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Heizkessel mit eingebautem, dünnwandigem Boiler zur Erzeugung und Speicherung von warmem bzw. heissem Brauchwasser Die Erfindung betrifft einen Heizkessel mit eingebautem, dünnwandigem Boiler zur Erzeugung und Speicherung von warmem bzw. heissem Brauchwasser und bezieht sich auf die Gestaltung und Versteifung sowohl des Boilers als auch der Wandungen des umgebenden Gehäuses, welches das Heizmedium umschliesst.
Derartige Boiler werden beispielsweise im wasserführenden Mantel oberhalb der Brennkammer von Heizkesseln untergebracht oder in besonderen Gehäusen, die neben dem eigentlichen Heizkessel oder entfernt davon aufgestellt werden. Nachfolgend wird auf Heizkessel Bezug genommen, ohne damit die Anwendung des erfindungsgemässen Prinzips auf besondere Boilergehäuse auszuschliessen.
Die heute benutzten Boiler haben eine hohe Spitzen-, aber eine geringe Dauerleistung gegenüber Durchlauferhitzern mit grosser Dauer- und kleiner Spitzenleistung. Mit Rücksicht auf :die Korrosionssicherheit können derartige Durchlauferhitzer, weil sie relativ wenig Material benötigen, wirtschaftlicher, beispielsweise paus Kupfer oder Nickel/Bronze, hergestellt werden. Durchlauferhitzer haben den Nachteil, dass ihre Rohre bei sehr hartem Wasser unter Umständen innerhalb einiger Monate durch Kesse1steinablagerung zuwachsen und dlass sie demzufolge öfters gereinigt werden müssen, um einen .einwandfreien Wärmeübergang zu gewährleisten.
Derartige Absatzbildungen treten an Boilern ebenfalls auf, so dass im Laufe der Zeit die Aufwärmung des Wassers längere Zeit beansprucht. Insbesondere im Hinblick auf die steigende Aggressivität des Wassers in den Industrieländern verbietet sich für derartige Boiler einerseits die Verwendung von unlegiertem Stahl wegen der damit verbundenen starken Korrosionsgefahr, anderseits steht der Verwendung von korrosionsbeständigen Materialien der hohe Kostenfaktor entgegen.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist es unter anderem, obige Nachteile zu vermeiden und einen Heizkessel mit Boiler unter Berücksichtigung einer guten Wärmeübertragungsleistung zu schaffen, mit dem einerseits die Verwendung von korrosionsbeständigen Materialien geringer Wandstärke für den eigentlichen Boiler möglich ist, wobei gleichzeitig die Abstützung und Versteifung des Boilers zur Versteifung des umgebenden Gehäuses bzw. der Kesselwände herangezogen sein soll und mit dem anderseits das Erfordernis einer Innenreinigung auf ein Minimum reduziert ist.
Der erfindungsgemässe Heizkessel mit eingebautem, dünnwandigem Boiler zur Erzeugung und Speicherung von warmem bzw. heissem Brauchwasser, bestehend aus einem mit Zu- und Ableitungen für das Brauchwasser versehenen, von aussen oder innen beheizbaren, zylindrischen und an seinen Enden verschlossenen Behälter, der im wasserführenden Teil :des Heizkessels angeordnet und mit Stützelementen versehen ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrische Wand des Behälters mit quer zur Behälterachse verlaufenden Wellen oder Rippen versehen und von einem Stützgerüst umgeben ist, .das aus quer zur Behälterachse stehenden Haltern besteht, wobei das Gerüst einerseits mit den benachbarten Kessel- bzw.
Gehäusewandungen fest verbunden ist und anderseits durch Laschen begrenzt beweglich mit dem Behälter in Verbindung steht.
Zweckmässig wird .dem Boiler durch eine besondere Formgebung und Konstruktion eine besondere Festigkeit vermittelt, so dass entsprechend dünne Wandstärken benutzt werden können, wodurch einmal der Materialbedarf für relativ teures, korrosionsbeständiges Material reduziert und wodurch zum anderen gleichzeitig den Behälterwandungen eine Elastizität vermittelt wird, die eine Art Selbstreinigung des Behälters ermöglicht, wobei die umfassenden Halter sowohl im Hinblick auf .den Boiler als auch auf das ihn umgebende Gehäuse eine zusätzliche Versteifungsfunktion erfüllen.
