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Heisswassererzeuger Die Erfindung betrifft einen Heisswassererzeuger
mit einer innerhalb eines gekühlten Rauchgaskanals angeordneten, durch BerUhrung
beheizten Heizfläche.
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Bei den bekannten Heisswassererzeugern wird der zu verbrennende Brennstoff
mit hohem Lufttiberschuss in einem grossen Raum verbrannt, dessen Begrenzungswände
gekühlt sind.-Die gekühlten Begrenzungswände des Verbrennungsraums bilden Strahlungsheizflächen,
in denen die durch Flammenstrahlung übertragene Wärmemenge grösser ist als die durch
BerUhrung übertragene Wärmemenge.
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Der Platz- und Raumbedarf solcher Heisswassererzeuger ist deshalb
verhältnissmässig gross.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Heisswassererzeuger
zu schaffen, bei dem Strahlungsheizflächen vermieden sind und der eine hohe Wärmebalastung
der durch Berührung beheizten Heizflächen ermöglicht. Als zu vermeidende Strahlungsheizflächen
sind solche zu verstehen, bei denen die durch Flammenstrahlung übertragene Wärmemenge
grösser ist als die durch BerUhrung übertragene Wärmemenge.
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Diese Aufgabe wird erfndungsgemäss dadurch gelöst, dass de Heisswassererzeuger
mit mindestens einem am Eintritt des Rauchgaskanals angeordneten Wirbelmuffelbrenner
versehen ist, aus dem das Rauchgas
mit einer Temperatur von mindestens
1700 0 C austritt und mit dieser Temperatur auf eine vom Rauchgas zuerst angeströmten
Teil der durch Berührung beheizten Heizfläche trifft. Der erfindungsgemässe Heisswassererzeuger
hat den Vorteil,- dass wegen der Verwendung von Wirbelmuffelbrennern der Platz-
und Raunibedarf wesentlich herabgesetzt ist, da das Volumen dieser Brenner erheblich
kleiner ist als der bisher uebliche Verbrennungsraum in Heisswassererzeugern.
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In den Wirbelmuffelbrennern findet eine nahezu stöchiometrische Verbrennung
statt, d. h, mit dem minimalen Lufttiberschuss von etwa 1,02-. Ausserdem erfolgt
diese Verbrennung adiabatisch, d. h., dass keine absichtliche Wärmeabfuhr an den
Wänden der Muffelbrenner stattfindet. Am Austrit der Muffeln ist die Verbrennung
t geschlossen. Die wesentliche Herabsetzung des Platz- und Raumbedarfes wird weiter
dadurch ermöglicht, dass das aus dem Muffelbrenner austretende heisse Rauchgas unmittelbar
der durch Bewehrung beheizten Heizfläche zugeführt wird; durch Flammenstrahlung
beheizte Heizflächen sind also vermieden. Es lässt sich somit durch die Erfindung
auf einfache Weise eine kompakte Bauart des Heisswassererzeugers erreichen.
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Bei den bisher bekannten Heisswassererzeuger, ist es weiter üblich,
die gesamte dem Heisswassererzeuger zuströmende Wassermenge durch die Heizflächen
zu schicken. Dabei ist darauf Bedacht zu nehmen, dass die Aussenwandtemperatur der
durch Berührung beheizten Heizflächen nicht unter den Taupunkt des Rauchgases von
beispielsweise 140 ° C sinkt. Bei Unterschreiten dieser Temperatur können Schäden
infolge Taupunktskorrosionen an den Heizflächen auftretel, was besonders schlimm
beim Verbrennen von schwefelhaltigem Gel sein
kann. Um solche Taupunktkorrosionen
zu vermeiden, hat man sich damitbeholfen, aus dem Heisswassererzeuger austretendes
Wasser dem abgekühlten, dem Heisswassererzeuger zuströmendem Wasser zuzumischen,
um die Zulauftemperatur zum Heisswassererzeuger zu erhöhen. Diese Methode bedingt
jedoch relativ grosse Mengen an zuzumischendem Heisswasser, was nicht rationell
ist.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist die durch Beruhrung beheizte
Heizfläche in mindestens zwei im Hauptgasstrom hintereinander angeordnete Abschnitte
unterteilt und mindestens der von dem aus dem Muffelbrenner austretenden Rauchgas
zuerst angeströmte Heizflächenabschnitt ist von nur einem Teil der dem Heisswassererzeuger
zuströmenden WassermetWC L strömt. Zweckmässig beträgt die den zuerst angeströmten
Heizflächenabschnitt durchströmende Wassermenge höchstens 60 % der dem Heisswassererzeuger
zuströmenden Wassermenge. Durch diese Weiterbildung lässt sich auf einfache Weise
verhindern, dass die mit RUcksicht auf den Taupunkt minimale Aussenwandtemperatur
der Heizfläche unterschritten wird und dass die maximale Aussenwandtemperatur einen
Grenzwert Ubersteigt.
