NO175021B - Anordning for energi- og masseoverföring mellom inngående forbrenningsluft og forbrenningsprodukter - Google Patents

Abstract

En damppumpe som utgjøres av en masse- og varmeveksler innbefattende et ytre avlukke eller kappe (11), et sett varmvekslerrør (12) anordnet Inne 1 avlukket (11) og som forløper lengdevels 1 dette, og som åpner ut 1 en av endene 1 et første radlalplan (53) og 1 deres andre ende via et andre radlalplan (54), hvilke radlalplan innbefatter innretninger for plassering og bæring av rørene (12) og for lukking av de tomme rom i det parti av avlukket (1) beliggende utenfor rørene (12), som derved definerer mellom nevnte radlalplan både en første gassformig fluidstrømningskrets inne i rørene (12) og en adskilt motstrømmende andre fluidstrømnings-krets inne i avlukket (11') men utenfor rørene (12). Et av det første og andre gassformige fluid som utgjøres av fuktige, varme forbrenningsprodukter fra en termisk prosess mens det andre gassformige fluid utgjøres av ny forbrenningsluft. Befuktningsinnretninger (20, 30) er anordnet for å fukte luften innført i avlukket (1). Denne innretning innbefatter et sett munnstykker (1) plassert på en slik måte at det dusjer en fin vanntåke inn i volumet som opptar i det minste hele innløpspar-tiet for luftstrømskretsen og hele utløpspartiet for luftstrømskretsen, slik at kun de sider av rørenes (12) vegger som er i kontakt med luften blir fuktet.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning i form av en masse- og varmeveklser som sørger for energi- og masseover-føring mellom inngående forbrenningsluft og forbrenningsprodukter fra en termisk prosess som gir utveksling med en termisk last ved direkte kontakt eller via en vegg.

Flere typer masse- og varmevekslere eller "damppumper" er allerede kjent som muliggjør at en større eller mindre fraksjon av den frie og den latente varme i forbrenningsproduktene som forlater en kondensasjonsgenerator kan bli resirkulert med forbrenningsluften som kreves av den termiske prosess.

Således foreslår FE-B-2 446 460 en kondensasjons-oppvarmings-installasjon innbefattende en varmeveksler/regenerator for termisk kopling av forbrenningsluften krevet av varmegeneratoren og forbrenningsproduktene fra varmegeneratoren, med befuktningsinnretninger anordnet for å trekke ut minst en del av kondensatene fra forbrenningsproduktene og for å sette disse kondensater i kontakt med forbrenningsluften. Denne tidligere varmeveksler innbefatter et antall inntil hverandre stilte rom adskilt av vertikale delevegger og som kommuni-serer i sine ender med nedre og øvre kamre, en første serie av alternerende rom med sine første ender i kommunikasjon med et første, nedre kammer og deres andre ender i kommunikasjon med et første, øvre kammer, mens rommene straks inntil de alternerende rom i den første serie er i kommunikasjon med et andre, øvre kammer via deres ender nær inntil de første ender og med et andre nedre kammer via deres ender nær inntil de andre ender. De alternerende rom i kommunikasjon med det første øvre og nedre kammer har luft som skal gjennoppvarmes strømmende gjennom disse, mens de alternerende rom i kommunikasjon med de andre øvre og nedre kamre har forbrenningsprodukter som strømmer gjennom dem. En første serie av kondensat-matestrimler innstalleres i den øvre ende av rommene i den andre serie, mens en andre serie av kondensat-matestrimler installeres i den øvre ende av rommene i den andre serie. Dersom det er ønskelig å oppnå høy virkningsgrad, vil en slik masse- og varmeveksler av denne type vise seg å være kostbar, vanskelig å implementere og svært omfangsrik. I tillegg er den konstruert for å gi kryss-strøms-veksling, og mesteparten av tiden fører det til at røkgassene blir befuktet i for stor grad eller til et fenomen hvor kondensat løper ned på begge sider av vekslerens vegger, som ofte reduserer varmevekslingsvirkningsgraden. Generelt er det vanskelig å styre kondensatene, og uansett vil ekstra pumpe- eller vifteinstallasjoner forbruke energi i mengder som ofte ikke er neglisjerbare.

Det er foreslått i dokument FR-A-2 508 616 en anordning som behandler gasser som er forholdsvis varme og fuktige, for eksempel røkgasser, og gasser som er forholdsvis tørre og kjølige, for eksempel oksideringsgasser for en herd, for det formål å gjenvinne varmen og eventuelt kondensatene fra røkgassene og gjenoppvarme og fukte forbrenningsluften. Imidlertid benytter denne tidligere behandlingsanordning to adskilte avlukker, det ene med de varme fuktige gasser som føres gjennom mens det andre har de forholdsvis tørre og kjølige gasser som føres gjennom, hvor hver av avlukkene innbefatter innretninger i sitt topp-parti for å dusje væsker som utgjøres av kondensatene gjenvunnet under behandlingen. Her igjen er behandlingsanordningen omfangsrik på grunn av nærværet av de to avlukker, og selv om dens virkningsgrad er akseptabel, er den likevel begrenset. I tillegg krever en slik installasjon implementering av innretninger for å balansere strømningsmengdene gjennom de ulike avlukker sammen med fluidoverføringsinnretninger (sirkulasjonspumper, vifter) som kan gi opphav til betraktelig energiforbruk med spesielt hensyn til trykktap i gasstrømmen i de to avlukker, hvor hver av disse er oppfylt med en metallansamling.

Den foreliggende oppfinnelse søker å avhjelpe de ovenfor nevnte ulemper og å oppnå høyere virkningsgrad når entalpien i forbrenningsprodukter skal resirkuleres ved bruk av en masse- og varmeveksler som er liten i størrelse og billig å fremstille og holde i drift.

