SE428601B - Spisinsats - Google Patents

Description

8001899-5 10 15 20 25 3G bättrar verkningsgraden ytterligare. En insats av det- ta slag är beskriven i broschyrenr"Braselement" utgiven av Villaprodukter AB, Box 7061. S-30007 Halmstad, Sverige, 1978.

Spisinsatser ger emellertid ingen lösning på huvudpro- blemet med den öppna spisen nämligen den ovan berörda negativa värmeekonomin vid låga utomhustemperaturer - när brasan_behövs som bäst. I olyckliga fall kan in- satsen t o m förvärra värmeekonomin ytterligare jäm- fört med spis utan insats. Varmluftutsläppet från in- satsen är i allmänhetförlagt i närheten av eldstads- öppningen. En del av denna ofta mycket varma luft kan dras tillbaka till eldstaden och därigenom ytterligare öka självdraget genom skorstenen och därmed också in- taget av kalluft till huset jämfört med fallet att tjuvluften genom skorstenen utgöres av rumsluft av nor- mal temperatur.

Det primära syftet med den föreliggande uppfinningen är att tillhandahålla en insats för öppna spisar och lik- nande eldstäder som medger en reglering av tillförseln av förbränningsluften till brasan samt en minskning av avgången av tjuvluft genom skorstenen. Därmed erhålles en god total värmeekonomi också vid låga utomhustempe- raturer i stället för den negativa värmeekonomi som på- talats ovan.

Den totala verkningsgraden kan tack vare den nya Spis- insatsen förbättras till en nivå som närmar sig nivån för de moderna braskaminerna utan att några dyrbara ombyggnader behöver tillgripas.

Det har också visat sig att den nya insatsen ger en rad andra fördelar av delvis oväntat slag. Att reglering av förbränningsförloppet ger en möjlighet att utsträcka bränntiden för en given bränslecharge är måhända ingen 10 15 20 25 30 8001800-5 oväntad fördel. Överraskande är däremot att man tack vare insatsen enligt uppfinningen kan åstadkomma en sådan reglerad förbränning i'en öppen spis.

Det är också helt oväntat och överraskande att förbrän- ningen äger rum mer miljövänligt och fullständigt än vid en brasa i en öppen spis med en konventionell spis- insats. Utsläppen av oförbränt, tjärliknande substan- ser, sot och aska med rökgasen kan därigenom minskas en hel del vilket är av synnerligen stor betydelse i ett läge när många hushåll i .villasamhällen och lik- nande mer eller mindre tätbebyggda områden tvingas övergå till Vedeldning på grund av de höjda oljepriser- na. Den förbättrade förbränningen kan återföras till de speciella geometriska förhållanden som kännetecknar den nya insatsens konstruktion och utformning. Upp- finningen uppvisar också en rad andra fördelar som skall framgå av den följande beskrivningen.

Uppfinningen utgöres således av en ny spisinsats av- sedd för öppna spisar eller andra liknande eldstäderför eldning med bränsle i form av vedträn, briketter, pellets eller liknande varvid spisinsatsen innehåller ett fyrrum och ett glödrum skilt av en rost till vilket glödrum fö- res primär förbränningsluft kännetecknat av att fyrrummet lutar från dess bakkant mot dess framkant och av att fyr- rummet är så utformat att bränslet på den helt eller delvis lu- tande rosten inneslutes av fyrrummets begränsningsytor varvid sekundärluft för slutförbränningen kommer att tillförasfyrrummets öppna överdel via dess överkant.

Uppfinningen skall nu beskrivas närmare med hjälp av ritningen.

Figur l visar principen för insatsen enligt uppfinningen. 80Û180U-5 l0 15 20 25 30 Figur 2 visar en utföringsform med inbyggd värmeväxlare för leverans av varmluft till rummet. ' Figur 3 visar olika profiler för fyrrümmet, Figur 4 visar en installation av insatsen i en öppen spis.

Insatsen enligt uppfinningen är företrädesvis tillver- kad av eldhärdig plåt och kan närmast beskrivas som en låda utan lock, en fyrbox, som ställes på eldplatsen.

Lådans framsida (1) som vätter mot eldstadens öppning är lägre än baksidan (2). Lådans båda yttersidor (3) sluttar därför mot fyrboxens framsida, Se figur l. Baksi- dan (2) kan ofta utgöras av eldstadens inre väggyta.

