PL230105B1 - Płytowy element wkładu kominkowego - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest płytowy element wkładu kominkowego, charakteryzujący się tym, że wykonany jest z żeliwa szarego z grafitem wermikularnym o osnowie ferrytycznej, przy czym użebrowana jego powierzchnia (8) oddająca ciepło pokryta jest powłoką ze stopu o wysokiej zawartości miedzi powyżej 90%, charakteryzującej się wysoką wartością współczynnika przewodzenia ciepła i posiada pionowo i równolegle usytuowane względem siebie żebra trapezowe, natomiast powierzchnia (1) przejmująca ciepło z komory paleniskowej kominka posiada profil kratownicy, utworzonej z gniazd (2) o kształcie ostrosłupów ściętych, oddzielonych od siebie pionowo usytuowanymi żebrami trapezowymi (4) oraz poziomo usytuowanymi żebrami trapezowymi (5) tworzącymi razem jeden monolit.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest płytowy element wkładu kominkowego, używanego do ogrzewania pomieszczeń w budownictwie mieszkalnym i domkach letniskowych, jako główne lub wspomagające urządzenia grzewcze opalane drewnem lub brykietami z drewna.

Drewno jest paliwem o dużej ilości części lotnych stanowiących około 80% jego masy, co ma niekorzystny wpływ na ochronę środowiska.

Znane dotychczas wkłady kominkowe wytwarzane są metodą odlewania z żeliwa szarego z grafitem płatkowym o osnowie perlitycznej w dwóch ich odmianach, to jest jako pojedyncze elementy wkładu łączone ze sobą śrubami lub jako monolityczne wkłady kominkowe, przy czym posiadają one płaską powierzchnię przejmującą ciepło z komory paleniskowej oraz płaską lub użebrowaną powierzchnię oddającą ciepło.

Przykładowo znane z francuskiego opisu patentowego nr 9714652 elementy wkładu kominkowego pokazane na rysunku fig. 3 posiadają powierzchnie przejmujące ciepło z pionowymi żebrami oraz gładkie powierzchnie oddające ciepło, natomiast znane również z francuskiego opisu patentowego nr 0228513 elementy wkładu kominkowego pokazane na rysunku fig. 1 posiadają płaskie powierzchnie przejmujące ciepło oraz użebrowane powierzchnie oddające ciepło.

Również z polskiego opisu prawa z rejestracji wzoru przemysłowego nr PL6744 oraz załączonych do niego rysunków znany jest wkład kominkowy posiadający żeliwną komorę paleniskową, z gładkimi powierzchniami przejmowania ciepła oraz powierzchniami oddającymi ciepło z żebrami pionowymi.

Przeprowadzone badania typowych znanych dotychczas wkładów kominkowych do spalania drewna wykazały, że średnia temperatura spalin wynosiła około 310°C. Sprawność cieplna tych wkładów wynosiła około 61%, a moc cieplna oddawana przez te wkłady do ogrzewanego pomieszczenia wynosiła około 19 kW.

Celem wynalazku jest opracowanie nowej generacji konstrukcji elementu wkładu kominkowego, spełniającej oczekiwania użytkowników kominków w zakresie uzyskiwania ich nowych cech zarówno w zakresie zwiększenia wydajności cieplnej, a zarazem zmniejszania zużycia drewna, oraz zwiększania jego trwałości i bezpieczeństwa, zwłaszcza w przypadku kominków z płaszczem wodnym.

