PL226498B1 - Mechanizm napowietrzania komory paleniskowej w palniku peletów - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest mechanizm napowietrzania komory paleniskowej w palniku przeznaczonym do spalania peletów i agropeletów, mogący znaleźć zastosowanie zarówno w gospodarstwach domowych, jak i innych budynkach - od hoteli, poprzez piekarnie, pizzerie, obiekty użyteczności publicznej, takie jak przykładowo szpitale, przedszkola, szkoły, wyższe uczelnie, banki, kina, galerie handlowe, aż do szklarni, tuneli foliowych, suszarni zbóż i warzyw oraz hal magazynowych czy produkcyjnych.

Coraz mniejsze zasoby paliw gazowych, płynnych i stałych na świecie, zanieczyszczenie środowiska spowodowane paliwami kopalnymi, zwłaszcza emisja szkodliwego dwutlenku węgla, a ponadto ciągły, wyraźny wzrost cen tych paliw, powodują od lat zwiększenie zainteresowania dużo tańszymi, alternatywnymi, odnawialnymi źródłami energii.

Poza wykorzystaniem energii wiatru, promieniowania słonecznego czy hydroenergetyką najczęściej wykorzystywanym źródłem odnawialnego paliwa jest biomasa, głównie pochodząca z roślin (tzw. fitomasa), ale także zwierząt (tzw. zoomasa), a nawet mikroorganizmów (przykładowo plankton).

We wszystkich dotychczas znanych rozwiązaniach dokłada się starań, aby wyeliminować użycie paliw konwencjonalnych na rzecz paliwa odnawialnego, wspomagając tym samym działania na rzecz ochrony środowiska, w tym eliminując emisję dwutlenku węgla i zagospodarowując odpady poprodukcyjne z produkcji drzewnej, czy rolniczej.

Znane są piece grzewcze do spalania biomasy, zwłaszcza popularne piece z paleniskiem do spalania słomy uformowanej w baloty oraz palniki do spalania biomasy w postaci peletów. Pelety (z ang. pellet - kulka, tabletka, granulka, pastylka) to coraz popularniejsze odnawialne ekologiczne paliwo stałe w formie granulatu powstałego ze sprasowanych w prasach pod wysokim ciśnieniem poprodukcyjnych odpadów drzewnych, tak zwanej biomasy drzewnej: trocin, wiórów tartacznych, zrębków drewna, kory, pochodzących z drewna o niskiej zawartości żywicy z drzew liściastych, oraz odpadów poprodukcyjnych z branży rolniczej czyli tak zwanych agropeletów, zwłaszcza odpadów przetwórczych takich jak pestki, łuski, ziarna zbóż, łodygi masy zielonej, siano. Zarówno pelety jak i agropelety są wykonywane w postaci granulatu w kształcie kulek lub częściej - w kształcie walców o średnicy 6 * 25 mm i długości do kilku centymetrów. Pelety są w pełni ekologiczne - wykonane w całości z materiałów naturalnych, bez dodatków czyli bez jakichkolwiek chemicznych substancji klejących, gdzie spoiwo stanowią naturalne związki organiczne, ligniny zawarte w strukturze komórkowej roślin. Pelety są rodzajem brykietów, mają doskonałe właściwości energetyczne - ich wartość opałową porównuje się do wartości opałowej drewna (wartość energetyczna peletu waha się w granicach: 4,8 * 5 kWh/kg. 18 20 MJ/kg.), a przy tym charakteryzują się niską wilgotnością (4,3 * 10%).

Ponadto cechą szczególną peletu jest brak emisji szkodliwych gazów podczas spalania (dym wydobywający się z komina pachnie palonym drewnem) oraz niewielka ilość popiołu pozostała po jego spaleniu (do 1%), który dodatkowo jest doskonałym ekologicznym nawozem. Stąd tego typu paliwo określane jest jako: „zielony węgiel” lub „zielona energia”. Z kolei agropelety co prawda posiadają nieznaczenie gorsze właściwości energetyczne (energetyczność agropeletu waha się koło 15 * 18 MJ/kg, a ilość popiołu po spaleniu wynosi około 5%) ale są paliwem tańszym.

