NO803533L - Varmtvannsbereder for sentralvarmeanlegg. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår generelt varmtvannsberedere for sentralvarmeanlegg og især slike varmtvannsberedere som er innrettet for fyring med væske-

formet eller fast brennstoff.

Som det er kjent omfatter slike varmtvannsberedere

en varmeveksler som er forbundet med varmeanleggets kretsløp for det varme fluidum, idet varmeveksleren er innrettet for varmeoverføring hvor de varme røkgasser avgis i forbrenningskammeret.

I enkelte varmtvannsberedere, lik den som er be-skrevet i DE-AS 1 212 267 omfatter varmeveksleren for oppvarmingsfluidet vertikale rørformede elementer som danner tre konsentriske ledere, idet de rørformede elementer er åpne i begge ender mot øvre og nedre manifolder.

I andre varmtvannsberedere som eksempelvis den

som er omtalt og vist i DE-PS 217 858, omfatter varmeveksle-

ren en bunt med vertikale rørformede elementer og en nedre bunt med horisontale rørformede elementer i hvilke varme-

fluidum sirkulerer. De vertikale rørformede elementer er forbundet til hverandre og står i forbindelse med henholds-

vis den øvre og den nedre manifold slik at varmevekslerne således danner veggene i forbrenningskammeret.

I andre varmtvannsberedere, slik det eksempelvis

er tilfellet i den annen tilgjengelige franske tilleggs-patentsøknad 2 348 448 av 10. november 1977, danner varmeveksleren et slags bur omfattende en endeløs øvre manifold,

en i det vesentlige U-formet nedre manifold og flere paral-

lelle vertikale og fra hverandre adskilte rørformede elemen-

ter som forbinder manifoldene for kommunikasjon mellom disse.

De vertikale rørformede elementer er i sin helhet innlagt i

et ildfast materiale.

Den foreliggende oppfinnelse angår en varmtvannsbereder med en varmeveksler av den foregående type, som omfatter en øvre manifold og en nedre manifold som er forbundet med flere vertikale rørformede elementer for kommunikasjon mellom disse.

I det foran nevnte DE-PS 1 212 267 omfatter varmeveksleren flere rørformede elementer som gjør dens oppbygning

relativt komplisert og kostnadskrevende. I tillegg kan

de rørformede elementer utsettes for betydelige spenninger under bruk, noe som kan forårsake uensartet ekspansjon på grunnlag av at de rørformede elementer som har kontakt med hverandre danner en vegg hvis indre overflate vender mot forbrenningsgassene og er betydelig varmere enn den ytre overflate som vender bort fra forbrenningsgassene og de rør-formede elementer også påvirkes av avstanden fra varmekilden som likeledes varierer.

Selv om varmeveksleren i det foran nevnte DE-PS

217 858 kun omfatter en enkelt rekke med vertikale rørfor-mede elementer som danner kommunikasjon mellom de øvre og nedre manifolder, er disse rørformede elementer i kontakt med hverandre slik at de samme ulemper som er nevnt foran kan oppstå.

I den franske tilleggssøknad 2 348 448 er varmeveksleren vesentlig forskjellig fra de to foregående konstruk-sjoner ved at de øvre og nedre manifolder er forbundet og kommuniserer med hverandre ved hjelp av vertikale adskilte rørformede elementer som er innlagt i et ildfast materiale. Med denne konstruksjon er det gjort betydelige fremskritt i forhold til tidligere anordninger innenfor området sentrale varmtvannsberedere for fyring med fast eller væskeformet brennstoff.

Ikke desto mindre har erfaringenovist i løpet av varmtvannsberederens bruks<*>tid at forbrenningskammeret ned-brytes, især gjelder dette det ildfaste materiale.

Det er naturligvis kjent at forbrenningen, spesielt av fast brennstoff, ikke utvikler en temperatur i forbrenningskammeret som er ensartet over det hele slik at det ildfaste materiale og også varmeveksleren utsettes for ulike spenninger, noe som i sin tid gir beskadigelse som virker hindrende på varmtvannsberederens effektivitet.

Det har især vært observert at ekspansjonen av varmeveksleren, spesielt de vertikale, rørformede elementer, kan ha en ødeleggende virkning på det ildfaste materiale.

