FI126256B - Kattila tai takka - Google Patents

Description

KATTILA TAI TAKKA

Tämän keksinnön kohteena on kattila tai takka, joka käsittää ainakin luukulla suljettavan tulipesän, savusolan, vesitilan ja arinan.

Keksinnön käyttökohteita ovat mm. pientalojen puulämmitteiset keskuslämmityskattilat ja takat. Sähkön ja öljyn käyttö polttoaineena on jo nykyään kallista ja niiden hintojen noustessa edelleen saa puu entistä enemmän jalansijaa pientalojen ja suurempienkin rakennusten lämmityksessä. Tästä johtuen on markkinoilla tässä hakemuksessa esitetylle keksinnölle käyttökohteina runsaasti erikokoisia ja erimallisia kiinteän polttoaineen kattiloita, joissa lämmitetään vettä erilaisiin tarkoituksiin, kuten esim. lämmityspatterissa käytettäväksi ja talousveden lämmitykseen. Samoin on markkinoilla myös vesitilalla varustettuja varaavia takkoja, joiden yhteydessä käytettäväksi keksintö sopii niin ikään erittäin hyvin.

Tunnetun tekniikan mukaisissa kattiloissa on lämmönjohtumista savusolista lämmitettävään veteen tehostettu käyttämällä savusolien ja vesitilojen välissä olevaan kattilale-vyyn kiinnitettyjä lämmönjohtoelimiä, jotka ulottuvat kattilalevystä kumpaankin edellä mainittuun tilaan.

Edellä kuvattua tunnettua tekniikkaa on esitelty mm. kansainvälisessä PCT patenttijulkaisussa WO 8304432. Tässä julkaisussa nämä lämmönjohtoelimet ovat konduk-tiolevyjä, joita pitkin lämpöä siirtyy savukaasuista kattilaveteen.

Tunnetun tekniikan suurimpana epäkohtana voidaan mainita sen mukaisten kattiloiden suhteellisen huono hyötysuhde: kiinteän polttoaineen sisältämästä energiasta saadaan hyödynnettyä kattilaveden lämmityksessä kuitenkin vain suhteellisen pieni osa.

Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan sellainen kattila tai takka jolla vältetään tunnetussa tekniikassa esiintyviä haittoja. Keksinnönmukaiselle ratkaisulle on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön suurimpana etuna tunnetun tekniikan mukaisiin ratkaisuihin nähden on sen avulla saavutettava suurempi hyötysuhde. Kiinteän polttoaineen sisältämästä energias ta saadaan siirrettyä lämmitettävään veteen aiempaa suurempi osa. Tällä on tietysti suuri taloudellinen merkitys, mutta sillä on merkitystä myös ympäristön kannalta: puun poltossa syntyvien pienhiukkasten muodostumisen rajoittamiseen tähtäävät uudet normit (mm. EU) tulevat johtamaan siihen, että myös pienissä kattiloissa ja takoissa on kyettävä entistä täydellisempään polttoaineen palamiseen ja suurempaan hyötysuhteeseen.

Tässä asiakirjassa käsitetään termillä ”lämmönjohtoelin” sellaista laiteosaa jota myöten lämpöä johdetaan paikasta toiseen. Ja termillä ”kattilalevy” käsitetään kattiloiden lisäksi myös takoissa tulipesän/ savusolan ja vesitilan toisistaan erottavaa levyrakennetta.

Keksintöä kuvataan lähemmin oheisissa piirustuksissa, joissa kuvio 1, esittää erään keksinnönmukaisen kattilan pystysuoraa poikkileikkausta sen keskikohdalta leikattuna, kuvio 2, esittää em. kattilaa kuviossa 1 esitetyn leikkausmerkinnän A-A mukaisesti leikattuna, kuvio 3, esittää em. kattilaan kuuluvaa arinaa kuvion 1 osoittamasta suunnasta B katsottuna, kuvio 4, esittää em. arinaa suoraan ylhäältäpäin, kuvio 5, esittää yhden arinaelimen poikkileikkausta kuvion 3 merkinnän B-B mukaan leikattuna.

Seuraavassa selitetään keksinnön erään edullisen sovelluksen rakenne ja toiminta edellä mainittuihin kuvioihin viittaamalla.