Da der zylindrische Mantel des Boilers durch seine Wellungen bzw. Verrippungen :eine relativ grosse Steifheit gegen Innen- und Aussendruck bekommt, sich aber in Längsrichtung bei Innendruck ausdehnt - was
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wegen des damit verbundenen Abblätterns und Lösens von Kesselsteinansätzen oder dergleichen an den inneren und äusseren Boilerwandungen erwünscht ist - werden vorteilhaft an den beiden Behälterböden im Bereich ihres äusseren Umfanges je ein weiterer Rahmen als profilierter Ring angelegt.
Diese beiden Ringe sind vorteilhaft durch Bänder verbunden, die längs auf den Boilermantel aufgelegt und am Boilerumfang verteilt sind, wobei sie die Haltereiemente unterlaufen und gegebenenfalls mit diesen ebenfalls fest verbunden sind.
Diese Bänder mit den beiden ringförmigen Rahmen begrenzen somit die mögliche Längenausdehnung des Boilers und gewährleisten eine bestimmte Elastizität des Boilermantels bei den zum Teil erheblichen Schwankungen des Innendruckes, wenn Brauchwasser ausströmt und der Druck abfällt.
An die ringförmigen Rahmen kann eine ringförmige Flanschfläche direkt angewalzt, angepresst oder befestigt sein, die vorteilhaft an den benachbarten Kessel- oder Gehäusewänden anliegt und mit ihnen gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von Profilen verbunden ist. Die Längsbänder können selbst länger sein als der Boiler, d. h. über die beiden Ringrahmen hinausragen und ebenfalls mit den benachbarten Kessel- oder Gehäusewandungen verbunden sein, wodurch eine zusätzliche Versteifung erzielt wird, und zwar insbesondere bei Boilern mit grösserem Durchmesser, wo die entsprechend grossflächigen umgebenden Kessel- bzw. Gehäusewände an zahlreicheren Stellen versteift werden müssen.
Das ist von Vorteil sowohl für ebene als auch für druckbelastbare gewölbte Wandungen, da sie dadurch in der Wandstärke schwächer gehalten und damit Materialkosten gespart werden können.
Die vorliegende Ausbildung stellt gewissermassen ein besonderes korbartiges Stützgerüst dar, dessen Stützwirkung sich neuartig :sowohl auf den Boilerbehälter als auch auf dessen umgebende Kessel- bzw. Gehäusewandungen erstreckt.
Für den Fall, bei dem besonders hohe Dauerleistungen des Boilers erwünscht sind, kann der Boiler vorteilhaft eine Ausführungsform dahingehend erhalten, dass der Behälter mit Durchlaufrohren versehen ist, die den Durchfluss des Heizmediums ermöglichen und die die begrenzte Bewegung der Boilerwandung nicht behindern bzw. an diesen Bewegungen teilnehmen und auch den Boilerboden, der der Boilerausputzöffnung gegenüberliegt, eine zusätzliche Steifigkeit vermitteln.
Beispielsweise Ausführungsformen des erfindungsgemässen Heizkessels werden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt: Fig. 1 einen in einem Kesselmantel eingebauten Boiler im Längsschnitt, Fig. 2 einen Boiler im Querschnitt, Fig. 3 Einzelheiten der Boilerversteifung, Fig.4 einen in einem besonderen Gehäuse untergebrachten Boiler im Querschnitt, Fig. 5 eine weitere Ausführungsform des Heizkessels mit Boiler, Fig. 6 eine weitere Ausführungsform des Heizkessels mit Boiler,
Fig. 7 einen Schnitt durch die Ausführungsform gemäss Fig. 6 längs Linie A-B, Fig. 8 einen Boiler mit Durchlaufrohren im Schnitt, Fig. 9 den Kessel gemäss Fig. 8 in Ansicht, Fig. 10 den Boiler mit Durchlaufrohren bei senkrechtem Einbau im Kessel im Schnitt und Fig. 11 den Kessel gemäss Fig. 10 in Ansicht. Gemäss Fig. 1, linke Figurenhälfte, besteht der Boilerbehälter 1 aus einer gewellten, zylindrischen Wandung 2, .deren Innenraum durch entsprechende Böden 3, 4 verschlossen ist.
Der Behälter 1 weist im gezeigten Beispiel im Boden 3 eine verschliessbare Reinigungsöffnung auf und Zu- und Ableitungen 6, 7 für das zu erwärmende Brauchwasser. Vorteilhaft sind auch die Böden 3, 4 mindestens in Teilbereichen mit entsprechenden Wellungen bzw. Sickungen versehen, so dass sie aufgrund von Druck- oder Temperaturschwankungen ebenfalls wie der gewellte Mantel 2 begrenzte Bewegungen ausführen können, wodurch eventuell abgesetzter Kesselstein von den Innenwandungen abplatzen kann, so .dass eine ständige Selbstreinigung des Boilerbehälters gewährleistet ist.
