DE2441706A1

DE2441706A1 - Heizkessel mit gusseisernen gerippten rohren

Info

Publication number: DE2441706A1
Application number: DE2441706A
Authority: DE
Inventors: James Yoksing Fung
Original assignee: Automation Industries Inc
Current assignee: Automation Industries Inc
Priority date: 1973-08-31
Filing date: 1974-08-30
Publication date: 1975-03-13
Also published as: FR2242645A1; IT1016783B; ES429656A1; DE2441706C3; CA1004931A; DE2441706B2; GB1472220A; ES441381A1; JPS5072001A; US3889642A

Description

Heizkessel mit gußeisernen gerippten Rohren

Es sind verschiedene Typen von Heizkesseln vorgeschlagen, "worden, um verschiedene Arten von Flulden, etwa Wasser, zu erwärmen und/ oder Dampf für verschiedene Anwendungszwecke zu erzeugen.. Bei einer Heizkesselform mit Fluidumrohren wird, der Wärmeaustauscherkern von einer Vielzahl von Gußeisenstücken, gebildet, die zur Erzielung der gewünschten Wärmekapazität aufeinandergestapeit sind. Ein Beispiel für einen derartigen Heizkessel ist in den U.S.-Patentschriften 2 247 796 und 3 329 933 offenbart»

Bei einder anderen Heizkesselform mit Fluidumrohren wird der Wärmeaustauscherkern von verschiedenen Arten von. Metallrohren gebildet. Bei dem in der U.S.-Patentschrift 1¹ 512 864; offenbarten Heizkessel werden dabei gußeiserne Rohre mit an. die einzelnen Rohre angegossenen Rippen verwendet.

Bei wieder anderen Heizkesselformen, sind Blechrohre verwendet worden, wobei eine Blechrippe schraubenförmig um, das Rohr gewickelt ist, um die Oberfläche und damit dass EDsbß; der Wärmeübertragung zu vergrößern. Ein Beispiel für einen derartigen Heiz·- kessel ist in der U.S.-Patentschrift 5 534. -712 offenbart. Bei einem Heizkessel dieser Art ist das schraubenförmige Aufwickeln der Rippe auf das Rohr zur Erhöhung der Wärmeübertragurtgsfläche teuer. Bei einigen Konstruktionen ist das Rphr und/oder die schraubenförmige Rippe aus Kupfer wegen dessen, hoher Wärmeleit-

-Z-

244170

fähigkeit hergestellt. Bei solchen Bauformen wird jedoch eine aufwendige Kontrollvorrichtung benötigt, um sicherzustellen, daß sämtliche Teile der Rohre kontinuierlich von Wasser durchflossen werden, und zu verhindern, daß Dampf erzeugt wird. Bei Fehlen von Wasser und/oder Erzeugung von Dampf in einem Rohr oder einem Teil davon kann es passieren, daß sich der betreffende Rohrteil überhitzt, was wegen des niedrigen Schmelzpunktes von Kupfer dazu führt, daß das Rohr durchbrennt.

Bei anderen Bauformen werden Stahlrohre mit schraubenförmig umwickelten Rippen verwendet. Derartige Stahlrohre weisen ein ausgezeichnetes Verhalten bei sehr hohen Temperaturen und Drucken auf. Da Stahl jedoch leicht durch Säuerstoffkorrosion angegriffen wird, hat er sich als nicht besonders geeignet zum Betrieb bei niedrigen Temperaturen erwiesen.

Die vorliegende Erfindung überwindet die genannten Schwierigkeiten. Dazu wird insbesondere ein Heizkessel mit einer Vielzahl von gußeisernen Fluidum- oder Wasserrohren geschaffen. Die Rohre werden dadurch hergestellt, daß die Wärmeübertragungsrippen beim Gießen des Eisens angegossen werden. Die gußeisernen Rohre sind über ebenfalls aus Gußeisen bestehende Kopfstücke, und Verzweigungen zu einstückigen Wärmeaustauscher-Modulen verbunden. Ein Ziel besteht darin, eine Wärmeabsorptionseinheit bzw. einen Wärmeabsorptionsmodul standardisierter Bauform zu schaffen, der eine vorbestimmte Anzahl von Rohren enthält und eine vorgegebene Wärmekapazität von beispielsweise 125.000 Kcal aufweist. Die Wärmekapazität des Heizkessels läßt sich dabei in der Wärmekapazität der einzelnen, verwendeten Moduln- entsprechenden Schritte erhöhen.

Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen näher erläutert. In. den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Heißwasserkessels gemäß einer ersten AusführungsforrtE der Erfindung? .

