CZ2010125A3 - Kotlové teleso kondenzacního plynového kotle s horákovou komorou pro bezplamenné spalování a dochlazovacím výmeníkem s integrovaným tlumicem hluku - Google Patents

Abstract

Zarízení ke spalování plynných paliv urcené k ohrevu kapalného média a to nekatalickým bezplamenným zpusobem spalování predmísené palivové smesi na povrchu keramických kulicek (7) plynopropustné radiacní náplne horákové komory kotle (6), vyznacené tím, že v horním prostoru (5) nad keramickou náplní horákové komory je umístena zapalovací/ionizacní elektroda (2), spodní hrana horního volného prostoru horákové komory je tvorena horní vrstvou keramických kulicek - plynopropustné radiacní náplne sloužící jako horák kotle, horáková komora (6) je svarenec, po obvodu i na horní strane obklopen dvojitým teplosmenným ocelovým opláštením, uvnitr kterého proudí kapalné médium, stredem plynopropustné radiacní náplne je vedeno stredové teplosmenné vychlazovací jádro (8) spojené s dvojitým pláštem horákové komory, uvnitr kterého proudí kapalné médium, teplosmenný povrch horákové komory (6) je v celém jeho prurezu stejný, spodní cást horákové komory je zakoncena roštem (10), na horákovou komoru (6) navazuje dochlazovací výmeník (11), výmeník (11) je tvorený do šroubovice stoceným trubkovým výmeníkem (12) o nekolika závitech - stoupáních s lamelami - žebry, do stredového prostoru trubkového výmeníku (11) integrovaným tlumicem hluku (13), výstupní spalinová komora (15) je na bocní strane opatrena výstupním hrdlem pro napojení odkourení kotle, výstupní spalinová komora (15) je ve spodní cásti doplnena tlumicem hluku, na spodní cást dna výstupní spalinové komory (15) je umísten sifon pro odvod kondenzátu.

Description

Vynález sc týká zařízení určeného ke spalování ušlechtilých plynných paliv a ohřevu kapalných médií, přičemž hoření v kotli probíhá na principu bezplamenného nekatalytického radiačního hoření na povrchu plynopropustné náplně v hořákové komoře. V uvedeném zařízení je homogenní předmísená palivová směs přiváděna do hořákové komory a to přímo nad plynopropustnou radiační náplň rychlostí, která je vyšší než rychlost hoření palivové směsi. Radiační hmota je během hoření ohřátá na tak vysokou teplotu, že v tomto stavu dokáže celým svým povrchem vyzářit téměř veškerou tepelnou energii vzniklou hořením. Vyzářená tepelná energie je absorbována stěnami hořákové komory a stěnami středového vychlazovacího jádra. V hořákové komoře je. vzhledem k nízké vrstvě radiační plynopropustné náplně, sálavým - radiačním způsobem předána většina vzniklé tepelné energie, zbytek tepelné energie je předán konvenčním způsobem - prouděním přes dochlazovací žebrovaný tepelný výměník. V tepelném výměníku dochází k dochlazcní proudících spalin z hořákové komory přes lamely žebrové trubky, která je stočena do spirály o malém průměru s vytvořením stoupání tvořeného několika ..závity“ žebrové trubky. Ve středu žebrového výměníku je. za účelem odstranění hlučnosti způsobeného prouděním hořící palivové směsi plynopropustnou radiační hmotou v hořákové komoře, integrována nehořlavá tlumicí hmota, která do sebe absorbuje hluk způsobený hořením. Po projití spalin ochlazovacím výměníkem spaliny proudí dále do do výstupní spalinové komory a odtud výstupním hrdlem do odkouření kotle. Ve výstupní spalinové komoře je ve spodní části též umístěna tlumicí hmota a to opět za účelem odstraněni hluku vzniklého v průběhu hoření palivové směsi v hořákové komoře. Ve dnu výstupní spalinové komory je otvor, kterým z vnitřního prostoru kotle odtéká kondenzát, tvořící se na žebrech žebrované trubky dochlazovaciho výměníku, do sifonu. Ze sifonu je kondenzát odváděn do kanalizace.