Nok et formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en masse-og varmeveksler eller "damppumpe" som kan benyttes i kombinasjon med ulike termiske prosesser som kan eller ikke behøver være tilknyttet kondensatorer og uten at det er nødvendig å gå videre med vanskelige tilpasninger, spesielt i tilfellet av store installasjoner slik som kjøleanlegg som benytter kondensasjonskjeler.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en anordning av den innledningsvis nevnte art og er kjennetegnet ved at den innbefatter et ytre avlukke, et sett med rør som utgjør en varmeveksler anordnet lengdeveis inne i avlukket og som åpner ut i sine ender i respektive første og andre radialplan i hvilke innretninger er anordnet for å plassere og bære rørene i forhold til avlukket og for å lukke de tomme rom i

-det parti av avlukket som befinner seg utenfor rørene, og definerer derved mellom nevnte radialplan en første fluid-strøm-krets inne i rørene og en adskilt, andre fluidstrøm-krets inne i avlukket, men utenfor rørene, en innløpsåpning for tilførsel av et første gassformig fluid inn i avlukket i den andre krets, en utløpsåpning for avtrekk fra avlukket det første gassformige fluid som strømmer i den andre krets, en innløpsåpning for tilførsel av et andre gassformig fluid inn i avlukket i den første krets, og en utløpsåpning for avtrekk fra avlukket som evakuerer det andre, gassformige fluid som strømmer som en motstrøm i den første krets, at det ene gassformige fluid utgjøres av varme, fuktige forbrenningsprodukter mens det annet gassformige fluid utgjøres av ny forbrenningsluft, og at anordningen videre innbefatter befuktningsinnretninger for å fukte luften som tilføres avlukket, hvilken befuktningsinnretning innbefatter et sett munnstykker plassert for å dusje en fin vanntåke for å oppta et volum som opptar hele innløpspartiet av luftstrømkretsen og hele utløpspartiet av luf tstrømkretsen slik at kun disse

sider av rørenes vegger som er i kontakt med luften blir fuktet, der rørene danner en motstrømsvarmeveksler mellom luften og forbrenningsproduktene inne i avlukket uten bruk av et mellomfluid og i hvilken energi overføres fra forbrenningsproduktene til den nye luft, fra forbrenningsproduktene til det dusjede vann, og fra kondensatene fra forbrenningsproduktene til det dusjede vann via rørenes vegg mens energien overføres fra det dusjede vann til luften ved hjelp av direkte kontakt.

Rørene har glatte vegger og utgjøres fordelaktig av rør med et stort varmevekslingsareal, slik som rør av nyreformet tverrsnitt, med to partier med større diameter satt i kommunikasjon via et smalt forbindelsesparti.

Gitt utvekslingsvirkningsgrad, kan rørene i varmeveksleren for varmeutveksling mellom forbrenningsproduktene og luften lages av et syntetisk materiale, slik som polyvinylidenfluorid eller polyvinylklorid, men de kunne også være laget av metall, for eksempel rustfritt stål.

Ifølge en bestemt egenskap ved oppfinnelsen, frembringer hvert munnstykke som utgjør en komponent av befuktningsinnretningen en dyse i form av en massiv konus og innbefatter et antall utløpsåpninger for å dusje vann i en fin tåke gjennom hele konusens volum hvis toppunkt eller spiss er hovedsakelig utgjort av munnstykkets spiss eller toppunkt.

De ulike munnstykker er plassert slik at vanndusj-konusene overlapper hverandre.

I en første mulig utførelse, er avlukket plassert vertikalt og befuktningsinnretningen innbefatter et første sett munnstykker rett nedad og plassert i det øvre parti av avlukket for slik å dusje vann over hele det parti av avlukket som ligger over endene av rørene som utgjør luft- og røkgass-varmeveksleren, og et andre sett munnstykker rettet oppad og plassert i bunnen av avlukket for slik å dusje vann over hele det parti av avlukket som ligger under rørene.

I dette tilfellet kan en enkelt pumpe benyttes for å mate både det første sett munnstykker og det andre sett munnstykker med vann tatt fra en enkelt vanntank.

For et avlukke som fordelaktig er plassert vertikalt for å lette implementeringen av anordningen, innføres luften i den første gassformige fluidstrømskrets inne i rørene og forbrenningsproduktene innføres i den andre gassformige fluidstrøm-ningskrets inne i avlukket, men utenfor rørene.

I en annen utførelse av oppfinnelsen er avlukket plassert horisontalt, og befuktningsinnretningene innbefatter et sett munnstykker rettet nedad og plassert på toppen det horisontale avlukket, som fordeles over hele lengden av avlukket mellom luftinnløpet og utløpsåpningene.

For et avlukke som er plassert horisontalt innføres forbrenningsproduktene i den første gassformige fluidstrømningskrets inne i rørene og luften innføres i den andre gassformige fluidstrømningskrets inne i avlukket, men utenfor rørene.

Anordningen ifølge oppfinnelsen benyttes fordelaktig i kombinasjon med en termisk prosess som er allerede tilknyttet en konvensjonell kondensator, og således utgjøre en over-kondensator hvori luftbefuktningsinnretningen tilføres vann fra en tank som inneholder kondensator fra en første kondensator .

Anordningen ifølge oppfinnelsen kan også benyttes fordelaktig i kombinasjon med en direktekontakt-varmegenereringsprosess av vasketårntypen eller typen med neddykket forbrenning, med luftbefuktningsinnretningene eventuelt tilført vann fra blokken for gjenvinning av kondensat fra varmegeneratoren. Ifølge et spesielt trekk innbefatter anordningen videre en luftventil anordnet i en utløpskanal forbundet til utløpsåp-ningen for fuktig forbrenningsluft for å forhindre vann å bli innblandet ved kapillærvirkning i forbrenningselementet i forbindelse med den termiske prosess.

Anordningen ifølge oppfinnelsen kan innbefatte et antall trinn forbundet i kaskader som hver innbefatter et felles avlukke med et sett motstrømningsrør for varmeveksling mellom luften og forbrenningsproduktene uten bruk av et mellomfluid.

I en bestemt utførelse, der anordningen har et vertikalt avlukke, kan den imidlertid innbefatte et antall sett med motstrømningsrør for varmeveksling mellom luften og forbrenningsproduktene uten bruk av et mellomfluid og plassert innenfor nevnte felles avlukke i rom adskilt av vertikale vegger anordnet med første åpninger i en av sine ender for føring av luft mellom par av hosliggende rom, og med en andre åpning plassert i nærheten av den andre ende av avlukket for å føre strømmen av forbrenningsprodukter gjennom en av de vertikale delevegger mellom rommene, mens adskilte motstrøms-kretser opprettholdes for luften og forbrenningsproduktene.

