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Die
Erfindung bezieht sich auf Brennkammer für einen mit Festbrennstoffen
beheizbaren Kessel, bestehend aus einem feuerfesten, quaderförmigen Formkörper, der
einen liegenden zylindrischen Brennraum mit einem Saugzuganschluß und einem auf
einer Quaderseite vorgesehenen Rauchgaszutritt in Form eines zumindest
im Wesentlichen tangential in den Brennraum mündenden Rauchgaskanals bildet.
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Bei
Kesseln, die mit Festbrennstoffen beheizt werden, ist es bekannt,
die Brennkammer getrennt von einem den Brennstoff aufnehmenden,
an eine Primärluftzufuhr
angeschlossenen Füllraum
anzuordnen, und die Rauchgase aus dem Füllraum über einen Saugzug der Brennkammer
zur Nachverbrennung zuzuführen.
Die Brennkammer, die aus einem feuerfesten, quaderförmigen Formkörper besteht,
kann dabei unterhalb eines Rostes zur Aufnahme des Festbrennstoffes
(
AT 400 180 B )
oder seitlich neben dem Füllraum
oberhalb des Rostes angeordnet werden (
DE 195 10 263 A1 ). In beiden
Fällen werden
die Rauchgase aus dem Füllraum über einen Rauchgaszutritt
auf einer Quaderseite des Formkörpers
in einen liegenden, zylindrischen Brennraum geleitet, und zwar über einen
tangential in den Brennraum mündenden
Rauchgaskanal, so daß sich
im Brennraum eine schraubenfömig
verlau fende Gasströmung
ergibt, die wegen der damit verbundenen Wirbel- und Umwälzbewegungen
eine vorteilhafte Vermischung der durch den Rauchgaskanal angesaugten
Rauchgase mit der der Brennkammer zugeführten Sekundärluft und
damit eine vorteilhafte Nachverbrennung ermöglicht. Die heißen Abgase werden über einen
Saugzuganschluß aus
der Brennkammer abgezogen und einem Wärmetauscher zur Erwärmung des
Kesselwassers zugeführt.
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Da
der zylindrische Brennraum in einem quaderförmigen Formkörper der
Brennkammer vorgesehen ist, ergeben sich ungleichmäßige Wanddicken für den Formkörper, was
zu Wärmespannungen
insbesondere während
der Anheizphase führt.
In diesem Zusammenhang ist zu bedenken, daß beim Anheizen des Kessels
der Formkörper
der Brennkammer von der Quaderseite mit dem Rauchgaszutritt her
einseitig erwärmt
wird, wobei sich in Richtung des Wärmeflusses in Umfangsrichtung
des Brennraumes zunächst
eine Verjüngung
und dann wieder eine Vergrößerung der
Wanddicke des Formkörpers
ergibt. Dieser Umstand bringt die Gefahr von Spannungsrissen vor
allem im Bereich der verjüngten
Wandteile des Formkörpers
mit sich, zumal diese Wandbereiche bereits bei der Herstellung des
Formkörpers während der
Aushärtung
des Schamottewerkstoffes erhöhten
Spannungen ausgesetzt sind.
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Neben
der als Stand der Technik gemäß Oberbegriff
herangezogenen
AT 400
180 B wird ergänzend
zum Stand der Technik noch auf die
DE 40 07 849 C2 verwiesen, welche einen Ofen
für Festbrennstoffe
offenbart, dessen Brennkammer einen Formkörper aufweist, welcher mehrteilig
mit horizontaler Teilung ausgestaltet ist, mit zumindest einer zur Quaderseite
des Rauchgaszutritts parallelen Trennfläche.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine Brennkammer nach dem Oberbegriff
des Hauptanspruchs so zu verbessern, dass eine vorzeitige Alterung
des Formkörpers
durch Wärmespannungsrisse weitgehend
vermieden werden kann.
