DE2514888C3 - Heizungskessel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Heizungskessel mit einem Brenner und einer Brennkammer sowie durch wenigstens eine zylinderförmige Trennwand gebildeten ringförmigen Abgaskanälen, in denen schraubenförmige Wärmeträger-Rohre und ein Ventilator angeordnet sind.

Bei einem aus der DE-PS 4 62 108 bekannten Heizungskessel sind in dessen fnnenraum zwei ringmantelförmige Trennwände mit radialem Abstand zueinander angeordnet, so daß parallel zueinanderlaufende Abgaskanäle gebildet sind, die abwechselnd oberendig und unterendig durch Querverbindungen hintereinandergeschaltet verbunden sind. Es entsteht dadurch ein aus Wendezügen bestehender Abgaskanal, der oberendig in ein Abzugrohr mündet, unter welchem ein Ventilator angeordnet ist, durch den die vom unterseittg angeordneten Brenner erzeugten Abgase angesaugt werden, so daß das Abgas auch die gestürzten Abgaskanäle passieren kann. In den Abgaskanälen sind Rohre zur Durchführung eines Wärmeträgermittels — in diesem Fall Wasser — angeordnet, welches durch Abgas erhitzt wird Es tritt dabei im brennernahen Bereich eine wesentliche höhere Temperatur auf als im Endbereich des äußeren, brennerfernen Abgaskanals.

Dies mag bei der Erhitzung von Wasser als Wärmeträgermittel keine große Rolle spielen, da im Wasser allenfalls Dampfblasen gebildet werden. Wenn jedoch ein Wärmeträgeröl erhitzt wird, so ist die Gefahr einer Verkrackung dieses Öles in den Rohren besonders groß, weil bereichsweise besonders hohe Temperaturen auftreten. Die Wirkung hoher Temperaturen im Bereich des Brennen läßt sich jedoch auch durch Erhöhung des Abgaszuges mittels eines Ventilators nicht vermeiden, weil das am Brenner anfallende, zunächst sehr hohe Temperaturen aufweisende Abgas die praktisch in Reihe hintereinandergeschalteten Abgaskanäle nur einmal durchströmt und die nächstliegenden Rohre zwangsläufig stärker erhitzt werden als die im Endbereich des Abgaszuges liegenden Rohre. Damit ist im brennernahen Bereich die Grenztemperatur von beispielsweise 350⁰C im Wärmeträgeröl sehr schnell überschritten, so daß das die Rohre durchströmende Wärmeträgeröl durch Verkrackung od. dgl. chemisch zersetzt wird. Auch eine Erhöhung der Ventilatorleistung vermag diesen Mangel nicht wesentlich zu mindern und in keinem FaJl zu beseitigen. Auch eine die Gefahr von Überhitzungen des Wärmeträgermittels vermindernde Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Wärmeträgermittels in den Rohren läßt sich erfolgreich nicht

verwirklichen, da sich abgesehen vom Einsatz von Pumpen mit höherer Leistung einerseits Druckverluste bei der Strömung eines Wärmeträgeröles ergeben und andererseits sind Schwierigkeiten beim Anfahren des Kessels nicht zu vermeiden, weil dann das Wärmeträ geröl ohne vorheriges, energieverzehrendes Anwärmen noch zähflüssig ist und nur geringe Strömungsgeschwindigkeiten zuläßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Heizungskessel der vorgenannten Art zu schaffen, bei dem unter effektiver Ausnutzung der Heizleistung stellenweise Oberhitzungen des Wärmeträgermittels während des Wärmeüberganges zwischen den Abgasen und den das Wärmeträgermittel führenden Rohren vermieden sind, so daß als Wärmeträgermittel öl ohne

Gefahr ihrer Zersetzung verwendbar sind.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Trennwand an ihren Stirnseiten mit beidendige Querverbindungen zwischen den Abgaskanälen bildendem Abstand zum Kesselmantel angeordnet ist

