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Heizkessel mit eingebautem Wärmetauscher zur Erzeugung und Speicherung von warmem bzw. heissem
Brauchwasser
Die Erfindung betrifft einen Heizkessel mit eingebautem Wärmetauscher zur Erzeugung und Speicherung von warmem bzw. heissem Brauchwasser und bezieht sich insbesondere auf die Gestaltung und Versteifung der Wärmetauscherwandungen. Derartige Wärmetauscher, im folgenden kurz Boiler genannt, werden in der Regel im wasserführenden Mantel oberhalb der Brennkammer von Heizkesseln untergebracht oder in besonderen Gehäusen, die neben dem eigentlichen Heizkessel oder entfernt davon aufgestellt werden.
Derartige Boiler, wie sie heute benutzt werden, haben eine hohe Spitzen-, aber eine geringe Dauerleistung gegenüber Durchlauferhitzern, die grosse Dauerleistung und kleine Spitzenleistung aufweisen. Mit Rücksicht auf die Korrosionssicherheit können derartige Durchlauferhitzer, weil sie relativ wenig Material benötigen, wirtschaftlicher, z. B. aus Kupfer oder Nickel/Bronze hergestellt werden. Durchlauferhitzer haben den Nachteil, dass ihre Rohre mit sehr hartem Wasser unter Umständen innerhalb einiger Monate durch Kesselsteinablagerung zuwachsen und dass sie demzufolge öfters gereinigt werden müssen, um einen einwandfreien Wärmeübergang zu gewährleisten.
Derartige Ansatzbildungen treten an Boilern ebenfalls auf, so dass im Laufe der Zeit die Aufwärmung des Wassers längere Zeit beansprucht ; insbesondere im Hinblick auf die steigende Aggressivität des Wassers in den Kulturländern verbietet sich einerseits die Verwendung von Stahl wegen der damit verbundenen starken Korrosionsgefahr, anderseits steht der Verwendung von korrosionsbeständigeren Materialien der hohe Kostenfaktor für diese gegenüber.
Demgemäss resultiert die Erfindung aus der Aufgabenstellung, einen Heizkessel mit eingebautem Wärmetauscher zu schaffen, mit dem einerseits das Erforderliche einer Innenreinigung auf ein Minimum reduziert ist, der anderseits auf Grund seiner besonderen Gestaltung die Verwendung von korrosionsbeständigen Materialien geringer Wandstärke gestattet und der gleichzeitig indirekt zur Abstützung für das umgebende Gehäuse oder die umgebende Kesselwandung mit herangezogen ist.
Erfindungsgemäss ist diese Aufgabe mit einem Heizkessel zur Erzeugung und Speicherung von warmem bzw. heissem Brauchwasser, bestehend aus einem im wasserführenden Teil des Heizkessels angeordneten, mit einem mit Zu- und Ableitungen für das Brauchwasser versehenen, von aussen oder innen beheizbaren zylindrischen und an seinen Enden verschlossenen Behälter mit quer zur Behälterachse verlaufenden Wellen, Rippen od. dgl. dadurch gelöst, dass der Behälter mit Distanz innerhalb von quer zur Behälterachse stehenden Spantenblechen od. ähnl. ringförmigen Elementen angeordnet ist, die in an sich bekannter Weise mit den benachbarten Kesselwandungen verbunden sind, wobei sich Wellen bzw. Rippen des Behälters auf an den ringförmigen Elementen befestigten Laschen, Schrauben od. ähnl. Verbindungselementen abstützen.
Demgemäss besteht also die erfindungsgemässe Lösung darin, dass man durch eine besondere Formgebung und Konstruktion dem Boilerbehälter eine besondere Festigkeit vermittelt, so dass entsprechend dünne Wandstärken benutzt werden können, wodurch einmal der Materialbedarf für relativ teures,
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korrosionsbeständiges Material reduziert und wodurch zum andern gleichzeitig den Behälterwandungen eine Elastizität vermittelt wird, die bis zu einem gewissen Grad eine Art Selbstreinigung des Behälters ermöglicht und wobei die eingesetzten Halter im Hinblick auf den Boiler als auch auf das ihn umgebende Gehäuse eine Versteifungsfunktion erfüllen.
Weitere Einzelheiten werden nachfolgend an Hand einer beispielsweisen, in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform näher erläutert. In dieser Darstellung zeigen :
Fig. l einen Längsschnitt durch den erfindungsgemässen, in einen Kesselmantel eingebauten Boiler, Fig. 2 einen Querschnitt durch den erfindungsgemässen Boiler, Fig. 3 eine Einzelheit der Boilerversteifung und Fig. 4 einen Querschnitt durch den erfindungsgemässen Boiler, der hier in einem besonderen Ge- häuse untergebracht ist.