Bränslet som utgöres av vedträn, briketter, stavar av exe truderad flis,-pellets, etc är anordnat på den lutande ros- ten (4) som nedtill avslutas med en höj (5)f§r att fijnd- ra bränslet från att falla av. Utrymmet nedanför] I rosten: (4) utgör ett glödrum (6). dimensionerad att en normalbrasa bestående av exempelvis Fyrboxen är så 'Sju medelstora vedträn i stort sett fyller fyrrummet (7) som bildas i fyrboxen ovanför rGStën (4)- Framsidan (l) är försedd med dragluckor eller liknande för tillförsel av primärluft till glödrummet (6). Fi- gur l visar enkla vridbara luckor (8) av samma slag som förekommer på kakelugnar etc. Sådana luckor kan också vara anordnade på yttersidorna (3) och eventuellt även på baksidan (2) för tillförsel av primärluften från om- givningen till glödrummet (6). Uppfinningen är därmed givetvis inte begränsad till denna specifika utformning av dragluckorna. Det finns inom den kända tekniken ett stort antal lämpliga konstruktioner för manuell eller automatisk reglering av tillförseln av primärluft såsom enkla ställbara luckor, rosettventiler, äUt0matiSkt 10 15 20 25 30 8001800-5 verkande anordningar med bimetaller eller andra givare som styr dragluckans eller dragluckornas inställning.

En i detta sammanhang särskilt lämplig utföringsform är att utföra hela framsidan (l) i form av en skjutlucka i härdat glas som kan skjutas upp i sin infattning så att en spalt utbildas nedtill för tillförsel av pri- märluften. Denna speciella utföringsform ger också en bättre avgång av strålningsvärme från fyren till rummet och ett betydande trivselvärde eftersom hela brasan kan beskådas från rummet.

Uppfinningens tekniska verkan beror på flera samverkande konstruktiva grepp: Utformningen av fyrrummet som omfattar och inne- sluter brasan så attsekundärluft för slutförbränninqen tillföres fyrrummets öppna överdel via dess översida.

Den lutande rosten som medför en successiv trans- port av bränslet mot fyrboxens framsida varvid brasans översida i huvudsak kommer att luta mot eldstadsöppningen.

Den reglerade tillförseln av primärluft till glöd- rummet som ger en förvärmning av nri¶ärluf*_ ten och en slutförbränning av glöden, vilket ger strål- ningsvärme för pyrolys- och förgasningsreaktionerna i bränslet som vilar på rosten.

Dessa som det kan tyckas enkla konstruktiva åtgärder ger i första hand den oväntade effekten att avgânqen av tjuvluft till rökgången reduceras kraftigt. Det är svårt att helt förklara denna tekniska effekt men en väsentlig bidragande orsak torde vara de annorlunda strömningsför- hâllandena vid insatsen enligt uppfinningen jämfört med en öppen spis utan insats eller en öppen spis med in- aoo1seo-s 10 15 20 25 30 0'\ satser enligt dagens teknik. Tillförseln av primärluft via dragluckorna (8) eller motsvarande anordningar påverkar även tillförseln av sekundärluft för slutför- bränning över fyrboàens överkant in till brasan. En närmast laminär strömning av förbränningsgaser äger rum från fyrboxen upp till röksäcken och rökgângen i eld- staden. Det är överraskande att denna styrning av sekun- därluften åstadkommas utan särskilda anordningar annat än den geometriska utformningen av fyrboxen, dess upp- fyllnad med bränslecharge samt dragluckorna för pri- märluften, Vid plana ytor i eldstaden kan fyrboxens bot- ten och baksida utgöras av eldstadsväggen resp. hällen.

Lutningen på bränslebädden ger ett visst mått av mot- strömsflöde vid förbränningen som synes bidra till den -effektiva förbränningeQ_ Den intensivaste qlödförbränning- en sker vid framändan av bränslechargen varvid de heta gaserna till en del rör sig i bädden mot dess baksida.

Det färska. ofta råa bränslet påfylles vid överändan så att bränslet torkas, förpyrolyseras, pyrolyseras, för- gasas och slutförbränns successivt under rörelsen från fyrboxens baksida mot dess framsida. De gaser som av- går vid baksidan blandas med mycket het förbränninge- gas och förbränningsluft vilket ger en effektiv för- bränning också av dessa gaser som annars skulle till en del gå oförbrända ut genom skorstenen.

Det skall också tilläggas att lutningen på bädden gör att mer strålningsvärme avges till rummet och att även en_ brasa med ett mindre antal vedträn ger samma trivsel och värmekänsla som en konventionell brasa med mera ved.

