PL210640B1 - Sposób spalania biopaliwa stałego i kocioł żeliwny centralnego ogrzewania - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób spalania biopaliwa stałego i kocioł żeliwny centralnego ogrzewania. Rozwiązania techniczne według wynalazku są przeznaczone do spalania biopaliwa stałego w postaci pelet.

Znany jest z opisu zgłoszenia wzoru użytkowego nr W-104952 kocioł wodny centralnego ogrzewania, opalany węglem przeznaczony do indywidualnych instalacji centralnego ogrzewania. Kocioł wodny zaopatrzony w zasobnik paliwa, którego dolna część wyprofilowana jest w kształt leja i połączona poprzez kanał zasypowy z umieszczoną poniż ej rurą podajnika, korzystnie poziomą , wewnątrz której znajduje się podajnik ślimakowy. Jeden koniec podajnika ślimakowego połączony jest poprzez sprzęgło z motoreduktorem a drugi koniec, wprowadzony jest do wnętrza korpusu kotła wraz z rurą podajnika, zakończoną retortą w kształcie pionowego leja, umieszczoną wewnątrz komory paleniskowej zaopatrzonej z boku w przepustnicę powietrza. Z retortą połączony jest od góry segment dyszowy, łączący się centralnie z umieszczoną powyżej komorą wymiennika. Nad segmentem zamocowany jest odchylacz spalin, ponad którym rozmieszczone są kanały grzewcze, łączące komorę wymiennika z umiejscowioną nad nią komorą wylotową spalin, zamykającą od góry korpus kotła. Wewnątrz komory wylotowej spalin zainstalowane jest na pionowej, centralnie usytuowanej osi, zawiesie łańcuchów, na którego końcach zawieszone są pionowo, wzdłuż bocznych ścian komory wymiennika, łańcuchy czyszczące. Zawiesie łańcuchów połączone jest z cięgnem czyszczącym, którego koniec wyprowadzony jest poza korpus kotła. Z boku korpusu kotła, ponad segmentem dyszowym, znajdują się drzwi ogniowe a u dołu, poniżej komory paleniskowej, umieszczony jest popielnik.

Znany jest również z opisu patentowego US nr 3 319 587 sposób spalania, według, którego paliwo stałe wprowadza się do palnika od góry a od dołu kierowany jest strumień powietrza.

Znane są kotły na drewno z książki Rybak Władysław: pt. „Spalanie i współspalanie biopaliw stałych”, wydanej przez Oficynę Wydawniczą Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2006 r, str. 178-180. Kotły zautomatyzowane kompaktowe mają kocioł i zasobnik paliwa stanowiące całość, w którym spala się granulat w tym pelety. Z zasobnika granulat podajnikiem ślimakowym podnosi się do góry, który dozownikiem paliwa zsypuje się do oddzielnej komory z usytuowaną centralnie retortą. Komora retorty zaopatrzona jest z jednej strony od dołu w dopływ powietrza a od góry w odprowadzenie na komin. Pelety spalają się w metalowym koszu, do którego zasysane jest powietrze przez wentylator wyciągowy spalin. Ilość powietrza do spalania jest regulowana według zapotrzebowania na ciepło. Dopalanie gazów palnych następuje powyżej kosza. Czyste i zimne powietrze z otoczenia dopływa do pieca, nagrzewa się w kanałach otaczających komorę paleniskową i opuszcza piec w górnej jego części.

Niektóre kotły na pelety są wyposażone w mały, przykotłowy zasobnik wystarczający na jeden lub kilka dni pracy, który może być uzupełniany ręcznie lub automatycznie z drugiego dużego zasobnika. Paliwo jest zwykle podawane do paleniska za pomocą podajnika ślimakowego. Kotły na pelety są zwykle ustawione na stałą moc cieplną. Temperatura wody w kotle jest regulowana w trybie „włącz - wyłącz. Zapłon dokonuje się za pomocą zapalarki elektrycznej lub płomienia pilotującego. Dla kontroli ilości doprowadzanego powietrza do spalania w niektórych kotłach stosowany jest pomiar stężenia tlenu. Powietrze do spalania jest dostarczane przez wentylator podmuchu, najczęściej z podziałem powietrza na pierwotne i wtórne. Podawanie paliwa ustawia się automatycznie dla różnych stałych obciążeń w zależności od zapotrzebowania na ciepło. System składowania i podawania paliwa jest chroniony przed zjawiskiem samozapłonu i cofania się płomienia. W tym celu stosowane są niezależne systemy bezpieczeństwa jak: zraszacze, klapy odcinające dopływ paliwa i powietrza, szczelne bez dostępu powietrza składowanie paliwa, dozowniki celkowe.

W znanych automatycznych kotłach centralnego ogrzewania do spalania pelet zimne powietrze zasysane jest przez wentylator wyciągowy spalin albo dostarczane przez wentylator podmuchu, co utrudnia regulację i sterowanie procesu spalania, bo proces ten ma miejsce w koszu a dopalanie powyżej kosza. Rozdział powietrza do spalania oraz do palenia jest utrudniony i wymaga stosowania biomasy o ujednoliconej zawartości wilgoci. Znany jest również palnik retortowy do spalania paliwa stałego z opisu zgłoszenia W - 114657 wzoru użytkowego stosowany jest zwłaszcza w kotłach grzewczych centralnego ogrzewania. Palnik ten zawiera tuleję paliwową i umieszczony w niej ślimakowy podajnik paliwa oraz kanały powietrzne usytuowane pomiędzy dwoma nałożonymi pierścieniami. Tuleja paliwowa zakończona jest lejem paliwowym, na którym nasadzony jest pierścień dolny i pierścień górny, pomiędzy którymi utworzone są kanały powietrza, których ramiona są nachylone pod kątem ostrym do powierzchni poziomej leja paliwowego i są rozwarte w kierunku komory spalania, natomiast

PL 210 640 B1 na obwodzie tulei paliwowej wykonane są przelotowe otwory, a do tulei paliwowej podłączona jest dmuchawa powietrza.

