Pierwszenstwo: 17.09.1971 Dania Zgloszenie ogloszono: 01.06.1973 Opis patentowy opublikowano: 20.02.1975 74241 KI. 36c,H/01 MKP G05d 23/30 [CZYTELNIA 1 Urredu Polsntr**' r^ | hkklij laczmy ' Twórca wynalazku: Uprawniony z patentu tymczasowego: Gunnar Brejner, Virum (Dania) Sposób utrzymywania cisnienia w urzadzeniu cieplowniczym oraz urzadzenie do stosowania tego sposobu Przedmiotem wynalazku jest sposób utrzymywa¬ nia cisnienia w urzadzeniu cieplowniczym przysto¬ sowanym do pracy z zastosowaniem cieczy o tem¬ peraturze przewyzszajacej temipera!tiure wrzenia tej cieczy pod cisnieniem atmosferycznym oraz urza¬ dzenie do stosowania tego sposobu. Urzadzenie to obejmuje przestrzen wyrównawcza dla kompensacji zmian objetosci, kitóryim podlega ciecz robocza w czasie pracy urzadzenia oraz zródlo sprezonego gazu podlaczone do przestrzeni wyrównawczej w celu utrzymywania taim zwiekszonego cisnienia, przewyzszajacego cisnienie w czasie wrzenia cieczy roboczej w panujacej temperaturze pracy.Znane sposoby utrzymywania cisnienia polegaja na tym, ze sprezony gaz w przypadku zmniejszenia sie cisnienia w przestrzeni wyrównawczej ponizej zalozonej wartosci minimallnej dostarcza sie do przestrzeni wyrównawczej dlla przywrócenia zada¬ nego cisnienia, zas w przypadku przekroczenia za¬ lozonej wartosci maksymalnej przestrzen wyrów¬ nawcza wietrzy sie do momentu ponownego usta¬ lenia sie cisnienia. Do przewietrzania stosowac mozna gazy pozbawione wlasciwosci korodaiijacycih, na przyklad azot. Poniewaz jednak w przestrzeni wyrównawczej wystepowac moga znaczne zmiany objetosci ponad zawarta w niej ciecza, konieczne jest Stosowanie duzych ilosci takich niekoroduja- cych gazów, oo jest przyczyna znacznych kasztów takiego procesu. Jakkolwiek w charakterze gazu do przedmuchiwania stosowac mozna powietrze, to 10 25 30 jednak w takim przypadku zwieksza sie niebez¬ pieczenstwo korozji w przestrzeni wyrównawczej zwlaszcza wtedy, gdy panuje w niej niska tempe¬ ratura. W tym ostatnim przypadku powietrze moze rozpuszczac sie w chlodnej cieczy zawartej w prze¬ strzeni wyrównawczej, a nastepnie wydzielac sie z niej w innych czescialch urzadzenia, gdy ciecz przesylana jest z przestrzeni kontrolnej do uklaldu obiegowego cieiploWni, w • przypadku zmniejszenia sie objetosci cieczy irolboczej w urzadzeniu. Powie¬ trze moze ponadto przenikac do innych czesci urzadzenia droga dyfuzji w cieczy.Sposób weldluig wynalazku polega na tym, ze w przypadku zmniejszenia sie cisnienia w prze¬ strzeni wyrównawczej ponizej zalozonej wartosci minimalnej doprowadza sie tam pare wytworzona z tej samej cieczy, jak ciecz robocza. Doprowadza¬ na para ma temlperature równa kub wyzsza od temlperatury wrzenia cieczy roboczej pod cisnie¬ niem panujacym w przestrzeni wyrównawczej i ma takie samo cisnienie.Sposób wedlug wynalazku umozliwia regulacje cisnienia bez ponoszenia wysokich kosztów, ponie¬ waz zos'talo udowodnione, ze dodawanie pary do przestrzeni wyrównawczej nawet jezeli ma ona takie same cisnienie jakie panuje w tej przestrzeni stanowi zabieg wystarczajacy dila wyrównowazenia poczatkowego zmniejszenia sie cisnienia w prze¬ strzeni wyrównawczej. Jedynie Wtedy, gdy dopro¬ wadzanie pary nie zapewnia skompensowania 74 24174 241 3 spadku cisnienia, doprowadza sie sprezony gaz ze zródla sprezonego gazu. Ta droga zapewnia sie mniejsze zuzycie gazu w porównaniu ze znanymi slposrdbami przewidujacymi stosowanie wylacznie gazu sprezonego. Jezeli stosuje sie gaz nie oddzia¬ lywujacy korozyjnie na czesci robocze urzadzenia i znacznie (drozszy oid powietrza, to sposób wedlug wynalazku polepsza wyldatnie ekonomike procesu.Jezeli ponadto w charakterze gazu stasuje sie po¬ wietrze atmosferyczne, to sposób wedlug wynalazku powodujac zmniejszenie ilosci stosowanego powie¬ trza zmniejsza niebezpieczenstwo korozji w urza¬ dzeniu. 