FI130332B - Tulisija ja menetelmä tulisijan toisioilman syötössä - Google Patents

Abstract

Keksintö koskee tulisijaa (10), johon kuuluu tulipesä (12) polttoainepanosta (60) varten, tuloilmakanava (17) tuloilman johtamiseksi tulipesään (12), arina (20) polttoainepanoksen (60) tukemiseksi, jossa arinaan (20) kuuluu tuloilma-aukkoja (21) ensiöilman johtamiseksi tuloilmakanavasta (17) tulipesään (12), toisioilmakanava (30) toisioilman johtamiseksi tulipesään (12) arinan (20) ohi ja toisioilmarajoitin (22) sovitettuna muodostamaan säätöelementin (18) tulipesään (12) pääsevän toisioilman säätämiseksi toisioilmakanavaan (30). Lisäksi toisioilmarajoitin (22) on sovitettu liikkuvaksi arinalle (20) asetetun polttoainepanoksen (60) massan vaikutuksesta ja sovitettu käyttämään säätöelementtiä (18) siten, että arinalle (20) asetetun polttoainepanoksen (60) massan vähentyessä toisioilmarajoitin (22) sulkeutuu rajoittaen toisioilman virtausta tulipesään (12). Keksintö koskee myös järjestelyä tulisijaa varten sekä menetelmää tulisijan toisioilman syötössä.

Description

TULISIJA JA MENETELMÄ TULISIJAN TOISIOILMAN SYÖTÖSSÄ

Keksinnön kohteena on tulisija, johon kuuluu tulipesä poltto- ainepanosta varten, tuloilmakanava tuloilman johtamiseksi tulipesään, arina polttoainepanoksen tukemiseksi, jossa arinaan kuuluu tuloilma-aukkoja ensiöilman johtamiseksi tuloilmakana- vasta tulipesään, toisioilmakanava toisioilman johtamiseksi tulipesään arinan ohi ja toisioilmarajoitin sovitettuna muodostamaan säätöelementin tulipesään pääsevän toisioilman säätämiseksi toisioilmakanavaan. Keksinnön kohteena on myös menetelmä tulisijan toisioilman syötössä.

Panoslämmitteisen tulisijan ilmansyöttö on kompromissi useiden eri tekijöiden suhteen, kuten esimerkiksi helppo sytytettävyys, polttotehokkuus ja poltosta syntyvät päästöt. Usein ensiötu- loilma johdetaan tulipesään arinan kautta. On tunnettua, että syöttämällä ensiöilman lisäksi palavan massan päälle toisioilmaa voidaan saavuttaa puhtaampi poltto. Usein toisioilmaa syötetään tulipesän luukussa olevien rakojen kautta. Polttotapahtuman siirtyessä hiillospalovaiheeseen toisioilmansyöttöä tulisi n 20 kuitenkin rajoittaa reilusti ja syöttää ilmaa vain ensiökanavan

S kautta hiillospatjan läpi, jotta hiilet palaisivat nopeasti

O loppuun ja kokonaispäästöt jäisivät mahdollisimman pieniksi.

N Lisäksi hiillospalovaiheen lyhentäminen vakioi tulisijan tehoa.

I a. Hiillospalovaiheessa tulisijan läpi virtaava ilma jäähdyttää 2 25 tulisijaa ja vie lämpöä pois lämmitettävästä tilasta. Hiil-

S lospalovaihetta lyhentämällä polttoteho pystytään pitämään 2 lähempänä vakiota, jolloin panospoltto toimii tasaisemmin.

Lisäksi viimeisen polttoainepanoksen hiillospalovaiheen loputtua nopeasti savupiipun pelti ja/tai tulisijan ilman-

syöttöluukut voidaan sulkea aiemmin ilman häkävaaraa, jolloin tulisijan läpi virtaavan ilman sulkeminen estää lämmön kar- kaamista lämmitettävästä tilasta.

Monissa tulisijoissa sekä ensiö- että toisioilmansyöttöä voidaan säätää käsin, mutta tällainen menetelmä on hankala käyttää ja vaatii jatkuvaa tarkkailua. Syöttöilman säädön tulee olla automaattista, jotta se olisi käyttökelpoinen.

Patenttijulkaisusta FI119077 tunnetaan tulisija, jossa ensiö- ja toisioilmansyöttöä tulipesään hallitaan omavoimaisesti tuli- sijan rungon Jlämpölaajenemiseen perustuvalla ratkaisulla.

Lämpölaajenemiseen perustuvalla ratkaisulla ei kuitenkaan pystytä vaikuttamaan peräkkäisten polttoainepanosten palami- seen, koska panospolton aikana tulisijassa ei ole riittävän suuria lämpötilaeroja. Kuuma runko säilyy lämpölaajenneena eri panosten välillä. ZLämpölaajenemisella ei saada riittävää tarkkuutta tuloilmansyöttöön, vaan ilmansyöttöä säädetään pääasiassa ensimmäisen panoksen palaessa sekä tulisijan jäähtyessä lämmityskerran lopuksi. Tällöin polttotapahtuman hallinta ei ole läheskään optimaalista esimerkiksi tilanteessa, jossa polttoainepanosten lisäämisen välissä polttotapahtuma 0 etenee hiillospalovaiheeseen yhden tai useamman kerran. Kyseinen

