NO851209L - Fyrkjele. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører fyrkjeler av den type som benyttes for å varme vann som skal føres til romoppvarmende radiatorer og/eller varmtvannsberedere. Kjelen ifølge oppfinnelsen kan være olje- eller gassfyrt, men for enkelhets skyld skal det i det følgende kun henvises til gassfyrte typer.

Oppfinnelsen vedrører hovedsakelig kjeler med høy termisk virkningsgrad, inklusive kjeler som fungerer ved virkningsgra-der hvor den latente varme av avgassen kan gjenvinnes ved kon-denseringsmetoder. Slike kjeler nødvendiggjør bruk av en varmeveksler som har et stort overflateareal for å absorbere varmen fra forbrenningsproduktene ved mindre temperaturfor-skjeller. Det har vært vanlig praksis å feste finner til overflaten av vannkanaler for å absorbere denne varme og over-føre den til vannet i kanalene. Konstruksjonen har vanligvis vært utført i støpejern med en kjernestøpt vannpassasje, eller kobberrør med platefinner for å gi ytterligere overflateareal på varmevekslerens gasside.

Foreliggende oppfinnelse søker å tilveiebringe en kjele som har forbedret virkningsgrad med samtidig mulighet for lavere vekt og mindre fysiske dimensjoner i forhold til kjente kjeler.

Ifølge oppfinnelsen er det tilveiebragt en fyrkjele som omfatter en mantel, en flerhet ekstruderte finneforsynte rør som strekker seg inne i mantelen, hvor hvert rør har i det minste én aksialt forløpende finne, midler for å føre vann som skal varmes opp gjennom rørene, og en brenneranordning for oppvarmning av vannet i rørene, hvilken kjele erkarakterisert vedat finnene på nevnte rør er perforert for å kunne tillate forbrenningsproduktene fra brenneranordningen å passere derigjennom for således å øke varmeoverføringen til vannet.

Finnene, som er utformet aksialt på rørene, gjør det mulig å fremstille rørene på hensiktsmessig måte ved ekstrudering, f.eks. i aluminium eller en legering av aluminium. Ethvert passende antall slike finner kan inkluderes, og i enkelte til-feller kan noen ytterligere, uperforerte finner inkluderes.

I en foretrukket utførelse benyttes to finner, som strekker seg i motsatte retninger bort fra sentrum av røret når dette ses i snitt. Dette to-finnede rør kan forbindes med finnetupp mot finnetupp med tilstøtende rør for å danne en barriere på tvers av mantelen, som har den virkning å dele det indre av mantelen i et forbrenningskammer og et avgasskammer. Forbrenningsproduktene kan passere gjennom barrieren fra forbrenningskammeret til avgasskammeret kun ved å passere gjennom de perforerte finner, for således å sikre meget effektiv varmeoverføring til vannet.

Perforeringene i finnene for de finneforsynte rør kan være utformet på forskjellige måter. En flerhet enkle hull kan bores eller stanses ut i finnene. Imidlertid er dette uheldig ved at tap av finnemateriale reduserer varmestrømmen i finnene og kan føre til lokal overoppheting. En bedre måte er å utforme perforeringene som en flerhet utpresninger i finnematerialet - dvs. at ikke noe materiale går tapt i finnene - på en slik måte at det dannes sjalusi- eller gitterperforeringer. Sjalusiperforeringer er for tiden å foretrekke fordi de lett kan vinkles fordelaktig for å dra maksimal fordel av strømnings-retningen av forbrenningsproduktene idet de passerer gjennom finnene. Slik vinkling av de utpressede partier utføres for-trinnsvis med sikte på å bevirke så mye turbulens som mulig i gasstrømmen gjennom perforeringene, for således å sikre at de varme forbrenningsprodukter kommer i intim og langvarig kontakt med finnene.

Sjalusi- eller gitterperforeringene kan strekke seg aksialt

i forhold til finnene, eller i en vinkel med disse. I en foretrukket utførelse er imidlertid perforeringene utformet i rett vinkel med finnenes retning fordi dette resulterer i maksimal forstyrrelse av strømningen av forbrenningsproduktene gjennom finnene.

