Najpopularniejszy w Polsce portal o finansach i biznesie
Money.plTechnologie dla biznesuPrzemysłPatentyEP 1819978 T3
Wyszukiwarka patentów
  • od
  • do
Patent EP 1819978 T3


EP 1819978 T3

RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: 14.11.2005 05819280.8 (19) PL (11) PL/EP (13) (51) 1819978 T3 Int.Cl. F27D 17/00 (2006.01) C03B 5/235 (2006.01) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (54) (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: 03.08.2016 Europejski Biuletyn Patentowy 2016/31 EP 1819978 B1 F23D 14/66 (2006.01) F28D 15/00 (2006.01) F23L 15/04 (2006.01) Tytuł wynalazku: POŚREDNI WYMIENNIK CIEPŁA (30) (43) Pierwszeństwo: 22.11.2004 FR 0452714 Zgłoszenie ogłoszono: 22.08.2007 w Europejskim Biuletynie Patentowym nr 2007/34 (45) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono: 28.02.2017 Wiadomości Urzędu Patentowego 2017/02 (73) Uprawniony z patentu: L'AIR LIQUIDE, SOCIETE ANONYME POUR L'ETUDE ET L'EXPLOITATION DES PROCEDES GEORGES CLAUDE, Paris, FR PL/EP 1819978 T3 (72) Twórca(y) wynalazku: GABRIEL CONSTANTIN, Buc, FR RÉMI PIERRE TSIAVA, ST GERMAIN LES CORBEIL, FR BERTRAND LEROUX, Issy les Moulineaux, FR (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Marek Ginter SULIMA GRABOWSKA SIERZPUTOWSKA BIURO PATENTÓW I ZNAKÓW TOWAROWYCH SP.J. Skr. poczt. 6 00-956 Warszawa 10 Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich). SGS-8700/VAL EP 1 819 978 B1 Opis 5 10 15 20 25 30 35 40 45 [0001] Wynalazek dotyczy całego przemysłu, w którym stosuje się piec generujący gorące spaliny, i w którym to piecu chce się wykorzystać energię cieplną gorących spalin do wstępnego ogrzewania reagentów dostarczanych do pieca, aby w ten sposób poprawić wydajność cieplną pieca. Może tu chodzić zwłaszcza o przemysł szklarski, a w szczególności o przemysł szkła płaskiego. [0002] Zasadniczo znane są dwa sposoby ogrzewania gazowego za pomocą gorących spalin. [0003] Przede wszystkim, znane są urządzenia zawierające wymiennik ciepła, który umożliwia bezpośrednie, ewentualnie za pośrednictwem ścianki, ogrzewanie gazu spalinowego przez gorące spaliny wytwarzane przez piec. Dokumenty EP 950 031 i US 5,807,418 opisują takie urządzenia. Wydaje się jednak, że rozwiązanie takie, choć rozsądne z punktu widzenia kosztów, gdyż zawiera tylko jeden wymiennik ciepła, nie zapewnia niezawodnego poziomu bezpieczeństwa, albo w każdym razie wystarczającego. Rzeczywiście, spaliny zawierają często niedopalone cząstki, albo dlatego, że sposób spalania wymaga atmosfery redukującej, albo z powodu złego działania palnika. Z biegiem czasu, materiał wymiennika ciepła może ulec uszkodzeniu, zwłaszcza w wyniku korozji, spowodowanej przez kontakt z gorącymi spalinami. Uszkodzone części wymiennika mogą wówczas dopuszczać do stykania się gorącego gazu spalinowego, którym jest hipotetycznie tlen, z tymi niedopalonymi cząstkami i w ten sposób generować źródło pożaru, którego skutki mogą być katastrofalne. [0004] Ponadto, znane są również urządzenia, w których wymiana ciepła dokonuje się w dwóch etapach, dzięki dwóm oddzielnym wymiennikom ciepła. Pierwszy wymiennik ciepła służy do ogrzewania czynnika pośredniego, w szczególności powietrza, przez gorące spaliny, a drugi wymiennik ciepła służy do ogrzewania gazu spalinowego, w szczególności tlenu, przez czynnik pośredni, uprzednio ogrzany za pomocą pierwszego wymiennika ciepła. Dokumenty patentowe US 6,071,116 i US 6,250,916 oraz patenty uprawnionego z niniejszego zgłoszenia wynalazku opisują takie urządzenia. Rozwiązanie to jest bardziej bezpieczne, niż pierwsze rozwiązanie opisane powyżej, ponieważ zawartość tlenu w czynniku pośrednim nie jest wystarczająca do zapalenia niedopalonych cząstek w spalinach. Ponadto, przebicie w ściankach wymiennika gazu spalinowego/czynnika pośredniego nie będzie miało żadnego skutku, ponieważ wymienionym gazem jest tlen, a czynnikiem pośrednim jest powietrze, i w tym wypadku jest to zetknięcie się dwóch utleniaczy. Ale za to, rozwiązanie to nie jest przystosowane do ogrzewania gazu ziemnego, stosowanego jako gaz spalinowy, ponieważ usterka wymiennika ciepła czynnik pośredni/gaz umożliwiałaby powstanie mieszanki gazu ziemnego i gorącego powietrza (czynnika pośredniego) i spowodowałaby wybuch. Inną wadą tego rozwiązania jest jego