S ratkaisu on myös mekaanisesti hyvin monimutkainen, ja siten

O hankalasti kaupallisesti hyödynnettävissä. a

I Lisäksi tekniikan tasona tunnetaan patenttijulkaisut EP 2085694

E 25 A2, EP 0496043 Al ja WO 2006076822 Al. 3

S Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada parannettu tulisija, > jossa on automaattinen tuloilmansyötön säätömekanismi, jonka tarkoituksena on hallita polttotapahtumaa jokaisen polttoai- nepanoksen osalta ja pienentää tulisijan kokonaispäästöjä sekä parantaa tulisijan kokonaishyötysuhdetta tasaamalla panospolton vaihteluita. Tämän keksinnön tunnusomaiset piirteet ilmenevät oheisesta patenttivaatimuksesta 1. Keksinnön tarkoituksena on myös aikaansaada parannettu menetelmä tulisijan toisioilman syötössä, jonka tarkoituksena on hallita polttotapahtumaa jokaisen polttoainepanoksen osalta ja pienentää tulisijan kokonaispäästöjä sekä parantaa tulisijan kokonaishyötysuhdetta tasaamalla panospolton vaihteluita. Tämän keksinnön tunnus- omaiset piirteet ilmenevät oheisesta patenttivaatimuksesta 11.

Keksinnön mukaiseen tulisijaan kuuluu tulipesä polttoainepanosta varten, tuloilmakanava tuloilman johtamiseksi tulipesään sekä arina polttoainepanoksen tukemiseksi. Arinaan kuuluu tuloil- ma-aukkoja ensiöilman johtamiseksi tuloilmakanavasta tuli- pesään. Lisäksi tulisijaan kuuluu toisioilmakanava toisioilman johtamiseksi tulipesään arinan ohi ja toisioilmarajoitin sovitettuna muodostamaan säätöelementin tulipesään pääsevän toisioilman säätämiseksi toisioilmakanavaan. Toisioilmarajoitin on sovitettu liikkuvaksi arinalle asetetun polttoainepanoksen massan vaikutuksesta ja sovitettu käyttämään säätöelementtiä siten, että arinalle asetetun cpolttoainepanoksen massan vähentyessä toisioilmarajoitin sulkeutuu rajoittaen toisioilman & virtausta tulipesään.

N

O Tällä tavoin toisioilmakanava avautuu polttoainepanoksen massan

N ansiosta, jolloin tuloilmaa saadaan ohjattua toisioilmakanavaa

I 25 pitkin panoksen ohi myös ylemmäksi tulipesään palamista varten.

N Tällöin panos palaa rauhallisesti ja puhtaasti, kun tuloilman

S mukana tulee happea myös tulen yläpuolelle. Polttotapahtuman- 2 loppuvaiheessa arinan päällä olevan panoksen muututtua pääosin

N kevyemmäksi hiillokseksi toisioilmakanava sulkeutuu, jolloin tuloilman virtaus ohjautuu arinan ja sen päällä olevan hiil- lospatjan lävitse nopeuttaen hiilloksen palamista. Hiillos-

vaiheen nopea palaminen on toivottavaa ja se vaikuttaa panos- polton päästöihin sekä hyötysuhteeseen. Panospolton tyypillisiä helposti mitattavissa olevia päästöjä ovat hiilimonoksidi (CO) ja hiilidioksidi (C02). Tuloilman hapen ohjaaminen hiillospatjan läpi vähentää erityisen voimakkaasti hiilimonoksidipäästöjen syntymistä. Syntyvän hiilimonoksidin määrä korreloi tunnetusti hyvin hiukkaspäästöjen kanssa. Pienentämällä toisioilman syöttöä vähennetään yli-ilmamäärää, ja pidetään palamislämpötila korkeammalla, jolloin palamisprosessin kuumuus on riittävän suuri hiilimonoksidin palamiseksi hiilidioksidiksi asti.

Johdettaessa palamisilma ensiöilmana vain hiillospatjan läpi toisioilma ei jäähdytä palamattomia kaasuja. Hiillospatjan läpi johdettu palamisilma myös edesauttaa sekoittumista, pienemmän palavan massan (hiilloksen) palaessa loppuun. Hiilloksen palamista nopeuttamalla polttoteho pystytään pitämään tasai- sempana, mikä parantaa merkittävästi tulisijan hyötysuhdetta.

Hiillospalovaiheen lyheneminen 5 minuutilla parantaa hyöty- suhdetta yhdellä prosenttiyksiköllä ja laskennallinen teho kasvaa noin 9 %. Hiillospalovaiheen lyheneminen 10 minuutilla parantaa hyötysuhdetta 1,8 prosenttiyksiköllä ja laskennallinen teho kasvaa noin 20 %.

S Tässä arinalla tarkoitetaan tuloilmakanavan ja tulipesän

N erottavaa, tuloilma-aukkoja käsittävää osaa. Arina tukee

S polttoainepanosta, ja arinalla tarkoitetaan tässä yhteydessä

S 25 myös muita polttoainetta kannattelevia rakenteita. x

N Arina on edullisesti rakoarina. Tällöin poltettava aine pakkautuu

S tiiviimmin arinan päälle, esimerkiksi aaltoarinaan verrattuna, 2 ja siten polttoainepanos säätää ensiöilman kulkua tuloilmaka-

N navasta tulipesään.

Arinan aukkojen pinta-ala voi olla 10 - 60 %, edullisesti 20 - 40 %, koko arinan pinta-alasta.

Arina ja toisioilmarajoitin voidaan muodostaa vyhtenäisenä kokonaisuutena, esimerkiksi yksittäisestä valurautakappaleesta, 5 keramiikasta tai muusta tulenkestävästä massasta. Arina voidaan kasata myös useammasta toisiinsa liitetystä osasta.