Zagadnieniem technicznym wymagającym rozwiązania jest opracowanie sposobu spalania biopaliwa stałego oraz kocioł przystosowany do spalania tego biopaliwa.

Wytyczone zagadnienie techniczne rozwiązuje sposób spalania biopaliwa stałego złożony z operacji rozpalania i właściwego spalania biopaliwa stałego w warstwie oraz dopalania i wydmuchiwania pozostałości po spalaniu, charakteryzujący się tym, że po rozgrzaniu garu palnika kotłowego grzałką elektryczną kieruje się do palnika kotłowego biopaliwo stałe, zwłaszcza pelety oraz strumień powietrza przez otwory w rozgrzanej przegrodzie poziomej do misy a po uzyskaniu zapłonu w warstwie wyłącza się grzałkę elektryczną i prowadzi się dopływ powietrza do warstwy biopaliwa stałego w systemie regulowanym oraz dostarcza się powietrze poprzez pł aty misy palnika otworami przelotowymi i dopala się gazy palne nad warstwą biopaliwa stałego w misie palnika kotłowego. Biopaliwo stałe wprowadza się porcjami do misy w trakcie pracy ciągłej spalania a po przerwaniu dodawania biopaliwa stałego zwiększa się dopływ powietrza do palnika kotłowego, dopala się resztki biopaliwa stałego w palniku kotłowym i wydmuchuje się pozostałości po spalaniu. Ilość powietrza dostarczanego do garu palnika kotłowego w stosunku do powietrza dostarczanego do misy i nad misą palnika kotłowego wynosi 1:2.

Wytyczone zadanie rozwiązuje również kocioł żeliwny centralnego ogrzewania składający się z obudowanego ż eliwnego wymiennika ciepła opartego na komorze palnika kotłowego z płaszczowym wymiennikiem ciepła, zabudowanego na metalowej podstawie, mającym w płaszczowym wymienniku ciepła palenisko palnika kotłowego a powyżej komory spalania płytę czołową, pod którą zabudowane są elementy mikroprocesorowego sterownika kotła, w którym wprowadzony jest algorytm sterujący, mająca widoczne elementy jak wyświetlacz, klawiaturę a z jednej strony obudowy żeliwnego kotła jest zainstalowana oddzielna obudowa metalowa, w której usytuowany jest centralnie dozownik paliwa nad podajnikiem dozującym, przy czym symetrycznie w komorze palnika kotłowego zainstalowany jest palnik biopaliwa stałego mający prostokątną misę, w dnie której zabudowany jest gar do spalania o postaci metalowej skrzyni otwartej od góry podzielonej na wysokości pionowych ścian przegrodą poziomą zaopatrzoną w otwory dolotowe powietrza, pod którą jest usytuowana komora grzałki elektrycznej a krawędzie górne pionowych ścian skrzyni są połączone pod kątem na przemian z mniejszym płatem oraz większym płatem misy w postaci równoramiennego trapezu a nierównoległe krawędzie płatów są połączone między sobą nierozłącznie oraz zaopatrzone w przelotowe otwory i osadzone końcówkami poziomymi na wspornikach wewnętrznych poziomych, przymocowanych od góry do pionowych ścian obudowy palnika, które opierają się na pokrywie dolnej obudowy palnika. Nad wymiennikiem ciepła zamocowany jest sterownik modułu kotła z procesorem zawierającym algorytm sterujący, który to sterownik modułu kotła połączony jest magistralą danych ze sterownikiem modułu palnika zawierającym algorytm sterujący zamocowany pod dozownikiem biopaliwa.

Gar do spalania w postaci metalowej prostokątnej skrzyni zainstalowany jest osiowo w obudowie palnika. W przegrodzie poziomej wykonane są otwory dolotowe usytuowane w trzech rzędach po jednym rzędzie wzdłuż dłuższego boku skrzyni, oraz w rzędzie środkowym w osi podłużnej przegrody poziomej.

Otwory przelotowe usytuowane są w dwóch rzędach od strony krótszej podstawy płatu. Nad misą palnika osadzony jest wysyp podajnika zasypowego, który w dolnej części poprzez pionową komorę przesypową połączony jest z podajnikiem dozującym sprzężonym z dozownikiem biopaliwa stałego.

Sterownik modułu kotła w postaci płytki jest usytuowany po prawej stronie transformatora a na górnej linii ma złącze czujnika temperatury kotła oraz złącze czujnika temperatury powrotu na króćcu. Na tej linii znajduje się również złącze czujnika temperatury bojlera, oraz złącze czujnika pogodowego i złącze czujnika termostatu pokojowego. Wzdłuż prawego boku licząc od góry znajduje się złącze magistrali danych oraz oddzielne złącze klawiatury kotła, złącze serwisowe oraz na tej samej linii od dołu złącze programowania serwisowego modułu kotła, a na lewym rogu od dołu znajduje się złącze zasilania, a dalej w prawo na tej samej linii jednolite złącze zawierające: złącze zasilania, pierwsze siłownika zaworu czterodrożnego, złącze pompy centralnego ogrzewania, złącze pompy ciepłej wody użytkowej i kolejne złącze zasilania drugie złącze siłownika zaworu czterodrożnego. Powyżej jednolitego złącza elementów wykonawczych usytuowane są kolejno od lewej do prawej oddzielne elementy kontrolujące: złącze układu wyjściowego, układu wyjściowego pompy centralnego ogrzewania, układu wyjściowego pompy ciepłej wody użytkowej oraz układu wyjściowego.

