NO134596B

NO134596B -

Info

Publication number: NO134596B
Application number: NO974/72A
Authority: NO
Inventors: J Mach; V Rybar
Original assignee: Hutni Druhovyroba
Priority date: 1971-04-02
Filing date: 1972-03-23
Publication date: 1976-08-02
Also published as: ATA268072A; DE2215101B2; DE2215101A1; DD98747A5; NO134596C; US3777717A; CH557991A; CA944233A; FR2136125A5; GB1382084A; AT326802B; JPS5036892B1

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for oppvarming av væsker, f.eks. i oppvarmingssystemer og destilleringsanlegg, The invention relates to a method for heating liquids, e.g. in heating systems and distillation plants,

for fordampning av væsker, termisk spaltning eller syntese av væsker etc. og dessuten innretning for utførelse av fremgangsmåten . for evaporation of liquids, thermal decomposition or synthesis of liquids etc. and also device for carrying out the method.

Kjente innretninger for oppvarming av væsker er f.eks. kjeler for oppvarming eller fordampning av vann for oppvarmings-formål, og dessuten alle typer av varmeutvekslere hvori væsker, som vann, jordolje, forskjellige oppløsninger etc, oppvarmes av den varme som utvikles ved forbrenning av gassformige eller flytende brensler. Disse kjeler eller lignende er som regel forsynt med et forholdsvis stort forbrenningsrom, hvori fri-gjørelsen av den kjemisk bundne varme fra de gassformige eller flytende brensler finner sted ved forbrenning av disse. Known devices for heating liquids are e.g. boilers for heating or evaporating water for heating purposes, and also all types of heat exchangers in which liquids, such as water, petroleum, various solutions, etc., are heated by the heat developed by the combustion of gaseous or liquid fuels. These boilers or the like are usually provided with a relatively large combustion chamber, in which the release of the chemically bound heat from the gaseous or liquid fuels takes place when they are burned.

Den samlede varmeovergang i disse kjeler skyldes fremfor alt konveksjon av forbrenningsgassene og bare i mindre grad stråling fra flammen og stråling fra de treatomære gasskomponenter. Da strålingen fra flammen er begrenset ved forbrenning av gassformige brensler og fordampning av lettere, flytende brensler og strålingen fra de treatomære komponenter i røkgassene med sin forholdsvis lave temperatur også er liten, avgis en betraktelig del av den frigjorte varme til de metalliske kjele-vegger ved konveksjon av forbrenningsgassene. Ved arbeids-betingelsene i disse kjeler fås på grunn av den nevnte varmeovergang en nedsatt spesifikk effekt (kcal/m 2,h),en innretning med høy vekt (kp), en øking av varmeflaten (m <2>) og en uønsket øking av vanninnholdet (1) i kjelen. The overall heat transfer in these boilers is due above all to convection of the combustion gases and only to a lesser extent to radiation from the flame and radiation from the triatomic gas components. As the radiation from the flame is limited by the combustion of gaseous fuels and the evaporation of lighter, liquid fuels and the radiation from the triatomic components in the flue gases with their relatively low temperature is also small, a considerable part of the released heat is emitted to the metallic boiler walls by convection of the combustion gases. In the working conditions in these boilers, due to the aforementioned heat transfer, a reduced specific effect (kcal/m 2,h), a device with a high weight (kp), an increase in the heating surface (m <2>) and an unwanted increase of the water content (1) in the boiler.

Også de allerede rundt året 1913 utførte forsøk med ut-nyttelse av gassforbrenning i et keramisk sjikt har ikke hatt fremgang og ikke funnet vidstrakt anvendelse. Siden den tid er Also the experiments already carried out around the year 1913 with the use of gas combustion in a ceramic layer have not been successful and have not found widespread application. Since that time is

ytterligere eksperimenter i denne retning ikke blitt fore- further experiments in this direction have not been

tatt. Grunnen til den manglende fremgang berodde på at den uriktige måte som forbrenningen forløp på, bare gjorde det mulig å oppnå en slik spesifikk effekt fra innretningen som er vanlig i forbindelse med de for tiden anvendte klassiske kjeler innen energiteknikken. Dette er alle kjente fakta som er blitt beskrevet i forskjellige publikasjoner, hvorav det her som et eksempel bare skal vises til boken "Flammenloses Oberflåchenbrunnen" av M. B. Ravle. taken. The reason for the lack of progress was that the incorrect way in which the combustion proceeded only made it possible to achieve such a specific effect from the device that is common in connection with the currently used classical boilers in energy technology. These are all known facts that have been described in various publications, of which here as an example only the book "Flammenloses Oberflåchenbrunnen" by M. B. Ravle will be shown.

Foreliggende oppfinnelse tar sike på å fjerne de ovennevnte ulemper. Oppfinnelsen angår således som allerede nevnt en fremgangsmåte for oppvarming av væsker, deres fordampning, destillering, termisk spaltning av væsker, syntese og lignende, hvor en fullkommen homogen blanding av brensel og oksydasjonsmiddel, særlig gass og luft, innføres i et reaksjonskammer. Det vesentlige ved oppfinnelsen består i at den homogene blanding av brensel og oksydasjonsmiddel som hverken antennes ellor forvarmes, mates inn i et lag av gassgjennomtrengelig strå-lings masse ,og når den er i dette lag, blir den gradvis antent medden tidsforsinkelse bevirket av en større strømnings- The present invention seeks to remove the above-mentioned disadvantages. The invention thus relates, as already mentioned, to a method for heating liquids, their evaporation, distillation, thermal decomposition of liquids, synthesis and the like, where a perfectly homogeneous mixture of fuel and oxidizing agent, especially gas and air, is introduced into a reaction chamber. The essence of the invention is that the homogeneous mixture of fuel and oxidizer, which is neither ignited nor preheated, is fed into a layer of gas-permeable radiant mass, and when it is in this layer, it is gradually ignited with the time delay caused by a larger flow

