FI83159C - Foerfarande foer styrning av eltillfoerseln till en elektrisk bastuugn. - Google Patents

Description

1 83159

Menetelmä sähkökiukaan sähkönsyötön ohjaamiseksi Tämän keksinnön kohteena on menetelmä sähkökiukaan sähkönsyötön ohjaamiseksi, joka sähkökiuas on jaettu kah-5 teen erikseen lämmitettävään osaan: kivitilaan ja ilma-kanavaan, joihin on sijoitettu yksi tai useampia lämmi-tyselementtejä kivitilaan sijoitetun varaavan massan ja vastaavasti saunailman lämmittämistä varten.

Yllä kuvatunkaltainen sähkökiuas tunnetaan esimer-10 klksi FI-patenttijulkaisusta 66 532. Tällaisella kiuasra-kenteella kyetään saavuttamaan merkittäviä etuja erityisesti laitossaunoja ajatellen, kuten kyseisessä patenttijulkaisussa yksityiskohtaisesti selitetään. Koska tällaisessa kiukaassa kivitilan lämpötila kyetään pitämään jat-15 kuvasti suhteellisen korkeana, on tällaisella kiukaalla erittäin hyvä löylynantokyky myös saunan oltua pitkähkön ajan ilman kylpijöitä, jona aikana saunan lämpimänä pitäminen on siis edellyttänyt suhteellisen vähän energiaa. Tämä merkitsisi tavanomaisella kiukaalla kiuaskivien läm-20 pötilan laskua ja siten löylynantokyvyn heikkenemistä. Mainitun patenttijulkaisun mukaisen kiukaan ongelmana on kuitenkin se, että sen liitäntätehosta tulee suhteellisen ____ suuri, koska sekä ilmakanavaan että erityisesti kivitilaan joudutaan sijoittamaan teholtaan varsin suuret läm-25 mityselementit, jotta suuri kivitila saadaan lämpiämään haluttuun lämpötilaan mielekkäässä ajassa. Tämän seurauksena kiukaan kokonaisteho muodostuu suhteellisen suureksi eikä sitä juurikaan voida soveltaa pienehköissä saunoissa, kuten kerrostalo- tai pientalosaunoissa, vaikka täl-30 laisella rakenteella erityisesti kerrostalokäytössä voitaisiin saavuttaa selviä etuja erityisesti löylynantokyvyn kannalta.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena onkin tuoda esiin menetelmä yllä mainitun tyyppisen sähkökiukaan oh-35 jäämiseksi, jossa on onnistuttu eliminoimaan kiukaan suu- 2 83159 reen liitäntätehoon liittyvä ongelma kuitenkaan merkittävästi vaikuttamatta kiukaan ominaisuuksiin. Tähän on päästy keksinnön mukaisella menetelmällä, jolle on tunnusomaista, että aina jokin tai jotkin lämmityselementit 5 kytketään irti tai toimimaan osateholla, jolloin kiukaan kulloinkin ottama teho on aina pienempi kuin lämmitysele-menttien yhteenlaskettu teho. Tällainen ohjausmenettely mahdollistaa tehon siirron kiukaan eri osien välillä kulloinkin halutusta lämmitystavasta ja/tai saunassa vallit-10 sevista olosuhteista riippuen johtamatta suureen liitäntätehoon. Kiukaan ominaisuudet eivät kuitenkaan tällaisesta tehon vuorottelusta kiukaan eri osien välillä juurikaan huonone. Toisaalta pienemmästä liitäntätehosta on monia etuja. Esimerkiksi sulakekoko voidaan valita pie-15 nemmäksi ja selvitä siten pienemmillä tariffimaksuilla. Voidaan käyttää myös ohuempia kiukaan syöttöjohtoja. Täten keksinnön mukaisesti toimiva kiuas soveltuu käytettäväksi myös saneerauskohteissa, joissa kiuas voidaan nyt vaihtaa tehokkaammaksi ilman, että joudutaan uusimaan 20 kiukaalle tulevia johdotuksia.

