FI84856B - Eldstad foer eldning av fast braensle. - Google Patents

Description

1 84856

POLTTOLAITE KIINTEÄN POLTTOAINEEN POLTTAMISEKSI - ELD-STAD FÖR ELDNING AV FAST BRÄNSLE

Keksinnön kohteena on polttolaite kiinteiden 5 polttoaineiden kuten puun, hiilen ja brikettien polttamiseksi. Erityisesti, mutta ei ainoastaan, keksintö koskee uuneja, takkoja ja vastaavia polttolaitteita. Erityisesti keksintö koskee patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukaista polttolaitetta.

10 Sellaiset polttolaitteet kuten avoimet tulisi jat, luukuilla varustetut uunit ja vastaavat ovat tulleet yhä yleisemmiksi huviloissa, vapaa-ajan asunnoissa ja huoneistoissa johtuen suurelta osin konventionaalisten energialähteiden, kuten öljyn ja sähkön voimakkaasta 15 hinnannoususta viime vuosina. Luukuilla varustettujen uunien käyttö on lisääntynyt konventionaalisten lämmitysjärjestelmien varalämmönlähteenä tai energian säästön vuoksi, mutta myös lisäämään viihtyvyyttä. Tällaisten kiinteiden polttoaineiden polttolaitteiden voimakas 20 lisääntyminen on aiheuttanut ilmansaasteongelmia, ehkä pääasiassa tiheään asutuilla alueilla. Tämän vuoksi monissa maissa viranomaiset ovat määränneet tiukkoja vaatimuksia tällaisten laitteiden ja myös lämmityskattiloiden savukaasuille, tai tällaisia vaatimuksia ollaan 25 parhaillaan valmistelemassa. Ruotsissa esimerkiksi on kiinnitetty huomiota savukaasujen tervapitoisuuteen ja vaadittu sen alentamista. Alennettaessa tervapitoisuutta myös jäljelle jäävät muut tärkeimmät saasteet vähenevät.

Perinteiseen luukulla varustettuun uuniin 30 kuuluu tulipesä, joka voidaan sulkea luukulla, joiden kautta myös polttoaine lisätään. Luukku samoin kuin useat uunien sivuseinät ovat usein läpinäkyviä niin, että se saadaan muistuttamaan avointa tulisijaa. Uuni voidaan eristää ja varustaa lämmönvaraajalla, puhal-35 timella, paloilman esilämmittimellä jne, lämmitystehon lisäämiseksi.

Tällaisissa perinteisissä uuneissa polttoilma 2 84856 otetaan usein erityisen kanavan läpi alhaalta ja johdetaan suoraan tuleen arinan läpi, jonka päälle polttoaine on tuotu. Kun uunin luukut suljetaan tulipesä tulee olennaisesti eristetyksi ympäristöstä lukuunottamatta 5 alhaaltapäin tulevaa polttoilraakanavaa.

Vaikka näillä uuneilla on monia etuja, niiden on havaittu vaikeaksi ellei mahdottomaksi täyttää säännöksiä ja suosituksia savukaasujen saastepitoisuuksista. Kyseessä olevissa uudenaikaisissa luukuilla varus-10 tetuissa uuneissa, joita on yleisesti kaupan, poisto-kaasujen tervapitoisuus on suuruusluokkaa 100 mg/kJ.

Keksinnön päätarkoituksena on parantaa kiinteiden polttoaineiden polttoon tarkoitettujen polttolaitteiden, erityisesti takkojen ja luukuilla varustettujen 15 uunien palamista siten, että savukaasujen saastemäärät vähenevät verrattuna perinteisiin laitteisiin, joissa polttoilma tulee alakautta.

Toisena keksinnön tarkoituksena on lisätä tällaisten polttolaitteiden hyötysuhdetta.

20 Muut keksinnön tarkoitukset käyvät esille seuraavasta selityksestä.

Keksinnölle tunnusomaiset piirteet käyvät selville oheisista patenttivaatimuksista, ja niitä selostetaan seuraavassa viitaten erääseen keksinnön 25 sovellutukseen.

