FI73071B - Vaermepanna. - Google Patents

Description

73071

LÄMMITYSKATTILA - VÄRMEPANNA

Keksinnön kohteena on lämmityskattila, missä polttoainee-5 seen sidottua energiaa vapautetaan ja siirretään lämmitys-väliaineeseen.

On ennestään tunnettua, että lämmityskattilat sisältävät 10 yleensä tulipesän, missä polttoaine palaa sekä, savukaasu- 1. konvektio-osan, jonka läpi savukaasut virtaavat savukanavaan ja sieltä piipun kautta ulkoilmaan.

15 Energian siirto tapahtuu lämmityskattiloissa lämmönsiirto- 1. tulipintojen lävitse lämmitysväliaineeseen. Lammitysväli-aineella, yleensä vedellä, jäähdytetään tulipinnat, jotka yleensä muodostuvat tulipesän ja konvektio-osan seinäpinnoista.

20 Lämmityskattiloiden tulipintojen materiaalina käytetään useimmiten metallia. Tunnettujen kattilaratkaisujen toimintaperiaatteet ja rakennetyypit vaihtelevat. Varsin yleinen 25 on ratkaisu, missä tulipesä ja konvektio-osa ovat levyrakenteisia tai levymäisistä valuosista kokoonpantuja. Näissä kattiloissa kaikki tulipinnat ovat yleensä kauttaaltaan lammi tysväliaineella jäähdytettyjä. Näistä lämmityskattilarat-kaisuista on esimerkkejä suomalaisissa patenttihakemuksissa 30 n:o 752183 (F24H1/30), n:o 800293 (F24H1/30) ja n:o 833159 (F24H1/22) sekä FI patenttijulkaisuissa n:o 6679 (F24H1/34) ja n:o 17738 (F24H1/44).

2 73071

Edellä selostetulla periaatteella toteutetut lämmityskattilat ovat varsin raskaita johtuen levyrakenteen epäedullisista paineenkesto-ominaisuuksista. Epäkohtana näille ratkaisuille voidaan myös mainita liian suuri tulipintojen jäähdy-5 tys, mikä tuo palamisongelmia yritettäessä käyttää heikkolaatuisia kiinteitä polttoaineita. Käytettäessä laadultaan vaihtelevia polttoaineita em. kattiloihin joudutaan järjestämään sisäpuolisia muurauksia palamislämpötilan nostamiseksi riittäväksi kuten patenttihakemuksen n:o 800293 mukaises-10 sa ratkaisussa on tehty. Sisäpuoliset muuraukset kuitenkin lisäävät kattilan viivettä samoinkuin pienentävät tehoa. Muurauksien kestävyys ei myöskään ole osoittautunut hyväksi.

15 On myös tunnettuja lämmityskattiloita, joissa tulipinnat on toteutettu osittain levy- ja osittain putkirakenteisina. Näistä ratkaisuista on esimerkkejä DE patenttijulkaisussa n:o 1079809 (36C10/04) sekä FI patenttijulkaisuissa n:o 20037 (36C10/06) ja n:o 14918 (36C10/04, 24al0).

20 Näissä kattiloissa tulipesä on yleensä levy- tai valuraken-teinen ja kokonaan jäähdytetty. Savukaasuosa on yleensä put-kirakenteinen. Putkissa voi virrata joko lämmönsiirtoväli-aine tai vaihtoehtoisesti savukaasu.

25

Ratkaisut, missä tulipinnat muodostuvat pelkästään putkimaisista kappaleista tai yhdestä putkikiepistä ovat selvästi vähemmän tunnettuja.

30 Tällaisista ratkaisuista löytyy kuitenkin esimerkkejä mm.

FI patenttijulkaisuissa n:o 53625 (F24H1/44) ja 54026 (F24H9/18, F23H3/02).

3 73071

Yleensä nämä laitteet ovat ns. yksiputkikattiloita, joissa lämmönsiirtoaine virtaa putkessa. Usein putkikierukan aikaansaama painehäviö muodostuu suureksi ja poikkeuksetta näissä ratkaisuissa joudutaankin käyttämään pumppua riittä- 5 vän kierron aikaansaamiseksi.

Suomalaisessa patenttijulkaisussa n:o 54026 esitetty lämmityskattila on varsin poikkeuksellinen, koska ratkaisu ei sisällä varsinaista tulipesäosaa lainkaan.

10

Tunnetaan myös ratkaisuja, joissa savukaasu kulkee putkissa kuten suomalaisessa patenttihakemuksessa n:o 1308/70 (F24H1/44) ja FI patenttijulkaisussa n:o 44691 (F24H1/46) 15 on esitetty.

Edellä kuvattujen sekä muiden tunnettujen lämmityskattiloiden epäkohtina voidaan mainita mm. seuraavat seikat: 20 - Kattilarakenne on raskas johtuen joko perusratkaisusta tai tarvittavasta tulipintojen muurauksesta. Tästä aiheutuu, että kattilalla on suuri viive ja pitkä ylösajoaika. Samoin reagointi kuormitusvaihteluihin on huono.