I et bestemt aspekt av oppfinnelsen, kan anordningen videre innbefatte en turbokompressor innbefattende en kompressor plassert i en kanal for transport av forbrenningsluft og forbundet til utløpsåpningen for mettet og overhetet luft, og en turbin plassert i utløpskanalen for forbrenningsproduktene etter at de har passert gjennom anordningen slik at forbrenningsproduktene opprettholdes under trykk innenfor anordningen mens forbrenningsluften opprettholdes ved atmosfærisk trykk, mens den føres gjennom anordningen.

I dette tilfellet kan anordningen videre innbefatte en overheter plassert oppstrøms av kompressoren på kanalen for transport av forbrenningsluft.

Andre egenskaper og fordeler ved den foreliggende oppfinnelse fremgår av den følgende beskrivelse av bestemte utførelser gitt som eksempler og beskrevet med henvisning til de vedlagte tegninger hvor: Figur 1 er et skjematisk vertikalt snittriss av en første utførelse av en anordning ifølge oppfinnelsen der et enkelt avlukke er plassert vertikalt; Figur 2 er et skjematisk riss av en anordning i likhet med den ifølge figur 1, men hvori vanndusjinnretningene tilføres fra en enkelt væsketilførsel ved hjelp av en enkelt pumpe; Figur 3 er et snitt langs linjen III-III ifølge figur 1 som viser formen av tverrsnittet av rørene som utgjør varmeveksleren plassert innenfor avlukket for anordningen ifølge figur 1; - Figur 4 er et arealsnitt gjennom vesentlige komponenter for et bestemt eksempel for en anordning i samsvar med utførelsen ifølge figurene 1 og 2; Figur 5 er et riss av utløpsflaten fra et munnstykke når benyttet av befuktningsinnretningen innstallert i anordningen ifølge oppfinnelsen; Figur 6 er et skjematisk riss som viser hvordan to vertikale varmeveksel-avlukker kan forbindes i kaskade for å utgjøre en anordning ifølge oppfinnelsen; Figur 7 er et skjematisk riss som viser to vertikale varmeveksler-enheter adskilt av en vertikal delevegg og forbundet i serier innenfor et enkelt avlukke innenfor en anordning ifølge oppfinnelsen; Figur 8 er et aksialsnitt gjennom de vesentlige komponenter i en anordning ifølge oppfinnelsen med et avlukke som er plassert horisontalt; Figur 9 er et skjematisk riss som viser to horisontale varmeveksler-avlukker forbundet i kaskade innenfor en anordning ifølge oppfinnelsen; og Figur 10 er et skjematisk riss som viser en anordning ifølge oppfinnelsen implementert i forbindelse med trykksettende innretninger. Figur 1 viser et første eksempel på en masse- og varmeveksler eller "damppumpe" ifølge oppfinnelsen.

Anordningen eller damppumpen 10 innbefatter i hovedsak et felles vertikalt avlukke eller en kappe 11 innenfor hvilken varme utveksles mellom røkgasser og forbrenningsluft. Et antall vertikale, rørformede vegger 12 er plassert innenfor avlukket 11 på en slik måte at, i dette eksempel, er yttersiden av rørenes 12 vegger i kontakt med røkgassene, hvilke røkgasser ikke blir fuktet, mens innsiden av rørenes 12 vegger er i kontakt med kjølig forbrenningsluft som strømmer gjennom avlukket 11 innenfor rørene 12 og som fuktes med innretninger 20, 30 for å sprøyte vann eller kondensater. En ny luftinnløpsåpning 15 dannes i avlukket 11 nær inntil dens bunn 52 og under et nedre parti 54 for å bære rørene 12 og avstenge de tomme rom mellom rørene 12, mens en utløps-åpning 16 for levering av luft som er blitt oppvarmet og fuktet er tildannet i avlukket 11 i nærheten av dets øvre parti 51, over en øvre delevegg 53 for å bære rørene 12 og avstenge de tomme rom mellom rørene 12.

En matekanal 13 for varm røkgass passerer gjennom avlukket 11 i et nivå straks under utløpsåpningen 16 for oppvarmet luft og under den øvre, horisontale delevegg 53, mens en utløps-kanal 14 for avkjølt røkgass passerer gjennom avlukket 11 i et nivå plassert umiddelbart over innløpsåpningen 15 for ny forbrenningsluft og over den nedre, horisontale delevegg 54. Røkgassene representert av piler 5 strømmer således langs matekanalen 13 for røkgass som er i kommunikasjon med passasjene innenfor avlukket 11 mellom de horisontale skillevegger 53 og 54 og plassert utenfor rørene 12, og etter strømning ned mellom skilleveggene 53 og 54 forlater røkgas-sene damppumpen 10 via utløpskanalen 14.

Luft representert ved pilene 6 strømmer som en motstrøm i forhold til røkgassene 5, dvs. oppad. Ved innføring i avlukket 11 via innløpsåpningen 15, fuktes forholdsvis kjølig og tørr, ny luft i en første befuktningsanordning 30 plassert i bunnen av avlukket 11 under deleveggen 54, og kan dusje en fin tåke gjennom hele innløpspartiet for luften inn i rørene 12 gjennom deleveggen 54, der tåken sprøytes i samme retning som luftstrømmen, dvs. oppad.

En andre befuktningsanordning 20 er plassert i toppen av avlukket 11 og er konstruert til å dusje en fin tåke gjennom hele luftutløpspartiet innbefattende utløpsseksjonene av rørene 12 hvor de passerer gjennom den øvre delevegg 53, hvor denne fine tåke sprøytes nedad, dvs. som en motstrøm i forhold til luftstrømmen som forlater rørene 12.

