DK148814B - Straalingskedel til opvarmning af et flydende eller gasformigt medium ved forbraending af en blanding af et gas- eller dampformigt braendstof og et oxidationsmiddel - Google Patents

Description

i

M88U

i

Opfindelsen angår en strålingskedel til opvarmning af et flydende eller gasformigt medium ved forbræn-5 ding af en blanding af gas- eller dampformigt brændstof og et oxidationsmiddel, delvist ved hjælp af en åben flamme, men dog fortrinsvist ved en flammeløs, ikke-katalytisk forbrænding af blandingen i en sig i kedlen befindende gasgennemstrømmelig strålingsstof-10 fyldning.

Der.kendes en med et forbrændingskammer forsynet kedel, i hvilken en gas-luftblanding brænder, idet forbrændingskammeret på den ene side er lukket med en 15 sinterplade, der har et system af parallelle kanaler.

Efter begyndelsesopvarmning af den ene side af denne plade bliver forbrændingsreaktionen trukket ind i pladelegemet, hvis temperatur derved forøges stærkt.

Selv om man også ved denne kedel opnår en meget høj 20 temperatur, der opfylder forudsætningen for en varme-overførsel ved stråling, drejer det sig her ikke om en strålingskedel, da der ved strålingen kun overføres en forholdsvis lille del af varmen, idet rummet bag ved pladen er tomt, og de varme forbrændingsprodukter 25 føres bort gennem dette rum til yderligere anvendelse, uden at have afgivet deres varme ved stråling.

Endvidere kendes der talrige kedler, der arbejder med flammeløs forbrænding, og ved hvilke der findes en 30 rist og oven over denne et forbrændingskammer, der

U88U

2 1 foroven er lukket ved.hjælp af en yderligere rist, fx en rørrist,·der bærer en fyldning, som består af en keramisk masse. Den brændende gasblanding føres fra forbrændingskammeret gennem risten ind i den 5 keramiske fyldning, hvor dens forbrænding afsluttes.

Heller ikke disse kedler kan betegnes som strålingskedler, da kun en del af varmen afgives i form af stråling, men en betydelig del af varmen overføres til det medium, der skal opvarmes, ved konvektion 10 i den del af anlægget, der ligger bag ved kedlens reaktionskammer. I praktisk drift har det vist sig, at strålingskedler, der er udstyret med et forbrændingskammer, har en forholdsvis lav virkningsgrad.

15 Der kendes også en kedel, ved hvilken en ga.s-luft-blanding i ikke-opvarmet og i ikke-antændt tilstand føres ind i en gasgennemtrængelig strålingsstof-fyldning med en hastighed, der ligger over forplantningshastigheden ved flammens udbredelse, idet strå-20 lingsstoffet ved høje temperaturer bringes ind i en varmetilstand, ved hvilken hele den varmeenergi, der frigives ved overfladen, afgives i det væsentlige ved stråling til varmeudvekslingsflader. Denne kendte kedel udmærker sig ved en meget høj virkningsgrad, 25 da forbrændingsreaktionen sker i en forholdsvis smal zone i strålingsstoffet, fra hvilket i det væsentlige hele varmeenergien udstråles, så at forbrændingsprodukterne bag ved denne zone allerede er stærkt afkølede, og der ikke kræves yderligere varmeudvekslings-30 flader til efterkøling, som det er tilfældet ved de ovenfor beskrevne kedler.

Strålingskedler er overvejende bestemt til en fuldautomatiseret eller i det mindste delvist automati-

U88U

3 1 seret drift, fx til opvarmning af enfamiliehuse, husblokke eller villakvarterer, hvor kedler ikke står under stadigt opsyn. En af grundbetingelserne er derfor en størst mulig sikkerhed for kedlen mod-hava-5 ri som følge af svigt af en af hjælpeindretningerne, fx ved en afbrydelse af gastilførsel, strømsvigt eller svigt af en væskepumpe. Den farligste af disse forstyrrelser, der kan føre til havari, er en afbrydelse af gastilførslen i kort tid, ved hvilken for-10 brændingen af blandingen i kedlen afbrydes i en vis tid, hvorpå efter fornyet gastilførsel den ikke-an-tændte gas samler sig i kedlen og kan forårsage en eksplosion. En lignende fare kunne også indtræde, når gasblandingen kun brænder i en del af det aktive 15 tværsnit i kedlen, så at den uantændte gas samler sig i de øvrige dele og kan bringe kedlens sikkerhed i fare.

