FI121093B

FI121093B - Heating system

Info

Publication number: FI121093B
Application number: FI20086203A
Authority: FI
Inventors: Urpo Kallinen
Original assignee: Nanea Oy
Priority date: 2008-12-17
Filing date: 2008-12-17
Publication date: 2010-06-30
Also published as: FI20086203A0

Description

LämmitysjärjestelmäHeating system

Esillä olevan keksinnön kohteena on lämmitysjärjestelmä, joka osittain pohjautuu savukaasujen lämmön talteenottamiseen pientalojen tai vastaavien savupii-5 puista. Erityisen edullisesti keksintö kohdistuu lämmön talteenottamiseksi järjestelmään, johon on jo liitetty aurinkoenergian keräin.The present invention relates to a heating system which is based in part on the recovery of heat from the flue gases from small houses or similar flue-gas trees. Particularly preferably, the invention is directed to a heat recovery system already connected to a solar energy collector.

Pientalojen lämmitykseen käytetään Suomessa hyvin usein erilaisia tulisijoja. Perinteisen avotakan lisäksi käytössä on uudempana tekniikkana erilaisia va-10 raavia uuneja ja takkoja. Lisäksi puulämmitteisiä saunankiukaita on monissa taloissa ja kesämökeissä. Puun poltossa vapautuvasta energiasta tulisija siirtää talon sisälle lämmitykseen tyypillisesti noin 40 - 70 %. Loput energiasta hukataan savupiippuun. Energian kallistuessa lämmön talteenotto esimerkiksi käyttöveden lämmitykseen on tullut ajankohtaiseksi. Lämmön talteenotto savukaa-15 suista yhdistettynä aurinkoenergian keräilyyn avaa mahdollisuuden pienentää merkittävästi kiinteistön energiakuluja.Very often different fireplaces are used in Finland to heat small houses. In addition to the traditional open fireplace, newer technologies include a variety of stove and fireplaces. There are also wood burning sauna heaters in many houses and summer cottages. Typically, about 40-70% of the energy released from burning wood is transferred to the house for heating. The rest of the energy is wasted in the chimney. As energy rises, heat recovery, for example for hot water heating, has become topical. Heat recovery from flue gas fires combined with solar energy collection offers the opportunity to significantly reduce the energy costs of a property.

Lämmön talteenottoa savukaasuista on patentoitu laajasti Pohjois-Amerikassa. Tunnetaan erilaisia ratkaisuja, joissa esimerkiksi avotakan sisälle asennetaan 20 putkia, joissa vesi kiertää ja kuumenee. Myös savupiippuun on asennettu erilaisia kiinteitä rakenteita, joissa vesi kiertää ja kuumenee. Patenttikirjanisuudessa on myös esitetty monia vaihtoehtoisia ratkaisuja yhdistää edellä kuvattuja kiinteitä lämmönvaihtimia aurinkokeräinpiiriin. Tällainen ratkaisu lyhentää oleellisesti aurinkokeräininvestoinnin takaisinmaksuaikaa, koska kummassakin järjes-25 telmässä on mahdollista käyttää yhteistä putkistoa, kiertopumppua sekä läm-mönvaihdinta/-varaajaa. Tunnetaan myös Suomessa markkinoilla oleva ratkaisu yhdistää vesivaraaja ja savupiippu.Heat recovery from flue gases is widely patented in North America. Various solutions are known, for example, where 20 pipes are installed inside the open fireplace where the water circulates and heats. The chimney is also fitted with various fixed structures where the water circulates and heats up. The patent literature also discloses many alternative solutions for combining the solid-state heat exchangers described above with a solar collector circuit. Such a solution significantly shortens the payback period of the solar collector investment, since it is possible to use a common piping system, a circulation pump and a heat exchanger / accumulator in both systems. Also known is the solution on the market in Finland combining a water heater and a chimney.

Kehitettäessä savukaasujen lämmöntalteenottojärjestelmää, on otettava huomi-30 oon mm. erilaiset viranomaismääräykset, joista mainittakoon mm. se, että Suomen Rakentamismääräykset kieltävät kiinteät rakenteet savupiipussa. Syynä on luonnollisesti se, että nuohousta ei saa estää.When developing a heat recovery system for flue gases, one has to take into account -30 o mm. various official regulations, such as: the fact that the Finnish Building Regulations prohibit fixed structures in the chimney. The reason, of course, is that you should not prevent chimney sweeping.

