AUTOMATISK TÄNDNING TILL MODERN VEDPANNA

MODERN VEDPANNA

Jonatan Svensson Johannes Larsson Datum: 2009.05.26

Handledare: Lars G Johansson Examinator: Aron Chibba

Ett examensarbete utfört på Halmstad Högskola enligt kraven för

med Enertech AB i Ljungby och avslutar våra studier på Maskiningenjörsprogrammet med inriktning konstruktion och

produktionsutveckling. Arbetet har utförts mellan januari och maj 2009 och omfattar 15 högskolepoäng/student. Lars G Johansson (Universitetslektor i Maskinteknik) har varit handledare på Halmstad Högskola och Peter Wendel (Produktionschef) har varit handledare på Enertech/CTC AB.

Arbetet har syftat till att utveckla och konstruera ett tillbehör till en vedpanna.

Vår förhoppning är att företaget kommer att ha stor nytta av arbetet och att vår produkt skall sättas i produktion och säljas eller ge inspiration till vidare utveckling.

Vi vill tacka:

Lars G Johansson och Peter Wendel för rådgivning och handledning. Cecilia Fors på Backer AB och Anders Olsson på Ebmpapst AB för god rådgivning kring ingående komponenter.

Håkan Pettersson och Fredrik Heijel för hjälp med verkstadssysslor.

Hans Löfgren för hjälp och rådgivning med teori och beräkningar kring luftflöden och termodynamik.

Judit Sari för hjälp med rapport, redovisning och granskning. Ruben Rydberg för lån av mätutrustning och transformatorer.

Personalen på Enertech AB och speciellt Stefan Jönsson, Lars Andersson, Ingvar Gustafsson och Ronny Johansson för hjälp och gott samarbete.

... ...

Jonatan Svensson Johannes Larsson

If you have access to wood, a wood burning boiler is a cheap way to heat your home, but it is certainly not the most convenient option. Wood requires many operations and management, which takes time. One way to reduce this workload is to have a modern boiler with automatic ignition. Enertech/CTC has a desire to create an accessory with automatic ignition to a modern wood burning boiler. Today there is no boiler on the market that can ignite firewood automatically without the introduction of paper and sticks.

A comfortable ignition with a timer, temperature and GSM control means that the boiler can compete with other modern heating alternatives on the market. During the project we used our knowledge in construction, energy technology and the CAD program Catia V5. In the process different prototypes were manufactured and tested. The tests gave us ideas for the final design. We finally came to a result in which the wood is ignited by flowing air which is heated by an electric radiator. The module can be bought as an accessory and installed in an existing boiler.

The report describes the methods we used, from problem definition to final solution and results.

det är garanterat inte det bekvämaste alternativet. Veden kräver många arbetsmoment och hantering som tar tid. Ett sätt att lätta på arbetsbördan är att ha en modern panna med automatisk tändning. Enertech/CTC har därför en önskan om att ta fram ett tillbehör med automatisk tändning till en modern vedpanna.

Det finns idag ingen panna på marknaden som kan antända ved automatiskt utan tillförsel av papper och stickor.

En bekväm uppstart med timer, temperatur och GSM styrning medför att pannan kan konkurrera med andra moderna uppvärmningsalternativ på marknaden. Under projektets gång har vi använt oss av våra kunskaper i konstruktion och energiteknik samt CAD-programmet Catia V5. Genom arbetet har olika prototyper tillverkats och testats. Testerna har legat till grund för sen slutgiltiga konstruktionen.

Resultatet blev en lösning där veden antänds automatiskt genom strömmande luft som värms upp av ett elektriskt värmeelement. Modulen ska gå att välja som tillbehör och eftermontera på befintlig panna.

Rapporten beskriver de metoder vi använt oss av från problemdefinition till färdig lösning och resultat.

Jonatan Svensson 86 04 14 - 5956 Mobil: 0709 - 56 83 75 E-post: jonatan.svensson@live.se Johannes Larsson 86 07 07 - 5598 Mobil: 0737 – 32 93 35 E-post: johanneslarsson@spray.se

Handledare Halmstad Högskola

Lars G Johansson, Universitetslektor, Maskinteknik E-post: larsg.johansson@hh.se

Direkt: 035 – 16 72 02, Mobil: 0703 – 13 98 69

Examinator Halmstad Högskola,

Aron Chibba, Universitetsadjunkt, Kvalitetsteknik E-post: aron.chibba@hh.se

Direkt: 035 – 16 72 31, Mobil: 0706 – 18 65 94

Uppdragsgivare

Enertech AB / CTC division

Box 309, Näsvägen 341 26 Ljungby Tel: 0372-867 00

Fax: 0372-861 55

E-post: info@enertech.se

Handledare Enertech AB / CTC division Peter Wendel, Produktionschef

E-post: peter.wendel@enertech.se

1

Innehåll

1 INTRODUKTION... 2 1.1 Bakgrund... 2 1.2 Företagspresentation ... 2 1.3 Syfte och mål ... 3 1.4 Problemdefinition ... 4 1.5 Avgränsningar ... 4 1.6 Kravspecifikation ... 5 2 METOD ... 6 2.1 Tillvägagångssätt ... 6 2.2 Metoddiskussion ... 6

3 PRINCIP OCH PRIMÄR KONSTRUKTION ... 7

3.1 Brainstorming av principkonstruktioner ... 7

3.2 Val av principkonstruktion ... 8

3.3 Benchmarking och insamling av information ... 8

3.4 Primär Konstruktion ... 9

4 FÖRSÖK OCH TESTER ... 10

4.1 Förberedelser ... 10

4.2 Test med komponenter från pelletsbrännare ... 10

4.3 Test med ett kraftigare rörelement ... 12

4.4 Test med högeffektselement ... 13

5 TEORETISK DEL ... 15 5.1 Självantändning ... 15 5.2 Värmeöverföring ... 15 5.3 Beräkningar... 16 6 KONSTRUKTION ... 17 6.1 Konstruktionens delar ... 17 6.2 Konstruktionens Funktioner ... 23 7 RESULTAT ... 24 7.1 Testresultat ... 24

7.2 Förslag på styrning av enheten och rekommendationer ... 27

7.3 Ritningar och konstruktionens uppbyggnad ... 28

8 SLUTSATSER/DISKUSSION ... 29

8.1 Kontroll mot kravspecifikation och tidplan ... 29

8.2 Kostnadskalkyl, översiktsantagen ... 29 8.3 Reflektioner ... 30 9 REFERENSER ... 31 9.1 Litteratur ... 31 9.2 Internet ... 31 9.3 Muntliga källor ... 31 9.4 Figurer/Bilder ... 31

BILAGA 1 Fläkt teknisk information

BILAGA 2 Tidplan

BILAGA 3 Projektbeskrivning

BILAGA 4 Val av Principlösning

2

1

INTRODUKTION

Kapitlet ska ge en introduktion och förklara med vilka förutsättningar arbetet bedrivits.

1.1 Bakgrund

Fram till femtiotalet var de flesta bostäder i Sverige beroende av vedeldning för att få värme och varmvatten. Under1050-talet började en konvertering från ved till olja för uppvärmning i hög takt och på 1970-talet kom eluppvärmningen in i bilden. Idag har 20-25 % av Sveriges villor ved som primär värmekälla och

intresset för den relativt billiga veden ökar i takt med att el och oljepriserna stiger.