Det er derfor nødvendigt at sikre kedlen mod sådanne 20 tilstande, der kan føre til havari, og først og fremmest mod den fare, der opstår ved en afbrydelse af gastilførslen og/eller ved strømsvigt. En sådan sikring kan opnås ved, at der i forbrændingskammeret, i hvilket gassen brænder før sin indstrømning i ked-25 len, anbringes en eller flere følere, der reagerer på en åben flamme, og i hvis strømkreds der er indskudt en ventil, der afbryder gastilførslen, når flammen slukkes eller strømmen svigter. Sådanne følere er i og for sig kendt og er ikke genstand for 30 den foreliggende opfindelse.

De nævnte følere kan dog kun anvendes ved sådanne kedler, ved hvilke der er indskudt et forbrændingskammer foran risten. Ved en kedel, i hvilken der til- 4-- 1468 ΙΑ 1 - føres en ikke-antændt og ikke-forvarmet blanding til en på en rist lagret fyldning, kan sådanne følere ikke anvendes. Hvis der ved sådanne kedler skal anvendes følere af den nævnte art, må blandingen antændes 5 før sin indstrømning, i fyldningen, men herved ville kedlen synke ned til niveauet af de tidligere kendte kedler, der er udstyret med et forbrændingskammer, og som har.en langt lavere virkningsgrad. Uden en :foranstaltning i den nævnte retning vil en sådan 10 kedel dog ikke give den krævede sikkerhed mod en eksplosion. Det drejer sig derfor om to helt modstridende krav.

Formålet med den foreliggende opfindelse er at anvise 15 en kedel af den i indledningen angivne art, hvor begge de modstridende krav er opfyldt, dvs. en kedel, der på.den ene side har en meget høj virkningsgrad, og på den anden side er sikret mod eksplosion og havari, 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Dette formål opnås ifølge opfindelsen ved at for- 2 brændingsr-ummet i sin ganske højde er dannet af en 3 kappe (1) af vertikalt anordnede parallelle rør (2), 4 der fødes i modstrøm, og som danner varmevekselflader 5 ne og foroven munder ud i en dobbelthætte (6) udfor- 6 met som et samlekammer og forneden munder ud i et 7 samlerør (14), hvorhos dobbelthættens (6). nedre køle 8 de plade (17) samtidig danner en varmevekslerflade, 9 der optager den varme, der udstråler fra zonen for de 10 højeste temperaturer opad gennem en tænd- og indika- 11 tionsspalte (10) og begrænser denne tænd- og indikationsspalte (10) uden nogen rist i den varme del af kedlen ved hjælp af strålingsstoffyldningens (19, 20) frie øvre niveau (22) og dobbelthættens (6) nedre kø- 5 1488 14 1 lede plade (17); er forsynet med et tændorgan (23) og en føler (24), der reagerer på en åben flamme og som forløber langs hele forbrændingsrummets tværsnit og fremviser en maksimalhøjde, der ene og alene tillader 5 en antænding af brændstofblandingen og en indikation af brændingsprocessen, hvorhos der til brændstofblandingens indtræden findes et system af to rækker af mod hinanden rettede fordelingsrør (18), der munder ud i tænd- og indikationsspalten (10).

10

Herved opnår man en forbrænding, der sker med høj virkningsgrad og sikkerhed mod havari.

Kedlen ifølge opfindelsen har talrige fordele i sam-15 menligning med kendte kedler. Idet størrelsen af varmeudvekslerfladerne og også gennemstrømningstværsnittet for gasserne langs kedlen ændres på grund af anbringelsen af rørelementer, der udvider sig nedefter eller forgrener sig, og idet varmeafgivelsen 20 i kedlen kan beherskes ved et passende valg af granuleringen og kvaliteten af strålingsstoffet, er det muligt at opnå optimale parametre for kedlen. Dette er også forklaringen på den meget høje virkningsgrad, som kedlen ifølge opfindelsen har.

25

Kedlen ifølge opfindelsen kan tilpasses de krav, der stilles til forbrændingsprodukternes temperatur, idet der gælder bestemte forskrifter med hensyn til temperaturen, hvis kedlen anbringes på taget af en bygning, 30 medens der ønskes en højere temperatur af forbrændingsprodukterne, hvis kedlen er anbragt i et kedelrum eller i et kælderrum.

1488 14 6 1 I modsætning til mange kendte kedler, der må startes i to faser - dys. først skal den keramiske masse opvarmes til en bestemt temperatur, hvorefter kedlen først så kan bringes op på sin fulde ydelse - er det • 5 ikke nødvendigt ved kedlen ifølge opfindelsen at anvende en start i to faser, idet kedlen straks kan bringes op på fuld ydelse. Starten af kedlen ifølge opfindelsen er hurtig, og den fulde ydelse af kedlen bliver opnået i løbet af meget kort tid.