Kuvioissa 1 ja 2 on kuvattu kattila, joka käsittää tulipesän 1, savusolan 2, vesitilan 3, arinan 4, savusolan ja vesitilan välissä olevan ensimmäisen kattilalevyn 5 sekä vesitilan ja tulipesän välissä olevan toisen kattilalevyn 6. Ensimmäiseen kattilalevyyn 5 on kiinnitetty tunnetun tekniikan mukaisesti ensimmäiset lämmönjohtoelimet 7, jotka ulottuvat ensimmäisestä kattilalevystä sekä savusolaan 2 että vesitilaan 3 ja jotka johtavat lämpöenergiaa savukaasuista vesitilassa 3 olevaan kattilaveteen. Keksinnönmu-kaisessa ratkaisussa on myös tulipesän 1 ja vesitilan 3 väliseen toiseen kattilalevyyn 6 kiinnitetty lämmönjohtoelimiä. Nämä toiset lämmönjohtoelimet 8 ovat tulenkestävästä teräksestä valmistettuja levyjä jotka on asetettu tiettyyn asentoon ja joiden sisäosat 8.1 ulottuvat toisesta kattilalevystä 6 tulipesään ja ulko-osat 8.2 vesitilaan 3. Toisia läm-mönjohtoelimiä 8 on asetettu tässä esimerkissä tulipesän sivuseinille 1.1 ja takaseinälle 1.2 sekä kattoon 1.3 tietyllä jaolla. Näitä lämmönjohtoelimiä on kummallakin sivu-seinällä 5 kpl, ne on asennettu olennaisesti pystysuoraan ja niiden välinen jako a on vakio, jolloin niiden väleihin muodostuu olennaisesti pystysuorat saman levyiset pa-losolat 9, joiden leveys on em. jako aja syvyys em. sisäosien 8.1 leveys b. Tällainen palosola muodostuu myös kummankin takimmaisen lämmönjohtoelimen ja takaseinän väliin, jolloin tässä tapauksessa palosolia 9 on kummallakin sivuseinällä 5 kpl. Kuviosta 2 voidaan nähdä, että myös tulipesän takaseinälle 1.2 on asetettu levymäisiä toisia lämmönjohtoelimiä 8. Niitä on 6 kpl, jolloin sinne on muodostunut 7 kpl palasolia 9. Kuviosta 1 on havaittavissa että myös tulipesän kattoon 1.3 on sijoitettu toisia lämmönjohtoelimiä 8. Toiset lämmönjohtoelimet 8 on valmistettu tässä esimerkkitapauksessa tulenkestävästä teräksestä ja ne on siis asetettu keskenään olennaisesti tasajaolle.

Toisien lämmönjohtoelimien 8 keskinäinen jako ja niiden lukumäärä kullakin tulipesän alueella (sivuseinä, takaseinä, katto) voidaan sovittaa keksinnönmukaisessa kattilassa tai takassa sopivaksi aina tilanteen mukaan. Luonnollisesti toisia lämmönjohtoelimiä 8 voidaan sijoittaa edellä esitetystä poiketen myös vain osalle em. tulipesän alueista.

Tämän esimerkin keksinnönmukaisessa kattilassa käytetään arinaa 4, joka on malliltaan poikittaisarina. Kuviossa 3 esitetty poikittaisarina on koostettu siten, että sen reunoilla olevien tukien 4.1 päälle on asetettu ns. arinaraudat eli arinaelimet 4.2 määrätylle tasajaolle, jolloin näiden arinaelimien väleihin jää ilma-aukot 4.3. Arinaelimet 4.2 ovat tukia 4.1 ylempänä ja niiden väleihin muodostuu siten arinaelimien korkuiset ja vierekkäisten arinaelimien väliin jäävien ilma-aukkojen levyiset solat 4.4. Arinaelimien 4.2 jako c on tässä esimerkissä sama kuin tulipesän sivuseinillä olevien toisien lämmönjohtoelimien 8 välinen jako a. Kuviosta 5 nähdään, että arinaelin 4.2 on poikkileikkaukseltaan ontto, yläosasta suljettu suorakulmio, jolloin arinaelimen sisälle on muodostunut sola 4.2.1. Kun tämä poikittaisarina asetetaan tulipesään 1 siten, että sen arinaelimien 4.2 pituussuunta on sama kuin tulipesän leveyssuunta (kuvio 2), ja arinaelimet on sijoitettu siten, että ne asettuvat toisien lämmönjohtoelimien sisäosien 8.1 kohdalle kummallakin sivuseinällä 1.1, niin tulipesään muodostuu solia, joiden tu- lipesän kehänsuuntainen laajuus on kaksi palosolaa 9 ja arinan sola 4.4. Tämän lisäksi edellä kuvattu arina käsittää siis olennaisesti sivuseinät yhdistävät arinaelimien sisäiset solat 4.2.1, joissa kaasut s, kuten ilma ja/ tai palokaasut kykenevät etenemään sivuseiniä 1.1 kohti.

Kun edellä kuvattujen arinaelimien 4.2 ja tulipesän sivuseinien toisien lämmönjoh-toelimien 8 keskitasot ovat samassa pystytasossa t, niin arinaelimien 4.2 sisällä oleviin soliin 4.2.1 muodostuneet kaasujen s virtaukset jakaantuvat sivuseinille tullessaan toisien lämmönj ohtoelimien kummallekin sivulle.