Miljöaspekt

En fördel som gör att intresset för ved nu ökar är att det är koldioxidneutralt. Det betyder att den koldioxid som frigörs vid vedeldning blir lika stor som den koldioxid som hade frigjorts vid förmultning i naturen, vilket är en del av det naturliga kretsloppet. När ved förbränns fullständigt blir restprodukterna koldioxid, vattenånga och aska.1

1.2 Företagspresentation Resonemang

En stor nackdel med vedeldning jämfört andra uppvärmningsmetoder, som olja och el, är att vedeldaren tvingas passa pannan och tända upp pannan på nytt när temperaturen i ackumulatortanken sjunker under en viss nivå. Med en automatisk tändning kan veden antändas i pannan när temperaturen i ackumulatortanken är för låg.

Vedpannor har många fördelar, det är både miljövänligt och billigt alternativ för uppvärmning om man har tillgång till ved. Ett problem med vedpannor är att de kräver en hel del skötsel förutom själva vedhanteringen. Den som har en

vedpanna måste under den kallare delen av året se till att pannan fylls och tänds när temperaturen i ackumulatortanken blir för låg. Det medför att vedeldaren måste planera sin vardag efter när vedpannan behöver tändas och det kan i vissa fall vara svårt att få ihop med arbetstider och andra aktiviteter. Ett annat problem är att det kan vara svårt för vedeldaren att lämna huset flera dagar i rad under den kallare delen av året om det inte finns någon alternativ värmekälla. Själva

tändningen av vedpannan är också onödigt omständlig på de flesta vedpannor, användaren får förutom att lasta in ved i pannan också lägga in lättantändligt material och försöka tända med hjälp av tändstickor eller liknande. Användaren måste sedan kontrollera att veden brinner en kort stund efter antändningen.

Enertech AB är det svenska bolaget inom Enertech Group som är en av Europas ledande koncerner inom värmeteknologi. I Enertech AB ingår bolagen Bentone, CTC och Osby Parca som utvecklar och tillverkar olika typer av brännare, värmepannor och värmepumpar.

3 Examensarbetet har utförts

i samarbete med bolaget CTC Division.

CTC startades 1923 och är branschens äldsta och mest meriterade företag inom uppvärmning.

Sedan 1931 har CTC haft delar av produktionen i

Ljungby och 1977 byggdes nya lokaler dit huvudkontor och all produktion flyttade in från Göteborg. Idag tillverkas pannor, värmepumpar och komponenter för värmesystem i Ljungby.

CTC är ett modernt bolag som arbetar med kvalitet, miljö och nytänkande. Bolaget är kvalitetssäkrat enligt ISO 9001-2000 och har fått den exklusiva utmärkelsen Vita Svanen för de miljösatsningar som gjorts.

CTC:s affärsidé är att:

 utveckla, tillverka och marknadsföra brännare, pannor och värmepumpar samt apparater, utrustning och komponenter för värmesystem och

industriella applikationer

 distribuera på, för respektive marknad, lämpliga kanaler

 ha betydande marknadsandelar på utvalda marknader och utvalda produktområden

 vara ett kunskapsföretag inom värmeteknik och tillhandahålla tillhörande produkt- och serviceutbildning2

1.3 Syfte och mål

Vedpannan är den äldsta produkten inom CTC Division och genomgår fortfarande ständiga förbättringar med den senaste teknologin, för att öka prestanda och verkningsgrad. Bekvämlighet och användarvänlighet är två andra aspekter som CTC tar stor hänsyn till när en ny panna ska sättas i produktion.

Uppstarten av pannan går vanligen till så att ved placeras i pannans

brännkammare tillsammans med små stickor och tidningspapper. Med tändstickor antänds pappret som sätter fyr på stickorna och i sin tur veden.

2

enertech.se, ctcvarme.se

4 Om uppstarten av pannan kan ske automatiskt besparas arbetsmoment, som att hugga stickor, att ha papper tillgängligt och framför allt blir uppstarten bekväm. En modern vedpanna med automattändning kommer därför ha större möjlighet att konkurrera med andra moderna uppvärmningsalternativ som finns tillgängliga på marknaden.

Enertech AB har därför en önskan om att ta fram ett tillbehör med automatisk tändning till en vedpanna. Tillbehöret ska monteras på lämplig plats i pannan och antända veden efter användarens önskemål.

Målet med projektet är att undersöka vad som finns tillgängligt på marknaden idag, knyta kontakter i branschen och därigenom samla in information och

kunskap. Efter utvecklingsarbetet ska en slutgiltig prototyp tillverkas med hjälp av material genom Enertech AB. En panna ska sedan tillverkas som är anpassad för produkten för tester och utvärdering av tillbehöret.

Förhoppningen är att arbetet ska leda till ett resultat som fungerar efter de specificerade krav och önskningar företaget har på produkten.

1.4 Problemdefinition

Det är viktigt att antändningen är driftsäker och pålitlig.Vedens egenskaper varierar en hel del, att hitta en enkel, billig och driftsäker lösning på automatisk tändning är inte helt lätt. Det finns flera parametrar som varierar från tändning till tändning. Det som varierar är framför allt vedens storlek och placering, veden kapas och klyvs i olika längder och storlekar, inget vedträd är det andra likt. Placeringen av veden i pannan beror helt och hållet på den mänskliga faktorn. Fukthalten och framför allt träslaget gör att olika vedträd antänds vid olika specifika temperaturer. Eftersom antändningen är beroende av

värmeupptagningsförmågan för materialet, blir flamspridningen också beroende av materialegenskapen.

Om vi jämför vedens egenskaper och utseende med pellets så förstår vi att veden är betydligt svårare att antända per automatik.

Pellets pressas samman till små kutsar. Varje kuts har liknande utseende och fukthalt. Kutsarna matas fram med en skruv och hamnar på exakt rätt avstånd från den varma luften som antänder pelletsen.

En automatisk tändning till en vedpanna som är driftsäker kräver att den ska fungera i alla varierande förhållanden.Produkten behöver därför vara oberoende av de faktorer som kan variera.

1.5 Avgränsningar

Projektets avgränsning anger hur projektet begränsas till att endast omfatta en viss del av uppgiften.

Projektet fokuserar på konstruktion och framtagande av fungerande prototyp. Prototypen kommer att tillverkas i Högskolans verkstad.

5 1.6 Kravspecifikation

Kravspecifikationen innehåller de krav på funktion och prestanda som vi tillsammans med CTC kommit överens om.

Funktion

 Anpassningsbar till olika pannmodeller

 Tändning ska kunna ske utan tillfört tändmaterial som tidningspapper och stickor

 Produkten ska fungera underhållsfritt  Lång livslängd på produkten eftersträvas Säkerhet

 Varma detaljer ska vara väl isolerade för att förhindra risken för brännskador på användaren

 Ingen klämrisk eller risk att fastna med t.ex. fingrar Användarvänlighet

 Inga förkunskaper ska krävas för att använda produkten Material

 Värmetåliga material ska användas för att tåla den specifika temperaturen  Använd miljövänliga material så långt det är möjligt

Miljö

 Produkten ska tåla termisk påverkan från pannan

 Produkten ska tåla de mekaniska påfrestningar som kan uppstå vid vedhantering

Design

 Produkten ska passa pannans formspråk, och om möjligt visa produktens funktion

 Ergonomiskt utformad, dvs. undvika vassa kanter Tillverkning

 Produkten ska anpassas för enklast möjliga tillverkning Montering

 Produkten ska gå att eftermontera på befintlig panna  Enkel montering

Pris

 Låg driftskostnad eftersträvas

 Låg tillverkningskostnad eftersträvas

6

2

METOD

Beskrivning av de metoder som använts för att nå önskade resultat 2.1 Tillvägagångssätt

Tillvägagångssättet har varit att samla in information och idéer från andra tillverkare. Jämföra informationen med de förutsättningar vi har och försöka uppnå ett resultat som uppfyller de krav och önskningar som är specificerade. För att ta fram en fungerande prototyp görs flera försök, försöken genomförs i två steg. Först beskrivs hur försöket genomförs, vilka komponenter som används och hur resultatet blir. Det andra steget är en utvärdering där försöket analyseras och slutsatser dras.