Uvedené kotlové těleso je určeno pro kotle s plně automatickým provozem vytápění, například rodinných domků, bytových domů, občanské výstavby, provozoven apod. Vzhledem k automatickému provozu kotle jsou kladeny vysoké požadavky na jeho zabezpečení proti havárii kotle a to z jakéhokoli důvodu. Kotci je opatřen několika bezpečnostními čidly, včetně zapalovací/ionizaČní elektrody umístěné v hořákové komoře kotle. Veškerá bezpečnostní čidla jsou napojena na elektronickou řídící jednotku, která zabezpečuje bezpečný a ekologický provoz kotle v průběhu všech jeho provozních režimech. Při zjištění jakéhokoli nestandardního stavu některého z bezpečnostních čidel kotle, řídící jednotka toto vyhodnotí jako poruchu a uzavřením plynového ventilu a indikací nalezené poruchy na displeji odstaví kotel z provozu. Při celkovém výpadku elektrické energie dojde k automatickému vypnutí kotle. V případě uvedeného celkového výpadku elektrické energie hrozí přehřátí hořákové komory v důsledku uvolnění akumulované tepelné energie nahromaděné v plynopropustné radiační náplni, v tomto případě je bezpečnost kotle zajištěna vždy jedním ze dvou bezpečnostních prvků a to buďto zajištěním běhu kotlového čerpadla zajišťujícího cirkulaci topné vody a to pomocí běžného malého záložního zdro je po dobu 15 minut, která je dostatečná pro vychlazení radiační náplně hořákové komory, nebo použitím bezpečnostního termostatického ventilu, který je umístěn v rozvodu kotle a napojen jak na otopnou vodu, tak i tlakovou vodu vodovodního řádu, který při překročení bezpečnostní teploty kotle otevře čidlo ventilu umístěné v horní části hořákové komory výstup otopné vody z kotle a zároveň otevře vstup studené vody z vodovodního řádu do kotle. Tím dojde k ochlazení topné vody v kotli a zároveň vychlazení radiační náplně. Po ochlazení otopné vody v kotli dojde k uzavření ventilu a to jak výstupu topné vody z kotle, tak i přívodu chladné tlakové vody z vodovodního řádu.

Vzhledem k tmu. že se jedná o kotlové těleso kondenzačního plynového kotle, je zde kladen důraz na kvalitu použitého materiálu, který musí odolávat vlhkému a agresivnímu prostředí nacházejícímu se v kotli. Proto byly na veškeré komponenty kotlového tělesa voleny osvědčené žáropevné a korozivzdorné materiály odolávající danému prostředí. Tím je zabezpečena dlouhodobá životnost a spolehlivost celého kotle po celou dobu jeho používání.

-2Popis funkce kotle:

Do kotle, který je řádně připojen na topnou soustavu je potrubím 1 přivedena předmísená palivová směs. Palivová směs je pomocí distributoru 3 rovnoměrně rozptýlena do prostoru nad keramickou náplní 5 v hořákové komoře 6 . Přivedená palivová směs je zapálena pomocí zapalovací/ionizační elektrody 2 . Po vzniku plamene je zpětně pomocí zapalovací/ionizační elektrody 2 , která slouží zároveň jako jeden z bezpečnostních prvků kotle, hlídán bezpečný a ekologický provoz kotle. Prostor nad keramickou náplní 5 je minimální a slouží pouze k zážehu palivové směsi a indikaci tvorby plamene. Tento prostor neslouží jako vlastní spalovací komora a to především z důvodu vysoké rychlosti proudící palivové směsi, která v tomto prostoru nestačí shořet a je nespálená přiváděna dále do prostoru keramické náplně 7 a to na její horní část. V průběhu průchodu hořící směsi keramickou náplní 7 dochází ke zvýšení její rychlosti a následnému vytvoření žhnoucího pásma uvedené keramické náplně 7. Keramická náplň 7 je tvořena kvalitním materiálem na bázi korundu a je schopna v tomto pásmu dosáhnout teplot až l()00°C. Žhnoucí pásmo tohoto prostoru svým vyzařováním (radiací) předá převážnou část svého tepla do vnitřních teplosměnnýeh ploch hořákové komory 6 a středového vychlazovacího jádra 8 . Při průchodu malou vrstvou keramické hmoty 7 hořákové komory 6 dojde za pomoci vnitřních teplosměnnýeh ploch hořákové komory 6 k předání převážné většiny vyprodukovaného tepla do topné vody systému. Prostor keramické hmoty 7 opouští spaliny přes spodní část hořákové komory 6 přes rošt 10 již značně ochlazené. Z hořákové komory 6 proudí spaliny do dochlazovacího výměníku 11 , kde dojde k jejich konečnému ochlazení až pod teplotu kondenzace a to na lamelách (žebrech) trubkového výměníku 12 a jejich následnému výstupu z kotle přes výstupní spalinovou komoru 15 hrdlem 17 do odkouření kotle. Hlučnost hoření vznikající rychlostí proudění palivové směsi a jejím průchodem keramickou náplní 7 hořákové komory 6 je tlumena integrovaným tlumičem hluku 13 v ochlazovacím výměníku a tlumicí hmotou 18 ve spodní části výstupní spalinové komory 15 kotle. Vzniklý kondenzát tvořící se na lamelách (žebrech) trubkového výměníku 12 je odváděn přes sifon 19 umístěný ve spodní části dna výstupní spalinové komorylS .