22

Tunnetussa tekniikassa on lisäksi mm. seuraavia haittoja: • Suoraan avotakkaan asennetut rakenteet saattavat vaikeuttaa puunpolt-toa. Toisaalta Suomessa avotakkoja ei juuri enää käytetä lämmitykseen huonon hyötysuhteen takia 5 · Nykytekniikan mukainen savupiippuvaraaja soveltuu käytännössä vain uudisrakennukseen.The prior art also has e.g. The following disadvantages: • Structures installed directly in the open fireplace can make wood burning more difficult. On the other hand, in Finland open fireplaces are almost no longer used for heating due to poor efficiency.

Edellä kuvattujen ongelmien ratkaisemiseksi on kehitetty oheisissa patenttivaatimuksissa lähemmin kuvattu lämmitysjärjestelmä.To solve the problems described above, a heating system has been developed which is described in more detail in the appended claims.

1010

Seuraavassa tämänkertaisen keksinnön mukaista lämmitysjärjestelmää selitetään yksityiskohtaisemmin viittaamalla oheisiin kuvioihin, joista kuvio 1 esittää kaavamaisesti poikkileikkausta pientalosta, johon keksinnön mukainen aurinkokeräimen ja lämmöntalteenottolaitteen yhdistelmä on järjestetty, 15 kuvio 2 esittää yksityiskohtaisemmin keksinnön mukaista savukaasujen läm-möntalteenottolaitetta, ja kuvio 3 esittää keksinnön mukaisessa lämmöntalteenottolaitteessa edullisesti käytettävää metalliputkea.In the following, the heating system of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying figures, in which Figure 1 is a schematic cross-sectional view of a small house in which a solar collector and heat recovery device according to the invention is provided; metal tube.

20 Tässä keksinnössä esitellään ratkaisu, joka mahdollistaa tehokkaan lämmön talteenoton savukaasuista ja jossa ei ole tunnetun tekniikan haittoja.The present invention provides a solution that allows efficient heat recovery from flue gases without the disadvantages of the prior art.

Kuvion 1 esittämä pientalo on varustettu tavanomaisella tulisijalla 2, joka voi olla mikä tahansa ennalta tunnettu tai uusi lämpöä tuottava laite, josta viedään sa-25 vupiipun 4 kautta savukaasuja ulos. Toisin sanoen tulisija 2 voi olla avotakka, varaava takka, leivinuuni, puuliesi, saunankiuas tai jokin vastaava. Kuvan mukainen pientalo on myös varustettu lämmönvaraajalla 6, jollaisena esitetään vesisäiliö. Lisäksi kyseinen talo on varustettu edullisesti talon katolle sijoittuvalla aurinkokeräimellä 8, josta johtaa vesiputkisto 10 lämmönvaraajalle 6. Edelleen 30 pientalon savupiippuun 4 on järjestetty lämmöntalteenottolaite 12, joka on kytketty samaan vesikiertoon 10 aurinkokeräimen 8 kanssa.The small house shown in Figure 1 is provided with a conventional fireplace 2, which may be any known or new heat generating device from which the flue gases are discharged through the sa-25 chimney 4. In other words, the fireplace 2 may be an open fireplace, a fireplace, a baking oven, a wood stove, a sauna stove or the like. The small house shown in the figure is also provided with a heat accumulator 6 as shown in the water tank. Further, the house is preferably provided with a solar collector 8 located on the roof of the house, from which water piping 10 is conducted to a heat accumulator 6. Further, a heat recovery device 12 is connected

