FI77526B - Centralvaermepanna. - Google Patents

Description

77526

Keskuslämmityskattila - Centralvärmepanna

Keksinnön kohteena on keskuslämmityskattila, johon kuuluu tu-lipesä, johon lämmön kehitin kuten öljy- tai kaasupoltin liittyy, tulipesää ympäröivä vesitila, joka on osa lämmitys-veden kiertopiiriä ja jota kattilan seinämät rajoittavat, sekä vesitilan läpi kulkevat savukaasukanavat tulipesän ja savukaasujen poistoaukon välillä, minkä lisäksi kattila on varustettu lämpimän käyttöveden lämmönvaihtimellä.

Tälaisella kattilalla varustetussa lämmitysjärjestelmässä on eräs olennaisimpia ongelmia järjestelmän suuri hitaus. Erityisen häiritsevänä kattilan hitaus tulee esille käyttöveden lämmityksessä. Esim kesäaikana, jolloin lämmitystarve on vähäinen ja kattilavesi vastaavasti jäähtynyttä, joudutaan koko kattilavesimäärä lämmittämään ja odottamaan sen lämpenemistä ennen kuin voidaan ottaa suihku lämpimällä vedellä. Niinpä usein käytetäänkin sähkölämmitteisiä varajärjestelmiä lämpimän käyttöveden tuottamiseksi lämpiminä vuodenaikoina. Tämä lisää tietenkin kokonaiskustannuksia.

Kattilaveden sisäisen kierron tehostamiseksi on tunnettua (FI-patenttijulkaisu 24680) järjestää tulipesän läpi kulkevat vedenkierrätysputket. Näiden vedenkierrätysputkien läpiviennit tulipesän seinämien läpi on kuitenkin rakenteellisesti hankala toteuttaa ja poltinkäytössä sellaiset putket häiritsevät polttimen liekkiä ja siten aikaansaavat ylimääräistä nokeamista.

Eräässä toisessa tunnetussa ratkaisussa (FI-patenttijulkaisu 32805) vedenkierrätysputket ovat tulipesää ympäröivässä ren-gasvaipassa olevia aksiaalisia putkia ja savukaasukanava muodostaa rengasvaippaa ympäröivän rengastilan. Myös tämä järjestely on rakenteellisesti hankala toteuttaa ja soveltuu vesi tilavuudeltaan pieniin, lieriömäisiin kattiloihin.

FI-patenttihakemuksessa 2942/68 on esitetty lämmityskattila, 2 77526 jossa on tulipesän sisään sijoitettu lämmönvaihdin. Tämä läm-mönvaihdin liittyy kuitenkin ensisijaisesti lämmitysveden kiertopiiriin, eikä siten palvele käyttöveden nopeaa lämmitystä.

Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan lämpimän käyttöveden läiranönvaihtimella varustettu keskuslämmityskattila, jolla edellä mainittujen ominaisuuksien lisäksi on se olennainen etu, että kaikissa käyttöolosuhteissa voidaan varmistaa käyttöveden ensisijainen ja erittäin nopea kuumentaminen.

Tämä tarkoitus saavutetaan keksinnöllä oheisissa patenttivaatimuksissa esitettyjen tunnusmerkkien perusteella.

Keksinnön mukaisessa keskuslämmityskattilassa polttimen liekin kärkiosa kuumentaa suoraan ja välittömästi käyttöveden lämmönvaihtimen vesitilassa olevaa vettä. Tällöin saadaan heti polttimen käynnistyttyä kuumaa käyttövettä, vaikka poltin olisi ollut kauankin pysähdyksissä ja kattilavesi jäähtynyttä. Myös lämmityskauden aikana varmistetaan lämpimän käyttöveden saanti sen kulutushuippuja vastaavalla teholla. Kuten tunnettua, on tehon tarve lämpimän käyttöveden lämmityksessä luonteeltaan hyvin erilaista verrattuna lämmityskiertopiirin vedenlämmitykseen. Lämmityskiertopiirissä voidaan sallia huomattavasti suurempi hitaus rakenteiden lämmönvarastointikyvyn takia. Sen sijaan lämpimän käyttöveden lämpötilan tulisi pysyä tietyssä asetusarvossa samalla kun veden kulutus vaih-telee suurella vaihtelunopeudella nollasta johonkin maksimiarvoon. Keksinnössä onkin lähdetty siitä, että lämpimän käyttöveden lämmitys ja lämmityskiertopiirin lämmitys suoritetaan periaatteella, joka vastaa mainittua eri tyyppistä tehontarvetta .

