DE69106466T2 - Boiler with reinforced intermediate elements. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen verbesserten Gliederkessel aus Gußeisen mit mindestens einem verstärkten Zwischen- Austauscherelement, das zusätzliche Austauschflächen bildet. Insbesondere durchgreifen die zusätzlichen Austauschflächen jedes verstärkten Zwischen-Austauscherelementes die Verbrennungskammer.The invention relates to an improved cast iron sectional boiler with at least one reinforced intermediate exchanger element which forms additional exchange surfaces. In particular, the additional exchange surfaces of each reinforced intermediate exchanger element pass through the combustion chamber.

Die Erfindung betrifft ferner ein solches verstärktes Zwischen-Austauscherelement für Kessel aus Gußeisen von mittlerer und großer Leistung im Bereich der Hausheizung, der Zentralheizung und der semi-industriellen Heizung.The invention further relates to such a reinforced intermediate exchanger element for cast iron boilers of medium and high output in the field of domestic heating, central heating and semi-industrial heating.

Die Kessel, auf die sich die Erfindung bezieht, bestehen aus einer horizontalen Folge von Austauscherelementen, die durch horizontale Nebeneinanderreihung unter sich mittels Anker und Anschlußstücken verbunden sind.The boilers to which the invention relates consist of a horizontal sequence of exchange elements, which are connected to one another by means of anchors and connecting pieces by means of horizontal juxtaposition.

Es ist aus der FR-A-2 071 754 (Buderus) ein Heizkessel mit nebeneinander angeordneten Austauscherelementen bekannt.A heating boiler with exchanger elements arranged next to each other is known from FR-A-2 071 754 (Buderus).

Diese Austauscherelemente umfassen üblicherweise vertikale Rauchzüge, die den Brennraum mit den oberen Sammelkanälen verbinden. Die einzige Besonderheit bei diesem Kessel sind Leitrippen, die im wesentlichen senkrecht an den thermischen Austauschflächen angeordnet oder ausgebildet sind, sowie an diesen in verschiedenen Höhen vorgesehene horizontale Schikanen.These exchanger elements usually include vertical flues that connect the combustion chamber with the upper collecting ducts The only special feature of this boiler are guide fins, which are arranged or formed essentially vertically on the thermal exchange surfaces, as well as horizontal chicanes provided on these at different heights.

Dieser Vorschlag sieht keine Austauschstruktur vor, die das Wasser führt und die Verbrennungskammer durchgreift.This proposal does not provide for an exchange structure that carries the water and passes through the combustion chamber.

Auch wenn die auf diesen Austauscherelementen befindlichen Rippen und Schikanen wohl zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades beitragen, ist dieser begrenzt und ein bestimmter Raum der Verbrennungskammer bleibt ungenützt.Even though the fins and baffles on these exchange elements contribute to increasing the efficiency, this is limited and a certain area of the combustion chamber remains unused.

Aus Gründen der Konstruktion, der Größe und des Wirkungsgrades oder der Leistungsfähigkeit der Austauscherelemente steigt die Länge der Verbrennungskammer solcher Kessel ab einer bestimmten Leistung schnell an. Diese Zunahme ist so stark, daß die Verbrennungskammer schnell beträchtlich länger als die Flamme wird oder die Standardlängen überschreitet.For reasons of design, size and efficiency or capacity of the exchanger elements, the length of the combustion chamber of such boilers increases rapidly above a certain power. This increase is so great that the combustion chamber quickly becomes considerably longer than the flame or exceeds the standard lengths.

Es können deshalb die Kessel nicht unter optimalen Bedingungen betrieben werden und sie weisen Längen auf, die kaum vereinbar sind mit dem gegenwärtigen Bemühen um die Kompaktheit solcher Kesselanlagen.The boilers cannot therefore be operated under optimal conditions and they have lengths that are hardly compatible with the current efforts to make such boiler systems compact.

