DE29812607U1

DE29812607U1 - Heizkessel mit einem Brennraum

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Publication number: DE29812607U1
Application number: DE29812607U
Authority: DE
Original assignee: WACHTEL ERHARD
Current assignee: WACHTEL ERHARD
Priority date: 1998-07-15
Filing date: 1998-07-15
Publication date: 1998-09-17
Anticipated expiration: 2008-07-16
Also published as: AT3686U1

Description

Dipi.-Ing. J. Pfenning (-1994) Dipi.-Phys. K. H. Meinig (-1995) Dr.-Ing. A. Butenschön, München Dipi.-Ing. J. Bergmann* Berlin Dipi.-Phys. H. Nöth, München Dipi.-Chem. Dr. H. Reitzle, München Dip!.-Ing. U. Grambow, Dresden Dipi.-Phys. HJ. Kraus, München

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Dresden,

14. Juli 1998 GB/WD

Erhard Wachtel Miltitzer Str. 13

01665 Käbschütztal - OT Krögis

"Heizkessel mit einem Brennraum¹¹

Heizkessel mit einem Brennraum

Die Erfindung betrifft einen Heizkessel mit einem Brennraum nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Der Heizkessel kann sowohl mit einem Öl-, wie auch einem Gasbrenner ohne weiteres betrieben und die mit dem Brenner erzeugte Wärme optimal genutzt werden kann.

Ein Heizkessel, bei dem der Brenner in einer gesonderten Brennkammer direkt im Kessel aufgenommen ist, ist in DE 34 23 628 Al beschrieben. Durch die dort gewählte Anordnung des Brenners ist jedoch nur der Einsatz von Gasbrennern möglich und für Reparatur und Reinigung ist durch den in der Regel erforderlichen

Ausbau des Brenners ein erhöhter Aufwand zu verzeichnen.

Die heißen Abgase werden im Gegenstrom zu einem Wärmeabfuhrmedium (Gas oder Flüssigkeit) mäanderförmig geführt. Das Wärmeabfuhrmedium wird kalt von unten durch flache, rechteckige Profile geführt, bei denen die Profillängswände stellenweise miteinander verbunden sind.
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Es ist bekannt, daß bei ausgebildeter laminarer Strömung des heißen Abgases die Wärmeübertragung durch den sich ausbildenden Temperaturgradienten zum Inneren des Abgasstromes verschlechtert wird, da die äußeren Randbereiche abkühlen, das Zentrum des Abgasstromes jedoch höhere Temperaturen hat und so die Wärmeübertragung mit den geringeren Randtemperaturen verringert ist. Um diesem Problem entgegenzutreten, wird in DE 34 23 628 Al vorgeschlagen, Leitbleche zu verwenden, die mit Stufen oder Sicken versehen werden können. Dies hat jedoch neben erhöhten Kosten, wieder den Nachteil, daß sich im Abgasstrom enthaltene Partikel absetzen und durch Verschmutzung die Funktion beeinträchtigt wird, so daß eine häufigere Reinigung erforderlich ist. Die Verschmutzung kann sogar dazu führen, daß sich die Profilierung zusetzt und der gewünschte Verwirbelungseffekt verloren geht. Außerdem wird der Wärmeübergang durch die abgesetzten Partikel behindert, so daß der Wirkungsgrad verschlechtert wird.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, einen Heizkessel bezüglich seiner Wärmeübertragungseigenschaften auf einfache und kostengünstige Weise zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich bei Nutzung der in den untergeordneten Ansprüchen genannten Merkmale.

Der erfindungsgemäße Heizkessel verwendet wasserführende Profile mit rechteckigem Querschnitt, die in mehreren horizontalen Ebenen übereinander, jeweils in

einem Abstand voneinander angeordnet, sind. Das Wasser wird von einer seitlich und unten angeordneten Wasserzuführung zu und durch die wasserführenden Profile mäanderförmig nach oben in Richtung auf den Brennraum zu einem am Brennraum ausgebildeten, diesen umschließenden Wasserraum und von dort durch einen Wasseraustritt geführt.

Das heiße Abgas aus dem Brennraum wird bei Abgabe seiner fühlbaren Wärme im Gegenstrom durch Abgasräume, die durch die beabstandeten wasserführenden Profile ausgebildet sind, ebenfalls mäanderförmig geführt und unten abgezogen, wobei zur Abführung über einen Kamin ein zusätzlicher Ventilator vorgesehen sein kann.

