HU215823B - Vízmelegítő berendezés - Google Patents

Description

A jelen találmány tárgya vízmelegítő berendezés víztartályba épített hőcserélővel, ahol a hőcserélőnek dupla falú külső dobja, a külső dobnak felső gázelosztó kamrája és alsó gázelosztó kamrája van a két fal közötti tér felső és alsó részében, közöttük pedig égéstermék-levezető gáztér van; a hőcserélőben olyan belső dob van térközzel elhelyezve, amelynek belsejében égéstér van kialakítva; továbbá a külső dob és a belső dob közötti térközben víztér van kialakítva, füstgázokkal működő hőcserélővel van ellátva.

Ilyen hőcserélő berendezéseket ismertet többek között a 115.168/1976 számú japán használatiminta-bejelentés. A berendezés vázlata a 9. és 10. ábrán látható. Itt belső dob van kialakítva, amelyet kettős fal választ el a 66 külső dobtól, amely ugyancsak kettős falú. A kettő között 68 égéstermékkamra alakul ki, a külső dupla falban pedig olyan 71 külső vízkamra van, amely 69 melegvíz-elvezetéssel és 70 hidegvíz-bevezetéssel van ellátva felső, illetve alsó részénél. Belül 74 égéstér van kialakítva, amely összeköttetésben áll a 68 égéstermékkamrával, amelynek alsó részéhez 75 füstelvezetés, valamint 78 kémény van csatlakoztatva. A 71 külső vízkamra és a 72 belső vízkamra falán 77 égőfej nyúlik át. A 69 melegvíz-elvezetés célszerűen melegvíz-tartályba vezet, ezt a rajzon az egyszerűség kedvéért nem ábrázoltuk. A berendezésen 79 szerelőnyílás van, amelyen át a tisztítást el lehet végezni.

A bemutatott vízmelegítőben a 77 égőfej égésterméke a 74 égéstérben felfelé áramlik, majd lefelé halad a égéstermékkamrában. A 75 füstelvezetésnél a felgyorsult égéstermék kilép a berendezésből. Közben a 70 hidegvíz-bevezetésen át hideg vizet juttatunk a rendszer alsó részébe, a 71 külső vízkamrába. A víz felmelegedve felemelkedik, és beáramlik a 72 belső vízkamrába, a 73 átvezetőcsöveken keresztül. Ezzel egyidejűleg az égéstermékek hőmérséklete fokozatosan lehűl. A berendezésben a korábbi megoldásokhoz képest növekszik az égés hatékonysága és megszűnik a tökéletlen égés.

A bemutatott berendezés azonban nemcsak a fenti előnyös tulajdonságokkal rendelkezik, hanem számos hátránya is van. A berendezésben ugyanis, amikor a 70 hidegvíz-bevezetésnél bevezetett folyadék a 71 külső vízkamrában és a 72 belső vízkamrában áramlik a 73 átvezetőcsöveken keresztül, érintkezésbe kerül a 72 belső vízkamrában áramló hideg folyadék és a 71 külső vízkamrából kifelé haladó forró folyadék, aminek következtében a 71 külső vízkamrában leszálló áramlat jön létre, ami megakadályozza a sima lamináris áramlást és az ennek megfelelő jó hőátadást a külső és belső vízkamrák között. Ezért nem biztosítható ebben a berendezésben megfelelő hatékonyságú hőcsere. További hátránya a megoldásnak, hogy az egész berendezés gyakorlatilag monolit szerkezetként van kialakítva, ami mind a szerelést, mind a karbantartást meglehetősen megnehezíti.

A jelen találmánnyal ezért olyan vízmelegítő berendezés kialakítása a célunk, amellyel a hagyományos vízmelegítők hiányosságai megszüntethetők, a víztartályban a vízáramlás a hőcserélő teljes felülete mentén lamináris és a hőátadás jó, az égéstermék áramlása során elegendő huzatot biztosít ahhoz, hogy a víztartály minden részén megfelelően melegedjék a folyadék. További célunk a találmánnyal olyan vízmelegítő berendezés kialakítása, amelynek külső vízkamrájában a víz lefelé áramlik a felső részből átvezetőcsöveken keresztül az alsó részbe, majd felemelkedik, és nem jön létre a külső vízkamrában olyan emelkedő vízáram, amely a hideg víz és a meleg víz közötti hőátadást lehetővé tenné sem a külső, sem a belső vízkamrában. A berendezésnek mind a külső, mind a belső vízkamrájában lamináris vízáramlás és kiváló hőátadás biztosított a gáz és a folyadék között, azaz nagy hatékonyságú hőcsere játszódik le, és a hőcserélő a víztartályból kiszerelhetően van elhelyezve, miáltal mind az üzembe helyezés, mind pedig a karbantartás egyszerű.

