CZ31495U1 - Zařízení k detekci optimální zbytkové vrstvy paliva pro topidla na pevná paliva - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení k detekci optimální zbytkové vrstvy paliva pro topidla na pevná paliva, zejména kotle s ručním přikládáním.

Dosavadní stav techniky

Mnohá topidla na pevná paliva, zejména kotle, jsou vybavena zařízením umožňujícím detekovat vyhoření přiloženého paliva na tzv. zbytkovou vrstvu. Zbytkovou vrstvou se označují žhnoucí uhlíkové části zbylé z vsázky paliva. Používá se rovněž pojem základní vrstva.

Pokud je detekováno vyhoření paliva na zbytkovou vrstvu, zastaví se zcela, nebo do značné míry přísun spalovacího vzduchu a topidlo přejde do stáložámého stavu. Dostatečně velká zbytková vrstva v tomto stavu udrží oheň několik hodin. To umožňuje následně obnovit provoz bez zapalování pouhým přiložením paliva. Dostatečně velká zbytková vrstva je žádoucí i v případě, že později uhasne zcela, protože podstatně usnadňuje roztápění tím, že poslouží jako zapalovací palivo.

Současná známá topidla jsou vybavena zařízením, která obvykle provádějí detekci zbytkové vrstvy na základě různých veličin: teploty spalin, časového úseku od posledního přiložení paliva, množství kyslíku ve spalinách nebo intenzitě světelného záření ze spalovacího prostoru. Nevýhodou všech těchto metod je poměrně značná nepřesnost a nespolehlivost. V provozu dochází k tomu, že detekovaná zbytková vrstva je buď příliš malá, nebo naopak příliš velká.

Malá zbytková vrstva je nežádoucí z důvodu ztráty stáložámosti, resp. zkracuje dobu žhnutí paliva, tím zvyšuje nároky na obsluhu při opětovném roztápění. Další nevýhodou je, že při provozu s malou zbytkovou vrstvou (v závěru vyhořívání vsázky paliva) je velký přebytek vzduchu při hoření, to znamená, že většina spalovacího vzduchu se neúčastní hoření a odvádí teplo do komína bez požadovaného užitku. Velké přebytky vzduchu navíc ochlazují proces hoření, což má za následek větší produkci škodlivin, zejména oxidu uhelnatého.

Příliš velká zbytková vrstva je nežádoucí proto, že v topidle zabírá místo novému palivu a obsahuje prchavé složky paliva, které se během stáložámé odstávky uvolňují ve formě uhlovodíků, kyselin a vodní páry. Uhlovodíky znečišťují atmosféru a způsobují zanášení vnitřních stěn topidla a komínu, zatímco kyseliny a vlhkost způsobují korozi a zkracují tak životnost topidla a komínu.

Méně obvyklý způsob detekce zbytkové vrstvy je na základě hmotnosti paliva v topidle. Tento způsob předstihuje výše uvedené způsoby v přesnosti a spolehlivosti, nicméně klade poměrně velké nároky na konstrukci topidla, protože vyžaduje pohyblivé dno, což přináší jistá konstrukční omezení a prodražuje topidlo. Další nevýhodou tohoto způsobu detekce je to, že jeho přesnost nepříznivě ovlivňuje popel, který se postupně hromadí v na dně palivového prostoru topidla a zkresluje informaci o hmotnosti zbylého paliva.

Detekování optimální velikosti, resp. objemu či hmotnosti zbytkové vrstvy je klíčová vlastnost topidla, díky které je zvýšen komfort, bezpečnost, životnost topidla, komínu a celková hospodárnost a ekologičnost provozu.

