HU208732B - Gas-boiler ensuring the turbulent flow of flue gases particularly for small flats - Google Patents

Abstract

A találmány tárgya égéstermékek turbulens áramlását biztosító gázkazán, különösen kislakásokhoz, amelynek kis méretű és rövid füstjárataiban (16,17) a vízterek felé a höközlés intenzív. A találmány lényege, hogy a füstjáratok (16, 17) két szélső és egy középső víztér (1, 2 és 3) között helyezkednek el, és az alattuk lévő gázégők (10, 11) felett a két szélső víztér (1, 2) belső oldallapjai (32, 33) mellett egy-egy turbulátor (4, 5) van kialakítva. A turbulátorok (4,5) a szélső vízterek (1,2) belső oldallapjaival (32, 33) párhuzamos síkban lévő egy-egy zárólapból (20, 27) és a zárólapokhoz (20, 27) rögzített egy-egy domború fémidomból állnak. Az szélső vízterek (1, 2) belső oldallapjai (32, 33), valamint a turbulátorok (4, 5) zárólapjai (20, 27) között egy-egy lamináris csatorna (7, 8), a domború fémidomok között pedig egy turbulens csatorna (9) van kialakítva. A középső víztér (3) alsó vége is egy zárólapból (18) és egy lefelé néző domború fémidomból álló turbulátorral (6) van lezárva, amelynek zárólapja (18) a szélső vízterek (1,2) belső oldallapjaira (32, 33) merőleges síkban helyezkedik el. A domború fémidomok (4, 5, 6) előnyösen csőpalástok (19, 26, 21), amelyek a zárólapokkal (20, 27, 18) együtt rozsdamentes hőálló acéllemezből vannak kialakítva. HU 208 732 B A leírás terjedelme: 6 oldal (ezen belül 1 lap ábra)

Description

A találmány tárgya égéstermékek turbulens áramlását biztosító gázkazán, különösen kislakásokhoz, amely a gáz elégetése során termelt hőenergiát kis méretű, kis anyagigényű és rövid füstjáratokon át adja le a füstjáratokat körülvevő víztereknek.

Ismeretes, hogy a gázkazánok égőterében keletkezett égéstermékeket olyan füstjárat(ok)on át vezetik a külső térbe, amely füstjárato(kat) víztér veszi körül, és az égéstermékek hőjének leadása céljából a fustjárato(ka)t hosszúra kell méretezni. Ennek következtében a kazánok mérete is nagynak, azzal együtt anyagigényesnek, költségesnek adódik. Mindemellett az égéstermékek nagy része számottevő hőleadás nélkül távozik a kazánból, így a megfelelő vízhőmérséklet eléréséhez pazarlóan sok energiahordozóra (gázra) van szükség, ami jelentős környezetszennyezést is okoz.

A hőátadás javítását a füstjárat(ok) tényleges hoszszának csökkentése mellett két megoldással kívánják biztosítani.

1. ) A füstjárat(ok) hosszának terelőlemezekkel történő látszólagos meghosszabbításával. Ilyen megoldást ismertet többek között a 189 116 lsz. magyar szabadalmi leírás szerinti gázkazán, melynek kettő vagy több henger alakú víztere közötti füstjáratában/füstjárataiban legalább a fiistjárat(ok) számával megegyező számú spirál alakú terelőlemez helyezkedik el. A terelőlemezzel/lemezekkel a füstjárat(ok) látszólagos hossza a tényleges hossznak körülbelül a kétszeresére növelhető.

Ezzel a megoldással elérhető ugyan, hogy a felhevített égéstermékek a füstjárat(ok)on át nem gyorsan, jelentős mennyiségű hővel együtt távoznak el, hanem a vízterek falával vagy az egyik falhoz rögzített fémspirállal érintkezve a hő nagyobb részét átadják, de a fémspirálok rögzítése munkaigényes feladat, a kazán átmérője, vele együtt helyigénye is változatlanul nagy, és a hőtágulás következtében a fémspirálok víztérhez nem rögzített éle a víztér falán csúszva zavaró, esetenként erősen kattogó hanghatást hallat.

További hátránya ennek a megoldásnak, hogy a spirál alakú lemezek gyors kormolódása miatt a hőátadás idővel erősen romlik, és a lemezekről a korom csak nehezen, hosszadalmas és környezetet szennyező munkával távolítható el.

