SE470073B - Anordning för alstring av varm fuktig luft - Google Patents

Description

47Û 073 2 En nackdel med kända direktverkande ångalstrings- system är å andra sidan att de kräver en stor mängd vatten i förhållande till den av systemet matade effek- ten. Detta beror på att vatten inte totalt blandas med rökgaserna utan vattnet och de heta gaserna strömmar i samma rör delvis separat från varandra. Härigenom används dylika ångalstringsanordningar främst för framställning av varmvatten medelst värmeväxlare. Kända system lämpar sig för direkt upphettning av råmaterial endast i pro- processer, i vilka det är möjligt att använda stora mängder vatten. En annan nackdel med kända system är att deras konstruktion inte tillåter höga temperaturer.

Dylika kända system kan endast användas med gasdrift eftersom vatten som matats till eldstaden i oljedrift leder till avkylning av förbränningsutrymmet, vilket i sin tur leder till en i många hänseenden skadlig ofull- ständig förbränning.

Uppfinningen avser att åstadkomma en anordning för alstring av varmluft medelst vilka de nackdelar, som förekommit i samband med tidigare kända system för alstring av varmluft och ånga har eliminerats.

Detta har uppnåtts med hjälp av anordningen en- ligt uppfinningen, vilken är kännetecknad därav, att utmatningsröret är anslutet till virvelkammarens peri- feri för att bringa de heta gaserna i en virvlande rörelse; och att virvelkammaren är försedd med medel för matning av vatten, vilka medel öppnar sig in i kammaren i närheten av dennas mittaxel, och med ett utloppsrör för blandningen av avdunstat vatten och heta gaser, vilket rör utgår från närheten av mittaxeln på motsatt sida av kammaren i förhållande till inlopps- öppningen i medlet för matning av vatten.

Fördelen med uppfinningen jämfört med kända system är att stor värmekapacitet kan överföras medelst små -l\ 3 i 470 075 luftmängder. Luftmängderna är endast 1/20 jämfört med kända system, eftersom tidigare t.ex. användes en luft- mängd på 14 000 n?/h i en varmluftsalstringsanordning på 500 kW, medan medelst systemet enligt uppfinningen samma effekt på 500 kW överfördes med en luftmängd på 690 nf/h.

En annan fördel är att större värmekapacitet kan överför- as med lägre fläkteffekt. Tidigare behövdes en fläkt- motorkapacitet på 90 kW för överföring av värmekapacite- ten på 500 kW i det ovannämnda exemplet. Vid användning av lösningen enligt uppfinningen behövs endast en effekt på 15 kW. Härvid är inbesparingen i fläkteffekt 75 kW. Pâ grund av den lilla luftmängden är det möjligt att använda värmedistributionsrör med avsevärt mindre dimensioner än i tidigare system. I exemplet skulle effekten på 500 kW kräva en fläktledning med en diameter på 500 mm. Vid användning av lösningen enligt uppfinningen behövs en diameter på endast 100 mm. Eftersom man i anordningen enligt uppfinningen använder en blandning av heta gaser och vatten åstadkommer kondenseringen av det med gaserna blandade vattnet en nästan fullständig energiöverföring till materialet, som skall värmas, vilket var sand i 470 075 4 exemplet. Lösningen enligt uppfinningen uppvisar inte heller nâgra dammproblem eftersom de heta gaserna är fuktiga och dessutom elimineras dylika dammproblem av luftmängden, som är liten. I lösningen enligt uppfin- ningen är det möjligt att använda högre tryck än i ti- digare kända system. I det ovannämnda exemplet var det möjligt att mata energi i ett småkornigt stenmaterial utan dyra och obekväma luftdistributionsanordningar, och trycket kunde medelst uppfinningen höjas till femfaldigt jämfört med ett tidigare känt system.

Tryckena var 0,1 och 0,5 bar. I det ovannämnda exemplet matades vatten till en virvelkammare i den uppfinnings- enliga anordningen med en effekt på 500 kW ca 5 l/min.

En tidigare känd ångalstringsanordning skulle ha krävt en vattenmängd på 13 l/min med motsvarande effekt.

