CZ19631U1 - Víceplášťová kamna, především pro spalování pelet - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká kamen na pevná paliva, a to paliva na bázi dřevní hmoty, přičemž jako palivo jsou použitelné především pelety, ale také štěpky či kusové dřevo. Jedná se o víceplášťová kamna, většinou s nuceným odtahem spalin.

Dosavadní stav techniky

V současnosti jsou známy různé typy kamen a v poslední době jsou vyvíjeny ve zvýšené míře také různé typy kamen pro spalování dřevní hmoty, zejména pelet, případně štěpků. Vedle teplovodních kotlů, kde topeniště a kouřové kanály sousedi s vodním prostorem, jsou známa i kamna io bez vodního pláště, kde se ohřívá okolní vzduch. Taková kamna jsou známa v provedení jednoplášťovém nebo dvouplášťovém. Jednoplášťové provedení má stěny upravené bud* pro přímé vedení tepla k vnějšímu povrchu kamen, nebo je přímé vedení tepla k vnějšímu povrchu kamen omezeno, zpravidla keramickou vyzdívkou nebo podobnými ohnivzdornými vložkami. Dvouplášťová provedení se vytvářejí pro snížení teploty vnějšího povrchu kamen a pro přenos tepla do vytápěného prostoru z větší části vedením a z menší části vyzařováním. U dvouplášťových kamen pak bývá, následkem relativně většího ochlazování vnějšího povrchu vnitřního pláště konvekcí, větší problém s dohoříváním spalin, pokud by takové dohořívání mělo probíhat ve spalinových kanálech, sousedících s tímto vnitřním pláštěm. Tento negativní jev nastává v relativně větší míře, je-li proudění spalin v takových kanálech sestupné, neboť zde ochlazováni na20 stává předáváním tepla ohřívanému vzduchu na principu protiproudého výměníku, tedy s relativně větší intenzitou. Co se potom dále týče proudění vnějšího ohřívaného vzduchu, a to proudění vnějšími kanály nebo prostorem mezi plášti kamen, bývá toto v současnosti provedeno jako samovolné nebo jako nucené, pomocí ventilátoru. Co se týče prouděni spalin uvnitř kamen, jsou známy konstrukce jak s tzv. spodním odhoříváním, tak i s prohořívánim zásoby paliva v tope25 ništi. V případě kamen, určených pro spalování pelet, jsou známy dva základní typy konstrukcí. U jednoho typu konstrukce se jedná o adaptaci kamen či kotle na dřevo či na uhlí, kde v místě spodních dvířek stávajících kamen či kotle je přiložen adaptér, vytvořený jako vnější samostatný hořák, zásobovaný dopravníkem z vnějšího zásobníku pelet, přičemž kamna samotná pak slouží v podstatě jako výměník tepla pro ohřívání vody či vzduchu. Proudění spalin v kamnech z hle30 diska prohořívání není příliš podstatné, neboť k hoření zde dochází ve vnějším hořáku, provedeném jako výše popsaný adaptér. Takové provedení má sice výhodu ve variabilitě použitelných paliv, neboť po odmontování adaptéru na pelety lze spalovat opět původní paliva, ale nevýhodou je konstrukční složitost a také vysoká cena tohoto adaptéru. U druhého známého typu kamen na pelety je zásobník integrován přímo do tělesa kamen a pelety se přivádějí do topeniště vnitřním dopravníkem, přičemž k hoření pelet dochází ve spalovací misce a odtah spalin od spalovací misky je veden vzhůru, na prohřívacím principu. S ohledem na to, že tento typ kamen je určen pouze pro spalováni pelet, není nutné se zabývat rozdíly mezi principem tahu se spodním odhoriváním a principem tahu s prohořívánim paliva, tedy s tahem směrovaným v topeništi pouze vzhůru, a to z toho důvodu, že ve spalovací misce se nalézá vždy relativně malá zásoba paliva, u které hoření prakticky není ovlivněno následné voleným jedním či druhým hlavním směrem odtahu spalin ze spalovací komory. Pokud ovšem mají být vytvořena kamna na pelety, ale s možností jednoduchého přechodu na spalování kusového dřeva nebo pilinových briket, pak se konstrukce s celkovým tahem spalovací komorou směrem vzhůru, tedy vlastně na principu prohořívání zásoby paliva ve spalovací komoře, jeví jako nevýhodná. Jednak je nevýhodou, že dřevní hmota u kamen s prohořívacím principem tahu se jen stěží udržuje v režimu pomalého hoření, tedy v režimu nízkého výkonu, jednak v případě, kdy spalinové kanály v kamnech jsou prodloužené, má v prodlouženém kanálu, resp. ve spalinovém kanálu navazujícím na homí část spalovací komory, proudění spalin sestupný směr, což zhoršuje tah v kamnech, a to přinejmenším při zatápění.