hastighet av blandingen mellom kornene i strålingsmassen enn hastigheten av flammefronten i blandingen, idet laget av strålingsmasse er jevnt i hele sin bredde og høyde og avkjølt bare ved sin omkrets, idet strålingsmassen bringes til en tilstand hvor hele den varmeenergi som frigjøres på dens overflate, over- speed of the mixture between the grains in the radiant mass than the speed of the flame front in the mixture, the layer of radiant mass being uniform throughout its width and height and cooled only at its circumference, the radiant mass being brought to a state where all the heat energy released on its surface, over -

føres ved stråling i bølgelengdeområdet på 0,5 til 6 um til varmeutvekslingsoverflater med unntagelse av den varme som føres med av forbrenningsproduktene fra nevnte lag på en temperatur under 240° C, mens varmefordelingen holdes slik at det frembringes plane isotermiske overflater loddrett på gasstrømningens retning mens de parallelle isotermiske overflater i forskjellige punkter i gasstrømningens- retning har forskjellige temperaturer. is carried by radiation in the wavelength range of 0.5 to 6 µm to heat exchange surfaces with the exception of the heat carried away by the combustion products from said layer at a temperature below 240° C, while the heat distribution is maintained so as to produce planar isothermal surfaces perpendicular to the direction of the gas flow while the parallel isothermal surfaces at different points in the direction of the gas flow have different temperatures.

I samsvar med et annet trekk ved oppfinnelsen holdes In accordance with another feature of the invention is held

den pyrometriske temperatur i den den av det gassgjennomtrengelige lag av aktiv masse, hvor forbrenningen foregår, på en' the pyrometric temperature in the gas-permeable layer of active mass, where the combustion takes place, on a

verdi ved hvilken det finner sted en hovedsakelig fullstendig varmeoverføring ved stråling allerede i reaksjonsrommet. value at which essentially complete heat transfer by radiation takes place already in the reaction space.

Videre angår oppfinnelsen en innretning til utførelse Furthermore, the invention relates to a device for execution

av fremgangsmåten beskrevet ovenfor, og denne innretning består av en hul omkretsmantel med det medium som skal oppvarmes, samt med en foran omkretsmantelen koplet blande-anordning for brensel og oksydasjonsmiddel, og innretningen er kjennetegnet ved at det egentlige reaksjonsrom med den gassgjennomtrengelige stxålingsmasse er helt utfylt, gjennom hvis høyde forbrenningsproduktenes sluttemperatur ved avløp fra anordningen bestemmes, og det mellom blandeanordningen og strålingsmassen er anordnet en fordelingsinnretning of the method described above, and this device consists of a hollow peripheral mantle with the medium to be heated, as well as a mixing device for fuel and oxidizing agent connected in front of the peripheral mantle, and the device is characterized by the fact that the actual reaction space with the gas-permeable steel casting mass is completely filled , through whose height the final temperature of the combustion products at the outlet from the device is determined, and a distribution device is arranged between the mixing device and the radiation mass

for tilførsel av den homogene blanding, idet denne fordelingsinnretning er tilkoplet en innretning som gir den homogene blanding i fyllingen av strålingsmassen en høyere hastighet enn flammefrontens hastighet. for supplying the homogeneous mixture, as this distribution device is connected to a device which gives the homogeneous mixture in the filling of the radiation mass a higher speed than the speed of the flame front.

Den i reaksjonsrommet anordnede strålingsmasse eller overflaten av denne må ha slike egenskaper som gjør det mulig ved forbrenning å danne en varmetilstand på en slik måte at den på grunn av forbrenningen av brenselet samlede frigjorte varmeenergi umiddelbart omdannes til strålingsenergi, og at denne samlede energi overføres til varmeutvekslingsoverflaten innen varmeenergiens virksomste område av de kortere bølgelengder, hvorved en varmeoverføring ved konveksjon samtidig hindres. The radiation mass arranged in the reaction space or its surface must have such properties that make it possible during combustion to form a heat state in such a way that the total heat energy released due to the combustion of the fuel is immediately converted into radiation energy, and that this total energy is transferred to the heat exchange surface within the heat energy's most effective range of the shorter wavelengths, whereby a heat transfer by convection is also prevented.

For dette formål fylles reaksjonsrommet med en strålingsmasse For this purpose, the reaction space is filled with a radiation mass

som er kornformig eller som kan ha en slik form at det i massen dannes et system av kammere, kanaler, gittere eller hulrom med forskjellig utforming, idet massen har en høy varmebestandighet og en høy emisjonsevne innen det krevede bølgelengdeområde. Det er mest fordelaktig å anvende en strålingsmasse som er istand til å avgi en selektiv stråling hovedsakelig innen den valgte del av spekteret. En slik masse er f.eks. zirkoniumsilikat, men også mange metaller, f.eks. which is granular or which can have such a shape that a system of chambers, channels, grids or cavities with different designs is formed in the mass, as the mass has a high heat resistance and a high emissivity within the required wavelength range. It is most advantageous to use a radiation mass which is capable of emitting a selective radiation mainly within the selected part of the spectrum. Such a mass is e.g. zirconium silicate, but also many metals, e.g.

wolfram eller tantal, eller metalloxyder, f.eks. thoriumdioksyd, zirkoniumdioksyd og kromitt, eller metallcarbider, f.eks. borcarbid og siliciumcarbid, er egnede, da disse holder seg faste ved de angitte temperaturer av f.eks. over 1600° C, dvs. tungsten or tantalum, or metal oxides, e.g. thorium dioxide, zirconium dioxide and chromite, or metal carbides, e.g. boron carbide and silicon carbide, are suitable, as these remain solid at the indicated temperatures of e.g. above 1600° C, i.e.

at de ikke blir myke og ikke oksyderes i den gitte atmosfære. that they do not become soft and do not oxidize in the given atmosphere.

Det er klart at fyllingen kan bestå av korn eller andre ut-forminger av strålingsmassen eller av et annet materiale som er forsynt med et overtrekk av strålingsmassen. It is clear that the filling can consist of grains or other designs of the radiation mass or of another material which is provided with an overcoating of the radiation mass.