PL 210 640 B1

Sterownik modułu palnika w postaci płytki usytuowanej po prawej stronie transformatora ma złącze czujnika temperatury grzałki elektrycznej, oraz złącze czujnika fotooptycznego procesu rozpalania, złącze czujnika temperatury podajnika zasypowego, złącze czujnika optycznego komory przesypowej i złącze czujnika zaworu czterodrożnego, a wzdłuż prawego boku licząc od góry ma złącze magistrali danych, złącze klawiatury kotła, złącze serwisowe oraz na tej samej linii od dołu złącze programowania serwisowego modułu palnika, a na lewym rogu od dołu złącze zasilania, dalej licząc od lewej do prawej strony na tej samej linii jednolite złącze elementów wykonawczych zawierające: złącze podajnika dozującego, złącze podajnika zasypowego, złącze zasilania dmuchawy i złącze zasilania grzałki elektrycznej a powyżej jednolitego złącza elementów wykonawczych są usytuowane od lewej do prawej kolejno elementy kontrolujące: układu wyjściowego podajnika dozującego, układu wyjściowego podajnika zasypowego, układu wyjściowego dmuchawy oraz układu wyjściowego grzałki elektrycznej.

Sposób spalania biopaliwa stałego według wynalazku umożliwia szybkie rozpalanie biopaliwa stałego oraz wygaszanie palnika kotłowego i wydmuchiwanie pozostałości po spalaniu z garu i misy palnika. Zastosowanie misy z garem w palniku kotłowym daje przy stosunkowo małym gabarycie palnika dużą moc grzewczą i równomierne spalanie w warstwie w garze i misie. Nieoczekiwanie konstrukcja palnika kotłowego powoduje, że w komorze grzałki elektrycznej temperatura przeważnie nie przekracza 200°C a temperatura w garze przekracza znacznie powyżej 200°C a w czasie spalania biopaliwa stałego najwyższa temperatura jest nad misą palnika. Zestaw podajnika dozującego i zasypowego oddzielonych komorą przesypową przy zastosowaniu sterowania i kontroli według wynalazku zapewnia bezpieczeństwo i w praktyce nie jest możliwe zapalenie się biopaliwa stałego, zwłaszcza w podajniku dozują cym i na nitce podajników dostarczają cych biopaliwo stał e do palnika kotł owego.

Kocioł żeliwny centralnego ogrzewania o konstrukcji według wynalazku umożliwia osiągnięcie stosunkowo szybko żądanej temperatury przy łatwej obsłudze, zwłaszcza w okresie uruchomienia pracy kotła. Konstrukcja kotła żeliwnego z palnikiem kotłowym nie wymaga podtrzymywania spalania biopaliwa stałego i pracy kotła, co daje ograniczenie zużycia energii cieplnej na podtrzymanie pracy kotła. Pomimo przerwy w spalaniu w palniku kotłowym w kotle żeliwnym osiąga się stałą palność zależną od dostarczanego paliwa oraz aktualnego zapotrzebowania na moc grzewczą. W efekcie tego zmniejszają się starty kominowe a zwiększa się sprawność spalania biopaliwa stałego do 93% a ponadto konstrukcja kotła żeliwnego centralnego ogrzewania umożliwia łatwość zastosowania zamiennie w kotle ż eliwnym palnika retortowego do spalania wę gla.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie zestaw zespołów podawczych biopaliwa stałego i palnik kotłowy w widoku z przodu i przekroju pionowym, fig. 2 - zestaw zespoł ów podawczych biopaliwa stał ego i palnik kotł owy w widoku z góry, fig. 3 - palnik kotł owy w przekroju pionowym, fig. 4 - palnik kotł owy w widoku z góry, fig. 5 - schematycznie kocioł żeliwny centralnego ogrzewania z uwidocznionym w wykroju zestawem zespołów podawczych biopaliwa stałego z palnikiem kotłowym w widoku z przodu, fig. 6 - kocioł żeliwny centralnego ogrzewania bez obudowy w widoku od strony otworu na podajnik zasypowy biopaliwa stałego, fig. 7 - schemat układu instalacji centralnego ogrzewania, fig. 8 - rozmieszczenie elementów sterowania modułu kotła, fig. 9 - rozmieszczenie elementów sterowania modułu palnika, fig. 10 schemat blokowy układu sterowania i kontroli.

Palnik kotłowy składa się z prostokątnej misy, w dnie, której zabudowany jest gar do spalania biopaliwa stałego. Gar do spalania ma postać prostokątnej skrzyni 1 otwartej od góry, przedzielonej na wysokości pionowej ściany przegrodą poziomą 2 zaopatrzoną w otwory dolotowe 3. Pod przegrodą poziomą 3 jest usytuowana komora grzałki elektrycznej 4. Każda krawędź górna pionowej ściany skrzyni i jest połączona pod kątem na przemian z mniejszym płatem 5 oraz większym płatem 6 misy w postaci równoramiennego trapezu. Krawędzie nierównoległe płatów 5 i 6 są połączone nierozłącznie między sobą. Płaty 5 i 6 misy zaopatrzone są w przelotowe otwory 7. Otwory dolotowe 3 w przegrodzie poziomej 2 są wykonane w trzech rzędach po jednym rzędzie wzdłuż dłuższego boku skrzyni i oraz w rzędzie środkowym w osi podłużnej przegrody poziomej 2. Otwory przelotowe 7 są usytuowane w dwóch rzędach od strony krótszej podstawy płatu 5 oraz 6. Otwory dolotowe 3 oraz otwory przelotowe 7 mają średnicę 5 mm i są sfazowane od góry do średnicy 10 mm pod kątem 60°.

Płaty 5 i 6 misy są osadzone na wspornikach 8 i 9 wewnętrznych poziomych przymocowanych od góry do pionowych ścian 10 i 11, obudowy palnika, osadzonych od dołu na pokrywie dolnej 12 obudowy palnika.

