EP0387628A2 - Heizungskessel - Google Patents

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EP0387628A2
EP0387628A2 EP90104064A EP90104064A EP0387628A2 EP 0387628 A2 EP0387628 A2 EP 0387628A2 EP 90104064 A EP90104064 A EP 90104064A EP 90104064 A EP90104064 A EP 90104064A EP 0387628 A2 EP0387628 A2 EP 0387628A2
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longitudinal
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pipe
longitudinal weld
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/22—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating
    • F24H1/24—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers
    • F24H1/26—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers the water mantle forming an integral body
    • F24H1/263—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers the water mantle forming an integral body with a dry-wall combustion chamber

Definitions

  • the invention relates to a heating boiler for liquid or gaseous fuels according to the preamble of the main claim.
  • Boilers of the type mentioned are known from DE-A-17 78 832.
  • this effect is achieved in that a space is provided between the two walls and this space is sealed.
  • the inner wall is used simultaneously to form longitudinal ribs, namely in such a way that the sheet metal forming the inner wall is folded into longitudinal ribs directed inwards.
  • the invention is therefore based on the object, starting from the boiler of the generic type, to stabilize it while maintaining the advantageous folding principle for the longitudinal ribs by welding without breaking the favorable double wall principle, that is, no, a direct heat transfer allowing thermal conduction to create and with the proviso that the heat transfer should be distributed evenly over the entire circumferential area of the inner wall.
  • This design results in an extraordinarily stable cylindrical body after unfolding, rounding of the folded sheet metal blank and its welding along the tube-side rib folding gusset, which can be inserted easily and preferably by pressing into the outer tube tube, and which is also sufficiently stable against heat stress distortions.
  • the surfaces of the longitudinal weld seams are arranged underneath the outer circumferential surface of the inner wall and delimit a gap with the tubing.
  • the "feet" of the folded longitudinal ribs and thus also the longitudinal weld seams generate significantly larger amounts of heat than in the areas of the inner wall between the longitudinal ribs.
  • a measure that intervenes in the heat transfer conditions of a heating surface does not represent this known design of the heating surface, but this is essential for the design of the boiler according to the invention, for which an advantageous further development is that the longitudinal weld seams in the inflow-side region of the longitudinal ribs, up to the plane reaching the outer circumferential surface, are higher than the longitudinal weld seams that follow in the direction of the trigger. This can be achieved simply by either making the welds thicker or by placing another weld on the first weld in order to reach the required weld height. It is advantageously taken into account with this requirement that the area on the inflow side is known to be less prone to condensate than the area on the outflow side.
  • the inner flank surfaces of the longitudinal ribs are, moreover, formed to be tightly pressed together in order to avoid cavities in the ribs.
  • the pipe line surrounding the inner wall can advantageously be provided in the area on the outlet side with beads that are spaced apart from one another and face the water side, which likewise counteracts the risk of condensate formation.
  • transitions from the inner wall into the rib folds can, moreover, be designed in the form of bevels or bevels, which can easily be accomplished by appropriate design of the folding tools.
  • the stipulation of the special height dimensioning of the longitudinal weld seams is particularly easy to meet, since this results in larger gusset spaces than they would otherwise can be reached by simply bending the sheet at the foot of the respective fold.
  • the longitudinal weld seams are created in the gussets in the form of drop weld seams.
  • the prefolded and cylindrically rounded heating surface is simply set up vertically for welding and covered with several welding torches that run vertically downwards in the gusset areas with the "drop weld seams".
  • very high welding speeds can be achieved in the production of the inner wall designed according to the invention.
  • a two or three-fold offset of the entire welding device in the direction of rotation is sufficient around the longitudinal axis of the cylindrical inner wall to cover all folding gussets with welding seams.
  • the boiler consists of a water-bearing housing 12, which is penetrated by a pipe 6 containing the combustion chamber 13, which is double-walled at least in the fume-side half, in which the inner wall 1 with the inwardly directed, heating gas flues 14, folded longitudinal ribs 8 sits .