2.2 Metoddiskussion

Projektet har till stor del genomförts med trial and error principen då det är många parametrar som varierar och gör det svårt att göra relevanta beräkningar.

7

3

PRINCIP OCH PRIMÄR KONSTRUKTION

Beskrivning av möjliga konstruktionslösningar på uppgiften, samt hur vi har gått vidare för att komma fram till en primär konstruktion

3.1 Brainstorming av principkonstruktioner

Det finns många olika hjälpmedel man kan använda sig av för att antända ved. En automatisk tändning kräver att anordningen ska gå att styra elektroniskt.

Nedan följer några idéer som vi har diskuterat.

Gasol/Propan

En gasolflaska stående utanför pannrummet, en slang med slangbrottsventil leder in till pannrummet, sista biten vid pannan får dras med en gasledning av metall. Brännaren ska vara utrustad med piezoelektrisk tändning som automatiskt tänder lågan och en ventil som gasen sätts på med. Konstruktionslösningen blir relativt enkel då det går att använda modifierade standarddelar. Nackdelen är att man behöver bära hem en ny gasflaska när gasen är slut. Gasflaskan tar upp stort utrymme och medför ökade säkerhetsåtgärder på grund av högre brandrisk.

Tändvätska

En behållare med tändvätska är monterad utanför pannan. Tändvätskan leds in i pannan med ett rör och vidare till en spridare som duschar veden under högt tryck. Vätskan tränger in i veden och antänds med hjälp av ett glödstift eller liknande. Antändningen borde bli relativet säker, men en nackdel är att behållaren behöver fyllas på med jämna mellanrum.

Kemisk tändning

Det finns flera olika ämnen som självantänder under olika förutsättningar. Alkalimetaller, glycerol blandat med kaliumpermanganat, vit fosfor etc. Att hantera dessa ämnen på ett säkert sätt är svårt.

Varmluft

En fläkt blåser varm luft som antänder veden. Den strömmande luften värms upp av en elspiral eller elslinga. Anordningen behöver någon typ av fläkt som blåser den varma luften in i pannan. Den varma luften ska sedan självantända veden. Anordningen monteras fast på pannan och luften leds in genom ett hål. Varmluft innebär få komponenter, lätt att styra och en relativt enkel konstruktionslösning.

Laser/ Infraröd värmestrålning

Antändning av veden med hjälp av strålningsljus. På grund av begränsade kunskaper i optisk teknik har vi kontaktat Olof Nilsson som arbetar med laserteknik.

Vi frågade honom om man kan antända ved med hjälp av laser? O. Nilsson svarade:

8 allt annat än enkelt. Trä sprider ut energin i ljuset som träffar det.

Med en CO2-laser på ett antal watt kan man utan problem skära i trä men det är svårt att få en antändning.

Problemet är också att skydda optiken från värmen, aska och sot, samt att veden måste placeras exakt i brännpunkten.

-Går det att antända papper som i sin tur tänder veden?

-Att antända papper är enklare än trä men problemet kvarstår. Strålen måste fokuseras till en punkt och det man vill antända måste vara på ett exakt avstånd mitt i brännpunkten, såvida man inte har väldigt hög effekt vilket tyvärr är dyrt svarade O.Nilsson.

Eltändning

En värmeslinga är placerad på lämplig plats i brännkammaren och nuddar veden och får den på så sätt att antändas. Liknar en vanlig grilltändare. Kan vara ett problem att hålla vämeslingan ren från sot och aska.

3.2 Val av principkonstruktion

Efter utvärdering av vår brainstorming har en viktning tagits fram på de olika förslagen för att vi på ett överskådligt sätt kan jämföra de olika lösningarna. Viktningen finns som separat bilaga (bilaga 4). Som primär konstruktion har därigenom varmluft valts.

3.3 Benchmarking och insamling av information

Det finns många tillverkare av pannor på marknaden framför allt i Tyskland och Österrike. Idag finns det ingen modell på marknaden som klarar av att antända ved automatiskt utan tillförsel av papper och stickor. Det finns pelletsbrännare som har automatisk tändning med hjälp av varmluft. CTC har själva en

pelletspanna i sortimentet med automattändning som har undersökts.

Kynzel och Fröling3

Det finns även olika typer av tändningsanordningar till braskaminer och grillar som har varit intressanta att undersöka. Vanliga grilltändare som antänder grillen

har på deras senaste modeller automatisk tändning med hjälp av varmluft. Båda företagen har kontaktats via mail för att få en inblick i hur deras lösning fungerar.

Fröling ville inte svara på några frågor då deras panna inte lanserats än men genom sökningar på internet gick det att få fram bilder på lösningen.

Kunzel som har haft sin panna med automatisk tändning på marknaden ett tag kunde ge oss en hel del information om hur deras tändning fungerar. De använder ett spiralelement på 500 watt som sitter där primärluften går in i pannan. Den automatiska tändningen kan startas med en knapptryckning eller programmeras efter temperaturen på varmvattnet. Det går dock inte att tända direkt på veden med den automatiska tändningen utan bark, småstickor och papper måste placeras noga i pannans brännkammare så det nuddar elspiralen. En normal tändning med

Kunzels automatiska tändning tar ca 15 minuter.

3

9 med hjälp av en elslinga som nuddar kolet eller veden har undersökts och även mer avancerade braständare som kan antända ved med hjälp av varmluft. Med hjälp av olika forum på Internet har privatpersoner kontaktats som har kunskaper och erfarenheter om vedeldning och antändning. Kontakten med privatpersoner gav även en bra uppfattning om vad som förväntas av en automatisk tändning och hur den bör fungera.

3.4 Primär Konstruktion

Den primära konstruktionen består av fyra huvuddelar  En tryckande fläkt

 Ett rör är anslutet till fläkten och leder luften in i pannan  Värmeelementet är monterat i röret för att värma upp luften  Munstycket i rörets ände skapar rätt luftström

Tanken är att den varma luften ska blåsa på veden med så hög temperatur att veden avger brännbara gaser, som sedan självantänds av den varma luftstrålen. Värmeelementet är omslutet av en rörformad profil med en luftspalt för

uppvärmning av den strömmande luften. Det behövs en relativt låg lufthastighet runt elementet för att kunna värma upp all strömmande luft. Samtidigt behövs hög hastighet på den uppvärmda luften som ska antända veden, och rörets

innerdiameter minskar därför konformat efter att luften passerat elementet. För att få tillräckligt flöde genom värmeelementet ska en tryckande fläkt användas. Fläkten ska sitta på utsidan av brännkammaren och trycka in rumstempererad luft kring värmeelementet.

10

4

FÖRSÖK OCH TESTER

I detta kapitel avhandlas försöken som ligger till grund för den slutgiltiga konstruktionen.

4.1 Förberedelser

För att få en bra utgångspunkt gällande självantändning av organiska material med varmluft, demonterades en pelletsbrännare som används till pelletspannor från CTC. Komponenterna analyserades och undersöktes. Pelletbrännaren bestod av en tryckande fläkt som blåser luft genom ett rör där elementet sitter. Röret som omslöt elementet smalnade av i ett munstycke, som gör att det blir en

koncentrerad luftstråle som har högre hastighet än vad luften har när den passerar elementet. Elementet var av typen rörelement och har en effekt på 450 watt. Fläkten, elementet och metallröret från pelletsbrännaren monterades fast på en specialtillverkad fläns som kopplade samman fläkten och röret.

