FI82302C - Aongalstrare och foerfarande foer alstring av aonga. - Google Patents

Description

82302 Höyrynkehitin sekä menetelmä höyryn kehittämiseksi Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen l mukainen höyrynkehitin.

Keksinnön kohteena on myös menetelmä höyryn kehittämiseksi.

Tunnetun tekniikan mukaisissa teollisissa ratkaisuissa höyryä tuotetaan höyrystämällä vettä energialla, joka saadaan polttamalla sopivaa polttoainetta, esimerkiksi öljyä. Energian lähteenä on tyypillisesti yksi huippukuormituksen mukaisesti mitoitettu öljypoltin.

Tunnetun tekniikan epäkohtana on se, että lämmityksellä on huono hyötysuhde osakuormituksella. Lisäksi perinteisissä höyrynkehittimissä sekä varaaja että kattila joudutaan mitoittamaan huippukulutuksen mukaan. Tämä puolestaan johtaa suuriin kattilakokoihin ja korkeisiin investointikustannuksiin. Myös energiankulutus osakuormituksella on korkea nykyisen tekniikan mukaisissa höyrynkehittimissä, koska suurta vesitilaa joudutaan kuumentamaan huippukuormituksen mukaan. Lisäksi kattilan ajaminen pienillä tehoilla palamiseen perustuvalla lämmityksellä aiheuttaa kattilalle haittoja, esimerkiksi nokeentumista ja karstoittumista.

Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä kuvatussa tekniikassa esiintyvät haitat ja saada aikaan aivan uudentyyppinen sähköinen höyrynkehitin sekä uusi menetelmä höyryn kehittämiseksi.

Keksintö perustuu siihen, että kattila varustetaan pääener-gianlähteen lisäksi paineistetulla sivukierrolla, jossa on sähköinen kuumennuselementti.

Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle höyrynkehitti-melle on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

2 82302

Keksinnön mukaiselle menetelmälle puolestaan on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 5 tunnusmerkkio-sassa.

Keksinnön mukaisen laiteiston mahdollisina käyttäjinä tyypillisimpiä ovat sairaalat, jotka tarvitsevat puhdasta höy-ryntuotantoa, pesulat, joissa höyryntarve on hetkellisesti suurta esim. pesuvettä lämmitettäessä, kaukolämpölaitoksissa iltaisin ja viikonloppuisin kun kuormitus on vähäistä, voimalaitoksissa huippujen tasaajana, kun suurella kattilalla on epätaloudellista ajaa minimikuormalla, tai vuoroittais-käytössä, kun muuaikasähkön hinta on alhaisempi kuin fossiilisten polttoaineiden hinta.

Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja.

Keksinnön mukaisella ratkaisulla aikaansaadaan yksinkertainen ja taloudellinen höyrynkehitin, joka voidaan toteuttaa pienin investoinnein lisäasennuksella jo olemassaoleviin kattiloihin. Keksinnön mukaisella ratkaisulla kattilan vesi-tila voidaan varata edullisesti yösähköllä, ja lisäkiertoa voidaan käyttää kuormitushuippujen yhteydessä lisähöyrynläh-teenä, kuin myös tavallisena, normaalin kulutuksen mukaan mitoitettuna höyrynkehittimenä. Tämä on mahdollista, koska lisäkierron pienen vesitilan ansiosta suuriakin määriä höyryä voidaan tuottaa nopeasti. Näin höyryntuotanto voidaan nopeasti ja helposti säädellä tarpeita vastaavaksi. Höyryn-kehittimen energiantarve on pieni tunnettuihin ratkaisuihin nähden.

Keksintöä ryhdytään seuraavassa lähemmin tarkastelemaan oheiten piirustuksien mukaisten sovellusesimerkkien avulla.

Kuvio 1 esittää halkileikattuna sivukuvantona keksinnön mukaista 12 kW:n koelaitteistoa.

3 82302

Kuvio 2 esittää osittain halkileikattuna sivukuvantona toista keksinnön mukaista höyrynkehitintä.

Kuvio 3 esittää osittain halkileikattuna sivukuvantona yhden keksinnön mukaisen höyrynkehittimen kuumenninosaa.

Kuvio 4 esittää graafisesti erään pesulan kuivausrummun höyryn tarvetta ajan funktiona.