Tåken frembragt av vanninjeksjonsanordningene 20 og 30 bidrar til å fukte forbrenningsluf ten og få vann til å løpe ned innsiden av veggene i røret 12 som utgjør varmeveksleren i og for seg. Både luften og vannet dusjet inn i luften oppvarmes ved å foreta kontakt med innsiden av veggene i rørene 12 hvis utsider er i kontakt med forbrenningsproduktene. Som et resultat fordamper vanndråper og forbrenningsluften blir gradvis mettet, mens forbrenningsproduktene kondenseres.

Rørene 12 har fortrinnsvis et tverrsnitt med spesiell som forbedrer utvekslingsvirkningsgraden. Som det kan sees i figur 3 kan hvert rør 12 således ha et tverrsnitt som er nyre-formet, med to partier med større snitt sammenknyttet av et avsmalnet forbindelsesparti hvor en venturieffekt frem-bringes som opprettholder turbulens i gasstrømningen som skjer langs rørets innside. I tillegg tjener nærværet av et spor på den indre flate av de nyref ormede rør, dvs. på røkgassiden av disse, til permanent å bryte opp vannfilmen dannet av kondensatene, som derved forhindrer kondensatene fra å oppføre seg som en isolerende film. Kondensatfilmen kan bryte opp naturlig fordi en betydelig vannmasse samler seg i sporet og blir løsgjort under sin egen vekt.

Rørene 12 kan være lagd av metall, for eksempel et rustfritt stål. Ettersom varmevekslere er i stand til å være i drift med røkgasser ved en forholdsvis lav temperatur, spesielt når damppumpen er tilknyttet en direkte kontaktgenerator, kan imidlertid rørene 12 være tilvirket av syntetiske materialer slik som PVC eller PVDF.

Som et eksempel, kan en kjele for fremstilling av vann eller damp nødvendig for oppvarming eller for en prosess og utrustet med en blåseluft-brenner tilknyttes en kondensator hvori returvann fra denne anvendelse eller kaldtvann for oppfyllingsformål benyttes i et første utvekslingstrinn for å kjøle forbrenningsproduktene. Kjølingen bevirker vanndampen fremstilt ved forbrenningen å kondensere når innløpstempera-turen for fluidet som skal oppvarmes ligger under duggpunkts-temperaturen for forbrenningsproduktene. Dersom den benyttede kondensator er i stand til å redusere temperaturen i forbrenningsproduktene ned til en temperatur på om lag 45° C, så kan de allerede delvis avkjølte forbrenningsprodukter hvorfra en andel av vanndampen er blitt fjernet påføres til en damppumpe ifølge oppfinnelsen for å gi fra seg en større eller mindre andel av energien som fortsatt er i denne i form av energi som resirkuleres ved hjelp av forbrenningsluften etter som den forvarmes og fuktes ved føring gjennom damppumpen.

I en damppumpe ifølge oppfinnelsen som innehar en utveks-lingsflate utgjort av rørene 12 og utrustet med to kondensat-dusjhoder 20 og 30, skal det observeres at forbrenningsluften tilført ved 10° C med en relativ fuktighet på 60% heves til 42°C med en relativ fuktighet på 95%. Samtidig ble røkgassene som var ved 45'C når de forlot kondensatorene mettet ved 25"C når de ble sluppet ut.

I tillegg til de betraktelige besparelser som den gir, tjener en damppumpe ifølge oppfinnelsen også til å redusere dannelsen av nitrogenoksid som ofte er svært betydelig (større enn 50%). Dette fenomen skyldes oppnåelse av en kjøligere flamme på grunn av at forbrenningsluften blir "dopet" med vanndamp og på grunn av den tilsvarende fortynning av oksygen i forbrenningsluften.

I en damppumpe ifølge oppfinnelsen og ved å bruke rør 12 som kun har en side som er i kontakt med røkgassen og en annen side som er i kontakt med luften og dusjvannet, finner samtidig energioverføring sted mellom forbrenningsproduktene og forbrenningsluften under de fire følgende former: tørroverføring av energi fra røkgassene til luften gjennom rørenes 12 vegger;

tørroverføring av røkgassenergi til det dusjede vann via rørenes 12 vegger;

tørroverføring av røkgasskondensat-energi til det dusjede vann via rørenes 12 vegger; og

direkte energioverføring fra det dusjede vann til luften inne i luftstrømskretsen.

Et viktig aspekt ved den foreliggende oppfinnelse ligger i at vannet kun dusjes inn i luftstrømmen og ikke sprøytes inn i røkgasstrømmen.

Figur 1 viser en vanntank 23 som kan utgjøres av en tank for oppsamling av kondensater fra en kondensasjons-varmegenerator eller fra en vannkondensator tilknyttet en konvensjonell kjele, men den kunne også være en tank som inneholdt vann fra en ekstern kilde. Vanligvis krever damppumpen ifølge oppfinnelsen kun en forholdsvis liten vannmengde og denne kan pumpes med en pumpe 22 med lav strømningsmengde som kan drives for eksempel med noen få kilowatt med elektrisk kraft. Vannet pumpet av pumpen 22 fra tanken 23 ledes med en kanal 21 til det øvre dusjhodet 20 som er vist skjematisk i figur 1, men som er konstruert for å injisere vann i form av en tåke over hele partiet av avlukket 11 som ligger varmeveksleren dannet av røret 12 og som utgjør utløpspartiet for gjenoppvarmet luft for avlevering via utløpsåpningen 16.