4.2 Test med komponenter från pelletsbrännare Avsikten med experimentet var att först försöka

tända ved med hjälp av tidningspapper och sedan tända direkt på ved i förhållanden som liknar en fullskalig panna. Försöket skulle ge en bild av vad som krävs för att antända ved med hjälp av varmluft och om konstruktionen från en pelletsbrännare klarade att antända ved. Vid en lyckad antändning erhålls information om vid vilken temperatur och lufthastighet som ved antänds.

En liten panna konstruerades för att efterlikna förhållandena i en fullskarlig panna. Pannan konstruerades som en kub i plåt med måtten 15x15x15 cm och till en sida på pannan användes ett stålnät för att få insyn i pannan under försöken.

För att få ett drag liknande utsuget i en riktig panna placerades ett svetsutsug nära sidan med stålnät. Svetsutsuget hade även som uppgift att suga upp eventuell rök då försöket gjordes inomhus. Ett hål gjordes i en av pannans väggar passande pelletsbrännaren så varmluften träffade i ändträ på veden.

För att förhindra att papper eller ved förkolnar innan luften från elementet blivit tillräckligt varm gjordes en tidsstudie. Det visade sig att 450w elementet nådde sin maxtemperatur på 650 ºC efter 4 min och 30 sek vid maxeffekt i stilla luft.

För att få optimalt luftflöde kopplades en transformator till fläkten så hastigheten på fläkten kunde justeras. Elementet var påslaget på maxeffekt och temperaturen vid luftens utgångshål registrerades vid olika fläkthastigheter. Undersökningen visade att högsta lufttemperatur uppnåddes när fläkten gick på 150 volt och då uppgick temperaturen till 450 ºC 1-3 cm från luftens mynning. Försöken dokumenterades med film, bilder och datainsamling.

11 Försök 1

Vedträn sågades i längder passande pannan och placerades ca två cm framför mynningen på pelletsbrännaren. Tillknycklat tidningspapper placerades mellan alla vedträ tills pannan var full. Elementet och svetsutsuget startades och efter 4 min och 30 sek startades fläkten med en spänning av 150 volt. Elementet och fläkten stängdes av 5 min efter att fläkten startades.

Förvärmningen av elementet för att nå

maxtemperatur fungerade bra då det direkt efter att fläkten slogs på började glöda där varmluften träffade veden. Efter att fläkten varit på i 1 min hade en krater bildats i vedträet där varmluften träffade och kraftiga eldslågor slog ut från kratern. Lågorna spred sig till närliggande papper och ved som antändes och brann bra på egen hand. Tidningspappret skapade mycket aska som samlades på veden. När fläkten och elementet stängdes av brann det ordentligt i främre kanten av veden.

Försök 2

Liknande förutsättningar som i försök 1 men denna gång användes inget papper och fläkten stängdes av 2 min och 30 sek.

På samma sätt som i försök 1 bildades en glödande krater där varmluften träffade veden och eldslågorna som slog ut från kratern antände närliggande ved. När fläkten stängdes av hade all ved antänts i främre kanten av pannan. Veden som användes var kluven i små bitar och torr, och mycket bark på som gjorde den lättantändlig.

Utvärdering av försöken

I båda försöken antändes veden på ett acceptabelt sätt och det brann bra efter att element och fläkt stängts av.

Att använda tidningspapper gav ingen direkt fördel då veden antändes lika bra utan. Pappret började dock brinna tidigare och skapade flammor som antände veden. Vi är nöjda med försöken eftersom vårt mål i kravspecifikationen var att tända pannan utan papper och stickor. Det hade varit önskvärt att kunna tända veden på ett längre avstånd från luftens utgångshål då det blir enklare för användaren om veden inte behöver placeras så noga. Detta kan uppnås med ett kraftigare element används som klarar att värma luften vid en högre lufthastighet.

Förutom att vi fick se att konstruktionen från en pelletsbrännare klarar av att antända ved fick vi även bra försöksdata. Försöket gav oss svar på

Luftstrålen koncentreras i munstycket och antänder veden

12 vilken temperatur på elementet och utgångsluften som krävs för att antända ved och vilken lufthastighet som fungerar bra med det aktuella elementet.

För att säkerställa resultaten repeterades båda försöken och det gav samma resultat.

4.3 Test med ett kraftigare rörelement

I detta försök användes samma fläkt som innan, men denna gång ett spiralformat rörelement på 800 watt och ett stålrör som hade specialtillverkats för att passa det nya elementet. Röret tillverkades så att elementet precis fick plats för att uppnå maxmal värmeöverföring från elementet till luften. Ett avsmalnande koniskt munstycke utformades för att koncentrera den varma luftstrålen.

Syftet med försöket var att se om temperaturen vid mynningen blev högre än med elementet från föregående försök.

Elementet kördes på maxeffekt och fläkten testades med olika tryck för att mäta vilken fläkthastighet som gav högst temperatur vid mynningen. Två olika termometrar användes för att säkerställa att rätt data avläses.

Även med detta element nåddes maxtemperaturen när fläkten gick på 150 volt. Båda termometrarna visade en maxtemperatur på 350 ºC 1 – 3 cm från

mynningen.

Fem minuter efter att tändningen påbörjats såg veden ut enligt bilden ovan

13

Utvärdering

800 watts elementet fick lägre temperatur vid mynningen än 450 watts elementet från pelletsbrännaren och är därför inte ett bra element att använda. Anledningen till att 800 watts elementet inte kunde värma upp luften tillräckligt var att

elementet hade en spiralform som gjorde att mycket luft passerade i centrum av spiralen på för långt avstånd från elementet. En annan aspekt var att

spiralelementets mantelarea var större än mantelarean på 450 watts elementet vilket medför att yteffekten på 800 watts elementet faktiskt var lägre än på 450 watts elementet.

Av försöket lärde vi oss att arean mellan element och innervägg på röret snabbt påverkar värmeöverföringen mellan luft och element när den ändras. Därför är det viktigt att vi testar olika areor på den slutgilltiga lösningen för att optimera

värmeöverföringen.

4.4 Test med högeffektselement

För att få ut luft med högre värme än i tidigare försök beställdes ett så kallat högeffektselement av typen UTX från företaget Backer. Elementet kan ge en hög effekt på en liten yta och får på så sätt en hög yteffekt. En passande dimension valdes ut och istället för att beställa flera element med olika effekt beställdes det kraftigaste på 1200W. Med hjälp av en transformator och Ohms lag kunde effekten på elementet anpassas till önskad nivå. Den begränsande faktorn för hur mycket effekt elementet klarar att köras på är att elementets manteltemperatur ej får överstiga 800ºC då det finns risk att elementet havererar.

Högeffektselementet monterades i ett specialtillverkat rör med tunt gods.

Elementet centrerades i röret med hjälp av sex skruvar för att få ett fritt luftflöde kring elementet. Röret monterades med hjälp av en specialtillverkad fläns på fläkten från pelletsbrännaren. Elementet och fläkten kopplades till transformatorer för att steglöst kunna reglera effekt och luftflöde för att optimera maximal

lufttemperatur och kylning av elementet.

Ett litet hål borrades i röret för att kunna mäta så att temperaturen på elementets mantelyta inte övergick den rekommenderade driftstemperaturen på 800 ºC.