Kuvion 1 mukaisesti höyrynkehitin on yhdistetty kattilaan l, joka käsittää primäärienergianlähteen 5. Primäärienergian-lähde 5 on tyypillisesti öljypoltin. Kattila 1 jakaantuu toiminnallisesti kattilan yläosassa 4 sijaitsevaan höyryti-laan 18 ja kattilan alaosassa 3 sijaitsevaan vesitilaan 19. Kattila 1 on varustettu vesitilan 19 ja höyrytilan 18 yhdistävällä kiertoputkistolla 2, jossa höyrynkehitys tapahtuu. Kiertoputkiston 2 tarkoituksena on toimia sekä vesitilan 19 kuumentajana että höyryn tuottajana niin varsinasta prosessia kuin huippukuormitustakin varten.

Kiertoputkiston 2 pääkomponentit ovat kiertopumppu 6, kuu-mennusyksikkö 9, höyrystymisosa 21, kuristin 15 sekä sul-ku/säätöventtiilit 7, 8, 24, 14 ja takaiskuventtiili 12.

Kiertoputkistoon 2 voidaan sijoittaa myös virtausmittari 29 esimerkiksi venttiilin 7 ja kiertopumpun 6 väliin. Höyrystymisosa 21 jakautuu toiminnallisesti höyryosaan 22 ja lauhde-osaan 10. Kiertoputkiston 2 vesiosaan 28 sijoittuvat kierto-pumppu 6 ja kuumennusyksikkö 9, sulkuventtiilit 7, 8 ja 24 sekä kuristin 15. Kiertoputkistossa 2 vesi kiertää vastapäivään. Veden kulkureitillä sulkuventtiili 7 on ennen kierto-vesipumppua 6. Pumpun 6 jälkeen seuraavat vastaavasti sulku-venttiili 8 ja kuumennusyksikkö 9. Sulkuventtiili 24 on puolestaan kuumennusyksikön 9 jälkeen, ja venttiiliä 24 seuraa välittömästi höyrystymisosa 21, jonka höyryosaan 22 kuumen-nusyksiköstä 9 lähtevä kuumavesiputki 23 jatkuu. Varsinainen höyrystyminen tapahtuu juuri säiliömäisessä höyrystymisosas- 4 82302 sa 21. Höyrystymisosan 21 lauhdetilasta 10 on järjestetty vesikierto kattilan 1 vesitilaan 19 kiertoyhteen 11 avulla, ja kierron nopeutta voidaan ylösajon aikana säädellä takais-kuventtiilillä 12. Kuumavesiputki 23 päättyy kuristimeen 15, jonka tehtävänä on muodostaa paine-ero putken 23 ja höyrystymisosan 21 höyryosan 22 välille. Lämmitetty vesi suihkuaa kuristimen 15 pienistä rei'istä 25 lieriömäiseen törmäysle-vyyn 26, jossa vesipisarat särkyvät ja jossa osa vedestä höyrystyy ja osa jää nesteeksi höyrystymisosan 21 lauhdeti-laan 10. Höyrystymisosan 21 höyryosan 22 ja kattilan 1 höyryosan 18 yhdistää höyryputki 13. Kuumennusyksikön 9 tehoa säädetään höyryosaan 22 sijoitetun painelähettimen 27 antamien impulssien mukaan. Höyryputkessa 13 on sulkuventtiili 14, jolla höyryn syöttö kattilan höyrytilaan 18 voidaan sulkea. Joko päälämmittimellä 5 tai sähköisellä höyrynkehitti-mellä kehitetty höyry poistetaan kattilan 1 höyrytilasta 18 höyryputkea 16 myöten. Höyryputki 16 on varustettu paineen-alennusventtiilillä 17. Järjestelmästä poistuneen höyryn korvaamiseksi kiertoputkistoon 2 syötetään vettä kattilan 1 alaosassa 3 olevan syöttövesiputken 20 kautta. 1