33

Kuviossa 2 on esitetty yksityiskohtaisemmin keksinnön mukaisessa laitteistossa käytettävä lämmöntalteenottolaite 12. Kyseinen lämmöntalteenottolaite 12 koostuu savupiippuun mahtuvasta kierteelle tai vastaavalle taivutetusta putkesta 14, jonka kumpaankin päähän on edullisesti järjestetty pikaliittimet 16, jotka luonnol-5 lisesti sijoittuvat savupiipun 4 ulkopuolelle silloinkin, kun lämmöntalteenottolaite 12 on laskettu savupiippuun 4. Pikaliittimien 16 avulla lämmöntalteenottolaite 12 on helppo irrottaa nuohouksen ajaksi lämmönsiirtokierrosta ja nostaa pois savupiipusta. Joissakin tapauksissa voidaan tulla toimeen ilman pikaliittimiäkin, jolloin lämmönsiirtoputkisto on tehtävä niin taipuisaksi ja joustavaksi, että läm-10 möntalteenottolaite voidaan nostaa savupiipusta nestekiertoa katkaisematta. Lämmöntalteenottolaitteeseen 12 kuuluu lisäksi ripustusketju 18, -vaijeri tai vastaava, joiden avulla talteenottolaite on laskettavissa savupiippuun 4 ja nostettavissa ulos hormista. Mainitun ripustusketjun tai -vaijerin avulla on luonnollisesti mahdollista säätää talteenottolaitteen asema eli korkeus savupiipussa. Samoin 15 kyseistä ketjua tai vaijeria voi käyttää myös pitämään talteenottolaite katolla nuohouksen aikana, jolloin laite on irrotettu pikaliittimistään lämmönsiirtokierrosta. Kyseisen ripustusketjun, -vaijerin tai vastaavan yläpäässä on koukku tai vastaava, joka voidaan kiinnittää savupiipun päähän tai esimerkiksi piipunhatun kiinnitysrautoihin. Kyseinen ripustusketju 18, -vaijeri tai vastaava on kiinnitetty 20 lämmöntalteenottolaitteen 12 alaosaan erityisen ripustusvälineen 20 avulla. Kyseinen ripustusväline voi olla levymäinen tai ristikkomainen kuitenkin aina niin, että se ei olennaisesti haittaa savun virtausta savupiipussa. Lisäksi lämmöntalteenottolaitteen 12 putkistoon 14 on edullisesti pikaliittimen 16 läheisyyteen savupiipun ulkopuolelle järjestetty ylipainevaroventtiili 22, jolla estetään savupiip-25 puun sijoittuvan lämmöntalteenottolaitteen 12 vaurioituminen, jos pikaliittimet jäävät epähuomiossa kiinnittämättä tai ne ovat tukossa. Tällöin varoventtiilin toimiessa lämmönsiirtoneste ei pääse valumaan piippuun, vaan turvallisesti talon vesikatolle. Edelleen kuviossa lämmöntalteenottolaite on esitetty varustettuna tulenkestävästä materiaalista valmistetulla suojasukalla 24, jota voidaan 30 käyttää erittäin nokeavissa olosuhteissa. Tällöin lämmöntalteenottoputki 14 on mahdollista sijoittaa palamattomasta kudoksesta valmistettuun sukkaan 24, joka 4 on helppo ajoittain puhdistaa. Lisäksi sukka 24 suojaa ohutseinämäistä läm-möntalteenottoputkea 14, kun sitä vedetään tiilipiipusta ulos.Fig. 2 shows in more detail the heat recovery device 12 used in the apparatus according to the invention. to the chimney 4. The quick couplings 16 make it easy to remove the heat recovery device 12 from the heat transfer cycle during the chimney and to remove it from the chimney. In some cases, even without quick couplings, it is possible to make the heat transfer pipeline so flexible and flexible that the heat recovery unit can be lifted from the chimney without interrupting the fluid circulation. The heat recovery device 12 further comprises a hanging chain 18, a wire or the like, by means of which the recovery device can be lowered into the chimney 4 and lifted out of the chimney. It is of course possible to adjust the position of the recovery device, i.e. the height in the chimney, by means of said suspension chain or wire. Similarly, the 15 chains or ropes in question can also be used to hold the recovery device on the roof during a sweeping operation whereby the device is disconnected from its quick-release heat transfer cycle. At the top of said hanging chain, wire or the like there is a hook or the like which can be attached to the end of the chimney or, for example, to the fastening irons of the chimney cap. Said suspension chain 18, wire or the like is attached to the lower part of the heat recovery device 12 by means of a special suspension means 20. The hanging means in question may, however, always be plate-like or lattice-shaped so as not to substantially interfere with the flow of smoke in the chimney. Further, the pipeline 14 of the heat recovery device 12 is preferably provided with an overpressure relief valve 22 located near the quick connector 16 outside the chimney to prevent damage to the heat recovery device 12 located in the chimney 25 if the quick connectors are unintentionally unattached or blocked. In this case, when the safety valve operates, the heat transfer fluid does not run into the barrel, but safely into the roof of the house. Further, in the figure, the heat recovery device is provided with a protective stocking material 24 made of refractory material, which can be used under very sooty conditions. It is then possible to place the heat recovery tube 14 in a non-combustible fabric sock 24 which is easy to clean from time to time. In addition, the thin-walled heat recovery tube 14 is protected by sock 24 as it is pulled out of the brick chimney.

Edellä kuvattua lämmöntalteenottolaitetta 12, edullisesti kierukkaa, voidaan 5 käyttää savupiipussa siten, että se voidaan vetää ulos nuohouksen ajaksi, jos kierukassa on tulo- ja lähtöputkissa pikaliittimet 16. Tällöin putkessa 14 oleva paineistettu lämmönsiirtoneste ei mene hukkaan ja kiertoa ei tarvitse tyhjentää nuohouksen ajaksi.The above described heat recovery device 12, preferably a coil 5, can be used in the chimney so that it can be pulled out during chimney cleaning if the coil has quick connectors 16 in the inlet and outlet ducts so that the pressurized heat transfer fluid in duct 14 is not wasted.