A kitűzött feladatot olyan víztartályba épített hőcserélővel oldottuk meg, ahol a hőcserélőnek dupla falú külső dobja, a külső dobnak felső gázelosztó kamrája és alsó gázelosztó kamrája van a két fal közötti tér felső és alsó részében, közöttük pedig égéstermék-levezető gáztér van; a hőcserélőben olyan belső dob van térközzel elhelyezve, amelynek belsejében égéstér van kialakítva; továbbá a külső dob és a belső dob közötti térközben víztér van kialakítva, ahol a találmány szerint a víztér felső részéhez olyan felső vízátvezető cső van csatlakoztatva, amelynek a vizet kivezető vége a külső dobon van átvezetve, és amellyel a víztartály, valamint a hőcserélő van összekötve; a víztér alsó részéhez olyan alsó vízátvezető cső van csatlakoztatva, amelynek a vizet bevezető vége a hőcserélőt körülvevő térrel van összekötve, továbbá az égéstérből a víztér felső részén át a felső gázelosztó kamrába vezető felső gázátvezető csöve, valamint a külső dob alsó részéből a víztartályon kívülre vezető füstelvezető csöve, és olyan, égőfejet hordozó lángcsöve van, amely áthalad a külső dobon és a víztéren, továbbá a belső dob falán.

Az így kialakított vízmelegítő berendezésben a hőcserélő az égőfej beindításával működésbe lép. Az égéstermék felemelkedik a belső dobban, a felső gázelosztó kamrába kerül a külső dob két fala közé, majd visszafordul és lefelé áramlik, belép az alsó gázelosztó kamrába, ahonnan a füstelvezető csövön át áramlik ki. Amíg az égéstermék ily módon emelkedő és leszálló mozgást végez a hőcserélőben, az osztott víztérben lévő víznek hőt ad át az égéstermékkamra falain keresztül, és az így biztosított kedvező áramlási viszonyok következtében az égési hatásfok is növekszik, és az égéstermékkel egyidejűleg a folyadék lefelé és felfelé áramló mozgást végez az osztott víztérben, amiből következőleg ellenáramú hőcsere alakul ki a gáz és a külső dobban lévő folyadék között, a folyadék felmelegedésével egyenes arányban. Amikor a hőcserélő működése - és egyidejűleg a levegőbevezetés is - leáll, az égéstermék a hőcserélőben marad, és megakadályozza, hogy kívülről hideg levegő áramoljon be, azaz igen jó hőszigetelő hatást biztosít, és megakadályozza, hogy a víztartályban lévő folyadék kifelé hőt adjon le.

A találmány további részleteit kiviteli példákon, rajz segítségével ismertetjük. A rajzon az

1. ábra a találmány szerinti berendezés egy célszerű kiviteli alakjának részlete, metszetben, a

HU 215 823 Β

2. ábra az 1. ábrán bemutatott berendezés 2-2 metszete, a

3. ábra egy másik kiviteli alak metszete, a

4. ábra a 3. ábrán bemutatott kiviteli alak 4-4 metszete, az

5. ábra a berendezés melegítési pontjának, középpontjának és fiistelvezetési pontjának vázlata, a

6. ábra a találmány egy további kiviteli alakjának metszete, a

7. ábra egy másik kiviteli alak metszete, a

8. ábra egy kombinált kiviteli alak rajza, a

9. ábra egy ismert megoldás metszete és a

10. ábra a 9. ábrán bemutatott berendezés 14-14 metszete.

Az 1. és 2. ábrán látható kiviteli alak 1 víztartályban elhelyezett 2 hőcserélőt tartalmaz. A 2 hőcserélőnek dupla falú 3 külső dobja van, amelyben 5 felső gázelosztó kamra és 11 alsó gázelosztó kamra van kialakítva a kettős fallal határolt felső, illetve alsó részben. A kettő között 16 gáztér alakul ki, és a 3 külső dob belsejében 4 belső dob van elhelyezve. Ennek belsejében 9 égéstér és 14 felszállóégéstermék-tér van.