7 W obu okolicznosciach wyniki te sa nastepstwem tego, ze ilosc gazu doprowadzanego do przestrzeni wyrównawczej jest przy stasowaniu sposobu we¬ dlug wynalazku znalcznie mniejsza od ilosci gazu, która trzeba byloby doprowadzac w przypadku nie stasowania sposobu wedlug wynalazku. Dzieki te¬ mu, ze doprowadzanie pary przewidziane w spo¬ sobie wedlug wynalazku powoduje utrzymywanie temperatury cieczy zawartej w przestrzeni wy¬ równawczej na poziomie równym najwyzszej tem¬ peraturze w urzajdzeniu, osiaga sie to, ze ryzyko rozpulszczania sie gazu w cieczy zawartej w prze¬ strzeni wyrównawczej ulega daleko idacemu zmniejszeniu i w konsekwencji tego niebezpieczen¬ stwo wydzielania sie gazu w innych, chlodniejszych czesciach, wzglednie czesciach polozonych na wiekszylch wysokosciach, gdzie w zwiazku z tym panuje nizsze cisnienie, ulega znacznemu zmniej¬ szeniu lub calkowitej eliminacji. Utrzymywana wysoka temperature w fazie cieklej zawartej w przestrzeni wyrównawczej mozna ponadto sta¬ bilizowac przez polaczenie przestrzeni wyrównaw¬ czej z przewodem rurowym doprowadzajacym go¬ raca ciecz z urzadzenia cieplowniczego i zapewnie¬ nie odlpolwiedniej cyrkiulaieji.Wysoka temperatura w przestrzeni wyrównaw¬ czej jest przede wszystkim zaOiezna od temperatury dofeirowaldizanej pary, przekazujacej energie ciepILna miieszaininie gazu i pary zamknietej w przestrzeni wyrównaiwtazej. Temperatura ta nie musi panowac w calkowitej masie cieczy zawartej w przestrzeni wyrównawczej, lecz ,moze ogranilczac sie tylko do górnej warstwy cielczy w przestrzeni wyrównaw¬ czej. Ponadto wysoka temiperaitura cielczy zawartej w pirzestrzeni wyrównawczej moze, jak zaznaczono wyzej, byc dodatkowo podtrzymywana przez pola¬ czenie przestrzeni wyrównawczej z przewodem doprowadzajacym goraca ciecz z urzadzenia. Po¬ nadto w przypadku podnoszenia sie poziomu cieczy w przestrzeni wyrównawczej przyrost taki moze nie znajdowac natychmiastowego odzwierciedlenia w pinzyroiscie cisnienia w przestrzeni. Rezultat taki jest równiez skutkiem zmniejszenia ilosci gazu doprowadzanego do przestrzeni w porównaniu ze znanymi sposobami regulacji pracy takich urzadzen.Ten ostatni wynik zwiazany jest z tym, ze poczat¬ kowy przyrost cisnienia w przestrzeni wyrównaw¬ czej powoduje kondensacje czesci znacznej ilosci pary zawartej w przestrzeni wyrównawczej, dzieki czemu przynost cisnienia jest czesciowo wyrówno- wazany tym procesem kondensacji.Równoczesnie temperatura cieczy zawartej w przestrzeni wyrównawczej zwykle w takich wa¬ runkach ulega niewielkiemu zmniejszeniu wskutek tego, ze ciecz doprowadzona do przestrzeni wy¬ równawczej powodujac podwyzszenie poziomu cie- 5 czy bedzie nieco chlodniejsza od cieczy zawartej w przestrzeni wyrównawczej, wskutek czego preznosc czastkowa par bedzie mniejsza od war¬ tosci preznosci w okresie poprzedzajaicyim podnie¬ sienie poziomu cieczy, odpowiadajac preznosci par io dla nieco oziebionej cieczy w przestrzeni wyrów¬ nawczej. Jezeli jednak poziom cieczy w przestrzeni wyrównawczej wzrosnie do takiego poziomu, ze omówiony powyzej proces kondensacji par nie bidzie wywieral wystarczajacego skutku, to czesc 15 mieszaniny pary i gazu wyldimiulchuje sie z prze¬ strzeni wyrównawczej do atmosfery w celu zmniej¬ szenia przyrostu cisnienia. Wiskutek tego, ze znacz¬ na czesc mieszaniny wydmuchiwanej stanowi para, ilosc wydmuchiwanego gazu jest mniejsza, a co 20 za tym idzie mniejszym jest równiez zuzycie gazu.Nalezy podkreslic, ze znane sa sposoby utrzy¬ mywania cisnienia w wyrównawczej przestrzeni zblizone do sposobu wedlug wynalazku i polegajace na stosowaniu samej pary. Jednakowoz na skutek 25 tego, ze taki znany sposób regulacji para nie prze¬ widywal wykorzystywania uzupelniajacego sprezo¬ nego gazu, tak jak to ma miejsce w sposobie wedlug wynalazku, wiazal sie on ze Stosowaniem duzych ilosci pary i koniecznosci stosowania od- 30 dzielnych wytwornic pary. Dlatego omawiany zna¬ ny sposób regulacji cisnienia znajduje zastosowanie tylko w takich urzadzeniach, gdzie wytwarza sie pare dla innych celów i dysponuje sie wytwornica pary. Stosowana para bez domieszek gazów nie jest 35 korzystym srddfciem regulacji, ze wzgledu na duza wrazliwosc czystej pary w .przestrzeni wyrównaw¬ czej, bedace skutkiem intensywnej wymiany ciepla, a tym samym i wymiany masy na granicy faz mieidlzy ciecza i czysta para w warunkach wrzenia *o na powierzchni cieczy. W przeciwienstwie do tego, w przypadku stosowania mieszaniny gazu i pary tak, jak to ma miejsce w procesie prowaidzonym sposiobem wedlug wynalazku, wymiana ciepla i ma¬ sy zachodzi w bardzo malym stopniu wskutek tego, 45 ze na zdefiniowanej wyzej granicy faz w warun¬ kach takich proces wrzenia nie wystepuje.IZarówno z powyzszych, jak