25 Käytettäessä kiinteätä polttoainetta kattila on yleensä varustettava suurehkolla lämmitysväliaineen varaajalla ja sen kiertopiirillä.

- Tunnetut kattilaratkaisut soveltuvat yleensä edullisesti 30 vain yhdelle polttoaineelle. Kattiloiden soveltuvuus laa dultaan vaihtelevalle ja mahdollisesti kostealle kiin-teälle polttoaineelle kuten hakkuutähteelle tai viherhak-keelle on yleensä huono.

35 - Tunnetut kattilaratkaisut vaativat suurehkojen sisäisten painehäviöiden ja termodynaamisesta epäedullisten vir-taussuuntien johdosta yleensä pumppukiertoa lämmönsiirto-ainepuolella ja puhallinta savukaasupuolella. Tällöin 4 73071 kattilan toiminta on riippuvainen sähkönsaannista. Varsinkin kiinteällä polttoaineella riippuvuus sähköstä on haittatekijä sähkökatkosten aiheuttamien toimintahäiriöiden ja jopa kuivaksi kiehunnan vuoksi. Yleensä 5 tällaiset kattilat varustetaan varasähköjärjestelmällä.

Tunnettujen kiinteän polttoaineen kattiloiden hyötysuhde on vertailumittauksissa todettu varsin vaatimattomaksi. Syynä tähän ovat epäedulliset tulipintaratkaisut. Katti-10 loiden toiminta osatehoilla on osoittautunut usein huo noksi. Samoin kattiloiden tehonsäätöalue on monesti varsin kapea.

Tunnettujen kattiloiden kunnossapito on yleensä hanka-15 laa. Korjauksia on vaikea suorittaa, samoin tulipintojen puhdistus tuottaa usein hankaluuksia. Laitosten vuosihyö-tysuhde jää yleisesti pieneksi.

20 Nykyaikaiselle kattilaratkaisulle voidaan asettaa vaatimus soveltua kaasu- ja nestemäisille samoin kuin kiinteille polttoaineille. Kiinteistä polttoaineista varteenotettavia kiinteistökohtaisten kattiloiden osalta ovat puu ja turve. Sekä puun että turpeen tasaisuus ja kosteus vaihtelevat 25 usein varsin paljon. Tämä on tuottanut suuria vaikeuksia nykyisin tunnetuilla kattilaratkaisuilla, kun liikutaan tehoalueen n. 1000 kW alapuolella. Suuremmilla tehoalueilla polttoaineen epätasaisuus ja kosteus voidaan kompensoida varustamalla kattila polttoaineen lajittelu- ja kuivatus-30 laitteilla tai erityisillä arinaratkaisuilla. Pienehköillä kattilatehoilla ei ole kuitenkaan taloudellisesti kannattavaa mennä em. lisävarusteisiin.

35 Keksinnön mukaisen lämmityskattilan avulla saadaan aikaan ratkaiseva parannus edellä esitettyihin tunnettujen ratkaisujen epäkohtiin. Tämän toteuttamiseksi keksinnön mukaiselle kattilalle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen tunnusmerkkiosassa.

5 73071

Keksinnön tärkeimpinä etuina voidaan pitää sitä, että se soveltuu kaasumaisille, nestemäisille ja kiinteille polttoaineille yhtäläisesti ja kattilan hyötysuhde näillä polttoaineilla on todettu hyväksi. Kattilan ylösajoaika on pienen 5 massan johdosta lyhyt samoin kattila reagoi kuormitusvaihteluihin nopeasti. Kattila toimii putkilämmönsiirtimenä eikä vaadi lämmitysainevaraajaa.

Keksinnön mukaisen kattilan on suoritetuissa käyttökokeissa 10 todettu soveltuvan hyvin myös suhteellisen kosteallekin puu-polttoaineelle. Tämän mahdollistaa palamiselle edullinen tulipesäratkaisu, missä jäähdytetyn pinnan osuus voidaan sovittaa sellaiseksi, että palamislämpötila muodostuu riittävän suureksi. Keksinnön mukainen kattilaratkaisu on sel-15 lainen, että ns. luonnonkierto toteutuu sekä savukaasu- että lämmönsiirtoainepuolella. Näinollen vapaudutaan ehdottomasta riippuvuudesta sähköön.

Kattila on kevyt ja helppo toteuttaa ja avattavuuden ansios-20 ta se on helppo puhdistaa sekä korjata. Keksinnön mukaisella periaatteella voidaan tehdä lämmityskattiloita laajalla tehoalueella. Kattila voidaan myös varustaa kiertopumpulla sekä savukaasupuhaltimella, jolloin tehoalue yläpäästään edelleen kasvaa. Nestemäisiä ja kaasumaisia polttoaineita 25 käytettäessä kattila varustetaan erillisellä ko. polttoaineelle soveltuvalla polttimella.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti ohei-30 siin piirustuksiin viittaamalla.

Kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen laitteen kuviosta 2 pitkin viivaa II - II otettua pystyleikkausta.