Keksinnön mukaisessa polttolaitteessa poltto-ilma johdetaan tuleen päälipuolelta/vinosti päälipuolel-ta. Polttoilma johdetaan palotilaan ohjatusti erityisiä kanavia pitkin itseinduktion avulla. Alkulämmityksen 30 jälkeen laitteen palotila pidetään olennaisesti kokonaan suljettuna siten, että polttoilma otetaan ainoastaan laitteen erityisten kanavien kautta. Syöttöilmakanava tai kanavat avautuvat palotilaan ainakin kahdessa tasossa ja edullisesti useassa eri tasossa tulipesän yläpuo-35 lella ilmanhajotuslaitteiden ohjatessa ilman alas kohti tulipesää, edullisesti pyörteisenä virtauksena suunnattuna olennaisesti kohti tulipesän keskustaa. Ilmanhajo- 3 84856 tuslaitteisiin kuuluu edullisesti ainakin kaksi olennaisesti vaakasuuntaista eri korkeuksilla olevaa hajo-tuskanavaa, joissa on useita puhallusaukkoja, jotka on varustettu ohjauslevyillä polttoilmavirtauksen suun-5 taamiseksi puhallusaukoista kohti tulipesää.

Käytössä, so. avoimen ilmaluukun kanssa suoritetun lyhyen esilämmitysjakson jälkeen, ilman sisäänotto tapahtuu itseinduktion avulla, virtausnopeus riippuu mm. polttolämpötilasta ja polttolaitteen tai tulipesän 10 muodosta, ja sitä ohjataan pääasiassa muuttamalla ilmakanavien virtauspinta-alaa ja virtausvastusta (samoin kuin säätämällä laitteeseen kuuluvaa savupeltiä). Keksinnön kannalta on olennaista, että tämä säätö suoritetaan niin, että alaspäin suunnattavan polttoilman ja 15 tulipesästä ylöspäin suuntautuvien kaasujen välillä vallitsee tasapaino. Sen jälkeen, kun tulipesässä tapahtuvaa palamista on kerran säädetty tässä suhteessa, virtaukset pysyvät itsestään tasapainossa/ovat itsestään säätyviä polttotapahtuman aikana. Esim. pienempi liekki 20 johtaa vähentyneeseen polttoilman sisäänottoon, joka vuorostaan johtaa toivottuun polttoilman jäähdyttävän vaikutuksen alentumiseen.

Keksintöä selostetaan seuraavassa yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisissa piirustuksissa esitet-25 tyyn keksinnön sovellutukseen, mutta on huomattava, että useat muunnokset ja variaatiot ovat mahdollisia oheisten vaatimusten rajoissa.

Kuva 1 esittää kaaviokuvaa eräästä edullisesta keksinnön mukaisesta polttolaitteesta osittain leikat-30 tuna ja edestäpäin katsottuna, ja kuva 2 esittää kaaviokuvaa kuvan 1 mukaisesta laitteesta polttotapahtuman aikana sivulta katsottuna.

Kuvissa viitenumero 1 tarkoittaa palotilaa, 2 on jalusta, johon tulipesä tukeutuu. Polttokaasut 35 johdetaan ulos savupiipusta tai savupiippuliitännästä 3. Kuvassa 2 laite on esitetty silloin, kun siinä palaa kiinteää polttoainetta 4, esim. puuta, hiiltä tai bri- 4 84856 kettejä, jotka voidaan pitää paikallaan tuen 5 avulla.-Liekkejä kuvaa numero 6. Laitteen palotila on edullisesti ja konventionaalisella tavalla ympäröity lämraön-eristeellä ja/tai lämpöä varastoivalla materiaalilla 5 7. On huomattava, että tulipesän pohja (jonka päälle polttoaine pannaan), on tiivis toisin kuin konventionaalisissa uuneissa, joissa ilma johdetaan altapäin. Laite on tietenkin konventionaalisesti varustettu uuninluukuilla (ei esitetty), joiden kautta myös polttoaine 10 pannaan uuniin.

Keksinnön mukaisesti polttolaitteeseen kuuluu tulokanavat 8a, 8b, 8c polttoilman syöttämiseksi, näiden kanavien johtaessa ilmaa olennaisesti vaakasuoriin puhalluskanaviin 9a, 9b, 9c, jotka sijaitsevat eri 15 korkeuksilla palotilassa 1, kaikki tulipesän yläpuolella. Sisään johdetun polttoilman virtausta on piirustuksissa esitetty yhtenäisillä nuolilla, kun taas kuumien kaasujen virtausta tulesta on esitetty kaaviollisesti katkoviivanuolilla. Puhallus- tai hajotuskanavat 9a, 20 9b, 9c on varustettu puhallusaukoilla 10a, 10b, 10c, jotka muodostuvat raoista tai edullisesti useista erillisistä reijistä jakaantuneina pitkin vastaavaa kanavaa.

Puhallusaukot 10a, 10b, 10c ovat yhteistoiminnassa ohjauslevyjen 11a, 11b, 11c kanssa suunnaten 25 ilmavirtauksen aukosta alaspäin kohti tulta, edullisesti olennaisesti kohti tulen keskusta.