Pelety oraz agropelety cenione są za wysoką wygodę użytkowania, dlatego z powodzeniem stosuje się je jako efektywne paliwo w indywidualnych kotłach centralnego ogrzewania, piecach, kominkach i innych urządzeniach grzewczych przeznaczonych do ogrzewania budynków i pomieszczeń, wyposażonych w zbiornik na pelety, dozownik i podajnik. Palniki, przeznaczone do spalania peletów, wykonane z materiałów żaroodpornych, kwasoodpornych i nierdzewnych, montuje się w drzwiczki dowolnego kotła grzewczego - olejowego, gazowego, czy na paliwo stałe.

Znany jest palnik na pelety, stanowiący urządzenie automatyczne, posiadające ruszt z wbudowanym elementem grzejnym, który inicjuje pracę palnika. Podajnik śrubowy dostarcza niewielką ilość paliwa w celu uruchomienia palnika. Podczas procesu inicjacji następuje cykl podgrzewania paliw i rozpalania powstałego zarzewia płomieni przez precyzyjnie działający wentylator. Palnik ten posiada elektroniczny moduł sterujący. Moduł ten, po analizie sygnału z wbudowanej w korpus palnika fotokomórki, rozpoczyna dozowanie powietrza z celu rozpalenia porcji peletów na ruszcie palnika. Po rozpaleniu pierwszej porcji i ponownej analizie sygnału z fotokomórki, moduł sterujący rozpoczyna precyzyjne dozowania paliwa i powietrza w celu uzyskania ciągłego procesu zgazowania paliwa. Automatyka palnika, analizując sygnały z fotokomórki i sprawdzając ciśnienie w komorze spalania utrzymuje optymalny skład mieszanki paliwowo-powietrznej.

PL 226 498 B1

Z polskiego opisu zgłoszeniowego P.400056 (A1) znany jest palnik do zgazowywania i spalania biomasy, zwłaszcza peletek drewnianych, poprzez wykorzystanie powstałego podczas spalania drewna gazu drzewnego, pokazany na rysunku Pos. 1 i charakteryzujący się tym, że ma cylindryczną obudowę (1) palnika, wewnątrz której usytuowany jest współosiowo cylindryczny ruszt zgazowywujący (2). Przestrzeń wewnątrz rusztu zgazowywującego (2) stanowi komorę spalająco-żarzącą, służącą do przekształcenia biomasy, a zwłaszcza peletek drewnianych w gaz drzewny. Na obwodzie tego rusztu rozmieszczone są otwory boczne (3), a od góry do obudowy palnika przylega dysza dopalająca (4). Ruszt zgazowywujący (2) ma kształt dzwonu, odwróconego częścią górną do dołu, która stanowi dno (5) palnika i w której rozmieszczone są symetrycznie otwory dolne (6). W dnie (5) palnika umocowany jest słupek napowietrzający (7) z otworami rozmieszczonymi na całej wysokości jego obwodu. Słupek napowietrzający (7) osadzony jest w dnie otwartą częścią, a w swej górnej części jest zamknięty. Obudowę (1) palnika stanowi w dolnej części komora powietrzno-czyszcząca (8), do której od dołu przyłączony jest przewód powietrzny (13) i przewód napowietrzający (12). Komora powietrzno-czyszcząca zakończona jest u dołu komorą popielnika (9). W komorze popielnika usytuowana jest zasuwa odpopielająca (10) i szuflada na popiół (11). Z boku, do bocznej ścianki dyszy dopalającej, doprowadzony jest skośnie, poprzez otwór (14), podajnik ślimakowy (15), dozujący do palnika biomasę w postaci peletek. Palnik według tego rozwiązania umożliwia zgazowywanie peletek drewnianych czyli przekształcenie ich w formę gazową, w celu wytworzenia energii cieplnej. Jest przeznaczony do pieców centralnego ogrzewania, podgrzewaczy wody i pieców węglowych z rusztem stałym poprzez zamontowanie tego palnika jako wkładki.

