Heizgaszugausbildung an Heizungskesseln

Abstract

 Die Heizgaszugausbildung ist für Heizkessel zum Verbrennen flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe bestimmt und besteht aus mindestens einerwasserführenden Wand, an der, den gesamten Zugquerschnitt in Einzelkanäle gliedernd, Rippen angeordnet sind. Die Rippenprofile (1) sind als mindestens einsträngig U-förmig ausgebildete Profile ausgebildet und decken mit ihren Basisstegen (2) die ganze Wand (3) ab. In teilbereichen sind die Rippenprofile mit der Wand (3) derart wärmeleitend verbunden, daß die Wärmeleitquerschnitte der gebildeten Wärmeleitbrükken zur Abgasseite des Kessels hin abnehmen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft die Heizgaszugausbildung an Heizungskesseln gemäß Oberbegriff des Hauptanspruches.

[0002] Derartige Heizgaszugausbildungen an Heizungskesseln sind allgemein bekannt, und damit ausgestattete Heizungskessel haben sich gut bewährt und auf dem Markt eingeführt. Solche Heizungskessel werden heute mit sogenannt gleitender Temperatur gefahren und werden deshalb als Niedertemperaturkessel bezeichnet.

[0003] Diese Heizungskessel sind in modernster Ausführung sogar ganz abschaltbar und mit einer Korrosionsschutzeinlage versehen, die aus einem Gußkörper besteht, welcher in den rohrförmigen Einsatz aus Stahlblech eingepreßt bzw. eingeschrumpft ist (DE-PS 29 48 864). Wie sich gezeigt hat, haben derartige Heizungskessel nach oben eine deutliche Leistungsgrenze, d.h., der Rohrzug bzw. insbesondere der eingepaßte Gußeinsatz lassen sich wirtschaftlich nur bis zu einem maximalen Durchmesser herstellen und, wenn dieser überschritten wird, ergibt sich ein Mißverhältnis zwischen den Zugheizflächen (Nachschaltheizflächen) und dem Brennkammervolumen.

[0004] Diese Grenzen liegen in der Größenordnung zwischen etwa 40 - 60 cm des Durchmessers und bezüglich der Leistung bei etwa 25 - 35.000 kcal.

[0005] Will man also einerseits das Bauprinzip der eingangs genannten Art beibehalten, andererseits aber konstruktionsbedingte Leistungsgrenzen und damit Größenabmessungen überschreiten, so verlangt dies das Beschreiten anderer Wege insbesondere was die Ausbildung der Heizgaszüge betrifft.

[0006] Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, dieses Problem zu lösen, d.h., es soll eine Heizgaszugausbildung der eingangs genannten Art dahingehend verbessert werden, daß unter Berücksichtigung der Korrosionsschutzbedürfnisse der Zielsetzung, solche Heizungskessel auch als Niedertemperaturkessel mit gleitender Temperatur bei höheren Leistungsbereichen betreiben zu können, Rechnung getragen werden kann.

[0007] Diese Aufgabe ist mit einer Heizgaszugausbildung der eingangs genannten Art nach der Erfindung durch das im Kennzeichen des Hauptanspruches Erfaßte gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich nach den Unteransprüchen.

[0008] U-förmig ausgebildete Profile sind zwar nach den DOS 15 Ol 676 und 20 25 472 bekannt, diese Profile bilden aber bei den betreffenden Kesseln die Wand selbst, die den wasserführenden vom gasführenden Raum trennt. Obgleich Anlaß für die erfindungsgemäße Ausbildung die vorerwähnten Grenzen waren, soll dies nicht ausschließen, daß das erfindungsgemäße Lösungsprinzip nicht auch für Heizungskessel mit kleineren Leistungsbereichen zur Anwendung kommen kann. Das erfindungsgemäße Ausbildungsprinzip ist auch nicht nur für Züge anwendbar, die nur eine wassergekühlte Wand haben, sondern auch für solche, die gegenüberliegend wassergekühlte Wände aufweisen.