i dalszych wyjasnien wynika, ze zalsadnicza ceche znamienna sposobu wedlug wynalazku stanowi wykorzystanie ko¬ so rzystnych efektów dzialania mieszaniny gazu i pa¬ ry, które osiaga sie stosujac sposób i które nie byiy stosowane w znanych sposobach. Sa one wynikiem wykorzystania korzystnych oddzialywan obu sklad¬ ników mieszaniny i znacznego zmniejszenia nie- 55 korzystnych odJdzialywan; Jezeli pare doprowadza sie do przestrzeni wy¬ równawczej sposobem wedlug wynalazku, to osiaga sie lepsze efekty wykorzystania energii cieplnej wytworzonej z cieczy roboczej odprowadzanej 6< z przestrzeni wyrównawczej. Jest to nastepstwem tego, ze ciecz znajdujaca sie w przestrzeni wy¬ równawczej, ma zgodnie z powyzszymi objasnienia¬ mi wyzsza temperature, dzieki czemu ilosc ciepla niezbedna dla wytworzenia pary ulega zmniejsze- 65 niu do minimum.74 5 Przy przebudowie urzadzen, w których w cha¬ rakterze czynnika roboczego stosowana jest para na urzadzenia analogiczne do urzadzen do reali¬ zacji siposobu wedlug wynalaztou, mozna zazwyczaj wyfeolrzy^tywac podgrzewialcz .z przestoeiria parowa stanowiacy zródlo ogrzewcze pierwotnego urzadze¬ nia. Dzieki temu do recllilzacji sposobu wedlug wyinaflazku mozna korzylstoie stosowac przebudowa¬ ne urzadzenia. W takich przypadkach omawiany podgrzewacz stosuje sie jako przestrzen wyrów¬ nawcza okreslona w powyzszych wywodach, przy reaflizaoji sposobu wedlug wynallaizku i doprowadza pare i gaz do przestrzeni stosowanej uprzednio jako przestrzen parowa podgrzewacza, W urzadze¬ niach takich stosuje sie podgrzewacze, z których kazdy wytposazony jest w górny walczak parowy, badz tez wieksza liczbe pocflgrzewalczy wytposazo- nych we wspólny walczak parowy. Jezeli taka in¬ stalacje nalezy przebudowac na urzadzenie wyko¬ rzystujace ciekly czynnikiroboczy, to doprowadzanie pary i gazu postulowane zgodnie z sposobem we¬ dlug wynalazku moze korzylstnie odbywac sie przez gamy walczak lulb walczaki, gdy stanowia one wylposazenie urzajdzenia.Przedmiotem wynalazku jest równiez urzadzenie do realizacji sposobu, przystosowane do pracy z ciecza o temperaturze wyzszej od l^mperaltury wrzenia cieczy pod cisnieniem atimosirerycznyim.Urzadzenie to obejimuje przestrzen wyrównawcza dla kompensalcji zmian objetosci cieczy roiboczej w czasie pracy urzadzenia oraz zródlo sprezonego gazu polajczone z przestrzenia wyrównawcza dla utrzymywania w niej cisnienia na poziomie wyz- szyim od cisnienia w czasie wrzenia cieczy roboczej w temperaturze pracy. Zgodnie z wynalazkiem "urzadzenie takie wyposazone jest w zespól wylwa- rzania pary polajczony z przestrzenia wyrównawcza, który imoze byc zalsiilany ciecza robocza.Odimiane urzadzenia do wykonywania siposobu wedlug wynalazku sitanowii urzadzenie, w którym zespól wytwarzania pary stanowi ogrzewany po¬ jemnik polozony na takiej samej wysokosci jak priae^trzen wyrównawcza w taki sposób, ze w cza¬ sie gdy nie ma ogrzewania poziom cieczy w ogrze¬ wanym pojemniku jest ta&i sam, jak poziom cieczy w przestrzeni wyrównawczej, a powierzchnia ogrzewcza ogrzewanego pojemnika znajduje sie wewnatrz rury otwartej po obu koncach; górny koniec tej rury lezy na tej samej wysokosci lulb ponad najwyzszym poziomem cieczy w przestrzeni roboczej, a koniec dolny siega do poziomu nizszego od najnizszego z mozliwych poziomów cieczy w przestrzeni wyrównawczej. Ogrzewany pojemnik jest ponadto polaczony z wyrównawcza przestrze¬ nia ponad górna koncówka rury.Taka odmiana urzadzenia do wykonywania spo¬ sobu umozlijwia to, ze przez ogrzewanie ogrzewa¬ nego pojemnika zostaje do przestrzeni wyrównaw¬ czej doprowadzona sama para, zas ciecz, która bez zastosowania tej wersji wynalazku bylaby pory* wana do przestrzeni parowej przez pary, ma tutaj mozliwosc ominiecia przewodu rurowego. Zgodnie 7 wynalazkiem mozna miedzy omówionym powyzej przewodem rurowym i pojemnikiem zamontowac dalsze przewody. Te dodatkowe przewody roz- 241 6 mieszczone sa na analogicznych poziomach jak przewód okreslany powyzej, a miedzy tytmi prze¬ wodami mozna rozmiescic czesci powierzchni grzej¬ nej. W tej odmianie urzadzenia do wykonywania 5 sposobu wedlug wynailaztou mozliwa jest sttotpniowa kontrola doplywu pary.W celu lepszego przedstawienia istoty wynalazku jest on blizej wyjasniony na rybunkiu, na którym fig. 1 