Fig. 2 eine Stirnansicht des Heizkessels nach Fig. Ii

50981t/0334

Fig. 3 eine vergrößerte Stirnansiciit eines

der Kopfstücke; Fig. 4 eine Unteransicht des Kopfstücks nach

Fig. 3; -.._.'

Fig. 5 eine Seitenansicht des Kopfstücks;

Fig. 6 eine fragmentarische Stirnansicht eines Teils des Kopfstücks;

Fig. 7 einen fragmentarischen Querschnitt durch einen Teil des Kopfstücks;

Fig. 8 einen vergrößerten Längsschnitt durch

den mittleren Teil des aus den gußeisernen gerippten Rohren bestehenden-Aufbaus;

Fig. 9 einen Längsschnitt durch einen Endabschnitt eines gußeisernen gerippten Rohres und eines Teils des zugehörigen Kopfstücks;

Fig. 10 einen Querschnitt durch einen Teil der gußeisernen Rohre;

Fig. 11 eine Seitenansicht eines. Kopfstücks

gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 12 eine Ansicht einer Stirnplatte;

Fig. 13 eine Anischt der Stirnfläche des Verteilers ; und

Fig. 14 eine Ansicht der anderen Seite des Verteilers.

Der Heizkessel 10 umfaßt einen Sockel 12 zur Montage auf einer feuersicheren Unterlage 14, etwa einer Zementlage oder einem Zementboden. An der Unterseite des Sockels 12 können mehrere · umgekehrt angeordnete U-Träger 16 befestigt sein, die den ' Sockel 12 in Abstand über der Unterlage 14 halten.

Der gesamte Heizkessel 10 ist vorzugsweise vollständig von einem Schutzgehäuse 11 umschlossen. Normalerweise hat dieses Gehäuse die Form eines Blechkastens mit Seiten- und Stirnplatten 13, 15, die sich zur Wartung und ähnlichen Arbeiten leicht entfernen lassen. Die Platten 13 und 15 können mit erheblichen Mengen an Wärme- und Schallisolation versehen sein.

6 0-9811/0334

Über dem Mittelteil des Sockels 12 ist eine Brennkammer 18 angeordnet. Die Kammer 18 umfaßt ein Paar von vertikalen Seitenwänden 2o, die ziemlich nahe an den gegenüberliegenden Kanten des Sockels 12 angeordnet sind* Diese Seitenwände 20 verlaufen vom Sockel 12 bis zur Oberseite der Brennkammer 18.

Weiterhin umfaßt die Brennkammer 18 ein Paar von Stirnwänden 22, die vorzugsweise unmittelbar über einem Paar von U-Trägern 16 angeordnet sind, so daß ein Teil des Sockels 12 darüber hinaus ragt. Die Stirnwände 22 enden an ihre Unterseite in einem kurzen Abstand über dem Sockel 12, so daß Zugöffnungen 24 und 26 zum Eintritt der Brennluft entstehen. Die Stirnwände 22 enden ferner in kurzem Abstand unterhalb der Oberkante der Seitenwände 20.

Die Seiten- und Stirnwände 20, 22 bilden also einen kastenartigen Aufbau mit Lufteinlaß- oder Zugöffnungen 24, 26 nahe dem Boden. Die Wände 20 und 22 sind vorzugsweise aus hoch-wärmeisolierendem Material wie etwa Keramik, feuerfestem Stein, Schamotte und dergleichen, hergestellt. Zweckmäßig ist es auch, wenn die Wände 20 und 22 gewisse akustische Isoliereigenschaften aufweisen, um die Verbrennungsgeräusche zu dämpfen.

Zur Verbrennung eines geeigneten Brennstoffs und Erzeugung der gewünschten Wärmeenergie ist ein Brenneraggregat 25 vorgesehen, dessen Typ natürlich von der Art des Brennstoffs abhängt. Zum Zwecke der Erläuterung ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Gasbrenneraggregat gezeigt.

Das Brenneraggregat 25 ist in der Brennkammer 18 nahe deren Boden montiert. In seiner vorliegenden Ausführungsform umfaßt es mehrere mit Brennerdüsen versehene Rohre 28, die über den Boden der Kammer 19 verteilt und in erhöhter Lage etwas über dem Sockel 12 des Heizkessels 10 angeordnet sind. Die unter den Stirnwänden 22 gebildeten Öffnungen 24 und 26 gestatten die Zufuhr von Frischluft in die Brennkammer 18 mit einem Durchsatz, der ausreicht, um die Verbrennung aufrechtzuerhalten.