[0009] Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung sind die U-Profile einerseits zur Ausbildung der Heizgaszüge herangezogen, andererseits bilden aber deren Basisstege gleichzeitig, da dicht an dicht aneinander angeordnet, eine weitgehend kondensatverhindernde Doppelwand an der wasserführenden Zugwand, wobei, was noch näher erläutert wird, ein gezielt dosierter Wärmeübergang zur Wand erfolgt, was bei Anfahrvorgängen aber auch im Betrieb insbesondere im Niedertemperaturbereich des Kessels die Wirkung hat, daß sich die zur Abzugsseite hin liegenden Bereiche wegen des dort geringeren Wärmeübergangs schneller aufheizen können, wodurch einem Kondensatanfall entgegengewirkt bzw. dieser weitgehend unterbunden wird.

[0010] Da bei dieser Lösung nur Profilstreifen zu verarbeiten sind, können mit dieser auch größervolumige Kessel der erwähnten Art in dieser Weise ausgebildet werden. Die Anbringung der Profile ist denkbar einfach, da diese, von bestimmten Ausführungsformen abgesehen, mit ihren Basisstegen unmittelbar nebeneinander auf die zu bestückende Zugwand aufgelegt und an ihren Basisstegen angeschweißt werden.

[0011] Danach werden bei einer bestimmten Ausführungsform jeweils die Schenkel eines Profiles aufeinander zusammengedrückt, was mit einem geeigneten keilförmigen Werkzeug erfolgt, das zwischen die freien Schenkel zweier benachbarter Profile eingedrückt wird, wobei gegf. auch dafür Sorge getragen werden kann, daß die sich ergebenden Zugkanäle zur Abzugsseite hin in Anpassung an das abnehmende Gasvolumen verengen.

[0012] Bei diesem Herstellungsvorgang (nach Anbringung der Profile wird die Zugwand zu einem Rohr oder Teilrohr gerundet und mit einer Längsschweißnaht geschlossen) entsteht rings um die später einzusetzende topfartige Brennkammer eine Vielzahl von Heizgaszügen mit etwa dreieckigen Querschnitten, die jeweils abwechselnd mit ihren basisfernen Spitzen gegen die Brennkammer und gegen die Wand gerichtet sind.

[0013] Das erfindungsgemäße Lösungsprinzip läßt sich jedoch noch, insbesondere was die Ausbildung von im Querschnitt U-förmigen Zugkanälen betrifft, durch mehrere Ausführungsvarianten im Sinne der Unteransprüche 3 bis 12 verwirklichen.

[0014] Die erfindungsgemäße Heizgaszugausbildung und deren verschiedene Ausführungsmöglichkeiten werden nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

[0015] Es zeigt schematisch

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Heizungskessel allerdings nur beispielhafter Art;

Fig. 2 einen Blechzuschnitt für die U-Profile;

_Fig. 3 einen Längsschnitt durch den Heizungskessel;

Fig. 4 im Schnitt die U-Profile nach Anbringung auf dem noch planen, später das Rohr bildenden Blechzuschnitt;

Fig. 5 im Schnitt die U-Profile gemäß Fig. 4 nach ihrer Verformung;

Fig. 6 eine besondere Ausführungsform hinsichtlich der Zu richtung der U-Profile gemäß Fig. 5 in Draufsicht und

Fig. 7 - 11 im Schnitt besondere und bevorzugte Ausführungsformen der Profile und ihrer gegenseitigen Zuordnung an allein oder beidseitig wasserführenden Zugwänden.

[0016] Der Heizungskessel gemäß Fig. 3 ist nur ein Beispiel und besteht in an sich bekannter Weise aus einem wasserführenden Gehäuse 22, dessen Vorder- und Rückwand 23, 24 flüssigkeitsdicht von der rohrförmigen Wand 3 durchgriffen werden, wobei die überstehenden Enden mit-Deckeln oder Türen verschlossen sind. Der hintere Deckel 25 ist mit einem Rauchgasabzugsstutzen 26 versehen. Im von der Wand gebildeten Rohr ist brennerseitig (Brenner nicht dargestellt) die Umlenkkammer 27 angeordnet. Im Freiraum zwischen den Heizgaszügen 8 sitzt die topfartige Brennkammer 28, und dahinter befindet sich die Rauchgassammelkammer 28'.

[0017] Dieser Kesselaufbau ist nicht unbedingt zwingend, genausowenig wie die Brennkammer 28 zylindrisch sein muß und die Heizgaszüge 8 im Ringverband angeordnet sein müssen. Gegf. können hinter der Brennkammer 28 bzw. den Heizgaszügen 8 zusätzliche Nachschaltheizflächen angeordnet werden. Ferner können auch die Wände der Brennkammer als wasserführende Doppelwände ausgebildet sein, deren Innenraum mit dem anderen Innenraum des Gehäuses 22 in geeigneter Weise verbunden ist. Dies wäre der Fall, bei dem die Heizgaszüge 8 beidseitig von wassergekühlten Wänden 3, 3' begrenzt werden.