Diese Probleme sind durch den Kessel gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die technischen Merkmale und andere Vorteile der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung eines nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:These problems are solved by the boiler according to claim 1. The technical features and other advantages of the invention are explained in the following description of a non-limiting embodiment with reference to the accompanying drawing. In the drawing:

Figur 1 eine Ansicht des verstärkten Zwischen-Austauscherelementes, mit dem der erfindungsgemäße Kessel ausgerüstet ist,Figure 1 is a view of the reinforced intermediate exchanger element with which the boiler according to the invention is equipped,

Figur 2 eine schematische Ansicht im Vertikalschnitt II-II der Figur 1 eines solchen Kessels, der die Anordnung des Zwischen-Austauscherelementes und die Zirkulation des Gases und der Verbrennungsgase zeigt.Figure 2 is a schematic view in vertical section II-II of Figure 1 of such a boiler, showing the arrangement of the intermediate exchanger element and the circulation of the gas and the combustion gases.

Die Erfindung bringt zahlreiche Vorteile mit sich, wie die nachgenannten:The invention brings with it numerous advantages, such as the following:

- bei gleicher Leistung erlaubt sie, das Gewicht und den Endpreis durch bedeutsame Materialersparnis, Verkürzung der Montagezeit und geringere Transportkosten beträchtlich zu verringern,- with the same performance, it allows the weight and the final price to be reduced considerably by significant material savings, shortening of assembly time and lower transport costs,

- die Verringerung der Dimensionierung der Rauchzüge erlaubt es, die Bauhöhe zu reduzieren,- reducing the dimensions of the flues allows the construction height to be reduced,

- es kann die Gesamtleistung des Kessels unter Beibehaltung der Baugröße in der Länge gesteigert werden,- the overall output of the boiler can be increased while maintaining the same size in length,

- die entgegengesetzte Krümmung der Wasserzweige gestattet es, ausreichende Strömungsquerschnitte im oberen Teil der Verbrennungskammer für einen guten thermischen Übergang zur Verfügung zu stellen und trägt zu einem besseren Verhalten bei Dilatationen und Thermoschocks bei.- the opposite curvature of the water branches allows sufficient flow cross-sections to be provided in the upper part of the combustion chamber for a good thermal transition and contributes to a better behavior in the event of dilations and thermal shocks.

Zuerst wird auf Figur 2 Bezug genommen, die das gemäß der Erfindung verbesserte Konstruktionsprinzip des Kessels zeigt.First, reference is made to Figure 2, which shows the improved construction principle of the boiler according to the invention.

Der Kessel setzt sich in herkömmlicher Weise zusammen aus einem Frontwandelement 1, auf dem ein Brenner 2, z.B. mit Gebläse montiert ist, einem Rückwandelement 3 und aus einfachen 4 oder verstärkten 5 Zwischen-Austauscherelementen. Der Aufbau wird durch horizontale Anschlußstücke und Anker verbunden. Die Austauscherelemente 4 und 5 bilden im oberen Teil Rauchzüge 6 mit Spitzen und Lamellen, die symmetrisch in mehreren horizontalen Ebenen angeordnet sind.The boiler is conventionally composed of a front wall element 1 on which a burner 2, e.g. with a fan, is mounted, a rear wall element 3 and simple 4 or reinforced 5 intermediate exchanger elements. The structure is connected by horizontal connectors and anchors. The exchanger elements 4 and 5 form flues 6 in the upper part with tips and fins that are arranged symmetrically in several horizontal planes.

Man erkennt eine erste Gruppe 7, längs der die Gase und Verbrennungsgase im Kessel nach vorne entlang einer horizontalen Hinführung A über eine Umlenkkammer 8 an der Rückwand und dann längs einer zweiten Gruppe 9 aus mehreren Rauchzugebenen, nach hinten entlang einer horizontalen Rückführung B über einen Sammler 10 an der Vorderwand abgezogen werden.One can see a first group 7, along which the gases and combustion gases in the boiler are drawn off to the front along a horizontal feed line A via a deflection chamber 8 on the rear wall and then along a second group 9 made up of several smoke outlets, to the rear along a horizontal return line B via a collector 10 on the front wall.