Dadurch ist es möglich, die Abgase wiederholt den brennernahen Bereichen mittels einer Zwangsumwälzung im Kreisstrom zuzuleiten, so daß einerseits im Brennerbereich die Temperatur durch die im Kreis rückströmende Abgase verringert wird, weshalb stellen-

weise Oberhitzungen vermieden sind. Durch die Oberströmung der inmitten der Kreisströmung angeordneten, das Wärtneträgermittel führenden Rohre erniedrigt sich aber andererseits auch die Temperaturdifferenz zwischen den brennerfernen und den brenner- nahen Bereichen im Sinne eines weitgehenden Temperaturausgleichs auf ein mittleres, ein relativ geringes Temperaturgefälle umfassendes Temperaturniveau an allen Stellen des Kreisstrompfades. Dadurch gelangen die bislang unter niedriger Temperatur arbeitswirksam gewesenen brennerfernen Abgaskanäle auf eine wesentliche höhere Temperatur, so daß in diesem Bereich auch der Wärmeübergang wesentlich gesteigert wird. Die den Wärmeübergang bestimmende Wärmeübergangszahl kann jedoch insbesondere auch dadurch

so erhöht werden, daß infolge des unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit des Wärmeträgermittels einstellbaren Ventilators die Strömungsgeschwindigkeit der Abgase selbst bei relativ niedriger Abgastemperatur gesteigert werden kann. Da die Rohre die Abgaskanäle nicht wandartig begrenzen, sondern sich inmitten des Kreisstrompfades der Abgase befinden, werden die Rohre allseitig umströmt, wodurch der Wärmeübergang vom Abgas auf das Wärmeträgermittel in optimaler Weise erfolgen kann. Man hat. es beim Aufheizen des erfindungsgemäßen Heizungskessels in der Hand, durch Steuerung der Umwälzgeschwindigkeit des Abgases infolge der Geschwindigkeitsänderung des Ventilators und Drosselung des durch das Abzugsrohr entweichenden Abgasstromes die erforderliche Kesseltemperatur schnell auf die gewünschte Höhe zu bringen und auf dieser Höhe auch zu halten. Das Aufheizen des Heizungskessels ist damit überschaubar zu steuern. Zur Verwendung eines als einfaches Radialgebläse

ausgebildeten Ventilators und zur Begünstigung der Kreisströmung ist der Ventilator nach einem Merkmal der Erfindung im Bereich der oberen Querverbindung zwischen den Abgaskanälen angeordnet, und der Kesselmantel weist an beiden stirnseitigen Endbereichen die Abgase in Kreisströmung lenkende Leitbleche auf.

Um die Strömungsgeschwindigkeit der Abgase auch im ersten, brennernahen, die Aufwärtsströmung aufweisenden Teile des Abgaskanales in Übereinstimmung mit derjenigen im die Niederströmung aufweisenden zweiten Teil des Abgaskanals durch Vermeidung von Quersshnittserweiterungen halten zu können, ist im inneren Abgaskanal ein axial verlaufender Einsatzkörper angeordnet Dabei sind die Querschnitte der Abgaskanäle durch entsprechende Wahl der Durchmesser von Kesselmantel, Trennwand und Einsatzkörper für gleichbleibende Strömungsverhältnisse ausgelegt.

Die Erfindung wird in einem aus der Zeichnung ersichtlichen Ausführungsbeispiel nachfolgend näher erläutert

Der dargestellte Heizungskessel umfaßt einen äußeren Kesselmantel mit einer Wärmeisolierung 2, in der ein in mehrere Abgaskanäle 6,7 gegliederter Kesselinnenraum 12 angeordnet ist Die zwei Abgaskanäle 6,7 liegen parallel zueinander und sind koaxial ineinandergeschachtelt Sie sind durch eine zylindrische Trennwand 4 voneinander geschieden, welche in Form eines unten zylindrischen und nach oben zu sich trichterförmig verengenden Mantels im mittleren Bereich des Kessels angeordnet

Die Trennwand 4 ist an ihrem oberen Stirnende 14 und an ihrem unteren Stimende 15 durch eine Querverbindung 13 bzw. 18 vom Kesselmantel 1 entfernt wodurch sich eine Hintereinanderschaltung der beiden Kanäle 6, 7 an diesen Umlenkstellen der Abgase ergibt Im unteren Bereich befindet sich der Brenner 9, dessen Flammen 17 in Richtung der strichpunktiert eingezeichneten Achse 16 in den Kesselinnenraum 12 gerichtet sind. Somit gibt es sowohl im brennfseitigen Endbereich 20 als auch im gegenüberliegenden Endbereich 21 des Heizungskessels Querverbindungen 13 bzw. 18 zwischen den beiden Abgaskanälen 6,7.