Skillnaden åstadkommes genom att blandningens tempera- turer var högre i den uppfinningsenliga anordningeni och fullständig blandning och överhettning av vattnet i de heta rökgaserna kunde genomföras effektivt i ång- alstringsanordningens virvelkammare. Den uppfinningsen- liga anordningen för alstring av varmluft är inte en ångpanna eller ångalstringsanordning eftersom vattnet inte avdunstas i en vattenmantel, ett vattenrörssystem eller en eldstad utan i en virvelkammare under samman- satt inverkan av centrifugal- och värmeenergi. Denna specialegenskap gör det möjligt för alstringsanordning- en att fungera medelst vilken som helst energi förut- satt att heta gaser leds in i virvelkammaren. Detta möjliggör även användning av direkt eluppvärmning eller ackumulatorlösningar för uppvärmning av luft. Virvel- kammarsystemet enligt den uppfinningsenliga lösningen gör det även möjligt att använda fullständigt torra eldstäder. Som exempel på torra eldstäder kan nämnas murade eldstäder och masseldstäder, vilka drivs med olja, gas, torv etc. Såsom ovan konstaterats. är även 470 075 5 eldrift möjlig. Ackumulatordrift innebär att värme- energi är lagrad t.ex. i ett stenmaterial varifrån den överförs till virvelkammaren under användning av luft som medium. I det uppfinningsenliga systemet åstadkom- mer en av temperaturväxlingar styrd vattenkontroll au- tomatiskt den önskade mängden vatten så att den önskade fläkttemperaturen uppnås. Härvid är det möjligt att blåsa enbart varmluft utan avkylning av vattnet eller vattenmanteln, såsom i kända ångalstringssystem, då den lagrade energin är förbrukad. En annan fördel med torrdrivna eldstäder är att det inte föreligger risk för nedfrysning förutsatt att vattenmatningsröret hålls i smultet tillstånd. Ännu en fördel med anordningen enligt uppfinningen är att den inte är ett tryckkärl, eftersom vattenutrymmet är öppet eller det förekommer inte alls. Analysering av förbränningen av en olje- eller gasdriven alstringsanordning av varmluft enligt uppfinningen kan utföras mycket fördelaktigt antingen automatiskt eller manuellt. Nämnda analysering kan genomföras genom att leda en tryckluftsfylld rökgas genom rent vatten, varvid det på basen av mörknandet eller mörkhetsgraden av vattnet är möjligt att avgöra om lågan brinner bra eller dåligt. Det är mycket för- delaktigt att placera analyseringskärlet inom synfältet av anordningens användare så att förbränningen kan analyseras kontinuerligt eller periodvis, t.ex. efter varje tändning. Vad beträffar analyseringsprocessen är det skäl att nämna i detta sammanhang att en liten överloppsmängd luft inte är skadlig, eftersom uppvärm- ningen sker med de egentliga rökgaserna. Härigenom är analyseringen främst avsedd att utreda huruvida för- bränningen sker rent. Detta kan mycket fördelaktigt utredas medelst en vattenanalys, då även en liten mängd olja tydligt kan ses som en hinna på vattenytan, och även sot kan lätt och snabbt ses i vatten. Vid gasdrift 470 073 6 är det främst en sotig förbränning närmast orsakad av undermatning av luft som kan ses medelst vattenanaly- sen. Lösningen enligt uppfinningen är fördelaktig även då systemet mycket fördelaktigt kan förses med en säkerhetsventil. Anordningen kan förses med en säker- hetsventilgren som förgrenas från en utloppsledning.

Härvid är säkerhetsventilen justerad till en röknings- gräns, d v s till en gräns där luftmängden i bränna- rens förbränningsluftfläkt minskas till ett minimi, vilket leder till en förbränning med undermatning av luft. Säkerhetsventilen kan även justeras under öpp- ningstrycket av säkerhetsventilen i en rotationskolv- kompressor, varvid en delvis öppning av kompressorns säkerhetsventil inte åstadkommer bristfällig matning av förbränningsluft. En termostat är anordnad som läckagedetektor för säkerhetsventilen på blåssidan, vilken termostat utlöser om temperaturen växer för hög i säkerhetsventilröret. Termostaten avlöser dock inte om tryckstöten är momentär, varvid onödiga avbrott i funktionen undvikes. Nämnda säkerhetsventilarrangemang gör användning av anordningen mycket flexibel jämfört med kända anordningar.