An oder nahe der vorderen Stirnwand 22 mag eine Verbrennungssteuerung 30 angebracht sein. Die genaue Art dieser Steuerung 30

509811/0334

hängt natürlich vom Brennstoff typ,- den vorgeschriebenen behördlichen Erfordernissen, der Art des Brenneraggregats 25 und anderen Faktoren ab. Jedenfalls dient die Steuerung 30 zur Regulierung der Brennstoffströmung in das Brenneraggregat. 25. Die Gesamthöhe der Brennkammer 18 dürfte nicht besonders kritisch sein. Normalerweise ist die Höhe jedoch eine Funktion der Ver- ■ brennungsleistung, des benützten Brennertyps und sonstiger Tatsachen.

An der Oberseite der Brennkammer 18 ist ein Wärmeaustaus eher kern 32 vorgesehen, der die von den Verbrennungsprodukten erzeugte Wärme absorbiert. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Kern 32 um die sogenannte Wasserrohr-Variante, bei der durch den Kern 32 Wasser strömt und dabei erwärmt wird. Der Kern 32 gewährleistet, daß das hindurchzirkulxerende Wasser in inniger wärmeaustauschender Beziehung mit den durch die Brennkammer 18 senkrecht nach oben strömenden heißen Gasen gehalten wird, und erzeugt dadurch eine hoch-wirksame Wärmeübertragung.

Über der Oberseite der Brennkammer 18 unmittelbar oberhalb des Wärmeaustaus eherkerns 32 kann eine Haube bzw. ein Abzug 34 angeordnet sein, der dazu dient, die expandierten Verbrennungsprodukte zu sammeln und sie einer Absaugleitung, oder einem Kamin zuzuführen. Wie aus dem folgenden ersichtlich, hat der vorliegende Heizkessel 10 eine sehr geringe Höhe. Daher ist es möglich, den Abzug 34, die Absaugleitung und sonstige Elemente an den den Heizkessel 10 enthaltenden Blechkasten anzubauen oder anzuformen. . .

Der Wärmeaustauscherkern 32 kann auf beliebige Weise hergestellt sein. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht, er_;aus einer Reihe von wärmeabsorbierenden Einheiten oder Moduln 36 standardisierter Bauform. Sämtliche Moduln 36 sind im wesentlichen identisch miteinander. Jeder Modul 36 erbringt eine gewisse vorbestimmte Energievergrößerung. Beispielsweise kann jeder Modul 36 eine Wärmekapazität von etwa, 125.000 Kcal haben. Durch Ausrüsten des Heizkessels mit weiteren Moduln kann dessen-:

509811/03 34

Wärmekapazität auf jeden beliebigen "Wert aufgestockt werden.

Zum Zwecke der Erläuterung sind in dem vorliegenden Ausführungs- ' beispiel nur zwei Moduln 36 dargestellt. Es wird jedoch betont, daß jede beliebige Anzahl von Moduln 36 zum Aufbau eines Wärmeaustauscherkerns 32 mit der gewünschten Wärmekapazität verendet werden kann.

Jeder einzelne Modul 36 umfaßt ein Paar von Kopfstücken 38, zwischen denen eine Gruppe oder ein Bündel von mit Rippen versehenen gußeisernen Rohren 40 verläuft. Die Kopfstücke 38 sind nahe den entgegengesetzten Seiten der Brennkammer 18 angeordnet und lassen sich an oder nahe den Stirnwänden 22 montieren.

Sämtliche Kopfstücke 38 sind vorzugsweise identisch miteinander. Sie sind ferner vorzugsweise in zwei getrennten Teilen gegossen. Der erste Teil ist hohl und bildet den Hauptkörper 42 des Kopfstücks. Die Ober- und Unterseiten 44 und 46 des Körpers 42 sind im wesentlichen horizontal, während die beiden Seitenflächen 48 und 50 aus den im folgenden erläuterten Gründen vorzugsweise gegenüber der Vertikalen leicht geneigt sind. Dadurch wird das Aneinanderpassen mit den Seitenflächen benachter Kopfstücke erleichtert, wenn mehr als ein Modul 36 verwendet wird. Der Körper 42 weist ferner eine im wesentlichen senkrechte Stirnfläche 52 auf, in der für jedes einzelne Rohr 40 eine eigene Öffnung 72 vorgesehen ist·

Jedes Kopfstück 38 umfaßt ferner einen erweiterten angegossenen Stutzen 54, der sich durch eine Seite 46 hindurch öffnet. Der Stutzen 54 dient zum Eintritt oder Austritt von Wasser in bzw. aus dem Kopfstück 38.

Die Rückseite des Körpers 42 ist offen, wird jedoch von einem gußeisernen Deckel 56 verschlossen und abgedichtet. Die Kanten des Deckels 56 und/oder des Körpers 42 v/eisen dabei eine Nut zur Aufnahme einer Dichtung auf. Diese Dichtung bewirkt eine Abdichtung an der Übergangsstelle zwischen der Rückseite des Körpers 42 und der Vorderseite des Deckels 56. Dadurch wird das Innere des Kopfstücks 38 wirksam verschlossen und abgedichtet.

