FI90724C - Sähkökiuas - Google Patents

Description

90724

SÅHKOKIUAS

Keksinnon kohteena on såhkokiuas, joka kåsittåå låmpoeristetyn ulkovaipan, joka ympårdi låmpoå varaavaa massaa sisåltåvåå 5 kivitilaa ja yhden tai useaxnpia såhkovastuksia sovitettuina kivitilaan låmpoå varaavan massan kuumentamiseksi ja johon såhkokiukaaseen kuuluu vålineet ilmavirtausyhteyden aikaansaami-seksi kivitilan ja kiukaan sijoitustilan vålille låmmon siirtå-miseksi kivitilasta kiukaan sijoitustilaan tai vaihtoehtoisesti 10 eriståmåån nåmå toisistaan varaavan massan kuumentamiseksi.

Usein såhkokiukailla on huonot loylyominaisuudet. Sauna joudu-taan låmmittåmåån liian kuumaksi, koska alemmassa låmpotilassa ei loylynantokyky riitå. Toisaalta taas låmpenemisaika saattaa 15 olla liian pitkå.

Suomalaisessa patenttihakemuksessa 875786 on esitetty erås varaavalla massalla ja låmpoeristetyllå ulkovaipalla varustettu såhkokiuas, joka on ns. "hetivalmis"-kiuas. Tållaisessa kiukaas-20 sa pienitehoinen vastus pystyy kuumentamaan kivitilan niin kuumaksi, ettå avattaessa kiukaaseen kuuluva kansi, jolloin syn-tyy ilmavirtausyhteys kivitilan ja saunatilan vålillå, saunatila saadaan låmmitettyå nopeasti saunoroislåmpotilaan ja saunominen voi alkaa låhes vålittomåsti.

25

Huolimatta 100 kg kivimassastaan tållainen kiuas on varustettu suuritehoisilla vastuksilla, koska saunomisen yhteydesså mainittu pienitehoinen vastus ei riitå pitåmåån kivien låmpo-tilaa riittåvån korkeana eikå kivimassaa voida enåå suurentaa.

30 Kiuas on jo nyt varsin suurikokoinen. Kivitilan låromittåmiseen tarkoitettu vastus ns. "rouhimisvastus" voi olla ainoastaan esim. 300 W, kun kiukaan normaalit termostaattiohjatut vastukset ovat yhteenså 6 kW.

35 Nåmå'-kiukaan normaa li vastukset vaativat kolmivaiheisen såhkon-syoton våhintåån 10 ampeerin sulakkeilla ja usein 16 ampeerin sulakkeilla. Mikåli kiukaasta haluttaisiin tehdå perinteinen, puulåmmitteistå, varaavaa kiuasta vastaava kiuas, kivitilaa jouduttaisiin kasvattamaan huomattavasti nykyiseståån. On 40 selvåå, ettå 200 - 500 kg:n kivimåårå pystyisi varaamaan 2 normaalissa saunomisessa tarvittavan energian, mutta tållainen kivimåårå ei ole enåå kåytånnollinen nykyisisså såhkokiukaissa.

Kaikki tunnetut såhkokiuastyypit vaativat edellå mainitun useam-5 man kilowatin tehon. Koko talon såhkonsyotto tåytyy suunnitella såhkokiukaan suuren hetkellisen tehontarpeen mukaan. Pååsulak-keet, talojen syottojohdot ja muuntajat joudutaan mitoittamaan tåmån lyhytaikaisen huippukuorman keståviksi. Usein såhkokeskuk-siin joudutaan asentamaan såhkolåmmityksen vuorottelujårjestel-10 må, joka katkaisee jotain muuta kuormaa pois pååltå, kun kiuas kytketåån påålle.

Såhkokiukaalla kylpeminen ajoittuu useimmilla kåyttåjillå samaan vuorokauden aikaan. Suomessa on yli 500.000 såhkosaunaa. Joka 15 ilta on yhtå aikaa påållå noin 100.000 saunaa. Energian tarve yhdelle saunomiselle on noin 8 kWh. Kahden tunnin ajalla valta-kunnanverkosta otetaan siten noin 800.000 kWh. Såhkokiukaiden kuormituksesta johtuva tehontarve nostaa voimakkaasti ilta-ajan tehontuotantoa epåedullisen suureksi.