Det er også observert at strømningen av oppvarmingsfluidet på innsiden av varmeveksleren kan bli uregelmessig da, av hengig av plasseringen av de rørformede elementer i forhold til forbrenningskammeret, temperaturen ikke er ensartet i alle involverte rørformede elementer.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse er varmeveksleren i en slik varmtvannsbereder bygget for å eliminere eller i det minste i betydelig grad å redusere de ovenfor nevnte ulemper og derved tillegge berederen trekk av ekselent robusthet og termisk effektivitet.

Ifølge oppfinnelsen har en varmtvannsbereder for

et sentralvarmeanlegg et forbrenningskammer som under bruk er varmest nær berederens front, en varmeveksler som er innrettet til å forbindes med et kretsløp for oppvarmingsfluidum og omfatter øvre og nedre manifolder og flere rette, parallelle og adskilte rørformede elementer som forbinder manifoldene for strømning av oppvarmingsfluidet mellom disse, idet de rørformede elementer er anordnet langs forbrenningskammerets bakvegg og sidevegger.

En slik anordning tillater forbedret sirkulasjon

av oppvarmingsfluidet på innsiden av varmeveksleren da strømningspassasjenes store tverrsnittsareal er forbundet med de rørformede elementer som utsettes for høyere tempera-turer enn rørformede elementer med strømningspassasjer med små tverrsnittsarealer. Når berederen skal fyres med væskeformet brennstoff, plasseres selvfølgelig en brenner i berederens frontvegg som derfor er den varmeste del av forbrenningskammeret. Når berederen skal fyres med fast brennstoff, innrettes den med et større gitterrom over og paral-lelt med forbrenningskammerets nedre vegg i hvilket tilfelle det også vises i praksis at den varmeste del i forbrenningskammeret likeledes tenderer til å være lokalisert nær berederens frontvegg. Følgelig strømmer oppvarmingsfluidet ytterligere gjennom de rørformede elementer med høyere temperatur enn de rørformede elementer med lavere temperatur som er anordnet lengre bort fra fronten slik at det sikres en mer ensartet temperaturvarmeveksling og forhøyet effektivitet .

Fortrinnsvis er det innrettet et sylindrisk mellomliggende rom mellom de rørformede elementer og det omkring liggende ildfaste materiale langs hele lengden av det ildfaste materiale slik at ekspansjonen av de rørformede elementer under berederens bruk, ikke har noen ødeleggende effekt på det ildfaste materiale.

Fortrinnsvis opptar de øvre og nedre manifolder fullt ut henholdsvis øvre og nedre sider av forbrenningskammeret, idet den nedre manifold ligger umiddelbart under en plate av ildfast materiale og bidrar derved til å forbedre sirkulasjonen av det oppvarmede fluidum på innsiden av varme--veksleren.

Slike anordninger gir sammen forbrenningskammeret eksellente mekaniske og termiske karakteristika.

Det ildfaste materiale virker i virkeligheten som en isolerende vegg og tillater at veggene i forbrenningskammeret kan oppvarmes til mellom 500 og 800° C mens oppvarmingsfluidet i varmeveksleren selv befinner seg i det vesentlige ved samme temperatur som oppvarmingsfluidet som sirkulerer i kretsløpet for oppvarmingsfluidet i oppvarmingsan-legget, uten at varmeveksleren utsettes for ekstrem spenning.

Da det ildfaste materiales overflate videre utset-ates for slik høy brukstemperatur, danner det en selvren-sende overflate som hindrer sotdannelse i forbrenningskammeret .

Anordningen av de progressivt avtagende tverrsnittsarealer i strømningspassasjene mellom de rørformede elementer og manifoldene ifølge oppfinnelsen har av grunner som er nevnt ovenfor, og likeledes de relativt store manifolder som gir ensartet termisk distribusjon i varmeveksleren og derfor ensartet ekspansjon av disse, ingen nedbrytende effekt på det ildfaste materiale på grunn av de sylindriske mellomliggende rom. En udiskutabel fordel er også oppnådd ved bruk av fast brennstoff som tillater bedre resultater også når forbrenningens senter forflyttes i forbrenningskammeret.

Det skal bemerkes at det ildfaste materiale kun dekker størstedelen av de rørformede elementers lengde fra disses nedre ender, på grunn av at avgassene ovenfor dette nivå ikke danner sot på de rørformede elementer. Videre tillater denne anordning at ens varmekapasitet oppnås på innsiden av forbrenningskammeret uavhengig av det brennstoff som benyttes.

En slik bereder har en spesielt robust konstruksjon, pålitelig drift og er allsidig ved at den tillater bruk av ved eller et flytende brennstoff, f.eks. brensels-olje.