Podstata technického řešení

Nedostatky známých zařízení pro detekci optimální zbytkové vrstvy odstraňuje do značné míry zařízení k detekci optimální zbytkové vrstvy paliva pro topidla na pevná paliva podle technického řešení. Podstata technického řešení spočívá vtom, že obsahuje detekční rameno otočně umístěné v palivovém prostoru topidla, přičemž koncová část detekčního ramene vymezuje hladinu zbytkového paliva, a přičemž detekční rameno je propojeno s detekčně vychylovacím členem. Podle výhodného provedení technického řešení detekčně vychylovací člen obsahuje vnější rameno, které je pevně spojeno s detekčním ramenem, přičemž vnější rameno je vyvedeno vně

-1 CZ 31495 Ul palivový prostor topidla, a přičemž na vnějším ramenu je uchyceno závaží. Z hlediska regulace topidla je výhodné propojit vnější rameno s čidlem polohy nebo s klapkou vzduchu. Z hlediska funkce a komfortu obsluhy topidla je výhodné provedení, které obsahuje přitlačovací člen propojený s přikládacími dvířky topidla. Tento přitlačovací člen při otevření dvířek palivového prostoru, když je přikládáno nové palivo, překoná kroutící moment detekčně vychylovacího členu a pootočí detekčním ramenem ke stěně palivového prostoru. Přidání tohoto přitlačovacího členu je výhodné zejména při přikládání paliva, protože detekční rameno je vychýleno do palivového prostoru, což může vést k tomu, že se palivo při přikládání může dostat mezi táhlo a stěnu palivového prostoru. Detekční rameno tak může vytvořit překážku, která brání vyplnění palivového prostoru palivem, čímž také může být ohrožena detekce zbytkové vrstvy. Přitlačovací člen tak zvyšuje spolehlivost a komfort obsluhy, která by jinak musela, např. prvním kusem přikládaného paliva, přitlačit detekční rameno k boční stěně spalovacího prostoru.

Výhodou technického řešení je přesná a spolehlivá detekce optimální velikost zbytkové vrstvy na základě jejího objemu a to způsobem jednoduchým a levným, který minimálně omezuje konstrukci topidla.

Objasnění výkresů obr. 1 schematický pohled na palivový prostor topidla, ve stavu kdy je topidlo plné paliva;

obr. 2 schematický pohled na palivový prostor topidla, ve stavu kdy je v topidle zbytková vrstva paliva;

obr. 3 schematický pohled na palivový prostor topidla s detekčně vychylovacím členem ve tvaru vnějšího ramene se závažím a čidlem polohy, ve stavu kdy je topidlo plné paliva;

obr. 4 schematický pohled na palivový prostor topidla z obr. 3, ve stavu kdy je v topidle zbytková vrstva paliva;

obr. 5 schematický pohled na palivový prostor topidla s detekčně vychylovacím členem ve tvaru vnějšího rameno se závažím a klapkou, ve stavu kdy je topidlo plné paliva;

obr. 6 schematický pohled na palivový prostor topidla z obr. 5, ve stavu kdy je v topidle zbytková vrstva paliva;

obr. 7 schematický pohled na provedení topidla z obr. 2, 3, doplněné o přitlačovací člen s táhlem, přičemž provedení je znázorněno v poloze, kdy jsou otevřena přikládací dvířka;

obr. 8 schematický pohled na provedení topidla z obr. 2, 3, doplněné o přitlačovací člen s táhlem, přičemž provedení je znázorněno v poloze, kdy jsou zavřena přikládací dvířka.

Příklad uskutečnění technického řešení

Na příkladu provedení technického řešení znázorněného na obr. 1 a 2 je zařízení k detekci optimální zbytkové vrstvy v palivovém prostoru I (tj. v prostoru určeném k hoření či zplyňování paliva 2), jehož základem je otočné detekční rameno 7 z žáruvzdorné oceli, např. profilu obdélníku o rozměrech např. 3 x 20 mm, jehož delší sténaje rovnoběžná s boční stěnou 3 palivového prostoru 1. Detekční rameno 7 prochází otvorem, který je zhruba uprostřed boční stěny 3 palivového prostoru i. V tomto otvoru je současně i bod 5 otáčení detekčního ramene 7 realizovaný hřídélkou s detekčním ramenem 7 pevně spojenou, uloženou ve dvojici pouzder pevně spojených s boční stěnou 3. Detekční rameno 7 se ve stavu, kdy je v topidle 20 palivo 2, nachází v těsné blízkosti boční stěny 3 a je orientováno svisle dolů (tzn. že, koncová část 7.1 detekčního ramene 7 se nachází těsně u boční stěny 3). Koncová část 7.1 detekčního ramene 7 se nalézá výškově v úrovni, která odpovídá hladině zbytkového paliva. Detekční rameno 7 je v kontaktu s detekčně vychylovacím členem 4.