Det andre vann-dusjhodet 30 kan være lagd på lignende måte som det øvre hodet 20 for det formål å injisere vann i form av en tåke over hele partiet av avlukket 11 som ligger under varmeveksleren dannet av rørene 12 og som utgjør innløpspar-tiet for ny luft for den luft som innføres via innløpsåp-ningen 15. Vann kan ledes til det nedre dusjhodet 30 via en kanal 31 som mates av en pumpe 32 med vann som holdes 1 en tank 33. Tanken 33 kan motta kondensater tatt fra de nedre ender av rørene 12 via en kanal 34. Figur 2 viser en variant av utførelsen ifølge figur 1 hvori de øvre og nedre dusjhoder 20 og 30 som utgjør innretningene for å fukte luften, innføres i avlukket 11 og mates ved hjelp av en enkelt pumpe 22 ved hjelp av ledninger 21 og 26 som kommer fra felles tank 23 som kan tjene til å samle opp kondensatene fra en kondensator som beskrevet ovenfor. Kraner 24 og 25 er plassert i kanalene 21 og 26 for å justere mengden ved hvilken vann innføres via dusjhodene 20 og 30. Utførelsen vist i figur 2 krever kun en elektrisk pumpe 22, og som vist i figuren kan kondensatet inne i veksleren utenfor rørene 12 ledes via en kanal 34 til tanken 23. Figurene 1 og 2 viser en luftventil 40 plassert i utløps-kanalen forbundet til luftutløpsåpningen 16. Ventilen 40 tjener således til å forhindre vann å bli innblandet ved kapillarvirkning til brenneren, som således sikrer at sikkerhetskomponentene tilknyttet brenneren ikke utløses og tar den ut av drift.

Som allerede nevnt ovenfor er damppumpen ifølge oppfinnelsen spesielt godt egnet for å virke i kombinasjon med en kondensasjons-varmegenerator, imidlertid kan den også installeres på ethvert termisk utstyr ved hjelp av et gjenvinningselement eller mekanisk blåsing.

Når damppumpen installeres som en gren på det termiske røkutstyr, balanseres luften og røkgassens strømningsmengder ved å installere en hastighetsstyring eller et tilsvarende system på gjenvinningselementet.

Det kan observeres at dersom det er anordnet med et system for gjenvinning og styring av kondensater kan en damppumpe tilknyttet en kondesasjons-varmegenerator utgjøre en selv-fyllende anordning som ikke krever noe tilførsel av utvendig

-vann ved oppstart.

I tillegg, ettersom en damppumpe ifølge oppfinnelsen gir opphav til røkgasser som er kjølige og ikke svært fuktige, gjør den det mulig å unngå foring av piper som alltid er kostbart. Vanndusjinnretningene 20 og 30 benyttet i en damppumpe med vertikalt avlukke, slik som damppumpen beskrevet ovenfor med henvisning til figurene 1 til 3, er nå beskrevet i nærmere detalj med henvisning til figurene 4 og 5.

Hvert vanndusjhode 20, 30 innbefatter en dusj strimmel 21, 31 anordnet med en serie munnstykker 1 som kan være i hovedsak konisk i form med en stor endeflate 2 med en serie små åpninger 3 jevnt fordelt over hele arealet som utgjør bunnen av konusen. Hvert munnstykke 1 dusjer således en fin tåke av fine vanndråper 4 over hele det indre volum av en konus hvis spiss er plassert ved munnstykket 1. Munnstykket 1 er plassert på en slik måte at de koniske volumer fylt med vanndråper 4 overlapper hverandre. Hver anordning 20, 30 dusjer således en tåke gjennom hele volumet avgrenset av deleveggen for avlukket 11 hvori innløps- eller utløpsåp-ningen 15 eller 16 er dannet og avgrenset av den tilsvarende endeplate 53 eller 54 som bærer endene av rørene 12 gjennom hvilke forbrenningsluften strømmer.

Det er vesentlig å benytte dusj innretningene for å etablere en fin tåke i kraft av deres utforming og i kraft av trykket påsatt munnstykkene, ettersom det forhindrer dannelsen av en vannfilm for hurtig over rørveggenes lengde som ville utgjøre en termisk isolasjon.

Det nedre vanndusj-hodet 30 plassert i flukt med luftinnløps-åpningen 15 er plassert på en slik måte at det sikrer at vanndråpene sendes ut oppad i luftstrømsretningen. Vannet dusjet på det nedre parti av veksleren bevirker at luften i bunnen av veksleren overmettes og muliggjør lavtemperatur-koking. Vannet dusjet i toppen av veksleren i nærheten av luftutløpet finner sted som en motstrøm i forhold til luftstrømsretningen.

I alle tilfeller danner vanndusjhodene 20 og 30 kun den fine tåke i forbrenningsluftstrømmen, og ingen vanndråper sendes inn i røkgasskretsen som er isolert ved hjelp av delevegg 53 og 54 og rørenes 12 vegger.

En damppumpe ifølge oppfinnelsen kan ha et enkelt trinn som vist i figurene 1, 2 og 4, eller ellers et antall lignende trinn kan anordnes i kaskader, som vist i figur 6.

Figur 6 viser en damppumpe innbefattende to enheter 10a og 10b, der hver av disse kan være identiske med damppumpen vist i figur 4 for eksempel, hvor damppumpene deler et felles avlukke 11 med sett av varmevekslerrør 12 (ikke vist i figur 6) som er plassert i disse sammen med vanndusjinnretninger 20 og 30 plassert i toppen og bunnen av et avlukke 11. Luf tut-løpsåpningen 16 fra den første enhet 10a er forbundet med en kanal 7 til luftinnløpsåpningen 15 i den andre enhet 10b. Likeledes er røkgassutløpskanalen 14 fra den første enhet 10a forbundet via en lenkkanal 18 til røkgass-innløpskanalen 13 i den andre enhet 10b. I figur 6, som i figurene 7 og 9, er banen fulgt av røkgassene vist med stiplede linjer 5 mens banen fulgt av luften er vist med stiplede linjer 6. Driften av damppumpen vist i figur 6 er ikke beskrevet i detalj ettersom hver enhet 10a og 10b er i drift på eksakt den samme måte som damppumpen vist i figurene 1, 2 eller 4. Figur 7 viser en utførelse som er forholdsvis lik med den ifølge figur 6, bortsett fra et antall utvekslingstrinn (2 trinn i det viste eksempel) er anordnet i serier innenfor det samme avlukket 11. I dette tilfellet adskiller deleveggene 55 og 56 de to påfølgende trinn og åpningene 14b, 16b er dannet gjennom deleveggene 55 og 56 for å tilveiebringe passasjer for røkgassene og luften mellom to suksessive trinn. I det andre trinn er røkgassene 5 og luftstrømmen i motsatte retninger i forhold til retningene hvori de strømmer i det første trinn, slik at for en to-trinns damppumpe integrert i et enkelt avlukke 11, som vist i figur 7, er luftutløps-åpningen 16 i bunnen av avlukket 11, mens røkgass-utløps-kanalen 14 er i toppen av avlukket 11. Dersom et tredje trinn er implementert, så ville utløpsåpningene returnere til plasseringen vist i utførelsen ifølge figur 4. Gitt retningene tilpasset for luftstrømning i utførelsen vist i figur 7, kan en enkelt vanndusjstrimmel 20 benyttes i toppen av avlukket 11, mens to adskilte vanndusjstrimler 30a og 30b er plassert i bunnen av avlukket 11 i to rom delt av en delevegg 56. Hver av dusjstrimlene 20, 30a, og 30b kan være lagd på den måte som er beskrevet med henvisning til figurene 4 og 5.