Dieser aus dünnwandigen Blechen ausgeführte Behälter würde jedoch den an ihn zu stellenden Festigkeitsanforderungen mit Rücksicht auf die verwendeten Wandstärken und mit Rücksicht auf ;die aufzubringenden Kesselprüfdrücke im Bereich von beispielsweise sehr hohen Drücken nicht genügen. Erfindungsgemäss ist deshalb für einen derartigen Behälter eine besondere Versteifungskonstruktion vorgesehen, die gemäss der Fig. 2 und 3 für den Fall hoher Drücke aus mehreren über die Kessellängsachse verteilten Versteifungsblechen bzw. Haltern 8, 9 besteht, die den Behälter für hohen Innendruck jeweils bei dieser Ausführungsform in einem Wellental dicht umfassen.
Je nach Kessel- oder Gehäuseform, in der der Boilerbehälter unterzubringen ist, sind :diese Halterble- che 8, 9 vorteilhaft mit ihren äusseren Konturen dem Kesselinnenraum oder dem Boilergehäuse angepasst. Sie können also beispielsweise rund oder eckig ausgebildet sein. Im Bereich der Tragkanten 10 für die Aufnahme des Boilerbehälters 1 sind für hohe Aussendrücke in dem Halter 8, 9 Schlitze 11 oder Löcher vorgesehen, die von Laschen 12 bügelartig durchgriffen werden, wobei die Enden dieser Laschen 12 in fester Verbindung mit jeweils einem Wellenberg des Behältermantels stehen.
Die Festigkeit des Behälters 1 gegen hohen Innendruck wird also durch die Halter 8, 9 und die Festigkeit gegen hohen Aussendruck durch .die Laschen 12 gesteigert, d. h. der Behältermantel ist gewissermassen zwischen den Haltern 8, 9 und den Laschen 12 fest verspannt.
Vorteilhaft sind die äusseren Konturen der Halter 8, 9 dem jeweiligen Aufnahmegehäuse angepasst, so dass dadurch die ganze Anordnung, aber auch die Kessel- bzw. Gehäusewandungen selbst eine Versteifung erfahren. Wenn die tragenden Kanten 10 der Halter 8, 9 dicht an die Boilerwandung herangebracht werden müssen, sind diese jeweils aus zwei Blechen gebildet, die kreisförmige Ausschnitte aufweisen und die zur Montage über den Boilermantel geschoben und dann gegebenenfalls unter gewisser Vorspannung an ihren Stossstellen verbunden werden. Diese Ausführungsform kommt insbesondere bei Boilern mit grösseren Abmessungen zur Anwendung.
Um diese Halter 8, 9 nicht ebenfalls aus dem gleichen Material wie ,der Boiler anfertigen zu müssen, sind die Aufnahmekanten 10, wenn sie zur Aufnahme hohen Innendruckes dienen, vorteilhaft mit einem Abdeckring aus Kupfer, Messing oder Kunststoff, wie temperatur- und druckbeständigen Polymeren belegt. Auf diese Weise ist insbesondere bei Wasser mit hohem Chloridgehalt eine Elementbildung zwischen Eisen- und Buntmetallboiler wirksam unterbunden. Wie erwähnt,
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können auch die Behälterböden 3, 4 mindestens in Teilbereichen mit Wellungen oder Sickungen 14 versehen werden, so dass .auch der Behälter in diesen Bereichen eine gewisse Elastizität erhält.
In Fig. 4 ist noch ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die Halter .8, 9 in einem eckigen, vom eigentlichen Kessel getrennten Boilergehäuse 15 untergebracht sind. Selbstverständlich könnte auch dieses Gehäuse 15 im Querschnitt kreisförmig ausgebildet sein, wobei dann die Halter 8, 9 kreisförmige Aussenkonturen erhielten. Das gleiche gilt selbstverständlich auch für die Unterbringung des Boilers im Kessel gemäss Fig. 2.
Es ist auch möglich, über .der in Fig. 3 gezeigten Lasche 12 eine weitere Lasche anzuordnen, deren Enden dann an benachbarten Wellenbergen 16 befestigt werden könnten, so dass ein breiterer Mantelbereich erfasst wird.
