3' ausgebildet sein. Beim Zuschnitt der Stege 10 ist zu berücksichtigen, daß sich diese nicht auf geraden Zylindermantellinien, sondern längs sehr steiler Schraubenlinien erstrecken. Wie in Fig. 4C dargestellt, können die kanäle 4', 6' der Züge 4, 6 durch im Querschnitt u-förmige Faltungen 11 der die Brennkammer 3 konzentrisch umgebenden Wand 12 gebildet, die Freiflächen 13 zwischen den Faltungen 11 mit Abdeckstreifen 14 verschlossen und alle Kanäle 4', 6' mit einem Außenmantel 9' umschlossen sein. Diese Faltungen 11 werden an einem entsprechend bemessenen Blechzuschnitt mit geeigneten Falteinrichtungen angebracht, wonach dann dieser gefaltete Blechzuschnitt gerundet und mit einer Längsschweißnaht endlos gemacht wird. Erst dann werden die entsprechend zugeschnittenen Abdeckstreifen 14 eingeschweißt, wofür punktuelle Anschweißungen genügen, da sich diese Abdeckstreifen 14 nur auf der Gasseite befinden. Außerdem ist es unter Verweis auf Fig. 3 auch möglich, die Kanäle 4', 6' durch auf die Brennkammerwand 3' oder durch auf einen Außenmantel 9 aufgesetzte, im Querschnitt u-förmige Profile 15 zu bilden und die Freiflächen 13 zwischen den Profilen 15 durch Abdeckstreifen 16 oder durch eine brennkammerseitige oder wasserseitige Begrenzungswand 17 zu verschließen. Dargestellt ist in Fig. 3 nur die Ausführungsform, bei der die Profile 15 auf den Außenmantel 9 aufgesetzt sind.
  • Die Kanäle 4', 6' können aber auch gemäß Fig. 5 in einen Gußkörper 18 eingeformt sein, der in geeigneter Weise und entsprechend abgedichtet in das Gehäuse 1 aus Stahlblech oder ebenfalls aus Guß eingebaut wird. Vorteilhafter wird jedoch gemäß Fig. 6 der Gußkörper 18 aus mindestens zwei axial hintereinander angeordneten Teilen T gebildet, und diese Teile T sind in einem Stahlblechmantel 19 wärmeleitend angeordnet, und zwar vorzugsweise eingeschrumpft.
  • Schließlich ist die Ausbildung sich zur Abzugsseite hin kontinuierlich verengender Kanäle 4', 6' auch gemäß Fig. 7A, B zu verwirklichen, wobei die Kanäle 4', 6' von Gußrippen 21 be grenzt werden und durch Stahlblechmäntel 22 zur Brennkammer 3 (Fig. 7A) oder zur Wasserseite hin (Fig. 7B) verschlossen sind.
  • Die Ausbildung des Dreizug-Heizkessels nach Fig. 4C ist insofern besonders vorteilhaft, weil damit der Gefahr von Kondensatbildung entgegengewirkt werden kann, nämlich dadurch, daß der dritte Zug 6 in den Faltungsbereichen der u-förmigen Faltungen 11 angeordnet wird, wo die Basisstege 11' dieser Faltungen mit dem Außenmantel 9' in Wärmeleitkontakt stehen, d.h., es ergibt sich dadurch Doppelschaligkeit mit "gebremstem" Wärmeübergang im kondensatkritischen Bereich des dritten Zuges 6.
  • Im übrigen bestünde bei den Gußausführungen gemäß Fig. 5, 6 die Möglichkeit, die dortigen Basisstege 11' dicker auszubilden als die im Bereich der den zweiten Zug 4 bildenden Kanäle 4', und zwar unabhängig davon, ob der Gußkörper oder die Gußkörperteile T von einem Stahlblechmantel 19 umgeben sind (Doppelschaligkeit) oder nicht.

Claims (8)

  1. Dreizug-Heizkessel, bestehend aus einem wasserführenden Gehäuse (1) mit einer den ersten Zug (2) bildenden Brennkammer (3) mit brennerfernen, zum zweiten in Kanäle (4') gegliederten, die Brennkammer (3) umfassenden Zug (4) führenden Abzugsöffnungen (5), zu welchem zweiten Zug (4) der dritte, ebenfalls in Kanäle (6') gegliederte und ebenfalls die Brennkammer (3) umfassende Zug (6) parallel erstreckt ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Kanäle (4') des zweiten Zuges (4) zur Brennerseite hin mit abnehmenden Querschnitten (Q) und zwischen diesen Kanälen (4') die Kanäle (6') des dritten Zuges (6) zur Abzugsseite hin mit abnehmenden Querschnitten (Q) bemessen sind, wobei die Abströmquerschnitte (7) des zweiten Zuges (4) den Zuströmquerschnitten (8) des dritten Zuges (6) entsprechen.
  2. Dreizug-Heizkessel nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Kanäle (4', 6') der Züge (4, 6) durch auf die Brennkammerwand (3') oder auf einen die Kanäle (4', 6') zur Wasserseite begrenzenden Außenmantel (9) wärmeleitend aufgesetzte Stege (10) begrenzt sind und die freien Enden (10') der Stege (10) in Wärmeleitkontakt mit dem Außenmantel (9) oder der Brennkammerwand (3') stehen.
  3. Dreizug-Heizkessel nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die freien Enden (10') der Stege (10) als abgekröpfte Anlagestreifen (10") zum Außenmantel (9) oder zur Brennkammerwand (3') ausgebildet sind.
  4. Dreizug-Heizkessel nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Kanäle (4', 6') der Züge (4, 6) durch im Querschnitt u-förmige Faltungen (11) der Brennkammerwand (3') oder durch Faltungen (11) einer die Brennkammer (3) konzentrisch umgebenden Wand (12) gebildet, die Freiflächen (13) zwischen den Faltungen (11) mit Abdeckstreifen (14) verschlossen und alle Kanäle (4', 6') mit einem Außenmantel (9') umschlossen sind.
  5. Dreizug-Heizkessel nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Kanäle (4', 6') durch auf die Brennkammerwand (3') oder durch auf einen Außenmantel (9) aufgesetzte, im Querschnitt u-förmige Profile (15) gebildet und die Freiflächen (13) zwischen den Profilen (15) durch Abdeckstreifen (16) oder durch eine brennkammerseitige oder wasserseitige Begrenzungswand (17) verschlossen sind.
  6. Dreizug-Heizkessel nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Kanäle (4', 6') in einem Gußkörper (19) eingeformt sind.
  7. Dreizug-Heizkessel nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Gußkörper (18) aus mindestens zwei axial hintereinander angeordneten Teilen (T) gebildet ist und diese Teile (T) in einem Stahlblechmantel (19) wärmeleitend angeordnet sind.
  8. Dreizug-Heizkessel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (6') des dritten Zuges (6) dort angeordnet sind, wo die u-förmigen Faltungen (11) mit ihren Basisstegen (11') am Außenmantel (9') in Kontakt stehen.
EP94119802A 1994-01-08 1994-12-15 Dreizug-Heizkessel Expired - Lifetime EP0662592B1 (de)

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