NO141383B - Varmekjele for forbrenning av flytende eller gassformige brennstoffer - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrorer en varmekjele for forbrenning av flytende eller gassformige brennstoffer som består av en vannforende kappe, hvori det er anbragt et sylindrisk kammer som inneholder brennkammeret og varmgasstrekk med forut anbragt foringskammer, idet kammeret er omgitt av i tverrsnitt tilnærmet U-formede blikkprofiler som trekk-kanaler som er fordelt med avstand over hele omkretsen, og som står i forbindelse med et rokgass-sam-lingskammer med rokgassavtrekk og er forbundet med innerveggen av det sylindriske kammeret ved langsgående sveisesommer.

Varmekjele av nevnte type er kjent, f.eks. fra sveitsisk patent 485.182 hhv. tysk patent 1.778.880. Disse kjente kjelene kan riktignok tilfredsstille de stilte krav med hensyn til den mulige varmeutnyttelsen, men den praktiske gjennomfbringen og en okonomisk fremstilling gir dog betraktelige problemer, og av den grunn lot slike kjeler seg formodentlig ikke innfore på markedet. Av interesse herunder er særlig utforelsesformene av gjenstandene i nevnte patenter, hvor U- eller tilnærmet U-formige blikkprofiler ble satt på innerveggen i en sylindrisk kappe og sveiset

langs kantene. På den annen side kunne slike kjeler ikke anven-des uten vanskelighet over brede temperaturområder, og da særlig ikke i lavere temperaturområder på eksempelvis 30 - 60°C på grunn av den dermed forbundne korrosjonsfare..

Ved en for sterk profilering av det totale avtrekkstverrsnittet kreves et stort sveisearbeide som medforer den vanskelighet at det ikke foreligger tilstrekkelig plass mer for sveiseverktoy-ene mellom profilblikkene og samtidig blir de basisområdene av U-profilene som er rettet mot det egentlige brennkammeret så smale, delvis til og med spisse, at ville man på grunn av fare for kjelesteinsrensing av profilene anvende en avskjermende brennkammerhylse, ville maksimalt ugunstige varmeovergangsforhold oppstå. Levner man derimot tilsvarende store mellomrom for å komme til med maskinelt sveiseverktoy, som i dag gir den eneste mulighet for en ennå forsvarlig okonomisk fremstilling, er totalavtrekks-tverrsnittet for lite profilert og de opptatte varmemengder kan ikke lenger fjernes tilstrekkelig gjennom materialstykkene. Folgen derav er hoye avgasstemperaturer og kjelesteinsfare, særlig når ingen spesiell brennkammerhylse innsettes, slik det er tilfellet ved de ovenfor nevnte, og tidligere kjente utforelses-former.

Så god tanken i og for seg er ved slik utforelse av varmgasstrekkene hos kjelen av nevnte type, er denne i siste instans ikke tilstrekkelig til å fylle kravene til en okonomisk forsvarlig og praktiserbar fremstillingsmulighet, heller ikke den nodvendige lange brukstid og til slutt heller ikke kravene for så optimale varmeovergangsforhold og gunstige korrosjonsforhold som mulig.

Til grunn for oppfinnelsen ligger derfor den oppgave å forbedre varmekjeler av tidligere kjente og innledningsvis nevnte type sådan at de nevnte krav i det minste tilnærmelsesvis kan reali-seres optimalt, dvs. en slik varmekjele bor fremskaffes som uten vanskelighet vidtgående lar seg fremstille okonomisk maskinelt og som ved såvel kjolt som ikke kjolt brennkammerhylse tilfreds-stiller varmeovergangskravene funksjonelt og som ved å beherske det kondensat som oppstår i visse driftsfaser, også kan opereres i lave temperaturområder.

Denne oppgaven er lost med en varmekjele ifolge oppfinnelsen ved at de langsgående kantene av blikkprofilene som skal sveises,

er noe vinklet utover og at blikkprofilenes basisområder under okning av deres opprinnelige bredde er presset i retning av innerveggen og er presset slik i hoyden at avstanden mellom to motstående profilbaser over kammerdiameteren tilsvarer omtrent den ytre diameteren til den anbragte vannkjolte eller ikke kjolte brennkammerhylsen i det tilovers blivende frirommet i kammeret, hvorunder det i området av de kondensatomfintlige flatene utenfor trekkene er anordnet elementer for rask kondensatfordampning.

