NO319047B1 - Ovn for fast brensel - Google Patents

Abstract

En ovn for fast brensel, med sensor-styrte,. motordrevne justeringsmidler (30) for respektive forskjellige typer inntaksluft, og med en styringsenhet (32) som er programmerbar for selektiv styring av justeringsmidlene (30) for å optimalisere forbrenningen under ulike operasjonelle betingelser, spesielt under en opptenningsfase, en operativ fase med høy eller lav effekt, en gjenoppfyringsfase, og en utbrenningsfase.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en ovn som angitt i ingressen til krav 1.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en ovn for fast brensel, typisk for oppvarming av ett eller flere oppholdsrom, og ved å bruke ved og/eller briketter som brensel. Slike ovner kan bli konfigurert med ulike former for mer eller mindre regulerings av lufttilførselen, der det skilles mellom de følgende typer: A: Primærluft: Luft som fra en nedre inntaksåpning blir tilført til området nede under ovnens fyrrist som holder brenselet over en underliggende askeskuff, hvilken luft således blir trukket opp direkte gjennom brenselhaugen under virkning av en oppgående eller påbegynt forbrenning og relatert varmeutvikling i brenselet, henholdsvis av en pipetrekk etablert derigjennom med hensyn til sterk

tilførsel til ilden.

B: Sekundærluft: Luft som blir tilført brenselhaugen over fyringsristen, fortrinnsvis etter å ha gått gjennom et kanalsystem i ovnen for forvarming av denne luften,

med hensyn til moderat tilførsel til ilden, og

C: Tertiærluft: Luft som blir tilført den øverste delen av forbrenningskammeret med hensyn til å tilføre oksygen for å sikre at de gjenværende brennbare gassene blir brent opp, delvis for maksimal bruk av brenselet ved hjelp av ren forbrenning og delvis for å forebygge eksplosjonsfare.

Respektive luftinntaksåpninger er normalt tilveiebragt med spjeld som kan bli regulert Manuelt, og som brukeren, ved å følge instruksjonene, kan operere på en passende måte i ulike operasjonelle faser for ovnen, men det er imidlertid også kjent å la en eller flere av disse spjeldene bli styrt automatisk, basert på en bimetall-føling av forbrenningstemperaturen, d.v.s. med sikte på å oppnå en jevn forbrenning med den ønskede intensiteten.

Imidlertid er det også kjent å benytte en elektrisk servo-styring av reguleringsspjeldene for inntaksluft, ref. EP-A-0 604 388, avhengig av en føling av temperaturen til røykgassen, og også avhengig av en måling ved hjelp av en lambda-sensor av CO-innholdet i gassen. Det blir her ikke skilt mellom ulike lufttilførsler eller ulike operasjonelle situasjoner. Når eller etter at en ovn har brent ut, blir en fullstendig lukking av reguleringsspjeldet til inntaksluften utført, blant annet for å forhindre røykgasseksplosjon, og deretter blir spjeldet åpnet avhengig av en følt åpning av ovnsdøren for ny start av ovnen.

US-A-4,556,044 beskriver en ovn med innløp for både primær- og sekundærluft, og med et spjeld som kan bli stilt om mellom hensiktsmessige luftfordelinger med henholdsvis "sterk fyring", "normal forbrenning" og "lav forbrenning". Det blir gjort bruk av et spjeld som ved å bli stilt om virker samtidig på de to luftinntakene.

US 5666886 beskriver en ovn i hvilken det er tilveiebragt en forbrenningskontroll. En temperatursensor benyttes for å avgjøre når en forhåndsbestemt temperatur er nådd, hvoretter sensuren aktiverer en mekanisme, som regulerer ovnen, slik at den kan operere ved henholdsvis høy og lav fyring.

