NO179808B

NO179808B - Oppvarmingsapparat for væsker

Info

Publication number: NO179808B
Application number: NO931332A
Authority: NO
Inventors: Noboru Maruyama
Original assignee: Noboru Maruyama
Priority date: 1992-04-27
Filing date: 1993-04-07
Publication date: 1996-09-09
Also published as: DE69309146T2; CA2092934C; EP0568286A1; NO179808C; KR100246731B1; DE69309146D1; NO931332L; JPH06123420A; EP0568286B1; DK0568286T3; KR940005928A; CA2092934A1; US5337728A; JPH07109299B2; NO931332D0; CN1041458C; CN1078303A; ATE150864T1

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et væskeoppvarmingsapparat som f.eks. en kjele, som anvender et stigende/synkende strømningssystem av en forbrenningsgass.

Oppvarmingsapparater for væsker som beskrevet over innbe-fatter f.eks. søkerens japanske bruksmønster publikasjon nr. 15168/1956 og apparatet som er vist i fig. 1 og 2. Ved dette apparatet er en indre beholder 22 med en dobbel vegg anordnet i og i en avstand fra en ytre beholder 21 bestående av en dobbelt vegg, et synkekammer 23 for forbrenningsgass tilveiebrakt mellom disse, et ytre vannkammer 26 med en varmtvannsutløpsåpning 24 og en vanninnløpsåpning 25 i hhv. den øvre og nedre delen derav, anbrakt på utsiden av dette synkekammeret 26 for forbrenningsgass, et indre vannkammer 27 i forbindelse med det ytre vannkammeret 26 med øvre og nedre forbindelsesrør 23 tilveiebrakt inne i synkekammeret 23 for forbrenningsgass, et forbrenningskammer 29 i forbindelse med synkekammeret 23 for forbrenningsgass i den øvre delen derav, tilveiebrakt i den indre beholderen 22, en avgassåpning 30 tilveiebrakt under synkekammeret 23 for forbrenningsfass, en røkkanal 33 forbundet med denne avgassåpningen 30 og en brenner 32 avtagbart montert gjennom det indre og ytre vannkammeret 26 og 27. Det bør bemerkes at referansenummer 34 viser en opprensningsåpning. I oppvarmingsapparatet for væsker beskrevet over, vil forbrenningsgass fra brenneren 32 gå opp i forbrenningskammeret 29, strålevarmen absorberes i dette og forbrenningsgassen snus deretter i den øvre delen derav og strømmer ned gjennom synkekammeret 23 for forbrenningsgass ved en viss strømningshastighet g (m/sek), og strømningshastigheten økes til en hastighet G (m/sek) ved avgassåpningen 30 og føres til røkkanalen 33. I løpet av denne prosessen vil forbrenningsgassen raskt heve temperaturen til væsken ved å tilføre varme ved stråling eller kontakt til væsken i det indre og ytre vannkammeret 26 og 27 og øke varmevekslingshastigheten mellom forbrenningsgassen og væsken og samtidig vil den avtagende fluiditeten økes og forbrenningseffektiviteten økes slik at man med fordel unngår ufullstendig forbrenning.

Selv om den konvensjonelle oppvarmingsapparatet for væsker innehar fordelen beskrevet over, oppstår det imidlertid følgende problem. Dette oppvarmingsapparatet for væsker er nemlig som beskrevet over og strømningsbanen for forbrenningsgass i synkekammeret 23 er smal slik at varmetilførse-len skjer via kontakt med forbrenningsgassen. Med andre ord;