Den homogene blanding av brenselet og oksydasjons-middelet og som har en lavere temperatur enn dens antennelses-temperatur føres forbi overflaten av strålingsmassen og tren-ger gjennom denne med en høyere hastighet enn den fremad-rettede hastighet av flammespredningen i blandingen, strålings-massen som utgjør fyllingen i det innerste reaksjonsrom, overtar derved foruten brennerens oppgave samtidig funk-sjonen av en sentral strålevarmer, og varmeovergangen avsluttes derved med en høy virkningsgrad allerede i dette reaksjonsrom. The homogeneous mixture of the fuel and the oxidizing agent and which has a lower temperature than its ignition temperature is passed past the surface of the radiation mass and penetrates through it at a higher speed than the forward speed of the flame spread in the mixture, the radiation mass which constitutes the filling in the innermost reaction chamber, thereby taking over, in addition to the burner's task, the function of a central radiant heater, and the heat transition is thereby terminated with a high degree of efficiency already in this reaction chamber.

Innretningen ifølge oppfinnelsen kan være forsynt med et reaksjonsrom som er utformet som et enkelt-kammer. Ifølge en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen kan istedenfor et enkelt-kammer-reaksjonsrom flere arbeidselementer anvendes, dvs. partielle eller selvstendige reaksjonsrom som arbeider selv-stendig eller er gruppert sammen under dannelse av et batteri som neddykkes i den væske som skal oppvarmes. Metallveggene som avgrenser arbeidselementet, danner derved de eneste varmeutvekslingsflater. Den innvendige tverrsnittsflate til de enkelte arbeidselementer velges slik at det på den ene side kan stabili-seres en jevnt høy pyrometrisk (arbeids)-temperatur på overflaten til kornene av strålingsmasse, som i forbindelse med enkelt-kammer-reaksjonsrommet, og på den annen side en hvilken som helst isoterm temperaturoverflate av strålingsmassen på et gitt sted som sammenfaller med det der forekommende tverr-snittsplan til reaksjonsrommet eller arbeidselementet. Dette innebærer at de samme temperaturer forekommer på et hvilket The device according to the invention can be provided with a reaction space which is designed as a single chamber. According to a further embodiment of the invention, instead of a single-chamber reaction chamber, several working elements can be used, i.e. partial or independent reaction chambers which work independently or are grouped together to form a battery which is immersed in the liquid to be heated. The metal walls that delimit the working element thereby form the only heat exchange surfaces. The internal cross-sectional area of the individual working elements is chosen so that, on the one hand, a uniformly high pyrometric (working) temperature can be stabilized on the surface of the grains of radiation mass, as in connection with the single-chamber reaction space, and on the other hand any isothermal temperature surface of the radiation mass at a given location which coincides with the cross-sectional plane of the reaction space or working element occurring there. This means that the same temperatures occur on which

som helst sted i reaksjonsrommet på en plan og ikke på noen måte romlig isoterm flate, og at denne befinner seg loddrett anywhere in the reaction space on a plane and not in any way on a spatially isothermal surface, and that this is located vertically

i forhold til reaksjonsrommets hovedakse. in relation to the main axis of the reaction chamber.

Ved overholdelse av den første betingelse sikres at strålingen forekommer innen det mest virksomme bølgelengde-område. Overholdelsen av den annen betingelse hindrer dannelsen av en uvirksom, død kjerne av de høyeste temperaturer i fyllingen innen det gitte tverrsnitt og gjør det unødvendig å øke arbeidselementets høyde. Da arbeidselementets høyde bare er avhengig av de fjernede røkgassers valgte temperatur og derfor er konstant for et gitt tilfelle, kan arbeidselementets tverrsnittsflate bare ha en enkelt størrelse som tilfredsstiller disse to betingelser, og som dessuten er den minste mulige tverrsnittsflate under optimale betingelser. Den største utstrekning av denne minste mulige innvendige tverrsnittsflate representerer dessuten det bestrålte område av arbeidselementet, men er begrenset av dimensjonen til tverrsnittets korteste side. Compliance with the first condition ensures that the radiation occurs within the most effective wavelength range. Compliance with the second condition prevents the formation of an inactive, dead core of the highest temperatures in the filling within the given cross-section and makes it unnecessary to increase the height of the working element. Since the height of the working element only depends on the selected temperature of the removed flue gases and is therefore constant for a given case, the cross-sectional area of the working element can only have a single size that satisfies these two conditions, and which is also the smallest possible cross-sectional area under optimal conditions. The largest extent of this smallest possible internal cross-sectional area also represents the irradiated area of the working element, but is limited by the dimension of the shortest side of the cross-section.

Ved gruppering av arbeidselementene med optimale innvendige tverrsnittsflater til et batteri kan det oppnås et meget fordelaktig størrelsesforhold mellom varmeutvekslings-flatene og reaksjonsrommets samlede volum. Dette fører spesielt i forbindelse med enheter med høy kapasitet til en innretning By grouping the working elements with optimal internal cross-sectional surfaces for a battery, a very advantageous size ratio can be achieved between the heat exchange surfaces and the total volume of the reaction chamber. This leads especially in connection with units with high capacity to a device

med mindre dimensjoner. with smaller dimensions.

Arbeidselementene grupperes fortrinnsvis parallelt The work elements are preferably grouped in parallel

til batterier for derved å oppnå en høyere effekt. Trykktapene holder seg imidlertid konstante og øker ikke med tiltagende ytelse av innretningen da høyden av fyllingen av aktivt materiale forblir konstant og innretningen ikke behøver å forsynes med ytterligere varmeutvekslingsplater for varmeoverføring ved konveksjon som ville ha øket trykktapene. to batteries to thereby achieve a higher output. However, the pressure losses remain constant and do not increase with increasing performance of the device as the height of the filling of active material remains constant and the device does not need to be supplied with additional heat exchange plates for heat transfer by convection which would have increased the pressure losses.