20

Edellå olevista tunnettujen såhkokiukaiden puutteista voidaan johtaa uuden hyvån kiukaan ominaisuudet, joita ovat: - heti kylpykunnossa 25 - pieni tehontarve hyvåt loylyominaisuudet alhaisissa låmpotiloissa yksinkertainen kytkentå såhkoverkkoon - tehonoton tapahduttava pååosin yollå

- kohtuullisen kokoinen SO

Tåmån keksinnon tarkoituksena on aikaansaada uudenlainen varaava såhkokiuas, jossa edellå mainitut tavoitteet saavutetaan. Keksinnon mukaisen såhkokiukaan tunnusmerkilliset piirteet on esitetty patenttivaatimuksessa 1. Tyypillisesti faasinsa muutta-35 va massa on jotain sulavaa massaa, edullisesti alumiinia, joka varastoi sulamislåmpoonså saunomisessa tarvittavaa låmpoener-giaa. Kyseeseen saattaa tulla myos erilaisiin kiderakenteiden muutoksiin tai palautuvaan kemialliseen reaktioon liittyvå faasimuutoslåmpoenergia. Keksinnon avulla pienikokoiseen kiukaa- 90724 3 seen voidaan mahduttaa aikaisempiin varaaviin kiukaisiin verrat-tuna valtava låmpoenergiavarasto. Varaavan nassan låmposisålto saadaan kåytånnollisillå mitoilla niin suureksi, ettå suurite-hoisesta vastuksesta voidaan luopua kokonaan ja jåttåå ainoas-5 taan pieni jatkuvasti påållå oleva vastus. Tunnetusta tekniikas-ta poiketen tållaiselle kiukaalle riittåå yksivaiheisena liitet-ty pienitehoinen vastus. Edullisesti sulavana massana kåytetty alumiini sijoitetaan teråsastiaan, jonka sisåpinta vuorataan liukenemisen eståvållå materiaalilla. Tållaisia ovat korkeaa 10 låmpotilaa keståvå kuitusukka, lasiputkilo tai keraaminen vuoraus. Kåytånnosså saunomisen tapahduttua ilta-aikaan varaavan massan lataaminen tapahtuu suurilta osin yoaikaan.

Muut keksinnon edut ja sovellutusmuodot kåyvåt ilmi jåljempånå.

15

Seuraavassa keksintoå kuvataan viittaamalla oheisiin kuviin, jotka esittåvåt keksinnon eråitå sovellutusxnuotoja.

Kuva 1 esittåå sulavaan massaan låmpoå varastoivaa såhko-20 kiuasta.

Kuva 2 on poikkileikkaus kuvan 1 kohdasta II-II.

Kuva 3 esittåå eråstå toista sulavan massan sijoitusjårjes-telyå kiukaassa.

25 Kuviossa 1 on esitetty keksinnon mukaisen kiukaan poikkileikkaus kansi avattuna. Se kåsittåå ulkovaipan 1, joka on oleellisesti kauttaaltaan låmpoeristetty. Tåhån ulkovaippaan kuuluu osana avattava kansi 2. Låmpoeristetty ulkovaippa 1 ympåroi oleellisen tiiviisti kivitilaa 3 myos sivuilta ja osittain pohjasta. Kivi-30 tilan 3 keskelle pystyasentoon on sijoitettu lieriomåinen astia 5, jonka sisålle kuuluu sisempi lieriomåinen kanava 10 såhkovas-tuksineen 4. Astia 5 muodostuu lierioiden vålisestå tilasta, joka on tåytetty alumiinilla 6. Astian 5 ympårillå oleva kivi-tila 3 on tåytetty tavallisella varaavalla massalla, kuten 35 esimerkiksi kiuaskivillå 8. Tåsså voidaan kåyttåå myos synteet-tisia, esimerkiksi keraamisia kiuaskiviå.

Ilmakanavan 10 alapååhån kuuluu venttiili 9, jolla voidaan sååtåå ilman låpivirtausta ja joka voidaan yhdiståå termostaat- 4 tivålineisiin. Ilmavirtauskanavan ylåpuolelle valin pååhån sen ylåpååstå kuuluu suojalevy 13, joka eståå heitetyn loylyveden joutmnasta tåhån kanavaan. Kiukaan alaosaan kuuluu kytkinkotelo, såhkoliitåntojå ja termostaattikytkimiå vårten.

5

Kuvan 2 poikkileikkauksessa nåhdåån sisåkkåisistå lierioistå muodostuva kiukaan rakenne, jossa sisimpånå ilmavirtauskanava 10 ja sen sisåltåmå vastus 4.

