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Heizungskessel
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liegt und gegen dessenErfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die parallel zur Längsachse des hohlzylindrischen
Zwischenraumes liegende Austrittsöffnung für den Abzug der Verbrennungsgase aus dem Zwischenraum in unmittelbarer Nähe der Durchtrittsöffnung liegt, die als über den grössten Teil der axialen Länge des Zwi- schenraumes reichender, unmittelbar in den Zwischenraum mündender Schlitz ausgebildet ist, und der Zwischenraum durch eine zwischen der Durchtrittsöffnung und der Austrittsöffnung sich über die ganze
Länge des Zwischenraumes erstreckende, zur Achse des Zwischenraumes parallele Trennwand unterbro- chen ist.
Die heissen Verbrennungsgase treten dabei aus dem Feuerraum durch den Längsschlitz in den hohlzylindrischen Zwischenraum ein und werden in Umfangsrichtung um diesen herumgeleitet, wobei sie stets die gesamte Heizfläche des hohlzylindrischen Zwischenraumes bestreichen. Es hat sich gezeigt, dass durch dieseAusbildung des Heizungskessels eine sehr hohe Heizflächenbelastung erzielt werden kann, so dass sich bei kleinen Kesselabmessungen eine grosseleistung ergibt. Zufolge des besonders einfachen
Aufbaues des erfindungsgemässen'Heizungskessels, bei welchem um den hohlzylindrischen Zwischenraum herum verlaufende Leitwände entfallen können, sind die Verbrennungsgaswege überall zugänglich und können leicht kontrolliert und gereinigt werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Austrittsöffnung ein zum Zwischenraum achsparal- leier Austrittskanal vorgelagert sein, der über die Länge des Zwischenraumes reicht und in den die Ver- brennungsgase an dem der Durchtrittsöffnung abgekehrten Ende des Zwischenraumes durch eine schrimför- mige Leitfläche der Trennwand umgelenkt werden. Dadurch wird verhindert, dass die Verbrennungsgase im hohlzylindrischen Zwischenraum auf kurzem Wege in den Austrittskanal abströmen und die dem Aus- trittskanal gegenüberliegenden Teile der Heizflächen nur ungenügend bestreichen. Durch diese Massnahme werden somit die zur Verfügung stehenden Wärmeübergangsflächen besser ausgenützt, wobei die Abgas- temperatur gesenkt wird, und sich eine Steigerung des Wirkungsgrades ergibt.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung können zur örtlichen Steigerung der Geschwindigkeit der
Verbrennungsgase in dem Zwischenraum parallel zu dessen Achse liegende, vorzugsweise stabförmige Ver- drängungskörper mit allseitigem Spiel gegen die Wände des Zwischenraumes angeordnet sein. Ausser der
Beschleunigung des Rauchgasstromes durch die so geschaffenen Querschnittsverengungen wird in den Be- reichen hinter den Verdrängungskörpern eine Verwirbelung erzielt, die den Wärmeübergang zwischen den
Verbrennungsgasen und den beiden Wassermänteln ebenfalls begünstigt. Die eingesetzten Verdrängungs- körper bewirken eine Vergrösserung des Durchströmwiderstandes im hohlzylindrischen Zwischenraum, so dass bei gleichzeitiger Druckerhöhung am Brenner die Leistung gesteigert werden kann.