przedstawia czesc odmiany urzajdzenia we- io dlug wynalazku posiadajacego wyodrebniona prze¬ strzen wyrównawcza, fig. 2 — czesc innej wersji, w której przestrzen wyrównawcza utworzona jest przez górny walczak podgrzewacza, fig. 3 — prze¬ krój odmiany ogrzewanego pojemnika, o elektrycz- 15 nej powierzchni ogrzewczej dla urzadzenia, zas fig. 4 — przekrój wzdluz linii IV—MI wedlug fig. 3.Na rytsunku 1 oznacza przestrzen wyrównawcza dla urzadzenia ogrzewczego zdolnego do pracy przy uzyciu cieczy o tenniperaftoirze wyzszej od 20 temiperaltury wrzenia cieczy pod cisnieniem atmo¬ sferycznym. Przestrzen1 wyrównawcza 1 sluzy po¬ nadto do wyrównywania zmian Objetosci cieczy w urzadzeniu, które moga miec iniejlsce w czasie pracy, a wiec stanowi cisnieniowa przestrzen wy- 25 równawcza.Cisnienie w takiej przestrzeni wyrównawczej utrzymywane jest na wartosci wyzszej od cisnienia w czasie wrzenia cieczy roboczej w temjperaiturze pracy. W przeciwnym przypadku wrzenie w urza- 30 dzeniu zachodziliolby na zewnatrz zródla ogrzew¬ czego i urzadzenie byloby odmiennego rodzaju w stosunku do omówionych tutaj urzadzen do sto¬ sowania siposobu wedlug wynalazku.Pojemnik 1 polajczony jest z nie pokazanymi naN 35 rytsumku przewodem zasilajacym urzadzenia ogrzew¬ czego, za posrednictwem przewodu rurowego 2.Pojemnik wyrównawczy jest ponadto wyposazony w ogrzewany pojemnik 3, posiadajacy powierzchnie grzejna 4. Pojemnik ogrzewczy 3 polaczony jest zo 40 zbiornikiem wyrównawczym 1 za posrednictwem przewodów rurowych 5 i 6, z których jeden siega do wierzchu pojemnika wyrównawczego 1 od wierzchu ogrzewanego pojemnika 3, a drugi do spodu pojemnika 1 od spodu pojemnika 3. Dolna 45 rura 6 wylposazona jest w U-rurke dzialajaca jako pulapka cieplna.Pojemnik wyrównawczy wyposazony jest w urza¬ dzenia automatyczne, zawierajace 3 czujniki cisnie¬ niowe oznaczone symbolami A, B i C, Czujnik A 50 kontroluje prace zaworu Al, którym doplywa gaz, w danym przylpaidlku nieaktywny, ze zródla 7 do pojemnika 1. Ozuijnik cisnienia B kontroluje prace regulatora BI dla wlaczania powierzchni ogrzew¬ czej 4, zas czujnik cisnienia C sluzy, do sterowania 55 praca zaworu OL dla przedmuchiwania mieszaniny nieaktywnego gazu i pary z przestrzeni ponad po* wierzchnia cieczy w pojemniku wyrównawczym 1.W przytpadku gdy cisnienie w pojemniku 1 obni¬ zy sie ponizej zalozonej wartosci minimalnej na- 60 stepuje wlaczenie powierzchni grzejnej 4 i cieczo¬ wa zawartosc w ogrzewanym pojemniku 3 zostaje podgrzana do temperatury wrzenia cieczy, odpo¬ wiadajacej cisnieniu panujacemu w pojemniku wyrównawczym 1, a takze w ogrzewanym pojem- «5 niku 3. Dzieki dalszemu ogrzewaniu ciecz w pojem-74 241 7 nilku 3 wrze i wytworzona para doprowadzana jest przez rure 5 do pojemnika wyrównawczego 1 dfla zwiejkszenia zawarltosci pary w inieszaninie gazu i pary w zhiornikiu wyrównawcza. Czesc pary ddpnówddzonej do zhiornika 1 ulega wykropleniu wskutek nizszej temperatury w pojemniku 1. Jedna¬ kowoz wiskufoek takiej kondensacji w zbiorniku 1 wydzielone zostaje cieplo parowania. Reszta pary pozostaje w pojemniku 1 w pOstoaci pary i dodaje sie do zawartosci pary w mieszaninie gaizu i pary ponad powierzchnie cieczy w pojemniku wyrów- nawczym 1. Wypadkowa tych zjawisk jest ogrze¬ wanie sie cieczy w zbiorniku wyrównawczym 1 nad powierzchnia zawartej w niej cieczy oraz ogrzanie sie wierzchniej warstwy cieczy i wynika¬ jacy stad wzrost cisnienia/Po ponownym ustaleniu sie cisnienia powierzchnia ogrzewcza 4 zostaje wy¬ laczona dzialaniem czujnika B i regulatora BI.W przypadku gdy doplyw pary jest niewystar¬ czajacy dla utrzymania zalozonego cisnienia mi¬ nimalnego doprowadza sie dodatkowo gaz ze zródla 7, to .znaczy wttedy, gdy cisnienie obnizy sie na tyle, ze zareaguje czujnik A. W takiej sytu¬ acji dodlafflkowy gaz doprowadzany jest ze zródla 7 do pojemnika 1 przez zawór Al, zaglebiony do przewodu rurowego. Przewód rurowy dolaczony jest do pojemnika 1 w taki sposób, ze doprowadza- ny gaz jest równoczesnie podgrzewany. "Wprowa¬ dzanie zimnego- gazu do goracej mieszaniny znaj¬ dujacej sie iponad ciecza w pojemniku 1 powodowalby dbnilzenie temperatury mieszaniny, a tym samym równiez niepozadany spadek cisnienia.Ze wzrostem cisnienia w zbiorniku wyrównaw¬ czym 1 czesc zawartosci pary w mieszaninie