(1) Forbrenningsgassen som strømmer ned i den smale strømningsbanen, strømmer sideveis ved en hovedsakelig rett vinkel med strømningshastigheten G som beskrevet over, under avgassåpningen 30 via røkkanalen 33 som kommuniserer med avgassåpningen 30, og strømmer videre oppover i hovedsakelig rette vinkler på utsiden av den ytre beholderen 21, slik at det dannes en ekstremt stor luft-avgassmotstand og denne luft-avgassmotstanden forhindrer at forbrenningsgassen strømmer jevnt. Den antatte virkningen kan derved ikke oppnås og dette er et problem som må løses. (2) Dersom tverrsnittsarealene til avgassåpningen 30 og røkkanalen 33 gjøres større for å løse dette problemet med jevn strømning av forbrenningsgass som overvinner den store avgassmotstanden, vil det dannes forstyrrelser ved en strømningshastighet på V (m/sek) fra avgassåpningen til røkkanalen 33 som angitt ved pilen i fig. 2, og dersom forholdet mellom strømningshastigheten V er høyere enn strømningshastigheten G til forbrenningsgassen (V < G), opprettholdes normal forbrenning. Dersom V > G, vil det skje forstyrrelser i forbrenningskammeret 29 noe som forhindrer normal forbrenning. Når antennelse har funnet sted, vil trekken i røkkanalen 33 generelt kunne uttrykkes ved ligningen Df <C H x (Tgm - To) (der Df er trekken, H er høyden, Tgm er midlere temperatur i røkkanalen 33 og To er temperaturen til omgivende luft), og dersom røkkanalen 33 har et stort tverrsnittsareal, vil mengden av varme som utstråles fra røkkanalens overflate øke og trekken avtar, noe som har en dårlig påvirkning på forbrenningen, og når forbrenningen stoppes, vil luft fra utsiden gjennom en . røkkanal 33 med et stort tverrsnitt som avkjøler en varmeisolerende gass som er tilstede i apparatet og danner konveksjon i denne, og deretter vil den varmeisolerende gassen slippes ut via røkkanalen 33 til utsiden og temperaturen reduseres, slik at i et slikt system som et automatisk varmtvannstilfør-selssystem, vil brenneren 9 starte en unødvendig oppvarming igjen, noe som resulterer i energitap og økning av driftskostnadene, samt at forbrenningstilstanden i apparatet blir ustabil og avbryter forbrenningen i brenneren 32 eller blir en oscillerende forbrenning som også lager støy, som er et annet problem som må løses.

En hensikt med foreliggende oppfinnelse er å løse problemene forbundet med oppvarmingsapparater for væsker av konvensjonell type som beskrevet over ved å tilveiebringe et oppvarmingsapparat for væsker hvor en forbrenningsgass kan strømme jevnt uten å danne en stor avgassmotstand når forbrenningsgassen slippes ut og ytre forstyrrelser har vanskeligheter for å komme inn i en røkkanal fra avgassåpningen selv dersom tverrsnittsarealet til avgassåpningen og røkkanalen ikke økes, og siden en ytre forstyrrelse ikke kommer inn som den er, vil synkekammeret for forbrenningsgass og forbrenningskammeret forstyrre forbrenningstilstanden og det vil heller ikke dannes noe støy.

For å oppnå hensikten beskrevet over har et oppvarmingsapparat i henhold til foreliggende oppfinnelse en indre beholder anordnet i en avstand fra og i en ytre beholder, et synkekammer for forbrenningsgass tilveiebragt mellom disse, ytre vannkammer med en utløpsåpning for varmt vann og innløpsåpning for vann i henholdsvis den øvre og nedre delen derav anordnet på utsiden av synkekammeret for forbrenningsgass, et indre vannkammer i forbindelse med forbindelsesrør i den øvre og nedre delen derav til det ytre vannkammeret tilveiebragt inne i synkekammeret for forbrenningsgass, et forbrenningskammer i forbindelse med det tidligere nevnte synkekammeret for forbrenningsgass i den øvre delen tilveiebragt inne i den indre beholderen og en avgassåpning under synkekammeret for forbrenningsgass som ved varmtvanns-tilførselsapparater av konvensjonell type, og er kjennetegnet ved at et røkoppsamlingskammer har et større tverrsnittsareal enn tverrsnittsarealet til avgassåpningen tilveiebragt under avgassåpningen og en røkavgassåpning er tilveiebragt i dette røkoppsamlingskammeret. Røkavgassåpningen er tilveiebragt i sidedelen eller ved bunnen av røkoppsamlings-kammeret .

Ved oppvarmingsapparater for væsker i henhold til foreliggende oppfinnelse som beskrevet over, vil en forbrenningsgass som strømmer oppover i forbrenningskammeret bli snudd ved toppen og synke gjennom synkekammeret for forbrenningsgass og under dette forløpet vil forbrenningsgassen tilføre varme til en væske på innsiden av det indre og ytre vannkammeret slik at den avtagende fluiditeten blir forbedret med økt forbrenningseffektivitet, noe som forhindre ufullstendig forbrenning og øker væskens temperatur ved å øke varmevekslingshastigheten mellom forbrenningsgassen og væsken og strømningshastigheten til forbrenningsgassen som slippes ut ved en høy hastighet fra avgassåpningen til røkoppsamlings-kammeret blir redusert fordi tverrsnittsarealet til røkopp-saml ingskammeret er større enn tilsvarende for avgassåpningen og en del av det dynamiske trykket i henhold til den forskjellen endres til et statisk trykk som opprettholder et utløpstrykk ved avgassåpningen, og av denne årsak når en ytre forstyrrelse kommer inn i røkoppsamlingskammeret fra en avgassåpning i røkkanalen, vil strømningshastigheten avta og den ytre forstyrrelsen spres og svekkes.