U-profilene har altså ved denne losningen på sin åpne side, der hvor de påsveises, den tilsiktede bredde. Henimot brennkammerhylsen er de deretter relativt smale, slik at storre avstand foreligger mot neste profil og den maskinelle sveisebrenneren alltid kan.sveise sommene under den nodvendige skråvinkel.

Når alle U-profilene er påsveiset, kommer blikket som etterpå avrundet danner det sylindriske kammeret, under en presse. U-profilene presses og gjennom presseverktøyet som utforer presseoperasjonen, antar U-profilene i basisområdet sitt en vesentlig storre bredde. Den fri avstand mellom U-profilene er efter presseoperasjonen tilsvarende mindre i basisområdet, og basisflaten av U-profilene som vender mot brennkammerveggen, er nærpå fordoblet.

Hos et ikke kjolt, bare innskjdvet og for renseformål lett fjern-bart potteformet brennkammer (for varmekjeler mindre ydelse) av fortrinnsvis edelstål, har denne den fordel at de av vekkgående varme hhv. rokgass berorte flater av brennkammerhylsen reduseres tilsvarende ved basisstykkeutvidelsen, slik at altså varmeopptaket fra den meget varme brennkammerveggen er tilsvarende redusert ved de vekkgående gassene.

Dreier det seg derimot om et fast innbygget vannforende brennkammer, hvilket er tilfellet hos kjeler med storre ydelse, gir disse store varmeovergangsflater svarende til de fastliggende basisstykkene hvorigjennom varme godt kan uttransporteres.

Da trekkene av relativt tynne blikkstykker oppvarmes meget raskt er også korrosjonsproblemet lost i dette område, da korroderende kondensatvæske aldri kommer inn i det nedre trekkområdet og kan samle seg der og igjen fordamper på de relativt raskt oppvarmende trekkprofiler.

For å bedre varmeovergangen fra U-profilet til kammerveggen og for samtidig å ikke la pressingen av U-profilene efter sveisingen virke uheldig på sveisesommene - det må ikke oppstå sprekker -, blir U-profilenes sidevegger alltid vinklet utad i en bredde på fem til seks mm ved kantene som de sveises på den indre kappen med. Deretter kan sveisehodene (tre til fire sveiseelektroder er som regel sammenfattet til et verktoy) innfores med en mindre hellningsvinkel til den loddrette aksen for sveising. Avstanden til de opprinnelig påsatte U-profiler til hverandre kan derved reduseres til en forsvarlig storrelse. Sveisebrenneren som derved må innfores steilere smelter de forut boyde kantene av U-profilene i stor utstrekning, og det oppstår en som med stort tverrsnitt og med relativt stor bredde, hvorved på den ene siden varmeovergangen fra U-profilet til innerveggen vesentlig forster-kes i forhold til en enkelt som, på den annen side er sommen innad til U-profilet så sterkt gjennomsveiset at ved etterpres-singen av profilene kan ingen sprekker opptre på sveisesommen fra innsiden av profilene, hvilket i praksis allerede har vist seg.

Ved denne utforelsen ifolge oppfinnelsen er altså på den ene side tatt hensyn til de konstruktive kravene med hensyn til fremstilling, nemlig ved at man forst levner tilstrekkelig plass mellom profilene for å kunne sveise maskinelt, og på den annen side ved pressingen av profilene oker basisflaten.

Varmekjelen utformes fortrinnsvis slik at blikk- hhv. U-profilene settes på den flatt utbrettede veggen, sveises og presses, veggen bbyes til en sylinder og lukkes med en langsgående sveise-som, hvorved basisområdene er tilsvarende krumt presset avpasset til brennkammerveggkrumningen.