Til bedre forståelse av oppfinnelsen skal flere utførelsesek-sempler på denne beskrives under henvisning til vedføyede tegninger, hvor: Fig. 1 er et partielt snitt langs linjen I-l på fig. 2 og viser et første utførelseseksempel på en fyrkjele ifølge oppfinnelsen ; Fig. 2 er et endesnitt langs langs linjen II-II på fig. 1; Fig. 3 er et enderiss av kjelen på fig. 1 og 2; Fig. 4 er et riss i likhet med fig. 2, men viser en andre ut-førelse ; Fig. 5 er et snitt av en tredje utførelse av en fyrkjele ifølge oppfinnelsen; Fig. 6 er et riss, delvis i snitt, langs linjen VI-VI på fig. 5; Fig. 7 er et riss i likhet med fig. 5, men viser en fjerde ut-førelse av oppfinnelsen; Fig. 8 og 9 er perspektivskisser av to former for ekstruderte rør som benyttes i utførelsene på fig. 5 og 7; og Fig. 10 er et perspektivriss i likhet med fig. 8, men viser en alternativ form for perforering.

Det skal henvises til fig. 1 til 3, hvor kjelen omfatter en hovedsakelig rektangulær mantel 1 som har vertikale sideveg-ger 2 og vertikale endevegger 3. Endeveggene 3 har form av respektive vannmanifolder 4, 5, som hver omfatter en endeplate 6, 7 og et deksel 8, 9 festet til denne på en slik måte at det dannes et vannkammer 10, 11 derimellom. Tetningsmid-ler, hvorav ett er vist ved henvisningstall 12, er anordnet mellom hver endeplate og dens respektive deksel. Ører 13 er festet til manifoldene for å muliggjøre befestigelse av kjelen til en vertikal flate.

Mellom endeplatene i mantelen strekker det seg åtte finneforsynte rør 14 til 21. Hvert rør er innrettet til å strekke seg mellom et respektivt par innrettede hull i de to endepla- ter. De to synlige hull vist i endeplaten 6 er betegnet med henvisningstallene 22 (for røret 14) og 23 (for røret 20).

En vanntett og mekanisk stabil forbindelse er utført mellom endene av hvert rør og den respektive endeplate ved hjelp av en hylse 24, som har presspasning både i enden av røret og hullet i endeplaten. Effekten av disse hylser er å holde kjelens basisstruktur sammen, nemlig de finneforsynte rør og manifoldene, og videre å tilveiebringe en fluidforbindelse mellom manifoldene og rørene. Ytterligere mekanisk stabili-tet kan tilveiebringes ved hjelp av gjennomgående bolter

(ikke vist) som fører fra manifold til manifold gjennom hull 60 .

Forskjellige vannstrømningsarrangementer er mulig. I det illu-strerte utførelseseksempel befinner en vanninnløpsport 25 og en vannutløpsport 26 seg i manifoldet 5 (se fig. 3). En ho-risontal vegg (ikke synlig) er utformet tvers over kammeret 11 slik at kammeret deles i et innløpsparti og et utløpsparti. Kammeret 10 er ikke delt på denne måte og tillater således fluidforbindelse mellom alle rør på venstre side av kjelen.

I dette arrangement strømmer således det kjølige innløpsvann inn gjennom porten 25 inn i den øvre del av kammeret 11 og strømmer langs rørene 14 til 19 i parallell tvers over mantelen og tilbake gjennom rørene 20 og 21 i parallell for til slutt å strømme ut gjennom utløpsporten 26.

To typer finneforsynte rør er benyttet i den viste kjele,

idet begge typer er fremstilt av ekstrudert aluminiumsleger-ing. Rørene 14 til 19 har perforerte finner, som skal beskrives i større detalj nedenfor. Rørene 20 og 21 har en hovedsakelig plan finneform som i realiteten danner den nedre del av de brede vegger 2 av mantelen. De innadvendende flater av finnene på rørene 2 0 og 21 kan med fordel være forsynt med aksialt forløpende fremspring 59, som virker både til å gi mekanisk avstivning og ytterligere varmeabsorberende flate. Plater 27 av termisk isolerende materiale er montert på ytter-siden av rørene 20 og 21, og ytterligere plater 28, forsynt med metallplatebelegg 29, avslutter den øvre del av veggene 2.

Hvert finnerør 14 til 19 er forsynt med et par finner 30, 31 som strekker seg i motsatte retninger fra sentrum av røret når dette ses i snitt. Finnenes ender er bøyet slik at de kan monteres til en tilstøtende finne på det påfølgende rør på en trekkspillaktig måte (se fig. 2). Veggen av rør som dannes på denne måte strekker seg fra den ene sidevegg av mantelen til den andre og danner således en effektiv barriere tvers over mantelen.

En brenner 32 som mates av en gassledning 35, er plassert under barrieren, og for at forbrenningsproduktene skal kunne passere gjennom barrieren, er finnene 30, 31 perforert. For å kunne passere fra forbrenningskammeret under barrieren til avgasskammeret over denne, må forbrenningsproduktene passere gjennom de trange perforeringer i finnene, for således å sikre effektiv varmestrømning fra de varme gasser til vannet i rørene. Ledeplater 33 kan være anordnet over barrieren for ytterligere å avbøye gassene på en slik måte at maksimal varmeoverføring sikres. Avgassene strømmer til slutt ut ved 34 til et avgassmanifold (ikke vist).