Disse og andre trekk og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå av den følgende beskrivelse som eksempel i henhold til tegningene hvor fig. 1 viser et perspektivriss av berederen ifølge oppfinnelsen for bruk i et varmeanlegg,

fig. 2 viser et lengdesnitt langs linjen II - II på fig. 1, fig. 3 viser et tverrsnitt langs linjen III III på fig. 1, fig. 4 viser et perspektivriss av varmeveksleren, fig. 5 viser et forstørret tverrsnitt langs linjen V - V på fig. 4 og viser også i detalj det avtagende tverrsnittsareal i strømningspassasjene mellom de rørformede elementer og den øvre manifold, fig.. 6 viser et forstørret riss langs linjen VI - VI på fig. 3 og illustrerer de sylindriske mellomliggende rom som dannes mellom de rørformede elementer og det omkringliggende ildfaste materiale, og fig. 7 viser et forstørret tverrsnitt langs linjen VII - VII på fig. 1 med tilførsel av primærluft inn til forbrenningskammeret.

Ved den utførelse som er vist, har en bereder ifølge oppfinnelsen en varmeveksler som generelt er betegnet med 10, og som er anordnet på innsiden av et termisk isolert berederlegeme 11 av kjent konstruksjon. Legemet 11 er for enkelhets skyld vist som en tykk.vegg på tegningen.

Berederlegemet 11 som generelt er kasseformet, omfatter på kjent måte en øvre vegg 12, en nedre vegg 13, en frontvegg 14, en bakre vegg 15 og sidevegger 16 og 17, idet alle vegger er dekket med glassullisolasjon 18 av hensikts-messig tykkelse.

Varmeveksleren 10 (se især fig. 4) omfatter en øvre manifold 20 og en nedre manifold 21 som er forbundet for strømning av oppvarmingsfludiet, dvs. vann eller vann og damp, via flere rørformede elementer 22.

Manifoldene 20 og 21 har generell flat kasseform og ligger an mot henholdsvis den øvre vegg 12 og nedre vegg 13 slik at de dekker hele forbrenningskammerets tverrsnitt. De rørformede elementer 22 er rette og parallelle med hverandre og står i rett vinkel til de plan som er parallelle med de øvre og nedre manifolders 20 og 21 største sider. De mange rørformede elementer 22 strekker seg langs sideveggene 16 og 17 og den bakre vegg 15.

Den øvre manifold 20 danner den øvre overflate for forbrenningskammeret F og har i midten en uttaksåpning 24 som er forbundet med varmeanleggets, (ikke vist) kretsløp for varme fluidum, og den nedre manifold 21 omfatter en inn-' taksåpning 25 som eksempelvis er anordnet på en side og som mottar vann i retur fra varmeanleggets kretsløp for det varme fluidum.

Især fig. 5 viser de rørformede elementer 22 som er forbundet med den øvre. manifold 20 ved hjelp av sveiser 27 og flere strømningspassasjer 28 som bringer de rørformede elementer 22 i kommunikasjon med manifolden 20, idet strøm-ningspassas jene har progressivt avtagende tverrsnittsareal fra berederens front AR, nær det varmeste område og dermed fra forbrenningskammerets .front mot baksiden AV.

Et tilsvarende arrangement for forbindelsen og strømningspassasjene er anordnet mellom de rørformede elementer 22 og den nedre manifold 21.

De rørformede elementer 2 2 er anordnet i ens avstand fra hverandre og avstanden mellom deres akser er fortrinnsvis lik to ganger deres diameter. Slik som er vist

på fig. 2 og 3, er dé rørformede elementer 22 innlagt i ildfast materiale 30, især ildfast betong, langs hoveddelen av de rørformede elementers lengde fra deres nedre ender og oppad. Fortrinnsvis strekker det ildfaste materiale seg langs tre fjerdedeler av de rørformede elementers 22 lengde, fra deres nedre ende.

Forbrenningskammerets F nedre flate er dannet av en plate 31 av ildfast materiale som er støpt over den nedre manifold 21.

Slik,det sees er et sylindrisk mellomliggende rom 32 dannet mellom hvert rørformet element 22 og det omkring liggende ildfaste materiale 20 som det er innlagt i. For å danne dette mellomliggende rom, er de rørformede elementer belagt med et beskyttende belegg før det ildfaste materiale 30- er støpt rundt dem. Det beskyttende belegg på de rør-

formede elementer 22 er innrettet til å fjernes av varmen som dannes i forbrenningskammeret F når berederen startes opp første gang.