Kiukaan jonkin lämmityselementin tai -elementti-ryhmän kytkeminen irti tai toimimaan osateholla on toteutettavissa hyvin monella tavalla ja tähän päästään jo pelkästään yhdellä vaihtokytkimellä, joka ohjaa tehon jo-25 ko kivitilan tai ilmakanavan lämrnityselementeille. Osate-hoja voidaan puolestaan saavuttaa joko lämmityselement-tien keski-näisiä kytkentöjä muuttamalla tai muuttamalla lämmityselementeille syötettyä virtaa tai jännitettä muulla tavoin, mikä on helposti toteutettavissa erilai-30 silla muuntaja- tai puolijohdekytkennöillä. Yksinkertaisen ratkaisun tarjoaa järjestely, jolle on tunnusomaista, että ainakin joko kivitilan tai ilmakanavan lämmityselementit on jaettu ainakin kahteen erikseen ohjattavissa olevaan elementtiryhmään. Tällöin haluttu toimin-35 ta on aikaansaatavissa näitä elementtiryhmiä ohjaavien 3 83159 termostaattien sopivalla rakenteella ja sijoittelulla.

Seuraavassa keksinnön mukaista menetelmää sähkö-kiukaan ohjaamiseksi kuvataan yksityiskohtaisemmin viitaten oheiseen piirustukseen, jonka kuvio esittää keksinnön 5 mukaisesti toimivan kiukaan esimerkinomaisen suoritusmuodon kytkentäkaavion.

Kuvion mukaisessa kytkennässä kiuas on jaettu kahteen erikseen lämmitettävään osaan kivitilaan 1 ja ilma-kanavaan 2, joihin on sijoitettu molempiin kuusi lämmi-10 tyselementtiä, jolloin kivitilassa sijaitsevat lämmitys-elementit 1A1, 1A2, 1A3, 1B1, 1B2, 1B3 ja ilmakanavassa lämmityselementit 2A1, 2A2, 2A3, 2B1, 2B2, 2B3. Kivitilaan 1 sijoitettuja lämmityselementtejä ohjataan kivitilaan sijoitetun varaavan massan lämpötilaan reagoivalla 15 termostaatilla 3. Sekä ilmakanavan että kivitilan lämmi-tyselementtien sähkönsyöttöä ohjataan lisäksi moninapai-silla releillä tai vastaavilla 4 ja 5 sekä kontaktoreilla 6 ja 7, joille on tuotu kolmivaiheinen syöttö Li, L2, L3. Kontaktorien 6 ja 7 ohjausvirta saadaan ohjausvirtapii-20 ristä, johon on sarjaan sijoitettu löylyhuoneen lämpötilaa vartioiva termostaatti 11, lämpötilanrajoitin 10, kellokytkin 9 ja sulake 8. Edelleen kytkentä käsittää kaksinapaisen kytkimen 12 kiukaan toimintatavan vaihtamiseksi. Yllä mainittujen eri releiden, kontaktorien ja 25 kytkimien samoin kuin termostaattien toimintaa tullaan kuvaamaan seuraavassa yksityiskohtaisemmin.

Kuviossa kiuas on esitetty esilämmitystilassa, silloin kun on valittu esilämmitystäpä, jossa ensin kuumennetaan kivitilan 1 varaava massa ja vasta sitten ryhdytään 30 lämmittämään löylyhuoneen ilmaa ilmakanavaan 2 sijoitetuilla lämmityselementeillä. Siten kuvion mukaisessa kyt-kentätilanteessa kaikki kivitilan 1 lämmityselementit 1A1 - 1A3 ja 1B1 - 1B3 saavat täyden tehon kivitilan lämpötilaa vartioivan termostaatin 3 koskettimien 3A, 3B ja 3C 35 kautta niiden ollessa liittyneinä vastaavasti vasta- 4 83159 koskettimiin 3A1, 3B1 ja 3C1. Näille koskettimille 3A, 3B ja 3C virta saadaan puolestaan kontaktorin 6 koskettimilta 6A, 6B ja 6C. Ilmakanavan 2 lämmityselementit 2B1 - 2B3 ovat myös toiminnassa täydellä teholla, koska kontaktorin 5 7 kärjet 7B, 7C ja 7D ovat suljettuina. Sen sijaan ilma- kanavan 2 lämmityselementit 2A1 - 2A3 ovat irti kytkettyinä, vaikka releen 5 koskettimet 5A, 5B ja 5C ovat suljettuina, koska näille koskettimille virta syötetään kivi-tilan lämpötilaa vartioivan termostaatin toisten kosketin-10 kärkien 3A2, 3B2, 3C2 kautta, jotka kuvion esittämässä kytkentätilanteessa eivät saa virtaa.

