CS220513B1 - Zařízení pro využití tepla spalin unikajících komínem - Google Patents

Abstract

Zařízení slouží pro využití vysoké teploty spalin a pro zajištění samonosnosti kovových, ale i zděných či betonových' komínů. Na spodní části komínu je umístěn výměník tepla, využívající principu vnitřní rekuperace, přičemž jeho vnější plášť tvoří nosnou část komínu. Vstup chladného vzduchu do výměníku a výstup horkého vzduchu jsou umístěny v dolní, nejteplejší části výměníku. Dutina mezi komínovou rourou a pláštěm výměníku je rozdělena trubkou z pórovité hmoty nebo kovovóu trubkou opatřenou četnými otvory na dvě poloviny. Plášť výměníku tepla je v dolní části opatřen základovou deskou a v horní části je uzavřen mezikruhóvým prstencem, pevně spojeným s komínovou rourou a tvořícím nosný element komínové roury.

Description

Vynález se týká zařízení prto využití tepla spalin unikajících komínem.

Dosavadní zařízení pro využití tepla spalin unikajících komínem jsou provedena tak, že ocelový komín je opatřen pláštěm, kterým je proháněn vzduch. Tato zařízení jsou velmi málo účinná, protože radiační složka sdílení tepla do proudícího vzduchu prakticky nepřechází. Konvektivní složka při této úpravě přenáší na proudící vzduch jen malé procento celkového množství využitelného tepla. Jiná známá zařízení jsou vytvořena tak, že jejich účinná plocha je zvýšena pomocí žeber na komínové rouře, opatřené rovněž pláštěm. Při takové úpravě dochází ke značnému zvětšení průřezu pro průtok vzduchu a tím k podstatnému snížení rychlosti jeho proudění, což vede k dalšímu výraznému poklesu konvektivního- přestupu tepla. Kromě toho je žebrování komínové roury velmi pracné.

Uvedené nevýhody odstraňuje zařízení pro využití tepla spalin unikajících komínem, okolo jehož komínové roury je umístěn plášť výměníku tepla, vytvořený podle vynálezu, jehož podstata je v tom, že plášť výměníku teplá vytváří kolem komínové roury dutinu, která je trubkou umožňující prostup tepla rozdělena na vnitřní a vnější dutinu, přičemž plášť výměníku je seshora uzavřen horním mezikruhovým prstencem, zatímco spodní část pláště výměníku je uzavřena spodním mezikruhovým prstence, tvořícím základovou desku pro upevnění komína k jeho základu, nad kterýmžto prstencem je jednak otvlor pro přívod chladného vzduchu a jednak otvor pro odvod ohřátého vzduchu.

Pokrok dosažený vynálezem spočívá v tom, že vynález umožňuje získání teplého vzduchu obsahujícího 90 % i více tepla sdíleného do okolí, a to· ve formě, která připouští jeho dokonalou ovladatelnost a využití nejjednodušším způsobem pomocí trubkových rozvodů. K dopravě vzduchu postačí jen jediné dmychadlo pracující se studeným vzduchem (horký vzduch nad 500 °C vyžaduje speciální konstrukci ventilátoru], dále v tom, že povrchová teplota pláště výměníku tepla na vnější straně je velmi nízká, a proto může být jeho plášť vyroben z běžné konstrukční oCeli i přesto·, že současně tvoří nosnou konstrukci komínu. Radiační sdílení tepla z pláště výměníku do okolí je nepatrné a neohrožuje osoby ani provoz v bezprostřední blízkosti výměníku tepla. Intensivní radiační sdílení tepla z komínové roury na pórovitou hmotu, která je relativně chladná, snižuje též výrazně střední teplotu roury tvořící plášť rekuperátoru, zejména v místě vstupu spalin, což značně prodlužuje životnost komína (při teplotě spalin pod 800 °C není nutné používat žáruvzdorné oceli). Vzduch vháněný do výměníku tepla nemusí být přiváděn přímo z atmosféry, nýbrž z vnitřních prostorů budov a může být použito i cirkulujícího vzduchu při jejich vytápění. Vysokou teplotou ve výměníku se ohřívaný vzduch zbavuje baktérií. Kromě toho, protože odtok ohřátého vzduchu je v přístupném místě u paty komína, je usnadněn jeho další rozvod i jeho případná úprava, například směšováním nebo zvlhčováním nástřikem vody. Tlakové rozložení vzduchu v dutinách ve výměníku tepla vykazuje pokles ve směru k ústí komína a tím je do značné míry kompenzována nižší radiační složka tepla předávaného pórovité hmotě v horní části výměníku tepla oproti části dolní. Rovněž z hlediska pracnosti a výrobních nákladů je provedení podle vynálezu podstatně levnější než výroba jakýchkoliv výměníku tepla s navařovanými žebry na komínové rouře. Účinnost uspořádání podle vynálezu je nesrovnatelně vyšší a celkový průměr výměníku tepla je podstatně menší než při provedení s chladicími žebry, například: pro průměr komínové roury 0,5 m má vnější plášť při použití navařených žeber průměr 2 až 2,5 m, zatímco provedení podle vynálezu vystačí s průměrem pláště 1 m.