Figur 8 viser en andre utførelse av en damppumpe 110 ifølge oppfinnelsen som avviker fra utførelsen ifølge figur 4 hovedsakelig ved avlukket 111 som er anordnet horisontalt, som har to endeflater 151 og 152. Rørene 112 som utgjør varmeveksleren i og for seg for varmeutveksling mellom luft og forbrenningsprodukter kan i helhet være analog med rørene 12 som vist i figurene 1 til 4, men de er plassert horisontalt mellom to vertikale endeplater 153 og 154, men de er plassert horisontalt mellom to vertikale endeplater 153 og 154 som bærer rørene 112 i forhold til avlukket 111 og som gir avdelende delevegger mellom luft- og røkgasskretsene. En innløpsåpning for ny luft 115 er utformet i toppen av avlukket 111 i nærheten av rør-bæreplaten 153 og tjener til å mate et volum som ligger mellom avlukket 111 og rør-støtte-platen 153 og 154 med kjølig luft 6 som strømmer fra venstre mot høyre i figur 8 rundt rørene 112 som forløper lengdeveis inne i avlukket 111 mot en luftutløpsåpning 116 beliggende i bunnen av avlukket 111 i nærheten av rør-støtteplaten 154. En røkgasstransporterende kanal 113 åpner ut i et kammer 157 avgrenset av endene 152 av avlukket, rør-bæreplaten 154 og en del av avlukket 111, som derved muliggjør innføring av røkgassene i rørene 112, der hvert av dette har en ende som åpner ut i kammeret 157. Den andre ende av hvert av rørene 112 åpner ut gjennom platen 153 inn i et andre endekammer 158 som er avgrenset av enden 151 av avlukket, rør-bæreplaten 153 og en del av avlukket 111. En røkgass-utgangskanal 114 som fører til utsiden er i kommunikasjon med kammeret 158. I kontrast til utførelsen med vertikal rør vist i figurene. 1 til 7, er i varmeveksleren vist i figur 8 røkgassenes 5 strømning inne i rørene 112 (fra høyre mot venstre i figur 8), mens forbrenningsluften strømmer utenfor rørene 112 hovedsakelig i et motstrømmende forhold (dvs. fra venstre mot høyre i figur 8). Det kan observeres at i en damppumpe med vertikalt avlukke, som beskrevet med henvisning til figurene 1 til 7, ville det også være mulig å få røkgassene til å strømme inne i rørene 12 og bevirke luften til å strømme i rommet utenfor rørene 12. I dette tilfellet ville rørenes 12 ender være lukket og deleveggene 53 og 54 ville ha åpninger mens kanalene 13 og 14 ville være forbundet via manifolder til endene av rørene 12. Imidlertid er en slik utførelse mer komplisert å tilveiebringe på grunn av det ytterligere

manifold-kanalsystem som kreves for å gi kommunikasjon mellom rørene 12 og kanalene 13 og 14.

Befuktningsinnretningen 120 utgjøres av en enkelt vanndusjstrimmel 120 anordnet med et sett munnstykker 1 og beliggende inne i avlukket 111, i dens topp. Denne strimmel forløper langs hele lengden av varmeveksleren utgjort av rørene 112, dvs. over hele dens lengde mellom baereplaten 153 og 154. Dusj strimmelen 120 er således plassert på en slik måte at den former en fin tåke ikke i bare i nærheten av luftinnløpsåp-ningen 115 og i nærheten av luftutløpsåpningen 116, men også gjennom hele interveneringssonen hvori varmevekslingen finner sted gjennom rørets 112 vegger. Ved å ha vannet dusjet gjennom hele lengden av veksleren bidrar dette til å redusere temperaturgradientene og opprettholde en mer eller mindre konstant temperatur i alle snitt av avlukket fra sitt luftinnløp 115 til sitt luftutløp 116, mens i en damppumpe med vertikalt avlukke, som vist i figur 4, gir temperatur--utvekslingene som finner sted mellom luften og røkgassene gjennom veggene i røret 12, opphav til at ulike snitt av avlukket er ved ulike temperaturer.

Uansett, som for damppumpen vist i figurene 1 til 4, dusjes vannet i utførelsen ifølge figur 8 ved hjelp av munnstykker som frembringer stråler som opptar faste konuser, hvilke munnstykker er like med munnstykkene allerede beskrevet med henvisning til figurene 4 og 5, der munnstykkene sender ut fine vanndråper i koniske volumer som overlapper hverandre, som derved etablerer en fin tåke gjennom hele det indre volum av avlukket 11 og utenfor rørene 112. Forbrenningsluften strømmer gjennom dette volum.

Figur 9 viser to enheter 110a og 110b i likhet med enheten vist i figur 8 forbundet i kaskade som derved utgjør en damppumpe med to trinn i serie. I dette tilfellet, og på lignende måte med utførelsen vist i figur 6, er luftutløps-åpningen 116a fra den første enhet 110a forbundet med en 4 kanal 107 til luf tinnløpsåpningen 115b i den andre enhet 110b, og røkgass-utløpskanalen 114b fra den andre enhet 114b er forbundet av en forbindelseskanal 108 til røkgass-innløps-kanalen 113a til den første enhet 110a. Naturligvis kan antallet av horisontale varmevekselenheter 110a, 110 b som er forbundet i serier være mer enn to.