-1 CZ 19631 Ul

Podstata technického řešení

Uvedené nevýhody se v podstatné míře řeší a kamna s výhodným režimem spalování pelet za současné variability pro spalování štěpků a zejména kusového dřeva či pilinových briket, kde přechod na kusové palivo je jednoduchý a navíc i při těchto alternativních palivech se dosahuje optimálního režimu hoření, se získávají u víceplášťových kamen, především pro spalování pelet, podle předkládaného technického řešení, kde kamna jsou vytvořena jako alespoň dvouplášťová, opatřená vnějším zásobníkem pelet a vnějším podavačem, napojeným na přikládací otvor, upravený pro navedení pelet ke spalovací misce ve spalovací komoře, a kde podstata spočívá v tom, že spalovací komora, opatřená alespoň jedním vstupem primárního spalovacího vzduchu a ales10 ροή přikládacími dvířky, je dále nahoře uzavřena horní přepážkou, a současně je propojena se spalinovým kanálem nebo kanály, které jsou svými vstupy napojeny na spalovací komoru v oblasti její spodní třetiny a jsou vedeny vzhůru, do prostoru nad horní přepážku spalovací komory, přičemž nad homí přepážkou jev kamnech upraven odtahový otvor. Výhodné je potom, jestliže spalovací komora je ještě opatřena alespoň jedním vstupem sekundárního spalovacího vzduchu, kde přívod primárního spalovacího vzduchu je propojen do spodních otvorů ve spalovací misce a přívod sekundárního spalovacího vzduchu je propojen do vzduchového vnitřního kanálu, vedeného spalovací komorou k přikládacím dvířkům. Zejména je výhodou, je-li spalovací komora opatřena vedle přikládacích dvířek ještě vzduchovými dvířky, kde ve vzduchových dvířkách je vytvořen vstup primárního spalovacího vzduchu a vstup sekundárního spalovacího vzduchu a kde alespoň jeden ze vstupu primárního spalovacího vzduchu a ze vstupu sekundárního spalovacího vzduchu je opatřen regulačním členem průtoku vzduchu. Dále také jsou s výhodou kamna vytvořena jako dvouplášťová nebo tříplášťová, přičemž první a druhý plášť je vytvořen jako stěna ze svislých bočně spolu svařených trubek. V této variantě se výhody základní konstrukce kamen projeví ve zvýšené míre, neboť v návaznosti na spalovací komoru, ve které se kombinuje přímé proudění spalin od spalovací misky ke vstupu do spalinových kanálů s prouděním spalin vířících v ostatním prostoru spalovací komory, dochází k dobrému prohořívání paliva i vyvinutých hořlavých plynů, takže ve spalinových kanálech není třeba udržovat relativně vysokou teplotu, jinak nutnou k dohořívání plynů, a je možno z tohoto prostoru relativně s vyšší intenzitou odebírat teplo, což právě speciální popsané provedení první dvojice plášťů ve dvouplášťové nebo i víceplášťové konstrukci umožňuje, neboť místa vzájemných podélných svarů trubek jsou tepelnými mosty, vedoucími s výhodou intenzivně teplo do vnějších částí trubek, tvořících vlastně vnější plášť v této dvojici plášťů. Výhodné je také, jestliže kamna jsou opatřena ventilačním ústrojím vnějšího ohřívaného vzduchu a jestliže do vstupů do těchto trubek vnějšího ohřívaného vzduchu, tedy do prostoru alespoň mezi první a druhý plášť kamen, jsou zaústěny výstupy z to35 hoto ventilačního ústrojí vnějšího ohřívaného vzduchu. Touto úpravou se dosáhne intenzivnějšího předávání tepla z kamen, což je výhodné a děje se tak opět bez narušení režimu dohořívání spalin ve spalinových kanálech, a sice z téhož důvodu, který byl zde již uveden. Dále je výhodné, jestliže na odtahový otvor je napojen odtahový ventilátor. Tímto ventilátorem lze řídit, ve spojení s regulací dodávky paliva, výkon kamen a současně lze, podle okamžité situace při spalování, ovlivňovat složení spalin. Výhodou u provedení s odtahovým ventilátorem je také, jestliže odtahovému otvoru jev prostoru nad horní přepážkou ještě předřazena tlumicí komora se spodními spalinovými vstupy. Zde bude tlumicí komorou jednak prodloužena cesta spalin v prostoru kamen, čímž se zvyšuje účinnost, jednak se dosáhne ochrany kouřovodu a též kola odtahového ventilátoru před přehřátím, v případě topení na plný výkon. Výhodné může být ještě dále, jestliže odtahový ventilátor je propojen s řídicí jednotkou, na jejíž vstup je připojeno alespoň čidlo, upravené pro snímání složení spalin na výstupu z kamen. Konečně je výhodné, jestliže na spalovací misku je snímatelně uložen prohoHvací košík, vytvořený ve formě pláště s perforovaným či síťovým nebo žebrovým provedením stěny, S výhodou prohořívací košík je vytvořen jako dvojice prstenců, propojených spolu tyčkami, tvořícími plochu válce, komolého kužele nebo části kulové plochy. Takový košík se využije jako doplněk spalovací misky při spalování štěpků, přičemž výhodnost této úpravy se projeví především v souvislosti s kombinovaným prouděním ve spalovací komoře a současně tento košík brání pohybu štěpků mimo spalovací misku, zejména