Na příkladu provedení technického řešení z obr. 3 a 4 je konkrétní příklad provedení detekčně vychylovacího členu 4. Detekčně vychylovací člen 4 je tvořen vnějším ramenem 10, které je s detekčním ramenem 7 pevně spojeno v bodě 5 otáčení. Na konci vnějšího ramene 10 je připevněno závaží IT· Vnější rameno 10 se nachází vně palivového prostoru I topidla 20. Vnější ra-2CZ 31495 Ul měno 10 je spojeno s čidlem polohy 6, které je propojeno s neznázoměnou řídící jednotkou topidla 20.

Na příkladu provedení technického řešení z obr. 5, je další konkrétní příklad provedení detekčně vychylovacího členu 4, který je v tomto případě tvořen, vnějším ramenem 10, které je přímo propojeno s klapkou 9 na přívodu spalovacího vzduchu do palivového prostoru 1.

Na příkladu provedení na obr. 7 a 8 je znázorněno provedení topidla z obr. 2, 3, doplněné o přitlačovací člen 16. Tento přitlačovací člen 16 sestává z vačky 15 uložené otočně na výložníku 1_3, který je umístěn pod vnějším ramenem 10. Vačka 15 je pevně spojena s ovládacím ramenem 15.1, na jehož volném konci je otočně uložen dolní konec táhla 14. Horní konec táhla 14 je otočně uložen k excentru 12.1 přikládacích dvířek 12.

Jsou možné i další varianty provedení vynálezu, kdy detekčně vychylovací člen 4 může být realizován rozličnými způsoby. Vychylovací funkce může být zajištěna pružinou, motorem, nebo jiným prvkem působící na detekční rameno 7 kroutícím momentem. Detekční funkce může být zajištěna např. pomocí optického, indukčního, či jiného prvku, který umožňuje detekovat vychýlení detekčního ramene 7 směrem do palivového prostoru I topidla 20. Bod 5 otáčení může být umístěn v blízkosti jiné než boční stěny 3, např. v blízkosti horní stěny (stropu) palivového prostoru 1. Detekční rameno 7 může mít různé profily, tvary, úhly otáčení, atd. Přitlačovací člen 16 může být kromě přikládacích dvířek 12 propojen např. s podavačem paliva, zkratovou klapkou spalin, nebo s jinou částí topidla 20. Rovněž mechanismus přitlačovacího členu 16 může být realizován rozličnými způsoby, namísto vačky 15 je možné použít táhlo, lanko či jiný prvek, který zajistí, aby se před přikládáním paliva, detekční rameno 7 přitlačilo k boční stěně.

Funkce zařízení z obr. 1, 2 je následující: Na detekční rameno 7 trvale působí detekčně vychylovací člen 4, kroutícím momentem, jehož účinkem, ve stavu kdy v kotli není palivo (obr. 2), je detekční rameno 7 vykloněno do palivového prostoru. Po přiložení paliva 2 (obr. 1) do topidla 20 je však kroutící moment detekčně vychylovacího členu překonán tlakem paliva 2, které rameno 7 přitlačuje k boční stěně 3 palivového prostoru 1 topidla 20. Jak palivo 2 odhořívá, klesá jeho hladina v palivovém prostoru i. V důsledku toho se detekční rameno 7 začne postupně shora obnažovat. V okamžiku, kdy se detekční rameno 7 obnaží zcela a přestane být přitlačováno palivem 1, dojde k tomu, že důsledkem kroutícího momentu detekčně vychylovacího členu 4, se detekční rameno 7 pootočí ve směru od boční stěny 3 dovnitř palivového prostoru i. Tímto pootočením (v daném příkladu provedení cca 45°) se detekuje zbytková vrstva 8 paliva.