Den skenbart enkla och osökta utformningen av den nya spisinsatsen ger således en rad oväntade delvis väsens- skilda, delvis sammanhängande tekniska effekter som alla samverkar till ett överraskande totalresultat som yttrar 10 l5 25 30 soo1eoo-s \ sig i väsentligt lägre bränsleförbrukning och bättre kontrol- lerad förbränning i en på ett enkelt sätt kompletterad öppen spis.

Figur 2 visar en speciell utföringsform där fyrboxen i sin helhet utformats som värmeväxlare för leverans av varm- luft till rummet. För enkelhets skull visas inte rosten (4).

Cirkulationsluften tas'in via ett intag (9) och matas med hjälp av fläkten (10) via inloppskanalen (ll) till fyr- boxens botten (12) som i likhet med fyrboxens övriga be- gränsningsytor utgöres av värmeväxlande element, spalter eller kanaler. Vid utformningen enligt figur 2 fort- sätter den nu uppvärmda luften från fyrboxens botten (l2)till fyrboxens baksida (13) där ytterligare uppvärmning sker varefter det varma luftflödet fördelas mellan de båda sidväggarna (14) resp. (15) som framtill övergår i ut- loppskanalerna (16) resp. (l7). De båda utloppskana- lerna är med fördel försedda med spjällen (19) resp. (20) så att luften kan fördelas mellan de båda utloppen på ett önskat sätt, Baksidan kan med fördel vara förlängd uppåt så att så stor del som möjligt tillvaratas av brasvärmet.

Temperaturgivare (Zl) resp. (22) kan också vara anordna- de i utloppen för styrning av fläktens varvtal så att den utgående luften i någon av de två kanalerna inte över- stiger en inställd maximitemperatur, exempelvis 70°C.

(Förvärmd luft kan också avledas till glödrummet från utloppet.) Spisinsatsen enligt figur 2 är också försedd med en fram- sida bestående av en skjutlucka av härdat glas (23) som N n 1. . af rflralst anordnad 1 Spalterna (24) och som kan skjutas uppåt eller nedåt med hjälp av de vridbara excenterski- Vßrflä (25) som manövreras med stängerna (26) med rattarna (27) anordnade invid utloppskanalerna.

Det existerar givetvis många andra möjligheter att med Hjälp av kända konstruktionselement och konstruktions- 8001890-5 10 15 20 25 30 íprinciper från detta område ta vara på en större eller mindre del av brasans värmeeffekt i form av varmluft för leverans till huset, från enkla arrangemang med ssjälvcirkulation till mer komplicerade kompletta sys- tem med varmluftledningar med särskilda termostatstyr- da säkerhetsspjäll, avtappning av varmluft för använd- ning som förvärmd primärluft, etc.

Spisinsatsen bör utformas så att rosten intar en lut- ningsvinkel i omrâdet 5-450, företrädesvis 10-300, för att åstadkomma en lämplig bränslegång längs rosten och det“gynnsamma mönstret för'"gasströmningen med ett inslag av motströmsförlopp mellan bränslecharge och gas. Den del av fyrboxen som ligger ovanför det lutande rostplanet har en höjd, h, som överstiger minst omkring l/10 av bred- den på fyrrummet så att åtminstone ett lager av vedträn etc. inneslutes inom fyrboxens begränsningsytor; Figur 3 visar exempel på lämpliga profiler för den lu- tande rosten. Figur 3a visar en ställbar rost som kan inta olika lutningsvinklar i förhållande till horison- talplanet. Stödstaken (28) är ledad vid (29) och (30) och kan fixeras mot krokarna (31). Rosten är en enhet för sig.

Figur 3b visar en profil där höjden, h, över rostplanet ökar mot fyrboxens baksida för att kompensera för den volymsreduktion som bränslet genomgår vid förbränningen och transporten mot fyrboxens framkant. Denna r0St utgör en del av fyrboxen och är sammanbyggd med denna.

Figur 3c visar en profil som kännetecknas av att vinkeln ” mot horisontalplanet avtar från fyrboxens baksida mot dess framsida så att vinkeln vid framsidan i det närmas- te sammanfaller med horisontalplanet. Denna profil är ofta att föredra jämfört med en konstant lutningsvinkel för hela rosten eftersom den ger en jämnare fördelning av glödskiktet i glödrummet. Denna rost är en separat enhet som ställes i fyrboxen. 10 20 25 8-001800-5 .Det är ofta praktiskt att som i fiqur 2 låta framsidan (1) ut- göres av en skjutbar lucka av härdat glas som sticker upp ovanför fyrrummet för att tjäna som gnistskydd. Det är naturligtvis också möjligt att använda ett gnistskydd bestående av ett nät eller en perforerad plåt som ut- gör en del av spisinsatsen. Fyrrummets framkant räknas här vid nivån för yttersidornas anslutning till fram- sidan varvid den eventuellt överskjutande portionen av framsidan tjänar som gnistskydd.