  • the parts of no interest here namely the water-carrying housing 12, the burner-side closure 15, the trigger-side closure 16 and the combustion chamber 13 are only indicated by dashed lines.
  • the tube-side rib fold gussets 2 of the inner wall 1 are covered with longitudinal weld seams 3, as can be seen from FIGS. 4 to 6.
  • the rib fold gusset 2 are not simply filled with weld seams, but the surfaces 4 of the longitudinal weld seams 3 are below the outer peripheral surface 5 of the inner wall 1 and arranged with the pipe 6 a gap 2 'delimiting. Furthermore, the inner wall 1 is in heat-conducting contact except for the longitudinal weld seams 3 with the pipe pull 6, in the sense of the aforementioned explanation.
  • the longitudinal weld seams 3 of the longitudinal ribs 8, extending into the plane of the outer peripheral surface 5, are higher than the longitudinal weld seams 3 that follow in the discharge-side direction (area 7 ') 3 and 4, which correspond approximately to the actual conditions with regard to the size of their representation.
  • the inner flank surfaces 9 of the longitudinal ribs 8 are, as well 2 to 4 can be seen, arranged tightly pressed together.
  • transitions 11 from the inner wall 1 into the rib folds 8 can be formed in the form of bevels 12 or bevels 13, as is illustrated in FIGS. 5, 6.
  • the depth of the gusset enlarged in the sense of FIGS. 5, 6 in the highly stressed area 7 can be reduced, so that the weld seams there without changing the welding speed and / or welding material supply with their surface advantageously automatically come to be higher than in the area adjoining in the draw-off direction.

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Abstract

Der Heizkessel besteht aus einem wasserführenden Gehäuse, das von einem die Brennkammer enthaltenden Rohrzug (6) durchgrif­fen ist, der mindestens in der abzugsseitigen Hälfte doppel­wandig ausgebildet und die Innenwand (1) mit nach innen ge­richteten, Heizgaszüge begrenzenden, gefalteten Längsrippen (8) versehen ist. Um die gefaltete Innenwand (1) hinsichtlich ihrer Einsetzbarkeit in den Rohrzug (6) und hinsichtlich der Wärmebelastung zu stabilisieren und andererseits für optimale Wärmeübergangsverhältnisse unter Berücksichtigung der Konden­satbildung zu sorgen, ist die Innenwand (1) im Bereich längs der rohrzugseitigen Rippenfaltungszwickel (2) mit Längs­schweißnähten (3) versehen. Die Oberflächen (4) der Längs­schweißnähte (3) sind unterhalb der äußeren Umfangsfläche (5) der Innenwand (1) verlaufend und mit dem Rohrzug (6) einen Spalt (2′) begrenzend angeordnet. Ferner steht die Innenwand (1) bis auf die Längsschweißnähte mit dem Rohrzug (6) in wär­meleitendem Kontakt.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Heizungskessel für flüssige oder gasförmige Brennstoffe gemäß Oberbegriff des Hauptanspruches.