2. ) A felhevített égéstermékeknek a víztér melletti turbulens áramoltatásával. Ilyen célt szolgáló, fokozott turbulenciájú áramlást biztosító, állandó vagy változtatható lánghosszúságú és perdületű gázégőt ismertet a 199 608 lsz. magyar szabadalmi leírás, amely szerint a gázégőnek maglevegőcsövön koszorú alakban fixen beépítve vagy állítható módon elrendezve perforációval, célszerűen furatokkal ellátott perdítő és/vagy tarlós lapátjai vannak.

Ezzel a megoldással biztosítható ugyan a teljesen perdületmentes és az erősen perdített láng közötti tartomány átfogása, valamint a széles körű alkalmazhatóság, de a perforációk gyakori kormosodása, nehéz tisztíthatósága, valamint bonyolult és költséges kialakítása miatt ez a gázégő sem terjedt el a gyakorlatban.

Ugyancsak a turbulancia keltésével és fokozásával történő hőcserélő szerkezetet ismertet a 181 538 lsz. magyar szabadalmi leírás is, amely szerint szekunder vízteret képező kör alakú csőből és a csőre merőlegesen ráerősített párhuzamos lemezekből álló bordás hőcserélő lemezeinek felületén olyan turbulneciaképző elemeket alakítunk ki, amelyek a lemez eredeti síkjából kivágott és derékszögben felhajlított felfelé szélesedő fülek. Két-két ilyen fül képez egy-egy turbulenciaképző egységet. A kettős turbulenciaképző egységek úgy vannak a lemez síkján elhelyezve, hogy azok váltakozva a csövek az áramlás irányával párhuzamos érintője mentén, valamint a csövek közötti középvonalban helyezkednek el.

Ez a hőcserélő elsősorban használati melegvíz előállítására alkalmas, amikor is egy primer oldali víztér hőjével melegítik a szekunder oldali vízteret, és a hőátadás ismert módon javító turbulenciát a primer oldali víztérben alakítják ki.

A kazánok égéstermékeiből a vízmelegítéshez szükséges hő elvonására ez a megoldás nem használható, mivel a turbulenciaképző egységek fülein lerakódó és nehezen eltávolítható korom a hőátadást, vele együtt a hatásfokot is erősen rontja.

A füstgázok hőjét közvetlenül hasznosító ismert hőcserélős gázkazánok közös hátránya, hogy a égéstermékekben levő kén-oxidok a füstjáratok és a turbulenciát előidéző ismert elemek megfelelő felmelegedése előtt a fémrészeken kicsapódó vízzel együtt kénsav és/vagy kénes-sav formájában válnak ki, és azok maró hatásuk miatt a fémrészeket gyorsan károsítják.

A találmánnyal az a célunk, hogy kis hely- és anyagigényű, rövid fustjáratú gázkazánt állítsunk elő, amelyben az égéstermékek turbulens áramoltatásával a hőátadás és a hatásfok kormolódás nélkül biztosítható, a savképződés gyakorlatilag megakadályozható, annak káros hatása megelőzhető, és amely kis mérete következtében kis lakások fűtéséhez előnyösen alkalmazható.

Találmányunk alapja az a felismerés, hogy rövid füstjáratú, kis méretű gázkazánok égéstennékeinek hője is igen jó hatásfokkal hasznosítható, ha az égéstermékeket a füstjáratokba történő belépésük élőt különböző sebességű csatornákon vezetjük át, majd a nagyobb sebességű égéstermékekkel a felfelé egyenletesen áramló kisebb sebességű égéstermékek áramlási irányát a füstjáratokban megváltoztatjuk, így a keveredett égéstermékeket turbulens áramlásra kényszerítjük.

Fenti felimerés alapján kislakásokhoz használható gázkazánok égéstennékeit úgy tudjuk turbulens áramlásra kényszeríteni, hogy két szélső és egy középső víztere között fustjáratokat alakítunk ki. A fustjáratok alatt gázégőket helyezünk el. A gázégők és a fustjáratok közötti magasságban mindkét szélső víztér belső oldallapja mellett egy-egy turbulator van elrendezve. A turbulátorok a szélső vízterek belső oldallapjaival párhuzamos síkban lévő egy-egy fém zárólapból és a zárólapokhoz azok párhuzamos szegélyei mentén rögzített domború fémidomból állnak. A szélső vízterek belső oldallapjai, valamint a turbulátorok zárólapjai között egy-egy lamináris csatorna, a domború fémidomok kö2

HU 208 732 Β zött pedig turbulens csatorna van kialakítva. A középső víztér alsó vége is egy fém zárólapból és egy domború fémidomból álló turbulátorral van lezárva. Ennek a turbulátomak zárólapja a szélső vízterek belső oldallapjaira merőleges síkban helyezkedik el. Ez a lefelé néző domború fémidom a zárólap párhuzamos szegélyeihez van rögzítve.