A 3 külső dob és a 4 belső dob között 6 víztér van kialakítva, amely 7 felső vízátvezető csővel van az 1 víztartály 46 vízteréhez csatlakoztatva. A 7 felső vízátvezető cső átnyúlik a 3 külső dobon. A 6 víztér alsó részéből alsó vízátvezető cső vezet az 1 víztartály 46 vízterébe, és ez is átnyúlik a 3 külső dobon.

Fölül kétoldalt 10 felső gázátvezető csövek kötik össze a 6 víztéren keresztül a 9 égésteret az 5 felső gázelosztó kamrával. Alul 12 füstelvezető cső csatlakozik a 3 külső dob 11 alsó gázelosztó kamrájához. Oldalról 13 lángcső nyúlik át a 6 víztéren és az 1 víztartályon, amelynek oldalfalára van erősítve, 15 égőfejjel együtt.

A bemutatott kiviteli alak a következőképpen működik.

A 15 égőfej beindításakor a hőcserélő is működni kezd, és a keletkező égéstermék a 4 belső dobban a égéstér 14 felszállóégéstermék-terébe áramlik, majd belép az 5 felső gázelosztó kamrába a 10 felső gázátvezető csövön át, és irányt váltva az 5 felső gázelosztó kamrában elindul lefelé aló leszálló gáztérbe. A 11 alsó gázelosztó kamrából az égéstermék a 12 füstelvezető csövön át távozik.

Miközben az égéstermék felfelé és lefelé áramlik a hőcserélőben a fent leírt módon, hőátadás jön létre az égéstermék és a 3 külső dobban, valamint az 1 víztartályban lévő folyadék között. A 16 gáztérben áramló égéstermék hőleadása következtében fokozott huzat alakul ki, és a hőcsere hatékonyabbá válik. Ezalatt a külső dobban elhelyezkedő folyadék laminárisán áramlik a 6 víztérben, illetve felfelé átáramlik a 7 és 8 vízátvezető csöveken keresztül, és így a folyadék hőmérséklete rohamosan emelkedik.

Az 5. ábrán lévő diagramból látható, hogy az égőfejnél lévő U melegítési pont, valamint a felső gázelosztó kamra magasságának felezővonalán lévő M pont közötti H’ távolság rövidebb, mint a D füstelvezetési pont és az M pont közötti H távolság. A kettő közötti különbség értéke h. Ennek megfelelően, amikor a 2 hőcserélő leáll, a 13 lángcső megakadályozza a gázoknak a D füstelvezetési ponttól az M pontig, illetve az U melegítési pontig történő áramlását. A levegőbevezetés megszűnésének következtében az égéstermék a 2 hőcserélőben marad, és megakadályozza külső hideg levegő beáramlását, azaz hőszigetelő hatást fejt ki, aminek következtében az 1 víztartályban lévő folyadékból hőátadás nem történik.

A találmány szerinti berendezés egy másik kiviteli alakja látható a 3. és 4. ábrán. Itt a 8 alsó átvezetőcső a 12 füstelvezető cső belsejében, a 3 külső dob aljánál van kialakítva, egyébként a két kiviteli alak teljesen hasonló. Az itt bemutatott kialakítás célja az, hogy az 1 víztartály alsó részében ne tudjon kialakulni holttér, és a folyadék simábban és könnyebben jusson a 2 hőcserélőbe.

A hőcserélők a bemutatott kiviteli alakoknál külön víztartályokban vannak elrendezve, de adott esetben több hőcserélő is alkalmazható egyetlen víztartály belsejében, azaz a találmány szerinti vízmelegítő jól használható például fürdőkben meleg vizes medencék vizének melegítésére, víztárolók melegítésére, mozgófürdők kialakításához, gőzgenerátoroknál, abszorpciós hűtőgépeknél, hideg vegyületfürdőknél, meleg vizes kultúráknál vagy bármilyen egyéb helyen.

A 6. ábrán a találmány szerinti vízmelegítő egy további kiviteli alakja látható, ahol a 41 hőcserélő oldhatóan kapcsolódik a 42 víztartályhoz.