  • Heizkessel der genannten Art sind nach der DE-A-17 78 832 be­kannt. Bei diesem doppelschalig ausgebildeten Heizkessel, mit dem erreicht werden kann, daß dessen Heizflächentemperatur auf der Rauchgasseite selbst bei Teillast des Kessels in vor­bestimmbarer Höhe oberhalb der Taupunkttemperatur der Rauch­gase liegt, wird dieser Effekt dadurch erreicht, daß zwischen den beiden Wänden ein Zwischenraum vorgesehen und dieser Zwischenraum abgedichtet ist. Die innere Wand ist dabei gleichzeitig zur Ausbildung Längsrippen ausgenutzt, nämlich in der Art, daß das die innere Wand bildende Blech zu nach innen gerichteten Längsrippen aufgefaltet ist. Dieses an sich günstige Fertigungsprinzip für die Ausbildung der Längsrippen hat jedoch den Nachteil, dar die zu Längsrippen aufgefaltete und zu einem zylindrischen Körper gerundete Innenwand einen ziemlich instabilen Körper darstellt, und zwar instabil sowohl hinsichtlich der Wärmebelastung als auch hinsichtlich der Einbaubarkeit in die äußere Wand, insbesondere dann, wenn man den gefalteten Körper in den äußeren Rohrzug einpressen wollte. Die Verwendung entsprechend starker Blechzuschnitte kann dabei nicht ohne weiteres in Betracht gezogen werden, da ja der Blechzuschnitt gefaltet werden soll. Der Nachteil der Einbauproblematik ergibt sich beim Kessel der eingangs ge­nannten Art insoweit nicht, als dort Innenwand und Rohrzug nicht in wärmeleitendem Kontakt stehen. Hinsichtlich einer solchen Ausbildung, aber auch um die gefaltete Heizfläche in sich zu stabilisieren, hat man schon versucht, die gefaltete Heizfläche zwischen den Rippen mit Schlitzen zu versehen und die innere Schale der Heizfläche mit dem sie umgebenden äuße­ren Rohrzug durch die Schlitze zu verschweißen. Durch eine solche auch die Rippenfaltungen bis zu einem gewissen Grade stabilisierende Verschweißung ist jedoch das günstige, einer Kondensatbildung entgegenwirkende Doppelwandprinzip durchbro­chen, da die Schweißnähte eine unmittelbar wärmeleitende Ver­bindung zwischen der Rauchgasseite und der Wasserseite dar­stellen, was zu Kondensatniederschlägen im Bereich der Schweißnähte führt.
  • Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ausgehend vom Heizkessel der gattungsgemäßen Art, diesen unter Beibe­haltung des hinsichtlich der Fertigung vorteilhaften Fal­tungsprinzipes für die Längsrippen zwar durch Verschweißung zu stabilisieren, ohne dabei das günstige Doppelwandprinzip zu durchbrechen, d.h., keine, einen direkten Wärmedurchgang zulassende Wärmeleitbrücke zu schaffen und zwar mit der Maß­gabe dahingehend, daß der Wärmeübergang möglichste gleichmä­ßig über den ganzen Umfangsbereich der Innenwand verteilt sein soll.
  • Diese Aufgabe ist mit einem Heizkessel der gattungsgemäßen Art nach der Erfindung durch die im Kennzeichen des Haupt­anspruches angeführten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiter­bildungen und praktische Ausführungsformen ergeben sich nach den Unteransprüchen.
  • Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung ergibt sich nach Auf­faltung, Rundung des gefalteten Blechzuschnittes und dessen Verschweißung längs der rohrzugsseitigen Rippenfaltungs­zwickel ein außerordentlich stabiler zylindrischer Körper, der problemlos und bevorzugt durch Einpressen in den äußeren Rohrzug eingebracht werden kann, und der auch ausreichend stabil gegen Wärmebelastungsverwerfungen ist. Wesentlich ist dabei, daß die Oberflächen der Längsschweißnähte unterhalb der äußeren Umfangsfläche der Innenwand verlaufend und mit dem Rohrzug einen Spalt begrenzend angeordnet und ausgebildet sind. Diesbezüglich ist nämlich zu berücksichtigen, daß an den "Füßen" der gefalteten Längsrippen und damit auch an den Längsschweißnähten wesentlich größere Wärmemengen anfallen als in den Bereichen der Innenwand zwischen den Längsrippen. Da durch die Spaltbildung der Wärmeübergang zum Rohrzug in bezug auf die Innenwandbereiche zwischen den Längsrippen stärker behindert ist als in den Bereichen, wo Innenwand und Rohrzug unmittelbar aneinanderliegen, ergibt sich eine Vergleichmäßigung des gesamten Wärmeüberganges, was bedeutet, daß die Fußbereiche der Längsrippen nicht stärker abkühlen als die anderen Bereiche der Innenwand und was wiederum we­sentlich ist, der Gefahr von Kondensatbildungen entgegenzu­wirken. Die weitere Maßgabe, daß die derart ausgebildete In­nenwand bis auf die Längsschweißnähte mit dem Rohrzug in wär­meleitendem Kontakt stehen soll, ist dabei so zu verstehen, daß hierbei lediglich metallische Flächen dicht aneinander­liegen und insoweit natürlich auch einen, wenn auch sehr fei­nen Spalt begrenzen, der eine Unterbrechung des direkten Wär­meübergangsweges darstellt, wie er sonst bei einschaligen Heizflächen gegeben ist.