Anordningen av arbeidselementene ifølge denne utførelses-form av oppfinnelsen gjør det mulig istedenfor å tilveiebringe gasstrømmen i arbeidselementet ved anvendelse av overtrykk å tilveiebringe gasstrømmen fortrinnsvis ved anvendelse av undertrykk. Derved kan med denne alternative utførelsesform av innretningen ifølge oppfinnelsen systemet med fordelingsspalter eller dyser som tjener til å innføre blandingen av brensel og luft i reaksjonsrommet, sløyfes, hvorved samtidig de ytterligere trykktap blir mindre. Det nødvendige utstyr for styring og sikring av for-brenningsforløpet kan derved gjøres betraktelig enklere. The arrangement of the working elements according to this embodiment of the invention makes it possible, instead of providing the gas flow in the working element by using positive pressure, to provide the gas flow preferably by using negative pressure. Thereby, with this alternative embodiment of the device according to the invention, the system of distribution slits or nozzles which serve to introduce the mixture of fuel and air into the reaction space can be bypassed, whereby at the same time the further pressure losses are reduced. The necessary equipment for managing and securing the combustion process can thereby be made considerably simpler.

To utførelseseksempler av innretningen ifølge oppfinnelsen er skjematisk vist på tegningene som begge illustrerer en kjele for sentraloppvarming av leiligheter. Two embodiments of the device according to the invention are schematically shown in the drawings, both of which illustrate a boiler for central heating of apartments.

Fig. 1 viser et vertikalsnitt gjennom kjelen ifølge Fig. 1 shows a vertical section through the boiler according to

en utførelsesform av oppfinnelsen; an embodiment of the invention;

Fig. 2 et horisontalsnitt gjennom den samme kjele i et plan over vanninnløpet; Fig. 3 et vertikalsnitt gjennom den samme kjele i et plan parallelt med kjelens korteste side; Fig. 4 et oppriss i form av et vertikalsnitt gjennom oppvarmingsbatteriet ifølge en alternativ utførelsesform av den foreliggende innretning, og Fig. 2 a horizontal section through the same boiler in a plane above the water inlet; Fig. 3 a vertical section through the same boiler in a plane parallel to the shortest side of the boiler; Fig. 4 an elevation in the form of a vertical section through the heating battery according to an alternative embodiment of the present device, and

Fig. 5 et horisontalsnitt gjennom dette batteri i Fig. 5 a horizontal section through this battery i

form av et grunnriss. form of a floor plan.

Kjelen ifølge den første utførelsesform av oppfinnelsen som vist på fig. 1, 2 og 3 inneholder en indre kappe 1 som i snitt har form av en lang firkant eller som alternativt kan være avrundet eller ha form av en lang elipse. Den aktive overflate av den innvendige kappe 1 er øket ved hjelp av ribber 2. Den innvendige kappe 1 står via rørkanaler 5 i forbindelse The boiler according to the first embodiment of the invention as shown in fig. 1, 2 and 3 contain an inner cover 1 which in section has the shape of a long square or which can alternatively be rounded or have the shape of a long ellipse. The active surface of the inner jacket 1 is increased by means of ribs 2. The inner jacket 1 is connected via pipe channels 5

med en ytre mantel 6 rundt kjelen og er ved bunnen forsynt med en tilførselsledning 3 for den ferdige brenselblanding. Tilførselsledningen 3 forbinder ved hjelp av et system av spalter eller dyser 4 et brensel- og luftblandeapparat (ikke vist) med kjelens indre som nedenfor er betegnet som "reaksjonsrommet" 13. Spaltene eller dysene 4 kan ha forskjellig form, og det er with an outer jacket 6 around the boiler and is provided at the bottom with a supply line 3 for the finished fuel mixture. The supply line 3 connects by means of a system of slits or nozzles 4 a fuel and air mixing device (not shown) with the interior of the boiler which is referred to below as the "reaction space" 13. The slits or nozzles 4 can have different shapes, and it is

i denne forbindelse viktig at de skal fordele blandingen jevnt over reaksjonsrommets 13 samlede profil og hindre en eventuell strømning av blandingen langs varmeutvekslingsflåtene (dvs. reaksjonsrommets 13 vegger). in this connection, it is important that they distribute the mixture evenly over the overall profile of the reaction chamber 13 and prevent any flow of the mixture along the heat exchange rafts (i.e. the walls of the reaction chamber 13).

Rommet mellom den innvendige kappe 1 og den ytre kjele-mantel 6 er fylt med vannet 8 som skal oppvarmes, og som gjennom et tilførselsrør 7 innføres i kjelen og fjernes fra kjelen gjennom et utløpsrør 9. Det innvendige rom eller reaksjonsrommet 13 The space between the inner casing 1 and the outer boiler jacket 6 is filled with the water 8 to be heated, which is introduced into the boiler through a supply pipe 7 and removed from the boiler through an outlet pipe 9. The internal space or reaction space 13

i kjelen er i det viste eksempel fylt med korn av en fyllmasse 10 som består av en gassgjennomtrengbar aktiv masse av f.eks. in the example shown, the boiler is filled with grains of a filling mass 10 which consists of a gas-permeable active mass of e.g.

zirkoniumsilikat. Kjelens ytterside er avtettet med en røkkappe 11, og dens bakside er forsynt med en skorsten 12 for fjernelse av røkgasser. zirconium silicate. The outside of the boiler is sealed with a flue jacket 11, and its rear is provided with a chimney 12 for the removal of flue gases.