Oppfinnelsen vil i det etterfølgende bli mer detaljert forklart ved hjelp av et utførelseseksempel med henvisning til de medfølgende tegninger : Figur 1 et tverrsnitt av en vanlig type oppvarmingsapparat lik den ifølge oppfinnelsen, sett fra siden i lengderetningen,

figur 2 er et tverrsnitt av samme etter linjen 2-2 i figur 1, og

figur 3 er et tverrsnitt av oppvarmingsapparatet ifølge en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse, sett fra forsiden i lengderetningen.

I den foretrukne utførelsesformen av foreliggende oppfinnelse vist i fig. 3, angir referansenummer 1 en ytre beholder med en dobbelt vegg, en indre beholder 2 bestående av en dobbelt vegg anordnet i en avstand fra og i den ytre beholderen 1, et synkekammer 3 for forbrenningsgass tilveiebragt mellom disse, et ytre vannkammer 6 med en utløpsåpning 4 for varmt vann og en vanntilførselsåpning 5 i henholdsvis den øvre og nedre delen derav tilveiebragt på utsiden av synkekammeret for forbrenningsgass, et indre vannkammer 7 forbundet med forbindelsesrør 8 i den øvre og nedre delen derav til det ytre vannkammeret 6 tilveiebragt i synkekammeret for forbrenningsgass, et forbrenningskammer 9 som kommuniserer i den øvre delen med synkekammeret 3 for forbrenningsgass tilveiebragt i den indre beholderen 2, en avgassåpning 10 tilveiebragt under synkekammeret 3 for forbrenningsgass, en røkkanal 13 som kommuniserer med denne avgassåpningen 10 og en brenner 12 avtagbart montert gjennom indre og ytre vannkamre 6 og 7. I denne type oppvarmingsapparat for væsker lik den konvensjonelle typen som er beskrevet over, vil en forbrenningsgass som strømmer opp i forbrenningskammeret 9 bli snudd ved toppen og synke gjennom synkekammeret 3 for forbrenningsgass og under dette forløpet tilfører forbrenningsgassen varme til en væske på innsiden av det indre og ytre vannkammeret 6 og 7, slik at den synkende fluiditeten forbedres med økt forbrenningseffektivitet, noe som forhindrer ufullstendig forbrenning og øker varmevekslingshastigheten mellom forbrenningsgassen og væsken. Dermed kan temperaturen til væsken økes raskt.

I henhold til oppfinnelsen er en ytre vegg til den ytre beholderen 1 forlenget nedover og danner et røkoppsamlings-kammer 14 med den forlengede ytterveggen 17, røkavgass-åpninger 15 og 16 er tilveiebragt i ytterveggen 17 og bunnen 18 til røkoppsamlingskammeret 14 og røkekanalene 11 og 13 er avtagbart montert på røkavgassåpningene 15 og 16. Det bør bemerkes at ytterveggen kan være utformet som et separat legeme fra den ytre beholderen og montert på den ytre beholderen 1, og den ene eller andre røkavgassåpningen 15 og 16 kan være utelatt. Med konstruksjonen som beskrevet over er et tverrsnittsareal D til røkoppsamlingskammeret 14 større enn et tverrsnittsareal til avgassåpningen 10 og resultater fra et forsøk viser at forholdet mellom dem fortrinnsvis bør kunne uttrykkes ved ligningen D 1 >/T",5 x d. Med oppvarmingsapparatet for væske som beskrevet over, når en forbrenningsgass strømmer ned ved høy hastighet g gjennom synkekammeret 3 for forbrenningsgass hvor strømningshastigheten økes til G ved avgassåpningen 30 og føres fra avgassåpningen 10 til røkoppsamlingskammeret 14, vil strømningshastigheten g bli redusert til g' som er lavere enn g fordi et tverrsnittsareal til røkoppsamlingskammeret 14 er større enn tilsvarende for avgassåpningen 10 og det dynamiske trykket i henhold til denne forskjellen endres til et statisk trykk som opprettholder et utløpstrykk ved avgassåpningen 10. Dersom en ytre forstyrrelse med en strømningshastighet V kommer inn i røkoppsamlingskammeret 14 fra røkkanalens 33 avgassåpning, vil strømningshastigheten V bli redusert til en strømnings-hastighet v som er mindre enn V og den ytre forstyrrelsen spres og svekkes. Det bør bemerkes at referansenummer 19 i figuren angir et varmeisolerende materiale som dekker den ytre beholderen 1.