509811/0334

Der Deckel 56 kann durch eine Reihe von Bolzen 58 an seinem Rand befestigt sein. Außerdem sind ein .oder mehrere Zugstangen' 60 vorgesehen, die von einem Deckel zu dem Deckel am entgegengesetzten Ende des Heizkessels 10 verlaufen können. Eine derartige Zugstange 60 hält sämtliche Bauteile gegen die Expansionskrafte des Wasserdrucks und die Wärmeausdehnung und -zusammenziehung beim Erhitzen zusammen. Es hat sich jedoch als zweckmäßig erwiesen, daß die Zugstange 60 gemäß Fig. 9 nur über die Länge des Rohrs 40 verläuft, so daß deren einzelne Rohrabschnitte 66 in Axialrichtung zusammengedrückt werden. Bei einer derartigen inneren Zugstange sind die Probleme der Wärmeausdehnung und Korrosion der Stange geringer.

Häufig ist es zweckmäßig, an den Innenflächen der Gußteile einschließlich der Rohre eine innere Beschichtung,vorzusehen. Die Möglichkeit, das Innere der Kopfstücke 38 und der Rohre 40 optisch zu überprüfen, gestattet eine Bestätigung, daß die Beschichtung von hoher Qualität ist und keine Fehlstellen oder Unregelmäßigkeiten aufweist. Ist die Beschichtung unvollständig und/oder weist sie Löcher auf, so kann es passieren, daß der Heizkessel 10 wegen Korrosion und ähnlichen Gründen vorzeitig ausfällt. Da sich außerdem der rückwärtige Deckel 56 von dem Kopfstück 38 abnehmen läßt, ist es ferner möglich, den Heizkessel nach dem Betrieb zu inspizieren und etwaige Kesselstein- und sonstige Ablagerungen, die sich möglicherweise in den Rohren gesammelt haben, zu entfernen· .

Jeder Modul 36 umfaßt eine Gruppe oder ein Bündel von Rohren 40. Die in einem Modul 26 verwendete Anzahl von Rohren 40 kann so gewählt werden, daß sie die gewünschte Wärmeübertragung ergibt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfaßt jeder Modul 36 beispielsweise sechs einzelne Rohre 40, die eine Gesamt-Wärmekapazität von etwa 125.000 Kcal pro Modul 36 ergeben.

Die einzelnen Rohre 40 sind nach im wesentlichen herkömmlichen Verfahren aus Eisen gegossen. Die einzelnen Rohrabschnitte 66 weisen eine zylindrische Durchführung 64 im wesentlichen gleichförmigen Durchmessers auf, die über die Gesamtlänge jedes Abschnitts 66 verläuft. . ■ ·

509811/0334

2A41706

Ferner sind an die Rohrabschnitte 66 außen eine Reihe von radialen Rippen 62 angegossen, die vorzugsweise in gleichmäßigen Abständen voneinander angeordnet sind und gleiche Dicke aufweisen. Die genauen Abmessungen der Rippen 62, ihrer Abstände usw. sind so gewählt, daß sich ein optimales Wärmeübertragungsverhältnis ergibt. ·

Die Rohre 40 werden vorzugsweise in einer durchgehenden Länge gegossen. Unter gewissen Umständen (beispielsweise infolge von Beschränkungen beim Gießprozeß) hat es sich jedoch als notwendig erwiesen, die Rohre 40 in kürzeren Rohrabschnitten 66 zu gießen und diese gemäß Fig. 8 stirnseitig zu einem Rohr der gewünschten Gesamtlänge zusammenzusetzen.

Die aneinander stoßenden Enden der Rohrabschnitte 66 sind innen bearbeitet, so daß sie eine glatte, leicht konische Fläche zur Verwendung in Verbindung mit einer Einschübhülse 70 aufweisen." Die Enden der Rohrabschnitte 66 werden dann zusammengedrückt und bilden ein Rohr 40 der gewünschten Länge.

Die äußeren Enden der Rohre 40 sind ebenfalls bearbeitet, so daß sie in die Öffnungen 72 in der Stirnfläche des Kopfstücks 38 passen. Wie dargestellt, kann die Verbindung die Form eines Preßsitzes haben. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß auch sonstige Arten der Einpassung, beispielsweise durch Verbindung von Einschubhülsen und dergleichen, verwendet werden können, um die Rohrabschnitte 66 miteinander sowie die Rohre 40 mit den Öffnungen 72 in den Kopfstücken 38 zu verbinden.