I det följande skall uppfinningen beskrivas när- mare med hjälp av en i närslutna ritning visad fördel- aktig utföringsform, varvid figur 1 är en allmän sidovy av en utföringsform av anordningen enligt uppfinningen, och figur 2 är en allmän vy av anordningen enligt figur 1 sedd i en annan riktning.

I utföringsformen enligt figurerna är ett upp- hettningsutrymme betecknat med hänvisningssiffran 1. I föreliggande utföringsform är upphettningsutrymmet l en eldstad. En virvelkammare betecknas med hänvisnings- siffran 2, vilken kammare är ansluten till eldstaden medelst ett utmatningsrör 3. Ett öppet vattenutrymme 4 . 470 073 7 är utfört i väggen av eldstaden och omger nämnda eld- stad. Eldstaden är vidare försedd med ett så kallat torrt eldrör 5 som förhindrar överföring av värme genom strålning från eldstadens låga till vattnet. Vattenut- rymmet 4 är anslutet till virvelkammaren 2 medelst en röranslutning 6 och gaserna avlägsnas från virvelkamma- ren genom en utmatningsledning 7.

En väsentlig egenskap för uppfinningen är att eldstaden inte avdunstar vattnet i vattenutrymmet 4 såsom sker i kända ångalstringsanordningar. Härvid är vattnet i vattenutrymmet 4 alltid vid en temperatur un- der l00°C, d v s under avdunstningstemperaturen för vatten. En alltför stor uppvärmning av vattnet i vat- tenutrymmet 4 förhindras med hjälp av nämnda eldrör 5, vilket förhindrar överföring av lågans strålningsvärme till kylvattnet såsom ovan nämnts. Eldröret 5 är monte- rat på ett sådant avstånd från vattenutrymmet 4 att den tillåtna maximitemperaturen för eldrörets tillverk- ningsmaterial inte överstiges, d v s att vattnet i vattenutrymmet 4 fungerar som avkylare för eldröret 5.

Eldröret 5 är speciellt fördelaktigt i oljedrift efter- som eldröret höjer förbränningsutrymmets temperatur till en temperatur som överstiger l000°C, varvid oljan brinner fullständigt. De förhållanden som åstadkommes medelst eldröret 5 motsvarar främst förhållandena i en keramisk förbränningskammare. Eldröret 5 är framställt av ett tunt material, eftersom temperaturen i förbrän- ningsutrymmet härvid stiger till sitt maximivärde i ett par sekunder efter att lågan tänts.

Vattenutrymmet 4, som är anordnat i eldstadens vägg, är anslutet till virvelkammaren 2 ovanför vatten- ytan medelst ett överströmningsrör 8 med en stor diame- ter. Nämnda arrangemang åstadkommer en öppen konstruk- tion som försäkrar att vattenutrymmet 4 inte blir ett slutet utrymme under några som helst förhållanden, var- 470 073 8 vid trycket i vattenutrymmet aldrig överstiger förbrän- ningsluftfläktens maximitryck.

En annan viktig egenskap i uppfinningen är an- vändningen av virvelkammaren 2 för blandning av de heta gaserna och vattnet. I utföringsexemplet enligt figurerna leds de heta gaserna från eldstaden till vir- velkammaren genom utmatningsledningen 3 som är relativt smal. Utmatningsledningens 3 ena ände är anordnad på virvelkammarens periferi, varvid gaserna bringas i en virvlande rörelse inne i virvelkammaren, såsom visas i figurerna. Härvid tvingas de heta gaserna till kamma- rens periferi under inverkan av centrifugalkraften.

Vatten matas in i virvelkammaren genom en röranslutning och en ventil 9 från vattenutrymmets nedre del. Vatten matas in till virvelkammarens mitt, d v s i närheten av en centralaxel 10 av kammaren, satsvis genom perio- disk eller kontinuerlig reglering av ventilen 9. När vattnet leds in i virvelkammaren slungas eller flyter det till kammarens periferi där det bringas i virvlande rörelse med de heta gaserna. Eftersom vattnet är tyngre än de heta gaserna kan det inte avlägsna sig från vir- velkammaren förrän det är fullständigt avdunstat och har förenat sig med de heta gaserna. Blandningen av ånga och gas kan överhettas i virvelkammaren ända upp till en temperatur på 400°C, varvid vattenmängden är mycket liten i förhållande till uppvärmningseffekten.