Edullisesti toisioilmarajoitin on sovitettu arinan jatkeeksi rajaamaan tulipesästä toisioilmakanavan toisioilman johta- miseksi tuloilmakanavasta tulipesään ja säätöelementti kuuluu toisioilmakanavaan kuuluvaan ensimmäiseen päähän. Lisäksi tulisijaan kuuluu tukinivel sovitettuna toisioilmarajoittimeen kuuluvaan reunaan arinan ja toisioilmarajoittimen välille arinan tukemiseksi tulipesään mahdollistaen ainakin toisioilmara- joittimen kiertymisen tukinivelen ympäri säätöelementin liikuttamiseksi suhteessa tulipesään toisioilman määrän säätämiseksi automaattisesti kussakin palotilanteessa arinan päällä olevan polttoainepanoksen ja arinan massan mukaan.

Tukinivelen ja tulipesän välille muodostuu toisioilmakanavaan kuuluvaan toiseen päähän toisioilma-aukko toisioilman johta- miseksi tuloilmakanavasta toisioilmakanavaan. Tällä tavoin 0 toisioilman syöttöä tulipesään voidaan säätää automaattisesti

S jokaisen polttoainepanoksen osalta. g

N Ensimmäisen sovellusmuodon mukaan toisioilmarajoitin ja = tukinivel ovat kiinteästi liitetty arinaan muodostaen toi-

E 25 sioilman säätömekanismin. Tällöin saavutetaan kustannuksiltaan 2 edullinen ja yksinkertainen kokonaisuus. Säätömekanismi voidaan o valmistaa esimerkiksi yksittäisenä kappaleena valuraudasta tai

N keramiikasta, jotka tunnetaan hyvin lämpöä kestävinä materi- aaleina.

Ensimmäisen sovellusmuodon mukaiseen tulisijaan kuuluu edul- lisesti kaksi toisioilman säätömekanismia, joista kussakin säätömekanismissa on arina, toisioilmarajoitin ja tukinivel.

Tällöin toisioilman säätö toimii mekaanisesti hyvin ja säätö- mekanismit on helppo sovittaa tulisijan luukusta sisään ja asentaa tyypilliseen olemassa olevaan tulisijaan. Lisäksi kaksiosainen sovellusmuoto ohjaa toisioilmaa tasaisemmin tulipesän molemmilta puolilta.

Edullisesti arinalla on ensimmäinen taso ja toisioilmarajoit- timella toinen taso ja ensimmäinen taso ja toinen taso ovat erisuuntaisia toisioilmarajoittimen muodostaessa käyttöasen- nossa vaakatason suhteen kallistetun pinnan polttoainepanoksen ohjaamiseksi arinan päälle. Näin käyttäjän on helpompi asetella polttoainepanos sille tarkoitettuun paikkaan.

Toisin sanoen säätöelementti edullisesti muodostaa rakenteen, joka supistuu alaspäin, jolloin polttoainepanos ohjautuu arinan päälle. Tällöin arinan tuloilma-aukkojen päällä oleva poltto- ainepanos osaltaan myös rajoittaa ensiöilman kulkua, jolloin pystytään säätämään kokonaisilmansyöttö tulipesään.

Arinan leveys arinan reunan ja tukipisteen välillä voi olla 25 & — 100 %, edullisesti 30 — 70 % toisioilmarajoittimen leveydestä n toisioilmarajoittimen reunan ja tukipisteen välillä. Tällöin = säätömekanismi sopii hyvin kokonaisuutena tyypillisiin tuli- = sijoihin ja toisioilma saadaan ohjattua edullisesti riittävän

E 25 ylös. 3

S Arinan massa ja pituus suhteessa toisioilmarajoittimen massaan > ja pituuteen voi olla sellainen, että toisioilmarajoittimen tukinivelen suhteen aiheuttama momentti on yhtä suuri kuin arinan ja massaltaan 5 — 30 %, edullisesti 8 — 20 % tulipesään asetettavan polttoainepanoksen massasta olevan polttoainemäärän yhdessä aiheuttama, toisioilmarajoittimen aiheuttaman momentin suhteen vastakkainen momentti tukinivelen suhteen. Tällöin toisioil- makanava sulkeutuu edullisesti oikeaan aikaan polttotapahtuman edetessä hiillospalovaiheeseen.

Toisioilman säätömekanismit voivat olla identtisiä keskenään.

Tämä yksinkertaistaa säätömekanismin rakennetta ja pienentää valmistuskustannuksia.

Edullisesti tukinivel on muodostettu kahdesta erillisestä, toistensa suhteen välin päässä olevasta tukinivelestä, joiden välillä on toisen pään toisioilma-aukko ja joiden välille kunkin toisioilman säätömekanismin kierähdysakseli muodostuu. Täl- laisella rakenteella säätömekanismille muodostuu tukeva rakenne ja toisioilmakanavan tuloaukolle saadaan suuri pinta-ala.

Edullisesti toisioilmarajoittimet ovat sovitettu yhdessä toisioilma-aukkojen kanssa muodostamaan toisioilmakanavan tuloilmakanavasta tulipesään. Tällaisella rakenteella tulisi- jaan ei tarvitse rakentaa erillistä toisioilmakanavaa ja tulisija voi olla rakenteeltaan yksinkertainen. cn 20 Tulisija voi olla kiuas. Kiukaat ovat hyvin yleisesti käytettyjä

N tulisijoja, joilla erityisesti pyritään nopeaan maksimilämmi-

S tystehon saavuttamiseen. Keksinnöllä voidaan vaikuttaa mer-

S kittävästi kiukaiden päästöihin ja hyötysuhteeseen. x = Tässä yhteydessä kiukaalla tarkoitetaan saunan uunimaista 2 25 lämmitintä, jonka yläosassa on lämpöä varastoiva kiviladelma, ja o jonka kuumentuneille kiville voidaan heittää vettä käytön

N yhteydessä vesihöyryn aikaansaamiseksi saunana toimivaan tilaan.