PL 210 640 B1

Do komory grzałki elektrycznej 4 podłączony jest powietrzny kanał 13 a powietrzny kanał 14 palnika osadzony jest w ściance 10. Powietrzne kanały 13 i 14 połączone są na wejściu komorą wstępną 15, do której podłączone jest doprowadzenie dmuchawy 16.

Nad misą palnika osadzony jest wysyp podajnika zasypowego 17, który w dolnej części poprzez pionową komorę przesypową 18 połączony jest z podajnikiem dozującym 19 sprzężonym z dozownikiem 20 biopaliwa stałego. Na wejściu podajnik zasypowy 17 połączony jest z uchwytem 21 ślimaka zasypowego sprzężony z silnikiem elektrycznym 22. Podajnik dozujący 19 uchwytem 23 połączony jest ze ślimakiem dozującym sprzężony z silnikiem elektrycznym 24. Ślimak dozujący oraz ślimak zasypowy są bezosiowe, przez co ich konstrukcja zapewnia ich skręcanie.

Kocioł żeliwny centralnego ogrzewania zawiera obudowany z zewnątrz żeliwny wymiennik ciepła 25 oparty na komorze palnika kotłowego złożonej z płaszczowego wymiennika ciepła zabudowanego na stalowej podstawie.

W komorze palnika kotłowego zainstalowany jest symetrycznie palnik biopaliwa stałego. Płaszczowy wymiennik ciepła składa się z górnej podkowy 26 oraz dolnej podkowy 27. Podkowa górna 26 wykonana jest z profilu zamkniętego o przekroju 140 x 80 mm i o grubości 4 mm. Podkowa górna 26 składa się ze środnika o długości 515 mm wyciętego z profilu z obu stron pod kątem 45°. Podkowa dolna 27 wykonana jest z profilu zamkniętego 80 x 40 mm i grubości ścianki 4 mm. Ma środnik o długości 515 mm wycięty z profilu z obu stron pod kątem 45° oraz ramiona długości 535 mm wycięte z profilu z jednej strony pod kątem 45°.

Podkowa górna 26 od dołu ramionami połączona jest z ramionami podkowy dolnej 27 przetopioną krawędzią ścian otworów ramion podkowy górnej 26 oraz wypalonych otworów między krawędziami w ramionach podkowy dolnej 27. Otwory na końcu ramion podkowy górnej 26 i podkowy dolnej 27 są zaślepione blachą.

W środniku podkowy górnej 26 na zewnętrznej stronie znajduje się otwór o średnicy wewnętrznej 50 mm połączony jest z króćcem 28 gwintowanym na końcu. W środniku podkowy dolnej 27 otwór o średnicy wewnętrznej 50 mm połączony jest z króćcem gwintowanym 29 na końcu a otwór półcalowy w tym środniku połączony jest króćcem, w którym jest instalowany manometr.

Do ścianki dolnej profilu zamkniętego podkowy górnej 26 przyspawany jest na całej długości podkowy górnej 26 kątownik nierównoramienny 45 x 30 mm na całym obwodzie wewnętrznym podkowy górnej 26 i odsunięty od ścianki wewnętrznej pionowej profilu zamkniętego od 14 - 20 mm.

Stalowa podstawa komory palnika kotłowego składa się z dna 30, które przegięciem o 90° przechodzi w ściankę przednią. Ścianka przednia przegięciem o 90° od góry do wewnątrz na szerokości 25 mm zamyka ścianką oporową. Dno 30 podstawy komory od wewnątrz połączone jest spoiną z osadzoną na nim ścianką zewnętrzną. Ścianka zewnętrzna przechodzi pod kątem 90° w ściankę tylną, która z kolei przechodzi przegięciem o 90° w prawo w ściankę wewnętrzną 31 Ścianka tylna i ścianka wewnętrzna 31 osadzona na dnie 30 połączone są z dnem 30 spoiną. Ścianka zewnętrzna i ścianka wewnętrzna 31 połączone są ze ścianką przednią od wewnątrz spoiną.

W ściance wewnętrznej 31 jest symetrycznie usytuowany otwór 32 w którym zainstalowany jest wraz z płytą montażową podajnik zasypowy 17 paliwa usytuowany pod kątem do poziomu oraz poniżej podajnika zasypowego 17 oddzielne powietrzne kanały 13 i 14. W osi komory na wysokości pod płaszczowym wymiennikiem ciepła jest zainstalowana misa palnika kotłowego. Dno 30 podstawy komory osadzone jest na nóżkach 33 z profilu zamkniętego. W ściance przedniej wokół otworu drzwiczkowego jest przyspawany płaskownik służący do szczelnego połączenia z drzwiczkami komory.

Na komorze palnika kotłowego współosiowo posadowiony jest żeliwny wymiennik ciepła 25 złożony z szeregu segmentów żeliwnych połączonych kanałami wodnymi, w których każdy segment z kanałem wodnym od dołu ma żeliwny ruszt. Segment żeliwny na przedłużeniu kanałów wodnych w dolnej części pod rusztem po bokach ma ścianki odlewu, które wchodzą pomiędzy ścianki ramion podkowy górnej 26 a odcinek nierównoramiennego kątownika. Pozostawiona tylna poprzeczka z pierwotnego odlewu żeliwnego korpusu wymiennika ciepła 25 przylega do ścianki wewnątrz środnika podkowy górnej 26 odcinka nierównoramiennego kątownika. Pozostawiona poprzeczka odlewu żeliwnego z przodu oparta jest na ściance poziomej oporowej podstawy komory.

Tylna poprzeczka z pierwotnego odlewu żeliwnego wymiennika 25 jako podpora spoczywająca na odcinku nierównoramiennego kątownika jako wspornika tylnej sekcji żeliwnego korpusu jest uszczelniona. W równolegle do siebie odcinki nierównoramiennego kątownika, w które wchodzą żeliwne pionowe odcinki pozostające z wycięcia odlewu żeliwnego są uszczelnione silikonem mającym

PL 210 640 B1 na celu niedopuszczenie do wypływu dymu spalin wytwarzanych w procesie spalania biopaliwa stałego w palniku kotłowym.

