SHAPE OF FUEL GAS PASSAGES IN BOILERS

Abstract: 1. Heating gas flue for heating boilers for burning liquid or gaseous fuels, consisting of a water carrying wall of which the part nearest the combustion chamber is double-walled and is provided with longitudinal ribs which divide the entire cross section of the flue into individual channels, characterised in that the longitudinal ribs are constructed as U-, L- or T-profiles (1) and are arranged so that their webs (2) which extend transversely to the free legs (9) entirely cover the wall (3) nearest the combustion chamber and rest on this wall (3) and in places are welded to the wall (3) in heat-conducting manner, in such a way that the heat-conducting cross sections of the heat conductive bridges (5) thus formed decrease towards the outlet end of the heating gas flue corresponding to the outlet end of the boiler, longitudinal weld slots (16) or weld connections free from added weld material being arranged in order of decreasing length, with increasingly great spacings therebetween, on the webs (2) of the profiles (1), to form the graduatedly effective conductive bridges (5).

Description: Heizgaszugausbildung an Heizungskesseln Die Erfindung betrifft die Heizgaszugausbildung an Heizungskesseln gemäss Oberbegriff des Hauptanspruches. 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. 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. Diese Grenzen liegen in der Grössenordnung zwischen etwa 40 - 60 cm des Durchmessers und bezüglich der Lei stung bei etwa 25 - 35.000 kcal. 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 Heiz- gaszüge betrifft. 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. Diese Aufgabe ist mit einer Heizgaszugausbildung der eingangs genannten Art nach der Erfindung durch das im Kennzeichen des Hauptanspruches Erfasste gelöst. Vorteilhafte Weiter bildungen ergeben sich nach den Unteransprüchen. U-förmig ausgebildete Profile sind zwar nach den DOS 15 01 676 und 20 20-25 472 be-kannt, 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. 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 Nieder temperatur bereich des Kessels die Wirkung hat, dass sich die zur Abzugsseite hin liegenden Bereiche wegen des dort geringeren Wärme übergangs schneller aufheizen können, wodurch einem Kondensatanfall entgegengewirkt bzw. dieser weitgehend unterbunden wird. 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. 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. 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. 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. Die erfindungsgemässe Heizgaszugausbildung und deren verschiedene Ausführungsmöglichkeiten werden nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt schematisch Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Heizungs kessel allerdings nur beispielhafter Art; Fig. 2 einen Blechzuschnitt für die U-Profile; Fig. 3 einen Längsschnitt durch den Heizungskes sel; Fig. 4 im Schnitt die U-Profile nach Anbringung auf dem noch planen, später das Rohr bil denden Blechzuschnitt; 5 im Schnitt die U-Profile gemäss Fig. 4 nach ihrer Verformung; Fig. 6 eine besondere Ausführungsform hinsicht lich der Zu richtung der U-Profile gemäss Fig. 5 in Draufsicht und Fig. 7 - 11 im Schnitt besondere und bevorzugte Aus führungsformen der Profile und ihrer ge genseitigen Zuordnung an allein oder beid seitig wasserführenden Zugwänden. 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'. 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. 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. 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 vor gewölbten Blechzuschnitt der Wand 3 dicht nebeneinander aufgelegt und im Bereich der Längsschweissschlitze 16 mit der Wand verschweisst. 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. 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. Vorteilhaft kann am hinteren Ende des Rohres eine ringförmige Schale 30 entweder ganz oder, wlie 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. Unter der Angabe "in Teilbereichen wärmeleitend ver bundes" 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. 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. 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. Unter Bezugnahme auf die Fig. 7 - 11 werden nunmehr die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben. 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. 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. 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. Dies ist vorteilhaft, um ein Hochwölben beim Schweissen der Basisstege 2 bzw. der Zwischenstege 12 zu verhindern. 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. 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. 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. Vorteilhaft wird jedoch eine Anordnung gemäss Fig. 9 derart gewählt, dass die Längsränder 17 dicht über den geschweissten Stellen der Wärmeleitbrücke 5 verlaufen. 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. 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. 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. 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. Wesentlicher Gesichtspunkt bei der ganzen Heizgaszugausbildung, wie beschrieben, ist als zusammenfas send 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. Mit derartigen Zugausbildungen versehene und über längere Zeitspanne betriebene Versuchskessel haben gezeigt, dass diese Forderungen absolut zufriedenstellend erfüllt werden. 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, son dern, 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.

Claims: Patentansprüche: 1. Heizgaszugausbildungen an Heizkesseln zum Verbren nen flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe, be stehend aus mindestens einer wasserführenden Wand, an der, den gesamten Zugquerschnitt in Einzelka näle gliedernd, Rippen angeordnet sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , 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 ange ordnet und in Teilbereichen mit der Wand (3) der art wärmeleitend verbunden sind, dass die Wärmeleit querschnitte der gebildeten Wärmeleitbrücken (5) zur Abzugsseite des Kessels hin abnehmen. 2. Ausbildung nach Anspruch 1, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die freien Schenkel (6) jedes Profils (1) derart aufeinander zu gerich tet 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, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die U-förmigen Rip penpfofile (1) durch die Schenkel (9) zweier be nachbart angeordneter Rechtwinkel (10)- oder T Profile (11) gebildet sind. 4. Ausbildung nach Anspruch 1, da d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Basisstege (2) mit ihren beiden Rippen zueinander etwa um die Brei te 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, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass im Übergangs bereich (13) der Rippen zum Basissteg (2) eine Pro filkröpfung (14) vorgesehen und in dieser der An schlussrand (15) des benachbart angeordneten Basis steges (2) bzw. Zwischensteges (12) angeordnet ist. 6. Ausbildung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass mittig in den Basisstegen (2) der Profile (1) Längs schweissschlitze (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, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , 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, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die freien Längs ränder (17) der gegenüber angeordneten Rippenprofi le jeweils in den Zwischenraum (18) der Rippenprofi le (1) auf der anderen Seite einragend angeordnet sind. 9. Ausbildung nach Anspruch 8, da d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die freien Längsrän der (17) der in die Zwischenräume (18) der jeweils gegenüberstehenden Rippenprofile (1) eingreifenden Schenkel (9) in unmittelbarer Nähe über den Schweiss stellen (5) der Basisstege (2) verlaufend angeordnet sind. 10. Ausbildung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Rippen der Rippenprofile (1, 10, 11) in an sich be kannter Weise mit fahnenartigen Ausbiegungen (19) versehen sind. 11. Ausbildung nach Anspruch 1 und/oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Anwinkelung der freien Schenkel (9) gegenein ander von der Anströmseite aus von 0 ab zunehmend ausgebildet ist (Fig. 6). 12. Ausbildung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , 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, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Basisstege (2) mit der Wand (4) durch schweissmaterialzusatzfreie Schweissanheftung unter Ausbildung einer von vorn nach hinten abnehmenden Wärmeleitbrücke (5) verbun den sind. 14. Ausbildung nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Wärmeleitbrücke (5) mit Heftunterbrechungen versehen sind.

Inventors: VIESSMANN, HANS, DR.
Applicants: VIESSMANN, HANS, DR.
Application year: 1984
Main classification: F24H1
IPC codes: F24H1