Ifølge oppfinnelsen oppvarmes vannet ved at ved stabili-sert varmetilstand innføres fra det ikke viste blandeapparat via tilførselsledningen 3 en homogen brensel-luftblanding gjennom systemet av spalter eller dyser 4 inn i kjelens reaksjonsrom 13 som er fylt med korn av strålingsmasse 10. Størrelsen og ut-formingen av fyllmassens 10 korn velges ifølge oppfinnelsen, på samme måte som forbrenningsforløpet, avhengig av kjelevolumet og av forbrenningssonens nødvendige høyde som vil bli nærmere forklart nedenfor. Derved sikres en stabilisering av den dynamiske like-vekt mellom strømmen av brenselblanding og forbrenningsforløpets hastighet, og varmesonene oppdeles i overensstemmelse med de på fig. 3 viste plan A-A, B-B, C-C og According to the invention, the water is heated by introducing a homogeneous fuel-air mixture through the system of slits or nozzles 4 into the reaction chamber 13 of the boiler, which is filled with grains of radiation mass 10, from the mixing device not shown via the supply line 3. The size and out- the shaping of the 10 grains of the filler mass is chosen according to the invention, in the same way as the combustion process, depending on the boiler volume and the required height of the combustion zone, which will be explained in more detail below. Thereby, a stabilization of the dynamic equilibrium between the flow of fuel mixture and the speed of the combustion process is ensured, and the heating zones are divided in accordance with those in fig. 3 showed plans A-A, B-B, C-C and

D-D. D-D.

Fyllingens 10 samlede høyde er ifølge denne tegning fordelt i avsnitt mellom planene A-A til D-D. Den del av fyllingen 10 som befinner seg mellom planene A-A og B-B, According to this drawing, the total height of the fill 10 is divided into sections between plans A-A to D-D. The part of the filling 10 which is located between planes A-A and B-B,

forblir kald. remains cold.

Først i den delen av fyllingen som befinner seg mellom planene B-B og C-C,blir brenselblandingen fullstendig forbrent, og fyllingens 10 temperatur blir derved flere hundrede grader høyere enn temperaturen til gassene mellom kornene i fyllingen 10. Metalloverflåtene av den innvendige kappe 1 og ribbene 2 hindrer ikke på noen måte forbrenningen i dette sjikt. Ca. halv-parten av fyllingens 10 volum tar del ved forbrenningen, Only in the part of the filling which is located between planes B-B and C-C, the fuel mixture is completely burned, and the temperature of the filling 10 thereby becomes several hundreds of degrees higher than the temperature of the gases between the grains in the filling 10. The metal surfaces of the inner jacket 1 and the ribs 2 prevent not in any way the combustion in this layer. About. half of the filling's 10 volume takes part in the combustion,

men dette er tilstrekkelig da det i 1 dm 3 av fyllingen 10 frigjøres 30 000 - 100 000 kcal/h. but this is sufficient as 30,000 - 100,000 kcal/h are released in 1 dm 3 of the filling 10.

Ved denne frigjorte varmemengde som gjør at fyllingens 10 pyrometriske temperatur nærmer seg den teoretiske forbrennings-temperatur for det anvendte brensel selv ved en høy varme-bortledning, oppstår de kjente, kompliserte forandringer i den indre atomstruktur for kornene i fyllingen 10, og disse forandringer fører til en kontinuerlig omdannelse av den frigjorte varme til strålingsenergi hovedsakelig innen den infrarøde del av spekteret og, i avhengighet av den oppnådde temperatur som strekker seg inn i den synlige del, hovedsakelig innen bølgelengdeområdet 6-0,5um. With this released amount of heat, which causes the pyrometric temperature of the filling 10 to approach the theoretical combustion temperature of the fuel used even with a high heat dissipation, the known, complicated changes in the internal atomic structure of the grains in the filling 10 occur, and these changes lead to to a continuous conversion of the released heat into radiant energy mainly within the infrared part of the spectrum and, depending on the temperature achieved extending into the visible part, mainly within the wavelength range 6-0.5um.

Ved hjelp av en egnet korrelasjon mellom gjennomføringen av forbrenningsprosessen, den oppnådde temperatur og strålings-massens beskaffenhet begrenses den arbeidsmessige utstrekning a,v spekteret,som ifølge oppfinnelsen er av avgjørende betyd-ning for varmeovergangen, til de ovenfor angitte bølgelengder. By means of a suitable correlation between the completion of the combustion process, the temperature achieved and the nature of the radiation mass, the operational extent of the spectrum, which according to the invention is of decisive importance for the heat transfer, is limited to the wavelengths indicated above.

Strålingsenergien faller i denne del på den innvendige kappe 1 og kjelens ribber 2 og omdannes uten tap til varme som avgis til vannet 8 som skal oppvarmes. På nivået C-C ifølge fig. 3 begynner gasstemperaturen å overskride temperaturen til kornene i fyllingen 10, og fra dette nivå C-C til nivået D-D overføres varme ved stråling og konveksjon fra forbrenningsgassene til den relativt store overflate til kornene i In this part, the radiant energy falls on the inner jacket 1 and the boiler's ribs 2 and is converted without loss into heat which is given off to the water 8 to be heated. At level C-C according to fig. 3, the gas temperature begins to exceed the temperature of the grains in the filling 10, and from this level C-C to the level D-D, heat is transferred by radiation and convection from the combustion gases to the relatively large surface of the grains in

fyllingen 10. Derved oppvarmes denne del av fyllingen 10, og the filling 10. This heats up this part of the filling 10, and

ved stråling innen det høyere bølgelengdeområde, dvs. ca. 6-15 pm, avgis varmen til kjelens innvendige kappe 1. Gasstemperaturen ved slutten av fyllingen 10, på nivået D-D, stabili-seres mellom 200- og 300° C ved full varmebelastning av kjelen og i avhengighet av fyllingens samlede høyde, og gassene med denne temperatur unnviker da gjennom rørkanalen 5 inn i rommet mellom kjelens ytre mantel 6 og røkkappe 11, hvorpå by radiation within the higher wavelength range, i.e. approx. 6-15 pm, the heat is given off to the boiler's inner jacket 1. The gas temperature at the end of the filling 10, at level D-D, is stabilized between 200 and 300° C at full heat load of the boiler and depending on the overall height of the filling, and the gases with this temperature then escapes through the tube channel 5 into the space between the boiler's outer mantle 6 and smoke jacket 11, whereupon

de gjennom'avtrekket 12 kommer ut i skorstenen med en temperatur under 200° C, etter at de først ved hjelp av den ytre mantel 6 har avgitt ytterligere en del av deres varme til vannet 8 som skal oppvarmes, og en ytterligere del av varmen via røkkanalen 11 til røken i kjelen. Som vist ved resultatene ifølge det nedenfor angitte eksempel kan røkkanalen 11 sløyfes uten at kjeledriftens praktiske virkningsgrad eller Økonomi derved påvirkes. they pass through the exhaust 12 into the chimney with a temperature below 200° C, after they have first released a further part of their heat to the water 8 to be heated by means of the outer mantle 6, and a further part of the heat via smoke channel 11 to the smoke in the boiler. As shown by the results according to the example given below, the smoke duct 11 can be bypassed without affecting the boiler operation's practical efficiency or economy thereby.