Kun keksinnönmukaisen kattilan arinalle asetetaan panos poltettavia puita, niin nämä puut eivät nojaa tulipesään ulottuvien toisien lämmönj ohtoelimien 8 johdosta toiseen kattilalevyyn 6 vaan kattilalevyn ja puiden väliin jää ryhmä palosolia 9. Puiden palaessa poikittaisarinan päällä pääsevät syntyvät palavat kaasut jatkamaan palamista näissä palosolissa ja savukaasut pääsevät siirtymään niissä esteettömästi ylöspäin. Vedon aiheuttama noste kuljettaa em. kuumat kaasut tulipesässä ylöspäin näissä palosolissa 9 kosketuksessa toiseen kattilalevyyn 6 ja toisiin lämmönjohtoelimiin 8. Koska arinan solat 4.4 ovat ikään kuin palosolien 9 jatkeena niiden alapuolella, niin kaasuvirtauksille on esteetön kulku näitä solia pitkin aina arinan alta lähtien tulipesän yläosaan asti, jolloin puut kykenevät palamaan myös alapuolelta ja noste toimii seinillä tehokkaasti. Myös arinaelimien 4.2 sisällä oleviin soliin 4.2.1 muodostuu sivuseiniä kohti etenevät kaasuvirtaukset, jotka tehostavat omalta osaltaan sivuseinille muodostuvaa nostetta. Katon palosolissa palokaasut etenevät puolestaan tulipesän etuosasta sen takaosaan. Keksinnönmukaisessa kattilassa kaasut ohjautuvat tulipesän yläosasta savusolaan 2 ja voivat luovuttaa lämpöenergiaa myös ensimmäisen kattila-levyn 5 ja ensimmäisten lämmönj ohtoelimien 7 kautta kattilaveteen.

Keksinnönmukaiselle kattilalle on siis keskeistä, että sen tulipesän seinämille muodostetaan toisien lämmönj ohtoelimien 8 avulla palosolia 9, joihin ohjautuu kuumia kaasuja, jolloin lämmönsiirtyminen näistä kaasuista kattilaveteen saadaan sekä tulipesään 1 että vesitilaan 3 ulottuvien lämmönj ohtoelimien ja tietysti myös toisen kattilalevyn 6 ansiosta huomattavan tehokkaaksi. Silloin kun nämä toiset lämmönjohtoelimet 8 sijaitsevat tulipesän sivu- tai takaseinällä, niin ne voidaan asentaa pystysuoraan asentoon tai tiettyyn edulliseen vinoon asentoon. Erityisesti sivuseinillä niiden asento voi joissakin tapauksissa olla siten vino, että niiden välisissä palosolissa 9 virtaavien kaasujen suunta on ylös, vinosti takaseinää kohti etenevä. Kattoon 1.3 sijoitettujen toisien lämmönjohtoelimien suunta asetetaan siis sellaiseksi, että niiden väliset palosolat johtavat tulipesän etuosasta savusolaan 4.

Kattilalevyt 5, 6 ja lämmönjohtoelimet 7, 8 voidaan valmistaa myös esivalmisteista siten, että tulenkestävästä teräksestä valssatut moduulit liitetään yhteen. Nämä moduulit koostuvat tällöin osasta kattilalevyä ja osista levymäisiä lämmönjohtoelimiä.

Keksinnönmukaisessa kattilassa voidaan käyttää myös perinteistä pitkittäisarinaa, jolloin tietysti ei saada poikittaisarinan solien 4.4 tuomaa hyötyä käyttöön edellä esitetyllä tavalla. Pitkittäisarinaa käytettäessä voidaan tietysti muodostaa vastaavat solat ja sovittaa ne tulipesän päätyseinän palosolien kanssa siten yhdessä toimiviksi, että ne muodostavat yhtenäisesti jatkuvat solalinjat.

Keksintö toteutuu toki myös sellaisella rakenteella, jossa arinan solat ja seinien palosolat 9 eivät muodosta yhdessä olennaisesti tasalevyisiä solalinjoja. Yhtenäisillä so-lalinj oilla varustettua rakennetta voidaan kuitenkin pitää keksinnön edullisimpana so-vellusvaihtoehtona.

Toiset lämmönjohtoelimet 8 voidaan jakaa niiden pituussuunnassa osiin liikun-tasaumoilla, jolloin niiden lämpölaajentuminen ei aiheuta niihin haitallisia muodonmuutoksia. Nämä lämmönjohtoelimet voivat toimia keksinnönmukaisessa kattilassa ja takassa myös toista kattilalevyä tukevana rakenteena, jolloin vältytään kattilalevyjen haitallisilta muodonmuutoksilta.