Obudowa zewnętrzna kotła żeliwnego centralnego ogrzewania jest izolowana. Zawiera oddzielną obudowę wymiennika żeliwnego 25 kotła, która z przodu w dolnej części ma drzwiczki popielnika a powyżej drzwiczki 34 paleniska rusztowego oraz następnie drzwiczki 35 komory spalania a w górnej części płytę czołową 36 mikroprocesorowego sterownika, pod którą zainstalowany jest sterownik. Na zewnątrz na płycie 36 jest widoczny podłużny otwór 37 z zabudowanym wyświetlaczem i klawiaturą. Po prawej stronie wyświetlacza są w płycie otwory: od góry otwór 38 na bezpiecznik topikowy 2,5 A/230 V zwłoczny oraz poniżej otwór 38 ogranicznika temperatury. Na górnej części płyty 36 sterownika zainstalowane jest złącze podwójne 40 termostatu pokojowego i ewentualnie czujnika pogodowego.

Obok komory palnika kotłowego jest usytuowana oddzielnie obudowa metalowa, w której osadzony jest na pionowej podporze 41 poziomo podajnik dozujący 19 połączony od góry podłużnym otworem z wysypem dozownika 20 biopaliwa stałego a na nim klapa zamykająca 42. Odprowadzenie wody podgrzanej z żeliwnego wymiennika ciepła 25 kotła połączone jest przewodem poprzez pompę 43 centralnego ogrzewania oraz zawór czterodrożny 44 oraz kolejną pompę 45 połączoną odprowadzeniem z wejściem instalacji grzewczej 46. Przewód wody podgrzanej przed pompą 43 centralnego ogrzewania ma odgałęzienie z dołączonym przewodem i pompą 47 ciepłej wody użytkowej jest połączony z doprowadzeniem do bojlera 48. Odprowadzenie z instalacji grzewczej 46 poprzez zawór czterodrożny 44 oraz odprowadzenie bojlera 48 połączone są z doprowadzeniem wody powrotnej z króćcem 29 podkowy dolnej 27. Ten węzeł przewodów jest sprzężony przewodami ze zbiornikiem wyrównawczym 49 wody obiegowej.

Sterownik modułu kotła przedstawiony na fig. 8 zawiera w lewym rogu od góry transformator 50 a obok radiator 51. Na górnej linii po prawej stronie od transformatora 50 jest złącze 52 czujnika temperatury na kotle oraz złącze 53 czujnika temperatury powrotu na króćcu 29, a następnie na tej linii jest złącze pojedyncze 54 czujnika temperatury bojlera 48 oraz pojedyncze złącze 55 czujnika pogodowego 56 i złącze 57 czujnika termostatu pokojowego 58. Sterownik wzdłuż prawego boku licząc od góry ma złącze 59 magistrali danych, a z kolei oddzielne złącze 60 klawiatury kotła, złącze 61 serwisowe oraz na tej samej linii od dołu złącze 62 programowania serwisowego modułu kotła. Sterownik modułu kotła na lewym rogu od dołu ma złącze 63 zasilania, dalej w prawo na tej samej linii jednolite złącze zawierające złącze 64 zasilania, złącze 65 pompy centralnego ogrzewania, złącze 66 pompy ciepłej wody użytkowej i kolejne złącze 67 zasilania. Powyżej jednolitego złącza elementów wykonawczych są usytuowane kolejno od lewej do prawej oddzielne elementy kontrolujące: układu wyjściowego 68, układu wyjściowego 69 pompy 43 centralnego ogrzewania, układu wyjściowego 70 pompy 47 ciepłej wody użytkowej oraz układu wyjściowego 71.

Sterownik modułu palnika przedstawiony na fig. 9 ma także transformator 50 oraz radiator 51. Na górnej linii po prawej stronie od transformatora 50 jest złącze 72 czujnika temperatury grzałki elektrycznej 4, oraz złącze 73 czujnika fotooptycznego procesu rozpalania, złącze 74 czujnika temperatury podajnika zasypowego 17, złącze 75 czujnika zasypowego komory przesypowej 18 i złącze 76 czujnika zaworu czterodrożnego. Sterownik wzdłuż prawego boku licząc od góry ma złącze 59 magistrali danych, złącze 60 klawiatury kotła, złącze 61 serwisowe oraz na tej samej linii od dołu złącze 62 programowania serwisowego modułu palnika. Sterownik modułu palnika na lewym rogu od dołu ma złącze 63 zasilania. Na tej samej linii licząc od lewej do prawej strony jest zainstalowane jednolite złącze elementów wykonawczych zawierające: złącze 77 podajnika dozującego 19, złącze 78 podajnika zasypowego 17, złącze 79 zasilania dmuchawy 16 i złącze 80 zasilania grzałki elektrycznej 4. Powyżej jednolitego złącza elementów wykonawczych są usytuowane kolejno elementy kontrolujące: układu wyjściowego 81 podajnika dozującego 19, układu wyjściowego 82 podajnika zasypowego 17, układu wyjściowego 83 dmuchawy 16 oraz układu wyjściowego 84 grzałki elektrycznej 4.

Na wejściu sterownik modułu kotła połączony jest z czujnikiem temperatury kotła mającym złącze 52, czujnikiem temperatury powrotu mającym złącze 53, czujnikiem temperatury bojlera 48 mającym złącze 54 oraz czujnikiem pogodowym 56 mającym złącze 55. Kolejne elementy to czujnik klawiatury kotła mający złącze 60, czujnik 58 termostatu pokojowego mający złącze 57, czujnik 85 bezpiecznika topikowego usytuowany w otworze 38 płyty czołowej 36 oraz czujnik 86 ogranicznika usytuowany w otworze 39 płyty czołowej 36. W procesorze sterownika jest wprowadzony algorytm sterujący pracą elementów zewnętrznych oraz nadzorujący pracę modułu podrzędnego - palnika. Z tym układem są połączone elementy zewnętrzne: złącze serwisowe 61 oraz złącze 62 programowania serwisowego dla serwisu do wgrywania nowego algorytmu sterującego do procesora sterownika.