wysoki koszt, ponieważ wymaga ono dwóch oddzielnych wymienników ciepła, połączonych obwodem. [0005] Istnieje zatem zapotrzebowanie na ulepszone urządzenie do wymiany ciepła, takie jak zostało opisane w zastrzeżeniu 11 oraz na sposób wymiany ciepła, taki jaki został opisany w zastrzeżeniu 1, pozwalający uniknąć niedogodności znanych urządzeń. [0006] Przedmiotem wynalazku jest zatem wymiennik ciepła do pieca spalającego, który to wymiennik zawiera strefę wymiany ciepła, mającą środek do przenoszenia gorących spalin pochodzących z palnika pieca, a przez wymienioną strefę przechodzi co najmniej jeden środek do przesyłania gazu spalinowego przeznaczonego do ogrzania ze źródła gazu spalinowego, przez strefę wymiany ciepła, aż do palnika pieca, przy czym wymieniony środek ma ściankę zaprojektowaną tak, aby możliwe było ogrzewanie gazu spalinowego przez przekazywanie energii cieplnej, i ten wymieniony środek do przesyłania gazu 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 spalinowego umieszczony jest w strefie wymiany ciepła w środku zawierającym gaz obojętny i mającym ściankę zaprojektowaną tak, aby możliwe było ogrzewanie gazu obojętnego przez przekazywanie energii cieplnej wymienionych gorących spalin. [0007] W wymienniku ciepła, wykonanym według wynalazku przenoszenie ciepła lub wymiana ciepła pomiędzy gorącymi spalinami i gazem spalinowym dokonuje się w sposób pośredni: przez ściankę (tę środka do przesyłania gazu spalinowego) i przez atmosferę gazu obojętnego. [0008] Pod pojęciem gazu spalinowego rozumie się wszelkie gazy, zwykle stosowane w wymienniku ciepła, a w szczególności substancje podtrzymujące spalanie, takie jak tlen, powietrze, powietrze wzbogacone w tlen, lub paliwo, takie jak gaz ziemny. [0009] Pod pojęciem gazu obojętnego rozumie się wszelkie gazy obojętne nie biorące udziału w spalaniu, to znaczy wszystkie gazy niepalne z wyjątkiem tlenu. W szczególności można wymienić tu argon, hel, neon, krypton, azot lub ich mieszaniny. Wymieniony gaz obojętny jest korzystnie gazem statycznym. W jednym z przykładów wykonania, gaz obojętny nie jest gazem statycznym, to znaczy, że strumień gazu obojętnego przepływa przez środek mieszczący gaz obojętny, ale wymaga to oddzielnego układu zasilania, a zatem urządzenie jest bardziej złożone. [0010] Środek do przechodzenia gorących spalin pochodzących z palnika pieca może być dowolnym środkiem, zazwyczaj znanym i stosowanym przez fachowców w konwencjonalnym wymienniku ciepła, w szczególności, spaliny mogą być skanalizowane jako przeciwprąd gazu spalinowego lub skierowane prostopadle w stosunku do kierunku przepływu gazu spalinowego. [0011] Środkiem do przesyłania gazu spalinowego może być dowolny odpowiedni środek, znany specjalistom w tej dziedzinie i umożliwiający przesyłanie gazu spalinowego ze źródła gazu spalinowego, przez strefę wymiany ciepła, do palnika pieca do spalania. Może nim być, na przykład, co najmniej jedna rurka lub przewód, prosty lub nie. Przekrój poprzeczny wymienionego środka może być dowolny, regularny lub nie, na przykład, całkowicie lub zasadniczo okrągły, owalny, eliptyczny, prostokątny, prostokątny o zaokrąglonych narożach lub mieć dowolny kształt pośredni, a korzystnie jest on całkowicie lub zasadniczo okrągły. Mogą być stosowane dowolne środki do przesyłania gazu spalinowego, stosowane w wymiennikach ciepła ze stanu techniki. [0012] Ścianka środka do przesyłania gazu spalinowego wykonana jest głównie z materiału przystosowanego do wytrzymania atmosfery gorącego gazu spalinowego i odpowiedniego dla umożliwienia wymiany ciepła pomiędzy gazem spalinowym i gazem obojętnym, który sam został ogrzany przez gorące spaliny przepływające przez strefę wymiany ciepła. Stosowany głównie materiał jest zatem korzystnie odporny na utlenianie w atmosferze gorącego tlenu, gdyż gaz spalinowy jest substancją podtrzymującą spalanie, zawierającą tlen. Materiały nadające się do zastosowania, wytwarzają korzystnie w środowisku gorącego tlenu ochronną warstwę metalicznego tlenku (zjawisko pasywacji). Rodzajami materiałów, które mogą być stosowane są w szczególności stopy żelazoniklowe, a zwłaszcza stop Fe-20Cr-30Ni. W niektórych zastosowaniach pożądane jest, aby stosowany materiał nie zawierał niklu i w takim przypadku można zastosować materiały