FI60070B - Vaerme reserverande vaermepanna - Google Patents

Description

ΓβΙ m,KUULUTUSJULKAISU - n n n jgSjft IBJ (11) UTLÄGGNINOSSKRIFT 600 70 C <45) ^ ^ i 1 ^ ^ ^ (51) Kv.ik?-/int.a3 F 24 H 1/22

SUOMI —FINLAND (21) l>»UntUI»k»mu* — 791**0U

(22) Hakamlspitvi —Antekninpdaf 02.05-79 ^ ^ (23) Alkupitvi—CIM(h«ttd«g 02.05.79 (41) Tullut Julki*· lal — Bllvlt offmtllf 03.11.80

Patentti· ja rekisterihallitut .... .... .... , . , _ , (44) NihUvikflpunon {a kuuLJu Mutain pvm. —

Patent· och registerstyrelten ' AmMcm utltjd och utl-akrHtan pubUcurad 31.07.6l (32)(33)(31) Pyydetty ttuollMM*—Ibftrd prlorltet (71)(72) Veli Heimonen, Puutarhatie 12, 5^100 Ruokolahti, Suomi-Finland(Fl) (71*) Tampereen Patenttitoimisto (5U) Lämpöä varastoiva keskuslämmityskattila - Värme reserverande värme-panna

Keksintö kohdistuu lämpöä varastoivaan keskuslämmityskattilaan palavan aineen palamislämmön talteenottoon ja hyväksikäyttöön ja sentapaiseen, esim. asuintalojen lämmittämiseen ja kuuman käyttöveden saamiseksi tai sentapaiseen tarkoitukseen sisältäen tulipesän, savukanavat, lämpöä varastoivan ja luovuttavan, pääasiassa kiinteän väliaineen sekä putkistossa lämpöä kuljettavan väliaineen esim. veden, jolloin lämpöä varastoiva ja luovuttava, pääasiassa kiinteä väliaine esim. betoni tai betoni-lasi seos on sijoitettu tulipesän ja eristyksen väliin, jolloin virtaavaa väliainetta sisältävät kiertoputket on sijoitettu kiinteän väliaineen sisään ja tulipesäputki tulipesän yhteyteen.

Tämäntapaiset kattilaratkaisut ovat tunnettuja patenttijulkaisuista FI 20 037, FI 23 093 ja FI 29 957. Erityisesti F1 patenttijulkaisusta 29 957 on tunnettua sijoittaa patenttivaatimuksen 1 johdannossa esitetyn kattilan tulipesään arinaksi lämmönsiirtoväliainetta kuljettava putkisto. Arina-putkisto on yhdistetty kiinteän väliaineen sisään sijoitet- 2 60070 tuun putkistoon ja se toimii kattilan ainoana välittömänä lämmönsiirtopintana. Arinan rakenteella on pyritty saavuttamaan se etu, että palamisen päätyttyä arinalle muodosstuvas-ta hehkuvasta hiilloksesta saadaan lämpöä talteen arinaput-kistossa kiertävään kattilaveteen. Lämmönsiirtoväliainetta sisältävän arinaputkist on epäkohtana on kuitenkin se, että putkistoon kohdistuu suuret lämpöjännitykset. Suomalaisen patenttijulkaisun F1 29 957 mukaisen arinarakenteen toimiva tekninen toteutus on hyvin hankala.

Tämän keksinnön tarkoituksena on edistää alalla vallitsevaa tekniikan tasoa esittämällä kattilarakenne, joka on toteutettu patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkin mukaisesti.

Tällöin vältetään tunnetun tekniikan tason mukaisen rakenteen epäkohdat sijoittamalla kattilaputkistoon yhdistetty tulipesäputki tulipesän yläosaan siten, että noin puolet tuiipesäputken ympärysmitasta on tulipesän puolella ja noin puolet tulipesäputken ympärysmitasta on kosketuksissa kiinteän väliaineen kanssa. Tulipesäputki on tilavuudeltaan suuri, jolloin saadaan aikaan kattilaveden nopea lämpeneminen kattilan lämmityksessä, jolloin lämpöä saadaan tehokkaasti varastoitua kiinteään väliaineeseen sekä kiertoput-kiston että tulipesäputkist on kiinteän väliaineen kanssa yhteydessä olevan osan kautta.

