FI67138C - Vaermepanna - Google Patents

Description

671 38 Lämmityskattila Värmepanna

Keksinnön kohteena on puuta tai muita vastaavia pitkäliekkisiä ja/tai kosteita polttoaineita käyttävä lämmityskattila, joka käsittää vesitilan ja sen sisällä tulipesän, jonka yhteydessä on polttoaineen varastopesä, jossa olevan kostean polttoaineen sisältämää vettä on höyrystettävissä 5 varastopesässä sen alapuolella olevasta tulipesästä ja palamisvyöhyk- keestä suoraan johtuvalla ja siirrettävällä lämpöenergialla, jota lämpö-energiaa on otettavissa talteen.

öljyn hinnan kallistuminen on tuonut uudelleen kiinteät polttoaineet läm-10 mityksessä ajankohtaiseksi. 1950-luvulla kehitettiin Suomessa kotimaisten polttoaineiden kattiloita, mutta sen jälkeen laitteiden taso suorastaan taantui. Vasta 1979-80 ovat parhaat keskuslämmityskattilat lähes yhtä hyviä kuin 1950-luvulla.

15 Polttoaineen tehokkuus määräytyy pääasiallisesti polttoainekiloa kohti saatavasta lämpöenergian määrästä. Polttoaineen tehollinen lämpöarvo voidaan laskea seuraavasta kaavasta: H = H - 2,51 v — 1 3 ke 20 8 missä * tehollinen lämpöarvo

Hg = kalorimetrinen lämpöarvo w = yhdestä kilosta polttoainetta syntyvien palamistuloksien sisältämä vesimäärä (kg, kmol) 25 Käytännössä esim. koivupuun tehollinen lämpöarvo voidaan laskea kaavasta: H - 18,9 - 0,21 w — kg 30 (Lähde: L. Wahlroos: Kotimaiset polttoaineet ja keskuslämmityskattilat, Kokemäki, 1979, mihin lähteeseen tekniikan tason osalta yleisestikin viitataan) .

1!..

2 671 38

Edellä esitetystä likimääräisestä kaavasta selviää välittömästi» että polttoaineessa olevan veden höyrystäminen sitoo suuria energiamääriä.

Puun palaminen tapahtuu pääasiallisesti siten» että puuhun tuotu lämpö-energia polttojakeon alkuvaiheessa kuluu pääasiassa veden höyrystämi-5 seen. Kun vesi on haihtunut esim. pienistä puuosasista alkaa niiden lämpötila vasta uudelleen nousta. Noin 150°C lämpötilassa alkaa puun kemiallinen hajoaminen. Varaetopesällä varustetuissa kattiloissa palavat kerrokset kiehuttavat vettä yläpuolella olevasta puuaineksesta jopa niin paljon, että polttojakeon alkuvaiheessa sitä lauhtuu varastopesässä ja 10 valuu vetenä tuhkapesään.

Edellä esitettyyn viitaten voidaan tiivistetysti todeta, että puun kosteuden kasvaessa sen tehollinen lämpöarvo pienenee ja savukaasujen määrä kasvaa. Mitä suurempi on polttoaineen kosteus, sitä alhaisempi on polton 15 ja tulipesän lämpötila. Hyvin kostea puu saattaa aiheuttaa sen, että haihtuvat kaasut jäävät osittain palamatta. Puuosasissa olevan veden höyrystyessä voimakkaasti on ilman hapen vaikea päästä palavaan polttoaineeseen. Kun höyrystyvä vesi lisäksi sitoo itseensä lämpöenerigaa, tulipesän lämpötila väkisinkin laskee. Kuitenkin kiinteiden polttoaineiden polton onnis-20 tuminen ratkaisevasti riippuu siitä mikä lämpötila tulipesässä saavutetaan.

Erityisesti pienissä kiinteän polttoaineen kattiloissa on edelleen puutteita. Parhaatkin toimivat tyydyttävästi vain yhdellä polttoaineella ja puuta poltettaessa vain joko hyvälaatuisella hakkeella tai riittävän pie-25 nikokoisella pilkkeellä. Suurimmat vaikeudet - märän ja kosteudeltaan vaihtelevan polttoaineen poltto, - palakooltaan erilaisen polttoaineen poltto, esim. käytettäessä jäte-puuta, kantoja jne. ei tasalaatuisen hakkeen valmistaminen ole mahdollista, 30 - tehon säätö. Käytettäessä yhden kattilan lämpökeskusta tulee kattilan tehon olla säädettävissä 100:eta alle 10 %:iln tai käyttää varaajaa. Tällainen tehoalue ei ennestään tunnetuilla kattiloilla onnistu höyty-suhteen jyrkästi huonenematta.

35 Useimmat ennestään tunnetut puuta ja olkea käyttävät pienkattilat ovat alapalolsia varastopesäkattiloita. Niissä voi olla joko arina tai kiinteä, 3 67138 muurattu varastopesä ja palaminen voi tapahtua joko luonnonvedolla tai käyttäen ilmapuhallinta.