Foreliggende oppfinnelse er som beskrevet over og i henhold til foreliggende oppfinnelse, en indre beholder anordnet i en avstand fra og inne i en ytre beholder og et synkekammer for forbrenningsgass er tilveiebragt mellom dem. Et ytre vannkammer med en utløpsåpning for varmt vann og en vann-tilførselsåpning i den øvre og nedre seksjonen derav, er tilveiebragt på utsiden av synkekammeret for forbrenningsgass og et indre vannkammer kommuniserer med forbindelsesrørene i den øvre og nedre seksjonen derav med det ytre vannkammeret tilveiebragt inne i synkekammeret for forbrenningsgass. Et forbrenningskammer som kommuniserer med det tidligere nevnte synkekammeret for forbrenningsgass i den øvre delen er tilveiebragt inne i den indre beholderen. En avgassåpning er tilveiebragt under synkekammeret for forbrenningsgass og et røkoppsamlingskammer med et større tverrsnittsareal enn avgassåpningens er tilveiebragt under den tidligere nevnte avgassåpningen. En røkavgassåpning er tilveiebragt i dette røkoppsamlingskammeret og røkoppsamlingskammeret er

anbragt i sidedelen eller ved bunnen av røkoppsamlings-kammeret, slik at forbrenningsgassen kan strømme jevnt, uten å danne en stor avgassmotstand når forbrenningsgassen slippes ut og en ytre forstyrrelse kan vanskelig trenge inn fra avgassåpningen til røkkanalen selv dersom tverrsnittsarealene til avgassåpningen og røkkanalen ikke er ekspandert og den ytre forstyrrelsen kan derfor ikke komme inn i synkekammeret for forbrenningsgass eller forbrenningskammere, noe som kan forhindre at energi tapes og driftskostnadene økes og forhindrer også avbrutt forbrenning i brenneren på grunn av ustabile forbrenningstilstander i apparatet, slik at ikke bare oscillerende forbrenning forhindres, men også støydan-nelse.

Claims

1. Oppvarmingsapparat for en væske hvor en indre beholder (2) er anordnet i en avstand fra og inne i en ytre beholder (1), et synkekammer (3) for forbrenningsgass er tilveiebragt mellom dem, et ytre vannkammer (6) med en "utløpsåpning (4) for varmt vann og en vanntilførselsåpning (5), henholdsvis i den øvre og nedre delen derav er anordnet på utsiden av synkekammeret (3) for forbrenningsgass og et indre vannkammer (7) som kommuniserer med forbindelsesrørene (8) i den øvre og nedre delen derav med det ytre vannkammeret (6), er tilveiebragt inne i synkekammeret (3) for forbrenningsgass, et forbrenningskammer (9) kommuniserer med det tidligere nevnte synkekammeret (3) for forbrenningsgass i den øvre delen er tilveiebragt inne i den indre beholderen (2) og en avgassåpning (10) er tilveiebragt under synkekammeret (3) for forbrenningsgass, karakterisert ved at et røkoppsamlingskammer (14) med et større tverrsnittsareal enn avgassåpningen (10) er tilveiebragt under avgassåpningen (10) og en røkavgassåpning (16) er tilveiebragt i dette røkoppsam-1ingskammeret (14).

2. Oppvarmingsapparat for en væske i henhold til krav 1, karakterisert ved at forholdet mellom tverrsnittsarealet (D) til røkoppsamlingskammeret (14) og tverrsnittsarealet (d) til avgassåpningen (10) er uttrykt ved ligningen D 1 J~~ 1.5 x d.

3. Oppvarmingsapparat for en væske i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at røkavgassåpningen (16) er tilveiebragt i siden eller bunnen av røkoppsamlings-kammeret (14 ).

4 . Oppvarmingsapparat for en væske i henhold til et eller flere av kravene 1 til 3, karakterisert ved at den ytre beholderen (1) er dekket med et varmeisolerende materiale (19).