Imidlertid er det her karakteristisk at den relevante automatisk styringen refererer nøyaktig til den operative normale forbrenningen i ovnen, og ikke i det hele tatt til forholdene som oppstår i henholdsvis en opptennings-, en omfyrings- og en utbrenningssekvens, der de ideelle luftreguleringene er svært forskjellige fra forholdene under normal forbrenning. Det er nøyaktig av denne grunn at brukeren bør bli informert om hvordan spjeldene bør stå under disse spesielle fasene, men også med denne kunnskapen vil det være nærmest umulig for brukeren å operere spjeldene på en optimal måte når styringsparameterne innbefatter grenseverdier for forbrenningstemperaturen og for oksygeninnholdet i røykgassen.

I lys av det ovenfor nevnte, har man med oppfinnelsen gått til det spesielle skritt å innføre en dominerende, elektronisk og individuelt rettet styring av spjeldposisjonene ved en programmert styringsenhet med inntastingsfunksjon, som gjør det mulig for brukeren å informere styringsenheten om at det nå har blitt satt i gang en opptenning-eller gjenoppfyirngsfase, hvoretter det ved hjelp av sensorer tilkoblet for måling av temperaturen til, og muligens til oksygeninnholdet til røykgassen, styringsenheten vil være i stand til å styre lufttilførslene på optimal måte, også under opptennings-, gjenoppfyrings- og utbrenningsfasene.

I praksis vil dette åpenbare seg ved bruk av reguleringsspjeld som på en gjensidig uavhengig måte blir drevet av styrbare stepmotorer, og at det i forbindelse med ovnsinstallasjonen er tilveiebragt en operasjonsboks som for eksempel med inntastingsmidler i form av trykknapper gjør det mulig for brukeren å taste inntidspunktet for eller hendelsen av en faktisk opptenning i ovnen. Den samme operasjonsboksen kan ha taster for å skrive inn en ønsket arbeidstemperatur for ovnen, fortrinnsvis bare for enten "høy" eller "lav" effekt, og muligens et display som bekrefter for brukeren at ovnen nå opererer under "opptennings"- forhold eller normal operasjon, eller muligens i utbrenningstilstand. Det sistnevnte som et signal til brukeren om at ovnen må bli tilført nytt brensel hvis det er ønskelig å opprettholde brennfunksjonen. Denne informasjonen kan muligens bli fulgt av et akustisk alarmsignal som brukeren imidlertid bør være i stand til å deaktivere, for eksempel hvis det er ønskelig at ovnen med justert, relatert luftstyring skal brenne ut etter leggetid. På den andre siden, hvis brukeren velger å tilføre nytt brensel, kan styringsenheten bli tilført denne informasjonen med et enkelt tastetrykk, hvoretter luftstyringen gjennomgår en radikal endring for en gunstig opptenning av det nye brenselet.

Den dominerende styringsparameteren vil naturligvis være temperaturen, som blir best målt med en sensor plassert i pipen for røykgassutslipp, fortrinnsvis 15 til 20 cm oppe i pipen. Brukeren kan taste inn en ønsket forbrenningstemperatur, for eksempel 300° eller 400°, som henholdsvis tilsvarer nevnte "lave" og "høye" effekt, og hvis eller når det er fastslått via sensoren at temperaturen er lavere enn den ønskede verdi, må styringen bli styrt på svært ulike måter, avhengig av om dette er et resultat av en opptenningsfase eller en tilfeldig reduksjon i forbindelse med en allerede etablert forbrenningssekvens. Ved opptenning bør det således bli etablert en full lufttilførsel, mens det ved en operativ temperaturreduksjon bare bør bli utført en gradvis eller selektiv endring av kanskje bare en av luftinntakene. På denne måten vil det være relativt lett å programmere styringsenheten på en slik måte at den automatisk kan påvise om den ene eller andre situasjonen oppstår, siden det ved hjelp av sensoren selvfølgelig vil være mulig å registrere om det tidligere har oppstått en høyere eller lavere operasjonstemperatur eller om det oppstår en økning i en svært lav tenntemperatur, og på bakgrunn av dette, kan opptenningen muligens bli registrert på en helt automatisk måte. Imidlertid vil det gi et enda sikrere styringssignal hvis brukeren indikerer en opptenning med et inntastingssignal.