Gemäss Fig. l, linke Figurenhälfte, besteht der Boilerbehälter 1. aus einer gewellten, zylindrischen Wandung 2, deren Innenraum durch entsprechende Böden 3, 4 verschlossen ist. Der Behälter 1 weist im gezeigten Beispiel im Boden 3 eine verschliessbare Reinigungsöffnung 5 auf und Zu- und Ableitungen 6, 7 für das zu erwärmende Brauchwasser.
Vorteilhaft sind auch die Böden 3, 4 mindestens in Teilbereichen mit entsprechenden Wellungen bzw. Sicken versehen, so dass sie auf Grund von Druck- oder Temperaturschwankungen ebenfalls wie der gewellte Mantel 2 begrenzte Bewegungen ausführen können, wodurch eventuell angesetzter Kesselstein von den Innenwandungen abplatzen kann, so dass gewissermassen eine ständige Selbstreinigung des Boilerbehälters gewährleistet ist.
Dieser aus dünnwandigen Blechen ausgeführte Behälter würde jedoch den an ihn zu stellenden Festigkeitsanforderungen mit Rücksicht auf die verwendeten Wandstärken und mit Rücksicht auf die aufzubringenden Kesselprüfdrucke im Bereich von beispielsweise 4 bis 12 atü nicht genügen. Erfindungsgemäss ist deshalb für einen derartigen Behälter eine besondere Versteifungskonstruktion vorgesehen, die gemäss den Fig. 2 und 3 aus mehreren über die Kessellängsachse verteilten Versteifungsblechen bzw. Haltern 8, 9 besteht, die den Behälter jeweils bei dieser Ausführungsform in einem Wellentief dicht umfassen.
Je nach Kessel- oder Gehäuseform, in der der Boilerbehälter unterzubringen ist, sind diese Halterbleche 8, 9 vorteilhaft mit ihren äusseren Konturen dem Kesselinnenraum oder dem Boilergehäuse angepasst. Sie können also beispielsweise rund oder eckig ausgebildet sein. Im Bereich der Tragkanten 10 für die Aufnahme des Boilerbehälters 1 sind in den Haltern 8, 9 Schlitze 11 oder Löcher vorgesehen, die von Laschen 12 bügelartig durchgriffen werden, wobei die Enden dieser Laschen 12 mit jeweils einem Wellenberg des Behältermantels in Verbindung stehen.
Die Festigkeit des Behälters 1 gegen Innendruck wird also durch die Halter 8, 9 und die Festigkeit gegen Aussendruck durch die Laschen 12 gesteigert, d. h., der Behältermantel ist gewissermassen zwischen den Haltern 8, 9 und den Laschen 12 fest verspannt.
Vorteilhaft sind die äusseren Konturen der Halter 8, 9 dem jeweiligen Aufnahmegehäuse angepasst, so dass dadurch die ganze Anordnung, aber auch die Kessel- bzw. Gehäusewandungen selbst eine zusätzliche Versteifung erfahren. Da die tragenden Kanten 10 der Halter 8, 9 dicht an die Boilerwandung herangebracht werden müssen, sind diese jeweils aus zwei Blechen gebildet, die halbkreisförmige Ausschnitte aufweisen und die zur Montage über den Boilermantel geschoben und dann unter gewisser Vorspannung an ihren Stossstellen verschweisst werden.
Um diese Halter 8, 9 nicht ebenfalls aus dem gleichen Material wie den Boiler fertigen zu müssen, sind die Aufnahmekanten 10 vorteilhaft mit einem Abdeckring aus Kupfer, Messing oder Kunststoff, wie temperatur-und druckbeständigen Polymeren, belegt. Auf diese Weise ist insbesondere bei Wasser mit hohem Chloritgehalt eine Elementbildung zwischen Eisen und Buntmetallboiler wirksam unterbunden.
Wie erwähnt, können auch die Behälterböden 3, 4 zumindest in Teilbereichen mit Wellungen oder Sicken 14 versehen werden, so dass auch der Behälter in diesen Bereichen eine gewisse Elastizi- tät erhält.
In Fig. 4 ist noch ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die Halter 8, 9 in einem eckigen, besonderen Boilergehäuse 15 untergebracht sind. Selbstverständlich könnte auch dieses Gehäuse 15 im Querschnitt kreisförmig ausgebildet sein, wobei dann die Halter 8,9 kreisförmige Aussenkonturen erhielten. Das gleiche gilt selbstverständlich auch für die Unterbringung des Boilers im Kessel gemäss Fig. 2.
Selbstverständlich wäre es auch möglich, gemäss Fig. 3 über der dort angedeuteten Lasche 12 eine weitere Lasche anzuordnen, deren Enden dann an benachbarten Wellenbergen 16 befestigt werden
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könnten, so dass ein breiterer Mantelbereich erfasst wird.