Durch Wahl der
Anzahl und der Querschnittsform der eingebauten Verdrängungskörper in Verbindung mit einer entspre- chenden Wahl des Brennerdruckes ergibt sich somit auf einfache Weise die Möglichkeit, den erfindungs- gemässen Heizungskessel bei gleichbleibenden Aussenabmessungen innerhalb weiter Grenzen auf die ge- wünschte Leistung einzustellen. Der hohlzylindrische Zwischenraum kann dabei auf einer Stirnseite durch einen Deckel, der zweckmässig auch den Feuerraum nach aussen abschliesst und den Brenner trägt, abge- schlossen sein. Hiebei können die Verdrängungskörper nach Öffnen des Deckels leicht ausgewechselt und die Abgaswege gereinigt werden. Die Leistung des Heizungskessels kann so bei Bedarf mühelos auch noch nachträglich geändert werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzen die Verdrängungskörper einen keil- förmigen Querschnitt, dessen Spitze gegen die Durchströmrichtung der Verbrennungsgase gerichtet ist. Es hat sich gezeigt, dass bei dieser Ausbildung im Bereich der Verdrängungskörper eine verlustarme Beschleu- nigung der Verbrennungsgase erzielt wired und sich im Bereich hinter den Verdrängungskörpern eine starke
Wirbelbildung ergibt, so dass ein ausgezeichneter Wärmeübergang zu den beiden Wassermänteln gewähr- leistet ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles, welches in der Zeichnung dargestellt ist. Die Fig. 1 und 2 zeigen je einen axialen
Längsschnitt durch den erfindungsgemässen Heizungskessel in zueinander senkrechten Ebenen, wobei in 'Fig. 2 der obere Teil weggelassen ist. Fig. 3 zeigt hiezu ein Detail in vergrössertem Massstab.
Der Heizungskessel besteht aus einem den Feuerraum 1 umschliessenden, im wesentlichen zylind- risch ausgebildeten Wassermantel 2 und einem zweiten Wassermantel 3, der den erstgenannten Wasser- mantel 2 umgibt. Die beiden Wassermäntel 2 und 3 bilden einen hohlzylindrischen Zwischenraum 4, der zur Weiterleitung der aus dem Feuerraum 1 austretenden Verbrennungsgase dient. Der Brenner 5 ist mit seiner Hauptachse 5'koaxiÅal zum Wassermantel 2 angeordnet und mündet in den Feuerraum 1, wobei die
Flamme gegen die stirnseitige Abschlusswand 6 des Feuerraumes 1 gerichtet ist. Der Feuerraum 1 ist nach aussen durch einen Deckel 7 abgeschlossen, der z. B. mittels einer Keramikplatte 8 wärmeisoliert ist und an welchem der Brenner 5 samt seinem Ventilator 9 befestigt ist.
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Der Feuerraum 1 steht mit dem hohlzylindrischen Zwischenraum 4 über einen im Wassermantel 2 vorgesehenen achsparallel verlaufenden Längsschlitz 10 in Verbindung, der an der tiefsten Stelle des Wassermantels 2 liegt. Der hohlzylindrische Zwischenraum 4 ist auf einer Seite des Längsschlitzes 10 durch eine in Achsrichtung durchgehende Trennwand 11 (Fig. 2) aus Schamotte oder einem andern hitze- beständigen Material abgeschlossen und auf der vom Längsschlitz 10 abgewendeten Seite der Trennwand 11 mit einem den zweiten Wassermantel 3 durchsetzenden Austrittskanal 12 für die Verbrennungsgase verbunden.
Ausserdem ist im hohlzylindrischen Zwischenraum 4 in Durchströmrichtung der Verbrennungsgase unmittelbar vor dem Austrittskanal 12 eine von einem Ende des Zwischenraumes 4 ausgehende und über den grösseren Teil der axialenlängsausdehnung desselben sich erstreckende Leitwand 13 für die Verbrennungsgase vorgesehen, die sich im vorliegenden Fall nicht über die ganze radiale Breite des Zwischenraumes 4 erstreckt. Der Feuerraum 1 ist auf der dem Brenner 5 zugekehrten Seite durch eine ebenfalls wasserführende hohle Stirnwand 15 des Wassermantels 2 bis auf den Brennerdurchtritt abgeschlossen.
An der geschlossenen Stirnseite des Wassermantels 2 ist an der Abschlusswand 6 ein dem Brenner 5 gegenüberliegender feuerfester Reflektor 14, z. B. aus Magnesitstein, vorgesehen. Die Flamme des Brenners 5 wird sich-etwa in der in Fig. l dargestellten Form ausbilden ; sie ist also gegen den Reflektor 14 gerichtet, der zum Glühen kommt und einen besseren Ausbrand der Flamme durch Restverdampfung unverbrannter Öl- bzw. Gasteilchen (Vermeidung von Russbildung) sowie eine gleichmässigere Verteilung der Flammenform im Feuerraum 1 bewirkt. Ausserdem erleichtert dieser Reflektor eine Umlenkung der Flamme zumlängsschlitz 10, welcheEigenschaftdurchentsprechende Formgebung des Reflektors begünstigt werden kann.