-2CZ 19631 Ul pak směrem ke vstupům do spalinových kanálů, což by bylo, jak z hlediska dokonalosti spalování, tedy složení spalin, tak i z hlediska snahy o maximální využití paliva, nežádoucí.

Takto se tedy celkově dosáhne vytvoření kamen, především pro efektivní spalování pelet, která mají jednoduchou konstrukci a kde přitom lze jednoduše přejít na spalování štěpků či kusového dřeva, a to stále při zachování snadné regulace hoření, vysoké účinnosti spalování i vytápění a dobré možnosti udržování a regulace optimálního složení spalin.

Přehled obrázků na výkresech

Technické řešení je dále podrobněji vysvětleno a popsáno na příkladném provedení dvouplášťových kamen, především pro spalováni pelet nebo štěpků ais možností spalování kusového io dřeva, kde popis je proveden též s pomocí přiložených výkresů a kde na obr. 1 je svislý podélný řez kamny, a to ve střední rovině, na obr. 2 je bočni pohled na kamna s vnějším zásobníkem pelet a s podávacím zařízením, které je zobrazeno v částečném podélném řezu, na obr. 3 je příčný řez kamny, provedený v homí části, v místě sběrné komory spalin, a konečně na obr. 4 je příčný řez kamny, provedený ve střední části, v místě pod přikládacími dvířky.