ulega w pierwszym momencie kondensacji, co wyjasnione jest w poprzednich wywodach. Gdy jednakowoz kondensacja taka nie moze juz wyrównowazyc wzralstajacego cisnienia, to dzialanie czujnika C Otwierajacego odpowiedni zawór Cl spowoduje wy¬ dmuchanie czeslci mieszaniny z pojemnika 1.Dzieki dapitowaldzaniu pary do pojemnika wy¬ równawczego 1 z pojemnika ogrzewczego 3, tem¬ peratura w pojemniku wyrównawczym 1 jest nor¬ malnie utrzymywana na poziomie o killlka stopki wyzszym od temperatury na wllocie urzadzenia deplowniczeigo, zwlaszcza jesili istnieje polaczenie miedzy pojemnikiem wyrównawczym 1 i rura wlo¬ towa urzadzenia, tak jak to wyjasniono powyzej.Przy takich wartosciach temperatury zawartosc pary w pojemniku wyrównawczym 1 oldgrywa wazna role. Jezeli w charakterze pary stosuje sie pare wodna, a azot w charakterze gazu, zas cisnie¬ nie w pojemniku wyrównawczym osiaga wartosc na przyklad do. 11 atmosfer absolutnych, tempera¬ tura w pojemniku wyrównawczym dochodzi do 170°C, to preznosc czastkowa pary wodnej bejdzie przewyzszac nieco 8 atmosfer absolutnych, zas preznosc czastkowa azotu bedzie nieco nizsza od 3 atomostfer absolutnych, oo odpowiada zawartosci pary wodnej okolo 2 kg pary wodnej na 1 kg suche¬ go azotu. Kaszty wytworzenia 1 kg pary wodnej, bezposrednio z pojemnika wody pokazanego na fig. II dochodza do okolo '2% kolsztów 1 kg azotu, nawet w przypadku gjdy pare wodna wytwarza sie najbardziej kosztownym sposobem, na przyklad za 8 pomoca pradu elektrycznego. W nastepstwie tego cena mieszaniny azotu i pary wodnej omówionej powyzej jest równa zaledwie jednej 'trzeciej ceny czystego azotu. 5 W wyjasnionej wyzej przykladowej wersji urza¬ dzenia do stasowania sposobu wdda podgrzewana jest w ogrzewanym pojemnikiu 3 po wlaczeniu po¬ wierzchni ogrzewczej 4 do temperatury wrzenia wddy, Odpowiadajacej cisnieniu 1(1 atomostfer panu- 10 jaicego w pojemniku 1, a mianowicie 183°C i jest pad tym cisnieniem odparowywana.Sjpolsób wedlug wynalladku posiada wiele zalet w iprzypaldku stasowania w dowolnych urzadze¬ niach zawierajajcyich (podgrzewacze wyposazone 15 w górne walczaki iulb podgrzewacze. Moga to byc równiez urzajdzenia ogrzewnilcze o wielu podgrze¬ waczach i wspólnym waDczaku górnym. Innymi slo¬ wy, sposób weldlug wynalazku znajduje zastosowa¬ nie w dowolnych urzadzeniach podgrzewajacych, 20 w których Stosuje sie Ibiifor parowy ponad pozio¬ mem lustra wody w podgrzewaczach i w których ciecz znajduje isie w ruchu Obiegowym, przeplywa¬ jac do urzadzenia cieplowniczego z mas wodnych zawartych w ipodigrzewaczach, z miejsc znajduja- 25 cych 'sie 'ponizej poziomów ich luster wodnych.'Zgoldnie z dzisiejsza ogólna praktyka, podgrzewa¬ cze takie wykorzystuje sie dwoma róznymi sposo¬ bami w urzadzenialch cieplowniczych tutaj omawia¬ nych. Jezeli ilosc zadanego ciepla jest stosunkowo 30 mala, to mozna stasowac pojedynczy podgrzewacz z górnym walczakiem parowym (luib killlka podgrze¬ waczy wyposazanych we wspólny górny walczak parowy. W takich pmzypadkach jeden lub kilka podgrzewaczy maze byc polaczonych wprost 35 z czescia rozdzielcza ciepla urzadzenia cieplowni¬ czego. Jesli jednak zajdana pojemnosc cieplna luib ilosc cie!czy rdbdczej stosowanej w 'urzadzeniu, wzglednie wymogi zalbezfcieiczenia pracy sa bardzo wysokie, to konieczne jest sitasowanie wiekszej 40 liczby 'podgrzewaczy, z których kazdy wyposazony jest we wlasny górny walDozak parowy.W tym ostatnim przypadku kazdy podgrzewalcz jest normalnie wyposazony w wymiennik ciepla, a strony wtórne wymienników ciepla polaczone sa 45 z czescia rozdzieflldza ciepla urzadzenia. Gwaltowne zmiany cieczy jakie maja imiejsce w przypadku, gdy killlka podgrzewaczy, z których kazdy ma przestrzen parowa, sa polaczone bezposrednio równolegle do czesci rozdzielczej ciepla urzadzenia, sa wynikiem 50 intensywnych procesów wymiany .ciepla i masy na .powierzchniach wrzacej cieczy w takich gór¬ nych walczakaich. Dodatkowym zródlem tych zmian sa wielkie Itrudnosai jakie nasuwa identyczna re¬ gulacja wartosci temperatury na powierzchniach 55 wrzacej icieczy w wiekszej liczbie walczaków gór- nyich. Róznica 'temperatury 1°C dla zakresu war¬ tosci temperatury W0—20t0°C prowadzi w przy¬ padku wody do wahan cisnienia osiagajacych war¬ tosc ido 0,2 atmosfer luib róznic poziomu