Gemäss dem Ausführungsbeispiel im rechten Teil der Fig. 1 kann auch eine ausreichende Kesselbelastbarkeit unter Anwendung des gleichen erfindungsgemässen Prinzipsdadurch erfolgen, indem man den aus dünnwandigem, korrosionsbeständigem Material 18 bestehenden Behälter mit einer rippenförmigen Bandage in Form von ringförmigen oder schraubenförmig verlaufenden Rippen 17 versieht. Trotz angenähert gleicher Elastizität des Behälters wird hiebei vorteilhaft weiteres teures Material eingespart, da der Behältermantel zylindrisch glatt ausgebildet ist.
Die Verbindung mit den Haltern erfolgt im Prinzip in der gleichen Weise, lediglich wird hiebei auf einen unmittelbaren Kontakt zwischen Halter und Behälterwand verzichtet, d. h. an Stelle der Schlitze 11 werden lediglich Schraubenlöcher vorgesehen, so dass Halter und Rippen flanschartig verschraubt werden können.
Die Halter der erfindungsgemässen Wärmetauscheranordnung erfüllen somit vorteilhaft gleichzeitig drei Funktionen. Sie dienen zur Aufhängung des Boilers, als Verstärkung des Boilers gegen Innen- und Aussendruck und als Versteifung des Gehäuses bzw. des Kesselaussenmantels, in dem sich der Boiler befindet.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Heizkessel mit eingebautem Wärmetauscher zur Erzeugung und Speicherung von warmem bzw. heissem Brauchwasser, bestehend aus einem im wasserführenden Teil des Heizkessels angeordneten, mit Zu- und Ableitungen für das Brauchwasser versehenen, von aussen oder innen beheizbaren zylindrischen und an seinen Enden verschlossenen dünnwandigen Behälter mit quer zur Behälterachse verlaufenden
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von quer zur Behälterachse stehenden Spantenblechen (8, 9) od. ähnl. ringförmigen Elementen angeordnet ist, die in an sich bekannter Weise mit den benachbarten Kesselwandungen verbunden sind, wobei sich die Wellen bzw. Rippen des Behälters auf an den ringförmigen Elementen befestigten Laschen (12), Schrauben od. ähnl. Verbindungselementen abstützen.
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Boiler with built-in heat exchanger for the generation and storage of warm or hot
Domestic water
The invention relates to a boiler with a built-in heat exchanger for the generation and storage of warm or hot service water and relates in particular to the design and stiffening of the heat exchanger walls. Such heat exchangers, hereinafter referred to as boilers for short, are usually housed in the water-bearing jacket above the combustion chamber of boilers or in special housings that are set up next to or away from the actual boiler.
Such boilers, as they are used today, have a high peak, but a low continuous output compared to flow heaters, which have high continuous output and low peak output. With regard to the protection against corrosion, such water heaters, because they require relatively little material, can be more economical, e.g. B. made of copper or nickel / bronze. Instantaneous water heaters have the disadvantage that their pipes with very hard water may become overgrown within a few months due to scale deposits and that they consequently have to be cleaned more often in order to ensure a perfect heat transfer.
Such deposits also occur on boilers, so that in the course of time the heating of the water takes a long time; Especially with regard to the increasing aggressiveness of the water in the cultivated countries, on the one hand the use of steel is prohibited because of the high risk of corrosion associated with it, on the other hand the use of more corrosion-resistant materials is offset by the high cost factor for these.
Accordingly, the invention results from the task of creating a heating boiler with a built-in heat exchanger, with which on the one hand the required interior cleaning is reduced to a minimum, on the other hand, due to its special design, allows the use of corrosion-resistant materials of small wall thickness and at the same time indirectly for support for the surrounding housing or the surrounding boiler wall is also used.
According to the invention, this task is with a boiler for the generation and storage of warm or hot water, consisting of a arranged in the water-bearing part of the boiler, with a supply and discharge lines for the service water, from the outside or inside heatable cylindrical and at its ends Sealed containers with corrugations, ribs or the like running transversely to the container axis, in that the container or the like with a distance within frame sheets transversely to the container axis. annular elements is arranged, which are connected in a known manner to the adjacent boiler walls, with waves or ribs of the container od on tabs, screws attached to the annular elements. Support fasteners.
Accordingly, the solution according to the invention consists in the fact that the boiler container is given a special strength through a special shape and construction, so that correspondingly thin wall thicknesses can be used, whereby the material requirement for relatively expensive,
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Corrosion-resistant material is reduced and, on the other hand, at the same time the container walls are given an elasticity that enables a kind of self-cleaning of the container to a certain extent and the holders used fulfill a stiffening function with regard to the boiler and the housing surrounding it.