Płytowy element wkładu kominkowego według wynalazku charakteryzuje się tym, że wykonany jest z żeliwa szarego z grafitem wermikularnym o osnowie ferrytycznej, przy czym użebrowana jego powierzchnia oddająca ciepło pokryta jest powłoką ze stopu o wysokiej zawartości miedzi wynoszącej powyżej 90% charakteryzującej się wysoką wartością współczynnika przewodzenia ciepła i posiada pionowo i równolegle usytuowane względem siebie żebra trapezowe, natomiast jego powierzchnia przejmująca ciepło z komory paleniskowej kominka posiada profil kratownicy, utworzonej z gniazd o kształcie ostrosłupów ściętych, oddzielonych od siebie pionowo usytuowanymi żebrami trapezowymi oraz poziomo usytuowanymi żebrami trapezowymi tworzącymi razem jeden monolit. Korzystnym jest, gdy żebra trapezowe na obu powierzchniach tego płytowego elementu wkładu kominkowego mają identyczne wysokości mieszczące się w zakresie od 5 mm do 20 mm, identyczne szerokości przy ich podstawach wynoszące od 4 mm do 8 mm, identyczne pochylenia ścian bocznych mieszczące się w zakresie od 2° do 7°, oraz są rozmieszczone względem siebie w jednakowych odległościach wynoszących od 20 mm do 45 mm, oraz gdy grubość powłoki na użebrowanej tylnej powierzchni oddającej ciepło mieści się w zakresie od 0,15 mm do 0,45 mm. Korzystnym jest także, gdy powierzchnia tego płytowego elementu wkładu kominkowego oddająca ciepło pokryta jest powłoką ze stopu miedzi zawierającego 92% Cu i 8% Al, lub zawierającego 97% Cu, 2% Ti i 1% Cr, lub zawierającego 90,9% Cu, 8,8% Al i 0,3% Mn, lub zawierającego 95% Cu, 4% Si i 1% Mn, lub zawierającego 92% Cu, 8% Sn.

Zastosowanie we wkładzie kominkowym według wynalazku, korzystniejszego rozwinięcia powierzchni, odbierającej ciepło z komory paleniskowej poprzez zastosowanie profilu w postaci kratownicy poprawiło znacznie walory użytkowe, a wykonanie tego wkładu z żeliwa szarego z grafitem wermikularnym o osnowie ferrytycznej oraz powłoki metalicznej na bazie stopu o wysokiej zawartości miedzi na powierzchni oddającej ciepło poprawiło znacznie jej przewodność cieplną, co z kolei zapewnia uzyskiwanie wyższej sprawności przejmowania energii powstałej ze spalania drewna, potrzebnej do ogrzewania pomieszczeń. Pozwoliło to zarazem na zwiększenie wytrzymałości mechanicznej tych wkładów, a zarazem zwiększenie niezawodności działania kominków wyposażonych w te wkłady kominkowe. Stosując we wkładzie kominkowym rozwinięcie powierzchni przejmowania ciepła o profilu kratownicy oraz nałożenie na powierzchnię oddającą ciepło powłoki ze stopu o wysokiej zawartości miedzi, powyżej 90% charakteryzującej się wysoką wartością przewodności cieplnej, uzyskano wzrost wartości mocy

PL 230 105 B1 cieplnej o ponad 35% w stosunku do stosowanych dotychczas wkładów o płaskiej powierzchni przejmującej ciepło i użebrowanej powierzchni oddającej ciepło, wykonanej z żeliwa szarego z grafitem płatkowym o osnowie perlitycznej. Stwarza to możliwości ogrzewania domu o znacznie większej kubaturze przy mniejszym zużyciu drewna opałowego. Poza tym zastosowane do wytwarzania elementów wkładów kominkowych żeliwo szare z grafitem wermikularnym odznacza się dobrymi własnościami odlewniczymi, co znacznie ułatwia wykonanie tych wkładów metodą odlewania o skomplikowanych kształtach, zapewniając wysoką zwartość materiału oraz wytrzymałość mechaniczną. Z kolei obniżone zużycie drewna przez kominki wyposażone we wkłady według wynalazku daje wymierne efekty związane z obniżeniem kosztów ich użytkowania oraz korzyści ekologiczne związane z obniżeniem emisji zanieczyszczeń do środowiska naturalnego.