Uppfinningens tekniska verkan förändras inte nämnvärt om fyrboxens framsida är uppdragen så att den samtidigt tjänar som gnistskydd enligt figur 2.. Transporten av sekundärluft till fyrboxens öppna översida över fyr- boxens framkant försämras visserligen men kompenseras av en ökad ntransport av sekundärluft vid yttersidor- nas framkant. En uppdragen framsida kan också något förbättra den laminära strömningsbilden för rökgasav- gången från det lutande fyrrummet.

Figur 4 visar en insats (32 enligt figur 1 anordnad i en öppen spis C39 næd rökgången (39 försedd med röksäcken (39, spjället (35) och värmeväxlaren (37). Eld' staden är kompletterad med glasdörrar (38). spjäiiet (36, kan ställas. i olika lägen med hjälp av spjällstaken (33) och pinnarna (4Q). Denna möjlighet att ställa spjället i olika lägen alltefter inställ- ningen av tillförseln av primärluft till spisinsatsen ger givetvis möjligheter till att ytterligare begränsa tjuvluftavqången vid användningen av spisinsatsen en- ligt uppfinningen.

En viss frihet existerar också vid dimensioneringen av fyrboxen särskilt dess fyrrum. Det väsentliga är gi- vetvis att fyrrummet lutar mot fyrboxens framkant och att väggarna är uppdragna så att bränslechargen inne- 8001800-5 10 15 20 25 30 .l0 slutes i fyrrummet under ett tänkt lock som tänkes vila på fyrrummets överkant.

Bredden på fyrrummet görs lämpligen något större än längden på de vedträn, briketter etc. som skall eldas i insatsen. En bredd på 30 cm eller något däröver är lämplig för den minsta förekommande dimensionen på bränsleved. Större öppna spisar kan med fördel eldas med vedträn av rundvirke av t.ex. lövträd som i så fall med fördel kan vara exempelvis 50-60 cm långa. Det är en fördel för den som kan avverka gallringsvirke på egen mark att elda med rundvirke av någorlunda stor längd.f Transporten av bränslet mot rostens nederdel går också lättare med rundvirke jämfört med kluvna _ vedträn.

Djupet på fyrboxen, axl är lika med yttersidornas längd, kan va- rieras inom vissa gränser. Det är ofta lämpligt att använda ett kvadratiskt tvärsnitt så att fyrboxens djup blir lika med dess bredd. understiga halva bredden och heller inte överstiga dubb- la bredden för att innehålla de för uppfinningen känne- Djupet bör dock inte gärna tecknande strömningsförhâllandena.

Lutningen på fyrrummet åstadkommes i första hand genom att rosten lutar mot horisontalplanet såsom visats i figur 3. Den genomsnittliga lutningsvinkeln bör över- stiga omkring 5~°. Ett särskilt lämpligt värde är området 13-300 men även högre lutningsvinklar är an- vändbara, upp till 45° eller något däröver.

Fyrrummets överkant skall i stort sett följa rostens lutning även om det kan vara fördelaktigt att öka höj- den (h) vid fyrrummets baksida såsom visats i figur 3b.

Höjden (h) bör överstiga minst en tiondel av bredden pâ fyrrummet för att ge plats för åtminstone ett lager lO 15 20 25 30 8001800-5 ll av vedträn. Det kan dock vara lämpligt att dimensionera höjden (h) till 2 ä 3 tiondelar av bredden på fyrrummet för att ge plats för flera lager vedträn. Höjden bör dock inte överstiga omkring halva bredden på fyrrummet för att medge också effektiv slutförbränning av bränsle- chargen under de för uppfinningen kännetecknande gynn- samma betingelserna.

Dimensioneringen av glödrummet är av mindre betydelse för spisinsatsens tekniska verkan. Glödrummet bör dock ges en sådan höjd vid framkanten att tillräckligt ut- rymme bildas för glöd och aska från åtminstone två eller tre bränslepåfyllningar och därvid tillåta passage av primärluften över glödskiktet. Ett ofta lämpligt värde på höjden vid framkanten av glödrummet är mellan 5-10 cm.