Příklad provedení podle vynálezu je na připojených výkresech, kde na obr. 1 je schematicky znázorněn komín s výměníkem tepla v podélném řezu, na obr. 2 je tento komín v řezu A — A z obr. 1 a na obr. 3 je znázorněno provedení výměníku tepla ve zděném komínu.

Vysoká teplota spalin unikajících v hutních provozech bez užitku z pecí do komína je zdrojem velkých energetických ztrát a způsobuje značné potíže při konstrukci kovových komínů. Efektivní využitelnost teploty spalin začíná již asi od 600 °C výše a je tím větší, čím je vyšší vstupní teplota spalin do komína. Tato teplota se obvykle pohybuje mezi 1000 až 1150 °C. Sdílení tepla spalin na vnitřní stěnu komína (konvektivní a radiační) je vysoké, a proto dochází v dolní třetině komína k ohřátí jeho stěny na teplotu kolemi 700 až 850 °C i vyšší. Tím nastává převážně radiační sdílení tepla do okolního prostoru. Přirozená konvekcte má obvykle velmi nízký součinitel přestupu tepla, protože samotný čistý vzduch prakticky sálavé teplo nepřijímá. Radiační složku sdílení tepla tedy není možno využít, a to ani v případě, že se jedná o část komína procházející pracovním prostorem. Sálání rozžhaveného povrchu komína provoz spíše zatěžuje a nejčastěji znemožňuje jakoukoliv práci v blízkém okolí. Mimo toho je nutno počítat i s miožností vzniku požáru a tím i s ohrožením bezpečnosti práce. Nejvyšší teplotu má dolní část komína (ocelová trubka může mít v místě vstupu spalin střední teplotu až 900 °C), a proto nemůže být jeho kohstrukce samonOsná. Ocelový komín musí být opatřen samonosnou nosnou konstrukcí a uchycen v horní části, případně vhodným způsobem uchycen v horní části střešní konstrukce budovy. Zrnině220513 ná vysoká teplota dolní části komína vyžaduje obvykle použití žáruvzdorných materiálů, tedy poměrně drahých legovaných ocelí.

Ocelový komín s vnitřní rekuperací (obr. 1) sestává z komínové roury 1, okolo jejíž spodní části je umístěn plášť 2 výměníku tepla, kterýžto plášť 2 tvoří niosnou část komína a vymezuje kolem komínové roury 1 dutinu rozdělenou trubkou 5 na dvě poloviny, a to* vnitřní dutinu 4 a vnější dutinu 3. Trubka 5 je s výhodou z pórovité hmoty, která přejímá prakticky téměř všechno teplo, sdílené radiací (ε = 0,85). Trubka 5 může být zhotovena z různých materiálů, například z kovu nebo keramického materiálu s velmi četnými otvory o 0 1,5 -4-4- 2 mm nebo s kapilárními kanálky nebo z hustého kovového pletiva, vinutého případně v několika vrstvách na sobě. Plášť 2 výměníku je seshora uzavřen horním mezikruhovým prstencem 6 pevně spojeným s komínovou rourou 1 a tvořícím Současně nosný element komínové roury 1. Spodní část pláště 2 výměníku je uzavřena spodním, mezikruhovým prstencem 7, který tvoří základovou desku pro upevnění komína k jeho* základu.

Komínovou rourou 1 proudí horké spaliny 10. Chladný vzduch 11 je vháněn vstupním otvorem 12 do vnější dutiny 3 a prochází trubkou 5 do* vnitřní dutiny 4. Ohřátý vzduch 14 odchází z výměníku tepla výstupním otvorem 13. Vstupní otvor 12 a výstupní otvor 13 jsou umístěny v dolní, nejteplejší části výměníku.