Seuraavassa keksinnön erästä suoritusesimerkkiä selostetaan lähemmin viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää keksinnön mukaista keskuslämmityskattilaa kaaviollisena pystyleikkauksena edestäpäin nähtynä.

3 77526

Kuvio IA esittää kuviosta 1 pitkin viivaa A-A otettua leikkausta ja kuvio IB esittää kuvion 1 erään yksityiskohdan vaihtoehtoista suoritusmuotoa.

Kuvio 2 esittää kuvion 1 mukaista kattilaa kaaviollisena pys-tyleikkauksena sivultapäin nähtynä# jolloin kuviossa 2 on lisäksi esitetty eräitä elementtejä (10, 11'), jotka selvyyden vuoksi on jätetty pois kuviosta 1.

Kuvio 2A esittää kuviosta 2 pitkin viivaa A-A otettua leikkausta.

Kattilan rakenne on seuraava. Kattilan lämpöeristetyt levysei-nämät 1 rajoittavat vesitilan 2, jonka sisällä on makaavan lieriön muotoinen tulipesä 3, jonka toisessa päädyssä olevaan aukkoon öljypoltin 17 on asennettu. Savukaasut johdetaan tuli-pesän 3 vastakkaisessa päädyssä olevaan aukkoon liitettyyn sa-vukaasukanavaan 4, joka on liitetty joukolla pieniä, pystysuuntaisia, rinnakkaisia savukaasuputkia 5 ylempään kokooja-kanavaan 6, jonka takapää 6a muodostaa savukaasujen poistoau-kon, joka liitetään savukaasuhormiin.

Lämmityspattereille johdettava kiertovesi otetaan kattilan yläosasta vesitilaan 2 avautuvalla lähtöputkella 7. Lämmityskier-topiirin paluuputken 8 alapää avautuu kattilan vesitilan pohjan läheisyyteen. Sekoitusventtiili 9 säätää joko käsikäyttöi-sesti tai lämpötilamittaukseen perustuvalla automaattionjsuksella lämmityskiertoa siten, että se tapahtuu osittain tai kokonaan kattilan vesitilan 2 kautta tai siten, että kierto ohittaa kattilan kokonaan, kun haluttu huonelämpötila on saavu- ' tettu.

Pystysuuntaisten savukaasuputkien 5 kylkeen on asennettu halkaistut putket 11, jotka yhdessä savukaasuputkien* 5 ulkopinnan kanssa rajoittavat vedenkierrätyskana- 77526 via, jotka ulottuvat suurimmalle osalle kattilan vesitilan korkeutta. Halkaistut putket 11 voivat ulottua savukaasuput-kien 5 alapuolella ehyinä putkina lähelle kattilan vesitilan 2 pohjaa. Myös savukaasukanavan 4 pystysuuntainen osa on varustettu vedenkierrätysputkilla 111, jotka kanavan 4 kohdalla on muodostettu halkaistuiksi putkiksi' kuviosta 2a näkyvällä tavalla. Kanavan 4 yläpuolella vedenkierrätysputket 11’ voivat ulottua ehyinä putkina halutulle korkeudelle ja niiden yläpäät 11b voidaan sijoittaa esim. menoveden putken 7 pään läheisyyteen.

Lämpimän käyttöveden kuumennusta varten johdetaan kylmä vesi sisään putkesta 12, jonka alapää on liitetty kahdella tulipe-sän 3 seinämän läpi johdetulla putkella tulipesän 3 sisään sijoitettuun lämmönvaihtimeen 13, jonka muodostaa litteähkö, paksuseinämäinen säiliö, joka on sijoitettu tulipesän takaseinän läheisyyteen takaseinän suuntaisessa pystytasossa. Tällöin savukaasut joutuvat kiertämään lämmönvaihdinsäiliön 13 ympäri samalla kun polttimen liekin kärki pyyhkii säiliön 13 etuseinää. Välittömästi lämmönvaihdinsäiliön 13 yläpuolelle on sijoitettu sen kanssa virtausyhteydessä oleva toinen säiliö 14, josta lämmin käyttövesi otetaan käyttöön putken 15 kautta. Säiliön 14 tehtävänä on varata riittävä vesimäärä säiliön 13 yhteyteen ylikuumenemisen estämiseksi ja lämmön tasaamiseksi.