  • Die Verschweißung von zu Längsrippen aufgefalteten Heizflä­chen mit Schweißnähten längs der sich bildenden Zwickel an den Rippenfüßen ist zwar nach der DE-A-31 17 346 bekannt, hierbei ist aber die gefaltete Heizfläche unmittelbar selbst wassergekühlt und für einen Einsatz in einen Rohrzug, wie er­findungsgemäß vorgesehen, nicht ohne weiteres geeignet, da die Längsschweißnähte die zylindrische Oberfläche der Heiz­fläche überragen, wodurch sich denkbar ungünstige Wärmeüber­gangsverhältnisse ergeben würden, wollte man eine derartige Heizfläche in einen Rohrzug als lediglich rauch­gasbeaufschlagte Innenwand einsetzen. Abgesehen davon geht es bei diesem vorbekannten Heizkessel darum, konstruktive Vor­aussetzungen für eine problemlose, kondensatfeste Beschich­ tungsmöglichkeit auf der Gasseite zu schaffen. Eine in die Wärmeübergangsverhältnisse einer Heizfläche eingreifende Maß­nahme stellt also diese vorbekannte Gestaltung der Heizfläche nicht dar, was aber für die erfindungsgemäße Ausbildung des Heizkessels wesentlich ist, für die eine vorteilhafte Weiter­bildung darin besteht, daß die Längsschweißnähte im zuströmseitigen Bereich der Längsrippen, bis in die Ebene der äußeren Umfangsfläche reichend, höher angelegt sind als die sich in abzugsseitiger Richtung anschließenden Längsschweiß­nähte. Dies ist einfach dadurch zu verwirklichen, daß man die Schweißnähte entweder dicker anlegt oder auf die erste Schweißnaht eine weitere Schweißnaht auflegt, um auf die er­forderliche Schweißnahthöhe zu kommen. Vorteilhaft berück­sichtigt ist mit dieser Maßgabe, daß der zuströmseitige Be­reich bekanntlich sowieso nicht so stark kondensatgefährdet ist wie der abströmseitige Bereich. Außerdem wird dafür ge­sorgt, daß die in diesem Bereich anfallenden großen Wärmemen­gen an der inneren Schale schneller und ungebremster in die äußere Schale, d.h., den Rohrzug und damit zur Wasserseite hin abfließen können. Eine Überhitzung der gefalteten Rippen in diesem Bereich wird damit vermieden.
  • Die inneren Flankenflächen der Längsrippen werden im übrigen dicht aneinanderliegend zusammengepreßt ausgebildet, um Hohl­räume in den Rippen zu vermeiden. Ferner kann vorteilhaft der die Innenwand umschließende Rohrzug im abzugsseitigen Bereich mit zur Wasserseite gerichteten, zueinander beabstandeten Sickungen versehen werden, was ebenfalls der Kondensatbil­dungsgefahr entgegenwirkt.
  • Die Übergänge aus der Innenwand in die Rippenfaltungen können im übrigen in Form von Anschrägungen oder Auskröpfungen aus­gebildet sein, was sich ohne weiteres durch entsprechende Ge­staltung der Faltungswerkzeuge bewerkstelligen läßt. Bei ei­ner solchen Ausbildung ist die Maßgabe der speziellen Höhen­bemessung der Längsschweißnähte besonders leicht zu erfüllen, da sich dadurch größere Zwickelräume ergeben als sie sonst bei einfacher Abbiegung des Bleches am Fuße der jeweiligen Faltung erreichbar sind.
