CZ29347U1 - Zařízení pro spalování pevných paliv s ručním přikládáním paliva - Google Patents

Description

Oblast techniky

Předmětem technického řešení je zařízení pro spalování pevných paliv s ručním přikládáním paliva, zejména kusového dřeva a dřevěných a jiných briket, sloužící k teplovodnímu vytápění, které akumuluje teplo, vzniklé spalováním paliva, do vody.

Dosavadní stav techniky

V současné době patří mezi zařízení s ručním přikládáním, spalující pevná paliva a sloužící k teplovodnímu vytápění, zejména teplovodní kotle a interiérové teplovodní krby nebo kamna. Společnou charakteristikou těchto zařízení je, že pomoci svých teplosměnných ploch převádějí, v určitém prostoru vyhrazeném topnému médiu, teplo vznikající spalováním paliva do tohoto média. Topným médiem je nejčastěji voda, popřípadě jiné tekutiny, například nemrznoucí směsi. Poté je teplo pomocí tohoto média přeneseno topnou soustavou buď přímo do topných těles, nebo do tak zvaných akumulačních nádrží, kde je ve vyhrazeném prostoru pro akumulaci tepla ukládáno. Současná výše zmíněná zařízení spalující pevná paliva slouží tedy výhradně k zachycení tepla vznikajícího spalováním paliva do nosného média v prostoru pro jeho ohřev, ale nejsou využívána k akumulaci - ukládání přebytečného tepla pro pozdější využití. Pro tyto účely jsou v současné době využívána další zařízení - akumulačních nádrže, které jsou vybaveny prostorem pro akumulaci topného média, tepla.

Mezi nejvýznamnější výhody propojení zařízení s ručním přikládáním s akumulační nádrží patří zejména to, že teplo vytvořené hořením paliva a přenesené do nosného média nemusí být využito ihned, ale může být použito později. Dále akumulační nádrž umožňuje ukládání tepla z několika různých zdrojů, například solárních kolektorů, elektrokotle, atd. a v neposlední řadě přípravu teplé užitkové vody pomocí vnitřních nádrží či výměníků tepla. Mezi nejvýznamnější nevýhody při použití v rodinných domech patří zejména náročnost na podlahovou plochu a nutnost existence technických místností, což zvyšuje náklady na výstavbu. Vždy je nutno počítat s propojovacím potrubím, v případě propojení akumulační nádrže s interiérovým teplovodním krbem nebo kamny může být toto potrubí poměrně dlouhé. To znamená další investiční náklady a snížení celkové účinnosti systému vlivem vzniku tepelných ztrát na potrubí.

Podstata technického řešení

Cílem tohoto technického řešení je kompaktní zařízení s ručním přikládáním pro spalování pevných paliv, sloužící k teplovodnímu vytápění, obsahující jak prostor pro ohřev topného média, tak prostor pro akumulaci tepla, mající výhody plynoucí z propojení zdroje tepla na pevná paliva a akumulační nádrže a eliminující nevýhody plynoucí z tohoto propojení, zejména pak snížení celkové účinnosti systému vlivem vzniku tepelných ztrát na potrubí a na samotných površích akumulační nádrže a zdroje tepla. Předmětem technického řešení je zařízení pro spalování pevných paliv s ručním přikládáním paliva, obsahující zdroj tepla, kde mezi spalovací komorou zdroje tepla a vnějším pláštěm zařízení je prostor pro ohřev kapalného topného média, například vody, propojený s prostorem pro akumulaci tepla. Podstata technického řešení spočívá v tom, že prostor pro ohřev kapalného média a prostor pro akumulaci tepla jsou integrální součástí jednoho zařízení.

Prostor pro ohřev topného média a prostor pro akumulaci tepla jsou pro zlepšené vrstvení topného média v prostoru pro akumulaci tepla vzájemně podél výšky zařízení odděleny stratifikační přepážkou, s otevřeným vstupem topného média do prostoru pro jeho ohřev, umístěným ve spodní části prostoru pro akumulaci tepla, a s otevřeným výstupem topného média z prostoru pro jeho ohřev v jeho horní části zpět do prostoru pro akumulaci tepla.