Esimerkin mukaisessa koelaitoksessa 3 kW:n tehoisella kier- tovesipumpulla 6 kierrätetään kattilassa 1 olevaa vettä 12 kW:n kuumennusyksikön 9 kautta. Paineen asetusarvo kattilassa 1 ennen pumppua 6 on 8 baaria ja pumpun 6 jälkeen kierto-putkistossa 2 ennen kuristinta 15 on 18 baaria. Kuumennus-yksikön 9 läpi menevä massavirta on 62 g/s. Vesi kiertää kattilan 1 vesitilasta 19 pumpun 6 kautta kuumennusyksikölle 9, siitä edelleen putken 23 kautta höyrystymisosan 21 höyry-osaan 22. Höyrynkehittimen ylösajon alkuvaiheessa vesi kierrätetään kattilasta 1 kiertoputkiston 2 kautta takaisin kattilaan 1. Tällöin venttiilit 14 ja 12 ovat auki. Vesi kuumenee kiertoputkiston 2 kuumennusyksikössä 9. Kierrätystä jatkettaessa vesi kuumenee hörystymislämpötilaan. Saavutetun lämpötilan ja höyrystymisosassa 21 tapahtuvan paineen alennuksen ansiosta vesi höyrystyy höyrystymisosassa 21 lähes 5 82302 täydellisesti. Höyrystymättä jäänyt vesi valuu höyrystymis-osan 21 lauhdeosaan 10. Höyrystymisosan 21 lauhdeosasta 10 vesi virtaa edelleen yhdettä 11 myöten kattilan vesiosaan 19 ja höyry yhdettä 13 myöten kattilan höyryosaan 18. Veden ja höyryn kierrättämistä jatketaan, kunnes paine kattilan l höyrystymisosassa 18 saavuttaa asetusarvon 8 baaria ja lämpötila 170eC. Tällöin paine kiertoputkistossa 2 pumpun 6 jälkeen ennen kuristinta 15 on 18 baaria ja lämpötila kuu-menninyksikön 9 jälkeen 200eC. Paine-ero putken 23 ja kattilan 1 höyryosan 18 välillä on 10 baaria. Paine-ero saavutetaan kuristimen 15 mitoituksella. Höyry puretaan kattilan 1 höyryputken 16 paineenalennusventtiilin 17 kautta. Paineen-alennusventtiilillä 17 säädetään höyry työpaineeseen.

Mikäli kattilaa halutaan käyttää varaajana, ladataan kattila yöaikaan edellä kuvatulla menetelmällä. Venttiilit 12 ja 14 suljetaan varauksen jälkeen, jolloin kiertoputkisto 2 voidaan kytkeä pois päältä tai vaihtoehtoisesti säilyttää valmiustilassa mahdollista lisähöyryn tarvetta varten. Poistetun höyryn korvaamiseksi laitteistoon syötetään syöttövesi-putken 20 kautta 201C:n lämpötilassa olevaa vettä 5 g/s.

Mikäli tarvitaan suurempaa höyrystystehoa kuin kattilan ni-mellisteho, avataan sulkuventtiilit 12 ja 14 ja tuotetaan tarvittava lisäteho sähköisellä höyrynkehittimellä rinnan kattilan 1 purkauksen kanssa.

Kuumennusyksikkö 9 on lieriömäinen astia, johon on sijoitettu vastuksia. Vastusten pintateho on 5 W/cm2. Tehoa voidaan säädellä aina tarpeen mukaan kytkemällä kuumennusyksiköitä 9 rinnan tai sarjaan. Sähköisiä höyrynkehittimiä voidaan valmistaa teholtaan muutamasta kilowatista useampaan sataan ki-lowattiin asti.

Kuvion 2 mukainen höyrynkehitin käsittää paineastian 30 ja tämän kylkeen sijoitetun kiertoputkiston 36, joka yhdistää 6 82302 paineastian 30 vesitilan 38 ja höyrytilan 39. Tässä ratkaisussa kiertoputkisto 36 on kokonaisuudessaan vesitilana ja höyrystyminen tapahtuu vasta paineenalennusventtiilin 31 jälkeen. Kuvion 1 mukaisen ratkaisun kanssa yhdenmukaisesti kiertoputkisto 36 käsittää kiertovesipumpun 34 paineen nostattamiseksi ja veden kierrättämiseksi kiertoputkistossa 36, sulkuventtiilin 33, kuumennusyksikön 32 sähkövastuksineen 35 sekä paineenalennusventtiilin 31. Akkuna toimiva paineastia 30 kuumennetaan yön aikana yösähköllä kierrättämällä vettä kuumennusyksikön 32 kautta niin, että lämpötila ja paine nousevat vaaditulle lataustasolle. Huippukuormituksen aikana tuotetaan tarvittava lisähöyry suoraan kiertoputkiston 36 avulla. Ennen kiertovesipumppua 34 voidaan sijoittaa virtausmittari 37, jonka mittausarvolla pumppua 34 voidaan häiriötilanteessa Säätää.