Esitetyssä sovellutuksessa polttolaitteeseen kuuluu kaksi ulompaa syöttökanavaa 8a ja 8c ja keskika-nava 8b. Keskikanava 8b johtaa ilmaa vain ensimmäiseen 30 hajotus- tai puhalluskanavaan 9a, kun taas ulommat syöttökanavat 8a ja 8c jakavat ilmavirtauksensa kanaviin 9b ja 9c (ja mahdollisesti myös 9a). Kuvassa kaksi alinta kanavaa 9a ja 9b on kuvattu ulottumaan poikki koko palotilan 1, kun taas ylempi kanava 9c on esitetty 35 jaettuna kahteen pienempään kanavaan 9c.

Kuvissa on esitetty myös lisäilmakanava 9d vastaavine ohjauslevyineen lOd, jotka sijaitsevat puhal- 5 84856 luskanavan 9c yläpuolella. Kuvassa 2 on esitetty myös ohjauslevy 12. Lisäksi polttolaite on varustettu säädettävällä, kaaviomaisesti esitetyllä savupellillä ja liekinhajoittimella 14.

5 Asennettaessa keksinnön mukaista polttolaitetta käyttökuntoon, se säädetään ensin siten, että alaspäin suuntautunut polttoilmavirtaus (yhtenäiset nuolet) ja ylöspäin suuntautunut polttokaasuvirtaus (katkoviiva-nuolet) ovat tasapainossa. Tämä saavutetaan pääasiassa 10 säätämällä palotilaan johtavien polttoilmakanavien ja putkien virtauspoikkipinta-alaa ja virtausvastusta.

Esim. nousukanavien 8a - 8c sisäänmenoaukkoja voidaan helposti rajoittaa mainitun säädön aikaansaamiseksi. Keksinnön mukaisella laitteella on merkittävä etu siinä 15 suhteessa, että se tarvitsee säätää vain yhden ainoan kerran asennuksen yhteydessä niin, että kukaan ei voi myöhemmin aiheuttaa virhesäätöjä vahingossa.

Myös savupelti 13 säädetään kyseisen asennuksen mukaan pääasiassa käytettävän savupiipun veto-ominai-20 suuksien mukaan. Haluttaessa savukaasuille voidaan edullisesti järjestää pidennetty virtaustie savupellin 13 yhteyteen jälkipalotilan pidentämiseksi. On todettu, että on erityisen edullista johtaa savukaasut kulkemaan ilman sisäänottoyksikön takaa lisäämään polttoilman 25 esilämmitystä siten, kuin on kuvattu katkoviivanuolilla P kuvassa 2. Palaminen on täten entistä tehokkaampaa ja poistokaasujen lämpötila korkeampi johtuen polttoilman esilämmityksestä ja savukaasujen pidennetystä poisto-tiestä.

30 Täten järjestetty polttolaite toimii seuraaval- la tavalla. Lämmitys aloitetaan konventionaalisesti, ja vetoluukku suljetaan, kun tuli on hyvin syttynyt ts. kun laite on saavuttanut riittävän korkean lämpötilan toimiakseen itseinduktioperiaatteella ottaen polttoilman 35 nousukanavien 8a - 8c läpi. Polttoilma virtaa piirustuksessa esitettyjen yhtenäisten nuolten mukaisesti, ja alemmasta hajotuskanavasta 9a on voimakas ilmavirtaus 6 84856 kohti tulen keskusta, joka tällöin saavuttaa hyvin korkean lämpötilan (esim. suuruusluokaltaan 1000 °C). Tästä johtuu, että savu vetäytyy kohti keskustaa, josta seuraa, että ympäröivät puut saavat vähän happea ja 5 muodostuu palavia kaasuja. Nämä kaasut nousevat ja palavat ylemmistä puhalluskanavista tulevassa vastakkaissuuntaisessa ilmavirtauksessa. Johtuen alaspäinsuun-tautuvasta polttoilmavirtauksesta, raskaammat partikkelit kulkeutuvat takaisin tulipesään palaen uudelleen, 10 josta seuraa, että saavutetaan hyvin tehokas ja täydellinen palaminen, joka johtaa mm. hyvin alhaisiin saastepitoisuuksiin ja useimmiten savuttomiin poistokaasui-hin sekä korkeampaan hyötysuhteeseen. Voidaan sanoa, että palaminen tapahtuu neljässä palovyöhykkeessä A, B, 15 C, ja D, joista viimeksi mainittu voi olla jälkipalo-tilana, johon ei johdeta lisähappea.