takie, jak stop Fe-21Cr-5Al, trudniej dostępny i droższy. Ogólnie rzecz biorąc, ponieważ ścianka nie styka się bezpośrednio z gorącymi spalinami, ograniczenia w zakresie wyboru materiału są mniejsze, niż w wymiennikach ciepła ze stanu techniki, w których ograniczenia te są związane nie tylko z kontaktem z gorącymi gazami spalinowymi, lecz również z kontaktem z gorącymi spalinami. [0013] Tytułem przykładu, temperatura robocza spalin może zmieniać się w zakresie od 500°C do 1600°C, podczas gdy temperatura ścianek, stykających się z gorącymi spalinami może zmieniać się od 300°C do 1300°C, zaś temperatura ścianek stykających z gazem spalinowym przeznaczonym do podgrzania może się zmieniać się od 300°C do 1000°C; temperatura gazu obojętnego może zmieniać się zakresie od 300°C do 1000°C, a gazu 3 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 spalinowego od 300°C do 1000°C, [0014] Środkiem, mogącym zawierać gaz obojętny może być dowolny środek, nadający się do pomieszczenia w sobie gazu obojętnego, statycznego lub nie, i w którym może być umieszczony co najmniej jeden środek, służący do przesyłania gazu spalinowego. Może nim być, na przykład, co najmniej jedna rurka lub przewód, prosty lub nie. Przekrój poprzeczny wymienionego środka może być dowolny, regularny lub nie, na przykład, całkowicie lub zasadniczo okrągły, owalny, eliptyczny, prostokątny, prostokątny o zaokrąglonych narożach lub mieć dowolny pośredni kształt. Przekrój poprzeczny wymienionego środka nadającego się do pomieszczenia w sobie gazu obojętnego ma, większe wymiary, ale ma korzystnie podobny lub identyczny kształt, co przekrój poprzeczny środka do przesyłania gazu spalinowego, w szczególności wtedy, gdy tylko jeden środek do przesyłania gazu spalinowego umieszczony jest w środku, mogącym zawierać gaz obojętny. [0015] Specjalista w tej dziedzinie zrozumie, że grubość, regularna lub nie, atmosfery gazu obojętnego, w której umieszczony jest środek do przesyłania gazu spalinowego, nie powinna być zbyt duża, tak aby przekazywanie energii cieplnej mogło odbywać się z gorących spalin, przez gaz obojętny, aż do gazu spalinowego, i będzie on umiał określić właściwą grubość maksymalną. [0016] Przenoszenie ciepła pomiędzy gorącymi spalinami i gazem spalinowym za pośrednictwem gazu obojętnego jest również zależne od ciśnienia gazu obojętnego, a ponieważ przy wysokim ciśnieniu gęstość gazu obojętnego wzrasta, wzrasta tym samym współczynnik przenoszenia ciepła i wymiennik ciepła jest zatem a priori bardziej wydajny. [0017] W pierwszym przykładzie wykonania, środkami do przesyłania gazu spalinowego i środkami, mogącymi zawierać gaz obojętny, są proste rurki o przekroju poprzecznym całkowicie lub zasadniczo okrągłym. Zazwyczaj nie ma bezpośredniego kontaktu między gazem spalinowym i ścianką środka, mogącego zawierać gaz obojętny. Wymieniona ścianka nie doświadcza zatem takich samych naprężeń, jak ścianka środka do przesyłania gazu spalinowego, przez co prawdopodobieństwo korozji i/lub utlenienia jest więc znacznie mniejsze. Asortyment materiałów, których można tu użyć, jest zatem szerszy, niż asortyment materiałów, których można użyć w ściance środka do przesyłania gazu spalinowego. [0018] W drugim przykładzie wykonania, środkami do przesyłania gazu spalinowego i środkami mogącymi zawierać gaz obojętny, są w szczególności proste rurki o przekroju poprzecznym całkowicie lub zasadniczo okrągłym, a ponadto, rurki te są połączone między sobą za pomocą metalowych mostków, rozciągających się od wewnętrznej ścianki rurki zewnętrznej do ścianki zewnętrznej rurki wewnętrznej. Ten drugi przykład wykonania ma tę zaletę, że umożliwia on przekazywanie ciepła przez promieniowanie, ze względu na przewodzenie go przez mostki metalowe. Ma on również zaletę w postaci wzmocnienia właściwości mechanicznych wymiennika. [0019] W jednym przykładzie wykonania, środek do przesyłania gazu spalinowego umieszczony jest w środku, mogącym zawierać gaz obojętny, jedynie w strefie wymiany ciepła. W innym przykładzie wykonania, jest on umieszczony w środku, mogącym zawierać gaz obojętny, w strefie wymiany ciepła, jak również w jednej lub w większej liczbie stref poprzedzających i/lub położonych za ową strefą wymiany ciepła, zgodnie z kierunkiem przepływu gazu spalinowego w środku do przesyłania gazu spalinowego, przy czym wymieniony kierunek przepływu prowadzi od wlotu gazu spalinowego do wnętrza wymienionego środka do wylotu gazu spalinowego z tego środka. [0020] Wymiennik ciepła według wynalazku może zawierać tylko jeden środek do przesyłania gazu spalinowego, umieszczony tylko w jednym środku, mogącym zawierać gaz obojętny. W tym przykładzie wykonania, każdy zespół środka do przesyłania gazu spalinowego/środka mogącego zawierać gaz obojętny może być wstawiany i wyciągany indywidualnie w przypadku uszkodzenia. 