Die Austauscherelemente 4 und 5 bilden in ihrer zweiten Hälfte einen Flammendurchgang 11 bzw. 12, der für die ersteren vollkommen frei oder durch zusätzliche Austauscherelemente für die zweiten, von denen später die Rede sein wird, besetzt ist.The exchanger elements 4 and 5 form in their second half a flame passage 11 or 12, which is completely free for the former or occupied by additional exchanger elements for the latter, which will be discussed later.

Der Brenner erzeugt eine Flamme 13, die sich längs einer Verbrennungskammer 14 entwickelt, die ihrerseits durch die Folge der Flammendurchgänge 11 und 12 der verschiedenen einfachen und dann der verstärkten Zwischen-Austauscher gebildet ist, die wiederum einen ersten Abschnitt 15 und einen zweiten Abschnitt 16 begrenzen.The burner produces a flame 13 which develops along a combustion chamber 14 which is in turn formed by the succession of flame passages 11 and 12 of the various simple and then reinforced intermediate exchangers, which in turn delimit a first section 15 and a second section 16.

Das besondere Merkmal dieses Kessels findet sich in Höhe der verstärkten Zwischenelemente 5, von denen eines im Detail in Figur 1 dargestellt ist. Diese verstärkten Zwischenelemente 5 setzen sich so zusammen, daß nach der Montage der zweite Abschnitt 16 der Verbrennungskammer 14 mit zusätzlichen Austauschflächen versehen ist. Diese werden durch eine Gruppe zusätzlicher Wasserkanäle gebildet, die den Flammendurchgang durchgreifen und mit dem Wasserzirkulationsmantel 17 kommunizieren, der die Verbrennungskammer umgibt.The special feature of this boiler is found in the height of the reinforced intermediate elements 5, one of which is shown in detail in Figure 1. These reinforced intermediate elements 5 are assembled in such a way that, after assembly, the second section 16 of the combustion chamber 14 is provided with additional exchange surfaces. These are formed by a group of additional water channels which pass through the flame passage and communicate with the water circulation jacket 17 which surrounds the combustion chamber.

Es handelt sich um Kanäle in Form von wenigstens zwei symmetrischen Wasserzweigen 18 und 19, die im oberen Zentralbereich verbunden sind. Sie kommunizieren mit dem Wasserzirkulationsmantel 17 einerseits im oberen Zentralabschnitt der Verbrennungskammer 14, andererseits über die unteren Seitenteile dieser Kammer. Um den Wärmeaustausch zu verbessern, sind die Außenoberflächen der Wände der Wasserzweige 18 und 19 in herkömmlicher Weise mit Spitzen und Lamellen 20 versehen, die den Wärmeübergang begünstigen.These are channels in the form of at least two symmetrical water branches 18 and 19 connected in the upper central area. They communicate with the water circulation jacket 17 on the one hand in the upper central section of the combustion chamber 14, and on the other hand via the lower side parts of this chamber. In order to improve the heat exchange, the outer surfaces of the walls of the water branches 18 and 19 are provided in a conventional manner with tips and fins 20 which promote the heat transfer.

Diese Wasserzweige 18 und 19 begrenzen auf dem Abschnitt innerhalb des Flammendurchgangs an jedem verstärkten Zwischenelement 5 angrenzende Bereiche mit einem Querschnitt gekrümmter Kontur und von im wesentlichen dreieckig länglicher Form, wie einen unteren Hauptbereich 21 und angrenzende obere Bereiche 22 und 23. Diese Bereiche bilden durch Nebeneinanderreihung der verstärkten Zwischen-Austauscherelementen drei verschiedene Luftkanäle 24, 25 und 26, entlang denen die luftunterstützte Flamme sich ausbreitet, geteilt und abgeführt wird.These water branches 18 and 19 delimit, on the section inside the flame passage, on each reinforced intermediate element 5, adjacent regions with a cross-section of curved contour and of substantially triangularly elongated shape, such as a lower main region 21 and adjacent upper regions 22 and 23. These regions, by juxtaposing the reinforced intermediate exchanger elements, form three different air channels 24, 25 and 26 along which the air-supported flame spreads, divides and is discharged.