Figur 10 viser en applikasjon for damppumpen ifølge oppfinnelsen til en direktekontakt-varmegenerator istedenfor til en kondensasjonskjele eller lignende.

Således viser figur 10 en varmegenerator 90 innbefattende et forbrenningskammer som åpner ut via en åpning 95 inn i et avlukke 91 som inneholder et bad eller en sone 93 som tjener til å varme opp et fluid og er i drift ved direkte kontakt med forbrenningsproduktene 94 via en luftinnløpsåpning 96. Brenselet, f.eks. naturgass, entrer forbrenningskammeret 94 via en konvensjonell injektor som ikke er vist. Avlukket 91 er stengt i toppen av et deksel 92 som kan være avtagbart. Dampproduktene forlater badet 93 og samles opp under dekselet 92 før det fjernes via minst en utgangsåpning 97 for fjerning av røkgassene fra avlukket 91. Figur 10 viser et bad 93 med væske slik som vann (som tilsvarer neddykket forbrenning), men oppfinnelsen er likeledes anvendbar for en metode som skjer ved direkte kontakt mellom forbrenningsproduktene og en væske, slik som en vasketårnanordning hvori en væske, slik som vann, dusjes fra en dusj strimmel plassert inne i avlukket i en forut-bestemt høyde over bunnen av avlukket 91, der den dusjede væske kommer i direkte kontakt med forbrenningsproduktene, og væsken kondenserer og gjenvinnes fra bunnen av avlukket 91. Figur 10 viser en damppumpe 10 ifølge oppfinnelsen som kan implementeres ved å bruke enten de ovenfor beskrevne utfør-elser og som er forbundet mellom åpningen 97 for å fjerne røkgasser fra avlukket 91 og åpningen 96 for å mate forbrenningsluft inn i forbrenningskammeret 94. Damppumpen er i seg selv anordnet med minst en åpning 15 for å tilføre kjøleluft 6, en røkgass-utløpsåpning 14, en utløpsåpning 16 for fuktig varmluft forbundet med en kanal 81 til luftinnløpsåpningen 96 inn i forbrenningskammeret 94, og en innløpsåpning 13 for mettet røkgass forbundet av en kanal 82 til røkgassenes utgangsåpning 97 fra avlukket 91.

Figur 10 viser også at det er mulig å tilføye trykksettene innretninger til damppumpen 10 på forbrenningsproduktsiden mens det opprettholdes atmosfærisk trykk på forbrenningsluf tsiden .

Trykksetningsinnretningen kan innbefatte en kompressor drevet av en elektrisk motor og som virker på luftstrømmen langs kanalen 81 som forbinder luftutløpsåpningen 16 fra damppumpen til forbrenningsluft-innløpsåpningen 96 inn i forbrenningskammeret 94. Imidlertid gjenvinnes i dette tilfellet ingen energi fra røkgass-ekspansjon. Således er det foretrukket for den trykksettende innretning å innbefatte en liten turbokompressor 70 som tjener, spesielt, til å gjenvinne ekspan-sjonsenergien fra røkgassen. Denne turbokompressor innbefatter en kompressor 71 plassert mellom damppumpen 10 og forbrenningskammeret 94 oppstrøms fra forbrenningsluft-innløpsåpningen 96 inn i forbrenningskammeret 94, og en turbin 72 som fordelaktig er plassert på røkgass-evakuerings-anordningen 14 ved utløpet fra damppumpen 10. En motor eller en motor-kompressor 73 for start og oppstartsformål kan også anordnes på kanalen 81 for overføring av forbrenningsluft. Det kan observeres at ekspansjon og kompressoranordningen 80 kan plasseres i nærheten av forbrenningskammeret 94 og avlukket 91, ellers kan det plasseres på kanal 81 og 82 i nærheten av damppumpen 10.

Eventuelt kan en overvarmer 80 installeres på kanalen 81 for overføring av forbrenningsluft, der overvarmen virker på den fuktige luft som forlater damppumpen før den entrer kompressoren 71. Dersom luften er mettet er det vanligvis ønskelig å overvarme den med minst 5°C. Overvarmeren 80 kan for eksempel utgjøres av en varmeveksler som utveksler varme mellom røkgassene som forlater badet 93 og som unnslipper via åpningen 97 fra avlukket 91, og fuktig luft som forlater damppumpen 10 som overført av kanalen 81.

Claims (17)

1. Anordning i form av en masse- og varmveksler som sørger for energi- og masseoverføring mellom inngående forbrenningsluft og forbrenningsprodukter fra en termisk prosess som gir utveksling med en termisk last ved direkte kontakt eller via en vegg, karakterisert ved at anordningen innbefatter et ytre avlukke (11; 111), et sett med rør (12;

112) som utgjør en varmeveksler anordnet lengdeveis inne i avlukket (11; 111) og som åpner ut i sine ender i respektive første og andre radialplan (53, 54; 153, 154 ) i hvilke innretninger er anordnet for å plassere og bære rørene (12;

112) i forhold til avlukket (11; 111) og for å lukke de tomme rom i det parti av avlukket (11; 111) som befinner seg utenfor rørene (12; 112), og definerer derved mellom nevnte radialplan en første fluidstrøm-krets inne i rørene (12; 112) og en adskilt, andre fluidstrøm-krets inne i avlukket (11;

111), men utenfor rørene (12; 112), en innløpsåpning (13;

115) for tilførsel av et første gassformig fluid inn i avlukket (11; 111) i den andre krets, en utløpsåpning (14;

116) for avtrekk fra avlukket det første gassformige fluid som strømmer i den andre krets, en innløpsåpning (15; 113) for tilførsel av et andre gassformig fluid inn i avlukket i den første krets, og en utløpsåpning (16; 114) for avtrekk fra avlukket som evakuerer det andre, gassformige fluid som strømmer som en motstrøm i den første krets, at det ene gassformige fluid utgjøres av varme, fuktige forbrenningsprodukter mens det annet gassformige fluid utgjøres av ny forbrenningsluft, og at anordningen videre innbefatter befuktningsinnretninger (20, 30; 120) for å fukte luften som tilføres avlukket (11; 111), hvilken befuktningsinnretning (20, 30; 120) innbefatter et sett munnstykker (1) plassert for å dusje en fin vanntåke for å oppta et volum som opptar hele innløpspartiet av luftstrøm-kretsen og hele utløps-partiet av luftstrøm-kretsen slik at kun disse sider av rørenes (12; 112) vegger som er i kontakt med luften blir 4 fuktet, der rørene (12; 112) danner en motstrømsvarmeveksler mellom luften og forbrenningsproduktene inne i avlukket (11;

111) uten å bruke et mellomfluid og i hvilken energi overføres fra forbrenningsproduktene til den nye luft, fra forbrenningsproduktene til det dusjede vann, og fra kondensatene av forbrenningsproduktene til det dusjede vann via veggene i rørene (12; 112) mens energi overføres fra det dusjede vann til luften ved hjelp av direkte kontakt.