Polttoainepanos voi olla puuta. Puun palamisen loppuvaiheessa tulipesässä on paljon hiillosta. Keksinnöllä voidaan merkit- tävästi nopeuttaa hiilloksen palamista ja siten vähentää hiilimonoksidin syntymistä.

Toisen sovellusmuodon mukaan toisioilmarajoitin ja tukinivel ovat arinasta erillinen toisioilman säätömekanismi, johon kuuluu lisäksi toisioilmarajoittimen jatkeena tukinivelen toisella puolella oleva varsi, jonka päälle arina on sovitettu. Tällöin keksinnön mukaista toisioilman säätömekanismia voidaan soveltaa myös olemassa oleviin tulisijoihin ja arinoihin.

Toisen sovellusmuodon mukaisia säätömekanismeja on edullisesti kaksi kappaletta sovitettuina toistensa suhteen vastakkaisille puolille arinaa. Tällöin toisioilman säätö toimii mekaanisesti hyvin ja säätömekanismit on helppo sovittaa tulisijan luukusta sisään ja asentaa tyypilliseen olemassa olevaan tulisijaan.

Lisäksi kaksiosainen sovellusmuoto ohjaa toisioilmaa tasaisemmin tulipesän molemmilta puolilta.

Täysin avoimen toisioilmakanavan minimipoikkipinta-ala suh- teessa ensiöilmakanavan poikkipinta-alaan voi olla 40 — 100 %, edullisesti 50 — 80 %. Tällöin toisioilmaa saadaan syötettyä & tulipesään optimaalisessa suhteessa ensiöilmaan nähden.

N

S Kolmannen sovellusmuodon mukaan arinaa ja säätöelementtiä

S kannattelee jousi tai vastapaino tai niiden yhdistelmä. Tällöin

E saadaan aikaan arinaan ja polttoainepanokseen kohdistuvalle c? 25 painovoimalle vastakkainen voima, jonka avulla voidaan säätää

S toisioilman syöttöä. =

N Jousen tai vastapainon tai niiden yhdistelmän kannattelema arina ja säätöelementti voi liikkua kokonaisuudessaan hissityyppisesti tai arina voi olla saranoitu tai nivelletty siten, että arina kallistuu polttoaineen massan muuttuessa, jolloin toisioil- mansäädin on sovitettu säätämään toisioilman syöttöä arinan kallistuessa.

Edullisesti tulisijaan kuuluu välineet myös ensiöilman säätä- miseksi kokonaisilmamäärän pitämiseksi vakiona. Tällöin voidaan säätää sekä tulisijan ensiöilman syöttöä että toisioilman syöttöä, jolloin polttotapahtumaa voidaan hallita paremmin ja polttoteho pystytään pitämään tasaisena. Ensiöilman säätämiseen voidaan käyttää esimerkiksi arinan tuloilma-aukkojen päällä olevaa polttoainepanosta.

Tulisijan polttoaineteho voi olla 5 — 80 kW. Tyypillisesti saunan kiukaat ja muut vastaavan kokoiset tulisijat toimivat tällä tehoalueella.

Keksinnön mukaista tulisijaa voidaan myös käyttää järjestelyssä tulisijaa varten. Järjestelyn kohteena olevaan tulisijaan kuuluu tulipesä polttoainepanosta varten ja tuloilmakanava tuloilman johtamiseksi tulipesään. Järjestelyyn kuuluu arina, johon kuuluu tuloilma-aukkoja ensiöilman johtamiseksi tuloilmakanavasta tulipesään, polttoainepanoksen tukemiseksi sekä toisioilmara- joitin sovitettuna muodostamaan säätöelementin tulipesään & pääsevän toisioilman säätämiseksi. Järjestelyssä toisioilma- n rajoitin on sovitettu liikkuvaksi arinalle asetetun polttoai- = nepanoksen = massan vaikutuksesta ja sovitettu käyttämään = säätöelementtiä siten, että arinalle asetetun polttoainepanoksen

E 25 massan vähentyessä toisioilmarajoitin sulkeutuu rajoittaen 2 toisioilman virtausta tulipesään. 3 > Tällä järjestelyllä säätömekanismi voidaan sovittaa olemassa oleviin tulisijoihin. Tavanomainen arina voidaan korvata järjestelyllä, jonka edut vastaavat edellä kuvatun tulisijan etuja.

Keksintö koskee myös menetelmää tulisijan toisioilman syöttöön.

Menetelmässä 5 — 80 kW polttoainetehoisen tulisijan toisioilman syötössä, jossa tulisijassa arinalla poltetaan kiinteätä polttoainetta ja ensiöilmaa johdetaan arinan läpi ja toisioilmaa suoraan arinan yläpuolelle, toisioilmaa säädetään arinalle asetettuun polttoainepanokseen kohdistuvan painovoiman perus- teella.

Tällä menetelmällä tulisijan toisioilman syöttöä voidaan säätää polttotapahtuman aikana polttoainepanoksen massan muuttuessa, millä pystytään pienentämään tulisijan päästöjä ja parantamaan tulisijan hyötysuhdetta.