4 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 [0021] Wymiennik ciepła według wynalazku może również zawierać wiele środków do przesyłania gazu spalinowego - na przykład, dziesięć wymienionych środków - a każdy z tych środków umieszczony jest w środku mogącym zawierać gaz obojętny. W tym przykładzie wykonania, każdy zespół środka do przesyłania gazu spalinowego/środka mogącego zawierać gaz obojętny może również być wstawiany i wyciągany indywidualnie w przypadku uszkodzenia. W tym przykładzie wykonania, środki mogące zawierać gaz obojętny mogą opcjonalnie być połączone ze sobą za pomocą stosownych przewodów w strefie wymiany ciepła, a w takim przypadku, gdy dojdzie do ich uszkodzenia, trzeba wymienić wszystkie zespoły środka do przesyłania gazu spalinowego/środka mogącego zawierać gaz obojętny. [0022] Wymiennik ciepła według wynalazku może jeszcze zawierać większą liczbę środków do przesyłania gazu spalinowego, umieszczonych tylko w jednym środku mogącym zawierać gaz obojętny. W tym przykładzie wykonania, zespół środka do przesyłania gazu spalinowego/środka mogącego zawierać gaz obojętny musi być wstawiany i wyciągany w przypadku uszkodzenia. [0023] Korzystnie, gdy wymiennik ciepła według wynalazku zawiera większą liczbę środków do przesyłania gazu spalinowego, unika się umieszczania w tym samym wymienniku ciepła środka do przesyłania substancji podtrzymującej spalanie i środka do przesyłania paliwa, a w tym samym wymienniku ciepła umieszcza się raczej środki do przesyłania gazu spalinowego tego samego rodzaju (substancji podtrzymującej spalanie, albo paliwa). [0024] Strefa wymiany ciepła wymiennika ciepła według wynalazku przystosowana jest do tego, by przepływały przez nią gorące spaliny, pochodzące z palnika pieca. W praktyce, gorące spaliny wychodzą z palnika i są zbierane w przewodzie rurowym, który doprowadza je do wymiennika ciepła tak, aby przechodziły one przez wymiennik w pożądany sposób. Kierunek przepływu gorących spalin może być dowolny, na przykład, z dołu do góry, lub pod prąd w stosunku do kierunku przesyłania gazu spalinowego, jak jest to znane specjalistom. [0025] Pośredni wymiennik ciepła według wynalazku ma wiele zalet, wynikających z obecności strefy gazu obojętnego. [0026] Pośredni wymiennik ciepła według wynalazku pozwala rozszerzyć zakres materiałów, które mogą być stosowane. Rzeczywiście, podczas uruchamiania wymiennika ciepła, środek mogący zawierać gaz obojętny doświadcza raptownych i znacznych zmian temperatury, na przykład rzędu 1300°C (temperatura ścianki, która może być osiągnięta po kontakcie z gorącymi spalinami), jednak nie ma ryzyka korozji lub utleniania jego ścianki, ponieważ nie ma bezpośredniego kontaktu pomiędzy gazem spalinowym (którym może być tlen lub gaz zawierający tlen) i ścianką wymienionego środka mogącego zawierać gaz obojętny. W odróżnieniu od niego, środek do przesyłania gazu spalinowego jest bardziej wrażliwy na raptowne zmiany temperatury, ponieważ przyspieszają one korozję i utlenianie; natomiast wprost przeciwnie doświadcza on wolniejszych zmian temperatury, ponieważ przekazywanie ciepła dokonuje się za pośrednictwem gazu obojętnego, który działa jak bufor. [0027] Ponadto, podczas pracy wymiennika ciepła, temperatura gorących spalin może się zmieniać w sposób punktowy. W wymienniku ciepła ze stanu techniki pociąga to za sobą zmiany temperatury gazu spalinowego, który jest ogrzewany, zmiany, które powinny być brane pod uwagę przy sterowaniu procesem spalania. W przypadku wymiennika ciepła według wynalazku, bezwładność cieplna gazu obojętnego zmniejsza zakres tych zmian. [0028] Dodatkowo, obecność wymienionej strefy gazu obojętnego ma korzystne skutki, jeśli chodzi o bezpieczeństwo. W istocie, w