lustra 60 wody dochodzacych do 2 a o ile tym zmianom poziomu nie zapobiegnie sie badz to przez zasto¬ sowanie wymieninika ciepla dlla 'kazdego podgrze¬ wacza, badz tez nie zredukuje sie ich przez zastosowanie krancowo szerokich, a tym samym es i kosztownych przewodów rurowych miedzy pod-74 241 9 grzewaiczaimi lub przez zastosowanie specjalnych polajczen rurowych, równiez bardzo szerokich, mie¬ dzy waNazakami górnymi, niezaleznie od rur obie¬ gowych.Trudnosci te eliminuje sie wykorzystujac sposo¬ bem ¦wedlug wynalazku walczaki górne takich pod¬ grzewaczy lub ddlpowiiadajaoe ilm przestrzenie paro¬ we, ijako przestrzenie wyrównawcze, wyposazone w pojemniki 'Olgrzewane 3 w sposób zilustrowany Schematycznie ma fig. 2. Tyim ispoisolbem preznosc czastkowa gazu doprowaldzonego do przestrzeni parowej powddowac bedzie spadek temperatury powierzchni cieczy, imogajcy dochodzic do kilku stopni Celsjusza na 1 atmosfere preznosci ozajsltko- wej igazu.Tak wiec uprzednio omówione intensywne pro¬ cesy wymiany ciepla i masy na powierzchniach cieczy wystepujace w urzadzeniach znanego typu, zostaja przy zastosowaniu sposobu wedlug wyna¬ lazku zredukowane do niewielkiego zaledwie ulamka, dzieki czemu paktyicznie nieuniknione wa¬ hania telmjperatoury cieczy irdbolczej wyrazaja sie jedynie powolna zmiana preznosci czastkowej pary, stanowiacej duza czesc calkowitego cisnienia. Ozna¬ cza to, ze mieszanina pary i igazu zachowuje sie w umiiarkowanyim zakresie wartosci jak gaz ideal¬ ny i w zwiazku z itym .spelnia ogólne równanie PV=iRT, w którym P oznacza cisnienie, V — Objetosc, R — stala gazowa, a T — temperature.Podgrzewacze wyposazone w górne walczaki paro¬ we oraz inne podgrzewacze wykorzystywane w ten saim sposób moga wiec byc 'uzywane, jak to jest udowodnione 'ponizej, w ukladzie polaczen równo¬ leglych.Jezeli przyjmie sie, ze mieszanina pary i gazu w kazdym pddJgrzewaczu jest odlaczana od miesza¬ nin zawartych w innych ipoldlgrzewaczach w czasie pracy ((chociaz nawet polaczenia z cienkich rurek moga Ibyc z innych wzgUedów korzystne, na przy¬ klad jiako wzajemna rezerwa pojemnosci miedzy wieloma podgrzewaczami) ito zmiany cisnienia wy¬ nikajace wskutek imiennych strat przeplywu po stronie cieczy oraz wskutek zmian cisnienia w mieszaninie pary i gazu powddowac bedzie je¬ dynie niewielkie zmiany poziomu cieczy nie po¬ wodujace trudnosci w pracy .urzadzenia.Stwiedzenie to wyjasnione jest w nastepujacych rozwazaniach ujetych w forme przykladu. W urza¬ dzeniu przykladowym stosuje sie tyOko -dwa pod¬ grzewacze, poniewaz dla wiekszej liczby podgrze¬ waczy dzialanie ich bedzie itakie samo.Przyklad I. iZaklada siie, ze dwa podgrze¬ wacze sa identyczne i ze w pewnym momencie ozas'11 zawieraja taka sama objetosc -mieszaniny pary i gazu pod tym samym cisnieniem ma po¬ wierzchni cieczy F. Nastepnie miedzy dwiema objetosiciami wystepuje róznica cisnienia dP. Cis¬ nienie w kazdej objetosci przyjmuje teraz wartosc, odpowiednio (P+l/2 dP) oraz (P—1/2 dP). Jak wspomniano wyzej mozna zalozyc, ze mieszaniny zachowuja 'sie prawie jak gazy doskonale i dlatego wahania cisnienia moga ibyc Obliczone przy pomocy ogólnego równania dla gazów: P.V=R.T. Wartosci objetosci wyllilczone na podstawie tego równania wynosza otipowieidnio V[l—il/2dP/i(P+l/2dP)] oraz 65 *io 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 V[l+l/2dP/(P^l/2dP)]. Jezeli zalozy sie, ze ciecz jest niescisliwa*, to obliczone wytzej objetosci mni¬ sza byc skorygowane, od|powiedinio do wartosci V(l—1/2 dP/P) oraiz W+H/BdP/P). Ponadto obje¬ tosc cieczy w obu pod^ztewaczach ulegly zmianie: odpowiednio +V.l/2idP/P oraz —VJl/l2dP/P. Przy zalozeniu, ze powierzchnie F obu powierzchni cie¬ czy nie ulegaja (znaczniejszym zmianom wskutek tego przyrostu i zniniejszendla zawartosci cieczy w podlgrzewaczach, poziom cieczy w pierwszym podgrzewaczu przesunie sie ku górze: V.l/2dP/P.F, gdy poziom cieczy w drugim podgrzewaczu odpo¬ wiednio obnizy sie.Jezeli, kontynuujac cytowany poprzednio przy¬ klad, istoksowane cisnienie wynosi P=ill atmosfer albsolutnych i jesli V wynosi na przyklad 4 ms, dP wynosi 0,5 atmosfer, co odpowiada 5,5 m slulpa goracej woldy w temperaturze 17iO°C, zas F wynosi 6 im2, to zmiana poziomu cieczy w kazdym zbior¬ niku wyniesie 4•!