DE1958884C3

DE1958884C3 - Kessel zum Erhitzen von Öl

Info

Publication number: DE1958884C3
Application number: DE1958884A
Authority: DE
Inventors: Paul Frederickssund Hededam (Daenemark)
Original assignee: Aalborg Vaerft AS
Current assignee: Aalborg Vaerft AS
Priority date: 1969-11-24
Filing date: 1969-11-24
Publication date: 1978-06-08
Also published as: US3631842A; DE1958884A1; ZA707014B; NL7016712A; BE758999A; DK124972B; JPS4939587B1; FR2071673A5; GB1276427A

Description

Die Erfindung betrifft einen Kessel zum Erhitzen von Öl, bei welchem ein brennbares Mittel, wie z. B. gleichfalls öl, in eine langgestreckte Feuerbüchse eingedüst wird und verbrennt, die verbrannten Gase am Ende der Feuerbüchse umgelenkt werden und danach ein System von die Feuerbüchse allseitig umgebenden Abgasrohren durchströmen, wobei die Abgasrohre in gerader Richtung durch ein schraubenförmiges Kanalsystem hindurchgeführt sind, dessen Windungen voneinander nur durch eine einzige Wand getrennt sind und welches von dem zu erhitzenden öl durchströmt wird.

Bei einer bekannten derartigen Einrichtung strömt das zu erhitzende öl im Gleichstrom mit den Abgasen in den Abgasrohren und entgegengesetzt zur Eindüsrichtung des ölbrenners, um am Anfang des Kessels auszutreten (deutsches Gebrauchsmuster 19 93 939).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wirkungsgrad eines derartigen Kessels mit nur einem ständigen Strom auf der ölseite ohne Krackgefahr zu erhöhen sowie dabei auf dem ganzen Strömungsweg des Öls im Kessel einen optimalen Wärmeübergang zu gewährleisten und den Druckverlust über der Kesselölseite auf ein Minimum zu reduzieren.

Erfindungsgemäß wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß

a) zwei strömungstechnisch in Reihe geschaltete, zueinander konzentrisch angeordnete Kanalsyste-

me für das zu erhitzende ö! vorgesehen sind, von denen das äußere Kanalsystem von den Abgasrohren durchsetzt ist, wobei das zu erhitzende Öl im Gegenstrom zu der Bewegung des Abgases das äußere Kanalsystem durchströmt und wobei das innere Kanalsystem zwischen der Feuerbüchse und dem äußeren Kanalsystem angeordnet ist, und

b) daß das innere Kanalsystem von dem zu erhitzenden öl im Gegenstrom zur Eindüsrichtung des Brennstoffes durchströmt wird und die Abstände der Windungswände im inneren Kanalsystem derart bemessen sind, daß das öl an den Stellen der heißesten Wärmeabstrahlung der Feuerbüchse entsprechend schneller strömt als an Stellen weniger heißer Wärmeabstrahlung.

Eine solche Ausbildung hat den Vorteil, daß eine optimale Heizflächentemperatur auf der Seite des zu erhitzenden Öls erreicht wird unter gleichzeitiger Verminderung des Druckverlustes der dieses öl führenden Seite auf ein Minimum. Außerdem wird die Krack-Gefahr für das zu erhitzende öl aufgehoben.

Nach einem Ausgestaltungsmerkmal der Erfindung ist der Querschnitt des inneren Kanalsystems geringer als der Querschnitt des äußeren Kanalsystems. Dadurch wird eine höhere Strömungsgeschwindigkeit des zu erhitzenden Öls an den Stellen erreicht, an denen es in Wärmekontakt mit der Wandung der Feuerbüchse kommt und der größte Wärmeübergang stattfindet. Das zu erhitzende öl nimmt dort eine beträchtliche Wärmemenge auf, die große ölgeschwindigkeit an dieser Stelle verhindert jedoch weitgehend ein Kracken des Öls.