Keksintöä kuvataan seuraavassa yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisiin eräitä keksinnön sovelluksia kuvaaviin piirroksiin, joissa

Kuva la esittää erään keksinnön mukaisen tulisijan ilman etulevyä edestä tilanteessa, jossa polttoainepanoksen aiheuttama momentti suhteessa tukiniveleen on avannut cn 20 toisioilmakanavan, &

O Kuva 1b esittää erään keksinnön mukaisen tulisijan ilman = etulevyä edestä tilanteessa, jossa arinan päällä = olevien hiilien massa on niin pieni, että toisioil- a makanava on kiinni, 2 8 25 Kuva 2a esittää erään keksinnön mukaisen tulisijan ilman > etulevyä edestä viistosta oikealta ja ylhäältä toi- sioilmakanavan ollessa auki,

Kuva 2b esittää erään keksinnön mukaisen tulisijan ilman etulevyä edestä viistosta oikealta ja ylhäältä toi- sioilmakanavan ollessa kiinni,

Kuva 3a esittää erään keksinnön mukaisen tulisijan ilman etulevyä edestä viistosta oikealta ja alhaalta toi- sioilmakanavan ollessa auki,

Kuva 3b esittää erään keksinnön mukaisen tulisijan ilman etulevyä edestä viistosta oikealta ja alhaalta toi- sioilmakanavan ollessa kiinni,

Kuva 4a esittää erään toisen keksinnön mukaisen tulisijan periaatepiirrosta tilanteessa, jossa toisioilmakanava on auki,

Kuva 4b esittää erään toisen keksinnön mukaisen tulisijan periaatepiirrosta tilanteessa, jossa toisioilmakanava on kiinni,

Kuva ba esittää erään kolmannen keksinnön mukaisen tulisijan ilman etulevyä edestä tilanteessa, jossa toisioil- makanava on auki, ja

S Kuva 5b esittää erään kolmannen keksinnön mukaisen tulisijan

N 20 ilman etulevyä edestä tilanteessa, jossa toisioil-

S makanava on kiinni.

S z Kuvissa la — 3b on esitetty keksinnön mukaisen tulisijan 10

N ensimmäinen sovellusmuoto, joka on tässä tapauksessa saunan

S kiuas. Kiukaan tulipesää 12 rajoittaa tulisijan 10 rungon 14 sivut 2 25 141, takalevy 142 ja etulevy, joka on poistettu kuvissa. Tulipesän

N 12 alla on tuhkatila 16, joka muodostaa tuloilmakanavan 17.

Tulipesän 12 ja tuhkatilan 16 välissä on arina 20, joka käsittää tuloilma-aukkoja 21 (kuva 2a) ensiöilman johtamiseksi tuloil-

makanavasta 17 tulipesään 12. Arina 20 ulottuu tulisijan 10 takalevystä 142 tulisijan 10 etuseinään tulisijan 10 syvyys- suunnassa, mikä nähdään kuvissa 2a ja 2b. Tulipesän 12 yläosaa rajoittaa levyosa 49, jonka kiertämällä savukaasut pääsevät sivukanaviin 50, missä savukaasut lämmittävät epäsuorasti kivitilassa 180 olevia kiviä. Kuvissa la - 2a näkyvässä kivitilassa 180 on myös kansilla 191 peitetyt nuohousaukot sekä savupiipun liityntä 192.

Arinan 20 jatkeena on toisioilmarajoitin 22, joka toimii —säätöelementtinä 18 tulipesään 12 tuloilmakanavasta 17 pääsevän toisioilman säätämiseksi. Arinan 20, toisioilmarajoittimen 22 ja niiden välisen tukinivelen 26 muodostama kokonaisuus on muodostettu yhtenäisenä kiinteänä osana, joita on kaksi identtistä kappaletta, joista kukin muodostaa säätömekanismin 19. Säätömekanismit 19 on sovitettu toistensa suhteen tulisijan 10 pystysuuntaisen keskilinjan suhteen peilikuvina. Kuvissa 3a ja 3b nähtävä, toisioilmarajoittimen 22 ja tulisijan 10 sivun 141 väliin muodostettu toisioilmakanava 30 rajoittuu niin kutsuttuun ensimmäiseen päähän 31, joka sijaitsee toisioilmarajoittimen 22 reunan ja tulisijan 10 sivun 141 välille (kuvat 3a ja 3b), ja toiseen päähän 32, joka sijaitsee tukinivelen 26 ja tulisijan 10

S rungon 14 sivun 141 välillä. Tulisijan 10 molemmille sivuille on

N muodostettu identtiset toisioilmakanavat 30.

S

N Sekä ensiö- että toisioilma kulkevat tulipesään 12 ja palavaan

I 25 massaan arinan 20 alla olevan tuhkatilan 16 muodostaman

N tuloilmakanavan 17 kautta. Näin ollen tuhkatilan 16 luukkua

S säätämällä käyttäjä voi säätää sekä ensiö- että toisioilman 2 virtausta.

Kuvassa la tulipesään 12 on ladattu arinan 20 päälle poltto- ainepanos 60, jonka massa voi olla esimerkiksi noin 3 kg.

Toisioilmarajoittimet 22 muodostavat käyttöasennossa vaakatason suhteen kallistetun pinnan, joka ohjaa polttoainepanoksen 60 arinan 20 päälle, jolloin polttoainepanos 60 ainakin osittain tukkii arinan 20 tuloilma-aukkoja 21 rajoittaen ensiöilman syöttöä. Tässä tilanteessa polttoainepanokseen 60 ja arinaan 20 kohdistuva painovoima aiheuttaa säätömekanismin 19 kiertymisen tukinivelen 26 ympäri siten, että toisioilmarajoitin 22 liikkuu kohti tulipesän 12 keskustaa. Tämän seurauksena toisioilmaka- navan 30 ensimmäinen pää 31 avautuu, jolloin toisioilmakanavan 30 toisesta päästä 32 tuleva ilma pääsee kulkeutumaan toi- sioilmarajoittimen 22 ja toisioilmanohjaimen 24 välistä tulipesään 12. Toisioilmakanavien 30 ollessa täysin auki arina 20 voi tukeutua alapinnastaan tulisijan 10 rungon 14 tukiosaan 144. Vaihtoehtoisesti toisioilmarajoitin 22 voi tukeutua toisioilmanohjaimen 24 tukiosaan 241. Toisioilmanohjaimen 24 tarkoituksena on ohjata toisioilmakanavasta 30 tulevaa ilmaa kohti palotapahtumaa. Kuvissa 2a ja 3a nähdään toisioilmanoh- jaimen 24 tukiosien 241 väliin jäävä aukko 242, josta toisioilmaa syötetään tulipesään 12 toisioilmakanavan 30 ollessa auki.