10

En yderligere fordel ved kedlen ifølge opfindelsen er . det, at kedlen ikke behøver at udstyres med en rist, da den brændende blanding strømmer ind i strålingsstoffyldningen fra oven på det frie øverste niveau af den- 15 ne fyldning. Som bekendt danner en rist en forholdsvis følsom og til driftsforstyrrelser tilbøjelig bestanddel i kedler, der er udstyret med rist, så at undgåelsen af enhver rist i kedlen ifølge opfindelsen er en væsentlig fordel.

20

Under drift af kedlen har det vist sig, at den arbejder næsten uden støj, hvad der ligeledes er en fordel for beskyttelsen af omgivelserne.

25 Ved udformning af kedlen med parallelle rør i kappen der indeholder fyldstofblandingen, og hvis nederste ende er tilsluttet et fælles samlerør, kan man sikre en jævn tilførsel af brændstofblandningen. 1

Ved udformning af kedlen, så at strålingsfyldningen består af to eller flere lag med forskellig granulatstørrelse og/eller af forskelligt materiale, idet et af lagene i zonen for de højeste temperaturer består af et materiale på basis af korund, medens lagene i 148814 7 1 zoner med lavere temperaturer består' af chamotte, opnår man den fordel, at højden, eventuelt beliggenheden af zonen med de højeste temperaturer, ved en ændring af afstanden mellem varmeudvekslings?laderne, 5 størrelsen af disse overflader og styringen af kedlens driftsområde, kan fikseres til det lag i fyldningen, der består af et materiale af høj kvalitet, f.eks. på basis af korund, medens et mindre værdifuldt materiale f.eks. chamotte, er tilstrækkeligt 10 i de termisk mindre påvirkede zoner.

Ved et strømsvigt bliver gastilførslen afbrudt ved, at den i tænd- og indikationsspalten anbragte føler forbliver strømløs og reagerer på denne tilstand ved 15 at lukke gasventilen.

De rør, der er gennemstrømmet af den opvarmede væske, er udsat for høje temperaturer, navnlig i glødezonen, i hvilken de er i umiddelbar berøring med det stærkt 20 opvarmede strålingsstof. De må derfor køles godt. Selv om rørene er gennemstrømmet af væske, vil det kunne ske, at der langs rørvæggen opstår en laminar strøm af dampblærer, hvorved der ved kondensation af dampe vil fremkaldes stød i kedlen. Dette kan man hensigts-25 mæssigt undgå ved udformning af anlægget med skrueformede ledeflader. Ledefladerne kan være i form af propellerskovle eller lignende dele, der sikrer en fuldstændig skylning af væggene med væske i rørene og forhindrer dannelse af laminar strøm.

30

Opfindelsen forklares nærmere under henvisning til tegningen, der viser en udførelsesform for kedlen ifølge opfindelsen til rumopvarmning, idet 8 148814 1 fig. 1 viser et skematisk aksialsnit gennem kedlen, fig. 2 viser et snit langs en^linie II-II på 5 fig· 1, fig. 3 viser et snit langs en linie III-III på fig. 1, 1Q fig. 4 viser et snit langs en linie IV-IV på fig. 1, og fig. 5 skematisk viser indskydelsen af kedlen i et opvarmningssystem.

15

Kedlen har en sammenhængende kappe 1, der består af rør 2, hvis akser er parallelle med strømningsretningen for gasblandingen. Rørene 2 kan stå i umiddelbar berøring med hinanden, eller der kan mellem dem fin-20 des mellemstykker 3, der enten kan være særskilte dele eller være anbragt på rørene. I kedlen udmunder ved den nederste ende ep tilførselsledning 4 for kold væske, medens der ved dens øverste ende findes en afgangsledning 5 for opvarmet væske. Kedlens kappe 1 er 25 foroven lukket med en dobbelthætte 6, og forneden findes der en si 7, under hvilken der findes en studs 8 for udstrømning af forbrændingsprodukterne. Brændstofluftblandingen føres gennem en ledning 9 til et rum 10, der danner en tænd- og indikationsspalte, der ligger 30 neden under dobbelthætten 6.

I kedlens kappe er der anbragt rørelementer, der på tegningen er betegnet med 11. Hvert rørelement II består af to dele, nemlig en øverste del 12, der 9 148814 1 deler sig i mindst to grene 13, hvis nederste ender er tilsluttet til en fælles samler 14. Samleren 14 er tilsluttet den fælles tilførselsledning 4 for kold væske, hvilken tilfører væske også til kappen 1··.

5 Overdelene 12 af rørelementerne 11 er forbundet med en øverste samler 15, der udmunder i den fælles afgangsledning 5, til hvilken også væsken fra kappen 1 føres.

