Wymiennik ciepla do odzyskiwania ciepla z gazów spalinowych Przedmiotem wynalazku jest wymiennik ciepla do odzyskiwania ciepla z gazów spalinowych.W technice ogrzewania czesto wystepuje wykorzystywanie goracych gazów w niedrogim i latwo sterowa¬ nym urzadzeniu w celu ogrzewania lub odparowywania czynnika przyjmujacego cieplo, zwykle wody.Szczególne problemy pojawiaja sie wtedy, gdy Mosc wytwarzanych goracych gazów nk jest zgodna z zadana iloscia ciepla jakie ma przejsc do ogrzewanego czynnika. Tak jest na przyklad w przypadku, gdy gorace gazy sa gazami spalinowymi a czynnikiem przyjmujacym cieplo, jest woda uzywana do ogrzewania. Czesto zdarza sie, ze w danej chwili nie ma potrzeby ogrzewania a jednak gazy spalinowe sa wytwarzane. W takim przypadku znane sposoby regulacji albo nie moga byc zastosowane albo wymagaja bardzo komplikowanych urzadzeni Z punktu widzenia regulacji urzadzenia, znane jest rozwiazanie, w którym przejscie ciepla do czynnika przyjmujacego cieplo jest regulowane przez zmiane ilosci i/lub temperatury gazów spalinowych. Znane jest ponadto inne rozwiazanie, w którym ilosc wytwarzanej pary regulowana jest przez zmiane wielkosci powierzchni ogrzewanej gazami. W tym przypadku czynnik przyjmujacy cieplo jest odparowywany wyrzadzeniu o duzej pojemnosci przez bezposrednie ogrzewanie goracymi gazami.Regulacje przez zmiane ilosci gazów mozna w wymienionym wyzej przypadku przeprowadzic metoda odciagowa, jednak mozna to dokonac jedynie teoretycznie, gdyz niezbedne tu urzadzenie uszczelniajace zawsze przecieka a przeciek goracych gazów powoduje, albo niedopuszczalnie duzy wzrost cisnienia po stronie wtórnej, albo niedopuszczalnie duze ogrzewanie lub odparowywanie wody plynacej przez urzadzenie. Ponadto urzadzenie uszczelniajace odpowiednie do odciagania gazów jest drogie.W przypadku regulacji przez zmiane powierzchni wymiany ciepla, powierzchnia ta bardzo szybko pokrywa ste kamieniem kotlowym, poniewaz cala Mosc czynnika przyjmujacego cieplo stykajaca sie z powierzchnia grzejna zostaje odparowana, przez co nie ma tam wyplukiwania, a ponadto powierzchnia wymiany ciepla rozgrzewa sie na skuttfc zetkniecia z goracymi gazami spalinowymi. Ze wzgledu na gwaltowne pogarszanie sie wydajmssdi wymiany ciepla, trzeba przewidziec niezwykle duze powierzchnie wymiany ciepla, przy czym powierzchnie te trzeba czesto czyscic a przewody z nimi polaczone sa czesto uszkadzane.Znane jest ponadto urzadzenie, w którym gorace gazy sluza do odparowywania czynnika posredniczacego a czynnik przyjmujacy cieplo, który ma byc ogrzewany lub odparowywany, otrzymuje cieplo w skraplaczu2 81 166 czynnika posredniczacego. W tym przypadku znany sposób regulacji polega na tym, ze pozwala sie by przyjmujacy cieplo czynnik przejmowal od goracego gazu tyle ciepla ile jest zdolny przyjac ale ponadto przewidziany jest trzeci, pomocniczy chlodzacy tzynnik przeznaczony do odprowadzania nadmiaru ciepla z czynnika przyjmujacego cieplo na drugiej powierzchni wymiany ciepla.Uwazano, ze to ostatnie rozwiazanie usuwa wady znanych, praktycznie klasycznych rozwiazan opisanego wyzej problemu i daje najlepsze rezultaty. Jednak grozna wada nawet tego rozwiazania jest to, ze wymaga ono stosowania trzeciego czynnika chlodzacego przez co urzadzenie jest skomplikowane i kosztowne.Czynnik posredniczacy jest równiez stosowany do wymiany ciepla w tak zwanym kotle Schmidta-Hardt- manna, jednak kociol ten ma wlasne urzadzenie