Die Wärmeübertragung erfolgt somit im Inneren des Feuerraumes 1 im wesentlichen durch Strahlung.
Die heissen Verbrennungsgase strömen aus dem Feuerraum 1 in Richtung des Pfeiles 16 in Fig. 2 durch denlängsschlitz 10 in den hohlzylindrischenZwi < ! chenraum 4 und werden zufolge der Trennwand 11 in Fig. 2 im Uhrzeigersinn durch diesen hindurch in den Austrittskanal 12 geleitet. Infolge der verhält-
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über die axiale Längserstreckung des Zwischenraumes 4, so dass ein guter Wärmeübergang vom Verbrennungsgas zu den beiden Wassermänteln erzielt wird. Die Leitwand 13 verhindert dabei, dass die Verbrennungsgase auf kurzem Wege in den Austrittskanal 12 abströmen und der Wärmeübergang auf der dem Austrittskanal axial gegenüberliegenden Seite des Zwischenraumes 4 verschlechtert wird.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind im hohlzylindrischen Zwischenraum 4 in Achsrichtung verlaufende stabförmige Verdrängungskörper 17 mit Spiel gegen dessen Begrenzungswände angeordnet. Diese Verdrängungskörper 17, von denen einer in Fig. 3 in Ansicht dargestellt ist und die z. B. auf entsprechenden Ansätzen 17'axial ausziehbar eingesetzt sind, besitzen einen keilförmigen Querschnitt, dessen Spitze gegen die Durchflussrichtung der Verbrennungsgase gerichtet ist. Durch die Verdrängungskörper 17 wird eine Querschnittsverringerung des Zwischenraumes 4 bewirkt, die eine Beschleunigung der durchströmenden Verbrennungsgase in den Bereichen dieser Verdrängungskörper zur Folge hat.
Auf Grund der der Keilform der Verdrängungskörper 17 kommt es ausserdem in den Bereichen hinter diesen zu einer starken Wirbelbildung, wodurch die Verbrennungsgase gut miteinander vermischt werden. Die Verdrängungskörper nehmen eine sehr hohe Temperatur an, wodurch den umgebenden Flächen der Wassermäntel zusätzlich Wärme durch Strahlung zugeführt wird. Die Verdrängungskörper können z. B. aus dünnem Chromstahlblech bestehen.
Innerhalb des hohlzylindrischen Zwischenraumes 4 erfolgt der Wärmeübergang zwischen dem Verbrennungsgas und dem Kesselwasser hauptsächlich durch Konvektion, wobei der Wärmeübergang durch die höheren Gasgeschwindigkeiten in den Bereichen der Verdrängungskörper 17 und durch die Wirbelbildung zwischen diesenBereichen wesentlich verbessert wird. Es besteht dabei bei gleichbleibender Austrittstemperatur von etwa 2000C die Möglichkeit, den Brennerdruck zu erhöhen und dadurch wesentlich höhere spezifische Heizflächenbelastungen zu erreichen, wodurch auch die Leistung des Heizungskessels bei gleichbleibenden Abmessungen erhöht wird.
Durch Wahl der Anzahl, der Querschnittsform und der Abmessungen der Verdrän- gungskörper 17 kann derDurchströmwiderstand im hohlzylindrischen Zwischenraum beliebig gewählt und in Verbind ung mit einer entsprechenden Wahl des Brennerdruckes in weiten Grenzen eine beliebige Leistung des Heizungskessels erzieltwerden. Ausserdemist eshiebei möglich, nach Entfernen des Deckels 7 die Verdrän-
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werden kann. Oberhalb des Wassermantels 3 des Heizungskessels ist ein Brauchwasserkessel 18 angeordnet, der vom Wassermantel31ediglich durch eine Wand 19 getrennt ist. Im Inneren des Brauchwasserkessels 18 ist ein Wärmetauscher vorgesehen, der aus einer wendelförmigen vertikalachsigen Heizschlange 20 gebildet ist.