Z opisu polskiego wzoru użytkowego nr Ru.66962 znany jest palnik kotła centralnego ogrzewania pokazany na rysunku Pos. 2a i Pos. 2b, zawierający ruszt i obudowę, która posiada otwór wylotowy podajnika i wentylator rozmieszczony w jej dolnej części. Ruszt składa się z powierzchni o kształcie półwalca tworzącej nieckę, przedłużoną z przodu płaską płaszczyzną umieszczoną poniżej niecki. Niecka zaopatrzona jest w otwory na powietrze pierwotne, zaś obudowa nad otworem wylotowym posiada otwory na powietrze wtórne. Obudowa palnika wraz z rusztem tworzy monolit.

Znany jest również palnik na paliwo pelet ujawniony w europejskim zgłoszeniu patentowym nr EP1359372 B1, przedstawiony na rysunku Pos. 3a, Pos. 3b i Pos. 3c. Palnik zawiera główny korpus (1) i komorę spalania (2), w której gorące gazy spalinowe płyną w zasadniczo wzdłużnym kierunku (F). Wewnątrz komory spalania (2) znajduje się ruszt (3) odchylony do tyłu w stosunku do kierunku (F) przepływu spalin i posiadający wklęsły przekrój poprzeczny. Na powierzchni rusztu są rozmieszczone dysze (16) nadmuchujące powietrze otworami (17) usytuowanymi na ich bocznej powierzchni. Środki doprowadzające powietrze stanowią: co najmniej jeden otwór powietrza pierwotnego przystosowany do dostarczania powietrza poprzez kanał (9) poniżej rusztu (3) do wspomnianych dysz (16); otwory powietrza pierwotnego powyżej dolnej części rusztu (3) oraz co najmniej jeden kanał (12) powietrza wtórnego do wdmuchiwania powietrza w zasadniczo osiowej strefie komory spalania (2).

Dotychczas znane palniki przeznaczone do spalania peletów działają na zasadzie stałego korpusu, ze stałą lub rotacyjną komorą paleniskową, z wielopunktowym nadmuchem powietrza, przy czym dopływ powietrza do paleniska następuje poprzez otwory i/lub dysze umieszczone naokoło komory paleniskowej, z różnych jej stron. Wadą tych rozwiązań jest brak skutecznej kontroli nad ilością dopływu powietrza do komory paleniskowej, a niemożność sterowania tym dopływem skutkuje tym, że palnik jest niedotleniony bądź przetleniony.

Celem wynalazku było opracowanie takiego mechanizmu napowietrzania komory paleniskowej w palniku przeznaczonym do spalania peletów i agropeletów, aby uzyskać jeszcze wyższą efektywność wykorzystania paliwa odnawialnego w postaci peletów poprzez płynną regulację dopływu ilości powietrza do komory spalania, co wpływa na ekonomikę parametrów spalania.

Mechanizm napowietrzania komory paleniskowej w palniku peletów, będący przedmiotem wynalazku, dotyczy palnika zawierającego stalowy korpus, stanowiący stałą obudowę z otworem wlotowym peletów i rotacyjną komorę paleniskową, otoczoną cylindryczną, nieruchomą osłoną trwale połączoną z korpusem, przy czym przestrzeń między komorą paleniskową, a osłoną stanowi pierścieniowy kanał doprowadzający powietrze do komory paleniskowej poprzez otwory i/lub dysze nadmuchowe umieszczone na jej obwodzie.