Med fläkten på full effekt ökades spänningen långsamt på elementet tills

termometen visade 800 ºC. Den maximala spänningen vi kunde använda för att få tillräklig kylning på elementet var runt 600 watt. Det strömmade då ut 500 ºC varm luft 1 – 3 cm från mynningen. Effekten på elementet höjdes ytterligare så att elementets maxyttemperatur på 900 ºC nåddes men tyvärr med kortslutning som följd.

14

Utvärdering av ny prototyp med högeffektselement

Försöket med högeffektselementet var mycket lyckat då vi fick en tillräckligt hög temperatur vid mynningen när elementet gick på 600 watt och fläkten gick på full effekt. Vi lyckades alltså få ut en bättre temperatur vid mynningen än i tidigare försök trots ett högre luftflöde. Ett högre luftflöde är mycket bra då den varma luftstrålen når längre in i pannan och ökar därmed chansen till en lyckad antändning. Ett högre luftflöde gör också att användaren inte behöver placera veden lika exakt framför mynningen. För att säkerställa att vi fick rätt mätvärden användes två olika termometrar för att läsa av temperaturen vid mynningen. Försöket gav också svar på vilket element som skall användas i den slutgiltiga lösningen. Tack vare att vi använde ett 1200 watts element under försöken kunde vi med hjälp av tranformatorn testa flera olika effekter på elementet istället för att beställa flera olika element, vilket sparade både tid och pengar. Till den slutgiltiga lösningen kommer troligtvis ett 600 watts UTX högeffektselement användas och en fläkt, som kan hålla samma luftflöde genom konstruktionen precis som fläkten från pelletsbrännaren.

För att konstruktionen skall passa i pannan utan större modifikationer kommer en mindre fläkt att användas. Vi kommer även att förbättra luftflödet i konstruktionen genom att ha mjukare övergångar menllan fläkt, rör och munnstycke. Om det inte finns någon kompakt fläkt med samma lufttryck tillgänglig kan det hända att vi får sänka effekten på elementet yterligare.

Många fler tester har utförts och med olika rör, fläktar, element och munstycken. Vi har valt att presentera de försök som ha legat till grund för den slutgilltiga konstruktionen i rapporten.

15

5

TEORETISK DEL

Beskriver med vilka teoretiska förutsättningar arbetet bedrivits

5.1 Självantändning

Antändningen är det första synbara tecknet på förbränning av veden. Ved kan självantända på grund av hög temperatur eller antändas av en extern tändkälla, t.ex. en tändsticka eller en gnista. För fasta organiska material, som ved finns en kritisk temperatur vid vilken antändning sker. Denna är dock i stort sett oberoende av vilket material som brinner och kan därför inte användas som mått på

lättantändligheten. För fasta material måste ytan normalt värmas upp till 300– 400°C för att antändning med en låga ska kunna ske. I vårt fall är det endast varm luft som ska självantända veden, därför måste yttemperaturen vara högre. För självantändning av trä krävs en yttemperatur på 400–600°C. Lättantändligheten uppskattas med hjälp av den tid det tar innan antändning sker. Antändningen äger rum när det har bildats tillräckligt med brännbara gaser vid det fasta materialets yta, för att dessa ska kunna antändas till en liten flamma. Material, som t.ex. trä eller papper måste avge ungefär 2 g/m2s brännbara gaser för att kunna

självantändas. Temperaturen i mynningen ska vara hög för lättare antändning, samtidigt måste elementet, som värmer upp luften få tillräcklig kylning. Luftflödet och effekten på elementet är avgörande faktorer för kylning av elementet samt för lufttemperaturen i mynningen. 4

5.2 Värmeöverföring

Värmeöverföring kan ske på tre sätt, genom konvektion, ledning och strålning. Konvektion förekommer i vätskor och gaser genom strömningar. Strömningarna överför värme genom mediet från ett ställe till ett annat. I vårt fall överförs värmen från ett värmegivande elementet till strömmande luft.

Värmeöverföringskoefficienten är beroende av om luftens strömning sker fritt eller under tvång. Vi använder oss av en tryckande fläkt. Den strömmande luften som värmes av värmeelementet får alltså sin värme genom konvektion under tvång. 5 Värmen överförs sedan till veden. När veden börjar glöda och sedan till slut antändas stiger flamspridningshastigheten. Ytan på de omgivande vedträden är förvärmda och antändningstemperaturen uppnås snabbare. Ju högre

temperaturen blir desto större blir också flamspridningshastigheten.

4

Inomhusbrand - Lars Göran Bengtsson 2001

5

16 5.3 Beräkningar

Att räkna på luftflöden i samband med uppvärming är mycket avancerat. Med hjälp av kunskaper i energiteknik och handledning från lärare på högskolan har några tappra försök gjorts. Beräkningarnas syfte har varit att optimera storlek på rör, utformning av munstycke mm.

Värmetransporten kan bestämmas ganska enkelt med hjälp av massflödet genom röret, diametern på elementet samt diametern på röret. Problemet är att luftens densitet ändras till nästan hälften vid uppvärmning till 500°C och därav är det svårt att få ut något ätbart ur den ekvationen.

Bestämning av värmeöverföringskoefficienten från elementet kan man göra med hjälp av Nusselts tal6

De värden vi fått ut med hjälp av beräkningarna har varit orimliga. Vi ser dock hur de olika komponenterna är beroende av varandra, hur flödet påverkas av olika diametrar, hur elementets längd påverkar värmeöverföringen mm. Efter

rekommendationer

och den hydrauliska diametern.

Med hjälp av värmeöverföringskoefficienten och värmeflödet från elementet kan vi sedan bestämma elementets temperatur efter att luften passerat.

7

6

Fundamentals of heat and mass transfer - David.P 1990

7

Hans Löfgren, Strömning och värmelära, Halmstad Högskola Cecilia Fors och Krister Wictorsson Backer AB

har vi därför testas oss fram till resultatet.

17

6

KONSTRUKTION

Genomgång av de ingående delar och komponenter som modulen består av. Här kommer vi att del för del förklara hur vi tänkt och gått till väga när vi kommit fram till den slutgiltiga konstruktionen, hur den ska användas och vilka funktioner enheten kommer att ha.

6.1 Konstruktionens delar

Det är viktigt att modulen passar pannans formspråk och inte har några utstickande delar. Innanför skalet på pannan är utrymmet kraftigt begränsat.

Munstycket (1)

Strömningslinjerna konvergerar mot munstycket och även en bit bakom det innan de blir parallella genom slutröret. Vid slutrörets mynning divergerar luftstrålen långsamt på grund av slutrörets längd.

Den uppvärmda luften som kommer ut genom mynningen har betydligt lägre densitet än den rumstempererade luft, som fläkten trycker in. Den lägre densiteten gör att luften utvidgas och ökar lufthastigheten. Munstycket är en strypreglering i kanalsystemet vilket innebär att strömningsmotståndet ökar. Förlusten orsakas av virvelrörelser i munstycket. Virvelrörelserna skapar turbulent strömning kring elementet vilket medför att all luft som passerar elementet värms upp.8

8_{Energiteknik Per Andersson 1997 Sid. 128}

18 Böj (2)

För att få in varmluften i pannan sitter det en rörböj framför elementet, som vrider luftflödet 90 grader och skickar varmluften genom ett hål i bränkammarens vägg och ut genom munstycket.

Elementet (3)

CTC har ett samarbete med Backer AB, som är leverantör av olika värmespiraler och element. Det finns en många olika element i sortimentet som är intressanta. Cecilia Fors kontaktades på Backer för rådgivning.

Efter tester har vi kommit fram till att ett högeffektelement är det mest optimala. Högeffektselement används vanligen för verktygsuppvärmning men kan utan problem värma upp strömmande luft.