Kuvion 2 mukaisen höyrynkehittimen ollessa käytössä pumppu 34 on jatkuvasti päällä. Pumpun 34 käynnistyksen vapautuksena on paineastian 30 tarpeeksi korkea veden pinta. Kun höy-rynkehitin pysäytetään, jää pumppu 34 jälkikäyntiajan verran jäähdyttämään vastuksia. Vastuksien 35 päällekytkemisen vapautuksena on kattilan tarpeeksi korkea veden pinta, pumpun 34 käynnissäolo ja riittävä paine-ero pumpun 34 yli. Vastukset 35 kytketään pois päältä suojauslaukaisuna, mikäli paineastian 30 paine nousee liikaa, pumppu pysähtyy, paine-ero pumpun yli tai virtausmittauksen 37 osoittama virtaama pienenee liikaa tai lämpötila kiertoputkessa 36 nousee liikaa. Sekä vastukset 35 että pumppu 34 laukaistaan liian matalasta paineastian 30 pinnasta. Höyryn tuotantoa säädetään kuumennusyksikön 32 jälkeen asennetun (ei-esitetyn) painekytkimen avulla. Paineen laskiessa asetteluarvon alapuolelle, kytkey-tyvät vastukset 35 päälle ja paineen noustessa asetteluarvon yli, kytkeytyvät vastukset pois. Päälle-ja poiskytkentäaset-teluarvoilla on hystereesiero, jonka verran paine tulee käytön aikana vaihtelemaan. Laitteiston toiminta vaatii kierto-putkistoon 36 kuumennusyksikön 32 jälkeen painekytkimen, 7 82302 termostaatin, lämpömittarin (esimerkiksi bi-metallimitta-rin), sekä painemittariventtiilin ja suojataskut. Pumpun 34 tulee käsittää paine-erokytkin sekä painemittariventtiilit. Ohjausyksikkö puolestaan käsittää ohjausreleet pumpun ja vastusten ohjaamiseksi, ohjauskytkimet, merkkivalot, välire-leet sekä sulakkeet. Myös kuvion 1 mukaista ratkaisua koskevat likimain samat ohjausperiaatteet.

Kuvion 3 mukaisesti kuumennusyksikkö voi muodostua kahdesta sarjaan kytketystä kuumennusosasta 40. Kuumennusosia 40 edeltää kiertovesipumppu 41, jolla paine kuumennusosissa 40 nostetaan riittäväksi.

Kuvion 4 mukaisesti pesulan kuivausrummun höyryn tarve ajan funktiona vaihtelee suuresti. Kuvion mukaisessa esimerkissä voidaan päähöyrynlähde mitoittaa esimerkiksi tuottamaan 600 kg höyryä/h. Maksimitarpeesta puuttuva Δ m/t, n. 160 kg/h voidaan tuottaa keksinnön mukaisella höyrynkehittimellä.

Keksinnön mukainen höyrynkehitin on liitettävissä kattilaan, varaajaan, paineastiaan, putkiston osaan tai johonkin muuhun höyryä tarvitsevaan tai tuottavaan laitteistoon.

Claims (5)

8 82302

1. Höyrynkehitin, joka on yhdistettävissä sellaiseen katti laan, paineastiaan tai putkiston osaan, joka käsittää säiliön (1, 30), jossa on ensimmäinen höyrytila (18, 39) ja ensimmäinen vesitila (19, 38), syöttöyhde (20) veden syöttämiseksi ensimmäiseen vesitilaan (19, 38), poistoyhde (16) höyryn poistamiseksi ensimmäisestä höyrytilasta (18, 39), ja säiliöön (1, 30) yhdistetyn päälämmittimen (5), jolla säiliössä (1, 30) oleva vesi on lämmitettävissä ja höyrystettä-vissä, joka höyrynkehitin käsittää - säiliön (1, 30) vesitilan (19, 38) ja höyrytilan (18, 39) yhdistävän kiertoputkiston (2, 36), jonka tilavuus on oleellisesti pienempi kuin säiliön (1, 30) tilavuus, ja - kiertoputkistoon (2, 36) sovitetun kuumennusyk- . ; sikön (9, 32), tunnettu siitä, että - kiertoputkiston (2, 36) säiliön (1, 30) vesiti lan (19, 38) puoleiseen päähän ennen kuumennusyk-sikköä (9, 32) on sovitettu kierrätyselimet (6, 34. veden kierrättämiseksi ja paineen nostattamiseksi kiertoputkistossa (2, 36), ja - kuumennusyksikön (9, 32) ja säiliön (1, 30) höyrytilan (18, 39) väliin on sijoitettu paineenalen-nuselimet (15, 31), jolla kiertoputkiston (2, 36) paine on säädeltävissä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen höyrynkehitin, tunnettu siitä, että paineenalennuselin (15) sijaitsee 9 82302 kiertoputkiston (2) sisällä, jolloin kiertoputkistoon (2) muodostuu höyrytila (22) paineenalennuselimen (15) jälkeen.