Perforeringene på finnene kan anta forskjellige former, slik det er vist på de vedføyede tegninger. Det er å foretrekke at ikke noe materiale tapes som et resultat av perforeringen av finnenes materiale, fordi dette ville påvirke varmestrøm-ningen i finnene i uheldig retning. Således er sjalusi- eller gitterperforeringer å foretrekke. Fig. 2 viser sjalusiperforeringer som strekker seg aksialt i forhold til røret;

Fig. 1 viser en variant hvor sjalusiene strekker seg i en vinkel med rørets akse. Imidlertid er andre varianter mulig, noe som vil fremgå av beskrivelsen av senere utførelser.

En variant av den ovenfor beskrevne kjele er vist på fig. 4.

I denne kjele er den hovedsakelige kjelestruktur snudd opp-ned, og varme tilføres ovenifra ved hjelp av en viftedrevet nedadrettet brenner 36 som mates via en kanal 37. Strømmen av forbrenningsprodukter gjennom rørene 14 til 19 er som tidligere (bortsett fra at den skjer nedad istedenfor oppad),

og i dette tilfelle er avgassmanifoldet betegnet med henvis-

ningstall 38. Vannstrømningsarrangementet kan være som tidligere, med vann som strømmer først langs rørene 14 til 19

og tilbake gjennom rørene 20 og 21.

Fordelen med kjelen vist på fig. 4 er at den lett kan fungere ved kondensering ved å sikre at returvannet som tilbakeføres fra radiatorene befinner seg under avgassens duggpunkt. Eventuelt kondensat som dannes på rørene 14 til 18 som et resultat av dette, kan føres av ledeplatene 33 inn i avgassmanifoldet 38 og tappes fra dette.

Et ytterligere utførelseseksempel er vist på fig. 5 og 6,

hvor samme henvisningstall er benyttet hvor dette er passende.

Fig. 5 og 6 viser en balansert røkrørskjele hvor forbrennings-luften strømmer inn ved 39 og avgassene strømmer ut ved 40. Sideveggene 2 av mantelen 1 er utformet på omtrent samme måte som tidligere, bortsett fra at kledningsplatene 29 i det foregående utførelseseksempel er erstattet av et ytterligere par finneforsynte rør 41, 42 av lignende konstruksjon som rørene 20 og 21 beskrevet i det foregående.

Det indre av mantelen er delt i to ved hjelp av en vertikal skillevegg 43, som er anordnet slik at forbrenningsproduktene først passerer oppad på høyre side, deretter gjennom en åpning mellom toppen av sideveggen og et isolert toppdeksel 44 og deretter nedad på venstre side, for endelig å strømme ut gjennom avgassporten 40.

For maksimal varmeoverføring er selve skilleveggen 4 3 laget

av et par finneforsynte rør 45, 46, som i likhet med rørene 20 og 21, strekker seg mellom manifoldene 4, 5 som beskrevet ovenfor. Finnene på disse rør er imidlertid ikke perforert.

Rørene med perforerte finner foreligger i to former i kjelen på fig. 5 og 6. På venstre side av kjelen dannes en barriere av to rør 47, 48 på en slik måte at alle forbrenningsproduktene må passere gjennom finnene på samme måte som beskrevet i det foregående. De viste rør er forsynt med utpressede sja-lusxperforeringer som strekker seg i rett vinkel med røraksene, slik det er vist i større detalj på fig. 8. Dette arrangement av sjalusiene og deres orientering i forhold til strøm-men av forbrenningsprodukter, har vist seg å gi maksimal opp-brytning av strømningen, for således å sikre intim kontakt mellom de varme gasser og finnene.

På høyre side er det benyttet en annen type perforerte finnerør for å ta hensyn til dette varmere område av strømnings-banen. Denne rørtype er vist i større detalj på fig. 9 og omfatter en enkelt oppadragende finne 4 9 som er perforert med sjalusiperforeringer på den måte som er beskrevet ovenfor og tre nedadragende, ikke perforerte finner 50, 51. To slike rør er anordnet, betegnet med henvisningstallene 52 og 53,

og er montert på den ovenfor beskrevne måte mellom manifoldene 4 og 5.