Gemäss dem Ausführungsbeispiel im rechten Teil der Fig. 1 kann auch eine ausreichende Druckbelastbarkeit unter Anwendung des gleichen erfindungsgemässen Prinzips dadurch erfolgen, indem man den aus dünnwandigem, korrosionsbeständigem Material 18 bestehenden Behälter mit einer rippenförmigen Bandage in Form von ringförmigen oder schraubenlinienförmig verlaufenden Rippen 17 versieht. Trotz angenähert gleicher Elastizität des Behälters wird hierbei vorteilhaft weiteres teures Material eingespart, da der Behältermantel zylindrisch glatt ausgebildet ist.
Die Verbindung mit den Haltern erfolgt im Prinzip in der gleichen Weise, lediglich wird hierbei auf einen unmittelbaren Kontakt zwischen Halter und Behälterwand verzichtet, d. h. an Stelle der Schlitze 11 werden lediglich Schraubenlöcher vorgesehen, so dass Halter und Rippen flanschartig verschraubt werden können.
Die Fig. 5-7 stellen bevorzugte Ausführungsformen dar. Hierbei ist der Boilerbehälter 1 nicht nur mit im Bereich des zylindrischen Teiles angeordneten Haltern versehen, sondern gewissermassen allseitig von einem Stützgerüst umgeben. Dieses Gerüst besteht aus Haltern 19, profilierten Ringrahmen 20, 20' und Längsbändern 21, 21'. Die Halterung der Boilerwandung durch bügelartige Laschen, wie sie bereits beschrieben wurde, kommt insbesondere bei grossen Boilerabmes- sungen zur Anwendung und ist in den Fig. 5-7 nicht angedeutet.
Der Boiler liegt mit einer gewissen Toleranz in dem korbartigen Stützgerüst, so dass er Druckschwankungen und Wärmedehnungen nachgeben kann, und zwar in den durch die Ringrahmen 20, 20' vorgegebenen Grenzen. Diese Ringrahmen 20, 20' sind untereinander durch Längslaschen 21, 21' und mit den benachbarten Kessel- bzw. Gehäusewänden 22 verbunden. Vorteilhaft sind sie dafür mit angeschweissten oder angewalzten Ringflanschen 23 versehen. Auf diese Weise werden gleichzeitig die Kesselwände 22 mit versteift. Gleiches gilt für die Kesselwände 24, die durch die Spantenbleche 19 eine Aussteifung erhalten. Für eine derartige Aussteifung können vorteilhaft auch noch die Längsbänder 21' herangezogen werden, indem sie verlängert ebenfalls mit den Kesselwänden 22' verbunden sind.
Für den Fall, bei dem hohe Dauerleistungen des Boilers gewünscht werden, können vorteilhaft gemäss der Fig. 8-11 in den Boiler Durchlaufrohre 25, 26 eingesetzt werden, die eine Heizflächenvergrösserung darstellen. Bei horizontal angeordnetem Boiler gemäss der Fig. 8, 9 sind die Rohre 25 V-förmig geknickt und nebeneinander am Boden 4' wasserdicht befestigt. Durch die besondere Formgebung und Anordnung am Boden 4' unterliegen die Rohre 25 ebenfalls .dem beschriebenen Selbstreinigungseffekt und beeinflussen die Selbstreinigung des Boilers nicht nachteilig.
Bei der Ausführungsform nach den Fig. 10, 11 werden vor- teilhaft mehrfach V-förmig gebogene Rohre 26 benutzt, die den Boiler in der Länge durchgreifen, wobei die Rohrmündungen jeweils im oberen und unteren Boden liegen.
Die Stützgerüstausbildungdes Boilers erfüllt somit in .der Regel vorteilhaft gleichzeitig drei Funktionen: sie dient zur Aufhängung des Boilers, als Verstärkung des Boilers bei hohem Innen- und Aussendruck und grossem Boilerdurchmesser und als Versteifung des Gehäuses bzw.
Kesselaussenmantels, in dem sich .der Boiler befindet, wobei durch die beschriebene Anordnung ,der Boilermantel entsprechend dünn ausgebildet werden kann, was die Verwendung teurer, korrosionsbeständiger Materialien im Hinblick auf die Kosten dennoch ermöglicht und was dem Boiler vorteilhaft eine grössere Elastizität im Sinne einer Selbstreinigung aussen und innen verleiht. Die Kosten für .das Stützgerüst werden mehr als ausgeglichen durch die Möglichkeit, alle :druckbelasteten Wandungen einschliesslich .der umhüllenden Kessel- und Gehäusewände dünner ausbilden zu können.