Ved opptenning og ved normal drift, er det de primære og sekundære lufttilførslene som er i fokus, bare styrt av røykgasstemperaturen. Under opptenningsfasen bør det primære luftspjeldet bli holdt fullstendig åpent i ca. 10 minutter, også etter at temperaturen til røykgassen har nådd opptil sin ønskede verdi på for eksempel 300 eller 400°, før dette spjeldet så blir regulert til en begrenset åpning på for eksempel 10 - 20% med det formål å etablere en gjennomoppvarming av ovnen. Etter disse ca. ti minuttene, og etter at den ønskede operasjonstemperaturen har blitt nådd, kan styringsenheten gi en total lukking av den primære luftstrømmen. Dette gjelder også de operative forholdene så vel som for utbrenning.

Spjeldet til sekundærluften må bli styrt på en slik måte at det ikke kan bli fullstendig lukket så lenge en forbrenning i det hele tatt kan finne sted i ovnen, ved at sekundærluften vil være ansvarlig for å opprettholde en minimal forbrenning, også under en utbrenningsfase når den primære luften er stengt av, og et lite inntak av luft vil forebygge eksplosjonsfare. Under opptenningsfasen må sekundærlutftilførselen være fullstendig åpen, mens det etter at en gjennombindings-oppvarming har blitt oppnådd, for eksempel etter nevnte 10 minutter, blir gjort en endring i den faktiske regulerings-operasjon nøyaktig ved hjelp av sekundærluften. Hvis det under operasjon blir gjort en endring fra "høy effekt" (400°) til "lav effekt" (300°), blir det gjort en ned-regulering, fortrinnsvis slik at ovnen blir regulert ned i trinn på for eksempel 10° pr. minutt, som vil gi et mer eller mindre jevnt fall i temperaturen.

I tilfellet "behov for brensel" eller under starten av en utbrenningsfase, for eksempel definert av en temperatuirntervall mellom 300° og 230°, bør sekundærluften bli fullt åpnet for optimal bruk av brenselet, slik at denne luften kan ha en så god som mulig tenneffekt på det nytilførte brenselet, mens det i en definitiv utbrenning, for eksempel definert av et temperaturområde mellom 230° og 50°, kan bli regulert ned til bare en litt åpen tilførsel for sekundærluft. Når ovnen har brent ut (T<50°), bør spjeldet bli fullstendig lukket.

Formålet med tertiærluften er å sikre en ren forbrenning, d.v.s. med lavt utslipp av karbonmonoksid og andre brennbare gasser. På en indirekte, men rimelig pålitelig og billig måte, kan dette bli registrert ved bruk av en oksygenstrømningsmåler av lambda-sonde typen, ved at det for eksempel har blitt funnet ut at forbrenningen er ren når det ved en røykgasstemperatur på 400° er et oksygeninnhold i røykgassen på mer enn 9%, mens den tilsvarende verdien ved 300° er 12%. Hvis oksygeninnholdet blir større eller mindre må en regulering av tertiærluften bli gjort henholdsvis opp og ned. Under opptenningen må lufttilførselen være maksimal, mens "behov for brensel" eller start av en utbrenning (230°<T<300°), kan operasjon finne sted med en kravstyring basert på informasjonen fra lambda-sonden. Når ovnen har brent fullstendig ut, og med en kald ovn, bør tilførselen være stengt.

Ovnen i henhold til oppfinnelsen er kjennetegnet ved trekkene angitt i karakteristikken til krav 1.

Fordelaktige utførelsesformer fremgår av de uselvstendige krav.

I det følgende blir oppfinnelsen forklart mer detaljert med henvisning til tegningen, der Figur 1 viser et prinsipielt tverrsnitt av en ovn med tilknyttet styringsutstyr i henhold til oppfinnelsen, og Figur 2 er et styringsdiagram som viser sekvensen til spjeldposisjonene i forhold til ovnstemperaturen.

