NO161234B - Luftforvarmer for en kompakt fluidvarmer. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en kompakt fluidvarmer av den type som fremgår av innledningen til det etterfølgende selvstendige krav, for varmegjenvinning av forbrenningsgass for oppvarming av innløpsluft og for bedre total virkningsgrad.

Nærmere bestemt er en varmevekslerenhet beskrevet som tilveiebringer høyeffektiv sekundær luftoppvarming i en kompakt fluidvarmer slik som beskrevet i US-patent 3.282.257 og som herved er inntatt som referanse.

Kjente tilnærminger til forvarming av forbrenningsluft slik som beskrevet i US-patent nr, 3.838.666 har eksistert i noen tid; imidlertid er disse konstruksjoner kostbare og kompliserte tillegg til kompaktkjeier eller fluidoppvarmere. Videre krever de omtalte teknikker løpsomlegging av avgassene med større trykkfall over avgassveien. Effektiviteten ved denne tilnærming er generelt sett ikke kostnadseffektiv.

Søkeren har oppdaget at bruk av en ny luftforvarmings-varmevekslerkonstruksjon plassert i eksisterende kjelhus kan tilveiebringe vesentlig økning i total kjelvirkningsgrad. Disse ytelsesevner oppnås uten vesentlig økning i trykkfall, særlig langs utslippsbanen for avgass. Den nye varmevekslerkonstruk-

sjon beskrevet tilveiebringer en kostnadseffektiv innretning for å øke kjelvirkningsgraden og krever ikke kompliserte og kostbare hjelpekonstruksjoner eller apparaturer til kjelen.

Det er også funnet at ytterligere kjelvirkningsgrad kan oppnås

ved å inkludere en tverrgående slyngeviklingstype varmevekslerspiral. Varmevekslerspiralen er plassert i et trykkrom eller plenumsrom som omgir spiralsamlingen til kjelen og er forbund-

et til en ytre kaldvannstilførsel. Vann sirkuleres gjennom varmevekslerspiralen og forvarmet vann leveres til en endefor-bruker eller til spiralsamlingen som forvarmet fødevann.

Følgelig er det et formål med denne oppfinnelse å tilveiebringe øket virkningsgrad for en kompakt spiralkjel gjennom bruk av en ny varmevekslerkonstruksjon og spiral anbragt i det eksisterende kjelhus.

Det er et ytterligere formål med denne oppfinnelsen å tilveiebringe en varmevekslerenhet for gjenvinning av varme fra avgassene til en kjel hvor den eksisterende gasstrømning ikke blir særlig påvirket.

Det er et ytterligere formål med denne oppfinnelse å tilveiebringe en varmevekslerkonstruksjon for varmegjenvinning og/ eller luftforvarming i en kompaktkjel som bruker lett tilgjenge-lig materiale i en enkel konstruksjon.

Det er et ytterligere formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en varmeveksler utforming som bruker energi fra avgasser fra forbrenningsluft som skaper forvarming i en kompaktkjel hvor trykkfallet i avgassene eller "varmsiden" er minimalisert, og varmeveksling av forbrenningsluft eller "kaldsiden" forøkes mens det brukes identisk overflategeometri for varmeoverfør-ingen .

Det er nok et formål med denne oppfinnelse å tilveiebringe

en luftforvarmer og varmevekslerspiral for å øke virkningsgraden til en kompaktspiralkjei i en opprinnelig kjel som innbefatter lave kostnader, enkel fremstilling og lett tilgjenge-lig materiale i en enkel konstruksjon.

I samsvar med den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt en kompakt fluidvarmer av den innledningsvis nevnte art som kjennetegnes ved en luftforvarmer inntil nevnte spiraler og mellom forbrenningskammere og plenumskammere innbefattende ugjennomtrengelige varmeledende første og andre flater for isolering av avgass- og luftstrømmer henholdsvis, hvilken første flate forløper i en første retning fra den andre flate for å definere en sidestrømningskanal langs den første flate for å rette avgassene til avgassutløpet, og hvor den første flate forløper i en andre retning fra den andre flate for å definere en strømningsoppbryter på tvers av nevnte sidestrømningskanal for oppbryting av nevnte luftstrøm.