przypadku przebicia ścianki lub zapalenia się środka do przesyłania gazów spalinowych, obecność gazu obojętnego zapobiega mieszaniu się gazu spalinowego z gorącymi spalinami. Ponadto, gaz obojętny może być wchłaniany w wyniku efektu zwężki Venturiego w wymienionym środku do przesyłania gazu 5 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 spalinowego, a zmniejszenie czystości gazu spalinowego, będącego często utleniaczem, pozwala zmniejszyć prawdopodobieństwo rozprzestrzeniania się spalania. [0029] W jednym przykładzie wykonania, wymiennik ciepła według wynalazku ma środki sterujące działaniem wymiennika ciepła, które umożliwia wykrywanie usterek. [0030] W szczególności, środek mogący zawierać gaz obojętny może być połączony z czujnikiem zmian ciśnienia. Jeśli czujnik zmian ciśnienia wykryje spadek ciśnienia, jest to identyfikowane jako wyciek gazu obojętnego, spowodowany przebiciem ścianki. Może być wówczas uruchomiony alarm uprzedzający i można przewidzieć układ obejścia, umożliwiający kontynuowanie zasilania palnika gazem spalinowym, przy jednoczesnym zatrzymaniu przepływu gorących spalin w uszkodzonym wymienniku ciepła, który może być naprawiany. [0031] Środek mogący zawierać gaz obojętny może być również połączony ze środkami sterującymi działaniem wymiennika ciepła, który mierzy w dowolnym momencie temperaturę i ciśnienie gazu obojętnego. Ta podwójna detekcja pozwala poprawić sterowanie. W istocie, temperatura gazu obojętnego zmienia się bardzo znacznie w czasie uruchamiania (na przykład, od wartości rzędu 30°C do około 1000°C), o ile nie jest on uprzednio ogrzany, a ta zmiana temperatury powoduje zmianę ciśnienia przy stałej objętości. W układzie, który steruje ciśnieniem, zmiana ciśnienia podczas uruchamiania będzie generować alarmy fałszywie dodatnie. W przeciwieństwie do tego, w układzie sterującym temperaturą i ciśnieniem, sterowanie może być bardziej dokładne i można przewidzieć alarm, to znaczy zasygnalizowanie wycieku gazu obojętnego w następujących przypadkach: (1) mierzone ciśnienie spada, a mierzona temperatura pozostaje stała, lub (2) mierzone ciśnienie spada, a mierzona temperatura wzrasta. Może być przewidziany układ obejścia, umożliwiający kontynuowanie zasilania palnika gazem spalinowym, przy jednoczesnym zatrzymaniu przepływu gorących spalin w uszkodzonym wymienniku ciepła, który może być naprawiany. [0032] Spadek ciśnienia wykryty przez czujnik ciśnienia lub czujnik ciśnienia i temperatury, może ujawnić wyciek gazu obojętnego, spowodowany przebiciem ścianki środka do przesyłania gazu spalinowego i/lub ścianki środka mogącego zawierać gaz obojętny, nawet jeśli ścianki te nie są poddane tym samym naprężeniom. [0033] W przypadku wymiennika ciepła, zawierającego środki sterujące działaniem wymiennika ciepła, korzystne jest, aby istniała różnica ciśnień ?P pomiędzy ciśnieniem statycznym gazu spalinowego PGC statyczne i ciśnieniem statycznym gazu obojętnego PGI statyczne, a ta różnica ciśnień może być dodatnia lub ujemna. Korzystnie, różnica ciśnień będzie dodatnia, to znaczy, że ciśnienie statyczne gazu obojętnego będzie wyższe od ciśnienia statycznego gazu spalinowego. Różnica ciśnień większa od szumu tła urządzenia, to znaczy od normalnych zmian, będzie korzystna dla ograniczenia fałszywie dodatnich alarmów. Specjalista w tej dziedzinie techniki będzie mógł w każdym przypadku ustalić szum urządzenia, po zmierzeniu zmian ciśnienia w urządzeniu. [0034] Ogólnie rzecz biorąc, i niezależnie od tego, czy występuje różnica ciśnień ?P, czy też nie, przekazywanie ciepła pomiędzy gorącymi spalinami i gazem spalinowym za pośrednictwem gazu obojętnego jest również zależne od ciśnienia gazu obojętnego, ponieważ przy wysokim ciśnieniu gęstość gazu obojętnego wzrasta, a więc wzrasta tym samym współczynnik przekazywania ciepła i wymiennik ciepła jest zatem a priori bardziej wydajny. [0035] Ponadto, dodatnia różnica ciśnień, to znaczy, gdy PGI statyczne > PGC statycznego, sprzyja wyciekowi gazu obojętnego do środku do przesyłania gazu spalinowego, a tym samym wspomaga efekt zwężki Venturiego w przypadku przebicia ścianki lub zapalenia się środku do przesyłania gazu spalinowego i w szczególności sprzyja zatrzymaniu zapalania się, z uwagi na przepływ strumienia gazu obojętnego. Ogólnie rzecz