10 Edellå mainittu alumiini tai sen seos on varsin ihanteellinen aine lånunon varastointiin. Alumiinin sulamislåmpo on suuri (Qs * 400 kJ/kg). Lisåksi alumiinin ominaislåmpokapasiteetti on varsin korkea (Cp = 900 J/kgC). Myos alumiinin sulamispiste on erittåin edullinen. Seoksesta riippuen 550 - 660* C. Alumiinin 15 ominaispaino on 2,7 kg/1. Nåmå hyvåt ominaisuudet hyodynnetåån edellå kuvatunkaltaisessa kiukaassa. Alumiini sulatetaan pieni-tehoisella vastuksella ja pidetåån sulana vakiolåmpotilassa. Saunaa låmmitettåesså ja kylvettåesså sula alumiini luovuttaa energiaa jåhmettyessåån ja edelleen jååhtyessåån.

20

Alumiinisåilion sisåltåmåstå låmpoenergiasta osa kåytetåån saunan peruslåmpotilan nostamiseksi halutulle tasolle. Såilioon jåljelle jåånyt energiamåårå kåytetåån kiuaskivien låmpotilan yllåpitåmiseksi, jotta voidaan heittåå haluttu måårå loylyå. 25 Tåmån tehokkaan lånunon varastointitavan johdosta on mahdollista rakentaa pienikokoinen ja yhtå saunomiskertaa ajatellen riit-tåvån suuren låmpoenergiamåårån varastoiva kiuas (10 kWh »36 MJ) . Kiukaan varaavien massojen yhteinen tilavuus voi olla 30 esimerkiksi: alumiinilla tåytetty såilio 10 1 = 27 kg alumiinia kivitila 23 1 * 30 kg kiuaskiviå.

Yhteinen tilavuus on siten 33 1, kun se edellå mainitussa tunnetussa "hetivalmis"-kiukaassa on noin 70 1.

35

Kuvassa 3 on esitetty erås muunnos kuvien 1 ja 2 sovellutus-muotoon nåhden. Nåiden tapaan vastaavat osat on merkitty samoilla viitenumeroilla, kuten ulkovaippa 1, kivitila 3, såhkovastus 4 ja alumiiniroassa 6. Ilmakanavaa 14 merkitåån tåsså 90724 5 viitenumerolla 14. Tåsså kåytetåån useita kehålle asetettuja astioita 12, jo tka muodostavat sisållenså sanotun ilmavirtaus-kanavan 10. Vastus 4 on tåssåkin asetettu tåhån kanavaan. Astiat 12 muodostetaan tåysin tiiviiksi ja niihin jåtetåån pieni 5 paisuntatila, vaikka kokeiden mukaan mahdolliset låmpolaajenemi-serot eivåt aiheuta ongelmia. Sen sijaan on tårkeåtå vuorata teråsastian sisåpinta sopivalla tavalla, jotta sula aluxniini ei pååse liuottamaan teråksistå astiaa.

10 Es inter kkikiukaan kokonaisvarauskapasiteetti saadaan seuraavasti.

Låmpoeristetyn ulkovaipan sisålle on edellå olevan mukaisesti asetettu 10 l:n eli 27 kg:n alumiinisailio 30 kg:n kivimassan sekaan. Tålloin alumiinin sulamislåmpoenergia on 3 kWh ja tåmån jååhtymislåmpoenergia 700*:sta 200*:een on noin 3,4 kWh. Kivi-15 massan jååhtyminen 600*:sta 200*: een (keskimåårin) antaa låmpo-energiaa noin 2,7 kWh ja rakenteet 1 kWh, jolloin kiukaan koko varauslåmpo on yhteenså noin 10 kWh. Tåmån lisåksi kiuas on varustettu edullisesti 1000 W:n vastuksella, joka låmpoteho saadaan myos saunomisen ajan. Kåytettåvisså on siten kahden 20 tunnin aikana noin 12 kWh låmpoenergiaa, mikå riittåå reilusti tavallisen perheen saunomiseen. Tarvittaessa vastus varustetaan ylikuumenemissuojalla. Tållaisena toimii myos termostaattivåli-neet, joilla astia 5 tai kivitila 3 pyritåån pitåmåån vakiolåm-potilassa.