Kombinasjonen av strømningspassasjene 28 med avtagende tverrsnittsareal mellom de rørformede elementer 22

og de øvre og nedre manifolder 20 og 21 og det ildfaste materiale 30 som strekker seg langs hoveddelen av de rør-

formede elementers lengde, tillater ensartet ekspansjon av varmeveksleren på en slik måte at ingen del av varmeveksle-

ren eller det ildfaste materiale utsettes for noen nedbry-

tende spenninger.

Slik det sees er høyden av det ildfaste materiale

som omslutter de rørformede elementer valgt slik at bere-

derens varmekapasitet er den samme uavhengig om brennstoffet er en væske, eksempelvis forbrenningsolje eller et fast materiale som ved eller kull, som en funksjon av forbren-ningsgassenes strømningsbaner.

Forbrenningskammeret som er utformet på denne

måte har en røkhette 35 som er festet til bg henger ned fra

__den ^yjie„manjJEjaJLd JLO. JLed_ji.j^2.p_ay. et enkelt festeeleme nt 36

som tillater uhindret ekspansjon av røkhetten i alle retnin-

ger. Røkhetten 35 har generelt, form som en omvendt kopp og omfatter en åpen sidevegg 35A som vender mot ileggingsåpnin-

gen 37 som normalt er lukket med en dør 38 i berederlegemets 11 frontvegg 14.

Røkhetten 35 er innrettet slik at den nedre kant r eller leppe^_4_0_ er anordnet noe nedenfor den øvre kant av det ^-^^ ■ ildfaste materiale. 30 som omslutter de rørformede elementer 22 for sålddes å avgrense en strupepassasje E for å styre strømmen av røkgassene mot en røkkanal 4 2 som strekker seg gjennom berederlegemets 11 bakre vegg 15.

Berederlegemets 11 frontvegg 14 er i den viste utførelse innrettet til å holde en brenner 43 med et sekun-

dært luftinntak 44 og er åpen inn til en åpning 45. Et

inntaksspjeld 4 6 for primærluft er også anordnet i frontveggen 14 og forbundet ved hjelp av en kabel eller lignende 4 7 til en termisk føler 48 som strekker seg inn i den øvre manifold 20.

Inntaksenheten for primærluft som best sees på fig. 7, omfatter et kasselegeme 51 som er festet til frontveggen 14 og spjeldet 46 som er montert til et hengsel 52. Kasselegemets 51 forside 53 har en åpning 56 som er anordnet mot-stående en gjennomføring 57 gjennom frontveggen 14.

Et glidespjeld 58 er montert vertikalt glidbart på kasselegemets 51 bakside 55 ved hjelp av skrueanordninger 59 som kan gli i spor 60 i denne bakside 55.

Ved dette arrangement kan tilgangen av primærluft til forbrenningskammeret F justeres ved innstilling av glide-spjeldet 58 som således lukker åpningen 56 i ønsket grad, vel å merke som en funksjon av trekken i røkkanalen gjennom hvilken røkgassene fjernes.

Ved hjelp av dette arrangement er tilgangen av primær luft til røkkammeret konstant uavhengig av spjeldets 46 stilling, på grunnlag av den termiske føler 48, helt opp til total avstengning av spjeldet 4 6 hvor oppvarmingssystemet befinner seg ved den termiske følers 48 innstilte temperatur.

En rist 50 er fortrinnsvis anordnet parallell méd og i avstand over bunnplaten 31 av ildfast materiale for derved å innrette berederen for bruk av fast brennstoff i forbrenningskammeret.

Berederen i henhold til den beskrevne oppbygning, gir blant andre fordeler også den fordel at den ikke påfører unødvendige spenninger til varmeveksleren på grunn av at det ildfaste materiale modulerer temperaturen i oppvarmingsfluidet som beveger seg gjennom varmeveksleren, idet temperaturen i oppvarmingsfluidet ligger på omkring 90°_C for et normalt sentralvarmeenlegg og 105° C for et overopphetet varmeanlegg.

De rette rørformede elementer i kombinasjon med de omkringliggende sylindriske mellomliggende rom frembringer ingen nedbrytende virkning på det ildfaste materiale som således opprettholder sine opprinnelige mekaniske egenskaper

over en forlenget driftsperiode.