Für die Geschwindigkeit des zu erhitzenden Öls sind mithin zwei Parameter maßgebend, nämlich die Querschnittsflächen der beiden Kanalsysteme und die jeweiligen Abstände der Windungswände. Dabei geben die Querschnittsflächen der Kanalsysteme gewissermaßen eine Voreinstellung in dem Sinne, daß in dem inneren Kanalsystem der Querschnitt geringer und mithin die Strömungsgeschwindigkeit erheblich höher ist als in dem äußeren Kanalsystem. Feinheiten in bezug auf Einstellung der ölgeschwindigkeit können durch Bemessung der jeweiligen Abstände der Windungswände festgelegt werden; so werden im inneren Kanalsystern um die Mitte der Feuerbüchse herum, wo die höchste Temperatur auftritt, entsprechend geringere Abstände der Windungswände vorgesehen.

Nach der vorstehend vermittelten Lehre ist es dem Fachmann ohne weiteres möglich, durch Berechnungen oder durch Ausprobieren die erforderliche Bemessung der Querschnitte der Kanalsysteme und der Abstände der WinJungswände festzulegen.

Die zueinander konzentrische Anordnung zweier strömungstechnisch in Reihe geschalteter Kanalsysteme für das zu erhitzende, das äußere Kanalsystem im Gegenstrom zur Bewegung des Abgases durchströmende öl und die Anordnung des inneren Kanalsystems zwischen der Feuerbüchse und dem äußeren Kanalsystem ist durch die USA-Patentschrift 34 44 855 bekanntgeworden. Bei dem dort angegebenen Wärmetauscher werden jedoch die Rauchgase eineinhalbmal hin- und hergeführt und wird die Wärme abnehmende Flüssigkeit (öl) nicht durch ein schraubenförmiges Kanalsy-

stem, sondern durch in der Längsrichtung des Kessels verlaufende geradlinige Kanäle von trapezförmigem Querschnitt geleitet. Im Gegensatz zu den Verhältnissen in einem schraubenförmigen Kanalsystem ist dort entweder die (^geschwindigkeit zu niedrig, und es kommt zu dem gefürchteten Verkracken des Öls, oder die {^geschwindigkeit ist zu hoch, was eine zu geringe Durchlaufzeit des Öls und damit einen zu geringen Wärmeaustausch zur Folge hat. Auch ist es dort nicht möglich, die ölgeschwindigkeit so anzupassen, daß das öl an den Stellen der heißesten Wärmeabstrahlung der Feuer büchse am schnellsten strömt

Ein Ausrührungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Kessel nach der Erfindung im Längsschnitt,

F i g. 2 denselben Kessel im Querschnitt

Die Feuerbüchse 1 ist von einem ersten Kanalsystem 2 umgeben und von diesem durch eine Wand 1 getrennt. Konzentrisch zu dem Kanalsystem 2 ist das Kanalsystem 3 größeren Querschnitts angeordnet. Beide Kanalsysteme sind im Querschnitt kreisringförmig. Im Kanalsystem 3 ist eine schraubenlinienförmig verlaufende Trennwand 5 angeordnet, während im Kanalsystem 2 sich eine schraubenlinienförmig verlaufende Trennwand

6 befindet

Das Verbrennungsmedium, z. B. öl, wird in F i g I von links in die Feuerbüchse eingedüst und durchläuit den Kessel entsprechend den gestrichelten Pfeilen 7. Am Ende des Kessels werden die verbrannten Abgase in der Rauchkammer 15 im Sinne der dort dargestellten Pfeile

7 umgelenkt und durchlaufen rückwärts in Abgasrohren 11 das Kanalsystem 3, um in die Abgassammeikammer 16 zu gelangen und von dort über eine nicht gezeichnete Leitung zum Schornstein geführt zu werden.

In dem Kanalsystem 3 ist eine Trennwand 5 schraubenlinienförmig angeordnet, so daß sich ein fortlaufender Schraubengang bildet. Durch dieses Trennwandsystem hindurch führen, wie F i g. 2 zeigt, die Abgasrohre 11.