Eräs keksinnön mahdollinen suoritusmuoto on lähemmin havainnollistettu seuraavassa selityksessä viitaten samalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuva 1 esittää keksinnön erään suoritusmuodon mukaista kattilaa ja varaajasäi1iötä sivuleikkauksena, kuva 2 esittää kuvan 1 mukaista kattilaa leikkauksena A-A hieman suuremmassa mittakaavassa, 3 60070 kuva 3 esittää kuvan 1 mukaisen kattilan vesiputkistojen erästä mahdollista suoritusmuotoa sivulta katsottuna, kuva 4 esittää kuvan 3 mukaisen vesiputkiston rakennetta edestä katsottuna.

Kuvien 1 ja 2 mukainen kattilan suoritusmuoto on asennettu kiin-teälle alustalle, sisältäen kattilan alaosan 1, kattilan yläosan 2 ja varaajan 3, jolloin kattilan ylä- ja alaosan liitoskohta on kohdassa 4· Kattilaan kuuluu tulipesä 5> savukanava 6, 11 sekä savukanavan jatke 7. Tulipesässä 5 on tiiliverhous 8 sekä kattilassa kiertävän vesiputkiston V:n muotoinen, vaakasuorassa oleva osa 9, joka on sijoitettu tulipesän yläosaan, sen suhteen symmetrisesti. Savukanavan vaakasuorat osat 6, 11 ja tulipesä on yhdistetty toisiinsa esim. pystysuorilla kanavilla 10, joita voi olla kattilan pituus- ja leveyssuunnassa kummassakin yhtymäkohdassa yksi tai useampia· Savukanavan 6; alempi osa on muodostunut kattilan alaosan 1 yläosasta, joka muodostaa tason 4> sekä yläosan 2 alaosaan esim. betonivaluna tehdystä kattilan pituussuunnassa symmetrisestä ontelosta. Savukanavan ylempi osa 11 on esim. metalliputki, jota ympäröi vesivaippa 12, joka on metalli-kuoren 13 ympäröimä. Metallikuori on tässä suoritusmuodossa puolisylinterin muotoinen. Kanavan 10 ylempi osa, joka liittyy osaan 11, on myös metalliputki. Savukanavan osa 11 on liitetty kohdassa 13 savukanavan jatkeeseen 7 3 jonka alkuosa on vaakasuora kääntyen lähellä varaajan 3 seinää ylöspäin joko pystysuoraan tai muodostaen terävän kulman vaakasuoran osan kanssa. Savukanavan jatkeen pääasiassa pystysuora osa on siksak muotoinen. Jatkeeseen on yhdistetty nuohousaukot 13 ja liitos 14 on tarkoitettu esim. saunan pesän savukaasujen johtamiseen varaajan läpi savukanavan jatkeen kautta, jolloin niistä saadaan lämpöä siirtymään varaajaan. Varaaja 3 on täytetty vedellä, jolloin se toimii lämpövarastona.

Kattilan alaosan tiiliverhouksen 8 ja eristjjksen 15 väliin on valettu esim. betoni tai betoni-lasi-seos 16, jonka valun sisällä ovat kuvissa 4 ja 5 esitetyt vesiputkistot 9, 17, 18, sijaiten symmetrisesti tulipesän pituusakselin suhteen. Kuvissa 4 ja 5 on vesivaippa 12 poikkileikkaukseltaan neliskulmainen. Savukanava 11 on tässä suoritusmuodossa vinossa ollen varaajan puoleisesta 4 60070 päästään ylempänä. Kuuman käyttöveden kierukka 19 on sijoitettu savukanavan 11 ympärille vaippaan 12. Osat 20 ovat putkiston kannatinrakenteet. Osa 21 on kattilan sulkupelti. Osa 22 on eräissä suoritusmuodoissa käytettävä liekin rajoitinpelti.