In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die mit Rippen versehenen gußeisernen Rohre 40 in zwei getrennten Höhen oder Lagen, d.h. in einer oberen Lage 74 und einer unteren Lage 76, angeordnet·. Es wird darauf hingewiesen, daß die Rohre in beliebig vielen Lagen angeordnet werden können. Dabei hat sich jedoch herausgestellt, daß bei Verwendung von mehr als zwei Lagen die Rohre in den oberen ^agen etwas weniger leistungsfähig sind₀ Einerseits sind diese oberen Rohre mindestens teilweise gegenüber dem Verbrennungsprozeß abgeschirmt, indem sie etwa im "Schat-

509811/03 34

ten" der in den unteren Lagen befindlichen Rohre liegen. Daher sind die oberen Rohre nicht direkt einer größeren Menge der Strahlungsenergie aus dem Verbrennungsprozeß ausgesetzt.

Ferner steigt mit der Anzahl an Lagen auch der Strömungswiderstand für die heißen Gase, und die Temperatur der Gase nimmt ab. Aufgrund dieser und anderer Faktoren wird der Gewinn bei Erhöhung der Anzahl an Lagen über zwei hinaus geringer.

Wie am besten aus Fig. 6 und 19 ersichtlich, sind die mit Rippen versehenen gußeisernen Rohre 40 in den beiden Lagen 74 und 76 gegeneinander versetzt. Insbesondere sind die einzelnen Rohre in der oberen Lage 74 jeweils direkt auf die Zwischenräume 78 zwischen den unteren Rohren 40 ausgerichtet. Dadurch wird mindestens ein Teil der oberen Rohre der in dem Verbrennungsprozeß auftretenden Strahlungsenergie ausgesetzt. Außerdem müssen die heißen Verbrennungsgase senkrecht nach oben durch den verengten Raum zwischen den unteren Rohren hindurchströmen und treffen dadurch gegen die Unterseite der oberen Rohre. Dadurch wird eine turbulente Strömung gewährleistet, in der die heißen Gase stets in Berührung mit den Rohren treten.

Wie in Fig. 10 gezeigt, kann ferner eine Vielzahl von Rohr-Prallblechen 75 vorgesehen sein. Diese Prallbleche 75 sind geknickt und verlaufen zwischen benachbarten oberen Rohren nach unten, während sie mit ihren Flügeln 77 über die Oberseite der Rohre verlaufen. Die benachbarten Kanten der Flügel 77 sind etwas voneinander getrennt und bilden eine verengte Entlüftungsöffnung 79. Außerdem sind die Flügel 77 dicht um die Kanten der Rippen 62 gepaßt, so daß sie die heißen Abgase direkt auf die Rohre und Rippen leiten. Dadurch werden der Wärmeübergang und die Leistungsfähigkeit des Heizkessels wirksam verbessert.

Wie oben angegeben, kann zum Aufbau der gewünschten Wärmekapazität jede beliebige Anzahl von Moduln 36 verwendet werden. Wird, wie in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, mehr als ein Modul 36 gewünscht, so werden zusätzliche Moduln an der Oberseite der Brennkammer 18 eingebaut, \\robei die einzelnen Kopfstücke

50 9811 /0 3 34;

2A41706

stirnseitig aneinander gesetzt werden. Dadurch wird über die gesamte Breite des Heizkessels 10 eine zusammenhängende Doppelschicht aus Rohren 40 gebildet. Da die Rohre 40 in den beiden Lagen 74 und 76 gegeneinander versetzt sind, verlaufen die Seitenflächen 48 und 50 der Kopfstücke 38 schräg. Diese schrägen Seitenflächen 48 und 50 der Kopfstücke 38 stimmen jedoch überein und passen genau zusammen.

An beiden Seiten des Heizkessels 10 ist ein rohrförmiger gußeiserner Verteiler 80 bzw. 82 vorgesehen, um die Kopfstücke 38 mit Wasser zu versorgen bzw. das von den Kopfstücken 38 abgegebene Wasser aufzunehmen. Jeder Verteiler 80, 82 umfaßt einen erweiterten zylindrischen Abschnitt, der etwa die gleiche Länge hat wie die Gesamtbreite der beiden Kopfstücke 38. Jeder Verteiler 80, 82 umfaßt getrennte angegossene Stutzen 84, die jeweils auf die Stutzen 54 an den einzelnen Kopfstücken 38 passen.

Ein Ende jedes Verteilers 80, 82 ist normalerweise mittels einer geeigneten Kappe bzw. Verschlußplatte 86 abgeschlossen. Das andere Ende weist einen Flanschansatz 88 zum Anschluß an eines der Wasserrohre in dem betreffenden Heizsystem auf.