Am Ende des Kanalsystems 3 ist eine Übergangsstelle 17 zum Kanalsystem 2. Das Kanalsystem 2 weist gleichfalls eine schraubenlinienförmig angeordnete Trennwand 6 auf. Der Flächenabstand oder die Dicke d des Kanalsystems 2 ist erheblich geringer als der Flächenabstand oder die Dicke D des Kanalsystems 3.

Der Strömungsweg des zu erhitzenden Öls ist durch die ausgezogenen Pfeile 8 dargestellt Day zu erhitzende

ίο öl tritt an der Stelle 9 in den Kessel ein und durchläuft das Kanalsystem 3 in schraubenlinienförmiger Bahn, bedingt durch die entsprechend angeordnete Trennwand 5. Es nimmt dabei Wärme von den sich abkühlenden Rauchgasen, die die geradlinigen Abgaskanäle 11 durchströmen, auf. Die Schraubenlinie kann im Zuge des Durchlaufs des Öls verändert werden, wodurch sich die ölgeschwindigkeit erhöht, entsprechend der zunehmend höheren Temperatur der im Gegenstrom kommenden Abgase.

An der Umlenkstelle 17 tritt das zu erhitzende öl in das innere KanaJsystem 2 ein. Hier kommt es in unmittelbaren Wärmekontakt mit der Trennwand 4 zur Feuerbüchse 1, jedoch ist der Querschnitt des inneren Kanalsystems 2 erheblich geringer als der des äußeren, so daß das öl mit einer größeren Geschwindigkeit dieses innere Kanalsystem 2 durchströmt. Das öl durchströmt das innere Kanalsystem wieder schraubenlinienförmig, wie die Pfeile 8 darstellen, und tritt an der Stelle 10 aus. Dabei sind die Abstände der einzelnen Windungen der Trennwand 6, d. h. die jeweilige Steigung der Schraubenbewegung, derart gewählt, daß es an keiner Stelle zu Verkrackungen des zu erhitzenden Öls kommen kann. An geeigneten Stellen sind Thermoelemente angeordnet, die ein Abschalten des

ölbrenners bewirken, falls die zulässige Temperatur überschritten werden sollte.

Außen ist der Kessel in bekannter Weise mit einer Isolierschicht 12 versehen, und er kann eine Tür 13 aufweisen, die zu öffnen ist, wodurch der Kessel sich reinigen läßt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kessel zum Erhitzen von öl, bei welchem ein brennbares Mittel, wie z. B. gleichfalls öl, in eine langgestreckte Feuerbüchse eingedüst wird und verbrennt, die verbrannten Gase am Ende der Feuerbüchse umgelenkt werden und danach ein System von die Feuerbüchse allseitig umgebenden Abgasrohren durchströmen, wobei die Abgasrohre in gerader Richtung durch ein schraubenförmiges Kanalsystem hindurchgeführt sind, dessen Windungen voneinander nur durch eine einzige Wand getrennt sind und welches von dem zu erhitzenden öl durchströmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

a) zwei strömungstechnisch in Reihe geschaltete, zueinander konzentrisch angeordnete Kanalsysteme (2,3) für das zu erhitzende öl vorgesehen sind, von denen das äußere Kanalsystem (3) von den Abgasrohren (11) durchsetzt ist, wobei das zu erhitzende öl im Gegenstrom zu der Bewegung des Abgases das äußere Kanalsystem (3) durchströmt und wobei das innere Kanalsystem (2) zwischen der Feuerbüchse (1) und dem äußeren Kanalsystem (3) angeordnet ist, und

b) daß das innere Kanalsystem (2) von dem zu erhitzenden öl im Gegenstrom zur Eindüsrichtung des Brennstoffes durchströmt wird und die Abstände der Windungswände (6) im inneren Kanalsystem (2) derart bemessen sind, daß das öl an den Stellen der heißesten Wärmeabstrahlung der Feuerbüchse (1) entsprechend schneller strömt als an Stellen weniger heißer Wärmeabstrahlung.

2. Kessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des inneren Kanalsystems (2) geringer ist als der Querschnitt des äußeren Kanalsystems (3).