25

Tavallisessa 7 m3:n saunassa kåytetåån nonnaalisti 6 kW:n kiuasta. Tållaisessa tilassa keksinnon mukainen varaava kiuas pystyy pitåmåån normaaleja saunomisolosuhteita edellå olevan mukaisesti kahden tunnin ajan, vaikka kiuasta kuormitetaan 30 jatkuvalla loylyn heitolla. Tavallisesti kiuasta ei kuitenkaan kuormiteta nåin pal jon, jolloin kiuas pystyy antamaan normaalit saunomisolosuhteet useiden tuntien ajan.

Saunomisen jålkeen 1000 w vastus kiukaan yhteydesså alkaa 3.5 låmmittåå uudelleen varaavaa massaa ja sulattaa jåhmettyneen alumiinimassan. Tållaisen kiukaan varautuminen tåyteen keståå tåysin tyhjåstå tilasta 11 - 12 tuntia. Vastuksen tehoa voidaan edelleen pienentåå. 500 W låmmitysteho sallisi edelleen påivit-taisen saunomisen.

6

Julkaisussa Journal of Engineering for Industry, 8/1975 ss. 893-896, "Thermal Energy Storage and Control";Schroder esitellåån erilaisia suoloja ja niiden seoksia. Esimerkiksi LiF/MgF2-seokset tarjoavat eråitå vaihtoehtoja alumiinille. Nåillå on 5 mahdollista saavuttaa parempi låmmon varastointikapasiteetti kuin alumiinilla.

Claims (10)

90724 7

1. Såhkokiuas, joka kåsittåå låmpoeristetyn ulkovaipan (1), joka ympåroi låmpoå varaavaa massaa sisåltåvåå kivitilaa 5 (3) ja yhden tai useampia såhkovastuksia sovitettuina kivitilaan låmpoå varaavan massan (6,8) kuumentamlseksi ja johon såhko-kiukaaseen kuuluu (2,9) vålineet ilmavirtausyhteyden aikaan-saamiseksi kivitilan ja kiukaan sijoitustilan vålille låmmon siirtåmiseksi kivitilasta (3) kiukaan sijoitustilaan tai 10 vaihtoehtoisesti eriståmåån nåmå toisistaan varaavan massan (6,8) kuumentamiseksi, tunnettu siitå, ettå osa varaavasta massasta (6) on sanotun kuumennuksen vaikutuksesta faasinsa muuttavaa massaa sitoen ja luovuttaen saunomiseen kåytettåvåå energiaa faasimuutoslåmpoå hyvåksikåyttåen. 15

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen såhkokiuas, tunnettu siitå, ettå faasinsa muuttava massa (6) on sijoitettu yhteen tai useampaan astiaan (5,12).

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen såhkokiuas, tunnettu siitå, ettå ainakin yksi astia (12) muodostuu kahden sisåkkåisen putken vålisestå tilasta ja såhkovastus (4) on sijoitettu sisemmån putken sisålle.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen såhkokiuas, tunnettu siitå, ettå kiukaaseen kuuluu useita lieriomåisiå astioita (12), jotka on asetettu kehålle ja nåiden keskelle on sijoitettu såhkovastus (4).

5. Patenttivaatimuksen 1-4 mukainen såhkokiuas, tunnettu siitå, ettå vastustila on muodostettu osaksi ilmavirtauskanavaa (10) ja se on asetettu pystysuuntaan.

6. Patenttivaatimuksen 2-4 mukainen såhkokiuas, tunnettu 35 siitå, ettå astia (5,12) on tåysin suljettu ja siihen on jåtetty pieni paisuntatila. 8

7. Patenttivaatimuksen 2-4 mukainen såhkokiuas, tunnettu siitå, ettå astiaan (5,12) kuuluu sisåvuoraus (11) astian materiaalin liukenemisen eståmiseksi sulavaan inassaan.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen såhkokiuas, tunnettu siitå, ettå astian sisåvuoraus (11) kåsittåå jonkin seuraavista: kuitusukka, lasiputkilo, keraaminen vuoraus.

9. Patenttivaatimuksen 1-8 mukainen såhkokiuas, tunnettu 10 siitå, ettå varaavaan massaan (6) kuuluu yksi tai useampi seuraavista materiaaleista: puhdas alumiini, alumiiniseos, suolaseos.

10. Patenttivaatimuksen 1-9 mukainen såhkokiuas, 15 tunnettu siitå, ettå låmpoeristettyyn ulkovaippaan (1) kuuluu avattava kansi (2) , joka aukaistuna luo sanotun ilmavirtausyh-teyden kivitilasta (3) sijoitustilaan. II 90724 9