I forbrenningsproduktenes strømningsretning kan et siste finnerør 54 eventuelt være montert for å la kjelen fungere i kondenseringstilstand. Røret 54 står i forbindelse med manifoldkammeret 10, men ikke med kammeret 11 (se fig. 6) fordi dette rør virker i realiteten som en forvarmer for kjelen som vil forvarme vannet som strømmer inn gjennom porten 25 før det strømmer til manifoldkammeret 11. Dersom returvannet befinner seg på en temperatur som er lavere enn duggpunktet, vil kjelen fungere i kondenseringstilstand, og kondensat som dannes kan dreneres ved hjelp av et uttak 55.

Finnerøret 54 kan være av den ekstruderte type beskrevet ovenfor og kan eller behøver ikke ha perforerte finner. Som vist er røret 54 imidlertid forsynt med en flerhet tverrarrangerte platefinner 56 på en i og for seg velkjent måte.

Vannstrømning i kjelen på fig. 5 og 6 skjer først gjennom rør-et 54 inn i kammeret 10. Derfra er en flerhet arrangementer mulig, idet man må ha for øyet at det kjøligere vann i så

stor grad som mulig må føres ned gjennom rør som er i kontakt med de kjøligere forbrenningsprodukter.

Et ytterligere arrangement av finneforsynte rør er vist på fig. 7, som illustrerer en kjele som er beregnet for en nedadvend- ende brenner (ikke vist) såsom beskrevet ovenfor i forbindelse med fig. 4. Forbrenningsproduktene strømmer således nedad, og kondensat som måtte dannes dersom kjelen opereres i kondenseringstilstand, kan samles i bunnen og dreneres.

Alle finneforsynte rør er montert mellom manifoldene 4 og 5, som tidligere. Nærmest brenneren er det anbragt fire rør 57 av den type som er vist på fig. 9 (men opp-ned), og under disse er det dannet en barriere av fem finneforsynte rør 58 av den type som er vist på fig. 8, idet disse sistnevnte er anbragt finnetupp mot finnetupp for å sikre at alle forbrenningsproduktene må passere gjennom finnene for å bevege seg fra forbrenningskammeret til avgasskammeret. Manifoldene er anordnet på en slik måte at de først retter vannet gjennom rørene 58 og 41/42 i parallell, og deretter tilbake gjennom rørene 57 og 20/21 i parallell, men andre arrangementer er mulige. Forutsatt at returvannet til rørene 58 befinner seg på en temperatur under avgassenes duggpunkt, kan kjelen lett operere i kondenseringstilstand for å gi maksimal virkningsgrad.

Fig. 10 viser et alternativt mønster for perforeringer i de finneforsynte rør av den type som er vist på fig. 8, hvor såkalte "nettverkperforeringer" er benyttet. Imidlertid er mange andre mønstre mulig, slik det vil være klart for fag-mannen .

Claims (9)

1. Fyrkjele omfattende en mantel, en flerhet ekstruderte finneforsynte rør som strekker seg inne i mantelen, hvor hvert rør har i det minste én aksialt forløpende finne, midler for å føre vann som skal oppvarmes gjennom rørene, og en brenneranordning for oppvarmning av vannet i rørene, karakterisert ved at finnene på nevnte rør er perforert på en slik måte at de tillater forbrenningsprodukter fra brenneranordningen å passere derigjennom for således å bedre varmeoverføringen til vannet.

2. Fyrkjele ifølge krav 1, karakterisert ved at perforeringene på rørenes finner har form av et stort antall gjennomgående hull utformet i hver finne.

3. Fyrkjele ifølge krav 1, karakterisert ved at perforeringene på rø renes finner har form av en flerhet utpresninger i finnenes metall.

4. Fyrkjele ifølge krav 3, karakterisert ved at de utpressede partier av metallet danner vinklede lameller.

5. Fyrkjele ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at de finneforsynte rør er anordnet inntil hverandre i mantelen på en slik måte at de danner en barriere som forbrenningsproduktene kan strøm-me gjennom på grunn av perforeringene i finnene.

6. Fyrkjele ifølge krav 5, karakterisert ved at hvert finneforsynte rør har to finner som strekker seg i innbyrdes motsatte retninger bort fra sentrum av røret når dette ses i snitt, hvilken barriere er konstruert ved å montere tilstøtende rør finnetupp mot finnetupp.

7. Fyrkjele ifølge krav 5 eller 6, karakterisert ved at barrieren ikke er plan, men har stort sett form av et åpent trekkspill hvor én eller flere av de finne forsynte rør danner hvert plane parti av trekkspillet.

8. Fyrkjele ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det ytterligere er anordnet en flerhet ikke-perforerte finneforsynte rør, hvilke ikke-perforerte rør er anordnet som vegger som tjener til å styre strømningen av forbrenningsprodukter.

9. Fyrkjele ifølge krav 8, karakterisert ved at i det minste noen av de ikke-perforerte rør er anordnet til å danne vegger av mantelen.