• · ·

-3!

Ρ ri Μ C. i- <' vy/c de^L-.

Attft^eeí

Na připojených výkresech je na pozici I. znázorněn celkový pohled na kotlové těleso, na pozici II. řez tímto tělesem a na pozici III. popis jednotlivých částí z pozic I. a II.

Přívod palivové směsi od modulačního ventilátoru do hořákové komory je zajištěn přívodní trubkou 1, která je zakončena plochou přírubou. Tato příruba je připevněna šrouby k hořákové komoře 6 a mezi přírubou a hořákovou komorou je vložen distributor palivové směsi 3 . Těsnění mezi plochami obstarává silikonový tmel odolávající vysokým teplotám. Distributor palivové směsi 3 je zapuštěn do horního prostoru 5 hořákové komory 6 a pomocí drážek, které slouží k usměrnění výtoku palivové směsi z distributoru 3 zajišťuje rovnoměrné rozvedení palivové směsi do horního prostoru 5 hořákové komory 6 nad plynopropustnou radiační náplň 7, která tvoří výplň hořákové komory 6. Do horního prostoru 5 hořákové komory 6 je zapuštěna zapalovací/ionizační elektroda 2 . která slouží k zapálení palivové směsi v horním prostoru 5 hořákové komory 6 nad plynopropustnou radiační náplní 7, která tvoří výplň hořákové komory 6. Ionizačni/zapalovací elektroda 2 slouží zároveň k indikaci plamene (ionizačního proudu) a tvoří jeden z několika bezpečnostních prvků kondenzačního kotle. Hořáková komora 6 je včetně horního víka dvouplášťový svařenec, opatřený středovým vychíazovacím jádrem 8 a dvěma vývody, z nichž horní vývod 4 slouží k výstupu ohřáté topné vody z kotle a spodního 9, který slouží k propojení hořákové komory 6 s trubkovým výměníkem 12 , který tvoří součást dochlazovacího výměníku 11 . Mezi dvojitým pláštěm hořákové komory 6 a středovým vychíazovacím jádrem 8 proudí voda topného okruhu. Téměř celý prostor hořákové komory 6 , mimo prostor nad keramickou náplní 5, je vyplněn plynopropustnou radiační náplní 7 . která je tvořena kuličkami z kvalitního žáru odolávajícího materiálu korundu. Na povrchu plynopropustné radiační náplně 7 dochází ke spálení palivové směsi a následnému vyzáření (radiaci) vzniklé tepelné energie do stěn hořákové komory 6 a středového vychlazovacího jádra 8, které zachycené teplo předají topné vodě. Prostor pod plynoproustnou radiační náplní 7 jc uzavřen roštem 10 , který zabraňuje vypadávání keramických kuliček 7 z prostoru hořákové komory 6 a umožňuje prostup spalin do dochlazovacího výměníku 11. Dochlazovací výměník 11 je tvořen jednoduchým pláštěm a jeho vnitřní prostor vyplňuje trubkový žebrový výměník 12 a tlumič hluku 13 . Trubkový výměník 12 je tvořen žebrovou trubkou sestávající z měděného jádra a hliníkových lamel, která je skružena do šroubovice o malém průměru s několika závity (stoupání šroubovice) a jejíž lamely (žebra) tvoří velkou teplosměnnou plochu která je využita k dochlazení spalin vystupujících z hořákové komory 6 . Spodní vývod trubkového výměníku 12 slouží ke vstupu chladné topné vody do kotle 14 a horní vývod slouží k teplovodnímu propojení 9 výměníku 12 s hořákovou komorou 6 . Vytvořený vnitřní prostor trubkového výměníku 12 je vyplněn nehořlavou absorpční hmotou schopnou pohlcovat hluk vzniklý při spalování palivové směsi v hořákové komoře 6 a tvoří tak integrovaný tlumič hluku 13 . Spodní prostor dochlazovacího výměníku 11 je zakončen výstupní spalinovou komorou 15 . kterou tvoří opět jednoduchý plášť opatřený výstupním hrdlem spalin 17 a ve spodní části dna umístěným sifonem 19 pro odvod kondenzátu z kondenzačního kotle. Vnitřní prostor výstupní spalinové komory 15 je tvořen ve spodní části umístěnou nehořlavou absorpční hmotou schopnou pohlcovat hluk 18 , která má opět funkci tlumiče hluku a nad touto tlumici vrstvou vzniklým prostorem 16, ve kterém dochází ke kumulaci spalin vystupujících z prostor mezi lamelami (žebry) výměníku a jejich následnému výstupu přes hrdlo 17 do odkouření kotle. Jednotlivá napojení mezi hořákovou komorou 6 a ochlazovacím výměníkem 11. ochlazovacím výměníkem 11a výstupní spalovací komorou 15, výstupní spalinovou komorou 15 a sifonem 19 jsou těsněna použitím silikonových tmelů určených pro tyto účely. Napojení odkouření kotle na výstupní hrdlo 17 je těsněno vloženým gumovým těsnícím O kroužkem.