V konkrétním příkladu provedení na obr. 3 a 4 je způsob detekování vyhoření paliva v palivovém prostoru 1 stejný, jak je popsáno k provedení na obr. 1 a 2, přičemž pootočení detekčního ramene 7 po vyhoření paliva 2 je způsobeno kroutícím momentem, jenž na detekční rameno 7 vyvozuje vnější rameno 10 se závažím ϋ. Tímto pootočením současně vnější rameno 10 aktivuje čidlo 6 polohy. Čidlo 6 polohy dá signál neznázorněnému regulátoru topidla 20, který na jeho základě uzavře přívod spalovacího vzduchu do topidla 20. Uzavření přívodu spalovacího vzduchu je možné buď zcela, nebo z významné části (do topidla 20 zůstane proudit malé množství vzduchu, které zajišťuje, že zbytková vrstva neuhasne). Uzavření přívodu vzduchuje možné buď okamžité, nebo s časovou prodlevou (délkou časové prodlevy se reguluje velikost zbytkové vrstvy 8).

V dalším konkrétním příkladu provedení na obr. 5 a 6 je způsob detekování-vyhoření paliva v palivovém prostoru I stejný, jak je popsáno k provedení na obr. 3 a 4, přičemž pootočením vnějšího ramene 10, dojde, namísto aktivace čidla polohy 6, přímo k uzavření přívodu spalovacího vzduchu do topidla 20 klapkou 9.

V příkladu provedení na obr. 7 a 8, je způsob detekování-vyhoření paliva v palivovém prostoru i stejný, jak je popsáno v provedení na obr. 1 až 6. přičemž znázorněný přitlačovací člen 16 funguje tak, že otevřením přikládacích dvířek 12 (obr. 7) se pootočí excentr 12.1 ve směru hodinových ručiček, který tak posune táhlo 14 (ve směru šikmo vzhůru). Táhlo 14 prostřednictvím ovládacího ramene 15.1 pootočí vačkou 15 v protisměru hodinových ručiček, čímž vačka 15 nadzdvihne vnější rameno 10. Díky tomu se detekční rameno 7 přitlačí k boční stěně 3 palivového prostoru 1 topidla 20 a nebrání tak přikládání paliva 2. Zavřením přikládacích dvířek 12 (obr. 8)

-3CZ 31495 Ul se přitlačovací člen 16, nastaví do polohy, kdy pohyb vnějšího ramene 10 a tím i detekčního ramene 7 nijak neomezuje,

Claims (6)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Zařízení k detekci optimální zbytkové vrstvy (8) paliva pro topidla (20) na pevná paliva, vyznačující se tím, že obsahuje detekční rameno (7), otočně umístěné v palivovém prostoru (1) topidla (20), přičemž koncová část (7.1) detekčního ramene (7) vymezuje hladinu zbytkového paliva, a přičemž detekční rameno (7) je propojeno s detekčně vychylovacím členem (4)·
2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že detekčně vychylovací člen (4) obsahuje vnější rameno (10), které je pevně spojeno s detekčním ramenem (7), přičemž vnější rameno (10) je vyvedeno vně palivového prostoru (1), a přičemž na vnějším ramenu (10) je uchyceno závaží (11).
3. 3. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že vnější rameno (10) je propojeno s čidlem (6) polohy.
4. 4. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že vnější rameno (10) je propojeno s klapkou (9) vzduchu.
5. 5. Zařízení podle nároku laž4, vyznačující se tím, žek detekčně vychylovacímu členu (4) je přiřazen přitlačovací člen (16).
6. 6. Zařízení podle nároku 5, vyznačující se tím, že přitlačovací člen (16) sestává z vačky (15) přiřazené k vnějšímu ramenu (10), přičemž vačka (15) je propojena s přikládacími dvířky (12) prostřednictvím táhla (14).