En kondensatdannelse i kjelen under oppstartingsfasen og ved drift av kjelen i lavere temperaturområder lar seg prinsipielt ikke unngå, hvortil hittil ble tatt hensyn ved at man holdt

kjelen på en bestemt minste temperatur ved f.eks. tilbakelops-iblanding og hyppigere innsjalting av brenneren med tilsvarende energiforbruk, dvs. en kjeledrift under disse i dag vanlige be-tingelser har man hittil unngått.

Særlig kritisk er i denne sammenheng alle umiddelbart kjolte flater og sådanne, i hvis områder kondensat samles og kan danne regelrette poler.

For området til det i så henseende særlig kritiske rokgass-samlekammeret utformes varmekjelen derfor med fordel slik at U-profilenes ben i det minste i området av rokgass-samlekammeret er utstyrt med fanelignende forlengelser. Disse fanene oppvarmes på grunn av varmestromningen i profilmaterialet meget raskt, slik at kondensat som danner seg i dette kammeret umiddelbart kommer i kontakt med disse varme forlengelsene og igjen fordamper raskt.

Hele forlopet til den skadelige kondensatdannelsen kan man videre motvirke ytterligere ved at i rokgass-samlekammerets veggom-råde på vannsiden utstyres dennes vegg med en hylse som skjermer vannet som befinner seg i kjolekappen, hvilket skal beskrives nærmere.

En fordelaktig videreføring med tanke på det oppsatte mål tjener også det tiltak å anordne brennkammeret eksentrisk nedad i den da fortrinnsvis ovalt utformede kjelekappen, hvorved vannmengden som skal oppvarmes i det nedre kjeleområde blir mindre og lar seg raskere oppvarme.

Videre består på samme måte en fordelaktig viderefbring i at foran brennkammeråpningen i foringskammeret er det anordnet en i . og for seg kjent vannforende vegg som står i forbindelse med kjelekappens vannforende indre rom, som har en sentrert åpning for brenneren, og holder tilgangen til varmgasstrekkene åpen, hvorpå er plassert horisontalt lopende U-profiler mot flaten som rettes mot brennkammeråpningen. Disse U-profilene kan være de samme som danner trekkene, men trenger ikke pressomformingen.

I fdringskammerets bunnområde kan det på veggen som begrenser dette, i tillegg anordnes et skall av korrosjonsbestandig edelstål.

Varmekjelen ifolge oppfinnelsen kan opereres med glidende temperatur, dvs. kjeletemperaturen kan være lik den faktiske behovstem-peratur. Ved lite varmebehov kan kjelen f.eks. opereres med 30°C eller sogar med en lavere temperatur uten at forbrenningsgassene kondenserer vesentlig i kjelen og fremkaller konsekvenser av skadelig korrosjon. En kjele med olje- eller gassblåsebrenner, som ofte kan opereres med glidende temperatur uten at en vesentlig duggpunktskorrosjon oppstår, hhv. at dannet kondensat ikke kan virke skadelig, utgjor en betraktelig og alltid tilstrebet, men ikke alltid oppnådd fordel.

Varmekjelen ifolge oppfinnelsen med sine fordelaktige videreut-forelser illustreres i det folgende ved tegninger av utfor-elseseksempler.

Skjematisk viser

Fig. 1 et snitt gjennom påsatte blikkprofiler for omformingen deravj Fig. 2 et snitt gjennom påsatte blikkprofiler etter omformingen derav; Fig. 3 et omformet blikkprofil sett fra siden; Fig. 4 et tverrsnitt gjennom en varmekjele utstyrt med blikkprofilene; Fig. 5 et lengdesnitt gjennom en varmekjele ifolge fig. 4 utstyrt med blikkprofilene med ikke kjolt, potteformet innskjovet brennkammerhylse ; Fig. 6 et tverrsnitt i likhet med fig. 4 gjennom en varmekjele med vannkjolt brennkammerhylse; Fig. 7 et tverrsnitt gjennom en varmekjele i spesiell utfbrelses-f orm;

Fig. 8 foringskammerområdet i snitt, og

Fig. 9 en spesiell utfbrelsesform av U-profilene.