Palotapahtuman alkuvaiheessa ilmaa syötetään tulipesään 12 sekä ensiökanavasta arinan 20 tuloilma-aukkojen 21 läpi palavan massan n alapuolelta että tulipesän 12 sivuilla olevien toisioilmaka-

S navien 30 kautta palavan massan yläpuolelle.

S Palotapahtuman edetessä polttoainepanoksen 60 massa pienenee, ja

S 25 palotapahtuman loppuvaiheessa panoksesta on jäljellä hiillos-

E patja 60’, mikä on esitetty kuvassa lb. Kun paloprosessi siirtyy 2 hiillospalovaiheeseen ja jäljellä olevan panoksen massa alittaa

S noin 0,5 kg:n rajan, toisioilmarajoittimen 22 säätömekanismiin > 19 kohdistama momentti suhteessa tukiniveleen 26 ylittää arinan 20 ja hiilloksen 60” yhdessä aikaansaaman momentin. Tällöin säätömekanismi 19 kiertyy tukinivelen 26 ympäri siten, että toisioilmarajoitin 22 liikkuu kohti tulisijan 10 rungon 14 sivua 141 ja rajoittaa toisioilman pääsyä tulipesään 12 sulkemalla toisioilmakanavan 30 ensimmäisen pään 31. Kuvassa lb esitetyssä hiillospalovaiheessa ilma kulkee pääasiassa arinan 20 tuloil- ma-aukkojen 21 muodostaman ensiöilmakanavan kautta hiillospatjan 60” läpi.

Lepotilassa ilman %polttoainepanosta toisioilmarajoitin 22 tukeutuu tulisijan 10 rungon 14 sivuun 141, jolloin toisioil- makanavan 30 ensimmäinen pää 31 on suljettu.

Tässä toisioilmakanavan 30 ensimmäisen pään 31 sulkeutumisella ei tarkoiteta täydellistä ilmatiiviyttä vaan toisioilmansyötön merkittävää rajoittamista (yli 95 %). Toisioilmarajoittimen 22 ja tulisijan 10 rungon 14 sivun 141 välille on edullista jäädä pieni välys myös toisioilmakanavan 30 ollessa suljettuna säätömekanismin 19 toimintavarmuuden takaamiseksi. Samaten arinan 20, joka ulottuu tulisijan 10 rungon 14 takalevystä 142 tulisijan 10 rungon 14 etuseinään tulisijan 10 syvyyssuunnassa, sivuille on edullista jäädä välys, jotta säätömekanismin 19 toiminta ei häiriinny esimerkiksi lämpölaajenemisen ja/tai arinan 20 ja tulisijan 10 rungon 14 tukiosan 144 väliin menevän en hiilloksen tai tuhkan toimesta. 2

LÖ Tulipesään 12 voidaan ohjata ilmaa myös tulipesän 12 luukussa = olevien rakojen kautta, jolloin luukun välittömässä läheisyy- = dessä saadaan aikaan puhdas palaminen, mikä vähentää lasisen,

E 25 läpinäkyvän luukun nokeentumista. Sitä kautta saatavan toi- 2 sioilman määrä on kuitenkin pieni suhteessa toisioilmakanavan 30 o kautta syötettyyn ilmaan. &

Tässä sovellusmuodossa on kyseessä 20 — 30 kW polttoainetehoinen tulisija. Arinan 20 pituus tulisijan 10 syvyyssuunnassa voi olla esimerkiksi 20 — 40 cm, edullisesti 25 - 35 cm, ja leveys arinan 20 reunan ja tukinivelen 26 välillä 5 — 20 cm, edullisesti 8 - 15 cm. Toisioilmarajoittimen 22 leveys toisioilmarajoittimen 22 ja tukinivelen 26 välillä voi olla esimerkiksi 10 - 30 cm, edullisesti 15 — 25 cm. Toisioilmarajoittimen 22 ja arinan 20 liitoskohdan etäisyys tulisijan 10 rungon 14 sivusta 141 voi olla esimerkiksi 1 - 5 cm, edullisesti 2 — 4 cm. Tulipesän 12 pituus syvyyssuunnassa voi olla esimerkiksi 20 — 50 cm, edullisesti 30 - 45 cm, leveys voi olla esimerkiksi 20 - 50 cm, edullisesti 25 - 40 cm, ja korkeus voi olla esimerkiksi 20 - 80 cm, edullisesti 30 — 70 cm.