Przedmiot wynalazku został uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia fragment jednego z płytowych elementów ściany bocznej komory paleniskowej kominka w widoku perspektywicznych, fig. 2 - ten sam fragment elementu wkładu kominkowego w widoku z przodu od strony przejmującej ciepło, fig. 3 - ten sam fragment elementu w widoku z tyłu od strony oddającej ciepło, fig. 4 - ten sam fragment elementu w widoku z boku, fig. 5 - ten sam fragment elementu w przekroju poziomym wzdłuż linii A-A, a fig. 6 - ten sam fragment elementu w przekroju pionowym wzdłuż linii B-B.

P r z y k ł a d 1

Płytowy element wkładu kominkowego ma kształt spłaszczonego prostopadłościanu, którego przednia powierzchnia 1 przejmująca ciepło z komory paleniskowej kominka posiada profil kratownicy utworzonej z gniazd 2 w kształcie ostrosłupów ściętych równolegle do ich kwadratowych podstaw 3, oddzielonych od siebie pionowo usytuowanymi żebrami trapezowymi 4 oraz poziomo usytuowanymi żebrami trapezowymi 5 tworzącymi razem jeden monolit, przy czym żebra te mają identyczną wysokość „W” wynoszącą po 5 mm, identyczną szerokość „S” ich podstaw wynoszącą 4 mm, a ich ścianki boczne 6 pochylone są pod kątem a = 2°, natomiast kwadratowe podstawy 3 gniazd 2 mają boki „L” wynoszące po 20 mm, zaś rdzeń 7 tego elementu wkładu kominkowego posiada grubość „g” wynoszącą 4 mm. Z kolei przeciwległa powierzchnia 8 tego elementu wkładu kominkowego oddająca ciepło posiada pionowo i równolegle usytuowane względem siebie żebra trapezowe 9, posiadające również identyczną wysokość „W” wynoszącą po 5 mm, ścianki boczne 10 pochylone pod kątem a = 2°, szerokości „S” przy ich podstawach wynoszącą 4 mm, przy czym są one usytuowane w osiach symetrii gniazd 2 profilu kratownicowego przedniej powierzchni 1 oraz w odległościach „L” względem siebie wynoszących po 20 mm. Płytowy element tego wkładu wykonany jest metodą odlewania z żeliwa szarego z grafitem wermikularnym o osnowie ferrytycznej, a jego powierzchnia 8 oddająca ciepło wraz z pionowo usytuowanymi na niej żebrami trapezowymi 9 pokryta jest powłoką 11 ze stopu o wysokiej zawartości miedzi charakteryzującej się wartością współczynnika przewodzenia ciepła, o grubości „Z” wynoszącej 0,15 mm, która wykonana jest metodą natryskiwania plazmowego.

P r z y k ł a d 2

Płytowy element wkładu kominkowego według drugiego przykładu wykonania nie pokazanego na rysunku ma kształt identyczny, jak według pierwszego przykładu jego wykonania, a różnice pomiędzy nimi polegają tylko na zmianie wymiarów poszczególnych elementów stanowiących o kształcie tego wkładu, a mianowicie w drugiej wersji wykonania płytowy element wkładu kominkowego posiada:

- żebra trapezowe 4, 5 i 9 o wysokości „W” = 20 mm

- szerokość żeber trapezowych 4, 5 i 9 przy ich podstawach „S” = 8 mm

- pochylenie ścianek bocznych żeber trapezowych 4, 5 i 9 a = 7°

- podstawy 3 gniazd 2 profilu kratowego „L” = 50 mm

- rdzeń 7 elementu wkładu o grubości „g” = 8 mm

- żebra trapezowe 9 są rozmieszczone względem siebie w odległościach „L” = 50 mm

- grubość powłoki o wysokiej zawartości miedzi charakteryzującej się wartością współczynnika przewodzenia ciepła „Z” = 0,45 mm

W kolejnych wersjach wykonania wkładów kominkowych według wynalazku zastosowano żebra trapezowe 4, 5 i 9 zaokrąglone na ich górnych końcach, przy czym zastosowano żebra 9 równolegle usytuowane względem siebie lecz o profilu falistym oraz usytuowane skośnie i równolegle względem siebie.