Koska ilman syöttö tapahtuu pyörteisenä virtauksena, voidaan palovyöhykkeet myös ajatella pyörivinä vyöhykkeinä. Palaminen on käytännöllisesti katsoen 20 täydellinen ja vapaa noesta. Suoritetut mittaukset ovat osoittaneet, että poltettaessa puuta luukuilla varustetussa piirustuksen mukaisessa uunissa tervapitoisuuden suuruusluokaksi on saatu vain 10 - 15 mg/kJ ja alle, ts. vain suunnilleen kymmenesosa perinteisten uunien 25 tervapitoisuusarvoista.

Polttolaitteen hyötysuhdetta voidaan lisäksi parantaa varustamalla se liekinhajoittimella 14, joka sijoitetaan tiettyyn tasoon palotilaan niin, että se on kosketuksessa liekkien 6 kanssa, edullisesti puhal-30 luskanavien 11a ja 11b välissä. Liekinhajoitin 14 koostuu reijitetystä levystä, verkosta, ristikosta tai vastaavasta, joka sallii ilman ja savukaasujen läpikulun ja joka rikkoo liekit useiksi pieniksi liekeiksi lisäten täten käytettävissä olevaa hapetuspintaa. Liekinhajoitin 35 14 toimii myös esteenä tuhkalle.

Erityisen edullista on, kuten on esitetty . . sovellutuksessa, yhdistää ylempi hajotuskanava 9c ja 7 84856 sitä vastaava ohjauslevy 11c ohjauslevyyn 12 ja yhteen tai useampaan suuntauslevyyn 15. Ohjauslevy 12 ohjaa savukaasut palamisvyöhykkeeseen C ja suuntauslevy/levyt 15 toimivat myös lämmön ohjaajina ohjaten lämmön pala-5 misvyöhykkeeseen C. Ilmavirtaus puhallusaukoista lOd toimii myös liekinhajoittajana.

Virtaus eri hajotuskanavista voi vaihdella keksinnön puitteissa, mm. niiden lukumäärän ja sijoituksen suhteen, puhallusaukkojen lukumäärän, koon ja si-10 joituksen suhteen, jne. Yleisesti on edullista, että voimakkain virtaus tapahtuu alimmasta puhalluskanavasta 9a.

Keksinnön mukainen polttolaite voidaan valmistaa valmiiksi erilliseksi yksiköksi, mutta se voidaan 15 myös asentaa nykyisin käytössä olevien tulisijojen sisään.

Claims (6)

8 84856

1. Polttolaite kiinteän polttoaineen (4) polttamiseksi palotilassa (1), johon palamisilma joh- 5 detaan ylhäältäpäin ja josta palamiskaasut poistuvat palotilasta ylöspäin, tunnettu siitä, että siihen kuuluu ainakin yksi olennaisesti pystysuuntainen nousuputki (8a - 8c), josta palamisilma pumpataan kuumennettuun palotilaan (1) itseinduktion avulla ilman-10 hajotuslaitteiden kautta, jotka sijaitsevat ainakin kahdella eri tasolla arinan yläpuolella, ja että ilman-hajotuslaitteisin kuuluu (a) olennaisesti vaakasuuntaisia hajotuskanavia (9a - 9c), jotka on varustettu useilla puhallusaukoilla (10a - 10c), ja (b) ohjaus-15 levyjä (11a - 11c), jotka ovat yhteistoiminnassa hajo-tuskanavien kanssa palamisilman suuntaamiseksi, joka virtaa ulos puhallusaukoista pääasiassa kohti tulipesän keskustaa, edullisesti turbulenttisena virtauksena.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen polttolaite, 20 tunnettu siitä, että siihen kuuluu rei'itetty liekinhajoitin (14), joka on sijoitettu olennaisesti vaakasuuntaisesti palotilaan sellaiselle korkeudelle, että se kohtaa liekit lämmitettäessä ja hajoittaa ne useiksi pienemmiksi liekeiksi.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen polttolaite, tunnettu siitä, että siihen kuuluu ainakin yksi hajotuslaite (9, 10, 11a ja 9, 10, 11b) liekinhajoit- timen (14) ylä- ja alapuolella.

4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen 30 polttolaite, tunnettu siitä, että se on suu- luukulla varustettu tulisija.

5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen polttolaite, tunnettu siitä, että virtausaluet-ta ja virtausvastusta kanavissa palamisilman johtami- 35 seksi säädetään niin, että muodostuu taspainoitettu alaspäin sunnatun palamisilman ja ylöspäin suunnattujen savukaasujen virtaus palon aikana palotilassa. 9 84856

6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukainen polttolaite, tunnettu siitä, että palamisilman sisäänotto tapahtuu palamislämmön kehittämällä ja säätämällä itseinduktiolla. 5 10 84856