[0018] Die Blechzuschnitte für die Rippenprofile 1 sehen vor der Verformung zu U-Profilen so aus, wie aus Fig. 2 erkennbar. Die seitlichen Schlitze dienen zum Ausgleich von Wärmedehnungen, sind aber nicht unbedingt erforderlich.

[0019] Nach Hochkanten der die freien Schenkel 29 bildenden Flächen werden die so gebildeten Profile im Sinne der Fig. 4 auf die später das Rohr bildende, noch planen oder schwach vorgewölbten Blechzuschnitt der Wand 3 dicht nebeneinander aufgelegt und im Bereich der Längsschweißschlitze 16 mit der Wand verschweißt.

[0020] Wie aus Fig. 2 erkennbar, nimmt die Länge dieser Schlitze 16 nach hinten ab, während ihre Distanz zueinander zunimmt, d.h., es entstehen in Verbindung mit dem Blechzuschnitt Wärmeleitbrücken 5 unterschiedlicher Größe. Dies gilt auch für alle noch nachfolgend zu beschreibenden Ausführungsbeispiele.

[0021] Nun wird zwischen die freien Schenkel 9 jeweils zweier benachbarter Profile 1 ein keilförmiges Werkzeug (als Dreieck vereinfacht dargestellt) eingedrückt, so daß sich danach die Profile im Querschnitt, wie aus Fig. 5 bzw. Fig. 1 ersichtlich, darstellen. Gegf. können in den sich bildenden Zwickeln 30' (Fig. 5) zusätzlich Längsschweißnähte verlegt werden. Ferner ist es möglich, die Abwinkelung der Schenkel im Sinne der Fig. 6 vorzunehmen.

[0022] Vorteilhaft kann am hinteren Ende des Rohres eine ringförmige Schale 30 entweder ganz oder, wie dargestellt, zum Teil frei herausragend im Bereich der Rauchgassammelkammer 28' angeordnet werden, für die aber wesentlich ist, daß diese mit ihrem inneren Rand mit den Profilen 1 verschweißt sind, um einen Wärmefluß aus den Profilen in die Schale 30 zu gewährleisten, so daß sich auch diese schnell aufheizen kann.

[0023] Unter der Angabe "in Teilbereichen wärmeleitend verbunden" ist einmal die vorbeschriebene Schlitzschweißverbindung zu verstehen, zum anderen ist es aber auch möglich, und dies wird auch wegen des wesentlich geringeren Aufwandes bevorzugt, die Basisstege 2 mit bspw. einer Wolframelektrode (d.h. ohne Zufuhr von Zusatzschweißwerkstoff) anzuschweißen bzw. anzuschmelzen.

[0024] Die Anbringung von Schlitzen 16 unterschiedlicher Größe und Distanz kann dabei entfallen, und die Anheftung geschieht dabei in der Weise, daß der Heftbereich bzw. die sich ergebende Wärmeleitbrücke 5 von vorn nach hinten schmaler bzw. geringer wird.

[0025] Dies läßt sich ohne weiteres und einfach durch entsprechend geregelte Stromzufuhr zur Elektrode bewerkstelligen, wobei gegf. auch die Möglichkeit besteht, die Schweiß- bzw. Heftnaht im Sinne der unterschiedlichen Distanzen der Schlitze gemäß Fig. 2 zu unterbrechen.

[0026] Unter Bezugnahme auf die Fig. 7 - 11 werden nunmehr die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben.

[0027] Gemäß Fig. 7 werden hier die im Querschnitt U-förmigen Strömungskanäle des Heizgaszuges durch rechtwinklige Profile 10 gebildet, d.h. zwei benachbarte Profile 10 ergänzen sich jeweils zu einem U-Profil. Gleiches gilt für die T-förmigen Profile 11 gemäß Fig. 11.

[0028] Gemäß Fig. 8 können aber auch U-Profile 1 mit Abstand zueinander angeordnet werden, wobei die freibleibenden Flächen der Wand 3 mit entsprechend breiten Zwischenstegen 12 abgedeckt werden, um das Doppelwandprinzip in allen Flächenbereichen aufrecht zu erhalten.