PL 210 640 B1

Procesor steruje czterema elementami wykonawczymi: pompą centralnego ogrzewania 43 mającą złącze 65, pierwszym złączem 64 oraz drugim złączem 67 siłownika zaworu czterodrożnego 44 i pompą 47 ciepłej wody użytkowej mającej złącze 66. Elementy wykonawcze 43, 44 i 47 zasilane są prądem poprzez złącze zasilania 63 za pomocą elementów kontrolujących - według wprowadzonego algorytmu sterującego - dostarczania mocy. Odpowiednio pompą centralnego ogrzewania 43 przez układ wyjściowy 69 pompy centralnego ogrzewania, złączem 64 zasilania pierwszego siłownikiem zaworu czterodrożnego 44 przez układ wyjściowy 68, złączem 67 zasilania drugiego siłownikiem zaworu czterodrożnego 44 przez układ wyjściowy 71 oraz pompą 47 ciepłej wody użytkowej mającej złącze 66 przez układ wyjściowy 70 pompy ciepłej wody użytkowej.

Sterownik modułu kotła zamocowany nad wymiennikiem ciepła 25 z procesorem zawierającym algorytm sterujący jako nadrzędny połączony jest magistralą danych 92 ze sterownikiem podrzędnym modułu palnika zawierający algorytm sterujący zamocowany pod dozownikiem 20.

Sterownik modułu palnika na wejściu jest połączony z czujnikiem temperatury grzałki elektrycznej 4 mającym złącze 72, czujnikiem optycznym 87 mającym złącze 73, czujnikiem 88 temperatury podajnika zasypowego 17 mającym złącze 74, czujnikiem optycznym 89 komory przesypowej 18 mającym złącze 75, czujnikiem zaworu czterodrożnego 44 mającym złącze 76. W procesorze sterownika modułu palnika jest wprowadzony algorytm sterujący pracą elementów zewnętrznych oraz przekazujący odczyty do sterownika nadrzędnego. Do tego układu są podłączone elementy zewnętrzne: złącze serwisowe 61 oraz złącze 62 programowania serwisowego dla serwisu dla wgrywania nowego algorytmu sterującego do procesora sterownika.

Procesor steruje czterema elementami wykonawczymi: złączem 77 podajnika dozującego 19, złączem 78 podajnika zasypowego 17, złączem 79 zasilania dmuchawy 16 oraz złączem 80 zasilania grzałki elektrycznej 4. Elementy wykonawcze 77, 78, 79 i 80 są zasilane prądem poprzez złącze 63 zasilania za pomocą elementów kontrolujących według wprowadzonego algorytmu sterującego - dostarczanie mocy. Odpowiednio: złączem 77 podajnika dozującego 19 układem wyjściowym 81 podajnika dozującego, złączem 78 podajnika zasypowego układem 82 wyjściowym podajnika zasypowego 17, złączem 79 zasilania dmuchawy 16 układem wyjściowym 83 dmuchawy, złączem 80 zasilania grzałki elektrycznej 4 układem wyjściowym 84 grzałki elektrycznej.

Na wyjściu sterownika modułu kotła jest podłączony element zewnętrzny: wyświetlacz 90 a sterownik modułu kotła palnika ma wyświetlacz 91 dla serwisu.

Układ sterowania kotła żeliwnego centralnego ogrzewania został, zatem podzielony na dwa współpracujące ze sobą moduły: moduł kotła i moduł palnika. Wymiana informacji pomiędzy modułami następuje za pomocą magistrali danych 92. Moduł kotła pełni rolę nadrzędnego i kontroluje pracę kotła oraz instalacji, natomiast moduł palnika kontroluje proces spalania opału oraz dostarcza informacji do modułu kotła o odczytach czujników podłączonych elementów zewnętrznych.

W podziale funkcji sterujących pracą kotła w układzie nadrzędny-podrzędny została zachowana pełna autonomia modułów w zakresie sterowania podległą grupą elementów wykonawczych na podstawie odczytów i obliczeń wykonanych w obrębie modułu oraz na podstawie komend oraz parametrów pobranych od modułu współpracującego.

Sterownik automatycznie podejmuje decyzję o bieżących parametrach pracy układu na podstawie aktualnych wyników przeprowadzonych pomiarów oraz na wartościach wcześniej ustawionych przez użytkownika i traktowanych przez układ jako stałe w funkcji wzorów opisujących pracę kotła. Każdy z modułów posiada możliwość automatycznej zmiany bieżących parametrów pracy na podstawie przeprowadzonej analizy wpływu wcześniej wykonanych operacji na ich odzwierciedlenie w postaci zachowania się czynnika grzewczego oraz efektywności procesu spalania.