Högeffektelement kan på begränsat utrymme ge mycket hög effekt. Tack vare konstruktionen så fördelas värmen snabbt över hela elementets yttermantel. Elementet uppfyller höga krav på slagtålighet och vibrationssäkerhet. Yttermanteln är i

rostfritt stål AISI 321. Elementet är försett med 300mm

nickellinor som är isolerade med teflon och glasfiberfläta. Inaktiv del vid

anslutningsänden 10mm och vid bottenänden 5mm. 9

På en punkt framför elementet där strömningshastigheten noll kallas stagnationspunkt. Även på elementets baksida finns en motsvarande

stagnationspunkt där trycket är samma som elementets framsida. Detta är den s.k. d´Alamberts paradox, vilket innebär att elementets strömningsmotstånd är noll eftersom samma tryckkrafter påverkar elementets fram och baksida. Ingen energi från fläkten går därmed till att trycka elementet framåt.

Längden på elementet är avgörande för hur varm luften blir, men ett för långt element gör att toppen på elementet inte får tillräcklig kylning på grund av att luften som passerar är för varm vilket medför att elementet havererar. Backer rekommenderar att elementets längd är max 160 mm.

Elementet får därför placeras i tvärgående riktning på framsidan av pannan under luckan för att få plats.

Elementet hålls centrerat i röret med hjälp av sex skruvar (5). Tre skruvar i framkant och tre i bakkant på elementet. Skruvarna som är gängade i röret är placerade med 120 graders förskjutning. Varje skruv har en mutter som används för att låsa fast skruven i rätt läge.

Skruvarna har även en funktion att minska den laminära strömningen kring elementet och skapa turbulens.

10

9 _{Elektrisk uppvärmning Katalog Backer Sid 28} 10

Energiteknik Per Andersson 1997 Sid. 53

19 Röret (4)

Om vi antar att luftflödet kring elementet är konstant gäller det att optimera förhållandet mellan elementets ytterdiameter och rörets innerdiameter för att nå maximal lufttemperatur.

Om röret är för stort i förhållande till elementet riskerar luft passera förbi utan att värmas upp tillräckligt. Om röret för litet i förhållande till elementet blir

lufthastigheten för stor förbi elementet vilket medför att luften inte hinner värmas upp innan den passerar elementet. Röret ska tillverkas av rostfritt stål, samtliga mått finns i separat bilaga.

Konan (6)

Övergången från fläktens fyrkantsprofil till det runda röret sker genom en kona. Konan är utformad så att luften kan strömma in i röret utan att störas av vassa kanter och övergångar. Massflödet in genom röret är lika med massflödet ut genom fläkten. Det innebär att när luften passerat mustycket och strömmar i det smala röret genom konan accelereras luften . Enligt Bernoullis ekvation medför detta en sänkning av det statiska trycket. Trycket omstätts i hastighet vilket troligtvis sker med små förluster som är försumbara.

På konan sitter två flänsar som används för infästning i fläkten med hjälp av två skruvar(5).

Fläkten (7)

Pannan har dragande luft vilket innebär att en fläkt sitter i rökgaskanalen och drar luften genom pannan. På pannans front sitter två spjäll, som styr insläpp av den primära och sekundära luften. Spjälen styrs automatiskt av en lambdasond. Om vi ska få en luftstråle, som riktas in i pannan, kan vi inte avvända oss av pannans inbyggda dragande fläkt. Den dragande fläkten drar luften ner i pannan eftersom veden i pannan brinner nedåt. Luftsuget från den dragande fläkten skulle göra att luften sugs rakt ner när den lämnar mynningen istället för att skapa en luftstråle som är riktad mot veden. Därför behövs en extern tryckande fläkt.

Fläktens syfte är att transportera luften från omgivningen till värmeelementet och vidare in i pannan. Fläkten ökar luftens tryck, läges och rörelseenergi.

Efter optimering av rätt lufttryck med hjälp av pelletsfläkten och

transformatorn kom vi fram till att vi behöver en fläkt med ett lufttryck runt 100 Pa vid ett luftflöde ut genom mynningen på 1,5 m3/h. Utrymmet mellan pannans stomme där fläkten ska skruvas fast och luckans insida är kraftigt begränsat. Bakom fläkten ska det finnas en luftspalt för att isolera fläkten från den strålande värmen från

20 brännkammaren. Framför fläkten måste det finnas tillräkligt utrymme för att luft ska kunna strömma in fritt i fläkten. Därför behövs en kompakt fläkt, som bygger max 4-5 cm från stommen. Fläkten och hela modulen kommer placeras mellan primärluftbalken och vedinkastet. Hålet in i pannan får inte komma för högt upp i brännkammaren, därför är det nödvändigt att fläkten kan vara anpassad för att ha röret fastsatt så långt ner som möjligt, strax ovanför balken.

CTC har kontakt med företaget Ebmpapst11

Mätningar har visat att fläkten maximalt utsätts för en temperatur av 70°C på grund av att värme leds bakåt i röret och strålningsvärme från pannan som träffar fläkten samt viss värmeledning genom fläktens fästpunkter i pannans stomme. Fläktens beräknade livslängd vid en kontinuerlig drifttemperatur L10 vid 70 °C är 20000 timmar. Fläktens övriga specifikationer finns som bilaga (bilaga 1).

Skyddskåpa (3)

Rörets yttemperatur vid drift ligger runt 400°C, därför behövs en skyddskåpa för att undvika brännskador. Skyddet fyller även dessa funktioner.

som distruberar fläktar i olika utföranden. Efter genomgång av produktlistan och rådfrågning med Anders Olssonpå företaget beställdes en radialfläkt med benämning RL 90-18/56. Radialfläkten har motorn inbyggd i fläkthjulet för att spara plats. Fläkten roterar medurs sett från rotorsidan, vilket gör att den kan placeras på höger sida av pannan och röret kan fästas i underkant på fläkten.

Fläktens stomme är tillverkad av glasfiberarmerad plast med en bottenplatta av galvaniserad stålplåt. Motorn i fläkten har ett impedansskydd mot överbelastning.

 Förhindrar att skräp kommer in i fläkten. Eftersom modulen kommer att vara synlig när luckan till vedinkastet öppnas är det viktigt att flis och bark mm inte fastnar i fläkthjulet.

 Skydda användaren från varma och rörliga delar.

 Modulen smälter in i pannans formspråk och ger ett robust intryck.  Skydda elektronik och ömtåliga detaljer

11_Ebmpapst.se

21 Skyddet tillverkas av 1.5mm plåt för att tåla viss mekanisk påverkan, som kan uppstå från tunga vedträd, som stöter mot vid påfyllning. Hålens syfte är dels att transportera in luft genom skyddet och dels att leda ut värmestrålning från röret. Värmen stiger ju som bekant uppåt, men på grund av risk att skräp åker ner i konstruktionen finns inga hål på ovansidan av skyddet. Håltagning och utskärning sker med hjälp av laserteknik för att få ett bra resultat. Laserföretaget Jobro som CTC har kontakt med skär ut och bockar kåpan efter CAD-filen som skickas över. Projektet är avgränsat från styrning av enheten, men under skyddet finns gott om plats för eventuell montering av relän och andra elektroniska komponenter. Skyddet fästes med tre muttrar(1)och tillhörande brickor(2). Muttrarna skruvas fast på de gängstänger(5) som sticker ut från pannan.

Modulens inpassning i pannan.

Uppdraget från Enertech var att utvekla och konstruera en modul med automatisk tändning, som kan säljas som ett tillbehör till pannan. För att detta skall vara möjligt måste modulen kunna monteras i efterhand. Pannan måste kunna säljas och fungera utan att fästen eller hål stör den ursprungliga konstruktionen. Det skall inte krävas några större modifieringar i

pannans konstruktion, som kan störa eller förhindra produktionen.