Etenkin polttoaineen ollessa kosteata on liekin lämpötilan saamiseksi riittävän korkeaksi välttämätöntä esilämmlttää palamisilmaa. Tunnetusti 5 tämä tapahtuu lämmönvaihtimilla, jotka ottavat lämpöä joko vedestä, savukaasuista tai tullpesästä. Varjopuolena ovat kalliit tai lyhytikäiset rakenteet sekä esilämmltyksen hitaus: jaksottain toimivassa kattilassa esilämmitys on heikkoa kattilan käynnistyessä, jolloin lämpöä tarvittaisiin eniten.

10

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on tarjota ratkaisuja edellä esitettyihin ongelmiin.

Keksinnön mukaiselle lämmityskattilalle on pääasiallisesti tunnusomaista 15 se, että varastopesän seinämät on varustettu aukoilla ja/tai raoilla, joiden yhteydessä on polttoaineen kuivatusvyöhykkeellä syntyvän vesihöyryn lauhdutustila tai -tilat, jotka rajoittuvat ulkopuoleltaan mainittua vesihöyryä lauhduttavaan lämmönvalhtopintaan tai -pintoihin, joka on toiselta puoleltaan yhteydessä kattilan vesitilaan ja että lait-20 teeseen kuuluvat elimet, joilla aikaansaadaan varastopesässä olevasta polttoaineesta eroavan vesihöyryn kierto mainittujen lämmönvaihtopin-tojen yhteydessä, ja että lämmönvaihtopinnan yhteyteen on liitetty kanava tai vastaava kondensoituneen veden johtamiseksi tulipesän ulkopuolelle.

25 Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisen piirustuksen kuvioissa esitettyihin keksinnön eräisiin sovellutus-esimerkkeihin, joiden yksityiskohtiin keksintö ei mitenkään ahtaasti ole rajoitettu.

30 Kuvio 1 esittää sellaista keksinnön mukaista kattilaa, jossa on erityisjärjestelyt varastopesän yhteydessä polttoaineesta höyrystyvän veden lämpöslsällön talteenottamiseksi.

Kuvio 2 esittää erästä kuvion 1 mukaisen kattilan modifikaatiota.

35

Kuvioissa kattilan yleisrakenne on esitetty varsin kaaviollisesti.

li 4 67138

Katella 10 on ns. alapalokattila, jossa on kiinteää polttoainetta kuten haketta tai puuta varten täyttöluukulla 14 varustettu varastopesä 11. Kattilassa 10 on sinänsä tunnetusti vesitila 12, jota ympäröi lämpö-eristys 34. Varastopesä 11 on sinänsä tunnetulla tavalla alaosastaan yhteydessään tulipeeään 13, jossa varsinainen palaminen tapahtuu. Tuli-5 pesä 13 on yhteydessä tunnetulla tavalla savuhormiin 35.

Kuvion 1 ja 2 mukaisesti on kattilaan 10 järjestetty laitteet, joilla otetaan talteen polttoaineessa olevan veden höyrystämiseen kattilassa kulutettu, aiemmin hukkaanheltetty energia. Nämä laitteet käsittävät 10 varastopesän 11 seinämiin 27 pystysuunnassa niiden keskialueelle tehtyjä virtausaukkoja ja/tai rakoja 28, jotka ovat yhteydessä varastopesää 11 kattilan yläosassa ympäröivään lauhdutustilaan 24;24a,24b, joka on esim. renkaan muotoinen tila varastopesän 11 ympärillä. Tilaa 24;24a,24b ulkopuolelta ympäröi vaippa 26, joka on ulkopuolelta suoraan yhteydessä kat-15 tilan vesitilaan 12.

Kuvion 1 mukaisesti lauhtumistila 24 on yhteydessä putken 25 tai vastaavan kautta savupiippuun. Putkessa 25 on säätöpelti 26', jonka avulla voidaan automaattisesti tai käslsäätölsestl kuristaa savupiippuun mene-20 vää virtausta S2.

Kuviossa 1 esitetty laite toimii seuraavalla tavalla. Varastopesässä 11, etenkin sen alaosassa lähellä palamisvyöhykettä, oleva puutavara lämpe-nee niin, että siinä oleva vesi höyrystyy. Aukkojen 28 tilan 24 ja savu-25 piippuun yhteydessä olevan putken 25 kautta aikaansaadun virtauksen avulla suuri osa tai suurin osa polttoaineesta H varastopesässä höyrystyneestä vesihöyrystä imetään tilaan 24, jossa se lauhtuu, pinnoilla 26 luovuttaen höyrystymislämpönsä kattilaveteen. Täten tämäkin energia tulee hyväksikäytetyksi. Varastopesässä 11 tapahtuvaa virtausta on 30 kuristettava säätöpelillä 26' tai muulla vastaavalla säätölaitteella niin pieneksi, ettei sen seurauksena palamlsvyöhyke varastopesässä 11 nouse liiaksi ylöspäin. Kuitenkin mainitun virtauksen on oltava niin suuri, että se riittää kuljettamaan kosteuden lämmönvaihtopinnoille 26. Kondensoitunut vesi poistetaan lauhtumistilasta 24 putken 29 virtauksena 35 Sr 5 671 38