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Ein AusfUhrungsbeispiel der Erfindung wird in der folgenden Beschreibung
anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Horizontalschnitt durch
einen Heisswassererzeuger gemäss der Erfindung und Fig. 2 ein Diagramm mit dem Verlauf
der Wasser- und der Gastemperaturen längs der wasserbeaufschlagten Heizflächen.
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Gemäss Fig. 1 sind in einem quadratischen Querschnitt aufweisenden
Rauchgaskanal 4 eines Heisswassererzeugers zwei Heizflächenabschnitte
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und 15 vorgesehen, die im Rauchgasstrom (Pfeil 9) hintereinander angeordnet sind.
Der Rauchgaskanal 4 wird von wasserdurchflossenen Rohren 3 begrenzt, die, aus Flossenrohren
bestehend, zu einem gasdichten Kasten zusammengeschweisst sind und mit einem Sammler
1 und einem Verteiler 2 in Verbindung stehen.
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Der Sammler 1 und der Verteiler 2 bilden entsprechend dem quadratischen
Querschnitt des Kanals 4 je einen Rahmen von quadratischem Umriss. An den Verte-iler
2 schliesst sich unmittelbar ein Rauchgasfuchs 7 an, der in einen Kamin 8 mündet.
In den vom Sammler 1 gebildeten Rahmen ist eine Wand 5 eingeschweisst, in die die
Muffeln von vier Wirbelbrennern 6 münden, denen über Leitungen 40 und 41 Brennstoff
bzw. Luft zugeführt wird.
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Die Brenner 6 bestehen aus Je einer keramisch ausgekleideten Muffel
und einer BrennstoffzufUhrvorrichtung, die von mindestens zwei koaxialen Ringkanälen
für die Verbrennungsluft umgeben sind, in denen drallerzeugende Vorrichtungen angeordnet
sind. Der über die Leitung 40 zugeführte Brennstoff, Gas und/oder Oel, wird also
in einem eine schraubenlinienförmige Bewegung ausfUhrenden Luftstrom verbrannt,
wobei die Verbrennung am Austritt der Muffel beendet ist. Die Verbrennung findet
mit minimalem Luftüberschuss statt und das die Muffel verlassende Rauchgas weist
mindestens eine Temperatur von 1700 o C auf.
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Der vom Rauchgas aus den Brennern 6 zuerst angeströmte Heizflächenabschnitt
10 besteht aus mehreren Rohrschlangen, die gleichmässiw ueber den Querschnitt des
Rauchgaskanals 4 verteilt angeordnet sindO Die Rohrschlangen gehen von einem Verteiler
11 aus und münden i einen Sammler 12, der Uber eine Leitung 25 in einem Verteiler
13
fUr die Rohrschlangen des im Rauchgasstrom zweiten Heizflächenabschnittes
15 verbunden ist. Die Rohrschlangen des Abschnitts 15 sind ebenfalls gleichmässig
Uber den Querschnitt des Rauchgaskanals 4 verteilt. Die im Rauchgasstrom letzten
Schlangenwindungen des Abschnitts 15 sind mit Rippen 16 besetzt. Ausserdem sind
zwischen den Bogen dieser Schlangenwindungen und der jeweils benachbarten Wand des
Rauchgaskanals den Rauchgasstrom drosselnde Bleche 17 vorgesehen. Die Rohrschlangen
des Abschnitts 15 münden in einen Sammler 14, der über eine Leitung 26 mit dem Verteiler
2 der Rauchgaskanalwandrohre 3 verbunden ist. Für die Wasserzufuhr zum Heiss-21
wassererzeuger ist eine eine Umwälzpumpe aufweisende Leitung 23 vorgesehen, die
sich stromunterhalb der Pumpe t in eine Zweigleitung 27 und eine Zweigleitung 28
gabelt. Die Zweigleitung 27 steht ueber ein Ventil 22 mit dem Verteiler 11 des ersten
Heizflächenabschnitts 10 in Verbindung. Von der Zweigleitung 28 führt eine Leitung
29 über ein Ventil 24 zur Verbindungsleitung 25 zwischen dem Sammler 12 und dem
Verteiler 13. Die Leitung 28 mundes über ein Ventil 30 in die Verbindungsleitung
26 zwischen dem Sammler 14 und dem Verteiler 2. An den Sammler 1 ist eine Leitung
32 angeschlossen, die das erzeugte Heisswasser zu den Verbrauchern führt, das dann
nach Wärmeabgabe in einem nicht dargestellten Netz über eine Leitung 20 in die ZufUhrleitung
23 gelangt. Zwischen der Leitung 32 und der Leitung 20 ist eine Mischleitung 33
mit Ventil 34 vorgesehen, ueber die Heisswasser dem Uber die Leitung 20 zurUckströmenden
abgekUhltem Wasser zugemischt wird, das eine Temperatur von etwa 60 0 C hat.