[0029] Bei den Profilen gemäß Fig. 7, 8 werden vorteilhaft beim Pressen der Profile in den Übergangsbereichen 13 der Schenkel 9 zu den Basisstegen 2 Profilkröpfungen 14 vorgesehen, die zur Aufnahme der Anschlußränder 15 benachbart angeordneter Basisstege 2 bzw. der Zwischenstege 12 dienen.

[0030] Dies ist vorteilhaft, um ein Hochwölben beim Schweissen der Basisstege 2 bzw. der Zwischenstege 12 zu verhindern.

[0031] Die Schenkel 9 bzw. Rippen der Profile 1, 10, 11, können, wie in Fig. 7 angedeutet, in Abständen mit fahnenartigen Ausbiegungen 19 versehen werden. Mit 3" ist in diesen Fig. 7, 8 übrigens die Wand der in diesem Fall nicht wassergekühlten Brennkammer 28 bezeichnet.

[0032] Wenn die Brennkammer im Gegensatz zu Fig. 3 eine wassergekühlte Wand hat, so entsteht (derartige Kessel sind bekannt) auch eine wassergekühlte zusätzliche Wand 3' für den Heizgaszug (Fig. 9), in dem nun die beschriebenen Profile an beiden Wänden 3, 3' nach dem gleichen Prinzip angeordnet und festgelegt werden.

[0033] Je nach freiem Querschnitt eines derartigen Zuges und je nach Länge der Schenkel 9 kann die Anordnung derart erfolgen, daß die Längsränder 17 der sich gegenüberstehenden Profile 1, 10, 11 etwa in der gleichen Zwischenebene enden oder etwas in den Zwischenraum 18 der jeweils anderen Profile einragen.

[0034] Vorteilhaft wird jedoch eine Anordnung gemäß Fig. 9 derart gewählt, daß die Längsränder 17 dicht über den geschweißten Stellen der Wärmeleitbrücke 5 verlaufen.

[0035] Da sich diese Längskanten 17 beim Wiederanfahren bzw. generell bei Betrieb im Niedertemperaturbereich des Kessels sehr schnell aufheizen, jedenfalls wesentlich schneller als die der Kühlung unterliegenden Wärmeleitbrücken, kann sich die Aufheizung der Längskanten 17 via Strahlung auch auf etwa an den Wärmeleitbrücken gebildetes Kondensat auswirken, so daß dieses schneller verdampft.

[0036] Wie aus Fig. 10 erkennbar, können auch mehrere Schenkel 9 einen gemeinsamen Basissteg haben, und das Ganze bspw. auch als Strangpreßprofil mit geeigneter Wandstärke ausgebildet sein.

[0037] In den Fig. 7 bis 11 ist die Zugausbildung in gerader Erstreckung dargestellt, die je nach den konstruktiven Gegebenheiten am Heizkessel selbstverständlich auch in dieser Form zur Anwendung kommen kann.

[0038] Es sei aber darauf hingewiesen, daß Züge in dieser Ausbildung orientiert an modernen Heizkesselkonstruktionen in der Regel mehr oder weniger stark gekrümmte Wände 3 bzw. 3' aufweisen, d.h., die gezeigten Ausführungsbeispiele gelten auch für solche gekrümmten Flächen.

[0039] Wesentlicher Gesichtspunkt bei der ganzen Heizgaszugausbildung, wie beschrieben, ist als zusammenfassend gewissermaßen eine Trockenlegung heizgasführender Bereiche dahingehend, daß weitgehend eine Kondensatbildung verhindert wird, andererseits aber dafür gesorgt ist, daß etwaige Kondensatniederschläge beim Wiederanlaufen des Kessels schnellstmöglich verdampft werden.

[0040] Mit derartigen Zugausbildungen versehene und über längere Zeitspanne betriebene Versuchskessel haben gezeigt, daß diese Forderungen absolut zufriedenstellend erfüllt werden.

[0041] Es sei ferner abschließend darauf hingewiesen, daß die Verwendung der beschriebenen Zugausbildungen nicht allein auf Züge in Heizkesseln beschränkt ist, worauf der Einfachheit halber abgestellt wurde, sondern, daß diese auch in Wärmetauschern (gas/flüssig) zur Anwendung kommen können, bei denen einer Kondensatbildung Rechnung getragen werden muß, d.h., insbesondere Wärmetauschern, die in Form von separat einem Heizkessel nachgeordneten Geräten zum Einsatz kommen. Ferner ist die Zugausbildung auch nicht auf wärmetechnische Geräte zum Verbrennen von flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen beschränkt.