Wie aus den Zeichnungen, insbesondere aus Fig. 1, ersichtlich, sind das Kopfstück 38 und der Verteiler 80 an der einen Seite des Heizkessels 10 gegenüber dem Kopfstück 38 und dem Verteiler 82 am anderen Ende des Kessels umgekehrt angeordnet. Dadurch wird es möglich, daß sämtliche Verteiler 80 und 82 und sämtliche Kopfstücke 38 jeweils identisch oder spiegelbildlich zueinander sind. Dadurch wird eine Verminderung in der erforderlichen Anzahl an Einzelteilen usw. erreicht.

Außerdem wird dadurch die Wasserströmung erleichtert und insbesondere eine gleichmäßige Verteilung des durch sämtliche Rohre zirkulierenden Wassers aufrecherhalten. Beim normalen Betrieb tritt das aus dem Heizsystem zurückkehrende Wasser in den unteren Verteiler 80 ein und strömt horizontal durch diesen. Dieses V/asser verteilt sich gleichmäßig auf die beiden Stutzen 84 auf und strömt dann nach oben in die Kopfstücke 38. Fließt das

5 0-9 81 1/03 34

Wasser mit hoher Strömungsgeschwindigkeit, so hat es beim Eintritt in den Verteiler 80 eine hohe kinetische Energie und entfaltet beim Erreichen des hinteren Endes des Verteilers 80 hohen Druck. Aufgrund dieser Wirkung muß.zur Erzielung einer gleichen Aufteilung der Wasserströmung die Proportionierung der Verteilung und Abmessungen des Verteilers 80, der Stutzen 84 und 54 und weiterer Bauteile sorgfältig vorgenommen werden.

Strömt das Wasser durch die Stutzen 54 nach oben und dann in · das Innere des Kopfstücks 38, so teilt es sich erneut und gelangt in die verschiedenen Rohre 40, die es in Richtung des entgegengesetzten Kopfstücks 38 durchströmt. Die Anordnung des Stutzens 54, die Größe und ähnliche Merkmale des Innenraums des Kopfstücks sind dabei so zu proportionieren, daß eine gleiche Verteilung des Wassers auf die einzelnen Rohre 40 gewährleistet ist. Das Wasser tritt dann vondsn Rohren 40 aus und strömt in das andere Kopfstück 33 und von dort in den Verteiler 82, den es bezüglich saines Eintritts in den Verteiler 80 am entgegengesetzten Ende verläßt. Daher ist der Weg, den das Wasser zurücklegt, unabhängig davon, durch welches Rohr 40 es strömt, immer gleich. Wie ersichtlich, wird dadurch eine gleichmäßige Verteilung der Wasserströmung auf sämtliche Teile des Wärmeaustauscherkerns sichergestellt.

Als Variante kann das in Fig. 11-14 gezeigte Ausführungsbeispiel verv/endet werden. Der Heizkessel ist in diesem Ausführungsbeispiel mit dem Heizkessel 10 des ersten Ausführungsbeispiels mit Ausnahme der Moduln 100 und insbesondere der Kopfstücke im wesentlichen identisch.

Die Kopfstücke 102 sind oberhalb der Wände 22 im wesentlichen in gleicher Weise wie die Kopfstücke 38_;zu montieren. Dadurch wird gewährleistet, daß die gußeisernen Rohre -40 über die Oberseite der Brennkammer 18 verlaufen. Die beiden Kopfstücke 102 sind im wesentlichen identisch miteinander, so daß sie beim Einbau nur umgedreht zu werden brauchen. Jedes Kopfstück 102 weist eine Rohr- oder Stirnplatte 104 und einen Verteiler 106 auf.

5 0981

Bei der Stirnplatte 104 handelt es sich um ein im wesentlichen flaches Element gleichmäßiger Dicke. Die Ober- und Unterkanten 108, 110 der Stirnplatten 104 sind normalerweise im wesentlichen geradlinig und lassen sich in im wesentlichen horizontalen Ebenen anordnen.

Jede Stirnplatte 104 weist durchgehende Öffnungen 112 auf, die zur Aufnahme der Enden der gerippten Rohre 40 dienen und dementsprechend derart angeordnet sind, daß sie der Anordnung der einzelnen Rohre innerhalb der Rohrgruppe entsprechen.

Wie am besten aus Fig. 12 ersichtlich, sind die Öffnungen 112 in zwei getrennten Reihen 114 und 116 angeordnet, so daß sie zwei Lagen von Rohren 40 bilden. Außerdem sind die Öffnungen 112 in den beiden Reihen 114 und 116 seitlich gegeneinander versetzt, so daß die gerippten Rohre 40 im wesentlichen ebenso wie im Fig. 10 gegeneinander versetzt sind.