Detta är av väsentlig betydelse då avdunstningen av vatten orsakar problem under upphettningsprocessen antingen för materialet, som skall upphettas eller för omgivningen. I princip kan blandningens temperatur regleras kontinuerligt inom området 80°C - 400°C. Vid de lägsta temperaturerna fungerar anordningen som en alstringsanordning av varmvatten eller ånga.

Regleringen av vattenmängden kan utföras som en funktion av blandningstemperaturen medelst en vatten- ll 470 073 9 ventil eller doseringsanordning, som kan regleras pe- riodvis kontinuerligt eller kontinuerligt. Då dose- ringsanordningen är en magnetventil eller motsvarande öppnas ventilen 9, som matar vatten in i virvelkamma- . ren, och ventilen ll, som matar vatten i i vattenutrym- met 4, samtidigt. Nämnda vattenströmmar regleras så att de motsvarar varandra, d v s att vattenmängden somm tas från vattenutrymmet 4 motsvarar den mängd som tillsätts samma utrymme. Ifall vattenmängden som matas in i virvelkammaren är mindre än mängden som matas in i vattenutrymmet 4, strömmar vattnet in i virvelkamma- ren 2 genom överströmningsröret 8 och ett jämviktstill- stånd uppnås automatiskt. Överströmningsröret är anslu- tet till virvelkammaren vid samma ställe som röranslut- ningen 6. Fördelen med detta arrangemang är att vattnet i vattenutrymmet 4 kan kontinuerligt utbytas och vat- tennivån i vattenutrymmet är alltid på rätt höjd. Ifall vattennivån i vattenutrymmet 4 sjunker för mycket, öpp- nar en ytelektrod ventilen ll, varvid ytan stiger till rätt nivå. Fyllandet av vattenutrymmet 4 styrs alltid av elektroden 12, ifall nämnda elektrod inte detekterar närvaro av vatten, oberoende av om brännaren är i funk- tion eller om temperaturregleraren behöver vatten.

Om avdunstat vatten strömmar in i virvelkammaren 2 och utmatningsledningen 3 i samband med stannandet av anordningen, avlägsnas detta vatten vid följande start på samma sätt som det in i virvelkammaren matade vatt- net. Anordningen är alltså försedd med ett automatiskt återföringssystem för avdunstat vatten.

Det ovan beskrivna systemet för reglering av vatten möjliggör även en ytterst exakt reglering av temperaturen i blandningen som skall blåsas ut; t.ex. med en PID-reglerare har man uppnått en reglerings- exakthet på ungefär 1%, m a o kan vattenmängden kon- trolleras ytterst noggrant. 470 073 10 Den i virvelkammaren bildade blandningen avlägs- nas från kammaren genom utmatningsledningen 7. Utmat- 'I ningsledningen 7 är ansluten till virvelkammaren 2 vid dennas mittaxel 10 men på motsatt sida som röranslut- ningen 6 och överströmningsröret 8. Detta arrangemang visas speciellt i figur 2. Blandningen kan ledas till vilket som helst användningsmål med hjälp av nämnda ledning 7. I utföringsexemplet enligt figurerna är detta användningsmål en sanddyna 13.

Fördelen med förfarandet och anordningen enligt uppfinningen är att de kan kontrolleras mycket väl vid alla vatttenmängder. Vidare blandas vattnet med de heta gaserna i virvelkammaren nästan fullständigt. Tack vare detta är den behövliga vattenmängden liten i förhållan- de till effekten. Till sina värmetekniska egenskaper motsvarar blandningen överhettad ånga vid ytterst högt tryck även om den använda anordningen är en alstrings- anordning för varmluft och ångtrycket under 1 bar, van- ligen under 0,5 bar.

Ifall det i prosessen uppstående mottrycket är högt och kan variera används en rotationskolvkompressor som förbränningsluftfläkt, vilken kompressors luftmängd varierar mycket litet beroende av mottrycket. Inom tryckområdet nära 1 bar används alltid en rotations- kolvkompressor. Om mottrycket understiger 0,5 bar är det möjligt att använda högtrycksfläktar som förbrän- ningsluftfläktar, i vilka högtrycksfläktar luftmängden är i hög grad beroende av mottrycket. Användningen av dylika fläktar förutsätter dock att variationen i mot- trycket är exakt känd och tryckvariationerna förekommer endast inom ett smalt område.