Kuvissa 4a — 4b on esitetty periaatepiirroksena eräs keksinnön mukaisen tulisijan 10 toinen sovellusmuoto, joka käsittää yksiosaisen arinan 20. Arina 20 lepää ensimmäisestä päästään tulisijan 10 rungon 14 tukiosan 148 päällä ja toisesta päästään säätömekanismin 19 varren 29 päällä. Vaihtoehtoisesti säätö- mekanismeja 19 voi olla kaksi ja arina 20 voi levätä molemmista päistään erillisten säätömekanismien 19 päällä. Kun arinan 20 päälle ladataan polttoainepanos 60, arinaan 20 ja polttoai- nepanokseen 60 kohdistuva painovoima liikuttaa vartta 29 alaspäin. Tällöin säätömekanismi 19 kiertyy tukinivelen 26

S suhteen siten, että toisioilmarajoitin 22 liikkuu poispäin

N tulisijan 10 rungon 14 sivusta 141 avaten toisioilmakanavan 30

S (kuva 4a). Polttotapahtuman edetessä hiillospalovaiheeseen ja

S 25 polttoainepanoksen jäljellä olevan massan alittaessa valitun

E rajan toisioilmarajoittimen 22 systeemiin kohdistama momentti 2 suhteessa tukiniveleen 26 ylittää arinan 20 ja hiilloksen 60”

S yhdessä aikaansaaman momentin. Tällöin säätömekanismi 19 kiertyy > tukinivelen 26 ympäri siten, että toisioilmarajoitin 22 liikkuu kohti tulisijan 10 sivua 141 ja rajoittaa toisioilman pääsyä tulipesään 12 sulkemalla toisioilmakanavan 30. Hiillospalo-

vaiheessa ilma kulkee siten pääasiassa arinan 20 tuloil- ma-aukkojen 21 muodostaman ensiöilmakanavan kautta hiillospatjan 60” läpi (kuva 4b).

Kuvissa 5a — 5b on esitetty periaatepiirroksena eräs keksinnön mukaisen tulisijan 10 kolmas sovellusmuoto, joka käsittää jousien 200 varaan tuetun arinan 20 ja säätöelementin 18 muodostaman säätömekanismin 19. Kun arinan 20 päälle ladataan polttoainepanos 60, arinaan 20 ja polttoainepanokseen 60 kohdistuva painovoima puristaa jousia 200 kasaan, jolloin arina 20 ja toisioilmansäädin 22 liikkuvat alaspäin. Tällöin tulisijan 10 rungon 14 sivuissa 141 olevat toisioilmakanavat 30 avautuvat ja samanaikaisesti arinan 20 päällä oleva polttoainepanos 60 rajoittaa ensiöilman syöttöä (kuva 5a). Polttotapahtuman edetessä hiillospalovai- heeseen ja polttoainepanoksen 60 jäljellä olevan massan vähentyessä jousien 200 arinaan 20 kohdistama voima, joka on suunnaltaan vastakkainen painovoimaan nähden, nostaa arinaa 20 ja toisioilmarajoitinta 22 ylöspäin, jolloin toisioilmakanavat 30 sulkeutuvat. Tällöin ilma kulkee tulipesään 12 pääasiassa arinan 20 tuloilma-aukkojen 21 kautta hiillospatjan 60' läpi (kuva 5b). 0 Vastaavasti jousien 200 tilalla voidaan käyttää vastapainoa tai

S jousien 200 ja vastapainon yhdistelmää, mikä tuottaa arinaan 20

O ja säätöelementtiin 18 kohdistuvalle painovoimalle vastakkaisen

N voiman, jolloin säätömekanismi 19 toimii muutoin samalla tavoin

I 25 kuin kuvissa 5a - 5b esitetyssä sovellusmuodossa. a 2 Kuvissa 5a - 5b esitetyn hissityyppisen arinan 20 lisäksi arina o 20 voi olla myös saranoitu tai nivelletty siten, että arina

N kallistuu polttoaineen massan muuttuessa, jolloin säätömekanismi 19 toimii vastaavalla tavalla.

Eräässä keksinnön mukaisen tulisijan neljännessä sovellusmuo- dossa arina on sovitettu kiinteästi tulisijaan ja toisioilma- rajoittimeen yhdistyy arinan tuloilma-aukkojen läpi tulevat tapit, joiden päälle asetetun polttoainepanoksen massa liikuttaa tappien välityksellä toisioilmarajoitinta. Tarkemmin sanottuna tappien päälle asetettuun polttoainepanokseen kohdistuva painovoima aiheuttaa säätömekanismiin tukinivelen suhteen momentin, joka liikuttaa tappeja alaspäin, jolloin tappeihin sovitettu toisioilmarajoitin liikkuu ja toisioilmakanava avautuu. Polttotapahtuman edetessä hiillospalovaiheeseen ja polttoainepanoksen massan alittaessa asetetun rajan toisioil- marajoittimen säätömekanismiin kohdistama momentti suhteessa tukiniveleen ylittää polttoainepanokseen kohdistuvan paino- voiman aikaansaaman momentin. Tällöin säätömekanismi kiertyy tukinivelen ympäri siten, että tapit nousevat ylös ja toi- sioilmarajoitin sulkee toisioilmakanavan rajoittaen toisioilman pääsyä tulipesään.

Kiukaan ohella tulisija voi olla myös esimerkiksi takka, kamiina, liesi, leivinuuni tai vastaava käyttötarkoitukseen soveltuva tulisija.