Vstup topného média do prostoru pro jeho ohřev, výstup z prostoru pro akumulaci tepla a výstup pro směšování mohou být propojeny prostřednictvím směšovacího ventilu a oběhového čerpadla.

CZ 29347 Ul

V horní části zařízení může být pro zabránění přehřátí topného média integrován vychlazovací výměník.

Zařízení dále může obsahovat přídavné zařízení, situované v prostoru pro akumulaci tepla a vybrané ze skupiny zahrnující výměníky tepla, vnitřní zásobník pro ohřev teplé užitkové vody, trubkový výměník pro připojení solárního systému nebo tepelného čerpadla, případně elektrické topné těleso.

Spalovací komora může přímo navazovat na kouřovod. Mezi spalovací komorou a vnějším opláštěním je volný prostor vyplněný topným médiem (nejčastěji vodou), popřípadě jinou vhodnou kapalinou, která zde slouží k ukládání (akumulaci) tepla vznikajícího spalováním pabva ve spalovací komoře. Volný prostor je vhodně předělen stratifikační přepážkou, která zajišťuje žádoucí vrstvení teplé tekutiny směrem od shora dolů.

Navržené zařízení dokáže nejen převést teplo vznikající ve spalovací komoře do teplonosného média, ale zároveň toto teplonosné médium dokáže v dostatečném množství ukládat a teplo, popřípadě jeho přebytky, tak akumulovat pro pozdější využití. Zařízení ve svých variantách rovněž umožňuje ukládání tepla z několika různých zdrojů, například solárních kolektorů, elektrokotle, a podobně a v neposlední řadě přípravu teplé užitkové vody pomocí vnitřních nádrží či výměníků tepla.

Výhodou tohoto zařízení oproti současnému stavu techniky je jeho kompaktnost, menší náročnost na podlahovou plochu a odstranění nebo minimalizace délky potrubí potřebného pro správnou funkci zařízení.

Spalovací komora může být konstruovaná jako ocelová, svařovaná z ocelového plechu, nebo litinová, nejčastěji vyložená žárovzdomými materiály jako jsou šamot, vermikulit, žárobeton a další, a je uzavřena jedněmi nebo více dvířky. Vnější opláštění může mít různý tvar a je nejčastěji svařované z ocelového plechu. Vnější opláštění může být izolované tepelnou izolací pro snížení tepelných ztrát. Stratifikační přepážka je s výhodou vytvořena z ocelového plechu. Objasnění výkresů

Na připojených výkresech jsou znázorněny příklady provedení předloženého technického řešení. Na obr. 1A, 1B, 2A a 2B jsou příklady současného známého konvenčního provedení zařízení podle dosavadního stavu techniky. Na obr. 3A a 3B je příklad zařízení podle tohoto technického řešení, kde prostor pro ohřev topného média je oddělen od prostoru pro jeho akumulaci stratifikační přepážkou. Na obr. 4A a 4B je příklad provedení zařízení podle tohoto technického řešení, kde před vstup topného média do prostoru pro jeho ohřev je vloženo oběhové čerpadlo a směšovací ventil. Na obr. 5A a 5B je zobrazen příklad zařízení podle obr. 4A a 4B, které dále obsahuje přídavné zařízení v prostoru pro akumulaci tepla, například výměník tepla, vnitřní zásobník pro ohřev teplé užitkové vody, trubkový výměník pro připojení solárního systému nebo tepelného čerpadla, elektrické topné těleso.