biorąc, dla specjalisty łatwe jest określenie właściwego ciśnienia gazu obojętnego: znając natężenie przepływu na wlocie oraz średnicę środka do przesyłania gazu spalinowego, można wywnioskować jakie 6 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 jest ciśnienie statyczne, a w konsekwencji ustalić ciśnienie gazu obojętnego, pożądane dla uzyskania, lub nie, różnicy ciśnień, dodatniej lub nie. Należy wskazać, że można zwymiarować wymiennik, a dokładniej ciśnienie gazu obojętnego, w taki sposób, aby w przypadku zapłonu (podczas wycieku), natężenie przepływu gazu obojętnego, zassanego w wyniku efektu zwężki Venturiego do środku do przesyłania gazu spalinowego było większe, korzystnie około dwukrotnie większe, a jeszcze korzystniej około czterokrotnie większe od natężenia przepływu gazu spalinowego. Gdy gazem spalinowym jest tlen, a natężenie przepływu gazu obojętnego jest około czterokrotnie większe od natężenia przepływu tlenu, zawartość procentowa tlenu w mieszance, utworzonej w następstwie zassania gazu obojętnego w wyniku efektu zwężki Venturiego, jest wówczas równa zawartości procentowej tlenu w powietrzu. To wyliczenie może być wykonane w oparciu o oszacowaną wielkość perforacji w środku mogącym zawierać gaz spalinowy. Ponadto, biorąc pod uwagę to, że natężenie przepływu gazu spalinowego może być zmienne, wyliczenie jest korzystnie dokonywane przy założeniu maksymalnego natężenia przepływu (a tym samym odpowiedniego ciśnienia) gazu spalinowego, które może być stosowane w wymienniku. Jeśli wielkość perforacji w środku mogącym zawierać gaz spalinowy jest mniejsza od wielkości przyjętej do wyliczenia wymiarów, a co za tym idzie, stosowane ciśnienie gazu obojętnego nie pozwala na zatrzymanie palenia się materiału, obecność czujnika zmian ciśnienia gazu obojętnego pozwala zatrzymać zasilanie w gaz spalinowy i szybko zapewnić szybsze spalanie materiału. [0036] Przedmiotem wynalazku jest również piec do spalania, zawierający co najmniej jeden wymiennik ciepła według wynalazku. Korzystnie, zawiera on wiele wymienników ciepła według wynalazku, z których jeden lub większa liczba może zasilać piec w paliwo i/lub jeden lub większa liczba może zasilać piec w substancję podtrzymującą spalanie. [0037] Przedmiotem wynalazku jest również sposób wymiany ciepła w celu wstępnego ogrzewania gazu spalinowego, zasilającego piec do spalania, wydzielający gorące spaliny, przy czym wymieniony sposób obejmuje etap wstępnego ogrzewania gazu spalinowego przez wymianę ciepła z gorącymi spalinami, przeprowadzaną za pośrednictwem atmosfery gazu obojętnego. Sposób według wynalazku może obejmować stosowanie wymiennika ciepła według wynalazku. [0038] Pośredni wymiennik ciepła według wynalazku zostanie opisany bardziej szczegółowo w połączeniu z figurami rysunku, które zostały zamieszczone jedynie tytułem poglądowym, i na których: Fig. 1 przedstawia przykład wykonania pośredniego wymiennika ciepła według wynalazku, Fig. 2 przedstawia ciśnienia gazu obojętnego i gazu spalinowego w wymienniku ciepła według wynalazku, Fig. 3 przedstawia pośredni wymiennik ciepła według wynalazku w ramach układu zasilania pieca do spalania, Fig. 4 przedstawia szczególny rodzaj wymiennika ciepła według wynalazku. [0039] Fig. 1 przedstawia pośredni wymiennik ciepła (4) według wynalazku, zawierający strefę wymiany ciepła (2), przez którą przepływają gorące spaliny i który zawiera środek (1a) do przesyłania gazu spalinowego w kierunku pokazanym za pomocą strzałek, przy czym wymieniony środek ma ściankę (1b), umieszczoną w środku (3a) mogącym zawierać gaz obojętny i mającym ściankę (3b). W tym przykładzie wykonania, środek (1a) do przesyłania gazu spalinowego umieszczony jest w środku (3a) mogącym zawierać gaz obojętny w strefie wymiany ciepła (2) oraz w strefach poprzedzających i położonych za ową strefą wymiany ciepła, zgodnie z kierunkiem przepływu gazu spalinowego w środku do przesyłania gazu spalinowego. [0040] Środki sterujące działaniem wymiennika ciepła (5), który jest opcjonalny, jest tu przedstawiony jako połączony ze środkiem mogącym zawierać gaz obojętny. Duże pionowe strzałki wskazuję kierunek przepływu gorących spalin z obu stron środków (1a) i 7 5 10 15 20 25 30 35 (3a), który w tym przykładzie wykonania jest prostopadły do kierunku