Det har varit en utmaning att uppfylla dessa krav då modulen skall placeras innanför den övre luckan på pannan där det är mycket begränsat utrymme. Modulen kommer därför placeras horisontellt utanpåliggande brännkammaren innanför luckan. Röret ska sedan ledas in i pannan genom ett hål (2) i väggen. Väggen in till brännkammaren är 34 mm tjock och består av två plåtar med

Munstycket genom pannans dubbelvägg och ut genom pluggen

22 en vattenspalt. När hålet skall tas genom pannan stansas först ett hål ut ur den innre och den yttre plåten och sedan svetsas ett rör fast från båda sidor för att vattnet inte skall kunna tränga ut. Röret svetsas fast innan bränkammarens övriga väggar monteras.

För att väggen inte skall kyla luften när den passerar genom munstycket har hålet i pannans vägg gjorts större än vad som krävs för att få en luftspalt. Hålet i pannan måste kunna pluggas igen om användaren väljer att inte ha

automatisk tändning. Om kunden sedan väljer att köpa till produkten kan enkelt pluggen skruvas ut och ersättas med en plugg som har ett hål i mitten som passar munstycket på

produkten. Med denna konstruktionslösning är pannan helt tät oavsett om kunden väljer att köpa till produkten eller inte.

På grund av den platta konstruktionen behöver inte luckan skäras upp. Mellan värmeskyddet och luckans innekant finns 15mm till godo och där med kan luft strömma in fritt i fläkten utan problem.

För att fästa modulen och värmeskyddet krävs fästpunkter på pannan. Fyra distanser (1) svetsas fast på den yttre delen av bränkammaren. Distanserna är 10mm i långa och gängade med M4. Distanserna kan gömmas under pannans isolering om pannan inte ska utrustas med automatisk tändning. För montering av modulen skruvas gängstänger in i distanserna, fläkten och skyddskåpan träs på och låses fast med muttrar.På så sätt kan man plocka av skyddskåpan för rengöring utan att fläkten lossnar. Isoleringen runt pannan beöver skäras ut kvadratiskt så att produkten går att montera mot stommen. CTC vattenskär isoleringen idag, en rekomendation är att kvadraten skärs ut endast med anvisningar i isoleringen så att kvadraten lätt kan skäras loss i efterhand vid eventuell montering.

23 6.2 Konstruktionens Funktioner

Produkten ska styras så att användaren själv kan bestämma hur uppstarten ska ske. När uppstarten kan ske automatiskt öppnas fler möjligheter än att bara själva starten bli bekvämare. Följande förslag till styrning är en rekommendation till CTC hur varmluftsmodulens användargränssnitt kan utformas.

 Enkel start

Fyll pannan med ved och tänd genom ett enkelt knapptryck.

 Timer

Med möjlighet att fördröja starten kan du fylla pannan och ställa in den tid då du vill att tändningen ska ske.

Scenario: Du fyller på med ved på morgonen och ställer in att pannan ska tända en timme innan du kommer hem från ditt arbete.

 Termostat

Tändningen kan programmeras att starta när ackumulatortankens temperatur understiger en förinställd nivå.

Scenario: Du eldar tills tankarna är varma. När pannan slocknat fyller du på med ved. Automattändningen tar hand om tändningen när tankarna understiger en viss temperatur efter någon dag.

 GSM

Med GSM-styrning kan tändningen startas genom att ett SMS skickas till en mottagare på pannan från en vanlig mobiltelefon.

24

7

RESULTAT

Här presenteras de resultat som den slutgiltiga prototypen visar 7.1 Testresultat

Innan den slutgiltiga prototypen skulle testas i en fullskalig panna utfördes labbtester för att säkerställa funktionen. Likt tidigare tester placerades en träbit framför mynningen och resultatet var mycket lyckat. När förvärmningen av elementet var klar startades fläkten och efter två minuter brann det kraftigt i träbiten.

Ovan är en bildserie från ett av labbtesterna som utfördes med den slutgilltiga prototypen. Bild 1 är tagen 30 sekunder efter att fläkten startats och visar hur vedbiten har börjat förkolnas där den varma luftstrålen träffar.

Bild 2 är tagen efter 1 minut, det har börjat glöda där luftstrålen träffar träbiten och glöden växer snabbt i diameter.

Bild 3 är tagen efter 1 minut och 30 sekunder, det glöder kraftigt och ryker när glöden växer in i vedbiten och bildar en krater.

25 När en prototyppanna på CTC hade tillverkats med ett genomföringshål för

munstycket till varmluftsmodulen var det dags för det slutgiltiga testet och upp till bevis om konstruktionen skulle klara att antända veden i en riktig vedpanna. Distanserna svetsades på pannan efter konstruktionens ritning och fläkten, röret med element och skyddskåpan skruvades fast. Modulen passade som planerat och bekräftar därmed att ritningarna överensstämmer med verkligheten.

Ström kopplades in och en värmekamera användes för att se hur

värmespridningen i konstruktionen såg ut och om värmeskyddet var svalt nog för att eliminera brännskador och om fläkten fick tillräcklig kylning.

Efter montering av prototypen och test av värmespridningen med värmekamera var det dags att testa om antändningen fungerade i pannan. Tre försök

genomfördes med olika placering av veden och olika träslag med varierande storlek. Som i tidigare försök förvärmdes elementet i 3 minuter och 40 sekunder innan fläkten startades.

Antändningen gick felfritt i alla tre försöken och det började brinna mellan 3 och 10 minuter efter att fläkten startats.

Detta visar tydligt att konstruktionen klarar att tända ved av varierande kvalitet och att den fungerar i en verklig panna.

26

Bilden visar värmespridningen i konstruktionen, det är som varmast i böjen innan luften går in i pannan och vid fläkten är temperaturen väl under 70 ˚C vilket är gränsen för vad som rekomenderas för fläkten.

Tyvärr kunde värmekameran bara registrera temperaturer upp till 150 ˚C men bilden gav ändå nyttig information om hur

värmespridningen ser ut.

Värmeskyddet är på och fungerar bra, det är bara 27,6 ˚C på utsidan av skyddet vilket är strax över rumstemperatur. Fläkten drar in sval luft utifrån.

27 7.2 Förslag på styrning av enheten och rekommendationer

Enheten behöver styras rätt för att optimera bästa prestanda, energiförbrukning samt livslängd på de ingående komponenterna. I stora drag kommer en antändning gå till enligt följande:

1. Pannan fylls med ved, vedeldaren är medveten om var den varma luften strömmar ut och får således placera veden så att den ligger på rätt avstånd från mynningen.

2. Vedeldaren väljer hur uppstarten ska ske, enkel start, timer, temperatur eller GSM-styrning.

28 3. Villkoren uppfylls och antändningen startar. Först av allt går det ström till elementet. Fläkten är avstängd för snabbare uppvärmning och för att inte luft som inte har tillräcklig temperatur ska strömma in och förkolna veden. När elementet når en temperatur av 700 °C efter 3 minuter och 40 sekunder startar fläkten och elementer stabiliserar sin temperatur på 800°C. Nu strömmar varm luft på omkring 500°C in i pannan som värmer upp och tillslut antänder veden.

4. Antändningen kommer att ta olika lång tid eftersom vedens kvalitet och

placering varierar. Därför kan tändningen inte vara tidstyrd. För att säkerställa att veden har antänds används temperaturgivaren, som sitter i rökgaskanalen.