Further details are explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment shown in the drawings. In this illustration show:
1 shows a longitudinal section through the boiler according to the invention built into a boiler shell, FIG. 2 shows a cross section through the boiler according to the invention, FIG. 3 shows a detail of the boiler reinforcement and FIG. 4 shows a cross section through the boiler according to the invention, which is here in a special housing is housed.
According to FIG. 1, left half of the figure, the boiler container 1 consists of a corrugated, cylindrical wall 2, the interior of which is closed by corresponding floors 3, 4. In the example shown, the container 1 has a closable cleaning opening 5 in the bottom 3 and supply and discharge lines 6, 7 for the service water to be heated.
The bases 3, 4 are also advantageously provided with corresponding corrugations or beads, at least in partial areas, so that they can also perform limited movements due to pressure or temperature fluctuations, just like the corrugated shell 2, whereby any scale that may have attached can flake off the inner walls, so that to a certain extent constant self-cleaning of the boiler tank is guaranteed.
However, this container made of thin-walled sheet metal would not meet the strength requirements placed on it with regard to the wall thicknesses used and with regard to the boiler test pressures to be applied in the range of, for example, 4 to 12 atmospheres. According to the invention, a special stiffening construction is therefore provided for such a container, which according to FIGS. 2 and 3 consists of several stiffening plates or holders 8, 9 distributed over the longitudinal axis of the boiler, each of which in this embodiment tightly encompasses the container in a wave depth.
Depending on the shape of the boiler or the housing in which the boiler container is to be accommodated, these holding plates 8, 9 are advantageously adapted with their outer contours to the boiler interior or the boiler housing. So you can for example be formed round or square. In the area of the support edges 10 for receiving the boiler container 1, slots 11 or holes are provided in the holders 8, 9 through which tabs 12 pass through like a bracket, the ends of these tabs 12 being connected to a corrugation crest of the container shell.
The strength of the container 1 against internal pressure is increased by the holders 8, 9 and the strength against external pressure by the tabs 12, ie. This means that the container jacket is to a certain extent firmly clamped between the holders 8, 9 and the tabs 12.
The outer contours of the holders 8, 9 are advantageously adapted to the respective receiving housing, so that the entire arrangement, but also the boiler or housing walls themselves, experience additional stiffening. Since the supporting edges 10 of the holders 8, 9 must be brought close to the boiler wall, they are each formed from two metal sheets that have semicircular cutouts and which are pushed over the boiler jacket for assembly and then welded at their joints with a certain preload.
In order not to have to manufacture these holders 8, 9 also from the same material as the boiler, the receiving edges 10 are advantageously covered with a cover ring made of copper, brass or plastic, such as temperature- and pressure-resistant polymers. In this way, especially in the case of water with a high chlorite content, the formation of elements between iron and nonferrous metal boiler is effectively prevented.
As mentioned, the container bottoms 3, 4 can also be provided with corrugations or beads 14, at least in partial areas, so that the container also has a certain elasticity in these areas.
In Fig. 4 still another embodiment is shown in which the holders 8, 9 are housed in a square, special boiler housing 15. Of course, this housing 15 could also have a circular cross-section, the holders 8, 9 then being given circular outer contours. The same naturally also applies to the placement of the boiler in the boiler according to FIG. 2.
Of course, it would also be possible, according to FIG. 3, to arrange a further bracket above the bracket 12 indicated there, the ends of which are then attached to adjacent wave crests 16
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so that a wider cladding area is covered.
According to the embodiment in the right-hand part of FIG. 1, the boiler can also be adequately resilient using the same principle according to the invention by providing the container made of thin-walled, corrosion-resistant material 18 with a rib-shaped bandage in the form of annular or helical ribs 17. In spite of approximately the same elasticity of the container, further expensive material is advantageously saved, since the container jacket is cylindrical and smooth.
In principle, the connection to the holders is carried out in the same way, except that there is no direct contact between the holder and the container wall; H. instead of the slots 11, only screw holes are provided so that the holder and ribs can be screwed together in a flange-like manner.
The holders of the heat exchanger arrangement according to the invention thus advantageously fulfill three functions at the same time. They are used to suspend the boiler, to reinforce the boiler against internal and external pressure and to stiffen the housing or the outer shell of the boiler in which the boiler is located.
PATENT CLAIMS:
1. Boiler with built-in heat exchanger for the generation and storage of warm or hot service water, consisting of a cylindrical container that is arranged in the water-bearing part of the boiler, is provided with inlet and outlet lines for the service water, can be heated from the outside or inside and is closed at its ends, with a thin-walled container with transverse to the container axis
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of bulkheads (8, 9) or similar. annular elements are arranged, which are connected in a known manner to the adjacent boiler walls, the waves or ribs of the container od on the annular elements attached to straps (12), screws. Support fasteners.