W rozwiązaniu według wynalazku, rotacyjna komora paleniskowa posiada szereg wzdłużnych przysłon mających formę żaluzji, zamocowanych wahliwie na zewnętrznej powierzchni komory paleniskowej i przysłaniających otwory wlotowe powietrza, współpracujących z nieruchomym pierścieniem sterującym rozmieszczonym prostopadle do osi wzdłużnej komory wokół jej tylnej części, przy czym

PL 226 498 B1 wewnętrzna powierzchnia pierścienia sterującego pełni funkcję krzywki dociskającej przysłony do powierzchni komory paleniskowej lub zwalniającej je zgodnie z ustalonymi fazami.

Komora paleniskowa ma kształt graniastosłupa albo ostrosłupa ściętego o podstawie wieloboku foremnego.

Korzystnie, komora paleniskowa ma kształt graniastosłupa o podstawie dwunastoboku foremnego, a najkorzystniej ma kształt ostrosłupa ściętego o podstawie dwunastoboku foremnego.

Przysłony rozmieszczone są po dwie na każdej bocznej ścianie komory paleniskowej.

Wewnętrzna powierzchnia pierścienia sterującego ma kształt łuków o dwóch promieniach połączonych ze sobą krótkimi odcinkami prostymi.

Dzięki rozwiązaniu według wynalazku uzyskano możliwość płynnej regulacji napowietrzania rotacyjnej komory paleniskowej, co pozwoliło na dostarczanie idealnie dobranej ilości powietrza do wnętrza komory, optymalne dotlenianie paleniska i utrzymywanie optymalnego składu mieszanki paliwowo-powietrznej podczas wszystkich faz spalania - od momentu rozpalenia, poprzez wszystkie etapy podtrzymywania ognia przy osiągnięciu zadanej temperatury spalania, aż do wygaszenia.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na schematycznym rysunku, którego Fig. 1 przedstawia palnik peletów w widoku z boku, Fig. 2 - przekrój poprzeczny palnika peletów wzdłuż płaszczyzny II-II na Fig. 1, Fig. 3 - palnik peletów bez osłony komory paleniskowej w widoku perspektywicznym, Fig. 4 - komorę paleniskową palnika bez jej osłony w widoku z boku, Fig. 5 - komorę paleniskową palnika w przekroju wzdłużnym w płaszczyźnie V-V na Fig. 4, Fig. 6 - komorę paleniskową palnika w przekroju poprzecznym w płaszczyźnie VI-VI na Fig. 4, Fig. 7 - schemat faz otwarcia i zamykania otworów wlotowych przy obrocie komory paleniskowej o 360°, Fig. 8 - schemat fazy otwierania, a Fig. 9 - schemat fazy zamykania otworów wlotowych powietrza.

Mechanizm napowietrzania komory paleniskowej według wynalazku zastosowano w palniku peletów zawierającym stalowy korpus 1, stanowiący stałą obudowę z wlotowym otworem 2 peletów i rotacyjną komorę paleniskową 3, otoczoną cylindryczną, nieruchomą osłoną 4 trwale połączoną z korpusem 1, przy czym przestrzeń między komorą paleniskową 3, a osłoną 4 stanowi pierścieniowy kanał 5 doprowadzający powietrze do komory paleniskowej 3 poprzez wlotowe otwory 6 umieszczone na jej obwodzie.

Rotacyjna paleniskowa komora 3, mająca kształt ostrosłupa ściętego o podstawie dwunastoboku foremnego, posiada 24 wzdłużne przysłony 7 mające formę żaluzji, rozmieszczone po dwie na każdym segmencie 8 bocznej ściany paleniskowej komory 3. Przysłony 7 mają kształt kątowników, które są zamocowane wahliwie na zewnętrznej powierzchni paleniskowej komory 3 i przysłaniają wlotowe otwory 6 powietrza. Przysłony 7 współpracują z nieruchomym sterującym pierścieniem 9 rozmieszczonym prostopadle do wzdłużnej osi komory 3 wokół jej tylnej części, przy czym wewnętrzna po-wierzchnia 10 sterującego pierścienia 9 ma kształt łuków o dwóch promieniach R i r połączonych ze sobą krótkimi odcinkami prostymi. Pełni ona funkcję krzywki dociskającej przysłony do powierzchni paleniskowej komory 3 lub zwalniającej je (tym samym doprowadzając powietrze lub odcinając jego dopływ) zgodnie z następującymi, ustalonymi czterema fazami:

Faza I - w tej fazie przysłony 7 są zamknięte, przylegają do zewnętrznej powierzchni paleniskowej komory 3. Krawędzie przysłon 7 dociskane są za pomocą wewnętrznej powierzchni 10 sterującego pierścienia 9 o mniejszym promieniu r, faza II - faza steruje czasem otwarcia przysłon 7. Sterujący pierścień 9 zwiększa swój promień krzywizny do R. Siła grawitacji otwiera przysłonę 7, która opiera sie na sterującym pierścieniu 9, faza III - w tej fazie przysłony 7 są otwarte pod kątem około 40° i umożliwiają dopływ powietrza do wnętrza paleniskowej komory 3. Siła grawitacji powoduje opieranie się krawędzi przysłony 7 o wewnętrzną powierzchnię 10 sterującego pierścienia 9, faza IV - faza IV steruje czasem zamknięcia przysłon 7. Sterujący pierścień 9 zmienia swój promień wewnętrzny do r, powodując zamykanie przysłon 7 i odcięcie dopływu powietrza.

Powyższy przykład wykonania rozwiązania według wynalazku nie wyczerpuje możliwości zastosowania dalszych wariantów mechanizmu napowietrzania komory paleniskowej. Modyfikacje mogą dotyczyć zwłaszcza kształtu paleniskowej komory 3, kształtu przysłon 7, a przede wszystkim wielkości kątowej poszczególnych faz sterowania przysłonami.

Claims (7)

1. Mechanizm napowietrzania komory paleniskowej w palniku peletów, który to palnik zawiera stalowy korpus, stanowiący stałą obudowę z otworem wlotowym peletów i rotacyjną komorę paleniskową, otoczoną cylindryczną, nieruchomą osłoną trwale połączoną z korpusem, przy czym przestrzeń między komorą paleniskową, a osłoną stanowi pierścieniowy kanał doprowadzający powietrze do komory paleniskowej poprzez otwory i/lub dysze nadmuchowe umieszczone na jej obwodzie, znamienny tym, że rotacyjna paleniskowa komora (3) posiada szereg wzdłużnych przysłon (7) mających formę żaluzji, zamocowanych wahliwie na zewnętrznej powierzchni paleniskowej komory (3) i przysłaniających otwory wlotowe (6) powietrza, współpracujących z nieruchomym sterującym pierścieniem (9) rozmieszczonym prostopadle do osi wzdłużnej komory wokół jej tylnej części, przy czym wewnętrzna powierzchnia (10) sterującego pierścienia (9) pełni funkcję krzywki dociskającej przysłony (7) do powierzchni paleniskowej komory (3) lub zwalniającej je zgodnie z ustalonymi fazami.

2. Mechanizm według zastrz. 1, znamienny tym, że paleniskowa komora (3) ma kształt graniastosłupa o podstawie wieloboku foremnego.

3. Mechanizm według zastrz. 2, znamienny tym, że paleniskowa komora (3) ma kształt graniastosłupa o podstawie dwunastoboku foremnego.

4. Mechanizm według zastrz. 1, znamienny tym, że paleniskowa komora (3) ma kształt ostrosłupa ściętego o podstawie wieloboku foremnego.

5. Mechanizm według zastrz. 4, znamienny tym, że paleniskowa komora (3) ma kształt ostrosłupa ściętego o podstawie dwunastoboku foremnego.

6. Mechanizm według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że przysłony (7) rozmieszczone są po dwie na każdym segmencie (8) bocznej ściany paleniskowej komory (3).

7. Mechanizm według zastrz. 1, znamienny tym, że wewnętrzna powierzchnia (10) sterującego pierścienia (9) ma kształt łuków o dwóch promieniach (R, r) połączonych ze sobą krótkimi odcinkami prostymi.