Varmeoverføring ved de beskrevne betingelser gjør det mulig å minske oppvarmingsflåtene til under 10% sammenlignet med kjente konstruksjoner og derved også å minske den ifølge oppfinnelsen anvendte kjeles masse til under 10 % sammenlignet med kj.ente kjeler. Forbrenningen forløper da fullstendig med et luftoverskudd av ca. 3 %. Heat transfer under the described conditions makes it possible to reduce the heating rafts to less than 10% compared to known constructions and thereby also to reduce the mass of the boiler used according to the invention to less than 10% compared to known boilers. Combustion then proceeds completely with an air surplus of approx. 3%.

Fig. 4 og 5 viser en annen utførelsesform av innretningen ifølge oppfinnelsen, hvor reaksjonsrommet består av flere arbeidselementer i form av et batteri. Fig. 4 and 5 show another embodiment of the device according to the invention, where the reaction space consists of several working elements in the form of a battery.

Oppvarmingsbatteriet ifølge den viste utførelsesform består av fire arbeidselementer 21 med kvadratisk tverrsnitt •og hver av elementenes fire vegger er omgitt av vannet 22 som skal oppvarmes, og som strømmer i rommet som er begrenset av arbeidselementene 21 og den ytre mantel 23. Hvert arbeidselement 21 inneholder en fylling 24 av den ovenfor beskrevne type som i den nedre del av arbeidselementet 21 hviler på en rist 25. The heating battery according to the embodiment shown consists of four working elements 21 with a square cross-section and each of the elements' four walls is surrounded by the water 22 to be heated, and which flows in the space limited by the working elements 21 and the outer casing 23. Each working element 21 contains a filling 24 of the type described above which in the lower part of the working element 21 rests on a grate 25.

En oppvarmingsgass tilføres i pilens 27 retning og blandes A heating gas is supplied in the direction of arrow 27 and mixed

i en blandering 29 med luft som tilføres i pilens 28 retning, in a mixing ring 29 with air supplied in the direction of the arrow 28,

og ledes derfra inn i et fordelingskammer 26. Forbrenningsproduktene suges ut gjennom en felles rørstuss 30 og inn i et avsugningsapparat (ikke vist). En tennåpning 31 munner ut i kammeret 26. Det kalde vann 22 tilføres gjennom et rør 32, og det oppvarmede vann fjernes gjennom et rør 33. and is led from there into a distribution chamber 26. The combustion products are sucked out through a common pipe connection 30 and into a suction device (not shown). An ignition opening 31 opens into the chamber 26. The cold water 22 is supplied through a pipe 32, and the heated water is removed through a pipe 33.

Vannet oppvarmes ved driftsteknisk stabil tilstand The water is heated in a technically stable condition

i det viste oppvarmingsbatterl på en slik måte at det ikke viste avsugnlngsapparat suger forbrenningsgassene ut gjennom rørstussen 30 og frembringer undertrykk i hele systemet. in the shown heating battery in such a way that the extraction device, not shown, sucks the combustion gases out through the pipe connection 30 and creates negative pressure in the entire system.

Som følge derav kommer ikke-forvarmet forbrenningsluft 28 As a result, non-preheated combustion air 28 arrives

inn gjennom kammerets 26 rørstuss og blandes med det kalde gassformige brensel 27. Brenselblandingen homogeniseres i blanderingen 29 og strømmer gjennom kammeret 26 og rist- in through the chamber 26 pipe connection and is mixed with the cold gaseous fuel 27. The fuel mixture is homogenized in the mixing ring 29 and flows through the chamber 26 and grate

åpningene 25 inn i alle arbeidselementer 21 på en slik måte at gasstrømmen forplanter seg mellom kornene i fyllingen 24 the openings 25 into all working elements 21 in such a way that the gas flow propagates between the grains in the filling 24

med' en høyere hastighet enn flammens fronthastighet. Betingel-sene for en slik forbrenning er kjente og betegnes i den angjeldende litteratur som en "kontakt-kinetisk forbrennings-prosess". with' a higher speed than the front speed of the flame. The conditions for such combustion are known and are referred to in the relevant literature as a "contact-kinetic combustion process".

Disse hastighetsforhold fører til en tilstand hvor kornene i det lag av fyllingen 24 som befinner seg straks over risten 25, forblir kalde, hvorved risten 25 beskyttes mot overopphetning og brenselblandingen mot antennelse i kammeret 26. I den nedre halvdel av fyllingen -24 i hvert av de fire. arbeidselementer 21 oppstår en intensiv og fullstendig forbrenning av brenselblandingen med meget høye- temperaturer på overflaten til kornene i fyllingen 24 som alle overfører den ved forbrenningen frigjorte varme til de omgivende varme-utvekslingsvegger av arbeidselementene 21 ved stråling, hvorpå disse avgir varmen til vannet 22. These speed conditions lead to a condition where the grains in the layer of the filling 24 which is immediately above the grate 25 remain cold, whereby the grate 25 is protected against overheating and the fuel mixture against ignition in the chamber 26. In the lower half of the filling -24 in each of the four. working elements 21, an intensive and complete combustion of the fuel mixture occurs with very high temperatures on the surface of the grains in the filling 24, which all transfer the heat released during the combustion to the surrounding heat exchange walls of the working elements 21 by radiation, whereupon these emit the heat to the water 22.