Lisäksi voidaan käyttää tavanomaista kierukkalämmönvaihdinta 10 (kuvio 2}, jolloin venttiilin 16 avulla voidaan valita lämmönvaihtimien 10 ja 13 yhteis- tai erilliskäyttö. Venttiilinä 16 voi olla käyttöveden lämpötilan perusteella ohjattu säätöventtiili, jolloin käyttöveden lämpötila saadaan pidetyksi ennalta asetetussa vakioarvossa riippumatta käyttöveden kulutuksen vaihteluista ja kattilaveden lämpötilan vaihteluista.

Savukaasukanavien 4 ja 5 yhteyteen järjestettyjen vedenkier-rätysputkien 11 ja 11' lisäksi tai asemesta voidaan veden-kierrätys järjestää myös kuviossa IB esitetyllä tavalla siten, 5 77526 että pienen välimatkan päähän tulipesän 3 vaippapinnasta tuetaan toinen osalieriön muotoinen vaippapinta 11', jonka yläosaan on yhdistetty putki 11''', joka johtaa kattilan yläosaan. Myös tällöin saadaan kattilan sisäinen virtaus nuolien osoittamalla tavalla. Kuitenkin savukaasuhäiviöiden minimoimiseksi on kuviossa 1 esitetty ratkaisu ..paras mahdollinen, jolloin aikaansaadaan savukaasukanavien 5 ja 6 ulkopintoja tehokkaasti huuhteleva kiertovirtaus juuri ennen savukaasujen poistumista kattilasta. Täten saadaan lämmön siirtymistä tehostetuksi savukaasukanavien kylmimmässä loppuosassa. Keksinnön mukaisella kattilalla suoritetussa koeajossa onkin yllättäen todettu, että ns. tyhjäkäyntikokeessa tai pienellä kuormalla poistuvien savukaasujen lämpötila ei ehdi saavuttaa kattila-veden lämpötilaa polttimen käyntijakson aikana. Koeajossa myös todettiin, että käynnistettäessä poltin seisontajakson jälkeen, saatiin kattilaveden lämpötila vähitellen kohoamaan samalla kun kuumaa käyttövettä laskettiin huippukulutusta vastaavalla määrällä.

Kattilan toiminta tapahtuu seuraavasti. Kun pysähtyneenä ja kylmillään ollut lämmitysjärjestelmä käynnistetään, on venttiili 9 asennossa, jossa lämmityskiertopiirin virtaus tapahtuu kokonaan kattilan vesitilan 2 kautta putkien 7 ja 8 välityksellä. Polttimen 17 käynnistyttyä kuumentaa liekki välittömästi lämmönvaihdinsäiliön 13, jolloin lämmintä käyttövettä on heti saatavissa. Säiliön 14 aiheuttama vähäinen viive on merkityksetön verrattuna tavanomaiseen, lämmityskierukan välityksellä kattilavedestä lämmitettävään käyttövesijärjestelmään. Savukaasukanavat 4, 5 ja 6 alkavat kuumentua, jolloin virtausputkien 11, 11' ja/tai 11'" yläpäistä 11b alkaa purkautua vettä, joka on kuumempaa kuin ympäröivä kattilavesi. Putkien 11 yläpäiden 11b .sijoittamisella savukaasukanavan 6 alapuolelle saavutetaan vielä kanavan 6 ympäristön tehokas huuhtelu. Kuumennut vesi kohoaa kattilan yläosaan, josta se on välittömästi käytettävissä menoputkeen 7. Putken 8 alapäästä lämmityspiirissä jäähtynyt vesi virtaa kattilan pohjalle, josta se virtaa kierrätysputkien alapäihin 11a. Samanaikaises- 6 77526 ti myös vesitilassa 2 oleva vesi alkaa hitaasti lämmetä. On kuitenkin huomattava, että lämmityksen alkuvaiheessa pattereiden lämpötila voi olla olennaisesti suurempi kuin vesi-tilassa 2 olevan veden lämpötila, lukuunottamatta sitä vettä, joka purkautuu kierrätysputkien yläpäistä 11b kattilan yläosaan.