spalania a regulacja odbywa sie w nim przez sterowanie urzadzenia spalania.Nalezy zaznaczyc, ze w tego typu kotle zasadniczym warunkiem jest ze wzgledu na bezpieczenstwo to, by nie bylo ograniczania przeplywu w obiegu czynnika posredniczacego.Dostarczanie cieczy do powierzchni wymiany ciepla ogrzewania przez gorace gazy regulowane jest w znanych urzadzeniach na przyklad za pomoca zaworów kurków. Z rozwiazaniem takim jest zwiazana jednak niedogodnosc polegajaca na tym, ze po pewnym czasie zawory lub kurki zaczynaja przeciekac. Zatem powierzchnia grzejna bedzie otrzymywac ciecz nawet jesli zawory beda zamkniete. Ma to ten skutek, ze przy braku chlodzenia cisnienie czynnika posredniczacego wkrótce staje sie niedopuszczalnie duze. Zawory, kurki wymagaja dlatego ciaglego nadzoru i konserwacji, co samo w sobie jest niedogodnoscia, a ponadto rozwiazanie takie ma te niedogodnosc, ze kazda reperacja powoduje straty czynnika posredniczacego oraz koniecznosc uzupelniania go.Celem wynalazku jest usuniecie wymienionych wyzej wad i niedogodnosci oraz stworzenie wymiennika ciepla przeznaczonego do odzyskiwania ciepla zawartego w gazach spalinowych, w którym wytwarzanie pary jest kontrolowane za pomoca bardzo prostych srodków i jest przerywane nawet bez wstrzymania przeplywu gazów spalinowych. v Cel ten osiaga sie wedlug wyaalazku przez odzyskiwanie ciepla z gazów spalinowych za pomoca czynnika posredniczacego gdy w obieg czynnika posredniczacego jest wlaczone specjalnie uksztaltowane urzadzenie do ograniczania lub przerywania przeplywu tego czynnika.Cecha znamienna wymiennika wedlug wynalazku, jest to, ze zawiera pierwszy wymiennik ciepla do doprowadzania do niego czynnika posredniczacego, umieszczony na drodze gazów spalinowych w celu jego odparowywania, przy czym ten pierwszy wymiennik jest polaczony w obiegu zamknietym z drugim wymien¬ nikiem ciepla, który jest przeznaczony do skraplania pary czynnika posredniczacego podczas wymiany ciepla z czynnikiem przyjmujacym cieplo i który jest zaopatrzony w urzadzenie odpowietrzajace a ponadto urzadzenie zawiera polaczenie pomiedzy dwoma wymienionymi wymiennikami ciepla, w którym umieszczone jest urzadze¬ nie do ograniczania lub wstrzymywania przeplywu cieczy pomiedzy tymi wymiennikami.Nastepna cecha znamienna urzadzenia wedlug wynalazku jest to, ze urzadzenie odpowietrzajace zawiera zbiornik gazu, wyposazony w urzadzenie do naturalnego lub sztucznego chlodzenia, który jest polaczony ze skraplajacym wymiennikiem ciepla czesciowo bezposrsdnio a czesciowo przez zamkniecie plynowe.Dalsze cechy znamienne urzadzenia wedlug wynalazku sa wymienione ponizej.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony tytulem przykladu wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie urzadzenie wedlug wynalazku, fig. 2 przedstawia schematycznie inny przyklad wykonania urzadzenia wedlug wynalazku, a fig. 3-6 przedstawiaja schematycznie jeszcze inne przyklady wykonania urzadzenia wedlug wynalazku.Urzadzenie przedstawione na fig. 1 zawiera czynnik posredniczacy w obwodzie zamknietym, który zawiera wymiennik ciepla 11, sluzacy do odparowywania i wymiennik ciepla 9 sluzacy do skraplania. Do wymiennika ciepla 9, sluzacego do skraplania, przylaczone jest urzadzenie odpowietrzajace 5 a pomiedzy wymiennik ciepla 9 a wymiennik ciepla 11, sluzacy do odparowywania, wlaczone jest urzadzenie 1 do ograniczania lub zatrzymywania przeplywu czynnika. Przyklady