Keksinnönmukaisen kattilan ja takan, jossa savukaasut poistuvat tulipesästä yläosan kautta, savusolan alaosan nuohous voidaan toteuttaa edullisesti siten, että poistetaan ensin arinan 4 alapuolella oleva tuhkalaatikko (kuvio 1) ja sitten nuohotaan savusolan vaakasuorat osat tuhkaluukun aukon kautta.

Edellä olevassa esimerkissä on toisien lämmönjohtoelimien sisäosien 8.1 leveys n. 30-40 mm ja ulko-osien 8.2 leveys n. 30- 50 mm, mutta em. leveydet voivat vaihdella tapauskohtaisesti myöskin näiden esitettyjen alueiden ulkopuolella.

On huomattava, että vaikka tässä selityksessä on pitäydytty yhdentyyppisessä keksinnölle edullisessa toteuttamisesimerkissä, niin tällä ei kuitenkaan haluta mitenkään rajoittaa keksinnön käyttöä vain tämän tyyppistä esimerkkiä koskevaksi, vaan monet muunnokset ovat mahdollisia patenttivaatimusten määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

Claims (7)

1. Kattila tai takka, joka käsittää ainakin luukulla suljettavan tulipesän (1), savusolan (2), vesitilan (3), arinan, ja tulipesän (1) ja vesitilan (3) väliseen toiseen kattilalevyyn (6) kiinnitetyt toiset lämmönjohtoelimet (8) jotka, a. ovat levymäisiä, b. käsittävät toisesta kattilalevystä (6) tulipesään (1) ulottuvan sisäosan (8.1) ja vesitilaan (3) ulottuvan ulko-osan (8.2), c. ovat rinnakkain tietyn/ tiettyjen etäisyyksien päässä toisistaan, ja jossa mainittuja lämmönjohtoelimiä (8) on asetettu tulipesän sivu-ja/ tai takaseinälle, olennaisesti pystysuoraan tai kaltevaan asentoon ja/ tai kattoon siten, että ne ovat olennaisesti tulipesän pituussuuntaisia, jolloin sekä toinen kattilalevy (6) että toiset lämmönjohtoelimet (8) ovat asetettu siirtämään lämpöenergiaa tuli-pesästä (1) vesitilassa (3) olevaan veteen ja näiden mainittujen toisien lämmön-johtoelimien (8) sisäosien (8.1) väleihin on muodostettu palosolat (9) kuumien kaasujen ohjaamiseksi näitä solia pitkin tulipesän yläosaan ja/ tai savusolaan (2), tunnettu siitä, että sen arina (4) käsittää arinaelimien (4.2) väliset solat (4.4) joista kukin on olennaisesti yhdistetty ainakin johonkin sivu- tai takaseinällä (1.1, 1.2) sijaitsevaan palosolaan (9).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kattila tai takka, tunnettu siitä, että arina (4) on poikittaisarina jonka solista (4.4) kukin on yhdistetty vastakkaisilla tulipesän sivuseinillä (1.1) oleviin palosoliin (9), jolloin on muodostettu kolme tulipesän (1) sivua kattava yhtenäinen solalinja.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen kattila tai takka, tunnettu siitä, että arina (4) käsittää arinaelimien (4.2) sisälle muotoillut solat (4.2.1) kaasujen (s) kuten ilman ja/ tai palokaasujen virtaamiseksi niiden kautta sivuseinille (1.1) tai takaseinälle (1.2).

4. Jonkun patenttivaatimuksista 1—3 mukainen kattila tai takka tunnettu siitä, että tietyn kattilalevyn ja siihen kiinnitettyjen lämmönjohtoelimien konstruktio on muodostettu esivalmistetuista, kukin niistä osan kattilalevyä ja lämmönjohtoeli-miä käsittävistä moduuleista.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen kattila tai takka, tunnettu siitä, että esivalmistetut moduulit on valmistettu valssaamalla.

6. Jonkun patenttivaatimuksista 1- 5 mukainen kattila tai takka, tunnettu siitä, että toisien lämmönjohtoelimien (8) materiaali on korkean lämpötilan kestävää ja hyvin lämpöä johtavaa materiaali, kuten tulenkestävää terästä.

7. Jonkun patenttivaatimuksista 1- 6 mukainen kattila tai takka, tunnettu siitä, että se käsittää savusolan (2) ja vesitilan (3) väliseen ensimmäiseen kattilalevyyn (5) kiinnitetyt ensimmäiset lämmönjohtoelimet (7), jotka on asetettu ulottumaan savusolaan tai savusolaan ja vesitilaan.