Spalanie biopaliwa stałego w palniku kotłowym zaczyna się od operacji rozgrzewania przegrody poziomej 2 przedzielającej prostokątną skrzynię i za pomocą komory grzałki elektrycznej 4, dostarczenia biopaliwa stałego od góry zsypem podajnika zasypowego 17, po rozgrzaniu przegrody poziomej 2, kierowania strumienia powietrza kanałem 13 przez komorę grzałki elektrycznej i otworami dolotowymi 3 przegrody poziomej 2 do garu palnika kotłowego. Po uzyskaniu przez biopaliwo stałe w garze temperatury około 90°C dokonuje się zwiększonego dopływu powietrza sposobem regulowanym. Po uzyskaniu w warstwie biopaliwa stałego zapłonu dzięki przepływowi gorącego powietrza odczytywanego czujnikiem optycznym 87 przerywa się dopływ prądu i wyłącza się grzałkę elektryczną 4, zwiększa się ilość dostarczanego powietrza kanałem powietrznym 13 pod przegrodą poziomą 2 oraz dostarcza się powietrze kanałem 14 do komory palnika kotłowego. Powietrze, przepływając przez otwory przelotowe 7 w płatach 5 i 6 misy najpierw rozpala warstwę biopaliwa stałego w misie palnika

PL 210 640 B1 a nastę pnie dopala wypł ywają ce nad warstwę gazy palne. Ilość powietrza dostarczanego kanał em powietrznym 13 do garu palnika kotłowego w stosunku do powietrza dostarczanego kanałem powietrznym 14 do komory palnika, wynosi 1:2. W trakcie procesu właściwego spalania w warstwie biopaliwo stałe jest dostarczane porcjami do misy palnika podajnikiem zasypowym 17 oddzielonym od podajnika dozującego 19 komorą przesypową 18. W międzyczasie w przypadku dłuższej przerwy dopływu biopaliwa jest w garze palnika kotłowego temperatura wysoka grzałka elektryczna 4 nie włącza się i proces rozpalania zaczyna się od przepływu przez otwory dolotowe 3 przegrody poziomej 2. Po zakończeniu procesu spalania ma miejsce w dalszym ciągu dopływ powietrza do palnika kotłowego, dodatkowo zwiększonego w celu dopalania resztek biopaliwa stałego i wydmuchiwania pozostałości po spalaniu.

Proces rozpalania w palniku kotłowym kontroluje się przez sterownik palnika. Do sterownika podłączone są bezpośrednio czujniki odpowiadające za kontrolę pracy palnika oraz pośrednio poprzez magistralę danych 92 sterownik kotła przekazuje informację o aktualnym stanie pracy, uzupełniając informacje, które posiada sterownik palnika. Na podstawie odebranych danych i rozkazów, które dostarcza sterownik kotła - algorytm pracy zabudowany w sterowniku palnika podejmuje decyzję o aktualnym trybie pracy. Proces rozpalania dzięki zastosowaniu podgrzewania garu palnika wraz z powietrzem dostarczanym do biopaliwa znaczenie przyspiesza proces utleniania. W momencie przejścia przez sterownik w tryb pracy ciągłej i modulowania jedynie mocy palnika decyduje tylko informacja z czujników temperatury kotła oraz czujnika optycznego 87 jasności płomienia. Czujnik 87 jasności płomienia zabudowany w ściance montażowej podajnika zasypowego 17 umożliwia detekcję sygnałów o bardzo małej amplitudzie - stąd możliwe jest bardzo skuteczne rozpoznawanie sygnałów pochodzących od palnika. Poczynając od sygnału żarzenia początkowego poprzez rozpalanie wstępne oraz rozpalony do poziomu płomienia włącznie. Ze względu na wystarczający system kontroli procesu spalania właściwego w oparciu jedynie o temperatury panujące na kotle oraz nastawy stałe czułości układu fotodetekcji została skupiona w zakresie płomienia o niskim natężeniu. Tak dokładne rozpoznanie płomienia przyczynia się do efektywnego zarządzania opałem oraz możliwie przedwczesne zapobieganie sytuacjom awaryjnym jak zapalania się biopaliwa w podajniku zasypowym 19. Dodatkową opcją czujnika fotodetekcji jest możliwość rozpoznania otwartych drzwi kotła a tym samym jego rozszczelnienia. Rozszczelnienie kotła, bądź uchylenie drzwiczek, umożliwiające przedostanie się promieni słonecznych do wewnątrz obudowy kotła powodują sygnalizację na sterowniku kotła i w razie potrzeby podejmuje on działanie by nie dopuścić do pracy w nieszczelnym układzie.

Czujnik optyczny 89 komory przesypowej 18 sygnalizuje czy działa podajnik zasypowy 17 i odbiera pelety z komory przesypowej 18 i dalej czy pelety wsypuje do komory przesypowej 18 podajnik dozujący 19 oraz sygnalizuje wypełnienie komory przesypowej 18 i wtedy może być sygnał, że podajnik zasypowy 17 nie działa. Sygnalizacja ta zabezpiecza zestaw podajnika głównie przed zapłonem biopaliwa stałego i wykryje pojawienie się żaru w komorze przesypowej.

Claims (9)

1. Sposób spalania biopaliwa stałego, które wprowadza się do palnika od góry a powietrze od dołu złożony z operacji rozpalania i właściwego spalania biopaliwa stałego w warstwie oraz dopalania i wydmuchiwania pozostałości po spalaniu, znamienny tym, że po rozgrzaniu garu palnika kotłowego grzałką elektryczną kieruje się do palnika kotłowego biopaliwo stałe, zwłaszcza pelety oraz strumień powietrza przez otwory w rozgrzanej przegrodzie poziomej do misy a po uzyskaniu zapłonu w warstwie wyłącza się grzałkę elektryczną i prowadzi się dopływ powietrza do warstwy biopaliwa stałego w systemie regulowanym oraz dostarcza się powietrze poprzez płaty misy palnika otworami przelotowymi i dopala się gazy palne nad warstwą biopaliwa stałego w misie palnika kotłowego a w międzyczasie biopaliwo stałe wprowadza się porcjami do misy w trakcie pracy ciągłej spalania a po przerwaniu dodawania biopaliwa stałego zwiększa się dopływ powietrza do palnika kotłowego, dopala się resztki biopaliwa stałego w palniku kotłowym i wydmuchuje się pozostałości po spalaniu.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ilość powietrza dostarczanego do garu palnika kotłowego w stosunku do powietrza dostarczanego do misy i nad misą palnika kotłowego wynosi 1:2.