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Die
Aufgabe wird durch die Brennkammer mit den Merkmalen des Hauptanspruchs
gelöst;
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die
Teilung des Formkörpers
in jeweils für sich
zu fertigende Teilkörper
bringt eine erhebliche Verminderung der Spannungsbelastungen aufgrund der
einseitigen Wärmebelastung
während
der Anheizphase mit sich, insbesondere wenn die Trennfläche parallel
zur Quaderseite das Rauchgaszutritts im Bereich der Brenn raumachse
verläuft,
was eine vorteilhafte Zweiteilung des Formkörpers bedingt. Diese Trennflächenführung unterbindet
nämlich
einen Spannungsübergriff
zwischen den beiden Teilkörpern gerade
in dem verjüngten
Wandbereich, der gegenüber
Wärmespannungen
besonders empfindlich ist. Dies bedeutet, daß sich keine Spannungen über die Trennfläche hinweg
innerhalb des aus den beiden Teilkörpern zusammengesetzten Formkörpers aufbauen
können,
wie dies bei einem einstückigen Formkörper der
Fall ist und zu einer Spannungsüberhöhung führt. Wegen
der günstigeren
Spannungsverhältnisse
im Übergangsbereich
zwischen den sich verjüngenden
Wandabschnitten des einen Teilkörpers
zu den sich verbreiternden Wandabschnitten des anderen Teilkörpers kann
die Gefahr von Spannungsrissen erheblich verringert werden, was
sich vorteilhaft auf die Unterdrückung
der dadurch bedingten Alterungserscheinungen auswirkt. Dazu kommt
noch, daß aufgrund
der gesonderten Fertigung der Teilkörper auch die Belastung durch
härtungsbedingte
Spannungen des Schamottewerkstoffes im Bereich der Wandverjüngungen
herabgesetzt werden kann, was die Gefahr von Wärmespannungsrissen zusätzlich verringert.
Schließlich
erlaubt die Teilung des Formkörpers
der Brennkammer in wenigstens zwei Teilkörper eine einfachere Brennkammermontage
mit der vorteilhaften Möglichkeit,
bei einem notwendigen Austausch lediglich den betroffenen Teilkörper wechseln
zu müssen.
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Um
einerseits die Teilkörper
in ihrer gegenseitigen Lage festzuhalten und anderseits eine Abdichtung
der Trennfläche
gegenüber
einem Rauchgasaustritt zu erreichen, können die Teilkörper im
Bereich der Trennfläche
den Brennraum umschließende
Nut-Federverbindungen aufweisen.
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Insbesondere
bei Brennkammern unterhalb des Füllraumes
ist mit gedrängten
Platzverhältnissen vor
allem der Höhe
nach zu rechnen, so daß die Brennkammer
auf den Kesselboden unmittelbar aufgesetzt wird. Dies bedeutet wegen
der üblichen Durchströmung des
Kesselbodens mit aufzuheizendem Wasser eine bodenseitige Kühlung der
Brennkammer mit der Wirkung, daß mit
einer höheren Spannungsbelastung
aufgrund der gegebenen Temperaturdifferenzen gerechnet werden muß. Außerdem besteht
die Gefahr einer Taupunktunterschreitung im bodenseitigen Bereich
des Brennraumes, wobei das sich bildende Kondensat das Gefüge des Schamottewerkstoffes
des Formkörpers
angreift. Wird der Formkörper
auf der Bodenseite mit eine Freistellung der übrigen Bodenfläche ergebenden Stützansätzen versehen,
so können
diese Nachteile einer unmittelbaren Aufstellung der Brennkammer auf
dem Kesselboden vermieden und eine gleichmäßigere Aufheizung und Abkühlung der
Brennkammer unter einer Verringerung der Rißgefahr erzielt werden. Besonders
einfache Konstruktionsverhältnisse ergeben
sich in diesem Zusammenhang, wenn die Stützansätze aus unterbrochenen Randstegen
der Bodenseite bestehen, die eine sichere Aufstellung der Brennkammer
erlauben, ohne die Hinterlüftung der überwiegenden
Bodenfläche
zu beeinträchtigen.
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In
der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt.
Es zeigen
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1 eine
erfindungsgemäße Brennkammer
in einer vereinfachten, zum Teil aufgerissenen Seitenansicht,
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2 diese
Brennkammer in einer stirnseitigen Ansicht,
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3 einen
Schnitt nach der Linie III-III der 2 und
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4 einen
Schnitt nach der Linie IV-IV der 2.
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Die
innerhalb des Wassermantels 1 eines aus Übersichtlichkeitsgründen nicht
näher dargestellten
Kessels unterhalb eines Füllraumes 2 angeordnete
Brennkammer wird durch einen quaderförmigen Formkörper 3 gebildet,
der einen zylindrischen Brennraum 4 mit liegender Achse
umschließt.
Dieser Brennraum 4 ist auf einer Stirnseite offen und bildet mit
dieser Öffnung
einen Sauganschluß 5 für einen Saugzug.