En tverrgående slyngeviklingstype varmevekslerspiral er også anordnet. Varmevekslingsspiralen er plassert i plenumsrommet og omgir spiralsamlingen til kjelen. En ytre kaldtvannstil-førsel er forbundet til varmeoverføringsspiralen og oppvarmet vann fra spiralen kan leveres til en sluttbruker eller til kjelen som forvarmet fødevann.

Andre formål og fordeler ved oppfinnelsen vil fremkomme under lesing av den følgende detaljerte beskrivelse og med referanse til tegningene, hvor: Fig. 1 er et riss delvis i snitt av en kompakt kjel eller fluidvarmer innbefattende en forvarmer oppbygget i samsvar med prinsippene av den foreliggende oppfinnelse, fig. 2 er et perspektivisk, delvis bortskåret riss av en typisk kompaktspiralkjei, som særlig viser plasseringen av luftforvarmeren ifølge den foreliggende oppfinnelse,

fig. 3 viser en delvis perspektivisk avbildning av en typisk kompaktspiralkjei, som særlig viser den indre plassering av kjelvarmevekslerspiralene og luftforvarmeren med et

forråd for forbrenningsluft,

fig. 4 er et perspektivisk detaljriss av forvarmeren ifølge den foreliggende oppfinnelse som særlig viser strømningspassasjene for forbrenningsgass og forvarmet

luft med strømningsretningene til gassene,

fig. 5 er en delvis snittskisse av forvarmerstrukturen ifølge den foreliggende oppfinnelse som viser virkningen av

luftsidens strømningsoppbrytere,

fig. 6 er en ytterligere delvis snittskisse av en alternativ utførelse av luftforvarmeren,

fig. 7 er en delvis snittskisse av en ytterligere alternativ

utførelse av forvarmeren,

fig. 8 er en perspektivskisse, delvis bortskåret av kjelen

uten forvarmeren og som viser varmevekslerspiralen,

fig. 9 er en perspektivskisse av spiralsamlingen til kjelen

og varmevekslerspiralen,

fig.10 er et snitt tatt langs linjen 10-10 i fig. 9,

fig.11 er en skjematisk fremstilling av en ekstern bruker-krets som innbefatter varmevekslerspiralen, og

fig.12 er en skjematisk fremstilling av en fødevannskrets som

innbefatter varmevekslerspiralen.

Med henvisning til fig. 1-5, er en kjelenhet 10 illustrert. Enheten 10 innbefatter en brenner 13 som tilfører forutbestemt luft/luftblandinger til et forbrenningskammer 14 hvor brensel og luft blander seg og genererer høytemperaturige forbrenningsgasser som utgår gjennom forbrenningskammerutgangen eller struperen 18. Forbrenningskammeret 14 nytter motstandsdyktig materiale som motstår høye temperaturer på veggene 17 og definerer kammerutløpet eller struperen 18. Brennerens forbrennings-luf t tilføres ved en blåserenhet 30 (fig. 2) som kommuniserer med det indre av kjelens ytre skall 12 via et blåserinnløp 31. Blåserinnløpet 31 kommuniserer med et ringformet plenumskammer 32 og blåseren 30 gir trykk til plenumkammeret 32 og tvinger luft gjennom brenneren 13 og inn i forbrenningskammeret 14. Forbrenningsgasser går ut gjennom struperen 18, entrer en spiralinngangssone 20, og strømmer under trykk gjennom mellom-rom 19 av spiralviklingene 21. Avgasser som utgår fra spiralviklingene 21 oppsamles i et forbrennings- eller røykgassopp-samlingskammer 24. Røykgassoppsamlingskammeret 24 er i fluidkommunikasjon med en luftforvarmerenhet 26 som ligger i sin helhet i røykgassoppsamlingskammeret 24 inntil forbrenningskammeret 14 .

Forbrenningsgasser som passerer gjennom spiralviklingene 21 hever temperaturen på væsken som er i spiralene. Forbrennings-gassene paaserer så gjennom luf tf orvarmeren 26 og utgår til atmosfæren via pipen eller utløpet 28.