Den viste ovnen har et forbrenningskammer 2 med en brensellist 4 og en underliggende askeskuff 6, et overliggende røykgassutløp 8 og en adkomstdør 10. I den bakre veggen 12, som vender mot en skjermplate 14, er det et luftinntak 16, ved at det i den bakre veggen 12 umiddelbart ovenfor luftinntaket 16 er en innløpsåpning 18 for primærluft til området nede under fyrristen 4.

Øverst i luftkanalen 20, som er dannet mellom den bakre veggen 12 og skjermplaten 14, er det anordnet en eller flere innløpsåpninger 22 for sekundærluft, som via en øvre kanal 24 blir tilført en åpning 26 for tilførsel av sekundærluft inn i rommet over risten 4, slik som vist med rekken med piler. Under normal operasjon blir sekundærluften tilført i sterkt oppvarmet tilstand og i god hastighet, slik at den kan spyle ned langs et glassvindu 11 tilveiebragt i døren 10, og dermed holde denne fri for sot.

Midtveis oppe i kanalrommet 20 er det en innløpsåpning 28 i den bakre veggen 12 for tertiærluft, som via et kanalsystem 31 som strekker seg inn i forbrenningskammeret, kan bli tilført et midtområde i dette kammeret for å sikre utbrenning av gjenværende brennbare gasser.

I hvert av luftinntaksåpningene 18, 22 og 28 er det en spjeldplate 30 som kan bli regulert, og som er tilkoplet en ikke vist aktivator, slik som en steppmotor, for styrbar åpning/lukking av respektive spjeldplater 30. Disse er vist som dreibare plater, men i praksis blir det foretrukket å arbeide med forskyvbare plater som kan bli forskjøvet for større eller mindre tildekking av de trekantede spjeldåpningene 18, 22 og 28.

Spjeldet 22,30 for sekundærluften er anordnet på en slik måte at det blir blokkert rent mekanisk for å ikke være i stand til å bli fullstendig lukket, slik at det forebygger enhver risiko for eksplosjon i en nedstengt ovn, idet ovnen før være tilveiebragt med en svært svak luftstrøm under alle forhold, d.v.s. også ved svikt i strømtilførselen til aktivatorene som driver spjeldplatene 31.

Styringsboksen 32 er vist i tegningene tilfører ovnen, ved at den for eksempel kan bli montert på en vegg over eller på den side av ovnen. Denne boksen har et display 34 som kan vise ulike operasjonelle forhold, slik som "ovn brent ut", "ovnsopptenning", "høy effekt", "1/2 effekt", "lav effekt", "ovn utbrenning" eller "behov for brensel". Styringsboksen har også trykknapper 36 for å taste inn kommandoer i forbindelse med brukerens valg av "opptenning" og valg av henholdsvis høy og lav effekt, for eksempel gitt av nevnte røykgasstemperaturer på henholdsvis 300 og 400°. I tillegg kan styringsboksen ha signallamper 38 for å indikere spesielle operasjonsbetingelser slik som "behov for brensel" eller "ovn utbrent", uavhengig av om den samme beskjeden også muligens blir vist i displayet 34. Imidlertid kan displayet muligens bli unngått.

Styringsboksen kan også innbefatte, eller være tilkoblet, en klokke 40 og en romtermostat 42.

Reguleringssekvensen som allerede er beskrevet er vist i figur 2, der I, II og III henholdsvis representerer spjeldåpningene for primær-, sekundær- og tertiærluft, mens T viser røykgasstemperaturen. Når styringsenheten er koblet elektrisk til en kald ovn, vil reguleringsspjeldene for alle de tre typene tilførselsluft umiddelbart bli helt åpnet, ref. de stigende kurvene A. Kurvesystemet er vist på en tidsakse t, der tD representerer et tidspunkt der brukeren kobler strøm til styringssystemet i forbindelse med at ovnen blir tatt i bruk. Alle tre reguleringsspjeldene blir derved styrt til full åpning, som vist ved A. Ved ti blir det utført en opptenning, og i den forbindelsen presser brukeren ned en knapp for valg av enten " høy" eller "lav" effekt, delvis for å registrere dette valget, og delvis for å registrere tidspunktet for opptenning.