35 Kuvio 2 esittää keksinnön mukaisen laitteen kuviosta 1 pitkin viivaa I - I otettua pystyleikkausta.

6 73071

Kuvioissa on numerolla 1 merkitty tulipesää. Tulipesän päällä kerroksittain olevia savusolia, joiden lukumäärä voi olla 1 tai enemmän, on merkitty numerolla 2. Tulipesän alapuolella oleva tuhkapesä on merkitty numerolla 3. Tuli- 1.

5 lämmönsiirtopinta muodostuu taivutetuista putkista 6, jotka on yhdistetty alajakoputkiin 4 ja yläkokoojaputkeen 5.

Putket 6 muodostavat tulipesän ja savukaasuosan jäähdytetyt seinämät. Putket on kiinnitetty toisiinsa välipaloilla 9 siten, että tulipesästä ja savusolista tulee tiiviit ja 10 jäähdytetty pinta-ala saadaan sopivan kokoiseksi.

Kattilan arina muodostuu tulipesän alaosan putkien 6 päälle kiinnitetyistä paloista 7. Palojen keskinäinen etäisyys voidaan sovittaa edulliseksi erilaisille kiinteille poltto-15 aineille. Kattilan vaippa 8 on levyrakenteinen ja lämpöeris-tetty. Vaippaan kuuluva etulevy 10 on järjestetty avattavaksi esimerkiksi saranapulttien avulla. Vastaavalla tavalla voidaan etulevyn asemesta tai sen ohella jokin muukin tai kaikki vaipan levyt järjestää avattaviksi.

20 Lämmönsiirtoneste, yleensä vesi, johdetaan nuolen osoittamalla tavalla tulipesän kahteen alajakoputkeen 4, joihin on rinnakkain kiinnitetty putket 6. Vesi virtaa putkien 6 25 sisällä kulkusuunnassaan jatkuvasti ylöspäin yläosan kokoo-japutkeen 5. Kokoojaputkesta 5 johdetaan kuuma vesi lämpö-johtoverkostoon.

Polttoaine palaa arinapalojen 7 päällä. Palamisilma johde-30 taan tulipesään ensiöilmana arinapalojen välistä tuhkapesän 3 ja luukun 13 kautta sekä toisioilman suoraan tulipesään luukun 12 kautta. Savukaasu virtaa kerroksittain sijaitsevien konvektio-osan savusolien 2 kautta kulkusuunnassaan ylöspäin luovuttaen energiaa putkissa 6 virtaavaan nestee-35 seen. Savukaasu poistuu ylimmän savusolan perälle sijoitetun yhteen 11 kautta savuhormiin.

73071

Tulipesässä vallitsevaan palamislämpötilaan voidaan vaikuttaa mitoittamalla sopivasti välipalojen 9 pinta-alaosuus. Kattilan luovuttamaan tehoon sekä kattilan hyötysuhteeseen voidaan vaikuttaa muuttamalla tulipesän ja savusolien mitto-5 ja sekä savusolien lukumäärällä.

Edellä on kuvattu yksi keksinnön mukaisen lämmityskattilan edullinen suoritusmuoto. Tällä ei kuitenkaan millään tavoin haluta rajoittaa keksintöä vain tätä suoritusmuotoa koskelo vaksi, vaan monet muutokset ovat mahdollisia seuraavan patenttivaatimuksen määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

Claims (1)

1. 73071 a PATENTTIVAATIMUS Lämmityskattila, jonka pääosat ovat tulipesä (1), yksi tai useampia savusolia (2), tuhkapesä (3) sekä vaippa (8, 10), jolloin kattilan tulipesän ja savusolien lämmön-siirtopinnat muodostuvat rinnakkaisista putkista (6), jotka on siten järjestetty, että niiden sisällä virtaava lämmönsiirtoneste etenee kulkusuunnassaan jatkuvasti ylöspäin, sekä mainittujen putkien ulkopuolella virtaava savukaasu etenee putkien muodostamissa päällekkäisissä savusolissa (2) kulkusuunnassaan jatkuvasti ylöspäin tunnettu siitä, että tulipesän (1) ja savu-solien (2) tulipinnat muodostavat putket (6) on sidottu toisiinsa välipaloilla (9) ja kattilan arina muodostuu tulipesän (1) alaosassa olevien sinänsä tunnettujen nesteellä jäähdytettyjen putkien (6) päälle kiinnitetyistä paloista (7). Värmepanna, vars huvuddelar är en eldstad (1), en eller flera rökgaskanaler (2), ett askrum (3) och en mantel (8, 10), varvid värmeväxlingsytorna av värmepannans eldstad och rökgaskanaler bildas av parallella rör (6), vilka är pa sä sätt anordnade, att den inne i rören strömmande värmeväxlingsvätskan frammatas kontinuerligt uppät i sin rörelseriktning, samt den utanför de nämnda rören strömmande rökgasen frammatas i de av rören bestäende ovanpa varandra belägna rökgaskanalerna (2) kontinuerligt uppat i sin rörelseriktning känne-t e c k n a d därav, att rören (6), som bildar eldstadens (1) och rökgaskanalernas (2) eldytor, har bundits tili varandra med mellanstycken (9) och rosten av pannan bestär av stycken (7) som har fästs pä de i och för sig kända i eldstadens (1) nedre del belägna, vätskekylda rören (6).