Med særlig henvisning til fig. 4 er luftforvarmeren 26 ifølge

den foreliggende oppfinnelse 'illustrert. Forvarmeren 26 bruker en separator eller vegg 36 som har en i hovedsak korrugert eller riflet overflate med strømningsoppbrytere 36 festet til alternerende buktninger av overflaten. Veggen 34 og oppbryt-

erne 36 er montert på kjelskottet 33. Strømningsoppbryterne 36

og veggen 34 definerer isolerte strømningsområder 35 og 37 for luft- og avgassidene av forvarmeren 26 henholdsvis. Avgassene og forvarmet luft forhindres fra blanding ved separatoren 34, langsgående tetninger eller skott 38, og en tverrgående eller endetetning eller skott 40.

I drift er luftforvarmeren 26 i fluidkommunikasjon med røkgass-oppsamlingskammeret 24 ved en åpen ende 39 inntil skottet 33.

En nedre kant 39 A av åpen ende 39 engasjerer og forløper noe

over separatoren 34, og tilveiebringer derved en gasstrømnings-bane via de øvre passasjer 37. Gasser entrer luftforvarmeren 26 gjennom den åpne ende 39, passerer den øvre overflate av. passasjene 37 og utgår i en vertikal retning gjennom pipe-utløpet 28.

Likeledes strømmer forbrenningsluft som entrer plenumskammeret 32 via blåseinnløpet 31 under separatoren 34 i en bane vinkelrett til riflene eller korrigeringene av overflaten 34 og oppbryterne

36 som genererer luftsidestrømningsmønsteret innbefattende turbulente hvirvler 41 (fig. 5). Det er oppdaget at denne kombi-nasjon av en korrugert overflate 34 og oppbrytere 36 vesentlig øker varmeoverføringseffektivteten ved denne kombinering gjennom ødeleggelse av grensesjiktet langs overflaten 34. Det er og-

så oppdaget at gassene med høyere temperaturer som strømmer i en retning parallelt med strømningsoppbryterne 36 over flaten 34, i kraft av deres høye temperatur og høyere hastighet, tilveiebringer vesentlig øket varmeoverføring uten en vesentlig økning i trykkfallet i avgassene. For stort trykkfall i avgass-banen er svært uønskelig.

Varme overført til forbrenningsluften tilført ved blåserenheten 30 hever lufttemperaturen vesentlig som resulterer i en økning i total kjeleforbrenningsvirkningsgrad. Denne økning oppnås uten særlig trykkfall i forbrenningsgassen langs avgass-banen til pipen 28. I tillegg er det anordnet nye innretninger for å øke kjelevirkningsgraden uten vesentlig å øke blåserkraft-behovet for forbrenningsluft. Videre tilveiebringer varmeveks-leren ifølge denne oppfinnelse øket virkningsgrad i sin helhet i de opprinnelige avgrensninger av eksisterende kompaktkjeler, og som tillater installering av luftforvarmeren 26 i eksisterende kjeler uten konstruksjonsmodifikasjoner.

Med henvisning f.eks. til fig. 6 er en separator 34A bøyd

eller formet til å definere vertikalt forløpende oppbrytere 3 6A Diskontinuerlige separatorer 34B i fig. 4 er hver formet ved

en rett vinkel for å definere vertikale separatorer 36B.

Som best vist i fig. 8-10, innbefatter kjelen 10 en varmeover-førings- eller økonomiseringsspiral 100. Varmeoverføringsspiral-en 100 er montert i plenumkammeret 32 og omgir spiralene eller spiralsamlingen 21. I denne stilling oppvarmes spiralen 100 av avgasser av en lavere temperatur siden gassen har passert gjennom mellomrommene 19 og over spiralene 21. Følgelig er vannet som strømmer gjennom varmeoverføringsspiralen 100 av en lavere temperatur enn fluidet som strømmer gjennom spiralene 21. Dette fluid med lavere temperatur er anvendelig som varmtvann for forbruker eller som fødevann til spiralene 21.