Videre struper strupepassasjen E mellom den fri

kant av røkhetten og det tilstøtende ildfaste materiale strømmen av forbrennings.gasser oppad før de når røkkanalen.

Den nedre plate gir også, når berederen benyttes

'med fast brennstoff eksempelvis/en forhøyet temperatur og virker da som en forbrenningsovn hvor de små forbren-ningspartikler som faller på platen, forbrennes og i praksis ikke danner noe aske.

Den sekundære luftstrøm gjennom brenneren (pil Fl) har alltid tilgang til forbrenningskammerets F indre og er ment å understøtte forbrenningen av gassene som avgis under forbrenningen av især fast brennstoff (eksemelvis tre, kull eller lignende).

Utformingen av forbrenningskammeret i kombinasjon med inntakene for primær- og sekundærluft hjelper til å

sikre perfekt forbrenning av brennstoffet, noe som resulterer —i—ek-s-ep'S^-©-ne-14~ber-ed-e-reÆ-^ berederpå-l-itelig— het, mens soting av forbrenningskammeret unngås.

Det skal betones at en slik bereder kan utstyres, slik det er vist på tegningen, med en brenner som er innrettet til å benytte et inntak for sekundærluft, eller ikke å være utstyrt med en slik brenner i tilfelle berederen er tenkt benyttet kun til faste brennstoffer. I tilfelle det siste, vil tilførselen av sekundærluft til forbrenningskammeret foretas gjennom en luftdiffusor med en drosselåpning som er anordnet på berederlegemets frontvegg, med brennerens stilling.

Claims (10)

1. Varmtvannsbereder for sentralvarmeanlegg omfattende et"forbrenningskammer som under drift er varmest nær berederens front, en varmeveksler som er innrettet til å forbindes med et kretsløp for oppvarmingsfluidum og omfatter øvre og nedre manifolder og flere rette, parallelle og adskilte rørformede elementer som forbinder manifoldene for strømning av oppvarmingsfluidet mellom disse, idet de rørformede elementer er anordnet langs forbrenningskammerets bakvegg og sidevegger,karakterisert vedat passasjene (nellom) de rørformede elementer eg- de øvre og nedre manifolder har progressivt avtagende tverrsnittsareal fra forbrenningskammerets 'front mot dets bak;side.

2. Bereder ifølge krav 1,karakterisertved at de rørformede elementer er innesluttet i ildfast materiale langs størstedelen av deres lengde fra deres nederste ende og oppad, idet det ildfaste materiale danner sidevegger og en bunnvegg som avgrenser forbrenningskammeret.

3. Bereder ifølge krav 2,karakterisertved at sylinderformede mellomliggende rom er utformet mellom de rørformede elementer og omgir det ildfaste materiale langs hele det ildfaste materiales høyde.

4. Bereder ifølge krav 2-3,karakterisert vedat de øvre og nedre manifolder i det vesentlige har kasseform, idet den øvre manifold danner den øvre vegg av forbrenningskammeret og den nedre manifold ligger under den nedre vegg av ildfast materiale.

5. Bereder ifølge krav 3 eller krav 4 når dette er avhengig av krav 3,karakterisert vedat de sylindriske mellomliggende rom mellom de rørformede elementer og det omgivende ildfaste materiale er dannet ved eliminering av et beskyttende belegg som er påført de rørformede elementer før støpingen av det ildfaste materiale, når berederens drift startes.

6. Bereder ifølge krav 1-5,karakterisert vedat en røkhette står i forbindelse med forbrenningskammeret og bæres av den øvre manifold.

7. Bereder ifølge krav 6,karakterisertved at røkhetten har en åpen sidevegg som vender mot inn-leggsåpningen i berederens front.

8. ' Bereder ifølge krav 6-7,karakterisert vedat røkhetten har en nedre kant som avgrenser en strupepassasje med ildfaste sidevegger for å styre strøm-'men av røkgasser til en røkkanal <p

9. Bereder ifølge krav J^, "karakterisertved at avstanden mellom de rørformede elementers akser er tilnærmet to ganger deres diameter.

10. Bereder ifølge krav 1-9,karakterisert vedat berederens frontvegg omfatter et nedre inntaksspjeld for primærluft, som er forbundet med en termisk føler for styring av dens åpning og et inntak for sekundærluft som er anordnet i berederens frontvegg og kontinuerlig står i forbindelse med brenneren med en konstant strømnings-mengde som styres av et styreelement for inntaksåpningen for sekundærluft.