Diese Wasserarme 18 und 19 wirken in zweifacher Hinsicht zusammen: einerseits vergrößern sie spürbar die Austauschflächen, andererseits verringern sie entsprechend die Länge der Verbrennungskammer 14, wodurch bei gleicher Leistung der Kessel wesentlich kompakter wird.These water arms 18 and 19 work together in two ways: on the one hand, they noticeably increase the exchange surfaces, on the other hand, they reduce the length of the combustion chamber 14 accordingly, which makes the boiler much more compact while maintaining the same output.

Wie Figur 1 zeigt, ist die Konkavität dieser Wasserzweige nach oben gerichtet, im Gegensatz zur früheren technischen Lehre und der technischen Üblichkeit, wonach die Anwendung einer entgegengesetzt gerichteten Konkavität untersucht und empfohlen wurde. Dies entsprach zwei Hauptzielen: Zum einen wurde die thermische Konvektion des Wassers begünstigt, zum anderen wurde die Verbrennungskammer, die auf jeden Fall als vollkommen freier Raum ohne irgendwelche Einbauten verbleiben sollte, so frei wie möglich gehalten.As shown in Figure 1, the concavity of these water branches is directed upwards, contrary to previous technical teaching and practice, which studied and recommended the use of an oppositely directed concavity. This met two main objectives: firstly, to encourage thermal convection of the water, and secondly, to keep the combustion chamber as free as possible, which in any case had to remain a completely free space without any built-in elements.

Nach Montage des Kessels setzt sich die Verbrennungskammer 14 aus dem ersten herkömmlichen Teil 15 mit vollkommen offenem Raum und dem zweiten Teil 16 zusammen, der teilweise durch die Folge der Wasserzweige 18 und 19 der nebeneinander angeordneten verstärkten Austauscher 5 durchsetzt ist.After assembly of the boiler, the combustion chamber 14 is composed of the first conventional part 15 with a completely open space and the second part 16 which is partially penetrated by the series of water branches 18 and 19 of the reinforced exchangers 5 arranged side by side.

Diese heißen Gase und Verbrennungsgase werden im Kessel nach vorne rückgeführt entlang des Rauchzuges A und werden zum Ausgang der Gase und Verbrennungsgase im oberen Teil der Rückwand 3 über die oberen Rauchzüge B geführt, die auf mehreren horizontalen Ebenen angeordnet sind.These hot gases and combustion gases are returned to the front of the boiler along the flue A and are led to the gases and combustion gases outlet in the upper part of the rear wall 3 via the upper flues B, which are arranged on several horizontal levels.

Selbstverständlich können Form und Anzahl der Wasserzweige 18 und 19 modifiziert werden, wobei dieselbe erfinderische Idee beibehalten wird, um eine bessere Anpassung an die Leistung und die geforderte Kessellänge zu erreichen.Of course, the shape and number of water branches 18 and 19 can be modified, while maintaining the same inventive idea, in order to achieve a better adaptation to the power and the required boiler length.