konstrukcji urzadzenia 1 sa opisane w odniesieniu do fig. 3 i 4, w dalszej czesci opisu.W przypadku urzadzenia z fig. 1 w czasie dzialania gazy spalinowe 12 powoduja parowanie calkowicie czystego czynnika posredniczacego w wymienniku ciepla 11 a para 2 czynnika posredniczacego przechodzi do wymiennika ciepla 9 przeznaczonego do skraplania, poprzez przewód 22, gdzie powoduje ogrzewanie lub parowanie czynnika 3 przyjmujacego cieplo, który plynie przez wymiennik ciepla 9.Biorac pod uwage to, ze czynnik posredniczacy jest calkowicie czysty, nie trzeba sie obawiac narastania kamienia kotlowego a zatem nie trzeba regulowac powierzchni wymiany ciepla. Gdy nie trzeba juz podgrzewac lub odparowywac czynnika posredniczacego 3 jego przeplyw zostaje zatrzymany za pomoca urzadzenia 1, przez co zostaje wstrzymana wymiana ciepla poprzez ten czynnik.81166 3 Aby urzadzenie pracowalo wlasciwie sluzacy do skraplania wymiennik ciepla 9 musi byc odpowietrzany.Odpowietrzanie przeprowadza sie znanym sposobem. Po rozruchu urzadzenia, gdy cisnienie czynnika posredni¬ czacego przewyzsza cisnienie atmosferyczne, uruchomione zostaje urzadzenie odpowietrzajace 5. Oprócz powietrza z obiegu usuwana jest przy tym równiez czesc pary czynnika posredniczacego, przez co konieczne jest czeste uzupelnianie tego czynnika.Odpowietrzanie jest korzystnie przeprowadzane tak jak pokazano na fig.2, gdzie urzadzenie odpowietrzaja¬ ce 5 stanowi zbiornik gazowy 4 z naturalna lub sztuczna chlodnica 6, przy czym górna czesc zbiornika jest polaczona za pomoca przewodu 7 z wylotem odpowietrzajacym wymiennika ciepla 9, natomiast dolna czesc zbiornika jest polaczona ze skraplajacym wymiennikiem ciepla 9 przez zamkniecie plynowe 8. Gdy uklad nie pracuje cisnienia sa male i nieskraplajace sie gazy znajduja sie wszedzie. Jednak gdy zaczyna sie wytwarzanie pary, to znaczy gdy zaczyna sie przeplyw czynnika przyjmujacego cieplo 3 przez wymiennik 9 cisnienie w obiegu czynnika posredniczacego wzrasta i rozpoczyna sie skraplanie tego czynnika. Skraplanie czynnika posredniczacego konczy sie jednak w chlodzonym zbiorniku gazowym 4. W zbiorniku tym powstaje mieszanina pary i gazów jednak zbiornik ten opuszcza jedynie ciecz i z tego powodu wszystkie nieskraplajace sie gazy, znajdujace sie w ukladzie zbieraja sie w tym zbiorniku dzieki czemu skraplajacy wymiennik ciepla zostaje odpowietrzony.Jeden przyklad konstrukcji urzadzenia 1 do ograniczania lub wstrzymywania przeplywu cieczy jest pokazany na fig. 3. Pokazane tu urzadzenie 1 ma postac rury 14, 17 w ksztalcie odwróconej litery U, której górna czesc stanowi komora, zawierajaca przegrode 21, przy czym normalnie przeplyw czynnika posredniczace¬ go nie moze przechodzic przez rure 14, 17. W galezi rury 14, 17 w ksztalcie litery U umieszczone jest urzadzenie grzejne 16.Gdy trzeba rozpoczac odparowywanie czynnika 3, wlacza sie urzadzenie grzejne 16, co powoduje tworzenie sie baniek pary w galezi 14. Poziom cieczy na skutek tego podniesie sie i ciecz przejdzie ponad przegroda 21 aby przedostac sie do odparowywujacego wymiennika ciepla 11, gdzie odparowuje, przez co rozpoczyna sie przeplyw czynnika posredniczacego w obiegu zamknietym, który jest podtrzymywany gdy dziala urzadzenie grzejne 16. Przewód 18 sluzy do przechodzenia pary wytwarzanej przez urzadzenie grzejne do skraplajacego wymiennika ciepla 9.Inny przyklad konstrukcji urzadzenia 1 pokazany jest na fig. 4. W urzadzeniu tym rura 14,17 