Claims (7)

1. Patentový nároky '.

   1. Zařízení ke spalování plynných paliv určené k ohřevu kapalného média a to nekatalitickým bezplamenným způsobem spalování předmísené palivové směsi na povrchu keramických kuliček (7) plynopropustné radiační náplní hořákové komory kotle (6), vyznačené tím, že v horním prostoru (5) nad keramickou náplní hořákové komory jc umístěna zapalovací/ionizační elektroda (2), spodní hrana horního volného prostoru hořákové komory je tvořena horní vrstvou keramických kuliček - plynopropustné radiační náplně sloužící jako hořák kotle, hořáková komora (6) je svařenec, po obvodu i na horní straně obklopen dvojitým tcplosměnným ocelovým opláštěním uvnitř kterého proudí kapalné médium, středem plynopropustné radiační náplně je vedeno středové teplosměnné vychlazovací jádro (8) spojené s dvojitým pláštěm hořákové komory uvnitř kterého proudí kapalné médium, teplosměnný povrch hořákové komory (6) jc v celém jeho průřezu stejný, spodní část hořákové komory je zakončena roštem (ÍO), na hořákovou komoru (6) navazuje dochlazovací výměník (l l). výměník (11) jc tvořený do šroubovicc stočeným trubkovým výměníkem (12) o několika závitech - stoupáních s lamelami žebry, do středového prostoru trubkového výměníku (11) integrovaným tlumičem hluku (13), výstupní spalinová komora (15) jc na boční straně opatřena výstupním hrdlem pro napojení odkouření kotle, výstupní spalinová komora (15) je ve spodní části doplněna tlumičem hluku, na spodní část dna výstupní spalinové komory (15) je umístěn sifon pro odvod kondenzátu.
2. 2. Zařízení dle bodu 1, vyznačené tím, že na horní části hořákové komory (6) je umístěn závitový návarek (20) pro instalaci odvzdušňovacího ventilu vnitřního prostoru dvojitého pláště svařence hořákové komory (6).
3. 3. Zařízení dle bodu 1, vyznačené tím, že sestává na obvodových stranách i na horní straně hořákové komory (6) ze dvouplášťového svařence ve tvaru jednostranně otevřeného válec, obvodovým pláštěm hořákové komory (6) a středovým vychlazovacím jádrem (8) jc kapalné médium vedeno proti směru proudění palivové směsi.
4. 4. Zařízení dle bodu 1, vyznačené tím. že plynopropustná radiační náplň (7) hořákové komory (6) je v celém svém průřezu tvořena výhradně jedním druhem keramických kuliček na bázi korundu.
5. 5. Zařízení dle bodu 1. vyznačené tím, že plynopropustná radiační náplň (7) hořákové komory (6) tvořena náplní keramických kuliček slouží jako hořák kotle pro nekatalytické spalování předmísené palivové směsi proudící do hořákové komory vstupním potrubím (1) a distributorem (3).
6. 6. Zařízení dle bodu 1, vyznačené tím, že dochlazovací výměník (1 1) je tvořen jednoduchým ocelovým opláštěním. trubkovým výměníkem (12) tvořeným trubkou s lamelami - žebry která je skružena do spirály o malém průměru a s vytvořením několika stoupání - závitů, ve vytvořeném prostoru uvnitř trubkového výměníku (12) je integrován tlumič hluku (18) který je tvořen inertní porézní nehořlavou zvukově absorpční hmotou.
7. 7. Zařízení dle bodu 1, vyznačené tím. že výstupní spalinová komora (15) je tvořena jednoduchým ocelovým opláštěním. na boční straně opatřena výstupním hrdlem (17) pro možnost připojení odkouření kotle, na spodní části výstupní spalinové komory je umístěn sifon pro odvod kondenzátu z vnitřních prostor kotle vznikající při využití teplotního spádu kotle pohybujícího se v pásmu teplot kondenzace, ve vnitřním prostoru ve spodní části výstupní spalinové komory (15) je umístěn tlumič hluku (18). který je tvořen inertní porézní nehořlavou zvukově absorpční hmotou.