O

N

O

N

LÖ

<Q

N

O

I a a

O

00

O

O

O oO

N

Claims (11)

PATENTTIVAATIMUKSET

1. Tulisija (10), johon kuuluu - tulipesä (12) polttoainepanosta (60) varten, = tuloilmakanava (17) tuloilman johtamiseksi tulipesään (12), - arina (20) polttoainepanoksen (60) tukemiseksi, jossa arinaan (20) kuuluu tuloilma-aukkoja (21) ensiöilman johta- miseksi tuloilmakanavasta (17) tulipesään (12), - toisioilmakanava (30) toisioilman johtamiseksi tulipesään (12) arinan (20) ohi ja - toisioilmarajoitin (22) sovitettuna muodostamaan säätöelementin (18) tulipesään (12) pääsevän toisioilman säätämiseksi sanottuun toisioilmakanavaan (30), tunnettu siitä, että - sanottu toisioilmarajoitin (22) on sovitettu liikkuvaksi n arinalle (20) asetetun polttoainepanoksen (60) massan vaiku- S tuksesta ja sovitettu käyttämään säätöelementtiä (18) siten, että N arinalle (20) asetetun polttoainepanoksen (60) massan vähen- © 20 tyessä toisioilmarajoitin (22) sulkeutuu rajoittaen toisioilman I virtausta tulipesään (12), ja a 2 - sanottu toisioilmarajoitin (22) on sovitettu arinan (20) O 8 jatkeeksi rajaamaan tulipesästä (12) sanotun toisioilmakanavan S (30) toisioilman johtamiseksi tuloilmakanavasta (17) tulipesään (12) ja sanottu säätöelementti (18) kuuluu toisioilmakanavaan (30) kuuluvaan ensimmäiseen päähän (31), ja lisäksi tulisijaan

(10) kuuluu tukinivel (26) sovitettuna toisioilmarajoittimeen (22) kuuluvaan reunaan sanottujen arinan (20) ja toisioilma- rajoittimen (22) välille arinan (20) tukemiseksi tulipesään (12) mahdollistaen ainakin toisioilmarajoittimen (22) kiertymisen tukinivelen (26) ympäri sanotun säätöelementin (18) liikutta- miseksi suhteessa tulipesään (12) toisioilman määrän säätä- miseksi automaattisesti kussakin palotilanteessa arinan (20) päällä olevan polttoainepanoksen (60) ja arinan (20) massan mukaan, jossa tukinivelen (26) ja tulipesän (12) välille muodostuu toisioilmakanavaan (30) kuuluvaan toiseen päähän (32) toisioilma-aukko toisioilman johtamiseksi tuloilmakanavasta (17) toisioilmakanavaan (30).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tulisija (10), tunnettu siitä, että sanotut toisioilmarajoitin (22) ja tukinivel (26) ovat kiinteästi liitetty arinaan (20) muodostaen toisioilman säätömekanismin (19).

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen tulisija (10), tunnettu siitä, että tulisijaan (10) kuuluu kaksi toisioilman säätöme- kanismia (19), joista kussakin säätömekanismissa (19) on sanotut arina (20), toisioilmarajoitin (22) ja tukinivel (26).

&

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 3 mukainen tulisija (10),

a. tunnettu siitä, että sanotulla arinalla (20) on ensimmäinen taso 7 ja toisioilmarajoittimella (22) toinen taso ja sanotut ensim- = mäinen taso ja toinen taso ovat erisuuntaisia toisioilmara- E 25 joittimen (22) muodostaessa käyttöasennossa vaakatason suhteen 2 kallistetun pinnan polttoainepanoksen (60) ohjaamiseksi arinan o (20) päälle.

&

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 4 mukainen tulisija (10), tunnettu siitä, että arinan (20) massa ja pituus suhteessa toisioilmarajoittimen (22) massaan ja pituuteen on sellainen, että toisioilmarajoittimen (22) tukinivelen (26) suhteen aiheuttama momentti on yhtä suuri kuin arinan (20) ja massaltaan - 30 %, edullisesti 8 — 20 % tulipesään (12) asetettavan 5 polttoainepanoksen (60) massasta olevan polttoainemäärän yhdessä aiheuttama, toisioilmarajoittimen (22) aiheuttaman momentin suhteen vastakkainen momentti tukinivelen (26) suhteen.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 2 - 5 mukainen tulisija (10), tunnettu siitä, että tukinivel (26) on muodostettu kahdesta erillisestä, toistensa suhteen välin päässä olevasta tu- kinivelestä (26), joiden välillä on sanottu toisen pään (32) toisioilma-aukko ja joiden välille kunkin toisioilman säätö- mekanismin (19) kierähdysakseli muodostuu.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 6 mukainen tulisija (10), tunnettu siitä, että sanottu toisioilmarajoitin (22) on sovitettu yhdessä toisioilma-aukon kanssa muodostamaan toisioilmakanavan (30) tuloilmakanavasta (17) tulipesään (12).

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 7 mukainen tulisija (10), tunnettu siitä, että tulisija (10) on kiuas. cn 20

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tulisija (10), tunnettu N siitä, että sanotut toisioilmarajoitin (22) ja tukinivel (26) S ovat arinasta (20) erillinen toisioilman säätömekanismi (19), 2 johon kuuluu lisäksi toisioilmarajoittimen (22) jatkeena E tukinivelen (26) toisella puolella oleva varsi (29), jonka päälle @ 25 sanottu arina (20) on sovitettu. 3 ko

10. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 9 mukainen tulisija (10), N tunnettu siitä, että tulisijan (10) polttoaineteho on 5 - 80 KW.

11. Menetelmä jonkin patenttivaatimuksen 1 - 10 mukaisen 5

—- 80 kW polttoainetehoisen tulisijan (10) toisioilman syötössä,

jossa tulisijassa (10) arinalla (20) poltetaan kiinteätä polttoainetta ja ensiöilmaa johdetaan arinan (20) läpi ja toisioilmaa suoraan arinan (20) yläpuolelle, tunnettu siitä, että toisioilman virtausta säädetään arinalle (20) asetettuun polttoainepanokseen (60) kohdistuvan painovoiman perusteella siten, että arinalle (20) asetetun polttoainepanoksen (60) massan vähentyessä tulisijaan kuuluva toisioilmarajoitin (22) sulkeutuu rajoittaen toisioilman virtausta tulipesään (12).

O Ql O N N <Q O I a a O © O O O O N