Kuvion mukaisessa kytkentätilanteessa siis kaikki kivitilan lämmityselementit ovat päällekytkettyinä ja samoin puolet ilmakanavan lämmityselementeistä. Jos kunkin 15 elementin tehoksi ajatellaan 1 kW on kiukaan teho siis tällöin 9 kW lämmityselementtien yhteenlasketun tehon ollessa 12 kW. Tällaista esilämmitystä voidaan käyttää silloin, kun halutaan saada kiuas tilaan, jossa sen löylyn-antokyky on hyvä heti saunomista aloitettaessa.

20 Kivitilan varaavan massan lämmetessä haluttuun läm pötilaan termostaatti 3 toimii. Tämä termostaatti 3 on muodostettu kaksiportaiseksi siten, että ensin sen koskettimet 3A ja 3C vaihtavat kytkentätilaansa kytkeytyen vastakoskettimiinsa 3A2 ja 3C2. Tällöin kivitilaa lämmit-25 tävien lämmityselementtien kytkentä muuttuu siten, että niiden aikaisemmat kolmivaiheiset tähtikytkennät muuttuvat siten, että molemmista tähdistä putoaa yksi vaihe pois, jolloin jäljelle jääneet lämmityselementit kytkeytyvät sarjaan syöttöjännitteen kahden vaiheen väliin. 30 Tällöin siis lämmityselementit AI ja B3 tulevat virrat-tomiksi ja lämmityselementit 1A2 ja 1A3 kytkeytyvät sarjaan ja vastaavasti lämmityselementit 1B1 ja 1B2 kytkeytyvät sarjaan. Tällöin kunkin toiminnassa olevan läm-mityselementin teho tulee olemaan 3/4 nimellistehostaan 35 eli kokonaisuutena kivitilan lämmitysteho on pudonnut 5 83159 puoleen alkuperäisestä. Jos siis lämmitysteho kaikkien lämmityselementtien ollessa kytkettyinä oli kivitilassa 6 kW on se nyt 3 kW. Termostaatin 3 vaihtokytkimien 3A ja 3C kytkeydyttyä nyt vastakoskettimiinsa 3A2 ja 3C2 saavat 5 myös ilmakanavan 2 lämmityselementit 2A2 ja 2A3 jännitteen, jolloin ne kytkeytyvät keskenään sarjaan kahden vaiheen väliin, jolloin niiden teho tulee olemaan 3/4 ni-mellistehostaan eli jos vastusten nimellisteho on 1 kW niin vastusten 2A1 ja 2A3 yhteiseksi tehoksi muodostuu nyt 10 1,5 kW ja täten ilmakanavan kokonais tehoksi 4,5 kW. Osa kivitilan lämmitystehosta on tällä tavoin saatu siirrettyä löylyhuoneen ilman lämmitykseen.