Im oberen Endbereich 21, dem Brenner 9 axial gegenüberliegend, befindet sich ein Ventilator 10 mit Motor 22, der die Abgase durch die beiden Kanäle 6, 7 umwälzt Es bildet sich der durch Pfeile und Punktlinien angedeutete Kreisstrom 23 zwischen den beiden Kanälen 6, 7. Die durch die Querverbindung 18 seitlich in die Flammen 17 des S.~enners 9 eintretenden, aus den brennerfernen Räumen stammenden Abgase erniedrigen die isTi Flammenraum des inneren Abgaskanals 6 herrschender» Gärtemperaturen, wie aus den die Kreisströmung kennzeichnenden Pfeile 24 zu erkennen ist Die Führung der Abgase in diesem Kreisstrom 23 wird durc!i in Ströjnungsrichtung weisende Leitbleche 8 s mitbestimmt, die sowohl im oberen Endbereich 21 als auch im unteren Endbereich 20 vorgesehen sind. Desgleichen besitzt das untere Stimende 15 der zylindrischen Trennwand 4 eine Leitkante 25 zur Strömungsführung.

ίο In dem inneren Abgaskanal 6 befindet sich, in Ausrichtung mit der strichpunktiert eingezeichneten Achse 16 des Heizungskessels, ein Einsatzkörper 5, welcher zur Querschnittsbemessung dieses Kanals 6 dienlich ist Seine besondere Formgebung ist aus der Zeichnung zu erkennen. In beiden Abgaskanälen 6, 7 befinden sich inmitten der Kreisströmung angeordnete Heizrohre 3, die im dargestellten Längsschnitt des Heizungskessels geschnitten erscheinen. Sie dienen zur Führung eines Wärmeträgermittels, insbesondere eines

Öls. Die Heizrohre 3 sind, wie aus der Zeichnung erkennbar ist, in mehreren koaxial zueinanderliegenden Schraubenwimdungen in den beiden Kanälen 6, 7 angeordnet Sie sind hinsichtlich dei dargestellten Strömungsrichtung im Kreisstrom 23 quer orientiert und werden von den Abgasen quer angeströmt Benachbarte Windungen dieser gewendelten Heizrohre 3 befinden sich in einem axialen Abstand 26 zueinander, wodurch eine einzelweise Überströmung der Rohrwindungen durch die Abgase ermöglicht wird. Hierdurch kommt es zu einer hohen Wärmeübergangszahl.

Die Querschnitte der Strömungswege in den beiden Abgaskanälen 6,7 sind so bemessen, daß sich annähernd die gleiche Strömungsgeschwindigkeit in allen Bereichen des Heizungskessels ergibt Unabhängig vom Ort und damit von der Brennernähe ergeben sich in allen Abschnitten der Kanäle 6, 7 annähernd gleich große Wärmeübergangszahlen. Schädliche Spitzentemperaturen im Bereich der Flammen 17 werden an den Heizrohren vermieden. Die im oberen Endbereich 21 des Kessels befindlichen Abgase haben annähernd die gleiche Temperatur, wie die im unteren Endbereich 20 des Kessels im Brennernähe befindlichen Abgase. Durch die hohen Urnwälzgeschwindigkeiten des Ventilators 10 ist die Temperatur praktisch überall gleich.

Die aus dem Kesselinnenraum 12 abzuführenden Gase gelangen durch einen Abgasstuf.en 11 zu einem nicht dargestellten Verbrennungsluftvorwärmer, der den Brenner 9 miit Verbrennungsluft zu versorgen hat Zur Steuerung der im Heizungskessel herrschenden Temperatur- und Druckverhältnisse ist im Abgasstutzen eine einstellbare Drossel 19 vorgesehen. Die Drehzahl des Motors 22 für den Antrieb des Ventilators 10 ist einstellbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Heizungskessel mit einem Brenner und einer Brennkammer sowie durch wenigstens eine zylinderförmige Trennwand gebildeten ringförmigen Abgaskanälen, in denen schraubenförmige Wärmeträger-Rohre und ein Ventilator angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (4) an ihren Stirnseiten mit beidendige Querverbindungen (13, 18) zwischen den Abgaskanälen (6, 7) bildendem Abstand zum Kesselmantel angeordnet ist

2. Heizungskessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilator (10) im Bereich der oberen Querverbindung (13) zwischen den Abgaskanälen (6, 7) angeordnet ist und der Kesselmantel an beiden stirnseitigen Endbereichen (20, 21) die Abgase in Kreisströmung lenkende Leitbleche (8) aufweist

3. Heizungskessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im inneren Abgaskanal (6) ein axial verlaufender Einsatzkörper (S) angeordnet ist.