10 Markkinoilla on saatavissa kuviossa 3 esitetyn tyyppistä ohutseinämäistä (seinämävahvuus edullisesti 0,2 - 0,6 mm, putkihalkaisija edullisesti 10-25 mm) aallotettua metalliputkea, josta valmistetaan esimerkiksi kierukkatyyppisiä läm-mönvaihtimia. Näitä kierukoita käytetään yleisesti lämminvesivaraajissa. Muodoltaan pituussuunnassa aallotettua putkea on edullista käyttää lämmöntal-15 teenottolaitteissa, koska aallotus lisää putken pinta-alaa jopa 50 % suoraseinä-mäiseen putkeen verrattuna. Paras materiaali savukaasujen lämmöntalteenot-toon savupiipussa on haponkestävä teräs, sillä se kestää hyvin korroosiota ja korkeaa lämpötilaa. Kun kyseisestä materiaalista valmistetaan pitkänomainen kierukka (halkaisija edullisesti 80-150 mm), se on taipuisa, sillä metalliputki voi 20 olla hyvin ohutseinämäistä. Ohutseinämäisyyden takia kierukka on kevyt - sen paino vedellä täytettynä on vain muutamia kiloja. Näin ollen sitä on helppo siirrellä käsivoimin. Tällainen kierukka on mahdollista ujuttaa savupiipun sisään tarpeeksi syvälle, vaikka piipun päällä olisi suojapelti (irrottamatta peltiä). Kierukka valmistetaan siten, että putki kierrosten välimatka on yhden putkihalkaisi-25 jän mittainen. Näin saavutetaan optimaalinen lämmönsiirto.Thin-wall corrugated metal tubing of the type shown in Fig. 3 (wall thickness preferably 0.2-0.6 mm, tube diameter preferably 10-25 mm) is made available on the market and manufactured, for example, by helical-type heat exchangers. These coils are commonly used in hot water heaters. The longitudinal corrugated tube is advantageously used in heat recovery devices, since corrugation increases the surface area of the tube by up to 50% compared to a straight-wall tube. The best material for heat recovery of flue gases in the chimney is acid-proof steel as it is well resistant to corrosion and high temperature. When an elongated coil (preferably 80-150 mm in diameter) is made of this material, it is flexible since the metal tube 20 can be very thin-walled. Due to its thin wall, the spiral is light - its weight when filled with water is only a few pounds. Therefore, it is easy to move by hand. Such a coil can be inserted deep enough into the chimney, even if there is a protective damper on the chimney (without removing the damper). The coil is manufactured so that the spacing of the tube turns is one tube diameter-25 ice. This achieves optimal heat transfer.

Edellä esitetystä keksinnön selityksestä on syytä muistaa, että sillä ei ole millään muotoa tarkoitus rajata keksinnön suojapiiriä oheisissa patenttivaatimuksissa esitetystä, vaan selitys on ymmärrettävä vain yhdeksi keksinnön edulli-30 seksi suoritusmuodoksi.From the foregoing description of the invention, it is to be remembered that it is not intended in any way to limit the scope of the invention as set forth in the appended claims, but is to be construed as only one preferred embodiment of the invention.

Claims

1. A heating system consisting of a solar energy collection device (8) and a pipe heating heat extractor device (12) for flue gases to be placed within a chimney (4) and lifted therefrom, which devices are connected to a circulation circuit (10) for heat transfer fluid together with a heat accumulator (6), characterized in that the heat extractor (12) is a flexible tube (14).

Heating system according to Claim 1, characterized in that both ends of the tubes (14) of the heat recovery device (12) are provided with quick couplings (16).

Heating system according to any of the preceding claims, characterized in that the pipe (14) of the heat recovery device (12) is provided with an overpressure valve (22). 8

Heating system according to any of the preceding claims, characterized in that the material of the pipe (14) of the heat recovery device (12) is stainless steel.

Heating system according to any of the preceding claims, characterized in that the pipe (14) of the heater recovery device (12) is a longitudinally corrugated pipe.

Heating system according to any of the preceding claims, characterized in that the heat recovery device (12) is provided with lifting devices (18) for lifting the heat recovery device (12) from the chimney (4) and for lowering it into the chimney (4).

Heating system according to any of the preceding claims, characterized in that the heat recovery device (12) is provided with a protective sleeve (24) surrounding the part of the heat recovery device (12) located within the chimney (4).

Heating system according to any of the preceding claims, characterized in that the heat recovery device (12) is a pipe (14) which is bent to a spiral. »

Heating system according to Claim 8, characterized in that the distance between the tube turns of the coil (14) is equal to the diameter of a tube. 25