5. Temperaturgivaren anger att veden i brännkammaren brinner. Elementet stängs av och fläkten fortsätter att kyla elementet samt tillföra syre till lågan som brinner.

6. Fläkten stängs av och vedpannan brinner på full låga.

Den primära luften styrs elektroniskt med hjälp av lamdasonden. Primärluften sugs in genom ett spjäll som är placerat på pannans framkant under modulen. Eventuellt behöver primärluftflödet ställas ner på grund av att luft sugs in genom modulens rör. Om den extra lufttillförseln är försumbar i sammanhänget får framtida tester avgöra.

7.3 Ritningar och konstruktionens uppbyggnad

För att CTC skall ha maximal nytta av arbetet har fullständiga ritningar på alla detaljer, sprängskisser och monteringsanvisning på det som behöver modifieras på pannan gjorts i CAD programmet Catia V5. Ritningarna har skickats till CTC på papper och i (.step) format som är ett cad dokument som är kompatibelt med cad programmet CTC använder. Ritningar, sprängskisser och monteringsanvisning återfinns i rapportens bilagor (bilaga 5).

29

8

SLUTSATSER/DISKUSSION

Reflektioner av erfarenhet genom arbetet, slutsatser som kan dras från projektet och tolkningar av resultat

8.1 Kontroll mot kravspecifikation och tidplan

Om vi tittar på kravspecifikationen i början på rapporten och jämför den med det färdiga resultatet kan vi konstatera att projektet har varit lyckat. De primära kraven att lyckas antända direkt på ved utan papper och stickor och att hela modulen fick plats under luckan är vi speciellt nöjda med. Tidplanen har varit ett bra hjälpmedel för att hela tiden kontrollera att arbetet går framåt. Tidplanen har vi följt med små avvikelser trots uppdykande problem. Tidplanen finns som separat bilaga (bilaga 2).

8.2 Kostnadskalkyl, översiktsantagen Material och komponentkostnad

Element: Högeffektelement UTX 600W Artikel nr. 3121 600 600 372 kr Fläkt: Radialfläkt Kompakt RL90-18/56 Artikel nr. 9214014019 495 kr Skyddskåpa: laserurskuren. 250 kr

Rörböj, munstycke, elementrör, kona: ca100 kr Diverse skruvar och distanser: ca10 kr

Totalt pris/styck exklusive tillverkningskostnad = ca 1200 kr

Priserna är räknade på köp av 1 st. Vid köp av större kvantiteter kan säkerligen rabatter hos leverantörer förekomma

Driftkostnad

Överslagsräkning på en normal tändning Fläkten: effekt 20,0 W

Element: effekt 600 W

Vid en genomsnittlig uppstart är fläkten och elementet är på i 8 minuter. Totalt förbrukas då (0.020W+0.600W)*10min/60tim= 1.5 kWh

Med dagens energipris på ca 1.50 kr/kWh blir kostnaden 25 öre/tändning

Vi ska också ha med i beräkningarna att den största delen av den varma luften går in i pannan och omvandlas till varmvatten med 92 % verkningsgrad och de övriga 8 procenten värmer upp pannrummet.

Vid 200 årliga uppstarter med varmluft blir kostnaden 50 kr/år.

Jämför med manuell uppstart.

30 8.3 Reflektioner

När vi ser tillbaka på projektet blir vi medvetna om kraften i att utveckla ett projekt. Det handlar inte bara om kunskaper och teknisk utveckling utan om kontaktskapande, kunskapsinhämtning och ett stimulerande samarbete genom projektet. Vid projektets start hade vi inte så stor kännedom om vedpannor, förbränning och antändning.

Arbetet har gått stegvis fram, även om vi vid ett flertal tillfällen stött på

motgångar som fått oss att tänka om, backa några steg och börja om. Men under arbetets gång har bitarna stegvis lagts på plats. Till slut kunde vi pressentera en lösning som vi tror har framtiden för sig.

Arbetet har lärt oss att ha personlig kontakt med tillverkare och leverantörer, försöka sätta oss in i vad kunden eftersträvar och att anpassa produkten efter bästa funktion och tillverkning. Att arbeta mot tidspress och pressen att faktiskt ha något resultat som måste presenteras när deadlinen är nådd har varit en nyttig erfarenhet.

31

9 REFERENSER

9.1 Litteratur

David.P - Fundamentals of heat and mass transfer - 1990 Fredy Olsson - Principkonstruktion - 1995

Fredy Olsson - Primärkonstruktion - 1995 Göran Sidén - Förnybar Energi – 2009

Katalog Backer - Elektrisk uppvärmning - 2009

Karl Björk - Formler och Tabeller för Mekanisk Konstruktion - 2006 Lars Göran Bengtsson från Räddningsverket - Inomhusbrand - 2001 Per Andersson - Energiteknik - 1997

9.2 Internet

http://www.ctcvarme.se/ CTC

http://www.backer.se/ Värmeelement

http://www.ebmpapst.se/sv/ Fläktar

http://www.byggahus.se/ Diskusionsforum om hus http://vedhuggaren.com/ Energiforum

http://www.ihp.se/ Genomströmningsvärme

http://www.looftlighter.com Grilltändare

http://www.kuenzel.de/ Konkurrent Vedpannor http://www.froeling.com/de/ Konkurrent Vedpannor

9.3 Muntliga källor

Anders Olsson på Ebmpapst AB

Cecilia Fors och Krister Wictorsson Backer AB

Hans Löfgren, Strömning och värmelära, Halmstad Högskola Ingvar Gustafsson, Konstruktör CTC

Lars G Johansson, Handledare, Halmstad Högskola Olof Nilsson Laserteknik

Peter Wendel, Handledare CTC

Ruben Rydberg elektronik 035-167127 Stefan Jönsson, Konstruktör CTC

9.4 Figurer/Bilder

Teknisk data Beskrivning Radialfläkt AC 121x121x37 mm Spänning 230 VAC Frekvens 50 Hz Effekt 20,0 W Märkström 115 mA Varvtal 2450 rpm Luftflöde 11.00 l/s Luftflöde 40.0 m3/h Luftflöde 23.5 CFM Temperaturområde -30…+70 °C

Rotationsriktning Medurs sett från rotorsidan

Motor AC ytterrotormotor av skärmpolstyp.

Motorskydd / Skydd Impedansskydd mot överbelastning.

Lagertyp Kullager

Fläkthjul Glasfiberarmerad plast.

Hölje Glasfiberarmerad plast, bottenplatta av galvaniserad stålplåt.

Elektrisk anslutning Två enkelledare AWG22 skalade och förtenta.

Ljudeffekt 5.6 Bel

Livslängd L10 37500 tim 40 °C / 20000 tim 70 °C

Storlek 121x121x37 mm

Vikt 680 g

Art.nr 9214014019

Se www.ebmpapst.se för uppdaterad information

Diagram

Ritning

Gasol/Propan Tändvätska Kemisk Varmluft Laser/IR Eltändning Säkerhet 2 3 2 5 5 5 Konstruktion 4 2 3 4 1 4 Tillverkning 4 3 3 4 1 3 Kostnad 4 3 3 3 1 3 Hållbaret 5 4 3 4 3 3 Underhåll 3 3 2 5 4 2 Driftkostnad 3 3 2 4 5 4 Användarvänlighet 3 2 2 5 5 4 Styrning 3 2 1 5 5 5 Säker antändning 5 4 4 4 2 2 Totalt 36 29 25 43 32 35 Betyg 1-5 1 Uppfyller ej kraven 2 Uppfyller kraven delvis 3 Uppfyller kraven 4 Uppfyller kraven bra