Auf der dem Füllraum 2 zugekehrten
Quaderseite 6 ist eine Aufnahme 7 für einen
Rost ausgespart, durch den die Rauchgase aus dem Füllraum 2 über den
Saugzug in den Brennraum 4 angesaugt werden. Der Rauchgaszutritt 8 wird
dabei durch einen Rauchgaskanal 9 gebildet, der im Wesentlichen tangential
in den Brennraum mündet,
wie dies den 2 und 4 entnommen
werden kann. Unterhalb der Aufnahme/Rostaufnahme 7 münden Zuführkanäle 10 für Sekundärluft, die über in entsprechende
Durchtrittsöffnungen 11 eingesetzte
Durchführungen
angesaugt wird. Diese Sekundärluft
wird mit den Rauchgasen durch den Rauchgaskanal 9 in den Brennraum 4 gefördert, wo
sich aufgrund der schraubenförmigen
Gasströmung
eine intensive Vermischung der Rauchgase mit der Sekundärluft als
Voraussetzung für
eine voll ständige
Nachverbrennung einstellt. Die heißen Abgase werden dann über den Sauganschluß 5 aus
dem Brennraum abgezogen.
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Zum
Unterschied zu bekannten Brennkammern dieser Artist der Formkörper 3 nicht
einstückig ausgebildet,
sondern aus zwei Teilkörpern 12 und 13 zusammengesetzt,
wobei die Trennfläche 14 zwischen
den beiden Teilkörpern 12 und 13 parallel
zur Quaderseite 6 mit dem Rauchgaszutritt 8 im
Bereich der Achse des Brennraumes 4 verläuft. Durch
eine den Brennraum 4 umschließende Nut-Federverbindung 15 im
Bereich der Trennfläche 14 werden
die beiden Teilkörper 12, 13 nicht
nur in ihrer gegenseitigen Lage festgelegt, sondern auch gegen einen Rauchgasaustritt
abgedichtet. Wie insbesondere den 2 und 4 entnommen
werden kann, verläuft die
Trennfläche 14 durch
den verjüngten
Wandbereich des Formkörpers 3,
so daß sich über diesen verjüngten Wandbereich,
der sich durch die Anordnung eines kreiszylindrischen Brennraumes 4 innerhalb
eines quaderförmigen
Formkörpers 3 ergibt,
keine Spannungen zwischen den Teilkörpern 12 und 13 aufbauen
können,
wenn während
der Anheizphase der Formkörper 3 von
der dem Füllraum 2 zugekehrten
Quaderseite 6 her fortschreitend erwärmt wird. Dies bedeutet, daß die wärmebedingten
Spannungsbelastungen gerade im Bereich der Trennflächen 15 merklich
verringert werden, was eine Alterung der Teilkörper 12, 13 durch
Spannungsrisse weitgehend unterdrückt. Dazu kommt noch, daß die beim
Abbinden des Schamottewerkstoffes aufgrund unterschiedlicher Wanddicken
unvermeidbaren Spannungen im Bereich der Trennfläche 14 durch die gesonderte
Fertigung der Teilkörper 12, 13 weitgehend
vermieden werden können,
was ebenfalls zur Verlängerung
der Lebensdauer der aus den Teilkörpern 12, 13 zusammengesetzten
Brennkammer beiträgt.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel
ruht die Brennkammer auf dem einen Teil des Wassermantels 1 bildenden
Kesselboden 16 auf. Dies bedeutet, daß die über den Kesselboden 16 bewirkte
Kühlung des
Formkörpers 3 die
gleichmäßige Aufwärmung des
Formkörpers 3 beeinträchtigt und
die Gefahr von Spannungsrissen erhöht. Außerdem ist während der Anheizphase
mit einer Taupunktunterschreitung im bodenseitigen Bereich des Brennraumes 4 zu
rechnen, was über
den Einfluß des
Kondensates auf den Schamottewerkstoff zu einer Beeinträchtigung
der Standzeit der Brennkammer führen
kann. Um den Einfluß des
kalten Kesselbodens 16 auf die Erwärmung der Brennkammer zu verringern,
ist die Bodenseite 17 des Formkörpers 3 mit Stützansätzen 18 versehen,
die vorteilhaft in Form von unterbrochenen Randstegen ausgebildet
sind. Diese Randstege ergeben eine Freistellung der übrigen Bodenfläche. so daß die Bodenseite 17 des
Formkörpers 3 im
freigestellten Bereich eine Hinterlüftung erfährt, die den Wärmeübergang
vorn kalten Kesselboden 16 auf den Formkörper 3 während der
Anheizphase merklich unterbindet.