Přiklad provedení technického řešeni

Kamna 10 v příkladném provedení, ve shodě s předkládaným technickým řešením, jsou vytvořena jako dvouplášťová, jsou opatřená vnějším zásobníkem 20 pelet a vnějším podavačem 30. Podavač 12 je zde vytvořen jako šnekový dopravník a je napojen přes propojovací potrubí 31 na přikládací otvor 101 s úpravou pro vedení pelet ke spalovací misce H ve spalovací komoře 1, přičemž úprava pro vedení pelet od přikládacího otvoru 101 ke spalovací misce 11 zde není tvořena žádným dalším technickým prvkem, ale dopadání pelet do spalovací misky 11 je zajištěno polohou spalovací misky li v blízkosti té stěny kamen, kde je přikládací otvor 101. Jinak by bylo řešením napojit k přikládacímu otvoru 101 například žlab, vedoucí ke spalovací misce 11· Podstatné je, že spalovací komora i, která je současně opatřena vstupem 102 primárního spalo25 vacího vzduchu a přikládacími dvířky 103. je dále nahoře uzavřena homí přepážkou 13. přičemž dále je propojena se spalinovými kanály 12, které jsou přitom svými vstupy 121 napojeny na spalovací komoru 1, a to zde v oblasti její spodní třetiny, zde konkrétně v místě, ležícím ve čtvrtině výšky této spalovací komory i. Spalinové kanály 12 jsou pak vedeny vzhůru, do horního prostoru 14 nad horní přepážku 13 spalovací komory i. Nad horní přepážkou 13 je v kamnech 10 upraven odtahový otvor 104. Před odtahovým otvorem 104 je zde ještě vytvořena tlumicí komora 1041 se spodními spalinovými vstupy 10410. Spalovací komora 1 je zde dále opatřena jedním vstupem 102 primárního spalovacího vzduchu a ještě jedním vstupem 1021 sekundárního spalovacího vzduchu, kde přívod primárního spalovacího vzduchuje propojen do spodních otvorů 110 ve spalovací misce 11 a přívod sekundárního spalovacího vzduchu je propojen do vzduchového vnitřního kanálu 100, vedeného spalovací komorou i k přikládacím dvířkům 103. Zavedení sekundárního spalovacího vzduchu do prostoru spalovací komory i slouží k podpoře dodatečného spalování a současně zavedení sekundárního spalovacího vzduchu k přikládacím dvířkům 103 jednak tato dvířka ochlazuje, jednak, jestliže jsou přikládací dvířka 103 opatřena zaskleným okénkem, napomáhá sekundární spalovací vzduch odklánět spaliny od zaskleného okénka a tak brání jeho zakouření. Co se týče vstupů primárního a sekundárního spalovacího vzduchu, pak spalovací komora 1 je zde opatřena přikládacími dvířky 103 a vzduchovými dvířky 1031. přičemž ve vzduchových dvířkách 1031 je vytvořen vstup 102 primárního spalovacího vzduchu a vstup 1021 sekundárního spalovacího vzduchu a současně zde jeden ze vstupu 102 primárního spalovacího vzduchu a ze vstupu 1021 sekundárního spalovacího vzduchu, a sice vstup 1021 sekundárního spalovacího vzduchu, je opatřen regulačním členem 10211 průtoku vzduchu. Tak zde bude primární spalovací vzduch regulován odtahovým ventilátorem 5 a pro sekundární spalovací vzduch, který bude také ovlivňován odtahovým ventilátorem 5» bude možno dosáhnout samostatné regulace nebo i úplného uzavřeni. Kamna 10 jsou zde vytvořena jako dvouplášťová, a to tak, že první a druhý plášť je vytvořen jako stěna ze svislých bočně spolu svařených trubek

-3CZ 19631 Ul

15. Kamna 10 jsou zde ještě opatřena ventilačním ústrojím 4 vnějšího ohřívaného vzduchu a do vstupů vzduchu do prostoru mezi první a druhý plášť kamen i, tedy zde do vstupů 151 trubek 15, jsou potom zaústěny výstupy 41 z tohoto ventilačního ústrojí 4 vnějšího ohřívaného vzduchu. Touto úpravou se i zde dosáhne intenzivnějšího předávání tepla z kamen 10. Na odtahový otvor

104 je zde ještě napojen odtahový ventilátor 5. Tímto odtahovým ventilátorem 5 lze řídit, ve spojení s regulací dodávky pelet, výkon kamen 10 a současně lze, podle okamžité situace při spalování, ovlivňovat složení spalin. Pro regulaci je zde odtahový ventilátor 5 propojen s řídicí jednotkou 51. na jejíž vstup je zde připojeno čidlo 52, upravené pro snímání složení spalin na výstupu z kamen 10. Čidlo 52 je zde vytvořeno jako tzv. kyslíková sonda. Na spalovací misku H io je zde ještě snímatelně uložen prohořívací košík lil, vytvořený ve formě pláště s žebrovým provedením stěny, konkrétně konstruovaný jako dvojice prstenců 1111, propojených spolu tyčkami 1112, tvořícími plochu, resp. ležícími v ploše tvaru komolého kužele. Takový prohořívací košík 111 se využije jako doplněk spalovací misky H při spalování štěpků, přičemž pro režim spalování pelet se tento prohořívací košík 111 vyjme.