Varmeoverføringsspiralen 100 er av en hårnål eller slyngevikl-ingsutforming og omgir i det minste en del av spiralsamlingen definert ved spiralene 21. I den viste foretrukne utførelse er omkring 70% av spiralsamlingen omgitt.

Spiralen 100 innbefatter et innløp 102 som kan være forbundet til en ytre kaldvannstilførsel. Et utløp 104 er også anordnet. Utløpet 104 kan forbindes til et uttak eller annen innretning for å tillate bruk av en forbruker. Kaldtvann kan f.eks. an-ordnes fra en tilførsel 106 til en pumpe 108 som vist i fig. 11. Pumpen 108 er forbundet til innløpet 102 av spiralen 100. Vannet oppvarmes så og strømmer gjennom utløpet 104 til et uttak eller lignende anordning.

Som vist i fig. 12 er en kaldtvannstilførsel 110 forbundet til en kondensat-mottakstank 112. Vann fra tanken 112 pumpes ved pumpen 114 gjennom varmevekslerspiralen 100. Oppvarmet vann passerer inn i trommelen 116 for lagring og pumpes inn i kjelen 10 og spiralene 21 ved pumpen 118 som forvarmet fødevann og øker derved virkningsgraden til kjelen 10. Således skulle det

■ fremkomme at det er tilveiebragt i samsvar med oppfinnelsen

en luftforvarmer for kompaktkjeler som fullt ut tilfresstiller formålene, målene og fordelene omtalt. Selv om luftforvarmeren som er blitt beskrevet anvender en spesifikk type og utvalg av korrugerte eller riflete overflater med kontinuerlige langsgående strømningsoppbrytere, er det åpenbart at mange altern-ativer og/eller modifikasjoner innbefattende, men ikke begrens-ende, fig. 6 og 7 vil være åpenbare for fagmannen i lys av den foranstående beskrivelse.

Claims (6)

1. Kompakt f luidvarmer av den type som innbefatter en kappe (12), et forbrenningskammer (14) 1 kappen, spiraler (21) montert 1 kappen, et plenumskammer (32) som omgir spiralene, en luftblåser (30) som kommuniserer med nevnte plenumskammer og en luftkilde og et avgassutløp (28) 1 kappen, karakterisert ved en luftforvarmer (26) inntil nevnte spiraler (21) og mellom forbrenningskammeret (14) og plenumskammeret (32) Innbefattende ugjennomtrengelige varmeledende første og andre flater (36,34) for Isolering av avgass- og luftstrømmer henholdsvis, hvilken første flate (36) forløper 1 en første retning fra den andre flate (34) for å definere en sidestrømningskanal langs den første flate for å rette avgassene til avgassutløpet (28), og hvor den første flate (36) forløper 1 en andre retning fra den andre flate (34) for å definere en strømningsoppbryter på tvers av nevnte sidestrømningskanal for oppbrytning av nevnte luftstrøm.

2 . Fluidoppvarmer ifølge krav 1, karakterisert ved at den andre flate (34) innbefatter en riflet overflate som har buktninger parallelt til avgasstrømmen.

3. Fluidoppvarmer ifølge krav 1, karakterisert ved at den første flate (36) forløper over den andre flate (34) i nevnte første retning og under den andre flate (34) 1 nevnte andre retning.

4 . Fluidoppvarmer ifølge krav 1, karakterisert ved at den innbefatter første innretninger (39) for å rette avgassene over nevnte andre flate (34) og andre innretninger (38) for å rette nevnte luft under nevnte andre flate (36).

5 . Fluidoppvarmer ifølge krav 1 til 4, karakterisert ved at den innbefatter en varmevekslerspiral (100) montert i plenumskammeret som omgir spiralene (21), hvilke varmevekslerspiral innbefatter et innløp (102) for forbindelse til en utvendig tilførsel av fluid og et utløp (104) for forbindelse til en sluttbruker.

6. Fluidoppvarmer ifølge krav 5, karakterisert ved at varmevekslerspiralen (100) er av en hårspenne-eller slyngeviklet utforming.