Kohtaan 23 on myös järjestetty sulkupelti. Osa 27 on noenpoisto-luukku. Putket 28 on järjestetty mahdollisen tulipesässä tarvittavan lisäilmantarpeen tyydyttämiseksi. Kohtaan 28 tulipesän alle voidaan sijoittaa sähkövastus, jolla on sopiva teho, kattilan kierron ylläpitämiseen, jos kattila joutuu olemaan pitkiä aikoja kylmillään.

Kuvien 1 ja 2 mukainen kattila toimii seuraavalla tavalla. Tuli-pesä ladataan jollakin kiinteällä polttoaineella esim. puulla, joka palaessaan luovuttaa lämpöä sekä tiiliverhouksen kautta massiiviseen, pääasiassa betoniseen kattilan sisusrakenteeseen että suoraan kiertoveteen tulipesäputken 9 avulla. Kattilan lämmityksen alkuvaiheessa siis veden lämpeneminen tapahtuu pääasiassa putkessa 9. Massiivinen betoni tai betoni-lasi-seos lämpenee hitaammin, eikä siis alkuvaiheessa lämmitä kiertovettä mainittavassa määrin. Tulipesäputki 9 on sijoitettu tulipesän 5 pituusakselin suhteen symmetrisesti sen yläosaan siten, että noin vajaa puolet sen ympärysmitasta on suoraan kosketuksessa tulen tai savukaasujen kanssa ja toinen puoli on suoraan kosketuksessa betonivaluun 16. Savukaasut kulkevat reittiä 5“ 10-6- 10- 11 -7, jolloin parhaimmillaan liekin kärjen on havaittu jatkuvan aina tasolle 19 asti. Kattilan tulipesässä syntyy polttoaineen palaessa hyvin suuri kuumuus, koska tiili-betoni-seinä ei pysty ottamaan kaikkea palamisesta syntyvää lämpöä pienen lämmönjohtokykynsä vuoksi. Tällöin myös savukaasujen lämpötila niiden poistuessa tuli-pesästä savukanavaan 6 on hyvin korkea ja palamista tapahtuu vielä kanavan 11 puolella aina tasolle 19 asti. Korkea lämpötila aiheuttaa täydellisen palamisen, jolloin tulipintojen nokeentuminen on erittäin vähäistä. Lisäksi tulipinnat ovat niin yksinkertaiset, että niiden puhdistus on erittäin helppoa ja nopeaa. Kattilan veto muodostuu erittäin hyväksi johtuen juuri korkeista lämpötilaeroista tulipesän ja ulkoilman välillä.

Kattilan ala- ja yläosassa otetaan kuvan 1 mukaisesta kattilasta savukaasuista lämpöä talteen noin neljän metrin matkalla. Pitkästä ,e ’ 5 60070 lämmön talteenottomatkasta huolimatta on savukaasujen lämpötila vielä kattilan jälkeen melko korkea. Siksi savukaasut johdetaan e kuvan 1 mukaisessa rakenteessa varaajasäiliön 3 vesitilan läpi kanavan jatkeen 7 avulla. Tällöin niistä saadaan vielä lisälämpöä. Toinen mahdollinen suoritusmuoto on se, että varaajasäiliö 3 jätetään pois ja ainoastaan vesivaippa 12 ottaa lämpöä talteen savukanavan 11 koko matkalta, jolloin kattila on varustettava kuvan 3 mukaisella liekin pituutta rajoittavalla pellillä 22. Tämäkin suoritusmuoto on edullinen, sillä se lämpö, mikä menetetään savukaasujen korkeamman poistumislämpötilan mukana, saadaan takaisin täydellisestä palamisesta saatavan suuren lämpömäärän sekä vähäisen nokeentumisen vuoksi tehokkaiden tulipintojen ansiosta.