w ksztalcie odwróconej litery U, ma naczynie 23 przylaczone do biegnacej do góry galezi 14. Naczynie 23 ma grzejnik 25 i/lub chlodnice 26 i jest polaczone ze skraplajacym wymiennikiem ciepla 9 za pomoca ogranicznika 24.Urzadzenie 1 pracuje w nastepujacy sposób. Gdy naczynie 23 jest podgrzewane przez grzejnik 25 wytworzona para wypiera ciecz, w wyniku czego zwieksza sie ilosc cieczy w galezi 14 rury w ksztalcie odwróconej litery U.Ciecz po osiagnieciu górnego punktu tej rury przeplywa w dól zamykajac obieg czynnika posredniczacego do odparowujacego wymiennika ciepla 11.Gdy naczynie 23 jest chlodzone, co mozna równiez uzyskac przez chlodzenie naturalne, wówczas para skrapla sie i naczynie 23 wypelnia sie ciecza. Poziom cieczy w galezi 14 opada przez co przeplyw czynnika posredniczacego zostaje przerwany.Dalsze mozliwe rozwiazanie mozna uzyskac pozwalajac by czesc pary wytworzonej w naczyniu 23 za pomoca grzejnika 25 uchodzila w sposób ciagly z ukladu przez ogranicznik 24. Jednak gdy grzejnik 25 jest wlaczony czesc wytworzonej pary nie moze uchodzic przez ogranicznik 24 i swieza para nie jest wytwarzana, przez co naczynie 23 ponownie wypelnia sie ciecza.Ogranicznik 24 i chlodnica 26 moga byc wykorzystywane równoczesnie. Urzadzenie wedlug wynalazku moze byc równiez zrealizowane przy zastosowaniu jedynie chlodnicy 26 i ogranicznika 24. W takim przypadku chlodnica zasysa ciecz do naczynia 23 a zaprzestanie chlodzenia powoduje wypelnienie naczynia 23 para przez ogranicznik 24, na skutek czego poziom cieczy w galezi 14 podnosi sie.Urzadzenie wedlug wynalazku oprócz opisanych wyzej korzystnych wlasciwosci stwarza równiez szczegól¬ ne mozliwosci przylaczania calosci, co z kolei jest zródlem dalszych korzysci. W przypadku urzadzenia w którym potrzebna jest znaczna ilosc energii do ogrzewania urzadzenia ograniczajacego przeplyw cieczy, stosuje sie wedlug wynalazku urzadzenie wedlug fig. 5.Zasadnicza czescia urzadzenia wedlug wynalazku jest urzadzenie pokazane na fig. 3 lub 4. Do niego przylaczone jest znacznie mniejsze urzadzenie do odzyskiwania ciepla z gazów spalinowych w taki sposób, ze grzejnik 25 duzego urzadzenia ograniczajacego przeplyw cieczy, wyjsciowego urzadzenia i skraplacz malego urzadzenia wyjsciowego stanowia razem wymiennik ciepla. Po jednej stronie powierzchni wymiennika ciepla skrapla sie para czynnika posredniczacego t malego urzadzenia wyjsciowego a po drugiej stronie nastepuje ogrzewanie potrzebne do dzialania urzadzenia ograniczajacego przeplyw cieczy duzego urzadzenia wyjsciowego.Regulacja tego kombinowanego urzadzenia jest podobna do regulacji urzadzenia prostego. Gdy ogrzewanie urzadzenia ograniczajacego przeplyw cieczy w malym urzadzeniu wyjsciowym jest wlaczone dostarcza ono4 81 166 ciepla do urzadzenia ograniczajacego przeplyw cieczy w duzym urzadzeniu wyjsciowym i to duze urzadzenie wyjsciowe zaczyna dzialac. Zatrzymanie dzialania jest powodowane przez wylaczenie ogrzewania w malym urzadzeniu wyjsciowym. Na fig. 5 pokazane jest polaczenie, w którym oba urzadzenia wyjsciowe, male i duze sa skonstruowane zgodnie z fig. 4. Nie ma jednak przeszkód by jedno z tych urzadzen bylo skonstruowane inaczej, na przyklad wedlug fig.3. ' '....- Zaleta urzadzenia wedlug wynalazku jest równiez tof ze regulacja i zatrzymywanie urzadzenia, opisane na wstepie, moga miec miejsce w tych samych korzystnych warunkach lecz przy zuzyciu znacznie mniejszej energii pomocniczej. PL