Funkce kamen je následující. Ze zásobníku se šnekovým dopravníkem podávají dřevěné pelety, které spadávají propojovacím potrubím a přikládacím otvorem přímo do spalovací misky. V této spalovací misce probíhá hoření. První zapalování se děje některým z běžných způsobů, například ručně, vložením a zapálením zapalovacího prostředku do spalovací misky. Dále se pak nově přikládané pelety vzněcují od již hořících pelet ve spalovací misce. Výkon kamen se řídí primárně řízením rychlosti podavače, případně návazně i regulací odtahového ventilátoru. Odtahový ventilátor je současně řízen řídicí jednotkou, a to v závislosti na údajích čidla spalování, přičemž v situaci nedokonalého spalování se zvyšuje výkon odtahového ventilátoru. Takový princip řízení je sám o sobě známý a zde není předmětem ochrany. Konkrétní režim regulace výkonu ventilátoru, v závislosti na požadovaném výkonu kamen a současně s respektováním požadavku na čistotu spalin, se naladí podle výsledků zkoušek konkrétního typu kamen, a to zpravidla ve formě vložení podle výsledků zkoušek vyvinutého softwaru do řídicí jednotky odtahového ventilátoru. Tím pochopitelně nejsou vyčerpány všechny možnosti regulace kamen, zejména pak při přechodu na palivo na bázi kusového dřeva. Pokud se má topit kusovým dřevem, pak se použijí přikládací dvířka a zásobník na pelety s dopravníkem a propojovacím potrubím je mimo provoz, takže se může odejmout. Také regulace sekundárního spalovacího vzduchu může probíhat v závislosti na výkonu odtahového ventilátoru, působícího podtlak jak na vstupu primárního, tak i sekundárního spalovacího vzduchu, nebo může být dolaďována ručně, nebo i automaticky, včetně případného uzavření tohoto přívodu sekundárního spalovacího vzduchu, a to v režimu s vloženou samostatnou korekcí, tedy s odchylkami od režimu chodu odtahového ventilátoru.

Při hoření pelet nebo štěpků, ale i kusového dřeva dochází ke spalování s výhodnými parametry, jak ohledně spalin, tak i účinnosti spalování, a to především v návaznosti na konstrukci spalovací komory a spalinových kanálů, kde se kombinuje přímé proudění spalin ve spalovací komoře od spalovací misky ke vstupu do spalinových kanálů s prouděním spalin vířících v ostatním prostoru spalovací komory, čímž dochází k dobrému prohořívání paliva i vyvinutých hořlavých plynů, takže ve spalinových kanálech není třeba udržovat relativně vysokou teplotu, jinak nutnou k dohořívání plynů, a je možno z tohoto prostoru relativně s vyšší intenzitou odebírat teplo. Speciální, zde příkladně popsané trubkové provedení první dvojice plášťů ve dvouplášťové konstrukci umožňuje právě tento režim spalování, neboť místa vzájemných podélných svarů trubek jsou tepelnými mosty, vedoucími s výhodou intenzivně teplo do vnějších částí trubek, tvořících vlastně vnější plášť v této dvojici plášťů. Jinak vzájemně výhodná interakce mezi víceplášťovým provedením kamen a způsobem proudění spalin, dosaženým vnitřním uspořádáním spalovací komory a spalinových kanálů, nastává i u víceplášťových kamen jiných provedení, například i s plochými stěnami, s menším počtem tepelných mostů mezi vnitřním a vnějším pláštěm, resp. mezi vnitřním a vnějším pláštěm v každé dvojici plášťů i u víceplášťového provedení, ovšem u konkrétně zde příkladně popsaných kamen se popsané výhody projevují ve vyšší míře.

-4CZ 19631 Ul

Hospodářská využitelnost

Kamna, podle předkládaného technického řešení, jsou především určena pro spalování pelet, ale s výhodou lze spalovat i štěpky a kusové dřevo. Použití proto přichází v úvahu především pro lokální vytápění místností či bytů nebo podobně velkých prostorů.