Kun on poltettu haluttu määrä polttoainetta tulipesässä ja tuli on sammunut, suljetaan sulkupelti 21 kuvassa 3« Tavallisimmin riittää yksi täyttö vuorokaudessa n. 22-20 kg kuivaa puuta keskikokoisen omakotitalon lämmittämiseen vuorokauden ajan. Palamisen aikana lämpöä otetaan talteen kolmella eri tavalla: 1. tulipesässä olevan putken 9 avulla siirretään lämpöä kierto-veteen , 2. savukaasujen sisältämää lämpöä otetaan talteen vesivaippaan 12 ja varaajaan 3, 3. palaminen ja savukaasut lämmittävät massiivista, kiinteää n. 0,6 m tilavuuden omaavaa, lämpöä varastoivaa väliainetta, esim. betonia tai betoni-lasi-seosta 16.

Tulen sammuttua ja sulkupellin 21 ollessa suljettu, kiinteä väliaine luovuttaa vähitellen lämpöä sisällään putkistossa 9, 16, 17 kiertäväään veteen. Käytännön kokeissa on havaittu kiertoveden lämpötilan olevan vielä vuorokauden kuluttua kattilan sammumisesta talviolosuhteissa n. 40°C. Kattilan koko vesitilavuus kuvien suoritusesimerkeissä on noin 1300 1. Kokeissa on havaittu kattilan kiertoveden lämpötilan nousevan vielä sulkupellin 21 sulkemisen jälkeen.

6 60070

Kattilan vedenkierto tapahtuu kuvien 3 ja 4 mukaan seuraavasti. Kattilaan tulee vesi varaajan 3 alaosasta putkea 24 pitkin.

Samaan putkeen 21 on liitetty myös lämmitettävässä tilassa kiertävän veden paluujohto. Vesi kiertää alempaa kiertoputkea 17 pitkin ylhäältä päin katsottuna myötäpäivään tulipesän 5 ympäri muurauksen 16 keskellä V:n muotoisen tulipesäputken 9 kattilan edestä katsottuna oikean puoleiseen päähän. Vesi kiertää edelleen V:n muotoisen putken 9 ylhäältä päin katsottuna vastapäivään ja kiertää myötäpäivään kierukkamaisessa ylemmässä putkessa 18, joka myös on muurauksen 16 ympäröimä. Koska kattila on kaksiosainen, on ylempään kiertoputkeen 18 järjestetty jokin tunnettu liitin 25, jolla on yhdistetty putki 18 vaippaan 12 johtavaan nousuputkeen 26. Putkella 27 on järjestetty lämmitettävään tilaan tarvittavan kiertoveden otto. Putki 27 on lisäksi yhdistetty varaajan 3 yläosaan. Kattilan ulkopuolinen osa lämmitysjärjestelmästä voidaan toteuttaa jollakin tunnetulla tavalla. Putkistolle on suoritettu lujuuslaskut paineastia-asetuksen mukaisesti.

Kuvien 1 ja 2 mukaiseen suoritusmuotoon on järjestetty kattilan ala- ja yläosien 1 ja 2 väliin kanava 6, joka voi toimia luukun 30 avulla esim. leivinuunina. Tätä varten kattilaan on järjestetty sulkupelti 23 kuvan 3 mukaisesti. Nuohousaukot on järjestetty sik-sak muotoisen savukanavan jatkeen 7 mutkiin, jolloin jatkeen 7 puhdistaminen käy vaivattomasti. Noenpoisto tapahtuu aukon 27 kautta.

Yhde 14 on esim. saunan pesän savukaasujen lämmön talteenottoa varten, jolloin siis saunan savukaasut johdetaan varaajan 3 läpi savukanavan jatketta 7 pitkin.

Savukanavan jatke 7 on muodoltaan sik-sakmainen, jotta saataisiin savukaasuille voimakas turbulenssi, mikä tunnetusti lisää lämmönsiirtoa. Muutkin suoritusmuodot ovat luonnollisesti mahdollisia .