  • Hinsichtlich der eigentlichen Schweißnahtausbildung besteht eine vorteilhafte Weiterbildung darin, daß die Längsschweiß­nähte in Form von Fallschweißnähten in den Zwickeln angelegt sind. Diesbezüglich wird nämlich die vorgefaltete und zy­lindrisch gerundete Heizfläche zum Schweißen einfach senk­recht aufgestellt und mit mehreren Schweißbrennern, die senk­recht nach unten fahren, in den Zwickelbereichen mit den "Fallschweißnähten" belegt. Auf diese Weise können sehr hohe Schweißgeschwindigkeiten bei der Herstellung der erfindungs­gemäß ausgebildeten Innenwand erreicht werden. Je nach Anzahl der dabei kreisförmig angesetzten Schweißbrenner genügt dabei ein zwei- oder dreifacher Versatz des ganzen Schweißgerätes in Drehrichtung, um die Längsachse der zylindrischen Innen­wand, um alle Faltungszwickel mit Schweißnähten zu belegen.
  • Der erfindungsgemäße Heizkessel wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • Es zeigt schematisch
    • Fig. 1 einen Schnitt durch den Heizkessel;
    • Fig. 2 einen Querschnitt durch den Rohrzug mit der eingepreßten und mit gefalteten Längsrippen versehenen Innenwand;
    • Fig. 3 einen Teilschnitt durch den Rohrzug mit In­nenwand längs linie III-III in Fig. 1;
    • Fig. 4 einen Teilschnitt durch den Rohrzug mit In­nenwand längs Linie IV-IV und
    • Fig. 5, 6 im Schnitt besondere Ausführungsformen der Faltungszwickel am Fuße der Längsrippen.
  • Der Heizkessel besteht aus einem wasserführenden Gehäuse 12, das von einem die Brennkammer 13 enthaltenden Rohrzug 6 durchgriffen ist, der mindestens in der abzugsseitigen Hälfte doppelwandig ausgebildet ist, in dem die Innenwand 1 mit den nach innen gerichteten, Heizgaszüge 14 begrenzenden, gefalte­ten Längsrippen 8 sitzt. Die hier nicht interessierenden Teile, nämlich das wasserführende Gehäuse 12, der brennersei­tige Verschluß 15, der abzugsseitige Verschluß 16 und die Brennkammer 13 sind nur gestrichelt angedeutet. Für einen derartigen Heizkessel ist nun wesentlich, daß die rohrzugs­seitigen Rippenfaltungszwickel 2 der Innenwand 1 mit Längs­schweißnähten 3 belegt sind, wie dies aus den Fig. 4 bis 6 erkennbar ist. Die Rippenfaltungszwickel 2 sind dabei nicht einfach mit Schweißnähten ausgefüllt, sondern die Oberflächen 4 der Längsschweißnähte 3 sind unterhalb der äußeren Umfangs­fläche 5 der Innenwand 1 verlaufend und mit dem Rohrzug 6 einen Spalt 2′ begrenzend angeordnet. Ferner steht die Innen­wand 1 bis auf die Längsschweißnähte 3 mit dem Rohrzug 6 in wärmeleitendem Kontakt und zwar im Sinne der vorerwähnten Er­läuterung.