Zur Führung des Abgases im Wärmetauscher sind zwischen den durch die wasserführenden Profile ausgebildeten horizontalen Ebenen Durchbrüche auscjebildet, die von Ebene zu Ebene alternierend an sich jeweils gegenüberliegenden Stirnseiten angeordnet sind. Die Durchbrüche haben eine Größe und/oder Form, daß eine Drosselwirkung im Abgasstrom beim Durchströmen der Durchbrüche und demzufolge auch eine Verwirbelung bewirkt wird, die die aufgebaute relativ laminare Abgasströmung zerstört, so daß der Wärmeübergang Abgas - Wasser über die Profilwände verbessert werden kann.

Vorteilhaft haben die Durchbrüche die Form eines Dreiecks, dessen Spitze jeweils in das Innere weist. Dies hat den Vorteil, daß der Abgasstrom besonders günstig verwirbelt wird, also der Innere relativ heiße Abgasanteil gleichmäßig an den äußeren Rand des Abgasstromes geführt wird. Da sich dieser Vorgang bei

jedem Durchströmen eines solchen Durchbruchs wiederholt kann die sich zwischenzeitlich wieder eingestellte laminare Strömung beseitigt und der Effekt immer wieder erreicht werden.
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Ein weiterer Vorteil einer solchen Durchbruchsform ist die einfache und kostengünstige Fertigung.

Zur Erhöhung der Stabilität und Senkung der Fertigungskosten können solche Profile als Halbzeug verwendet werden und in jeweils einer Ebene mehrere wasserführende Profile parallel nebeneinander und gasdicht angeordnet sein, so daß der Abgasstrom ausschließlich über die Durchbrüche geführt wird. Die Strömungsrichtung des Wassers ist in jeder Ebene, auch wenn sie aus mehreren Profilen gebildet ist, gleich.

Die wasserführenden Profile benachbarter Ebenen sind über stirnseitig angeordnete Profile miteinander, wieder an jeweils sich gegenüberliegenden Stirnseiten verbunden, über die das Wasser von Ebene zu Ebene geführt wird.

Sämtliche Profile können aus Stahl sein und demzufolge auch einfach und kostengünstig miteinander verschweißt werden.

Die wasserführenden Profile sollten eine Wandstärke von mindestens 3 mm haben, um den auftretenden Drükken zu widerstehen.

Durch eine lichte Weite der wasserführenden Profile von mindestens 8 mm, bevorzugt mindestens 14 mm wird der unerwünschte Kavitationseinfluß infolge Druck-,

Temperatur und Strömungsgeschwindigkeitsschwankungen vermieden, da das sich sukzessiv erwärmende Wasser relativ gleichmäßig von unten nach oben strömt und durch keine Querschnittsverengungen negativ beeinflußt wird.

Der erfindungsgemäße Heizkessel kann zusätzlich weitergebildet werden, wenn bevorzugt zumindest im untersten Abgasraum ein Element eingelegt wird, das die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases verringert. Ein solches Element kann ein Gitter aus einem hitzebeständigen Material sein, das bei der Reinigung einfach entfernt werden kann. Im einfachsten Fall kann ein metallisches Streckmetallgitter verwendet werden, das kommerziell erhältlich ist.

Die wasserführenden Profile der obersten Ebene, unterhalb des Brennerraumes, sind gegenüber den darunterliegenden verkürzt, so daß an einer Seite ein vergrößerter Eintritt für das Abgas ausgebildet ist.

Dieser Eintritt sollte bevorzugt zumindest etwa einen freien Querschnitt aufweisen, der dem Durchmesser des Brennraumes entspricht, so daß nur eine kleine Drosselwirkung in diesem Bereich zu verzeichnen ist und ein Abgas- bzw. Wärmestau dort vermieden wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Heizkessel kann eine sehr kleine Temperaturdifferenz zwischen Abgas und erwärmtem Wasser von 5 °K erreicht werden. 30

Nachfolgend soll die Erfindung an Hand eines Beispiels näher beschrieben werden.

Dabei zeigen:

Figur 1 eine Seitenansicht im Schnitt eines Beispiels eines erfindungsgemäßen Heizkessels; Figur 2 eine Vorderansicht im Schnitt eines Heizkessels nach Figur 1 und

Figur 3 eine Schnittdarstellung eines Heizkessels gemäß den Figuren 1 und 2 von oben.

Bei dem im Figur 1 gezeigten Beispiel eines erfindungsgemäßen Heizkessels ist oberhalb eines Wärmetauschers, in dem Wasser W mit dem erzeugten Abgas A erwärmt werden kann, ein Brennraum 2 angeordnet, an den von der linken Seite ein nicht dargestellter Brenner angeflanscht werden kann.