A 41 hőcserélőben kettős falú 51 külső dob van, és a 41 hőcserélő, valamint egy 43 ház között 60 külső víztér van kialakítva. A 60 külső vízteret a 43 ház határolja. Az 51 külső dob 45 felső gázelosztó kamrával van ellátva, és kettős fala között 56 gáztér van kialakítva. A 44 belső dobban 49 égéstér van, körülötte pedig 46 belső víztér helyezkedik el. Ezt 47 felső vízátvezető cső kapcsolja a 42 víztartályhoz, az 51 külső dobon keresztül. A 46 belső víztér alját 48 alsó vízátvezető cső köti össze a 60 külső víztér aljával. A 49 égéstér felső részéhez 50 felső gázátvezető csövek kapcsolódnak, és ezek a 46 belső víztéren átnyúlva a 45 felső gázelosztó kamrába vezetnek. Az 51 külső dob aljából 52 füstelvezető cső nyúlik át a 60 külső víztéren összekötve az 54 alsó gázelosztó kamrát a kéménnyel.

A 41 hőcserélő oldalán 55 égőfej van elrendezve, és ennek 53 lángcsöve keresztülnyúlik a 43 házon, valamint az 51 külső dobon. Az 55 égőfej leszerelhetően van az 53 lángcsőre szerelve.

A 41 hőcserélő felső részére 59 terelőcső van erősítve, amely benyúlik a 42 víztartályba. A 42 víztartály alul 57 vízbevezető csővel, fölül pedig 58 melegvíz-elvezetéssel van ellátva. A 41 hőcserélő teljes egészében leszerelhető a 42 víztartályról, a 63 és 64 karimákat összekötő 61 csavarkötés oldásával.

A 6. ábrán bemutatott berendezés a következőképpen működik. Amikor a 41 hőcserélőt beindítjuk és az 55 égőfej működik, a 49 égéstérben keletkező égéstermékek felfelé mozognak, és belépnek a 45 felső gázelosztó kamrába az 50 felső gázátvezető csöveken ke3

HU 215 823 Β resztül, majd megfordulva lefelé haladnak az 56 gáztérben, és az 54 alsó gázelosztó kamrát az 52 füstelvezetésen keresztül hagyják el. Másfelől az 57 vízbevezető csövön át víz áramlik a 42 víztartályba, és a hideg víz leszáll a 60 külső víztérbe az 59 terelőcső és a 43 ház fala közé. A 48 alsó vízátvezető csőnél a víz áramlása megfordul, és ezen áthaladva fölfelé áramlik a 46 belső víztérben. A víz a hőcserélőt a 47 felső vízátvezető csövön keresztül hagyja el, és visszajut a 42 víztartályba. Eközben a 42 víztartályban lévő hideg víz hőmérséklete nem változik, így a hideg víz és a meleg víz közötti hőátadás elkerülhető, a 46 víztérben és a 60 külső víztérben a folyadék simán, laminárisán áramlik, az égéstermékek pedig elegendő mennyiségű hőt adnak át ahhoz, hogy a felszálló és leszálló mozgás megfelelő hatékonysággal történjék, és ennek megfelelően a gáz és a folyadék között jó hőátadás történjék, így a hatékonyság növekszik, és a folyadék hőmérséklete gyorsan emelkedik.

A berendezés alapvető előnye, hogy amikor karbantartás, javítás vagy alkatrészcsere szükséges a 41 hőcserélőben, a munkához az egész hőcserélő eltávolítható a 42 víztartályról. Hasonlóképpen a hőcserélő dobjain keresztülnyúló lángcsőhöz eltávolíthatóan van csatlakoztatva az 55 égőfej.

Amikor az 55 égőfej nem működik, a hőcserélő belsejében lévő égéstermék nem távozik el, ennek megfelelően nem hatol be hideg levegő kívülről, és így a berendezés belsejében lévő forró vizet szigetelő hatás érvényesül.

A találmány szerinti berendezés egy további kiviteli alakja látható a 7. ábrán. Ennek felépítése csaknem teljesen azonos a 6. ábrán bemutatottal, a különbség annyi, hogy a 41 hőcserélőt és a 42 víztartályt maga a meghosszabbított 47 felső vízátvezető cső köti össze az 59 terelőcső helyett. A berendezés üzemelése is teljesen hasonló a 6. ábrán bemutatott kiviteli alakéhoz.