•j_q Dobbelthætten 6 består af en kappe 16 og en plade 17, der danner den øverste begrænsning af tænd- og indi-kationsspalten 10. Den brændbare blanding tilføres til spalten 10 fra rørledningen 9 gennem et system af fordelingsrør 18, der samtidig tjener til for-15 varmning af blandingen.

Det indre rum i kappen 1 indeholder en strålingsstof-fyldning 19, der hensigtsmæssigt er sammensat af to eller flere lag 20 og 21. Disse lag består af 20 materialer, der er forskellige af granulering og/eller kvalitativt. Px kan der i zonen med de højeste temperaturer anvendes et lag 20 af et materiale på basis af korund, medens laget 21 kan bestå af et billigere materiale, som fx chamotte.

25 Tænd- og indikationsspalten 10 er, som nævnt, begrænset foroven ved hjælp af pladen 17 og forneden af det frie niveau 22 på strålingsstoffet 20. Betegnelsen "frit øvre niveau" betyder, at blandingen flader 30 ned på dette niveau uden benyttelse af en rist.

I spalten 10 findes et tændorgan 23, der kan være en indretning til tænding ved hjælp af en elektrisk gnist eller en hjælpe-gasbrænder, og ved den over- 1488 14 ίο ^ for liggende side er der anbragt en eller flere følere 2H, der reagerer på en åben flamme.

I væskesystemet 25 i hele anlægget er der umiddelbart 5 ved kedlen over denne anbragt en sikkerhedsbeholder 26j fig. 5· Denne beholder 26 er ved hjælp af en e-lektromagnetisk ventil 27 og en opadstigende forbindelsesledning 28 tilsluttet afgangsledningen 5 for den opvarmede væske og ved hjælp af en nedadgående forbindelsesledning 29 over en elektromagnetisk ventil 30 tilsluttet tilførselsledningen h for den kolde væske. I stedet for elektromagnetiske ventiler kan der anvendes ventiler af anden type.

15 I systemet 25 findes en foreskreven ekspansionsbeholder 31.

Kedlen ifølge opfindelsen arbejder på følgende måde: 20 I kedlen, der er indskudt i et system 25 i en omvarm-ningskreds, bliver en brændbar blanding indført, når tændorganet 23 er tændt, og blandingen bliver tændt i spalten 10, hvorefter den brændende blanding ledes ned til det frie øverste niveau 22 i strålingsstof-25 fet 20. Ved gennemgangen gennem strålingsstoffet sti ger hastigheden af blandingen, og der dannes en glødezone i strålingsstoffet. Som allerede nævnt, ligger denne zone i laget 20. I denne zone bliver den overvejende varmemængde afgivet ved stråling til 30 varmeudvekslingsfladerne. Ved en videre gennemstrøm ning gennem strålingsstof-fyldningen 19 synker temperaturen af blandingen, og i laget af strålingsstoffet bliver den resterende varme afgivet til den for- 11 148814 1 øgede overflade på varmeudvekslingsfladen, og samtidig bliver varmeovergangen forbedret som følge af en forskellig granulering af strålingsstoffet 21.

Denne forøgelse af overfladen af varmeudvekslxngs-fladerne er vist i fig. 3 og 4. Pig. 3 viser et tværsnit gennem glødezonen, hvor antallet af rør er mindre, medens fig. 4 viser et snit gennem strålingsstoflaget 21, hvor antallet af sådanne rør er større.

10 Tænd- og indikationsspalten 10 er dannet af et rum, der har minimale dimensioner, idet det ikke er større end det er absolut nødvendigt til tænding af blandingen og indikation af flammen.

15

Rummet kan på ingen måde betragtes som et forbrændingskammer, da strømningshastigheden af blandingen er så stor, at det ikke kan komme til en forbrænding af blandingen i denne spalte.

20 I rørene findes der skrueformede lede- og blandefla-der, fx i form af propellerskovle 32, der forhindrer dannelse af en laminar strøm af dampblærer, idet de 25 sammenblander den væske, der strømmer gennem røret.

Ved en forstyrrelse af gastilførslen eller ved strømsvigt reagerer følerne 24 ved, at de lukker en ventil, som er indskudt i gastilførselsledningen 9, men 50 som ikke er vist.

Ved strømsvigt åbnes samtidig de to elektromagnetiske ventiler 27 og 30, så sikkerhedsbeholderen 26 indskydes i kedelkredsløbet, og væsken under påvirkning 12 14881Λ 1 af tyngdekraften begynder at strømme gennem dette kredsløb og optage den akkumulerede varme fra strålingsstoffyldningen.

5