  • Im zuströmseitigen Bereich 7 (siehe Fig. 1) der thermisch hoch belastet ist, sind die Längsschweißnähte 3 der Längsrip­pen 8, bis in die Ebene der äußeren Umfangsfläche 5 reichend, höher angelegt als die sich in abzugsseitiger Richtung (Bereich 7′) anschließenden Längsschweißnähte 3. Dies ist in den Schnittdarstellungen der Fig. 3 und 4 verdeutlicht, die bezüglich der Größe ihrer Darstellung etwa den tatsächlichen Verhältnissen entsprechen. Gemäß Fig. 3 stehen also die dortigen Längsschweißnähte 3 in direktem Kontakt mit dem Rohrzug 6, während die Schweißnähte 3 im Bereich 7′ gemäß Fig. 4 mit dem Rohrzug 6 einen Spalt 2 begrenzen. Die inneren Flankenflächen 9 der Längsrippen 8 sind dabei, wie ebenfalls aus den Fig. 2 bis 4 ersichtlich, dicht aneinanderliegend zu­sammengepreßt angeordnet.
  • Aus den dargelegten Gründen ist der die Innenwand 1 um­schließende Rohrzug 6 im abzugsseitigen Bereich 7′ mit zur Wasserseite gerichteten, zueinander beabstandeten Sickungen 10 versehen, die bevorzugt, wie dargestellt, ausgebildet und angeordnet sind.
  • Um für die Längsschweißnähte 3 größere Zwickelräume zur Ver­fügung zu haben, können die Übergänge 11 aus der Innenwand 1 in die Rippenfaltungen 8 in Form von Anschrägungen 12 oder Auskröpfungen 13 ausgebildet werden, wie dies in Fig. 5, 6 verdeutlicht ist.
  • Hierbei kann bei entsprechender Gestaltung der Faltwerkzeuge ohne weiteres in Betracht gezogen werden, die Tiefe der im Sinne der Fig. 5, 6 im Querschnitt vergrößerten Zwickel im hoch belasteten Bereich 7 reduziert auszuformen, so daß die Schweißähte dort ohne Veränderung der Schweißgeschwindigkeit und/oder Schweißmaterialzufuhr mit ihrer Oberfläche vorteil­haft automatisch höher zu liegen kommen als im sich in Ab­zugsrichtung anschließenden Bereich.

Claims (6)

1. Heizkessel, bestehend aus einem wasserführenden Gehäuse (12), das von mindestens einem das Gehäuse (12) durch­greifenden Rohrzug (6) durchgriffen ist, der mindestens in der abzugsseitigen Hälfte doppelwandig ausgebildet und die Innenwand (1) mit nach innen gerichteten, aus der Innenwand (1) heraus gefalteten Längsrippen (8) ver­sehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Innenwand (1) des Rohrzuges im Bereich längs der rohrzugsseitigen Rippenfaltungszwickel (2) mit Längs­schweißnähten (3) versehen ist, daß die Oberflächen (4) der Längsschweißnähte (3) unterhalb der äußeren Umfangs­fläche (5) der Innenwand (1) verlaufend und mit dem Rohrzug (6) einen Spalt (2′) begrenzend angeordnet sind, und daß die Innenwand (1) bis auf die Längsschweißnähte mit dem Rohrzug (6) in Wärmeleitkontakt stehend angeord­net ist.
2. Heizkessel nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Längsschweißnähte (3) im zuströmseitigen Bereich (7) der Längsrippen (8), bis in die Ebene der äußeren Umfangsfläche (5) reichend, höher angelegt sind als die sich in abzugsseitiger Richtung anschließenden Längs­schweißnähte (3).
3. Heizungskessel nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die inneren Flankenflächen (9) der Längsrippen (8) dicht aneinanderliegend zusammengepreßt angeordnet sind.
4. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der die Innenwand (1) umschließende Rohrzug (6) im abzugsseitigen Bereich (7′) mit zur Wasserseite gerich­teten, zueinander beabstandeten Sickungen (10) versehen ist.
5. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Übergänge (11) aus der Innenwand (1) in die Längsrippen (8) in Form von Anschrägungen (12) oder Aus­kröpfungen (13) ausgebildet sind.
6. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Längsschweißnähte (3) in Form von Fall­schweißnähten in den Zwickeln (2) angelegt sind.
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