Uavhengig av valget som har blitt gjort, vil spjeldene forbli helt åpne i opptenningsfasen, og temperaturen til røykgassen vil stige til ca. 400°. Når dette blir registrert av temperatursensoren, vil det ved tidspunktet "0" finne sted en nedregulering av luftinntakene, slik at sekundærluft- og tertiærlufttilførslene blir slått over til "operative betingelser" for å opprettholde nevnte høye nivå på røykgasstemperaturen. På den andre siden vil spjeldet for primærluften bli forskjøvet til en posisjon der det bare er åpent, som blir opprettholdt gjennom de følgende ca. 10 minutter, som representerer en "gjennom-oppvarmingsfase" for ovnen.

Etter disse ca. 10 minuttene, merket med "10" på tidsaksen, blir primærlutf-spjeldet helt stengt, og styringsenheten husker nå om den høye eller lave effekten har blitt valgt. Med høy effekt blir den operative reguleringen av sekundær- og primærluften fortsatt langs respektive kurver T|, III og IIIi, mens det ved lav effekt finner sted en endring i styringen via respektive kurver I2, II2 og III2 for å opprettholde røykgasstemperaturen ved ca. 300°.

Under operasjon kan brukeren tilføre nytt brensel i henhold til et forventet behov, uten at dette har noen påvirkning på styringen, men hvis temperaturen faller til for eksempel 270° ved "høy effekt" (T3) eller 240° ved "lav effekt" (T4), vil styringsenheten for eksempel ved hjelp av en lampe vise "behov for brensel".

Dette er et kritisk punkt ved at styringen heretter vil slå over til en spesiell "utbrennings"-styring hvis en gjenoppfyring ikke blir utført mer eller mindre raskt. Hvis en gjenoppfyring blir utført, må brukeren derfor informere styringsenheten via tastene at nytt brensel nå har blitt tilført, slik det er merket på tidsaksen. Det blir hermed valgt en "gjenopptenning"-funksjon, der styringsenheten gir full åpning for sekundærluften, 11$, inntil arbeidstemperaturen har blitt gjen-etablert. Denne fulle åpningen blir fortrinnsvis opprettholdt i ca. 5 minutter for å sikre fornyet gjennomoppvarming, hvoretter det igjen finner sted en endring til "arbeidsoperasjon". Det kan muligens bli anordnet en automatisk registrering av om-fyringen, for eksempel ved å føle bevegelsen i brennkammeret. Under gjenoppføirngsfasen, fortsetter lambdasonden sin normale regulering av tertiærluften.

På den andre siden, hvis "behov for brensel" ikke blir markert, eller hvis en slik tilførsel blir gjort så sent at man ikke kan regne med en effektiv ny-opptenning av bålet, for eksempel ved et fall i temperaturen til under 270°, vil styringen stille seg selv til "utbrenning", hvorved sekundærluften blir helt åpnet for god bruk av det siste brenselet, men bare inntil det fastslås at temperaturen faller videre til for eksempel 230° som et tegn på fortsatt utbrenning. Heretter utfører styringen en nedstengning av både sekundær- og tertiærluften (II4 og III4), mens det imidlertid opprettholdes en svak tilførsel av sekundærluft II5 inntil ovnen har brent fullstendig ut (T<50°).

Styringen kan også bli regulert opp og ned med signaler fra klokken 40 eller fra termostaten 42.