Insatsen tillverkas lämpligen av svetsad stålplåt exem- pelvis med tjockleken 4 mm. När väggarna utföres dubb- la för att samtidigt tjäna som värmeväxlare för leverans av varmluft i rummet kan man använda rektangulära stål- rör eller element som hopsvetsas exempelvis enligt figur 2. Det är viktigt att kontrollera att sådana värmeväx- lande element är helt täta och de bör därför täthets- provas vid 2 atö.

Rosten tillverkas lämpligen av stänger, plattjärn, eller andra lämpliga profiler helst i eldhärdigt stål. Ut- formningen av rosten beror givetvis på vad för slags bränsle spisinsatsen är avsedd för. Om bränslet utgö- res av vedträn, rundvirke, briketter etc. kan springor- na mellan roststavarna göras förhållandevis breda, från någon eller nâgra cm ända upp till fem cm eller något däröver. Om eldningen avses äga rum med pellets d v s kutsar av kompakterad flis, torv, eller liknande skall eou1snn-5 10 15 20 30 12 rosten vara så utformad att kutsarna kvarhålles på ros- ten tills de förvandlats till glöd. I sådana fall kan rosten utgöras av en perforerad eldhärdig plåt eller en döva. av s k sträckmetall etc. Pellets förekommer i olika dimensioner med diametrar från endast några få mm upp till flera centimeter. Öppningarna i en rost av- sedd för pellets bör understiga pelletdimensionerna i åtminstone en utsträckning. Ett lämpligt värde för den minsta dimensionen pellets är en maximal utsträck- ning för öppningarna på ett par mm medan en största utsträckning på 5-10 mm är lämplig för stora pellets.

En spisinsats utförd enligt figur 2 -och insatt i en öppen spis enligt figur- 4 chargerades med en normal- brasa bestående av 7 medelstora vedträn med en total vikt på 2 l/2 kg. att brasan brann ned på 4 timmar varvid den genomsnitt- liga värmeeffekten till rummet uppgick till omkring l kW motsvarande en verkningsgrad på nära 50%. Vid Primärlufttillförseln reglerades så eldning av samma bränslecharge direkt i den öppna spi- sen brann brasan ned på två timmar och levererade värme främst i form av strâlningsvärme motsvarande omkring 200 W.

Den totala avgången till omgivningen via skorstenen uppgick till nära 2000 m3 varm rumsluft vid den konventionella brasan medan motsvarande värde för den sammanlagda gasavgången, tjuvluft plus rökgaser,upp- gick till omkring 400 m3 vid eldning med spisinsatsen.

Avlagringarna av sot och s k kreosot i rökgången blev betydligt mindre vid eldning med insatsen jämfört med den konventionella brasan. Slutförbränningen i den flamzon som utbildas ovanför bränslechargen flçedde mycket jämnt, effektivt och fullständigt vilket qav sig till känna genom mycket ringa rökbildning. 8001800-5 13 Beskrivningen tar fasta på de speciella känneteck- nen för spisinsatsen enligt uppfinningen. Några fö- redragna utföringsformer har också angivits för att ge fackmannen ledning vid tillämpningen av uppfin~ ningen. Uppfinningsföremålet är därmed inte begränsat till de speciella utföringsformer som tagits upp i den föregående beskrivningen.

Claims (1)

1. søoesnn-5 10 15 20 25 ..-__ i , ____.....-........._.,._._'_..__,...__. _ 14 Krav 1 Spisinsats avsedd för öppna spisar eller andra liknande eldstäder för eldning med bränsle i form av vedträn, briketter, pellets eller liknande fasta bränslen varvid spisinsatsen innehåller ett fyrrum (7) som lutar från dess baksida (2) mot dess framsida (1) och ett glödrum (6) skilt av en rost (4), till vilket glödrum (6) föres primär förbränningsluft k ä n n e t e c k n a t av att fyrrummet (7) är så utformat att bränslet inneslutes av fyrrummets begränsningsytor så att sekundärluft för slutförbränningen tillföras fyrrummets öppna överdel via dess översida. Krav 2 Spisinsats enligt krav 1 k ä n n e t e c k n a t av att spisinsatsens botten (12) och väggar (13, 14 och 15) är utformade som värmeväxlare för uppvärmning av rumsluft. Krav 3 Spisinsats enligt krav 1 k ä n n e t e c k n a t- av att framsidan (1) utgöres av en skjutbar lucka (23) av härdat glas. Krav 4 Spisinsats enligt krav 1 k ä n n e tee c k n a t av att den genomsnittliga lutningen för rosten (4) är 10-300 i förhållande till horisontalplanet.