The Enden der Rohre 40 können in den Öffnungen 112 der Stirnplatte 104 durch beliebige zweckmäßige Mittel befestigt sein. Beispielsweise können die Enden der Rohre 40 an der Außenseite derart bearbeitet sein, daß sie mit den Öffnungen 112 einen Preßsitz bilden. Zur weiteren Abdichtung der Verbindung kann ferner eine Dichtung vorgesehen sein. Alternativ kann die Innenseite der Rohre zur Aufnahme einer Einschubhülse oder dergleichen bearbeitet sein.

Wie ersichtlich, ergibt sich dann, wenn sämtliche Rohre 40 in der Gruppe mit ihren beiden Enden fest in den Öffnungen 11.2 der Stirnplatten 104 verankert sind, ein starrer Aufbau, der sich als einteiliges Bauelement handhaben läßt.

Die beiden gegenüberliegenden Seitenflächen 120 und 122 jeder Stirnplatte 104 sind verkämmt oder in sonstiger Weise mit Versetzungen versehen. Dadurch wird gewährleistet, daß die Seitenfläche 120 einer Stirnplatte an die Seitenfläche 122 der benachbarten Platte anstößt und gleichzeitig der gewünschte seitliche Abstand zwischen den Rohren 40 der beiden Lagen aufrechterhalten

509811/0334

wird. Wie ersichtlich, dienen somit die versetzten Seitenflächen 120 und 122 dem gleichen Zweck wie die schrägen Seitenflächen 48 und 50 in dem ersten Ausführungsbeispiel.

Die zueinander passenden Oberflächen der versetzten Seitenflächen 120 und 122 können leicht abgeschrägt sein, um die Passung und Abdichtung zwischen den Platten zu verbessern. Außerdem ist es zweckmäßig, einen Endstöpsel oder Endabschnitt 124 vorzusehen, um die Öffnungen zu verschließen und abzudichten, die sonst an den Enden der Moduln offen blieben.

Der Verteiler 106 ist vorzugsweise einstückig gegossen. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfaßt er ein Rohrsegment 128 mit einer zylindrischen Durchführung 130, die einen dem Einlaß— und dem Auslaßrohr entsprechenden größeren Durchmesser aufweist.

Das Rohrsegment 128 wirkt im wesentlichen als Hauptleitung zur Zuführung von Wasser an den betreffenden Modul bzw. zur Aufnahme des von dem Modul abgegebenen Wassers. An den gegenüberliegenden Enden des Segments 128 sind radial nach außen weisende erweiterte Flansche 132 vorgesehen. Die Flächen dieser Flansche 132 passen mit den Flächen der Flansche 132 an den jeweils benachbarten Verteilern 106 bei Verwendung mehrerer Modulen sowie mit den Einlaß- und Auslaßrohren und den Verschlußplatten zusammen. Wie ersichtlich, kann also das Wasser von dem Einlaßrohr bzw. in das Auslaßrohr seitlich in gerader Linie am Ende des Heizkessels strömen.

Der Verteiler 106 umfaßt eine oder mehrere Abzweigungen 134. Eine solche Abzweigung 134 verläuft quer zur. Hauptdurchführung 130 und öffnet sich in eine erweiterte Verteilerkammer 136. Die Kammer 136 ist von einem Flansch 138 umgeben, der an, einer Seite des Verteilers 106 eine Fläche 140 bildet. Diese Fläche 140 paßt mit dem. Umriß der Stirnplatte 104 zusammen. Dabei sind mehrere Bolzenlöcher vorgesehen, durch die der Verteiler 106 an die Stirnplatte 104 angeschraubt wird. Die erweiterte Kammer 136 steht somit direkt mit dem Inneren der gerippten.Rohre,40 in Verbindung. In der Fläche 140 des Verteilers IO6 und/oder der Stirnplatte 104 kann eine Ringnut 142 zur Abdichtung der

509811/0334

- 14 Kammer 136 vorgesehen sein.

Die Seiten des Flansches 138 sind ähnlich wie die Seitenflächen 120, 122 der Stirnplatten 104 abgesetzt. Es hat sich jedoch als zweckmäßig erwiesen, zwischen den benachbarten Seiten einen begrenzten Spielraum vorzusehen. Dadurch wird ein gewisses Maß an Freiheit in der Anordnung der Verteiler 106 an den Stirnplatten 104 geschaffen, so daß mechanische gegenseitige Störungen vermieden werden. Zwischen den beiden mit Flanschen versehenen Enden der beiden Rohrsegmente 128 kann eine elastische Dichtung 144 vorgesehen sein, die vorzugsweise elastisch genug ist, um ein begrenztes "Arbeiten" infolge von Wärmeausdehnungen und -zusaimnenziehungen, fehlerhafter Fluchtung und aus ahnlichen Gründen, aufzunehmen.