Kuvion 2 mukainen menetelmä ja laite poikkeaa kuvion 1 mukaisesti siinä, että lauhtumisvyöhyke on jaettu kahteen osaan 24a ja 24b. Esim. renkaan muotoiset lauhtumisvyöhykkeet 24a ja 24b on yhdistetty toisiinsa putkilla 30 ja 33, joiden yhteydessä on moottorin 31 käyttämä puhallin 32. Puhallin 32 imee tilasta 24a kaasuja ja puhaltaa ne putken 36 kautta 5 alempaan tilaan 24b, josta kaasut purkautuvat virtauksena S,. polttoaine-erän H läpi ja kulkeutuvat edelleen aukkojen 28 kautta imettyinä tilaan 24a. Täten lämmönvalhto pinnoilla 26 vesihyöryt tiivistyvät ja valuvat raon 36 kautta alempaan tilaan 24b ja sieltä edelleen poisto-putken 29 kautta virtauksena ulos.

10

Kuvion 2 mukaisesti kaasujen kierto ja voi olla kokonaan suljettu niin, että näistä tiloista ei ole kuvion 3 putkea 25 vastaavaa yhteyttä savupiippuun tai muuhun vastaavaan imulaltteeseen. Luonnollisesti kuvion 2 mukaisen kierron yhteydessä voidaan käyttää lisäksi ulkopuolista imu-15 lähdettä, esim. savupiippua.

Keksinnön mukaisten järjestelyjen lisäksi voidaan kattilaan järjestää erityiset mekaaniset laitteet, joilla jatkuvasti tai määrävälein kohennetaan liikkuvaa palavaa massaa niin, että palaminen pääsee jatkumaan 20 ja etenee mahdollisimman tasaisesti. Tällaisten laitteiden tarve on ilmeinen, sillä jokainen joka on polttanut puita takassa tai nuotiossa tietää kohentamisen merkityksen. Kun puut ovat palaneet määrättyyn asteeseen, kohentamalla särjetään polttoaineen pintakerrokset, jonka läpi palamieilman happi ei riittävän hyvin pääsisi. Kohentamislaitteillä 25 voidaan olennaisesti parantaa palamista sellaisissa lämmityskattiloissa, joissa käytetään märkää tai varsin suuren palakoon omaavaa polttoainetta. Kohentamislaitteilla voidaan edelleen tehostaa edellä selostettujen menetelmien ja laitteiden vaikutusta niin, että saadaan aikaan poikkeuksellisen suuri kokonaishyötysuhde.

30

Seuraavassa esitetään patenttivaatimukset, joiden määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa keksinnön eri yksityiskohdat voivat vaihdella.

Claims (3)

67138 I; —--

1. Puuta tai muita vastaavia pitkäliekkisiä ja/tai kosteita polttoaineita käyttävä lämmityskattila (10), joka käsittää vesitilan (12) ja sen sisällä tulipesän (13), jonka yhteydessä on polttoaineen varastopeeä (11), jossa olevan kostean polttoaineen sisältämää vettä on höyrystettä- 5 vissä varastopesässä (11) sen alapuolelle olevasta tulipesästä (13) ja palamisvyöhykkeestä suoraan johtuvalla ja siirrettävällä lämpöenergialla, jota lämpöenergiaa on otettavissa talteen, tunnettu siitä, että varastopesän seinämät (27) on varustettu aukoilla ja/tai raoilla (28), joiden yhteydessä on polttoaineen kuivatusvyöhykkeellä syntyvän 10 vesihöyryn lauhdutustila tai -tilat (24;24a,24b), jotka rajoittuvat ulkopuoleltaan mainittua vesihöyryä lauhduttavaan lämmönvaihtopintaan (26) tai -pintoihin, Joka on toiselta puoleltaan yhteydessä kattilan vesi-tilaan (12) ja että laitteeseen kuuluvat elimet (25,26';30,31,32,33), joilla aikaansaadaan varastopesässä (11) olevasta polttoaineesta eroavan 15 vesihöyryn kierto mainittujen lämmönvaihtopintojen (26) yhteydessä, ja että lämmönvaihtopinnan (26) yhteyteen on liitetty kanava (29) tai vastaava kondensoituneen veden johtamiseksi tulipesän (13) ulkopuolelle.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että 20 mainittu lauhtumistila (24) on yhdistetty säädettävällä yhteellä (25,26') kattilan savupiippuun tai muuhun vastaavaan imulähteeseen.

3. Patenttivaatimuksen 3 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu lauhtumistila on jaettu ainakin kahteen osaan (24a,24b), joiden 25 välille on järjestetty puhaltimelle (31,32) pääasiallisesti suljettu kierto.