3. Angalstrare enligt nägot av föregäende patentkrav, k ä n - netecknad av att cirkulationsomloppet (2) omfattar en tryckgivare (27), med vars mätvärde trycket i cirkulationsomloppet (2) kan regleras med en regleringsanordning till exempel genom att reglera upphettningsanordningens (9) ef-fekt.

3. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen höyrynkehi-tin, tunnettu siitä, kiertoputkisto (2) käsittää paineanturin (27), jonka mittausarvon mukaan kiertoputkiston (2) paine on säädettävissä ohjausyksiköllä esimerkiksi kuu-mennusyksikön (9) tehoa säätämällä.

4. Förfarande för alstring av änga med en anordning som omfattar - en behällare (l, 30) med en stor volym, som omfattar ett första vattenutrymme (19, 38) och ett första ängutrymme (18, 36), samt - ett cirkulationsomlopp (2, 36) med liten volym, vilken förenar det första vattenutrymmet (19, 36) och det första ängutrynunet (18, 39) och som omfattar en upphettningsenhet (9, 36) där vatten upp hettas, kännetecknat av att - vattnet i cirkulationsomloppet (2, 36) upphettas under tryck och cirkulering, sä att trycken i cirkulationsomloppets (2, 36) vatten- (19, 38) resp. ängutrymmen (18, 38) hälls i det närmaste konstant.

4. Menetelmä höyryn kehittämiseksi laitteistossa, joka käsittää - suuritilavuuksisen säiliön (1, 30), jossa on ensimmäinen vesitila (19, 38) ja ensimmäinen höyry-tila (18, 39) sekä - ensimmäistä vesitilaa (19, 38) ja ensimmäistä höyrytilaa (18, 39) yhdistävän, kuumennusyksikön (9, 32) käsittävän pienitilavuuksisen kiertoput kiston (2, 36), jossa vettä kuumennetaan, tunnettu siitä, että - kiertoputkistossa (2, 36) oleva vesi lämmitetään paineenalaisesti kierrättämällä siten, että kiertoputkiston (2, 36) vesi- (19, 38) ja höyrytilan (18, 39) paineet pysyvät likimain vakiosuuruisina.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kiertoputkiston (2) paine mitataan paineanturilla (27) ja painearvot pidetään likimain vakio-suuruisina säätämällä kuumennusyksikön (9) tehoa. 10 82302 1. Ängalstrare, som kan kombineras med en panna, tryckbehal- lare eller en del av ett rörnät, som omfattar en behällare (1, 30), som bestär av ett första ängutrymme (18, 39) och ett första vattenutrymme (19, 38), en inmatningsstuds (20) för matning av vatten i det första vattenutrymmet (18, 38), en utmatningsstuds för utsläppning av änga frän det första ängutrymmet (18, 39) och en huvudupphettningsanordning (5) kombinerad med behällaren (1, 30), med vilken vattnet i be-hällaren (1) kan upphettas och förängas, omfattande: - ett cirkulationsomlopp (2, 36), som förenar be-hällarens (1, 30) vattenutrymmet (19, 38) med έη-gutrymmet (18, 38), vilket cirkulationsomlopp har en väsentligen mindre volym än behällaren (1), och - en upphettningsanordning (9) anordnad i cirkula-tionsloppet (2), '.· kännetecknad av att : - i cirkulationsomloppet (2, 36) är cirkulation- sorgan (6, 34) anordnade vid dess tili behallarens (1, 30) vattenutrymme (19, 38) anslutande ända och före upphettningsanordningen (9, 32), för att cir-kulera vattnet och öka trycket i cirkulationsomloppet (2), och - mellan upphettnigsanordningen (9, 32) och behäl- " larens (1, 30) ängutrymme (18, 38) är tryckreduce- [ ringsorgan (15) anordnade med vilka trycket i cir- kulationsomloppet (2) kan regleras. 2. Ängalstrare enligt patentkrav 1, kännetecknad av att tryckreduceringsorganet (15) ligger inne i cirkulati- 11 82302 onsomloppet (2), varvid ett ängutrymme (22) bildas inne i cirkulationsomloppet (2) efter tryckreduceringsorganet (15).

5. Förfarande enligt patenkrav 4, kännetecknat av att trycket i cirkulationsomloppet (2) mäts med en tryckgivare (27) och tryckvärdena hälls konstanta genom att reglera upphettningsanordningens effekt.