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Das obere Ende der Heizschlange 20 ist über ein vertikales Rohr 21 mit dem Wassermantel 3 verbunden und das untere Ende mündet durch das vertikal abgebogene Ende 22 an einer hochgelegenen Stelle in den Wassermantel 3.
Ein von dem durch den Brenner 5 am stärksten erhitzten Wassermantel 2 kommendes Steigrohr 23 ragt mit Spiel in das vertikale Rohr 21 hinein und mündet in der Nähe der Anschlussöffnung 24 der Heizschlange 20 in dasselbe aus. Beim Anheizen des kalten Heizungskessels strömt dabei sehr bald heisses Wasser aus dem Wassermantel 2 über das Steigrohr 23 in das vertikale Rohr 21 und von diesem in die Heizschlange 20, so dass sich eine Zirkulation in dieser Richtung ausbildet und das Wasser im Brauchwasserkessel 18 rasch erhitzt Wird. Ein Überströmen von Heisswasser aus dem Wassermantel 2 in den Wassermantel 3 auf kurzem Wege wird durch die Blende 32 in ausreichendem Masse verhindert.
Bei starker Warmwasserentnahme aus dem aufgeheizten Kessel wird infolge kräftiger Abkühlung des Wassers in der Heizschlange 20 zusätzlich zu dem Heisswasser aus dem Wassermantel 2 noch Heisswasser aus dem Wassermantel 3 über den Zwischenraum zwischen dem vertikalen Rohr 21 und dem Steigrohr 23 nachgesaugt, so dass auch Wärme von unmittelbar aus dem Wassermantel 3 entnommenem Wasser zur Brauchwasserbereitung herangezogen wird. Die Charakteristik des Brauchwassererzeugers ähnelt somit jener eines Durchlauferhitzers.
Das vertikale Rohr 21 ist oben mit einem Stutzen 25 versehen, der zum Anschluss an ein Expansionsgefäss dient. Zum Eintritt des Brauchwassers in den Brauchwasserkessel 18 ist ein Einlaufstutzen 26 vorgesehen und zur Entnahme des Brauchwassers dient ein Auslaufstutzen 27, der an der höchsten Stelle des Kessels 18 liegt, wo das Wasser am wärmsten ist. Ausserdem ist der Brauchwasserkessel 18 mit einer durch einen Deckel 28 verschlossenen Putzöffnung versehen.
Vor- und Rücklaufstutzen des Heizungskessels für Heizzwecke sind mit 29 und 30 bezeichnet, wobei der Vorlaufstutzen 29 von einer möglichst hoch gelegenen Stelle des Wassermantels 3 ausgeht und der Rücklaufstutzen 30 an einer tief gelegenen Stelle desselben mündet. Der gesamte Heizungskessel ist mit einem Isoliermantel 31 umgeben ;. die nicht wassergekühlte Aussenfläche des Abgasaustrittskanals 12 ist durch einen Isolierkörper 33, z. B. Schamottestein, abgeschirmt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Heizungskessel mit einemBrenner für flüssige oder gasförmigeBrennstoffe, einem von einem Wassermantel umgebenen Feuerraum und einem diesen Wassermantel umgebenden zweiten Wassermantel, der mit ersterem einen zur Weiterleitung der aus dem Feuerraum austretenden Verbrennungsgase dienenden hohlzylindrischen Zwischenraum bildet, wobei der Brenner mit seiner Hauptachse koaxial zum erstgenannten Wassermantel liegt und gegen dessen stirnseitige Abschlusswant rerichtet ist und der Feuerraum durch
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zur Längsachse des hohlzylindrischen Zwischenraumes (4) liegende Austrittsöffnung für den Abzug der Verbrennungsgase aus dem Zwischenraum in unmittelbarer Nähe der Durchtrittsöffnung liegt, die als über den grössten Teil der axialen Länge des Zwischenraumes reichender,
unmittelbar in den Zwischenraum mündender Schlitz (10) ausgebildet ist, und der Zwischenraum (4) durch eine zwischen der Durchtritts- öffnung und der Austrittsöffnung sich über die ganze Länge des Zwischenraumes erstreckende, zur Achse des Zwischenraumes parallele Trennwand (11) unterbrochen ist.