For å unngå dannelse av en uvirksom og død kjerne med To avoid the formation of an inactive and dead core with

høy temperatur i fyllingen 24 og som ikke umiddelbart avgir den frigjorte varme til varmeutvekslingsveggene og som måtte ha overført varmen i de høyere lag av fyllingen, hvorved fyllingens 24 høyde og dessuten arbeidselementenes høyde ville måtte økes på uønsket måte, må arbeidselementenes 21 innvendige kvad-ratiske tverrsnitt holdes innen en kantlengde av ca. 50-60 mm som tilsvarer en kornstørrelse i fyllingen 24 av ca. 10 - 15 mm. Under disse betingelser vil fyllingens 24 høyde være ca. 200-280 mm avhengig av typen av det anvendte gassformige brensel. Hvert arbeidselements 21 varmeeffekt vil under disse betingelser være ca. 12 000 kcal/h. Forbrenningsgassene- vil da i overensstemmelse med de ovennevnte grenser for fyllingens 24 laghøyde high temperature in the filling 24 and which does not immediately emit the released heat to the heat exchange walls and which may have transferred the heat in the higher layers of the filling, whereby the height of the filling 24 and also the height of the working elements would have to be increased in an undesirable way, the internal squareness of the working elements 21 must cross section is kept within an edge length of approx. 50-60 mm which corresponds to a grain size in the filling 24 of approx. 10 - 15 mm. Under these conditions, the height of the filling 24 will be approx. 200-280 mm depending on the type of gaseous fuel used. Each work element's 21 heat effect will under these conditions be approx. 12,000 kcal/h. The combustion gases will then, in accordance with the above-mentioned limits for the filling's 24 layer height

ha en temperatur av ca. 180 - 300° C i den felles utløpsrørstuss 30. have a temperature of approx. 180 - 300° C in the common outlet pipe connection 30.

Som nevnt ovenfor holdes den pyrometriské temperatur As mentioned above, the pyrometric temperature is maintained

i den del av reaksjonsrommet hvori forbrenningen finner sted, på en verdi som gjør at det allerede i reaksjonsrommet forekommer en fullstendig varmeoverføring ved hjelp av stråling. En overskridelse av denne verdi ville ha ført til en økning av temperaturen 1 de avtrukne gasser og en innkopling av varme-ledningsflater som ville vært ekvivalent med en overgang til kjente systemer. En underskridelse av denne verdi fører til minsking av effekten, men utstrålingen vil likevel opprettholdes. in the part of the reaction space in which the combustion takes place, at a value which means that complete heat transfer by means of radiation already occurs in the reaction space. Exceeding this value would have led to an increase in the temperature of the extracted gases and a connection of heat-conducting surfaces which would have been equivalent to a transition to known systems. Falling below this value leads to a reduction in the effect, but the radiation will still be maintained.

Den minste og samtidig optimale størrelse for tverr-snittflaten til arbeidselementet ifølge utførelsesformen ifølge fig. 4 og 5 nås når fyllingens 24 isoterme overflate danner en plan og ikke romlig overflate og sammenfaller med et plan som er loddrett i forhold til reaksjonsrommets 13 akse. The smallest and at the same time optimal size for the cross-sectional area of the working element according to the embodiment according to fig. 4 and 5 are reached when the isothermal surface of the filling 24 forms a plane and not a spatial surface and coincides with a plane which is vertical in relation to the axis of the reaction space 13.

De enkelte arbeidselementer 21 utgjør den minste enhet i innretningen og slås fortrinnsvis sammen til batterier for oppnåelse av høyere effekter. Ifølge den viste utførelsesform frembringes altså gasstrømmen 1 arbeidselementet 21 ved hjelp av et undertrykk i hele systemet istedenfor ved hjelp av et overtrykk, og derved kan blanderingen 29 og fordelingskammeret 26 danne en enhet. Spaltene eller dysene for tilførsel av brenselblanding til reaksjonsrommet og som anvendes ifølge den på fig. 1 til 3 viste utførelsesform, er ifølge den på fig. 4 og 5 viste utførelsesform erstattet med risten 25. The individual working elements 21 form the smallest unit in the device and are preferably combined into batteries to achieve higher effects. According to the embodiment shown, the gas flow 1 working element 21 is thus produced by means of a negative pressure in the entire system instead of by means of an overpressure, and thereby the mixing ring 29 and the distribution chamber 26 can form a unit. The slits or nozzles for supplying fuel mixture to the reaction space and which are used according to the one in fig. 1 to 3, according to the embodiment shown in fig. 4 and 5 show the embodiment replaced with the grate 25.

For begge utførelsesformer gjelder imidlertid det prinsipp at for oppnåelse av et optimalt forhold må den minste avstand mellom reaksjonsrommets omgivende kappe og et plan gjennom tverrsnittsprofilens lengste symmetriakse være lik den lengde hvor temperaturen i reaksjonsrommets symmetriakse ikke overskrider temperaturen på et hvilket som helst sted av reaksjonsrommets eller arbeidselementets tverrsnitt. For both embodiments, however, the principle applies that, in order to achieve an optimal relationship, the smallest distance between the surrounding jacket of the reaction chamber and a plane through the longest axis of symmetry of the cross-sectional profile must be equal to the length where the temperature in the axis of symmetry of the reaction chamber does not exceed the temperature at any point of the reaction chamber or cross-section of the work element.

I de nedenstående eksempler ble et gassformig brensel anvendt. Imidlertid kan et hvilket som helst flytende brensel også anvendes som ved fordampning kan overføres til gassformig tilstand eller som er lett antennbart i form av en finfordelt suspensjon. In the examples below, a gaseous fuel was used. However, any liquid fuel can also be used which can be transferred to a gaseous state by evaporation or which is easily ignited in the form of a finely divided suspension.