Příklady uskutečnění technického řešení

Na obr. 1A a 1B je vyobrazeno totožné zařízení, pro lepší orientaci je na obr. 1A zobrazeno v axonometrii. Na obr. 1A a 1B je příklad současného známého konvenčního provedení zařízení s ručním přikládáním pro spalování pevných paliv, s propojením zdroje 1 tepla (s výstupem do kouřovodu 17 a přikládacími dvířky 18) s akumulační nádrží 2. Pomocí vstupu 9 a výstupu 10 z otopného systému je připojen otopný systém. Studené topné médium vychází z akumulační nádrže 2 výstupem 8 z prostoru 4 pro akumulaci tepla a vstupuje vstupem 5 do prostoru 3 pro ohřev topného média ze zdroje I tepla, kde se ohřívá teplem ze spalovací komory 11 a proudí mezi spalovací komorou 11 a vnějším pláštěm 12 k výstupu 6 z prostoru 3 pro ohřev topného média. Do akumulační nádrže 2 vstupuje ohřáté topné médium vstupem 7 pro akumulaci. Na své cestě může být zčásti nebo zcela odebráno vstupem 9 do otopného systému, zbytek je akumulován v akumulační nádrži 2 v prostoru 4 pro akumulaci tepla. Výstup 10 z otopného systému je situován mezi výstupem 8 z prostoru 4 pro akumulaci tepla a vstupem 5 do prostoru 3 pro ohřev topného média. Topné médium je vrstveno směrem od shora dolů. Celý koloběh je na obr. 1B

CZ 29347 UI znázorněn pomocí šipek. Prostor 3 pro ohřev topného média a prostor 4 pro jeho akumulaci jsou od sebe odděleny a jsou součástí dvou různých zařízení.

Na obr. 2A a 2B je vyobrazeno totožné zařízení, pro lepší orientaci je na obr. 2A zobrazeno v axonometrii. Na obr. 2A a 2B je příklad současného známého konvenčního provedení dosavadního stavu techniky podle obr. 1A a 1B, navíc s propojením zdroje I tepla s akumulační nádrží 2. Před vstup 5 do prostoru 3 pro ohřev topného média je vloženo oběhové čerpadlo 13 a směšovací ventil 14. Přibylo zkracovací potrubí 15. V tomto případě je využito takzvané ochrany zpátečky, kdy směšovací ventil 14 smíchává studené topné médium vystupující z akumulační nádrže 2 výstupem 8 s ohřátým topným médiem vystupujícím ze zdroje tepla I tak, aby vstupním potrubím (vstupem 5 do prostoru 3 pro ohřev topného média) vstupovalo do zdroje 1 tepla teplonosné médium o takové teplotě, aby nedocházelo na vnitřních stěnách spalovací komory H ke kondenzaci produktů spalování. Tento způsob zapojení výrazně zvyšuje životnost zdroje tepla. Další princip fungování je obdobný jako na obr. 1A a 1B.

Na obr. 3A a 3B je vyobrazeno totožné zařízení, pro lepší orientaci je na obr. 3A zobrazeno v axonometrii. Na obr. 3A a 3B je příklad zařízení podle tohoto technického řešení. Mezi spalovací komorou li zdroje i tepla a jeho vnějším pláštěm 12 se nachází topné médium, např. voda. Prostor 3 pro jeho ohřev je od prostoru 4 pro jeho akumulaci oddělen stratifikační přepážkou 16. Prostory pro ohřev topného média i pro jeho akumulaci jsou tedy součástí jednoho zařízení. Studené topné médium je ze spodní části prostoru 4 pro akumulaci tepla nasáváno přes vstup 5 do prostoru 3 pro ohřev topného média. Ohřáté médium pak vystupuje výstupem 6 z prostoru 3 pro ohřev topného média zpět do prostoru 4 pro akumulaci, kde díky stratifikační přepážce 16 dochází k jeho lepšímu vrstvení. Pro lepší názornost má na obr. 3A a 3B vnější plášť 12 tvar kvádru, lze si ale představit jakýkoliv jiný tvar, s výhodou válec či ovál. Výhodou tohoto zařízení oproti zařízením na obr. 1 A, 1B, 2A a 2B je jeho menší náročnost na podlahovou plochu a snížení tepelných ztrát, vznikajících na potrubích potřebných k propojení obou zařízení. Dále pak snížení tepelných ztrát vznikajících na samotných površích jednotlivých zařízení, neboť v případě zařízení podle obr. 3A a 3B lze docílit při stejném objemu jako je součet objemů obou zařízení dle obr. ΙΑ, 1B a 2A, 2B menšího povrchu. Nevýhodou zde zobrazeného zařízení je, že vstupem 5 do prostoru 3 pro ohřev topného média může do prostoru pro ohřev 3 vnikat topné médium o tak nízké teplotě, že může dojít na vnitřních stěnách spalovací komory 11 ke kondenzaci produktů spalování, což může vést ke snížení životnosti spalovací komory.