/£•0,5/11 -6=0,01115115 lub nieco powyzej 1,5 cm i zgodnie z tym nieco powyzej 3 cm dla Obu polaczonych pddgrzewaczy. W po¬ równaniu z wysokimi wariKJisciaimi V i F przylto- czonymi w przykladzie sa to tak male zmiany, ze róznica bedzie ledwie zauwazalna przez nadzoruja¬ cego prace podgrzewacza.Inne odnosne przyklady wykazuja, ze sposób we¬ dlug wynalazku i urzajdtzenie do stosowania spo^ sobu pozwala na bezposrednie laczenie podgrze¬ waczy o przelstrzeni parowej, równolegle do czesci rozdzieliczej ciepla urzadzenia cieplowniczego, co znacznie upralszCza szereg urzajdzen o jednakowej wielkosci.Róznice cisnien mogace wystepowac w czasie pracy w poszczególnych walczakach górnych pod¬ grzewaczy lub parowych przestrzeniach podgrze¬ waczy, moga byc wykorzystywane za posrednic¬ twem 'urzajdizen automatycznych do zmiany cisnie¬ nia Odniesienia w sposób reczny lulb automatyczny dla mieszaniny pary i gazu w kazdym walczaku hub przestrzeni, dla dalszego dostosowania poziomu zawartej tam cieczy wzgledem poziomu wody w in¬ nych walczakach lub przestrzeniach parowych, jesli taki zalbieg jest pozadany, co nie zawsze ma miej¬ sce/ jak to wynika z powyzszych obliczen.Przy stasowaniu sposobu wedlug wynalazku osiaga sie -ponadto mozliwosci niezwykle latwego utrzymywania nagrzanego podgrzewacza, pod wysokim cisnieniem nawet w czasie przerw w pra¬ cy. Dokonuje sie tego przez /zwykle wylaczenie urzadzen automatycznych do regulacji mieszaniny pary i gazu w walczaku górnym takiego podgrze¬ wacza i zapewnienie cieklego polaczenia miedzy pdjemnikiem ogrzewczym 3 i spodem podgrzewa¬ cza, jak to jest zaznaczone wskaznikiem 8 na fig. 2.Stale zródlo igazu doprowadzanego do podgrze¬ wacza umozliwia ponadto opróznianie i schladza¬ nie podgrzewacza w celu konserwacji i remontów znacznie szylbdiej niz w urzadzeniach znanego typu.Wynika to istad, ze jezeli stosowany jest gaz nie¬ aktywny, to mozna bez niebezpieczenstwa korozji wytlaczac ciecz z podgrzewacza przy pomocy zim¬ nego gazu, po odlaczeniu od innych czesci instalacji ogrzeWniczej. Cisnienie gazu mozna nastepie zmniej¬ szyc i przepuszczac strumien powietrza wzdluz74 241 11 12 cieczowej strony podgrzewacza^ zas powierzchnie ogrzewcze padlgrzewaczy mozna znanymi sposobami przedmu-dhiwac zimnym powietrzem, stosujac dmiu- chawe lub wykorzystujac ciag kominowy. Dzieki temu mozna przeprowadzac zalbiegi konserwacyjne lonb naprawy wewnatrz piodlgrzewacza oraz unicha- miac ponownie podgrzewacz w krótszym czasie zi$± bylo -to mozfliiwe w urzadzeniach znanego tyipu.Mozliwosci tafcie moga miec równiez znaczenie przy obOitazaniu rezerwy wydajnosci potrzebnej dla callego urzadzenia.Jak jiuz wspomniano powyzej, spolsób wedlug wynalazku i urzadzenie do stosowania sposobu moga znajdowac zastolsowan(ie do dowolnego typu podgrzewacza wyikorzystywanego w taki sam spo¬ sób, jak tpodgnraewacz posiadajacy walczak górny hib przestrzen parowa innego rodzajiu. W tym celu wykorzystuje sie przestrzen carowa takiego pod¬ grzewacza jako przestrzen wyrównawcza i zasila sie ja para i sprezonym gazem, sposobem wedlug wynalazku.Fig. 3 i 4 ilustruja 'bardziej sacjjegalowa odmiane podgrzewanego pojemnika 3 w którym stosuje sie szereg elektrycznych elementów grzejnych jako po¬ wierzchnie ogrzewcza. Pojemnik zawiera obudowe zewnetrzna 20 na górnym koncu którego znajduje sie polaczenie 21 miedzy obudowa i przestrzenia wyrównawcza, tak samo jak zilustrowane jest na fig. 1, to znaczy ipoziomem diustra cieczy w prze¬ strzeni wyrównawczej. Obudowa zewnetrzna jest ponadto wyposazona w dolnej koncówce w polacze¬ nie 22 miedzy pojemnikiem i przestrzenia wyrów¬ nawcza, ponizej poziomu lustra zawartej w niej cieczy. Pojemnik ogrzewany powinien byc zamon¬ towany na takim samyim poziomie jak przestrzen wyrównawcza, tak jak to jest przedstawione na fig. li w taki sposób, ze poziom cieczy w pojem¬ niku ogrzewczym jest na ogól taki sam, jak poziom cieczy w przestrzeni wyrównawczej gdy element ogrzewczy jest wylaczony. Jest rzecza oczywista, ze wyrównanie poziomów cieczy w przestrzeni wy¬ równawczej i w pojemniku ogrzewczym odlbywa sie na zasadzie nalczyn polaczonyich. Wyrazenia „na ogól" uzytto dlatego, ze dwa poziomy cieczy nie zawsze znajduja sie dokladnie na tej samej wy¬ sokosci, poniewaz wystepowac moga róznice tem¬ peratury miedzy ciecza w