Kivitilan varaavan massan lämmetessä edelleen katkaisee myös termostaatin 3 toinen porras, jolloin myös 15 kosketin 3B kytkeytyy vastakoskettimeensa 3B2. Tällöin ilmakanavan 2 kaikki lämmitysvastukset saavat täyden tehon, jolloin ilmakanavan lämmitystehoksi muodostuu ajatellussa esimerkkitapauksessa siis 6 kW. Vastaavasti kivitilan toinen lämmityselementtiryhmä eli lämmityselemen-20 tit 1A1 - 1A3 kytkeytyvät täysin irti ja ainoastaan lämmityselementit 1B1 ja 1B2 ovat virrallisia niiden yhteisen tehon ollessa edelleen 1,5 kW. Koska löylyhuoneen ilmatilaa nyt lämmitetään maksimaalisella teholla on varsin pian seurauksena, että löylyhuone saavuttaa halutun 25 lämpötilansa, jolloin kaksiportaisena toteutettu termostaatti 11 aloittaa toimintansa. Ensin avautuu termostaatin 11 kosketin 11A, jolloin rele 7 päästää, minkä seurauksena lämmityselementit 2B1 - 2B3 kytkeytyvät irti. Lämpötilan edelleen kohotessa avautuu myös termostaatin 11 30 kosketin 11B, jolloin koko kiukaan teho kytkeytyy irti.

Yllä kuvatussa keksinnön mukaisen kiukaan käyttötavassa on ensisijaisena tarkoituksena pitää kivitilan varaava massa mahdollisimman kuumana ja huolehtia löyly- huoneen halutusta lämpötilasta ilmakanavan lämmitysele- 35 menttejä ohjaamalla. Keksinnön mukaiseen kiukaaseen sovi- 6 83159 tettu kytkin 12 tarjoaa myös vaihtoehtoisen mahdollisuuden ylläkuvatulle menettelylle eli siis mahdollisuuden lämmittää ensin löylyhuoneen ilmaa ja vasta sen jälkeen kivitilan varaavaa massaa. Tällä tavoin sauna saadaan läm-5 piämään erittäin nopeasti. Tällainen käyttötapa saattaa hyvinkin tulla kyseeseen silloin, kun saunassa halutaan saunoa lyhytaikaisesti eikä kiukaan löylyantokykyä pidetä tällaisessa pikaisessa saunomisessa merkittävänä.

Jos kytkin 12 suljetaan, niin rele 4 vaihtaa kos-10 kettimiensa tiloja siten, että koskettimet 4A ja 4B avautuvat ja koskettimet 4C ja 4D sulkeutuvat. Tuloksena on tällöin, kun kivitilaa ja ilman lämpötilaa vartioivien termostaattien 3 ja 11 oletetaan olevan kylmää kiuasta vastaavassa, eli kuviossa esitetyssä kytkentätilassaan, 15 että ilmakanavan 2 lämmityselementit 2Ai - 2A3 ja 2B1 -2B3 saavat kaikki täyden tehon ja kivitilan 1 lämmitys-elementit 1A2 ja 1A3 ja vastaavasti 1B1 ja 1B2 kytkeytyvät sarjaan kahden vaiheen väliin, jolloin kivitilan ko-konaislämmitystehoksi tulee 3 kW vastusten nimellistehon 20 ollessa 1 kW. Täten siis löylyhuoneen ilmaa lämmitetään maksimaalisella tehollaan ja kivitilan varaavaa massaa ainoastaan puolella maksimitehostaan.

Seurauksena löylyhuoneen ilmatilan maksimitehoi-sesta lämmityksestä termostaatin 11 kosketin 11A avautuu 25 löylyhuoneen saavutettua asetetun lämpötilansa, jolloin kaikki ilmakanavan 2 lämmityselementit kytkeytyvät irti. Koska kivitilan lämpötilaa vartioiva termostaatti 3 ei kuitenkaan vielä ole lainkaan toiminut, kytkeytyy tällöin täysi teho kaikkiin kivitilan lämmityselementteihin. Jos 30 löylyhuoneen lämpötila edelleen kohoaa niin, että myös termostaatin 11 kosketin 11B avautuu, niin kaikki kiukaan lämmityselementit kytkeytyvät irti. Vaihtoehtoisesti saattaa löylyhuoneen lämpötila laskea siten, että myös termostaatin 11 kosketin 11A sulkeutuu, jolloin ilmakana-35 van 2 lämmityselementeille kytkeytyy täysi teho ja kivi- 7 83159 tilan lammityselementtien teho putoaa puoleen. Talia tavoin kiukaan lämpeneminen jatkuu, kunnes myös termostaatti 3 aloittaa toimintansa.