Na obr. 4A a 4B je vyobrazeno totožné zařízení, pro lepší orientaci je na obr. 4A zobrazeno v axonometrii. Na obr. 4A a 4B je další příklad zařízení podle obr. 3A a 3B, kde před vstup 5 do prostoru 3 pro ohřev topného média 3 je vloženo oběhové čerpadlo 13 a směšovací ventil 14, který směšuje studené topné médium z výstupu 8 z prostoru pro akumulaci s teplým topným médiem nasávaným z výstupu pro směšování 23 na požadovanou teplotu, zabraňující kondenzaci produktů spalování, podobně jako je tomu v případě konvenčního řešení na obr. 2A a 2B.

Na obr. 5A a 5B je vyobrazeno totožné zařízení, pro lepší orientaci je na obr. 5A zobrazeno v axonometrii. Na obr. 5A a 5B je příklad zařízení podle tohoto technického řešení, které může být doplněno o známé typy výměníků tepla, například o vnitřní zásobník 19 pro ohřev teplé užitkové vody, trubkový výměník 20 použitelný například pro připojení solárního systému či tepelného čerpadla či elektrická topná tělesa 2L Lze si představit i jiné typy či tvary výměníků integrované do zařízení dle tohoto řešení. V horní části zařízení může být integrován vychlazovací výměník 22 zabraňující přehřátí celého zařízení. Principy činnosti všech zde zmíněných výměníků tepla jsou dobře známy a nebudou zde detailněji popisovány.

Claims (6)

1. Zařízení pro spalování pevných paliv s ručním přikládáním paliva, obsahující zdroj (1) tepla, kde mezi spalovací komorou (11) zdroje tepla (1) a vnějším pláštěm (12) zařízení je prostor

-3CZ 29347 Ul (3) pro ohřev kapalného topného média, například vody, propojený s prostorem (4) pro akumulaci tepla, vyznačující se tím, že prostor (3) pro ohřev kapalného média a prostor (4) pro akumulaci tepla jsou integrální součástí jednoho zařízení.

2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že prostor (

3) pro ohřev topného 5 média a prostor (4) pro akumulaci tepla jsou pro zlepšené vrstvení topného média v prostoru (4) pro akumulaci tepla vzájemně odděleny podél výšky zařízení stratífikační přepážkou (16), s otevřeným vstupem (5) topného média do prostoru (3) pro jeho ohřev, umístěným ve spodní části prostoru (4) pro akumulaci tepla, a s otevřeným výstupem (6) topného média z prostoru (3) pro jeho ohřev v jeho horní části zpět do prostoru (4) pro akumulaci tepla.

ío 3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že vstup (5) topného média do prostoru (3) pro jeho ohřev je uvnitř zařízení.

4. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že vstup (

5) topného média do prostoru (3) pro jeho ohřev, výstup (8) z prostoru (4) pro akumulaci tepla a výstup (23) pro směšování jsou propojeny prostřednictvím směšovacího ventilu (14) a oběhového čerpadla (13).

15 5. Zařízení podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že v jeho horní části je pro zabránění přehřátí topného média integrován vychlazovací výměník (22).

6. Zařízení podle některého z nároků laž5, vyznačující se tím, že dále obsahuje přídavné zařízení, situované v prostoru (4) pro akumulaci tepla, vybrané ze skupiny zahrnující výměníky tepla, vnitřní zásobník (19) pro ohřev teplé užitkové vody, trubkový výměník (20) pro

20 připojení solárního systému nebo tepelného čerpadla, elektrické topné těleso (21).