A domború fémidomok szerelhetőségét megkönynyiti, ha azokat csőpalástból alakítjuk ki.

A savkiválás, és az annak következtében előálló károsodás megelőzhető, ha a turbulátorok zárólapjait és a csőpalástokat rozsdamentes hőálló acélból alakítjuk ki. A rozsdamentes hőálló zárólapok és csőpalástok előnyösen hegesztéssel rögzíthetők egymáshoz és a gázkazán elülső és hátsó vízterének belső oldallapjaihoz.

A lamináris csatornákat célszerű téglalap alakúra kialakítani, és mindegyik lamináris csatorna egyik oldalfalát képező zárólap alsó szegélye alatt legalább öt gázégőt elhelyezni. Ezekkel a gázégőkkel biztosítható, hogy a gázkazán kis mérete ellenére kb. 20 kW hőteljesítmény leadására legyen képes.

Találmányunkat részletesebben rajz alapján ismertetjük. A rajzon, amelynek azonos hivatkozási számai azonos részleteket jelölnek, az

1. ábra elölnézet metszetben, a

2. ábra pedig az 1. ábra A-A metszete.

Amint az 1. ábrán látható, a bal oldali szélső víztér és jobb oldali 2 szélső víztér között 3 középső viztér helyezkedik el, amelynek talpa 6 turbulátor 18 zárólapjával van lezárva. A bal oldali 1 szélső víztér és a 3 középső víztér között bal oldali 16 füstjárat, a jobb oldali 2 szélső víztér és a 3 középső víztér között pedig jobb oldali 17 füstjárat helyezkedik el. A jobb oldali 2 szélső víztér felső végénél 15 előremenő csonk, a bal oldali 1 szélső víztér aljánál pedig 14 visszatérő csonk van kialakítva. Az 1 és 2 szélső vízterek, a 3 középső víztér, valamint a 16 és 17 füstjáratok felett önmagában ismert 13 füstgázgyűjtő helyezkedik el. A 18 zárólap - szegélyei mentén lefelé domborodó 21 csőpalásttal együtt hegesztéssel van a 3 középső víztér talpához rögzítve. Az 1 és 2 szélső vízterek alatt 24 égőtér van kialakítva, amelyben 12 gázvezetékhez rögzített 10 és 11 gázégők helyezkednek el. A 10 illetve 11 gázégő felett 20, illetve 27 zárólapból és 19, illetve 26 csőpalástból álló 4, illetve 5 turbulátor úgy van rögzítve, hogy 20 zárólap a bal oldali 1 szélső víztér 32 belső oldallapjával, a 27 zárólap pedig a jobb oldali 2 szélső víztér 33 belső oldallapjával párhuzamos síkban helyezkedik el. Az 1 és 2 szélső vlzterek, valamint a 20 és 27 zárólapok között 7 és 8 lamináris csatorna van kialakítva. A 19, illetve 26 csőpalást bal oldali, illetve a jobb oldali 20, illetve 27 zárólaphoz annak párhuzamos szegélyei mentén hegesztéssel van rögzítve. Az egymás felé domborodó 19 és 26 csőpalástok között a 24 égőtérben 9 turbulens csatorna van kialakítva, amely egyrészt a bal oldali 16 füstjárat, másrészt a jobb oldali 17 fustjárat alsó torkába csatlakozik.

A vízszintes helyzetű 12 gázvezetékhez két 22 és elosztó cső csatlakozik. A gázkazán mindkét oldala hőszigetelő 25 oldalsó burkolattal van ellátva.

A 2. ábrán látható, hogy a turbulátorok 20,27 és 18 zárólapjai, valamint 19,26 és 21 csőpalástjai 28 elülső víztér, valamint 29 hátulsó víztér belső oldallapjához vannak rögzítve. A 28 elülső víztér, illetve 29 hátsó víztér külső oldallapja hőszigetelő 30 elülső-, illetve 31 hátsó burkolattal van ellátva.

A bal oldali 4 turbulátor 20 zárólapjának, illetve a jobb oldali 5 turbulátor 27 zárólapjának alsó szegélye alatt öt-öt darab, 10 illetve 11 gázégő van a 22, illetve 23 elosztócsőhöz rögzítve.