Claims (10)

1. s NÁROKY NA OCHRANU

   1. Víceplášťová kamna, především pro spalování pelet, kde kamna jsou vytvořena jako alespoň dvouplášťová, opatřená vnějším zásobníkem pelet a vnějším podavačem, napojeným na přikládací otvor, upraveným pro navedení pelet ke spalovací misce ve spalovací komoře, vyznačení tím, že spalovací komora (1), opatřená alespoň jedním vstupem (102) primárío ního spalovacího vzduchu a alespoň přikládacími dvířky (103), je dále nahoře uzavřena horní přepážkou (13), a současně je propojena se spalinovým kanálem nebo kanály (12), které jsou svými vstupy (121) napojeny na spalovací komoru (1) v oblasti její spodní třetiny a jsou vedeny vzhůru, do prostoru nad horní přepážku (13) spalovací komory (1), přičemž nad horní přepážkou (13) je v kamnech (10) upraven odtahový otvor (104).

   15
2. 2. Víceplášťová kamna, podle nároku 1, vyznačení tím, že spalovací komora (1) je opatřena alespoň jedním vstupem (1021) sekundárního spalovacího vzduchu, kde přívod primárního spalovacího vzduchuje propojen do spodních otvorů (110) ve spalovací misce (11) a přívod sekundárního spalovacího vzduchu je propojen do vzduchového vnitřního kanálu (100), vedeného spalovací komorou (1) k přikládacím dvířkům (103).

   20
3. 3. Víceplášťová kamna, podle nároků la2, vyznačení tím, že spalovací komora (1) je opatřena vzduchovými dvířky (1031), kde ve vzduchových dvířkách (1031) je vytvořen vstup (102) primárního spalovacího vzduchu a vstup (1021) sekundárního spalovacího vzduchu a kde alespoň jeden ze vstupu (102) primárního spalovacího vzduchu a ze vstupu (1021) sekundárního spalovacího vzduchuje opatřen regulačním členem (10211) průtoku vzduchu.

   25
4. 4. Víceplášťová kamna, podle nároků laž 3, vyznačení tím, že jsou vytvořena jako dvouplášťová nebo tříplášťová, přičemž první a druhý plášť je vytvořen jako stěna ze svislých bočně spolu svařených trubek (15).
5. 5. Víceplášťová kamna, podle nároků laž4, vyznačení tím, že jsou opatřena ventilačním ústrojím (4) vnějšího ohřívaného vzduchu, přičemž do vstupů (151) trubek (15) vnějšího

   30 ohřívaného vzduchu, do prostoru alespoň mezi první a druhý plášť kamen (10), jsou zaústěny výstupy (41) z tohoto ventilačního ústrojí (4) vnějšího ohřívaného vzduchu.
6. 6. Víceplášťová kamna, podle nároků laž5, vyznačení tím, že na odtahový otvor (104) je napojen odtahový ventilátor (5).
7. 7. Víceplášťová kamna, podle nároku 6, vyznačená tím, že odtahovému otvoru (104)

   35 je v prostoru nad horní přepážkou (13) ještě předřazena tlumicí komora (1041) se spodními spalinovými vstupy (10410).
8. 8. Víceplášťová kamna, podle nároků 6a 7, vyznačení tím, že odtahový ventilátor (5) je propojen s řídicí jednotkou (51), na jejíž vstup je připojeno alespoň čidlo (52), upravené pro snímání složení spalin u výstupního otvoru (104) nebo na jiném výstupu spalin z kamen (10).

   -5CZ 19631 Ul
9. 9. Víceplášťová kamna, podle nároků 1 až 8, vyznačená tím, žena spalovací misku (11) je snímatelně uložen prohořívací košík (111), vytvořený ve formě pláště s perforovaným či síťovým nebo žebrovým provedením stěny.
10. 10. Víceplášťová kamna, podle nároku 9, vyznačená tím, že prohořívací košík (111) 5 je vytvořen jako dvojice prstenců (1111), propojených spolu tyčkami (1112), tvořícími plochu válce, komolého kužele nebo části kulové plochy.