Ansprüche

1. Heizgaszugausbildungen an Heizkesseln zum Verbrennen flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe, bestehend aus mindestens einer wasserführenden Wand, an der, den gesamten Zugquerschnitt in Einzelkanäle gliedernd, Rippen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet , daß die Rippenprofile (1) als mindestens einsträngig U-förmig ausgebildete Profile ausgebildet und mit ihren Basisstegen (2), die ganze wasserführende Wand (3) abdeckend und auf dieser aufgesetzt angeordnet und in Teilbereichen mit der Wand (3) derart wärmeleitend verbunden sind, daß die Wärmeleitquerschnitte der gebildeten Wärmeleitbrücken (5) zur Abzugsseite des Kessels hin abnehmen.

2. Ausbildung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die freien Schenkel (6) jedes Profils (1) derart aufeinander zu gerichtet angewinkelt sind, daß die Querschnitte (7) der dadurch gebildeten Heizgaszüge (8) sowohl zwischen den Schenkeln (9) eines Profils als auch zwischen den Schenkeln (9) zweier benachbarter Profile etwa dreieckig sind.

3. Ausbildung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die U-förmigen Rippenpfofile (1) durch die Schenkel (9) zweier benachbart angeordneter Rechtwinkel (10)- oder T-Profile (11) gebildet sind.

4. Ausbildung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Basisstege (2) mit ihren beiden Rippen zueinander etwa um die Breite eines Basissteges (2) distanziert voneinander angeordnet und zwischen jeden mit Rippen versehenen Basissteg (2) ein rippenfreier Zwischensteg _.(12) angeordnet und dieser ebenfalls in Teilbereichen mit abgestuft wirksamen Wärmeleitbrücken (5) mit dem Rohr verbunden ist.

5. Ausbildung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet daß im Übergangsbereich (13) der Rippen zum Basissteg (2) eine Profilkröpfung (14) vorgesehen und in dieser der An- . schlußrand (15) des benachbart angeordneten Basissteges (2) bzw. Zwischensteges (12) angeordnet ist.

6. Ausbildung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß mittig in den Basisstegen (2) der Profile (1) Längsschweißschlitze (16) zur Ausbildung der abgestuft wirksamen Wärmeleitbrücken (5) hin abnehmend und deren Abstand zueinander größer werdend ausgebildet ist.

7. Ausbildung nach einem der Ansprüche 1 und 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß bei allseitig wassergekühlten Zugwandungen (3) auch die gegenüberliegende Wand (3') mit entsprechenden Rippenprofilen (1, 10, 11) und gegf. Zwischenstegen (12) versehen ist.

8. Ausbildung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die freien Längsränder (17) der gegenüber angeordneten Rippenprofile jeweils in den Zwischenraum (18) der Rippenprofile (1) auf der anderen Seite einragend angeordnet sind.

9. Ausbildung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die freien Längsränder (17) der in die Zwischenräume (18) der jeweils gegenüberstehenden Rippenprofile (1) eingreifenden Schenkel (9) in unmittelbarer Nähe über den Schweißstellen (5) der Basisstege (2) verlaufend angeordnet sind.

10. Ausbildung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Rippen der Rippenprofile (1, 10, 11) in an sich bekannter Weise mit fahnenartigen Ausbiegungen (19) versehen sind.

11. Ausbildung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Anwinkelung der freien Schenkel (9) gegeneinander von der Anströmseite aus von 0° ab zunehmend ausgebildet ist (Fig. 6).

12. Ausbildung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß bei Verwendung von T-Profilen (11) mindestens an einem Längsrand (20) des Basissteges (2) zur Ausbildung von abgestuft wirksamen Wärmeleitbrücken (5) Randausnehmungen (21) vorgesehen sind.

13. Ausbildung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Basisstege (2) mit der Wand (4) durch schweißmaterialzusatzfreie Schweißanheftung unter Ausbildung einer von vorn nach hinten abnehmenden Wärmeleitbrücke (5) verbunden sind.

14. Ausbildung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß die Wärmeleitbrücke (5) mit Heftunterbrechungen versehen sind.

Zeichnung