A gázkazán működése során a 10 és 11 gázégők lángja a 4 és 5 turbulátorok alsó szegélyénél kettéválik. Egyik részük a rövidebb 7 és 8 lamináris csatornákba, másik részük pedig a hosszabb 9 turbulens csatornába jut. A 9 turbulens csatornába áramló füstgáz a 19 és 26, valamint a 21 csőpalástok mentén áramolva nagyobb sebességre tesz szert, mint a 7 és 8 lamináris csatornákban áramló füstgáz, ezért a 4 és 5 turbulátorok felső szegélyei feletti találkozáskor a nagyobb sebességgel áramló és nagyobb mennyiségű füstgáz megváltoztatja a laminárisán áramló égéstermékek áramvonalait, aminek következtében a teljes mennyiségű füstgáz stabilan turbulens lesz. Ez a turbulens füstgáz áramlik át a 16 és 17 füstjáratokon, miközben a hő jelentős részét az 1 és 2 szélső víztereknek, valamint a 3 középső víztémek leadja.

A turbulens áramlás következtében a hőátadási tényező közelítőleg egy nagyságrenddel nagyobb, mint a lamináris áramlás esetén szokásos érték.

Turbulátoros gázkazánunk az ismert gázkazánokhoz viszonyítva azt a többletelőnyt biztosítja, hogy kis mérete és rövid füstjáratai miatt kicsiny anyagfelhasználással állítjuk elő, és sem turbulátorát, sem egyéb belső részeit nem támadja meg és nem károsítja az égés indulásakor keletkező rendkívül agresszív kondenzátum. A hőálló lemezből készített és vízzel nem töltött szerkezeti elemek az égés indulását követően néhány másodperc alatt 600-700 ’C-ra felmelegszenek, így megakadályozzák a kondenzátum kiválását.

Élettartamot növelő további előny, hogy a turbulátorok nem kormolódnak, és a vízhűtés elhagyásával sem károsodnak, mert anyaguk revésedésének kezdeti hőmérséklete 1200 ’C. Ezt a hőfok értéket azonban még tartós üzemben sem érik el.

Mindezekből látható, hogy új elrendezésű gázkazánunk az élettartam növelésével, a szerkezeti elemek védelmével és a hőátadással kapcsolatos követelményeket az ismert gázkazánokhoz viszonyítva előnyösebben elégítik ki.

Claims (6)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1.) Égéstermékek turbulens áramlását biztosító gázkazán, különösen kislakásokhoz, amelynek két szélső és egy középső víztere között füstjáratok, azak alatt pedig gázégők helyezkednek le, a gázégők (10,11) és a füstjáratok (16,17) közötti magasságban mindkét szélső víztér

   HU 208 732 Β belső oldallapjai mellett egy-egy turbulátor van kialakítva, azzal jellemezve, hogy a turbulátorok (4, 5) a szélső vízterek (1, 2) belső oldallapjaival (32, 33) párhuzamos síkban lévő egy-egy fém zárólapból (20,27) és a zárólapokhoz (20,27) azok párhuzamos szegélyei mentén rögzített domború fémidomból állnak, és a szélső vízterek (1, 2) belső oldallapjai (32, 33), valamint a turbulátorok zárólapjai (20,27) között egy-egy lamináris csatorna (7, 8), a domború fémidomok között pedig egy turbulens csatorna (9) van kialakítva, ugyanakkor a középső víztér (3) alsó vége is egy fém zárólapból és egy domború fémidomból álló turbulátorral (6) van lezárva, amelynek zárólapja (18) a szélső vízterek (1,2) belső oldallapjaira (32, 33) merőleges síkban helyezkedik el, lefelé néző domború fémidoma pedig a zárólap (18) párhuzamos szegélyeihez van rögzítve.
2. 2.) Az 1. igénypont szerinti gázkazán, azzal jellemezve, hogy a domború fémidomok csőpalástok (19, 26,21).
3. 3. ) Az 1. vagy 2. igénypont szerinti gázkazán, azzal jellemezve, hogy a turbulátorok (4, 5) zárólapjai (18,20,27) és a csőpalástok (19,26,21) rozsdamentes hőálló acélból vannak kialakítva.
4. 4. ) Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti gázkazán, azzal jellemezve, hogy a turbulátorok (4, 5, 6) zárólapjai (20, 27, 18) és csőpalástjai (19, 26, 21) hegesztéssel vannak rögzítve.
5. 5. ) Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti gázkazán, azzal jellemezve, hogy a lamináris csatornák (7, 8) vízszintes metszetei téglalap alakúak.
6. 6. ) Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti gázkazán, azzal jellemezve, hogy mindegyik oldalsó turbulátor (4, 5) zárólapjának (20, 27) alsó szegélye alatt legalább öt gázégő (10,11) helyezkedik el.