I princip fungerar den i figurerna l och 2 visa- de anordningen på följande sätt. Förbränningsluft leds genom ett sugfilter och en ljuddämpare 14 till en rota- tionskolvkompressor 15. En tryckkontakt 16 försäkrar 470 073 ll att förbränningslufttrycket uppnås och att spärren för startandet av brännaren har avlägsnats, varefter start- funktionerna kan börja. Brännarens automatik kopplar på en tändningstransformator 17 så att denna är i funk- tion under tändningsprocessen. En oljepump 18 startas och en magnetventil 19 för oljan öppnas efter en tids- fördröjning. Då högtrycksolja uppvisande ett tryck på ca 15 bar störtar från en oljebrännaröppning 20 inrik- tas oljan och tänds från en högspänningsgnista från tändningstransformatorn. En fotoelektrisk resistor 21 detekterar lågan, lågövervakningens feltidskontroll passeras och börjar övervaka lågan. Oljans tryck regle- ras medelst en tryckreglerare 22.

Efter att tändningen utförts på det ovan be- skrivna sättet brinner lågan i eldstaden inne i eldrö- ret 5. Ett luftglapp på ungefär 10 mm är anordnat mellan eldröret 5 och vattenutrymmet. Tack vare detta arrangemang är temperaturen i eldstaden mycket hög, såsom ovan konstaterats, och vidare mottar vattnet i vattenutrymmet 4 inte någon strålningsvärme och härvid kan den genom ledning överförda värmen inte höja vatt- nets temperatur till avdunstningsnivân då vattnets tem- peratur i normala fall alltid är under l00°C, vilket också konstaterats ovan. Vattnet i vattenutrymmet 4 bringas att cirkulera genom att öppna ventilen 9, vilken är belägen i röranslutningen 6 mellan virvel- kammaren 2 och vattenutrymmet 4, varvid ventilen ll öppnar sig samtidigt. Som en följd av ovan anförda arrangemang erhålles kallt vatten kontinuerligt i vat- tenutrymmet 4 och vattenytan hålls konstant. Ifall vattenströmningen genom ventilen ll överstiger vatten- strömmen som matas genom ventilen 9 in i virvelkamma- ren, strömmar överloppsvatten in i virvelkammaren 2 genom överströmningsröret 8. Ventilerna 9 och ll styrs av en PID-temperaturreglerare 23 i enlighet med mätre- 470 073 12 sultaten av en temperaturavkännare. Det är uppenbart att om vattenytan i vattenutrymmet 4 ligger under n elektroden 12, öppnas endast ventilen ll såsom ovan anförts.

Matningen av förbränningsluften till brännaren sker med primär-sekundär principen så att en manuellt reglerbar klaffventil 24 reglerar luftmängden. Då ven- tilen 24 stryps, ökar primärluften och då den öppnas ökar sekundärluften.

.De heta gaserna som uppstått som en följd av förbränningen leds in i virvelkammaren 2 genom utmat-' ningsröret 3. I virvelkammaren bringas de heta gaserna att virvla, varvid vattnet som matas in i virvelkamma- ren också ansluter sig till den virvlande rörelsen; nämnda vatten strömmar från mitten av kammaren till dess periferi och förblir där tills det avdunstar genom sammansatt inverkan av centrifugalenergin och värme- energin. Blandningen av vatten och gas, som blivit lättare, avlägsnas från virvelkammaren genom utmat- ningsledningen 7.

Temperaturavkännaren 23 i den i utmatningsled- ningen 7 belägna temperaturregleraren mäter kontinuer- ligt blandningens temperatur och tillsätter vatten vid behov i enlighet med ovan anförda beskrivning. Tryck- kopplingen 25 kopplar bort brännaren om kopplingens inställda värde överskrides över en inställd tidspe- riod. Tryckdatan kan sändas till kontrollenheten me- delst en trycksändare 26. En skyddstermostat 27 för överhettning utlöses om dess inställda värde överskri- des, Om processens mottryck överstiger säkerhetsventi- lens 28 inställda värde, öppnas en blåsningskanal ut i atmosfären och en övertryckstermostat 29 utlöser brän- I; naren från funktion efter en värmetidsfördröjning. Övertryckstermostaten 29 utlöses också om säkerhetsven- tilen 28 läcker, varvid termostaten fungerar även som 13 en så kallad läckagedetektor.