przestrzeni wyrównaw¬ czej i ciecza w pojemniku ogrzewanym, a w zwiaz¬ ku z tym i niewieflka róznica gestosci obu cieczy.Jezeli w przykladowej wersji -urzadzenia zilustro¬ wanego na fig. 1 zostanie wlaczona powierzchnia Ogrzewcza, to z uwagi na stosunkowo mala obje¬ tosc pojemnika ogrzewczego nastapi gwaltowne parowanie w taki sposób, ze pecherze pary moga porywac ciecz z pojemnika ogrzewczego do prze¬ strzeni wyrównawczej, to znaczy wtedy gdy gestosc cieczy zmieszanej z pecherzami pary w pojemniku, 3 dostatecznie zmaleje. Dla zapobiezenia takiemu przemieszczaniu sie cieczy do przestrzeni wyrów¬ nawczej stosuje sie ufcllad nurek zgodnie z przy- , kladowymi wersjami urzadzenia zilustrowanymi na fig. 3 i 4, zawierajacymi wewnetrzna rurke 23 i zewmejtrzna rurke 24. Wewnatrz rurki 23 umiesz- czone sa eHelktryczne elementy grzejne 25, a w prze¬ strzeni miedzyv wewnetrznymi i zewnetrznymi rur¬ kami umieszczone sa równiez elektryczne elementy grzejne 26.Obydwie nurki 23 i 24 dosiegaja górnymi konca¬ mi najwyzszego poziomu cieczy w odpowiedniej 5 przestrzeni wyrównawczej lulb wystenczaja ponad ten poziom. Rury te siegaja swymi dolnymi konca¬ mi do poziomu lezacego ponizej najnizszego pozio¬ mu cieczy w przestrzeni wyrównawczej. Wysokosc zewnetrznej obudowy 20 dobrana jest tak. ze po- 10 laczenie 21 lezy znacznie wyzej od górnych koncó¬ wek rur 23 i 24.W zilustrowanej wersji urzadzenia miry 23 i 24 podtrzymywane sa dwoma zespolami wsporników 27 przylsipawanych do zewnetrznej powierzchni 15 zewnetrznej rury 24. Wewnetrzna rura 23 jest za¬ bezpieczona w stosunku do -zewnetrznej rury 24 przy pomocy dwóch odpowiednich zespolów wspor¬ ników 28, z których kazdy zawiera po trzy roz¬ porki przyspawane do rur. 20 Urzadzenia zilustrowane na fig. 3 14 umozli¬ wiaja unikanie opisanego wyzej efektu porywania cieczy przez pary, który imoze wystepowac w przy¬ padku stosowania prostej odmiany pojemnika ogrzewanego, pokazanego na fig. 1 i 2. Na ogól 25 przemieszczanie sie cieczy z pojemnika 3 do prze¬ strzeni wyrównawczej nie jest szkodliwe, jakkol¬ wiek imoze powodowac pulsowanie cisnienia, czemu przeciwdziala sie sitosujac odmiane urzadzenia po¬ kazana na fig. 3 i 4. Po wlaczeniu wewnetrznych 30 elementów ogrzewczych 25 nastepuje gwaltowne ogrzewanie slupa cieczy wewnatrz rury wewne¬ trznej 23, a gdy zaczyna sie proces wytwarzania pary, pecherzyki jej wytoazuja tendencje unoszenia zmieszanej z nia cieczy. Gdy tyllko pecherzyki pary 35 dosiegna górnego konca rury 23 to dzieki dzialaniu sily ciezkosci ciecz taka zacznie opadac z powro¬ tem do przestrzeni miedlzy wewnetrznymi i ze¬ wnetrznymi rurami 23 i 24.Na skutek tego efekt ogrzewania sprowadzony 40 zoztaje do ograniczonej ilosci cieczy i nastepuje gwaltowne wywiazywanie pary. W konsekwencji para przemieszcza sie tylko do przestrzeni wyrów¬ nawczej, dzieki objasnionemu wyzej efektowi roz¬ dzielania. Ciecz przeplywajaca bocznikiem do prze- 45 strzeni miedzy .rurkami przyczynia sie do ogrze¬ wania cieczy w tej przestrzeni i w konsekwencji przygotowuje Wlaczenie elementów ogrzewczych w przestrzeni miedzy dwiema rurkami. Po wlacze¬ niu elementów grzejnych 26 rozpoczyna sie gwai- 50 towne wytwarzaniie pary w przestrzeni miedzy rurkami. Efekt porywania cieczy bedzie miec rów¬ niez miejsce, lecz ciecz bedzie oddzielac sie na górnej koncówce zewnetrznej rury 24 i splywac z powrotem do przestrzeni miedzy zewnetrzna 55 rura 24 i zewnetrzna obudowa 20. Dla kompensacji odparowanej cieczy doprowadza sie ciecz do we¬ wnetrznej rury 23 i /do przestrzeni miedzy rurami wokól dolnych koncówek rur z przestrzeni wy¬ równawczej, przez przewód lE^czacy 22. 60 Jest rzecza oczywista, ze ten sam efekt, Chociaz mniej wyrafinowana technika osiagnac mozna przy uzyciu tylllko, jednego przewodu rurowego. Takie prostsze rozwiazanie powinno byc stosowane zgod¬ nie ze sposobem wedlug wynalazku w mniejszych 65 urzadzeniach cieplowniczych, w których calkowity74 241 13 14 etótat, niezbedny jest dla danej powierzchni grzej¬ nej, umieszczonej w tyim przypadku wewnatrz rury jest tak maly, ze elektryczne uzwojenie moze byc wlaczane od razu, jednoetapowo. Rozwiazanie takie moze rówmi'ez znajdowac zastosowanie w urzadze¬ niach, w których mozliwa jest stopniowa kontrola dzialania powierzchni grzejnej. PL PL PL