Eksempel Example

Med en prototyp av den ifølge oppfinnelsen anvendte kjele som var bygget opp som vist på fig. 1 og 3 og beregnet for oppvarming av vann i et sentralfyringsanlegg, ble de følgende parametre oppnådd: With a prototype of the boiler used according to the invention which was constructed as shown in fig. 1 and 3 and calculated for heating water in a central heating system, the following parameters were obtained:

På grunn av de små dimensjoner, innretningens lave Due to the small dimensions, the device's low

vekt, den høye virkningsgrad og den fullstendige forbrenning og dessuten den raske stigning til full ytelse (i løpet av ca. 60 s) er oppfinnelsen egnet for fremstilling av store oppvarmings-aggregater med så lav størrelse som mulig og som er egnede for oppvarming av husblokker og boliger hvori innretningen fortrinnsvis kan anbringes på taket av bebyggelsen p.g.a. dens lave vekt. Det oppnås en høy virkningsgrad for innretningen og de problemer som forårsaker av nedfall av aggressive kondensater fra skorstenene, unngås. weight, the high degree of efficiency and the complete combustion and furthermore the rapid rise to full output (within approx. 60 s) the invention is suitable for the production of large heating units with as small a size as possible and which are suitable for heating blocks of flats and homes in which the device can preferably be placed on the roof of the building due to its low weight. A high degree of efficiency is achieved for the device and the problems caused by precipitation of aggressive condensates from the chimneys are avoided.

Den foreliggende innretning kan dessuten anvendes f.eks. The present device can also be used, e.g.

for oppvarming av ventilasjonsutstyr, provisoriske arbeidsplasser i forbindelse med nybygg etc. med lett overførbare varmekilder, for heating ventilation equipment, temporary workplaces in connection with new buildings etc. with easily transferable heat sources,

og dessuten for industrikjeier og kjeler for energiutvikling etter konstruksjonsmessig tilpasning for varmeutvekslingsflater som arbeider under trykk, for transporterbare emballerte kraftverk (byggesett-sentraler), termokjemiske innretninger innen petroleumsindustrien, and also for industrial boilers and boilers for energy development after structural adaptation for heat exchange surfaces that work under pressure, for transportable packaged power plants (built-in power stations), thermochemical devices within the petroleum industry,

termokjemiske innretninger for oppvarming av væsker både innen den organiske og uorganiske kjemiske industri og for fordampning derav, i motorvognindustrien for innføring av damptrekkraft på basis av vanndamp eller ved hjelp av andre væsker kombinert med en miniatyrturbin på grunn av de strenge krav til en fullstendig forbrenning og beskyttelse av omgivel- thermochemical devices for heating liquids both in the organic and inorganic chemical industry and for their vaporization, in the motor vehicle industry for the introduction of steam traction on the basis of water vapor or with the help of other liquids combined with a miniature turbine due to the strict requirements for a complete combustion and protection of the environment

sene. tendon.

Foredlede brensler forbrennes i de innretninger ifølge oppfinnelsen som er beregnet for oppvarming av vann for oppvarmings-formål, med inntil 10 % eller derover høyere virkningsgrad enn i de beste kjente kjeler med vanlig konstruksjon. Refined fuels are burned in the devices according to the invention which are intended for heating water for heating purposes, with up to 10% or more higher efficiency than in the best known boilers with ordinary construction.

Claims

1. Procedure for heating liquids, their evaporation, distillation, thermal decomposition, synthesis and the like, where a completely homogeneous mixture of fuel and oxidizer, especially gas and air, are introduced into a reaction chamber, characterized in that the homogeneous mixture of fuel and oxidizing agent which. is neither ignited nor preheated, is fed $ nn in a layer of gas-permeable radiant mass, and when it is in this layer, is gradually ignited with a time delay caused by a greater flow rate of the mixture between the grains of the radiant mass than the speed of the flame front in the mixture, the layer of setting mass being uniform throughout its width and height and cooled only at its circumference, the radiant mass being brought to a state where all the heat energy released on its surface is transferred by radiation in the wavelength range of 0.5 to 6 pm to heat exchange surfaces with except for the heat carried away by the combustion products from said layer at a temperature below 240° C, while the heat distribution is maintained so that planar isothermal surfaces are produced perpendicular to the direction of the gas flow, while the parallel isothermal surfaces at different points in the direction of the gas flow have different temperatures.

2. Method according to claim 1, characterized in that the pyrometric temperature in the part of the gas-permeable layer of the radiation mass, where the combustion takes place, is kept at a value at which an essentially complete heat transfer by radiation takes place already in the reaction space.

3. Method According to claim 1, characterized in that the radiation mass or its surface consists of zirconium silicate.

4. Method according to claim 1, characterized in that the radiation mass or its surface consists of metals or metal oxides or metal carbides, which are stable, i.e. they do not soften or oxidize in the particular atmosphere at temperatures around 1600° C and higher.

5. Method according to claim 1, characterized in that the radiation mass: or its surface is formed of a material which is capable of emitting a selective radiation, mainly in the selected part of the spectrum.

6. Device for carrying out the method according to claims 1 to 5, consisting of a hollow peripheral jacket with the medium to be heated, as well as with a mixing device for fuel and oxidizer connected in front of the peripheral jacket, characterized in that the actual reaction chamber (13) with the gas-permeable radiation mass (10) is completely filled, through the height of which the final temperature of the combustion products at the outlet from the device is determined, and between the mixing device and the radiation mass (10) a distribution device (4, 25) is arranged for supplying the homogeneous mixture, this distribution device being connected a device that gives the homogeneous mixture in the filling of the radiation mass a higher speed than the speed of the flame front.

7. device according to claim 6, characterized in that the reaction space is divided into a number of subspaces (21) which are immersed in the liquid (22) to be heated, their metal walls forming the individual heat exchange surfaces.

8. device according to claim 7, characterized in that the individual compartments represent the smallest functional unit which for larger outputs are grouped into batteries.

9. Device according to claim 7 or 8, characterized in that a grid (251) replaces nozzles or slits if the gas flow through the device is produced by negative pressure.