I utföringsexemplet enligt figurerna leds gas- blandningen från virvelkammaren 2 till materialet som skall upphettas, t.ex. en sanddyna 13, vilken dyna den genomtränger så att vattnet i blandningen kondenseras i sanddynan och friger sin värmeenergi effektivt. Sam- tidigt förhindrar fukten sanddynan från att torka och bli dammig. Vattnet som uppstår i förbränningsprocessen kondenseras också i sanddynan, varvid förbränningsef- fekten kan stiga ända upp över 100 % beräknad på den för oljan angivna specifika värmekapaciteten. Detta förutsätter naturligtvis att rökgaserna avsvalnar under rökgasernas daggpunkt. Dylik avsvalning uppnås t.ex. då frusen sand smälts.

Analyseringen av förbränningen kan utföras auto- matiskt medelst ett genomskinligt kärl 30. Härvid leds de heta gaserna med bestämda intervaller automatiskt genen vattnet i kätlet med hjälp ev en ventil 31 så att en ofullständig förbränning kan genast ses som en färgändring i det rena vattnet. Antalet kärl kan natur- ligtvis väljas efter behov.

Vattenmängden som matas in i vattenutrymmet 4 lika väl som trycket kan mätas och regleras medelst lämpliga medel 32, 33. Vattenutrymmets 4 temperatur 'övervakas medelst en begränsare 34. Begränsaren regle- ras till 93°C och då denna temperatur överskrids stan- nar begränsaren brännaren.

Det ovan anförda utföringsexemplet är inte av- sett att begränsa uppfinningen på något sätt, utan upp- finningen kan varieras på många sätt inom ramen för pa- tentkraven. Härvid är det uppenbart att upphettnings- utrymmet l inte behöver vara en eldstad utan någon an- nan konstruktion kan användas istället, t.ex. en med elektricitet fungerande anordning. Upphettningsutrymmet kan även ersättas med någon annan process, vars heta w ~a c.~| 14 utloppsgaser leds in i virvelkammaren. Härvid kan mat- ning av vatten in i virvelkammaren anordnas från en lämplig behållare eller motsvarande.

Claims (3)

10 15 20 Jäs ~__| <::> <2) w: CN /S Patentkrav

1. Anordning för alstring av varmluft, vilken anordning innefattar ett upphettningsut- rymme ( 1) för alstring av heta gaser och medel för tillsättning av vatten till de heta gasema, varvid upphettningsutrymmet (1) är försett med ett utmatningsrör (3) för” heta gaser, k ä n n e t e c k n a d av att utmatningsröret (3) är anslutet till en virvelkammares (2) periferi för att bringa de heta gaserna i en virvlande rörelse runt virvelkammarens horisontella centrala axel (10), och att virvelkammaren (2) är försedd med medel (6, 8) för matning av vatten, vilka medel öppnar sig in i kammaren i närheten av den centrala axeln ( 10), och med en utmatningsledning (7) för blandningen av avdunstat vatten och heta gaser, vilken ledning utgår från närheten av den centrala axeln (10) vid den motsatta sidan av kammaren i förhållande till inloppsöppningen för medlen för matning av vatten.

2. Anordning enligt patentkravet 1, i vilken upphettningsutrymmet (1) är en eldstad, vars rökgaser används som heta gaser, k ä n n e t e c k n a d av att vattnet för avkylning av eldstaden är placerat i ett öppet vattenutrymme (4), vilket är anordnat i ett utrymme mellan eldstadens vägg och ett eldrör (5) som skyddar vattnet mot strålningsvärme, och att vattenutrymmet (4) vid sin nedre del är fäst vid virvelkammaren (2) i närheten av den centrala axeln medelst en röranslutning som fungerar som-medel för matning av vatten. I

3. Anordning enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k n a d av att vattenutrymmet (4)gvid sin övre del år fast vid virvelkammaren (2) i närheten av den centrala axeln (10) medelst ett överströmningsrör som fungerar som medel (8) för matning av vatten.