Die Abmessungen der Durchführung 130, der Abzweigung 134 und der erweiterten Kammer 136 sind so gewählt, daß eine gleichmäßige Wasserströmung in und durch die einzelnen gußeisernen Rohre 40 gewährleistet ist.

50981 t/0334

Claims

Patentansprüche

Λ.. Heizkessel mit einer Brenneinrichtung, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von über der Brenneinrichtung (18) angeordneten und über den Heizkessel verlaufenden gußeisernen Rohren (40) sowie einen über den Rohren angeordneten Abzug (34).
2. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (40) eine Vielzahl von angegossenen Rippen (62) aufweisen.
3. Heizkessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an seinen beiden gegenüberliegenden Seiten, Kopfstücke ("38; 102) angeordnet sind, an die die Enden der Rohre (40) angeschlossen sind.
4. Heizkessel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopfstücke (38; 102) aus Gußeisen bestehen.
5. Heizkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenneinrichtung ein am Boden einer Brennkammer (18) angeordnetes Brenneraggregat (25) umfaßt.
6. Heizkessel nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den gegenüberliegenden Seiten der Brennkammer (18) Verteiler (80, 82; 106) angeordnet sind, die mit den jeweiligen Kopfstücken (38; 102) verbunden sind, und daß die Brennkammer (18) oben durch den Abzug (34) abgeschlossen ist.
7. Heizkessel nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kopfstück (38) einen Hauptkörper (42) ■*

50 9811/0334

mit einer Seitenwand (52) und einer offenen Rückseite umfaßt, wobei die Seitenwand mehrere mit den Rohren (40) verbundene Öffnungen (72) aufweist und an der Rückseite ein das Kopfstück abschließender Deckel (56) angeordnet ist.
8. Heizkessel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (72) in zwei versetzten horizontalen Reihen und die Rohre (40) in zwei Lagen (74, 76) angeordnet sind.
9. Heizkessel mit einer Brennkammer und einem an deren Boden angeordneten Brenneraggregat, gekennzeichnet durch mehrere in der Brennkammer (18) über dem Brenneraggregat (25) angeordnete Wasserrohr-Moduln (36; 100).
10. Heizkessel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Modul (36J 100) ein Paar von gußeisernen Kopfstücken (38; 102) und eine Vielzahl von zwischen den Kopfstücken verlaufenden, mit Rippen (62) versehenen gußeisernen Rohren (40) umfaßt.
11. Modul zur Verwendung in einem Heizkessel, gekennzeichnet durch ein Paar von gußeisernen Kopfstücken (38j 102), die an entgegengesetzten Seiten der in dem Heizkessel vorgesehenen Brennkammer anzuordnen sind, sowie eine Vielzahl von gußeisernen Rohren (40) mit angegossenen Rippen (62), die mit ihren Enden an die Kopfstücke angeschlossen sind und quer durch die Brennkammer verlaufen.
12* Modul nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kopfstück (102) eine Stirnplatte (104) mit Öffnungen (112) zur

5 0 9 811/0334

441709

Aufnahme der Enden der gußeisernen Rohre (40) sowie einen an der Stirnplatte angebrachten Verteiler (106) umfaßt, der eine mit den Rohren in Verbindung stehende erweiterte Kammer (130) bildet.
13. Modul nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopstück (102) einen an dem Verteiler (106) angebrachten abnehmbaren Deckel (124) aufweist, der die Kammer (130) abdichtet und Zugang zu den Rohren (40) gestattet.
14. Wärmeabsorptions-Modul zur Verwendung in einem Heizkessel, der eine Brennkammer, ein darin angeordnetes Brenneraggregat und einen Abzug aufweist, gekennzeichnet durch ein Paar von Stirnplatten (52; 104), die an entgegengesetzten Seiten der Brennkammer angeordnet sind und eine Vielzahl von durchgehenden Öffnungen (72; 112) aufweisen, eine Gruppe von gußeisernen Rohren (40) mit angegossenen Rippen (62), wobei jedes Rohr an seinen beiden Enden mit den Öffnungen in den Stirnplatten verbunden ist und somit quer durch die Brennkammer oberhalb des Brenneraggregats verläuft, sowie einen an jeder Stirnplatte angebrachten Verteiler (80, 82; 106), der eine mit den Rohren in Verbindung stehende erweiterte Kammer (130) bildet.
15. Modul nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (72; 112) in den Stirnplatten (52; 104) in zwei getrennten Reihen (114, 116) und gegeneinander seitlich versetzt angeordnet sind, so daß sich die Rohre (40) in zwei Lagen (74, 76) befinden.

5 0 9 8 11/0334 ν^s ·
16. Modul nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verteiler (80, 82; 106) einen Deckel (86) aufweist, der die darin befindliche Kammer (130) abschließt und Zugang zum Innern der Rohre (40) gestattet.

50981.1/0334