Tak wykonane płytowe elementy wkładów kominkowych łączy się ze sobą znanymi sposobami.

Przeprowadzone badania oraz obliczenia mocy cieplnej prototypowego wkładu kominkowego opisanego w przykładzie 1 przedstawione poniżej w tabeli wykazały, że zastosowanie wkładu kominko4

PL 230 105 B1 wego wykonanego z żeliwa szarego z grafitem wermikularnym o osnowie ferrytycznej z rozwiniętą powierzchnią przyjmowania ciepła z nadlewami - użebrowaniem w kształcie kratownicy oraz z zastosowaniem rozwiniętej powierzchni oddającej ciepło z nadlewami w kształcie pionowo usytuowanych żeber, pokrytej powłoką ze stopu o wysokiej zawartości miedzi charakteryzującej się wysoką wartością współczynnika przewodzenia ciepła, pozwoliło na około 35% wzrost mocy cieplnej kominka z tym wkładem w porównaniu do stosowanych powszechnie wkładów wykonanych z żeliwa szarego z grafitem płatkowym o osnowie perlitycznej, posiadającej także podobne żebrowe nadlewy, lecz nie zawierające tej powłoki.

Claims (8)

1. Płytowy element wkładu kominkowego wykonany z żeliwa szarego w kształcie spłaszczonego prostopadłościanu z użebrowaną powierzchnią przejmującą ciepło z komory paleniskowej i użebrowaną powierzchnią oddającą ciepło, znamienny tym, że wykonany jest z żeliwa szarego z grafitem wermikularnym o osnowie ferrytycznej, przy czym użebrowaną jego powierzchnia (8) oddająca ciepło pokryta jest powłoką ze stopu o wysokiej zawartości miedzi powyżej 90%, charakteryzującej się wysoką wartością współczynnika przewodzenia ciepła i posiada pionowo i równolegle usytuowane względem siebie żebra trapezowe (9), natomiast powierzchnia (1) przejmująca ciepło z komory paleniskowej kominka posiada profil kratownicy, utworzonej z gniazd (2) o kształcie ostrosłupów ściętych, oddzielon ych od siebie pionowo usytuowanymi żebrami trapezowymi (4) oraz poziomo usytuowanymi żebrami trapezowymi (5) tworzącymi razem jeden monolit.

2. Płytowy element według zastrz. 1, znamienny tym, że jego żebra trapezowe (4, 5 i 9) mają identyczne wysokości mieszczące się w zakresie „W” = 5-20 mm, identyczne szerokości przy ich podstawach w zakresie „S” = 4-8 mm, identyczne pochylenia ścian bocznych w zakresie a = 2°-7°, oraz są rozmieszczone względem siebie w jednakowych odległościach „L” = 20-45 mm, natomiast grubość powłoki na użebrowanej tylnej powierzchni (8) przejmującej ciepło mieści się w zakresie „Z” = 0,15-0,45 mm.

3. Płytowy element według zastrz. 1, znamienny tym, że powierzchnia (8) oddająca ciepło pokryta jest powłoką ze stopu miedzi zawierającego 92% Cu i 8% Al.

4. Płytowy element według zastrz. 1, znamienny tym, że powierzchnia (8) oddająca ciepło pokryta jest powłoką ze stopu miedzi zawierającego 97% Cu, 2% Ti i 1% Cr.

5. Płytowy element według zastrz. 1, znamienny tym, że powierzchnia (8) oddająca ciepło pokryta jest powłoką ze stopu miedzi zawierającego 90,9% Cu, 8,8% Al i 0,3% Mn.

6. Płytowy element według zastrz. 1, znamienny tym, że powierzchnia (8) oddająca ciepło pokryta jest powłoką ze stopu miedzi zawierającego 95% Cu, 4% Si i 1% Mn.

7. Płytowy element według zastrz. 1, znamienny tym, że powierzchnia (8) oddająca ciepło pokryta jest powłoką ze stopu miedzi zawierającego 92% Cu,

8% Sn.