I figurene er blikkprofilenes 2 langsgående kanter betegnet med

1, basisområdene deres med 3, den opprinnelige bredden med 4, innerveggen med 5 hvorpå blikkprofilene 2 settes og påsveises,

den bare innskjovede, ikke kjolte pottelignende brennkammerhylsen av fortrinnsvis edelstål med 6, den vannavskjermende hylsen med 7, profilbenets 14 forlengelser med 8, kappens 15 vannforende, indre rom med 9, rbkgass-samlekammeret med 10, rokgassavtrekket med 11 og den langsgående sveisesommen med 12 til innerveggen 5

som er krummet til en sylinder.

Blikkprofilene 2 forformes i fig. 1 og settes med tilsvarende avstander på den ennå flate indre veggen 5.

De langsgående kantene 1 er derunder, slik det fremgår av fig. 1 og 2, noe vinklet, hvorved en storre plassvinning oppnås mellom profilene 2/ og de langsgående sveisesommene 13 under delvis avsmelting av benendene også kan gjennomføres maskinelt uten vanskelighet, som på grunn av sitt relativt, store tverrsnitt danner gode varmeledningsbroer, slik at varmen kan overfores optimalt fra benene 14 til den vannkjolte indre veggen 5.

Med hensyn til den ikke vannkjolte brennkammerhylsen 6 (fig. 4, 5) ville det nå dog være uheldig om blikkprofilene 2 beholdt

formen ifolge fig. 1. Av denne grunn presses derfor profilene 2 til en form ifolge fig. 2, hvorved tverrsnittene 4' som er åpent rettet mot brennkammerhylsen 6, reduseres og direktekontakten til vekkgående rokgasser med hylseveggen minskes. Brennkammerhylsen 6 må selvfølgelig ikke være potteformet, men det er også mulig å la denne være åpen bakover, hvorved rokgass-samlekammeret 10 blir til et fbringskammer og rbkgassene gjennornstrommer blikkprofilene 2 bakfra og fremover til et da med avtrekk utstyrt rokgass-samlekammer.

Ved kjeleutformningen ifolge fig. 6, altså med vannkjolet brennkammerhylse 6<1>, hvor basisstegene 3 er lagt tettest mulig på grunn av sin krumning, oppnås overfor utforelsesformen ifolge fig. 4 den fordel at de bredere gjorte basisstegene gir en storre varmeovergangsflate med hensyn til den kjolte hylseveggen. 1 en fordelaktig videreføring er bena 14 nedstrøms av profilene 2 ifolge fig. 5, 9 utstyrt med fanelignende forlengelser 8 og rager derved inn i rokgass-samlekammeret 10 omtrent til dettes foring 26 på baksiden, hvorved endene av forlengelsene 8 ifolge fig. 9 kan være utstyrt med avbøyninger 8' for gjensidig å kunne stbtte seg mot forskyvninger. Slike forlengelser 8 kan eventuelt også anbringes i foringskammerets 18 område.

For med hensyn til kondensdannelse ikke å utsette det spesielt kritiske område av rokgasskammeret 10 for vannets kjblevirkning, kan med fordel i dette område vannsiden av veggen 5 utstyres med en avskjermende hylse 7, hvis indre rom bakover kan forbli åpent som angitt. Hvis kondensat oppstår i dette område, kommer det nodvendigvis i kontakt med de raskt oppvarmede forlengelsene 8 hhv. drypper på disse, fordamper raskt igjen og forsvinner gjennom avtrekket 11.

For å redusere kondensatdannelsesfasen mest mulig, kan ifolge fig. 7 det sylindriske kammeret 16 anordnes eksentrisk nedad i en da fortrinnsvis oval kjelekappe 15', hvorved vannmengden som befinner seg i det nedre område, reduseres og derved kan oppvarmes raskere.

Med hensyn til rask fordampning av dannet kondensat kan forlengelser 8, som nevnt, anordnes i fbringskammerets18 (fig. 8) område .

Området foran brennkammeråpningen 17 som utsettes sterkt for de utstrommende varmgasser, kan utstyres med en i og for seg kjent vannforende vegg 22 med åpning 20 for plassering av brenneren (ikke angitt), som oppe og nede gjennom vannforende steg, slik synlig i fig. 8, står i forbindelse med det vannforende indre rommet 9 av kappen 15. Fra steg til steg danner det seg på begge sider en ringspalte, hvorigjennom trekkene blir tilgjengelig for rensing når det ikke angitte lukningsdekselet er åpnet.