Det bør nevnes at fra styrte eksperimenter med ovner av ulike typer har det blitt funnet ut at det er mulig å forenkle styringen av tertiærluften, ved at oksygen- eller Co-måleren kan utelukkes, og i stedet arbeide med permanente innstillinger under ulike operasjonsbetingelser. For eksempel, i forbindelse med en gitt type ovn, er det funnet ut at ved "liten" sekundærluft (for eksempel ved en spjeldinnstilling på 0-2 på en trinnvis skal på opp til 10), kan spjeldet for tertiærluft bli satt i trinn 7 ved en røykgass-temperatur på 300° eller i trinn 3 ved 400°, mens de tilsvarende trinnene bør være henholdsvis 1 og 0 ved "høy" sekundærluft (trinn 5-10). Lambda-sonden kan dermed unngås, og styringen som helhet blir forenklet.

Claims (9)

1. Ovn av den typen som er tilveiebragt med sensor-styrte reguleringsmidler for inntak av forbrenningsluft med det formål å opprettholde et ønsket temperatumivå, og at styringsutstyret til ovnen er anordnet for å arbeide i henhold til ulike, valgte styringsalgoritmer under ulike operasjonsbetingelser, spesielt under en opptenningsfase, en operativ fase ved høy eller lav effekt, en gjenoppfyirngsfase og en utbrenningsfase og karakterisert ved at separate luftinntak er tilveiebragt for primær- og sekundærluft, og spesielt også for tertiærluft, og at det i disse inntakene er tilveiebragt spjeld som kan bli regulert individuelt, som muliggjør en selektiv og gradvis struping av hver av luftinntakene.

2. Ovn i henhold til krav 1, karakterisert ved at i en følt eller start-markert opptenningsfase er inntaksluften helt åpnet inntil en forhåndsinnstilt temperatur blir påvist, hvoretter spjeldene blir regulert ned for luftinntak over en forhåndsbestemt tidsperiode på for eksempel 10 minutter (gjennom-oppvarmingsfase), hvoretter luftinntaket blir ytterligere redusert for overgang til operative forhold.

3. Ovn i henhold til krav 1, karakterisert ved at det er tilveiebragt midler for påvisning eller inntasting av "om-fyrings"-operasjonen, og at dette fører til en økning av tilførselen av inntaksluft over en forhåndsbestemt tidsperiode, eller inntil det blir registrert at den ønskede effekten har blitt oppnådd, muligens avhengig av en tidligere registrering av sensor-utstyret av fallende røykgass-temperatur.

4. Ovn i henhold til krav 1, karakterisert ved at sensorutstyret i en utbrenningsfase forårsaker en sterk nedregulering av inntaksluften, avhengig av en registrering av et fall i temperaturen til et forhåndsbestemt nivå, for eksempel 230°.

5. Ovn i henhold til krav 1, karakterisert ved at maksimal ned-regulering av luften blir utført avhengig av en påvist utbrenning i ovnen, for eksempel ved et fall i temperaturen til 50°.

6. Ovn i henhold til krav 2, karakterisert ved at etter opptenningsfasen, ref. krav 2, blir den sekundære luften strupet ned og muligens også den tertiære luften for overgang til operativ styring, mens tilførselen av primærluft blir strupt ned til en lav verdi under gjennomoppvarmingsfasen, hvoretter denne tilførselen blir stengt.

7. Ovn i henhold til krav 3, karakterisert ved at bare tilførselen av sekindærluft blir øket under om-fyringsfasen beskrevet i krav 3.

8. Ovn i henhold til krav 4, karakterisert ved at i utbrenningsfasen beskrevet i krav 4, blir tilførselen av tertiærluft stengt fullstendig av, mens et lite inntak av sekundærluft blir opprettholdt inntil utbrenning er påvist, ref. krav 5.

9. Ovn i henhold til krav 1, karakterisert ved at under den operative fasen blir tertiærluften styrt enten på grunnlag av en måling av oksygenet i utløpsgassen, eller av forhåndsbestemte spjeldposisjoner under operasjon av ovnen ved respektive ulike effektnivåer.