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Im Betrieb der Anlage ist das Ventil 34 in der Mischleitung 33 etwas
geöffnet,
so dass das dem Heisswassererzeuger zuströmende Wasser in der Leitung 23 eine Mischtemperatur
von ungefahr 85 0 C aufweist.
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45 f dieser Wassermenge gelangen über das ganz geöffnete Ventil 22
in den ersten Heizflächenabschnitt 10. Weitere 45 ç der dem Heisswassererzeuger
zuströmenden Wassermenge gelang über die Leitungen 28 und 29 und das in Drosselstellung
befindliche Ventil 24 zur Verbindungsleitung 25, wo sich das Wasser mit dem aus
dem ersten Heizflächenabschnitt austretenden Wasser mischt. Das Wassergemisch gelangt
dann Uber den Verteiler 13 in die Rohrschlangen des zweiten Heizflächenabschnittes
15. Die restlichen 10 % der über die Leitung 23 dem Heisswassererzeuger zugefUhrten
Wassermenge gelangen über die Leitung 28 und das Ventil 30 in die Verbindungsleitung
26, wo sich dieses Wasser mit dem aus dem zweiten lleizflächenabschnitt kommenden
Wasser mischt, wonach die gesamte Wassermenge von 100 % über den Verteiler 2 die
Wandrohre 3 durchströmt-und Uber die Leitung 32 den Heisswassererzeuger verlässt.
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Die sich bei diesem Betrieb einstellenden Temperaturen des Rauchgases
und des Wassers sind angenähert in Fig. 2 dargestellt-. Das in den Brennern 6 entstehende
heisse Rauchgas tritt mit etwa 1800 0 in den Rauchgaskanal 4 ein und trifft dort
auf die versetzt angeordneten Rohrschlangen des ersten Heizflächenabschnittes 10.
Wegen der sehr hohen Wärmebelastung stellt sich an diesen Rohren aussen eine ueber
dem Taupunkt von beispielsweise 140 0 C liegende Temperatur ein. Mit der rasch abnehmenden
Wärmebelastung steigt wegen der verringerten Wassermenge im Abschnitt 10 die Temperatur
des Wassers in-den Rohren Uber den Taupunkt, so dass die Aussentemperatur dieser
Rohre den Taupunkt nicht unterschreitet. Das Wasser
verlässt den
ersten Heizflächenabschnitt 10 mit einer Temperatur von etwa 150 0 C, bei der noch
keine Verdampfung auftritt (Punkt A im Diagramm). Durch das Zumischen von 45 % Wasser
von 85 0 ergibt sich im Verteiler 13 eine Mischtemperatur von 117,5 ° C (Punkt B
im Diagramm). Obwohl die Wärmebelastung im zweiten Heizflächenabschnitt 1 5 beträchtlich
niedriger ist als im ersten Heizflächenabschnitt 10, sinkt wegen der hohen Mischtemperatur
und der entsprechend gewählten Strömungsgeschwindigkeit aussen die Temperatur der
Rohre des zweiten Heizflächenabschnittes 15 nicht unter den Taupunkt. In den Sammler
14 tritt das Wasser wiederum mit einer Temperatur von etwa 150 ° C (Punkt C im Diagramm)
ein und es erreicht in der Verbindungsleitung 26 durch das Zumischen der restlichen
10 % Wasser von 85 0 C ungefähr sine Temperatur von 143,5 ° C (Punkt D im Diagramm).
Beim nachfolgenden Durchströmen der Wandrohre 3 wird das Wasser im Gegenstrom zum
Rauchgas wiederum auf 150 O C erhitzt, mit welcher Temperatur es den Heisswassererzeuger
ueber die Leitung 32 verlässt.
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Nach einer AusfUhrungsform der Erfindung kann an dem Sammler 12 ein
TemperaturfUhler 50 vorgesehen sein, der über einen Regler 51 das Ventil 24 in der
Leitung 29 so verstellt, dass mit steigender Temperatur des Wassers im Sammler 12
das Ventil 24 im-schliessenden Sinne verstellt wird, so dass mehr Wasser als vorher
dem ersten Heizflächenabschnitt 10 zuströmt. In analoger Weise kann eine der Regeleinrichtung
50, 51 entsprechende Anordnung auch zwischen dem Sammler 14 und dem Ventil 30 vorgesehen
sein.
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Nach einer weiteren AusfUhrungsform der Erfindung ist es auch möglich,
nur einen Brenner 6 in der Wand 5 vorzusehen. Weiter ist es
möglich,
anstatt der beiden Heizflächenabschnitte 10 und 15 deren drei im Rauchgaskanal 4
vorzusehen.