Yllä kuvatussa jälkimmäisessä toimintatilassa, jos-5 sa siis kytkin 12 on suljettuna, saavutetaan erittäin nopea löylyhuoneen lämpeneminen, mutta toisaalta löylyhuoneen saavutettua halutun lämpötilansamyös kivitilaa lämmitetään täydellä teholla.

Kuten yllä esitetystä ilmenee kyetään keksinnön 10 mukaisen kiukaan avulla aikaansaamaan hyvinkin monipuolisia kytkentämahdollisuuksia ja pitämään löylyhuone ja myös kiukaaseen sijoitettu varaava massa halutussa lämpötilassa riippumatta siitä miten kauan kiuas mahdollisesti joutuu olemaan käyttämättömänä. On ymmärrettävää, että 15 sopivien kuviossa esitettyjä kytkentäjärjestelyjä vastaavien järjestelyjen avulla voidaan saavuttaa myös tilanne, jossa kumpaakaan kiukaan osista siis ilmakanavaa tai kivitilaa ei priorisoida yllä esitetyn mukaisesti vaan niitä molempia lämmitetään suhteellisen tasapainoisesti.

20 Vaikka tällainen toimintavaihtoehto on lisättävissä keksinnön mukaiseen kiukaaseen, ei sen avulla kuitenkaan saavuteta niitä aikaisemmin tunnettuun nähden merkittäviä etuja kuin mitä yllä kuvatuilla kytkentävaihtoehdoilla. Oleellisimmaksi keksinnön mukaisen kiukaan sähkönsyötön 25 ohjausmenetelmän eduksi nimittäin muodostuu se, että lämmitystehoa voidaan siirtää joko kiukaan varaavan massan tai löylyhuoneen ilman lämmittämiseen kasvattamatta kuitenkaan kiukaan kokonaistehoa. Täten kiukaasta saadaan nopeasti lämpeävä ja kuitenkin löylynantokyvyltään erit-30 täin hyvä.

Yllä keksinnön mukaista menetelmää sähkökiukaan sähkönsyötön ohjaamiseksi on kuvattu vain yhden esimerkinomaisen kytkentäkaavion avulla ja on ymmärrettävää, että keksinnön mukaista ajatusta kiukaan eri osiin sijoi-35 tettujen lämmityselementtien tehon ohjaamisesta, porras- β 83159 tamisesta tai niiden ryhmittelemisestä erikseen ohjattavissa oleviin ryhmiin voidaan soveltaa myös muunkinlai-sen kytkentäkaavion omaaviin kiukaisiin poikkeamatta kuitenkaan oheisten patenttivaatimusten määrittelemästä suo-5 japiiristä.

Claims (3)

9 83159

1. Menetelmä sähkökiukaan sähkönsyötön ohjaamiseksi, Joka sähkökiuas on jaettu kahteen erikseen lämmitet-5 tävään osaan: kivitilaan (1) ja ilmakanavaan (2), joihin on sijoitettu yksi tai useampia lämmityselementtejä (1A1, 1A2, 1A3, 1B1, 1B2, 1B3, 2A1, 2A2, 2A3, 2B1, 2B2, 2B3) kivitilaan (1) sijoitetun varaavan massan ja vastaavasti saunailman lämmittämistä varten, tunnettu siitä, 10 että aina jokin tai jotkin lämmityselementit kytketään irti tai toimimaan osateholla, jolloin kiukaan kulloinkin ottama teho on aina pienempi kuin lämmityselementtien (1A1, 1A2, 1A3, 1B1, 1B2, 1B3, 2A1, 2A2, 2A3, 2B1, 2B2, 2B3) yhteenlaskettu teho.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ainakin joko kivitilan (1) tai ilmakanavan (2) lämmityselementit on jaettu ainakin kahteen erikseen ohjattavissa olevaan elementtiryhmään (IA, IB, 2A, 2B).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kiuas käsittää kytkimen (12) sen kiukaan osan (1, 2), lämmityselementin tai -element-tiryhmän valintaa varten, jota lämmitys aloitettaessa syötetään täydellä teholla. 25 10 831 59