Den varmeutsatte flaten 23 av denne veggen 22 er nå likeledes besatt med U-profiler 24 i horisontal retning, som likeledes lar seg raskt oppvarme ved oppstarting. Dannet kondensat kan

ikke lbpe nedad gjennom profilene 24 men fordamper på de relativt raskt oppvarmede profilene 24.

Ved siden av den mulighet også i fbringskammerets 18 område å utstyre profilenes 2 ben 14 med forlengelser 8 som i fig. 5, kan

ytterligere i fbringsbrennkammerets 18 bunnområde et skall 25

av fortrinnsvis edelstål plasseres som forhindrer korrosjon i dette område.

Claims (9)

1. Varmekjele for forbrenning av flytende eller gassformige brennstoffer, bestående av en vannforende kappe, hvori et sylindrisk kammer er plassert for å inneholde brennkammeret og varmgasstrekkene med forutgående fbringskammer, der kammeret er omgitt av et antall trekkanaler dannet av i tverrsnitt nær U-formede blikkprofiler anbragt over hele omkretsen og fordelt med avstand ved siden av hverandre, som står i forbindelse med et rbkgass-samlekammer med rokgassavtrekk og som ved langsgående sveisesbmmer er forbundet med det sylindriske kammerets inner-vegg, karakterisert ved at de langsgående kantene (1) av blikkprofilene (2) som skal sveises er noe vinklet utad og at blikkprofilenes (2) basisområder (3) er presset under forbkelse av sin opprinnelige bredde (4) i retning av den indre veggen (5) og er slik deformert i hbyden at avstanden mellom to motstående profilbaser (3) i et kammertverrsnitt tilsvarer omtrent den ytre diameteren til en vannkjblt (6<1>) eller ikke kjolt brennkammerhylse (6), som er plassert i det fritt blivende rommet i kammeret, hvorved i området for de kondensatbmfintlige flatene utenfor trekkene er anbragt elementer for rask kondensatfordampning.

2. Varmekjele ifolge krav 1, karakterisert ved at blikkprofilene (2) er satt på den flått utbrettede veggen (5), sveiset og presset, som ble bbyet til en sylinder og. lukket med en langsgående sveisesbm (12).

3. Varmekjele ifolge krav 1 og/eller.2, karakterisert ved at basisområdene (3) er tilsvarende krumt presset i tilpasning til brennkammerveggkrumningen.

4. Varmekjele ifolge ett eller flere av kravene 1-3, karakterisert ved at bena (14) til U-profilene i det minste i området til rokgass-samlekammeret (10) er utstyrt med fanelignende forlengelser (8).

5. Varmekjele ifolge krav 4, karakterisert ved at forlengelsene (8) på enden er utstyrt med en avbbyning (8') rettet mot den nabostående forlengelsen (8).

6. Varmekjele ifolge ett eller flere av kravene 1-5, karakterisert ved at i veggområdet til rokgass-samlekammeret (10) på vanns iden er veggen (5) utstyrt med en avskjermende hylse (7) mot vannet som befinner seg i kjelekappen (15) .

7. Varmekjele ifolge kravene 1-6, k~arakterisert ved at det av veggen (5) dannede sylindriske kammeret (16) innenfor den ovalt utformede kjelekappen (15') er anordnet eksentrisk nedad.

8. Varmekjele ifolge kravene 1-7, karakterisert ved at det foran brennkammeråpningen (17) i fbringskammeret (18) er anordnet en i og for seg kjent vannforende vegg (22) som står i forbindelse med kjelekappens (15) vannforende indre rom (19) med en sentrert åpning (20) for brenneren med åpen til-gang til varmgasstrekkene (21), hvorpå er plassert horisontalt lbpende U-profiler (24) mot flaten (23) som er rettet mot brennkammeråpningen (17).

9. Varmekjele ifolge krav 8, karakterisert ved at i fbringsbrennkammerets (18) bunnområde er det på veggen (5) anordnet et skall (25) av korrosjonsbestandig edelstål.