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at rørene (12; 112) har glatte vegger.

3. Anordning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at rørene (12; 112) utgjøres av rør med stort varmevekslingsareal, slik som rør av nyreformet tverrsnitt, med to stordiameterpartier satt i kommunikasjon via et smalt forbindende parti.

4. Anordning ifølge et eller flere av kravene 1 til 3, karakterisert ved at rørene (12; 112) i varmeveksleren for utveksling av varme mellom forbrenningsproduktene og luften er laget av syntetisk materiale slik som polyvinylidenfluorid eller polyvinylklorid.

5. Anordning ifølge et eller flere av kravene 1 til 4, karakterisert ved at hvert munnstykke (1) utgjør en komponent av en befuktningsinnretning (20, 30; 120) som frembringer en stråle i form av en fast konus og innbefatter et antall utløpsåpninger for å dusje vann i en fin tåke gjennom hele volumet av konusen (4) hvis toppunkt er hovedsakelig utgjort av munnstykkets (1) toppunkt.

6. Anordning ifølge krav 5, karakterisert ved at ulike munnstykker (1) er anordnet slik at vanndusjkonusene (4) overlapper hverandre.

7. Anordning ifølge et eller flere av kravene 1 til 6, karakterisert ved at avlukket (11; 111) er anordnet vertikalt og at befuktningsinnretningene (20, 30) innbefatter et første sett (20) munnstykker (1) rettet nedad og plassert i det øvre parti av avlukket (11) for slik å dusje vann over hele partiet av avlukket beliggende over endene av rørene (12) som utgjør luft- og røkgass-varmeveksleren, og et andre sett (30) av munnstykket (1) rettet oppad og plassert i bunnen av avlukket (11) for slik å dusje vann over hele partiet av avlukket beliggende under rørene (12).

8. Anordning ifølge krav 7, karakterisert ved at luften innføres i den første fluidstrøm-krets inne i rørene (12) og forbrenningsproduktene innføres i den andre fluidstrøm-krets inne i avlukket, men utenfor rørene (12).

9. Anordning ifølge krav 7 eller 8, karakterisert ved at at den innbefatter en enkelt pumpe (22) for å mate både det første sett (20) munnstykker (1) og det andre sett (30) munnstykker (1) fra en enkelt vanntank (23).

10. Anordning ifølge et eller flere av kravene 1 til 6, karakterisert ved at avlukket (111) er anordnet horisontalt, og at befuktningsinnretningene (120) innbefatter et sett munnstykker (1) rettet nedad og plassert i toppen av det horisontale avlukket (111), som fordeles over hele lengden av avlukket (111) mellom luftinnløpet og utløpsåp-nlngene (115, 116).

11. Anordning ifølge krav 10, karakterisert ved at forbrenningsproduktene innføres i den første fluidstrøm-krets i rørene (112) og luften innføres i den andre fluid-strøm-krets i avlukket, men utenfor rørene (112).

12. Anordning ifølge et eller flere av kravene 1 til 11, karakterisert ved at luftbefuktningsinnretningene (20, 30; 120) mates med vann fra en tank (23) som inneholder kondensater fra en første kondensator.

13. Anordning ifølge et eller flere av kravene 1 til 12, karakterisert ved at den videre innbefatter en luftventil (40) anordnet i en utløpskanal forbundet til den fuktige forbrenningslufts utløpsåpning (16) for å forhindre at vann blandes inn ved kapillarvirkning til forbrenningselementet tilknyttet den termiske prosess.

14. Anordning ifølge et eller f ler av kravene 1 til 13, karakterisert ved den innbefatter et antall trinn forbundet i kaskader som hver innbefatter et felles avlukke (11; 111) med et sett motstrømsrør for varmeveksling mellom luften og forbrenningsproduktene uten bruk av et mellomfluid.

15. Anordning ifølge et eller flere av kravene 7 til 9, karakterisert ved at den innbefatter et antall sett motstrømsrør for varmeveksling mellom luften og forbrenningsproduktene uten bruk av et mellomfluid og anordnet inne i det felles avlukke (11) i rom adskilt av vertikale vegger (55) anordnet med første åpninger (16b) i en av sine ender for føring av luft mellom par av tilstøtende rom, og med en andre åpning (14b) anordnet i nærheten av den andre ende av avlukket (11) for å føre strømmen av forbrenningsprodukter gjennom en av de vertikale skillevegger (55) mellom rommene, mens det opprettholdes adskilte motstrømskretser for luften og forbrenningsproduktene.

16. Anordning ifølge et eller flere av kravene 1 til 15, karakterisert ved at den videre innbefatter en turbokompressor (70) innbefattende en kompressor (71) beliggende på en kanal for transport av forbrenningsluft og forbundet til utløpsåpningen (10) for mettet og overhetet luft, og en turbin (72) plassert på utløpskanalen (14) for forbrenningsproduktene etter at de har passert gjennom anordningen slik at forbrenningsproduktene opprettholdes under trykk inne i anordningen mens forbrenningsluften opprettholdes ved atmosfærisk trykk mens den føres gjennom anordningen.

17. Anordning ifølge krav 16,karakterisert ved at den videre innbefatter en overvarmer (80) plassert oppstrøms fra kompressoren (71) på kanalen for transport av forbrenningsluft.