Ismét egy további megoldás látható a 8. ábrán. Itt a 42 víztartály nagyméretű 62 kádként van kialakítva, tehát lehet például uszoda vagy fürdőmedence, és aljához több 41 hőcserélő van csatlakoztatva a már korábban bemutatott 63 és 64 karimák, valamint 61 csavarkötések segítségével. Ennek megfelelően itt is lehetséges a 41 hőcserélők karbantartás vagy javítás esetén történő leszerelése és megfelelő módon történő ellátása.

A bemutatott kiviteli példákból látható, hogy a találmány szerinti megoldás jól alkalmazható nemcsak kisebb méretű vízmelegítőknél, hanem meleg vizes fürdőkben, uszodáknál vagy tartalékvíz-, illetve melegvíz-rendszerekben, gőzgenerátoroknál, termálfürdőknél, gyógyfürdőkben vagy főzővíz-előállító vízmelegítőkhöz is.

Claims (8)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Vízmelegítő berendezés víztartályba (1, 42) épített hőcserélővel (2, 41), ahol a hőcserélőnek (2, 41) dupla falú külső dobja (3, 51), a külső dobnak (3, 51) felső gázelosztó kamrája (5,45) és alsó gázelosztó kamrája (11, 54) van a két fal közötti tér felső és alsó részében, közöttük pedig égéstermék-levezető gáztér (16, 56) van; a hőcserélőben (2, 41) olyan belső dob (4, 44) van térközzel elhelyezve, amelynek belsejében égéstér (9, 49) van kialakítva; továbbá a külső dob (3, 51) és a belső dob (4, 44) közötti térközben víztér (6, 46) van kialakítva, azzal jellemezve, hogy a víztér (6, 46) felső részéhez olyan felső vízátvezető cső (7, 47) van csatlakoztatva, amelynek a vizet kivezető vége a külső dobon (3,51) van átvezetve, és amellyel a víztartály (1, 42) víztere, valamint a hőcserélő (2, 41) víztere (6, 46) van összekötve; a víztér (6, 46) alsó részéhez olyan alsó vízátvezető cső (8, 48) van csatlakoztatva, amelynek a vizet bevezető vége a hőcserélőt (2, 41) körülvevő térrel van összekötve, továbbá az égéstérből (9, 49) a víztér (6,46) felső részén át a felső gázelosztó kamrába (5, 45) vezető felső gázátvezető csöve (10, 50), valamint a külső dob (3, 51) alsó részéből a víztartályon (1,42) kívülre vezető füstelvezető csöve (12, 52) és olyan, égőfejet (15, 55) hordozó lángcsöve (13, 53) van, amely áthalad a külső dobon (3, 51) és a víztéren (6, 46), továbbá a belső dob (4, 44) egyik oldalán.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti vízmelegítő berendezés, azzal jellemezve, hogy az alsó átvezetőcső (8) a külső dobban (3) van elhelyezve.
3. 3. Az 1. igénypont szerinti vízmelegítő berendezés, azzal jellemezve, hogy az alsó átvezetőcső (8) a füstelvezető csőben (12) van elhelyezve.
4. 4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti vízmelegítő berendezés, azzal jellemezve, hogy a víztartályban (1) több hőcserélő (2) van.
5. 5. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti vízmelegítő berendezés, azzal jellemezve, hogy a víztartály (42) egy részét a hőcserélőt (41) körülvevő ház (43) képezi, és így a külső dob (51), valamint a ház (43) között külső víztér (60) van kialakítva.
6. 6. Az 5. igénypont szerinti vízmelegítő berendezés, azzal jellemezve, hogy a külső dob (51) felső részéhez a víztartályba (42) benyúló hengeres terelőcső (59) van csatlakoztatva.
7. 7. Az 5. vagy 6. igénypont szerinti vízmelegítő berendezés, azzal jellemezve, hogy a víztartály (42) vízbevezető csővel (57) van ellátva, és felső részén melegvízelvezetés (58) van.
8. 8. Az 5-7. igénypontok bármelyike szerinti vízmelegítő berendezés, azzal jellemezve, hogy a víztartályhoz (42) több hőcserélő (41) van csatlakoztatva.