Unterhalb des Brennraumes 2 sind wasserführende Profile 1 in mehreren übereinander liegenden horizontalen Ebenen angeordnet, die jeweils stirnseitig und hier an alternierend wechselnden Seiten mit weiteren wasserführenden Profilen 1' verbunden, so daß das durch den Wassereintritt 7 eingeführte kalte Wasser W von und unten nach oben mäanderförmig geführt wird.

Da die in den einzelnen horizontalen übereinanderliegenden Ebenen angeordneten wasserführenden Profile 1 voneinander beabstandet sind, sind zwischen ihnen Abgasräume 3 ausgebildet, durch die das heiße Abgas A im Gegenstrom zum Wasser W geführt wird.

Das erwärmte Wasser W kann oberhalb des Brennraumes 2 über einen Wasseraustritt 5 abgezogen und genutzt werden.

In der Figur 2 wird deutlich, daß der Brennraum 2 von

einem Wasserrauiti I'' umschlossen ist, wobei Stege 6 den Brennraum 2 einmal fixieren und zum anderen als Trennwände für das Wasser fungieren und so verhindern, daß das Wasser auf dem kürzesten Weg zum Wasseraustritt 5 gelangen kann und der Brennraum 2 allseitig umströmt wird.

Außerdem ist erkennbar, daß in einer Ebene mehrere wasserführende Profile 1 nebeneinander angeordnet sind, durch die das Wasser W jeweils in der gleichen Richtung strömt, wie dies mit den in Kreisen aufgenommen Punkten bzw. Kreuzen verdeutlicht ist.

Der Figur 3 sind die Durchbrüche 4 für das Abgas A zu entnehmen, die bei diesem Fall die günstige Dreiecksform haben, wobei hier ein ungleichschenkliges Dreieck ausgebildet ist und an einer Stirnseite jeweils zwei solcher Durchbrüche 4 vorhanden sind. Durch die gestrichelte Darstellung der Durchbrüche 4 an einer Stirnseite wird zum Ausdruck gebracht, daß die Durchbrüche 4 benachbarter Ebenen jeweils an gegenüberliegenden Stirnseiten ausgebildet sind.

Die angedeuteten Stromungslinien verdeutlichen den Übergang der sich ausgebildeten laminaren Strömung des Abgases A, infolge der Form der Durchbrüche 4, so daß bei jedem Durchgang durch einen Durchbruch 4 eine Verwirbelung erreicht wird.

Claims

Schutzansprüche

1. Heizkessel mit einem Brennraum, an dem ein Brenner anflanschbar ist und an dem unterhalb des Brennraumes ein Wärmetauscher, der aus flachen,

geschlossenen wasserführenden Profilen, mit rechteckigem Querschnitt gebildet ist, durch den Wasser von unten nach oben und Abgas im Gegenstrom mäanderförmig über mehrere übereinander angeordnete horizontale Ebenen geführt sind,

dadurch gekennzeichnet,

daß in den wasserführenden Profilen (1) sich jeweils alternierend an gegenüberliegenden Stirnseiten Durchbrüche (4) für das Abgas (A) ausgebildet sind, die durch ihre Form und/oder Größe eine Drosselwirkung hervorrufen.

2. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrüche (4) in Form von Dreiecken ausgebildet sind, deren Spitze in das In

nere gerichtet ist.

3. Heizkessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Ebene mehrere wasse'rführende Profile (1) parallel nebeneinander an

geordnet sind.

4. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den Stirnseiten der wasserführenden horizontalen Profile (1)

weitere Profile (1') vorhanden sind, über die Wasser (W) in die Profile (1) der nächst höheren Ebene geführt ist.

5. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, daß die wasserführenden Profile (1) eine Wandstärke von mindestens 3 mm haben.

6. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennraum (2) mit einem zusätzlichen Wasserraum (I'') umschlossen ist, an dem der Wasseraustritt (5) angeordnet ist.

7. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest in einem Abgasraum (3), der zwischen aus wasserführenden Profilen (1) gebildeten Ebenen angeordnet ist,

ein Element zur Verringerung der Abgasgeschwindigkeit eingelegt ist.

8. Heizkessel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein solches Element ein Gitter aus einem hitzebständigen Material ist.

9. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die wasserführenden Profile (1) eine lichte Weite von mindestens mm aufweisen.

10. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die wasserführenden Profile (1) der obersten Ebene so verkürzt isind,

daß für den Eintritt des Abgases zumindest nahezu ein freier Querschnitt vorhanden ist, der dem Durchmesser des Brennraumes (2) entspricht.