Vnitřní rekuperace tepla spalin podle vynálezu může být využita i u komínů zděných nebo provedených z litého betonu, jak je znázorněno na obr. 3. Komínová roura 1 je v takovém případě kovová, trubka 5 z pórovité hmoty je uložena ve zděném prostoru a rozděluje jej na dutiny 3 a 4. Činno*st výměníku je stejná jako při provedení kovovém.

Činnost výměníku tepla s vnitřní rekuperací podle vynálezu spočívá v tom, že chladný vzduch 11 je vháněn vstupním otvorem 12 situovaným ve spodní části pláště 2 výměníku tepla do, dutiny 3. Zde ochlazuje plášť 2 výměníku tepla a prochází pórovitou hmotou do dutiny 4. Pórovitá hmota je ohřátá, na vysokou teplotu a při průchodu vzduchu probíhá velmi vysoké sdílení tepla (obvykle vyšší než 180 W. m^-2. . K^_1). Pórovitá hmota 5 prakticky přijímá všechno teplo sdílené radiací a předává jej téměř beze ztrát při laminárním průtoku proudícímu vzduchu. Přitom je maximální průtok vzduchu právě v dolní části komína, kde má vháněný vzduch největší přetlak. Tento průtok postupně klesá s, rostoucí výškou komína a je nejmenší právě v nejvyšším hodu výměníku tepla, kde je teplota účinné části komínové roury 1 nejmenší. To znamená, že při odchodu vzduchu z výměníku tepla v dolní části dutiny 4 výstupním otvorem 13 získáváme maximálně ohřátý vzduch 14 a sdílení tepla v jednotkovém množství za vteřinu je po celé délce účinné části komína rovnoměrné.

U dlouhých komínů s poměrně dlouhou volnou výškou nad střechou budovy se provede uspořádání výměníku tepla jen do takové výšky, kde je využití odcházejícího tepla ve spalinách ještě efektivní. Rozhodující je, aby střední teplota komínové roury 1 poklesla již na takovou hodnotu, která zaručuje i při použití běžných konstrukčních ocelí samono*snost přečnívající části komínové roury 1.

Vzduch odváděný z výměníku tepla s relativně vysokou teplotou může být použit buď přímo* v hořáku (s úměrným snížením množství paliva), nebo* pro* klimatizaci jako teplá složka do cirkulujícího vzduchu. Přímým nástřikem vody do horkého vzduchu lze snadno* upravit požadovanou vlhkost cirkulujícího vzduchu. Vstřikováním vody do vzduchu ohřátého na vysokou teplotu vzniká okamžitě vodní pára, kterou je možno použít pro parní vytápění.

Provedení komínů a výměníků tepla podle vynálezu může mlt průřez ve tvaru různých geometrických obrazců, například čtverce, obdélníku, různých mnohoúhelníků nebo hvězdic, aníiž by tím podstata vynálezu byla dotčena.

Claims (5)

1. K R E D Μ £ T

   1. Zařízení pro využití tepla spalin unikajících komínem, okolo· jehož komínové roury je umístěn plást výměníku tepla, vyznačené tím, že plášť (2) výměníku tepla je umístěn ve spodní části komínové roury (1) a vytváří tak dutinu, která je trubkou (5), umožňující prostup tepla, rozdělena na vnitřní dutinu (3) a vnější dutinu (4), přičemž plást (2) výměníku je seshora uzavřen horním mezikruhovým prstencem (6), zatímco spodní část pláště (2) výměníku je uzavřena spodním mezikruhovým prstencem (7), tvořícím základovou desku pro upevnění komína k jeho základu, nad kterýmžto prstencem (7) je jednak otvor (12) pro přívod chladného vzduchu (11) a jednak otvor (13) pro odvod ohřátého vzduchu (14).
2. 2. Zařízení pro využití tepla spalin podle vynalezu hodu 1, vyznačené tím, že otvor (12) pro přívod chladného vzduchu (11) a otvor (13) pro odvod ohřátého vzduchu (14) jsou umístěny v dolní, nejteplejší části výměníku tepla.
3. 3. Zařízení pro využití tepla spalin podle bodu 1, vyznačené tím, že horní mezikruhový prstenec (6j je vytvořen jako nosný element komínové roury (1) a je s ní pevně spojen.
4. 4. Zařízení pro využití tepla spalin podle bodu 1, vyznačené tím, že trubka (5) je vytvořena z pórovité hmoty.
5. 5. Zařízení pro využití tepla spalin podle hodu 1, vyznačené tím, že trubka (5) je vytvořena z kovu nebo keramického materiálu s četnými otvory, s výhodou o 0 1,5 až 2 mm, případně s kapilárními kanály.

   3 listy výkresů