Claims (10)

1. Kessel, insbesondere Gliederkessel aus Gußeisen, bestehend aus äußeren Austauscherelementen (1, 3) und Zwischen-Austauscherelementen (4, 5), welche nach dem Verbinden eine Verbrennungskammer (14) bilden, Rauchzügen (A, B) (6) zur Hin- (A) und Rückführung (B) der erhitzten Gase und Verbrennungsgase, Zirkulationskanälen für Wasser, welche die Verbrennungskammer und die Rauchzüge umschließen, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungskammer (14) auf einem Teil wenigstens ihrer Länge von einer Mehrzahl von Wasserzweigen (18, 19) durchgriffen ist, welche verschiedene Luftkanäle (24, 25, 26) begrenzen, die in zumindest einem Zwischen-Austauscherelement (4, 5) zusätzliche Austauscherflächen bilden, entlang denen die luftunterstützte Flamme sich ausbreitet, geteilt und abgeführt wird.1. Boiler, in particular a cast iron sectional boiler, consisting of external exchanger elements (1, 3) and intermediate exchanger elements (4, 5) which after being connected form a combustion chamber (14), flues (A, B) (6) for the forward (A) and return (B) of the heated gases and combustion gases, circulation channels for water which enclose the combustion chamber and the flues, characterized in that the combustion chamber (14) is penetrated over at least part of its length by a multiplicity of water branches (18, 19) which delimit various air channels (24, 25, 26) which form additional exchanger surfaces in at least one intermediate exchanger element (4, 5) along which the air-supported flame spreads, is divided and discharged. 2. Kessel nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungskammer zwei Wasserzweige (18, 19) aufweist.2. Boiler according to the preceding claim, characterized in that the combustion chamber has two water branches (18, 19). 3. Kessel nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserzweige (18, 19) mit einer konkaven Form nach oben gerichtet sind.3. Boiler according to one of claims 1 or 2, characterized in that the water branches (18, 19) are a concave shape pointing upwards. 4. Kessel nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserzweige (18, 19) einerseits im oberen Zentralteil der Kammer (14) , andererseits über die unteren Seitenwände der Kammer mit dem Wasserumlaufmantel (17) kommunizieren.4. Boiler according to one of claims 2 or 3, characterized in that the water branches (18, 19) communicate on the one hand in the upper central part of the chamber (14), and on the other hand via the lower side walls of the chamber with the water circulation jacket (17). 5. Zwischenelement für den Kessel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zusätzliche Austauscherflächen in dem für die Verbrennungskammer (14) vorgesehenen Hohlraum.5. Intermediate element for the boiler according to claim 1, characterized by additional exchange surfaces in the cavity provided for the combustion chamber (14). 6. Zwischenelement nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Austauscherflächen durch die Wände der Wasserzweige (18, 19), die mit dem die Verbrennungskammer (14, 15) umgebenden Wassermantel (17) in Verbindung stehen, gebildet sind.6. Intermediate element according to the preceding claim, characterized in that the additional exchanger surfaces are formed by the walls of the water branches (18, 19) which are connected to the water jacket (17) surrounding the combustion chamber (14, 15). 7. Zwischenelement nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Wasserzweige (18, 19) vorgesehen sind.7. Intermediate element according to the preceding claim, characterized in that two water branches (18, 19) are provided. 8. Zwischenelement nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserzweige (18, 19) mit einer konkaven Form nach oben gerichtet sind.8. Intermediate element according to one of claims 5 to 7, characterized in that the water branches (18, 19) are directed upwards with a concave shape. 9. Zwischenelement nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wasserzweige (18, 19) miteinander verbunden und symmetrisch ausgebildet sind und mit dem Wassermantel (17) einerseits im oberen Zentralteil der Kammer (14) andererseits über die unteren Seitenteile der Kammer kommunizieren.9. Intermediate element according to the preceding claim, characterized in that the two water branches (18, 19) are connected to each other and are symmetrical and are connected to the water jacket (17) on the one hand in the upper central part of the chamber (14) on the other hand, communicate via the lower side parts of the chamber. 10. Zwischenelement nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Flächen und die Wände der Wasserzweige (18, 19) mit Austauscherspitzen oder -lamellen (20) versehen sind.10. Intermediate element according to one of claims 5 to 9, characterized in that the additional surfaces and the walls of the water branches (18, 19) are provided with exchanger tips or lamellae (20).