przepływu gazu spalinowego. [0041] Fig. 2 pokazuje ciśnienia gazu obojętnego PGI i ciśnienie gazu spalinowego PGC, statyczne PGC S, bądź dynamiczne PGC D, w wymienniku ciepła według wynalazku. Korzystnym jest, aby PGI statyczne było wyższe od PGC statycznego, tak aby utworzyć dodatnią różnicę ciśnień ?P = PGI statyczne - PGC statycznego. [0042] Fig. 3 przedstawia schemat zespołu urządzenia zasilającego piec do spalania, a mówiąc dokładniej palnika (B) wymienionego pieca. Urządzenie zawiera wymiennik ciepła według wynalazku. Wymiennik ciepła połączony jest ze źródłem gazu spalinowego (6), ze źródłem gazu obojętnego (7) oraz ze źródłem gorących spalin (8). Wymiennik ciepła zawiera strefę wymiany ciepła (2), przez którą przepływają gorące spaliny (kierunek przepływu nie jest przedstawiony). Zawiera on również środek (1a) do przesyłania gazu spalinowego GC mający ściankę (1b), zasilającego palnik (B), przy czym wymieniony środek (1a) umieszczony jest w środku (3a) mogącym zawierać gaz obojętny GI, mającym ściankę (3b). W tym przykładzie wykonania, środek (1a) do przesyłania gazu spalinowego GC umieszczony jest w środku (3a) mogącym zawierać gaz obojętny GI, w strefie wymiany ciepła (2) i w strefach poprzedzających i położonych za ową strefą wymiany ciepła, zgodnie z kierunkiem przepływu gazu spalinowego w środku do przesyłania gazu spalinowego. Są tu trzy zawory V1, V2 oraz V3, przeznaczone odpowiednio do sterowania zasilaniem w gaz spalinowy (zawór V1), gaz obojętny (zawór V2) i gorące spaliny (zawór V3). Przedstawiony wymiennik ciepła zawiera środki sterujące działaniem wymiennika ciepła, połączony ze środkiem mogącym zawierać gaz obojętny, jak również z zaworami. Te środki sterujące działaniem wymiennika ciepła zawiera czujnik temperatury TGI i czujnik ciśnienia PSL, co umożliwia dokonywanie pomiaru temperatury i ciśnienia gazu obojętnego. [0043] Perforacja wykrywana jest przez środki sterujące działaniem wymiennika ciepła, gdy pomiar czujnika TGI wykaże spadek ciśnienia i stałą temperaturę, lub gdy pomiar czujnika TGI wykaże spadek ciśnienia i wzrost temperatury. Zawór V1 zostaje przestawiony tak, aby gaz spalinowy omijał uszkodzony wymiennik ciepła dzięki obejściu, zaś zawór V3 zostaje przestawiony tak, aby zatrzymać przepływ gorących spalin do uszkodzonego wymiennika, przy czym zostaje uruchomiony alarm uprzedzający i możliwa jest wymiana uszkodzonych elementów składowych. Źródła gazu spalinowego (6), gazu obojętnego (7) i gorących spalin (8) mogą wówczas ewentualnie zasilać lub kontynuować zasilanie innych palników B?, B", itd. [0044] Fig. 4 przedstawia schemat wymiennika ciepła według wynalazku, składającego się z dwóch prostych w przekroju poprzecznym rurek, których ścianki (1b) i (3b) połączone są między sobą za pomocą mostków metalowych (9), rozciągających się od wewnętrznej ścianki rurki zewnętrznej do zewnętrznej ścianki rurki wewnętrznej. Zastrzeżenia patentowe 1. 40 45 Sposób wymiany ciepła w celu wstępnego ogrzewania gazu spalinowego zasilającego piec do spalania wydzielający gorące spaliny, który to sposób obejmuje etap wstępnego ogrzewania gazu spalinowego przez wymianę ciepła z gorącymi spalinami, przeprowadzaną za pośrednictwem atmosfery gazu obojętnego, przy czym wymieniony sposób obejmuje stosowanie wymiennika ciepła zawierającego strefę wymiany ciepła (2), mającą środek do przenoszenia gorących spalin pochodzących z palnika pieca, z tym, że przez wymienioną strefę przechodzi co najmniej jeden środek (1a) do przesyłania gazu spalinowego przeznaczonego do ogrzania ze źródła gazu spalinowego, przez strefę wymiany ciepła, aż do palnika pieca, a wymieniony środek (1a) ma ściankę (1b) zaprojektowaną tak, aby możliwe było ogrzewanie gazu spalinowego przez przekazywanie energii cieplnej, przy czym wymieniony środek 8 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 (1a) do przesyłania gazu spalinowego umieszczony jest w strefie wymiany ciepła w środku (3a) zawierającym gaz obojętny i mającym ściankę (3b) zaprojektowaną tak, aby możliwe było ogrzewanie gazu obojętnego przez przekazywanie energii cieplnej wymienionych gorących spalin, w taki sposób, aby w wymienniku ciepła (2), wymiana cieplna pomiędzy gorącymi spalinami i gazem spalinowym dokonywała się w sposób pośredni przez ściankę (1b) środka (1a) do przesyłania gazu spalinowego i przez atmosferę gazu obojętnego. 2. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że gaz obojętny jest statyczny. 3. Sposób według zastrzeżenia 1 albo 2, znamienny tym, że środkiem (1a) do przesyłania gazu spalinowego jest rurka lub przewód, w szczególności o przekroju poprzecznym całkowicie lub zasadniczo okrągłym. 4. Sposób według któregokolwiek z zastrzeżeń od 1 do 3, znamienny tym, że środkiem (3a) zawierającym gaz obojętny jest rurka lub przewód, w szczególności o przekroju poprzecznym całkowicie lub zasadniczo okrągłym. 5. Sposób według któregokolwiek z zastrzeżeń od 1 do 4, znamienny tym, że środek (1a) do przesyłania gazu spalinowego umieszczony jest w środku (3a) zawierającym gaz obojętny w strefie wymiany ciepła (2) i w jednej lub w większej liczbie stref, poprzedzających i/lub położonych za tą strefą wymiany ciepła, w kierunku przesyłania gazu spalinowego w środku do przesyłania gazu spalinowego. 6. Sposób według któregokolwiek z zastrzeżeń od 1 do 5, znamienny tym, że wymiennik ciepła zawiera wiele środków (1a) do przesyłania gazu spalinowego. 7. Sposób według zastrzeżenia 6, znamienny tym, że wymiennik ciepła zawiera wiele środków (3a) zawierających gaz obojętny, oraz tym, że każdy ze środków (1a) do przesyłania gazu spalinowego umieszczony jest w jednym ze środków (3a) zawierających gaz obojętny, przy czym wymienione środki zawierające gaz obojętny są opcjonalnie połączone ze sobą za pomocą przewodów w strefie wymiany ciepła. 8. Sposób według któregokolwiek z zastrzeżeń od 1 do 7, znamienny tym, że działanie wymiennika ciepła jest sterowane przez środki sterujące, w szczególności środki sterujące działaniem wymiennika ciepła połączonego ze środkiem zawierającym gaz obojętny. 9. Sposób według zastrzeżenia 8, znamienny tym, że środki sterujące działaniem wymiennika ciepła wykrywają zmiany ciśnienia lub zmiany ciśnienia i temperatury. 10. Sposób według któregokolwiek z zastrzeżeń od 1 do 9, znamienny tym, że występuje w niej różnica ciśnień, w szczególności dodatnia, pomiędzy ciśnieniem statycznym gazu spalinowego i ciśnieniem statycznym gazu obojętnego. 11. Piec do spalania zawiera co najmniej jeden palnik i co najmniej jeden wymiennik ciepła, zawierający strefę wymiany ciepła (2) mającą środek do przechodzenia gorących spalin pochodzących z palnika pieca, przy czym przez wymienioną strefę przechodzi co najmniej jeden środek (1a) do przesyłania gazu spalinowego przeznaczonego do ogrzania ze źródła gazu spalinowego, przez strefę wymiany ciepła, aż do palnika pieca, z tym, że wymieniony środek (1a) ma ściankę (1b) zaprojektowaną tak, aby możliwe było ogrzewanie gazu spalinowego przez przekazywanie energii cieplnej, a wymieniony środek (1a) do przesyłania gazu spalinowego umieszczony jest w strefie wymiany ciepła w środku (3a) mogącym zawierać gaz obojętny i mającym ściankę (3b) zaprojektowaną tak, aby możliwe było ogrzewanie gazu obojętnego przez przekazywania energii cieplnej wymienionych gorących spalin, w taki sposób, aby w wymienniku ciepła wymiana ciepła pomiędzy gorącymi spalinami i gazem spalinowym dokonywała się w sposób pośredni przez ściankę (1b) środka (1a) do przesyłania gazu spalinowego i przez atmosferę gazu obojętnego. 12. Piec według zastrzeżenia 11, znamienny tym, że wymiennik ciepła zawiera wiele środków (1a) do przesyłania gazu spalinowego. 9 5 10 13. Piec według zastrzeżenia 12, znamienny tym, że wymiennik ciepła zawiera wiele środków (3a) przystosowanych do tego, aby był w nich zawarty gaz obojętny, oraz tym, że każdy ze środków (1a) do przesyłania gazu spalinowego umieszczony jest w jednym ze środków (3a) mogących zawierać gaz obojętny, przy czym wymienione środki mogące zawierać gaz obojętny są opcjonalnie połączone ze sobą za pomocą przewodów w strefie wymiany ciepła. 14. Piec według któregokolwiek z zastrzeżeń od 12 do 13, znamienny tym, że wymiennik ciepła zawiera środki sterujące działaniem wymiennika ciepła (5), zwłaszcza środki sterujące działaniem wymiennika ciepła połączone ze środkiem, mogącym zawierać gaz obojętny. Uprawniony: L'AIR LIQUIDE, SOCIETE ANONYME POUR L'ETUDE ET L'EXPLOITATION DES PROCEDES GEORGES CLAUDE Pełnomocnik: mgr inż. Marek Ginter Rzecznik patentowy 10 11











Grupy dyskusyjne