3. Kocioł żeliwny centralnego ogrzewania, składający się z obudowanego żeliwnego wymiennika ciepła opartego na komorze palnika kotłowego z płaszczowym wymiennikiem ciepła, zabudowanego na metalowej podstawie, mającym w płaszczowym wymienniku ciepła palenisko palnika kotłowego a powyżej

PL 210 640 B1 komory spalania płytę czołową, pod którą zabudowane są elementy mikroprocesorowego sterownika kotła, w którym wprowadzony jest algorytm sterujący, mająca widoczne elementy jak wyświetlacz, klawiaturę a z jednej strony obudowy żeliwnego kotła jest zainstalowana oddzielna obudowa metalowa, w której usytuowany jest centralnie dozownik paliwa nad podajnikiem dozującym, znamienny tym, że symetrycznie w komorze palnika kotłowego zainstalowany jest palnik biopaliwa stałego mający prostokątną misę, w dnie, której zabudowany jest gar do spalania o postaci metalowej skrzyni (1) otwartej od góry podzielonej na wysokości pionowych ścian przegrodą poziomą (2) zaopatrzoną w otwory dolotowe (3) powietrza, pod którą jest usytuowana komora grzałki elektrycznej (4) a krawędzie górne pionowych ścian skrzyni (1) są połączone pod kątem na przemian z mniejszym płatem (5) oraz większym płatem (6) misy w postaci równoramiennego trapezu a nierównoległe krawędzie płatów (5 i 6) są połączone między sobą nierozłącznie oraz zaopatrzone w przelotowe otwory (7) i osadzone końcówkami poziomymi na wspornikach (8 i 9) wewnętrznych poziomych, przymocowanych od góry do pionowych ścian (10 i 11) obudowy palnika, które opierają się na pokrywie dolnej (12) obudowy palnika, przy czym nad wymiennikiem ciepła (25) zamocowany jest sterownik modułu kotła z procesorem zawierającym algorytm sterujący, który to sterownik modułu kotła połączony jest magistralą danych (92) ze sterownikiem modułu palnika zawierającym algorytm sterujący zamocowany pod dozownikiem (20).

4. Kocioł według zastrz. 3, znamienny tym, że metalowa skrzynia (1) zainstalowana jest osiowo w obudowie palnika.

5. Kocioł według zastrz. 3, znamienny tym, że otwory dolotowe (3) w przegrodzie poziomej (2) są wykonane w trzech rzędach po jednym rzędzie wzdłuż dłuższego boku skrzyni (1) oraz w rzędzie środkowym w osi podłużnej przegrody poziomej (2).

6. Kocioł według zastrz. 3, znamienny tym, że otwory przelotowe (7) są usytuowane w dwóch rzędach od strony krótszej podstawy płatu (5) oraz (6).

7. Kocioł według zastrz. 3, znamienny tym, że nad misą palnika osadzony jest wysyp podajnika zasypowego (17), który w dolnej części poprzez pionową komorę przesypową (18) jest połączony z podajnikiem dozującym (19) sprzężonym z dozownikiem (20) biopaliwa stałego.

8. Kocioł według zastrz. 3, znamienny tym, że sterownik modułu kotła w postaci płytki po prawej stronie transformatora (50) na górnej linii ma złącze (52) czujnika temperatury kotła oraz złącze (53) czujnika temperatury powrotu na króćcu (29) a następnie na tej linii złącze (54) czujnika temperatury bojlera (48) oraz złącze (55) czujnika pogodowego (56) i złącze (57) czujnika termostatu pokojowego (58), a wzdłuż prawego boku licząc od góry ma złącze (59) magistrali danych (92) a z kolei oddzielne złącze (60) klawiatury kotła, złącze (61) serwisowe oraz na tej samej linii od dołu złącze (62) programowania serwisowego modułu kotła, a na lewym rogu od dołu ma złącze (63) zasilania, dalej w prawo na tej samej linii jednolite złącze zawierające: złącze (64) zasilania, pierwsze siłownika zaworu czterodrożnego (44), złącze (65) pompy (43) centralnego ogrzewania, złącze (66) pompy (47) ciepłej wody użytkowej i kolejne złącze (67) zasilania drugie siłownika zaworu czterodrożnego (44) a powyżej jednolitego złącza elementów wykonawczych są usytuowane kolejno od lewej do prawej oddzielne elementy kontrolujące: złącze (68) układu wyjściowego, układu wyjściowego (69) pompy centralnego ogrzewania (43), układu wyjściowego (70) pompy (47) ciepłej wody użytkowej oraz układu wyjściowego (71).

9. Kocioł według zastrz. 3, znamienny tym, że sterownik modułu palnika w postaci płytki po prawej stronie transformatora (50) ma złącze (72) czujnika temperatury grzałki elektrycznej (4) oraz złącze (73) czujnika fotooptycznego (87) procesu rozpalania, złącze (74) czujnika (88) temperatury podajnika zasypowego (17), złącze (75) czujnika optycznego (89) komory przesypowej (18) i złącze (76) czujnika zaworu czterodrożnego (44), a wzdłuż prawego boku licząc od góry ma złącze (59) magistrali danych (92), złącze (60) klawiatury kotła, złącze (61) serwisowe oraz na tej samej linii od dołu złącze (62) programowania serwisowego modułu palnika, a na lewym rogu od dołu złącze (63) zasilania, dalej licząc od lewej do prawej strony na tej samej linii jednolite złącze elementów wykonawczych zawierające: złącze (77) podajnika dozującego (19), złącze (78) podajnika zasypowego (17), złącze (79) zasilania dmuchawy (16) i złącze (80) zasilania grzałki elektrycznej (4) a powyżej jednolitego złącza elementów wykonawczych są usytuowane od lewej do prawej kolejno elementy kontrolujące: układu wyjściowego (81) podajnika dozującego (19), układu wyjściowego (82) podajnika zasypowego (17), układu wyjściowego (83) dmuchawy (16) oraz układu wyjściowego (84) grzałki elektrycznej (4).