Kattilan suoritusmuodot voivat luonnollisesti vaihdella monella tavoin tässä esitetyn keksinnön perusajatuksen puittessa. Tässä li'· Λ ' 7 60070 on vain esitetty eräs käytännön kokeissa tehokkaaksi, helppohoitoiseksi ja käyttövarmaksi havaittu suoritusmuoto. Tulipesän 5 ja savukanavien 6, 10, 11 rakenteella saadaan aikaan pitkä liekki (n. 3 m), savukaasujen voimakas turbulenssi, korkea palamis-lämpötila sekä hyvä veto. Varaajan 3 ja vaipan 12, putken 9 sekä erityisesti kiinteän, lämpöä varastoivan aineen 16 esim. betonin avulla, joka luovuttaa lämpönsä hitaasti, saadaan pesän täytön lämpö tehokkaasti talteen. Kattilalla saavutettiin yli 50 % säästö polttoaineessa talviolosuhteissa verrattuna vastaavaan kattilaan, vaikka keksinnön mukainen kattila oli ulkona kokeilujen aikana.

Keksinnön mukainen kattila on helppohoitoinen. Tarvitaan vain keskimäärin yksi tulipesän täyttö vuorokaudessa· Nokeentuminen on hyvin vähäistä. Kattila, on helppo nuohota, koska tulipinnat on muotoiltu yksinkertaisiksi. Kattilalla on useita lisäkäyttö-mahdollisuuksia esim. sitä voidaan käyttää leivinuunina tai sillä voidaan ottaa talteen saunan pesän savukaasujen lämpö.

Kattila on tehty kahdesta osasta, mikä on valmistusteknilli-sesti edullista. Kattilan putkistot, joita tässä suoritusmuodossa on noin 12 m, ovat suhteellisen yksinkertaiset valmistaa, eikä kiertoputkien 17, 18 tulenkestävyyteen ole tarpeen kiinnittää huomiota. Kattilalaitoksen valmistus onnistuu hyvin teollisessa mittakaavassa ja sarjoina sen hinta pystyy hyvin kilpailemaan muilla periaatteilla toimivien kattiloiden kanssa. Näihin verrattuna on keksinnön mukaisella kattilalla etunaan tehokkuus, taloudellisuus, helppohoitoisuus sekä useat lisä-käyttömahdollisuudet .

Claims (3)

60070 8 Pat ent t ivaat imukset:

1. Lämpöä varastoiva keskuslämmityskattila palavan aineen palamis lämmön talteenottoon ja hyväksikäyttöön ja sentapaiseen, esim. asuintalojen 1 änrni 11 ämi seen ja kuuman käyttöveden saamiseksi tai sentapaiseen tarkoitukseen sisältäen tulipesän (5)» savukanavat (6, 10, 11), lämpöä varastoivan ja luovuttavan, pääasiassa kiinteän väliaineen sekä putkistossa (9. 17» 18) lämpöä kuljettavan väliaineen esim. veden, jolloin lämpöä varastoiva ja luovuttava, pääasiassa kiinteä väliaine esim. betoni tai betoni-lasi-seos (16) on sijoitettu tulipesän (5) ja eristyksen (15) väliin, jolloin vir-taavaa väliainetta sisältävät kiertoputket (17, 18) on sijoitettu kiinteän väliaineen (16) sisään ja tulipesäputki (9) tulipesän (5) yhteyteen, tunnettu sii- t ä, että tulipesäputki (9) on sijoitettu tulipesän (5) yläosaan siten, että putken (9) ympärysmitasta noin puolet on tulipesän (5) puolella ja vastaavasti putken (9) ympärysmitasta noin puolet on kosketuksissa lämpöä varastoivan Kiinteän väliaineen (16) kanssa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kattila, tunnettu siitä, että tulipesäputki (9) on V:n muotoinen sijaiten symmetrisesti tulipesän pituusakselin suhteen.

3· Patenttivaatimuksen 1 mukainen kattila, tunnettu siitä, että virtaavan väliaineen kierto tapahtuu alemman kiertoputken (17) kautta tulipesäput-keen (9) ja siitä ylempään kiertoputkeen (18).