Kun esim. huonetermostaatin ohjaamana venttiili 9 alkaa sulkeutua, ohjautuu yhä suurempi osa putkista 11, 11' ja/tai 11''' purkautuvasta kuumasta vedestä takaisin kohti vesiti-lan alaosaa, jolloin syntyy koko kattilan vesitilaa sekoittava kiertovirtaus. Virtaus ylöspäin tapahtuu kuumien pintojen yhteyteen järjestettyjen kierrätyskanavien kautta ja virtaus alaspäin tapahtuu vapaan vesitilan 2 kautta.

Kun sopivaan paikkaan vesitilaan 2 sijoitettu kattilatermos-taatti havaitsee, että myös vesitilassa 2 oleva vesi on saavuttanut ennalta asetetun lämpötilan, pysähtyy poltin 17. Polttimen seisontajakson aikana voidaan kattilaveteen varastoitunutta lämpöä käyttää hyväksi sekä lämmityskiertopiirissä että käyttöveden lämmityskierukassa 10 (ja/tai säiliössä 14). Kattilaveden lämpötila-alue voidaan pitää tavanomaista alempana, koska lämmitystarpeen alettua uudelleen mitään olennaista systeemiviivettä ei esiinny. Tällöin myös kokonais-lämpöhäviöt pienenevät.

Keksinnössä on siis tehostettu lämmön siirtymistä itse tulipesän yhteydessä ja myös savukaasukanavien yhteydessä ennen savukaasujen poistumista. On edullista käyttää suurehkoa lukumäärää halkaisijaltaan pieniä savukaasuputkia 5, jolloin putkien 5 pienestä halkaisijasta johtuen niiden läm-mönsiirtotehokkuus konvektion avulla on mahdollisimman hyvä. Kun näiden putkien ulkopintoja huuhdellaan kattilan pohjasta otetulla kierrätysvedellä, saadaan savukaasut poistumaan olennaisesti .kattilaveden lämpötilaa vastaavassa lämpötilassa. Tämä merkitsee savukaasuhäviöiden pienentämistä teoreettiseen minimiarvoonsa suhteellisen yksinkertaisella rakenteella.

7 77526

Kuviossa 1 on viitenumerolla 18 merkitty suuttimeen päättyvää vesiputkea, jota esim. painonappiohjauksella voidaan käyttää savukaasukanavien 5 vesinuohouksen suorittamiseen.

Edellä esitetyssä selostuksessa ja myös jäljempänä olevissa patenttivaatimuksissa käytetään lämmityskiertoväliaineesta yksinkertaisuuden vuoksi nimitystä "vesi", koska se on yleisin lämmityskiertoväliaine. Kuitenkin on selvää, että keksintö voidaan toteuttaa käyttämällä mitä tahansa nestemäistä läm-mityskiertoväliainetta, joka voidaan valita esim. jäätymisen estämistä silmälläpitäen.

Claims (2)

77526

1. Keskuslämmityskattila, johon kuuluu tulipesä (3), johon lämmön kehitin kuten öljy- tai kaasupoltin liittyy, tulipesää ympäröivä vesitila (2), joka on osa lämmitysveden kiertopii-riä ja jota kattilan seinämät (1) rajoittavat, sekä vesitilan (2) läpi kulkevat savukaasukanavat (4, 5, 6) tulipesän (3) ja savukaasujen poistoaukon (6a) välillä, minkä lisäksi kattila on varustettu lämpimän käyttöveden lämmönvaihtimella, tunnettu siitä, että lämmönvaihtimeen kuuluu tulipesän (3) sisään, sen takaseinän läheisyyteen sovitettu lämmön-vaihdinsäiliö (13), joka on tulipesän takaseinän suuntaisessa tasossa pienen välimatkan päässä takaseinästä, jossa on savukaasujen poistoaukko, johon savukaasukanava (4) liittyy ja että mainittu lämmönvaihdinsäiliö (13) on yhteydessä tulipesän (3) uiko- ja yläpuolella vesitilassa (2) olevaan säiliöön (14), jonka tilavuus on moninkertainen lämmönvaihdinsäiliön (13) tilavuuteen verrattuna.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kattila, tunnettu siitä, että käyttöveden lämmönvaihdinsäiliön (13) lisäksi on kattilan vesitilaan (2) sovitettu tavanomainen kierukkaläm-mönvaihdin (10), jolloin venttiilin (16) avulla on valittavissa lämmönvaihtimien (10, 13) yhteis- tai erilliskäyttö.