FI121806B - Kiukaan lämmitysmenetelmä ja menetelmän mukainen kiuas - Google Patents

Description

Kiukaan lämmitysmenetelmä ja menetelmän mukainen kiuas

Keksinnön kohteena on oheisen patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen kiukaan lämmitysmenetelmä ja menetelmän mukainen kiuas.

5 Nykyisin tunnetut saunan kiukaiden lämmitysmenetelmät perustuvat puun tai sähkön käyttöön lämmön lähteenä ja tällä menetelmällä tuotetun lämmön siirtotapaan johtamalla se kontaktipintojen kautta löylykiviin. Mainitun johtumiseen perustuvan lämmönsiirtotavan hyötysuhde on heikko ja tästä johtuen kiukaalla pitkä lämpenemisaika, yleensä noin tunti. Lisäksi edellä mainit-10 tuun menetelmään perustuvat kiukaat ovat rakenteeltaan painavia, eivätkä näin ollen sovellu esimerkiksi retkeily tai matkailukäyttöön.

Monet innokkaat saunojat ovat kuitenkin varustaneet veneensä tai matkailuvanunsa saunomismahdollisuudella. Näissä tapauksissa kiukaat toimivat lähes poikkeuksetta puilla, jolloin lämmitykseen tarvittavat puut on kulje-15 tettava mukana, mikä vie tilaa ja on vaivalloista.

Ekologiselta kannalta tarkasteltuna puukiuas tuottaa suuren määrän pienhiukkas-ja hiilivetypäästöjä, kun sähkön käyttöä taas rasittaa suuret häviöt tuotannossa ja siirrossa.

Tällä perusfilosofialla saunan kiukaita on rakennettu kymmeniä vuo-20 siä eikä merkittävää kehitystä alalla ole tapahtunut, poikkeuksena kuitenkin keksinnöt, joita on esitelty esimerkiksi patenteissa FI108213B ja FI115114B.

Eräissä tapauksissa kiukaalta edellytetään siirrettävyyttä. Kara-vaanarien ja veneilijöiden tyypillisesti käyttämä energian lähde keittimissä ja grilleissä on pullokaasu eli propaani. Kaasukäyttöinen kiukaan lämmitysmene-25 telmä olisi siis luontevin ratkaisu mainituissa käyttötarkoituksissa, mutta toimivaa kaasukiukaan lämmitysmenetelmää ei ole onnistuttu ratkaisemaan. Suu-5 rimmaksi kompastuskiveksi onkin muodostunut kaasulle tyypillinen ominaisuus

(M

^ sitä vapaalla liekillä poltettaessa. Kaasuliekistä puuttuu lähes kokonaan vapaat ° hiilipartikkelit, jotka hehkuessaan saisivat infrapunalämpösäteilyn muodostumi- O) 30 sen kannalta olennaista liekkisäteilyä aikaiseksi. Näin ollen yleisin menetelmä | hyödyntää kaasun polton lämpöenergiaa perustuukin konvektioon, eli lämmön o siirtoon, kun kuuma, harva aine kohoaa painovoimakentässä ylöspäin.

CO

g Edellä mainituista seikoista johtuen tunnetut puu- tai sähkökiukaissa o käytetyt kiukaan lämmitysmenetelmät eivät sovellu kaasukiukaiden lämmitys- ^ 35 menetelmän suunnittelun perustaksi.

2

Kaasukiukaalla on ollut pitkään olemassa merkittävät hyödyntämismahdollisuudet retki käytössä, sekä alueilla, jossa maakaasua on ollut yleisesti saatavilla. Tämän lisäksi tulevaisuuden tiukkenevat päästömääräykset tullevat kaventamaan perinteisten puukiukaiden käyttömahdollisuuksia etenkin tiheästi 5 asutuissa maissa. Kaasu antaisi siis hyvät edellytykset käyttää puhdasta läm-mitysmenetelmää kyseiseen käyttötarkoitukseen, etenkin kun kaasun palamis-tuote on lämpö, vesi ja hiilidioksidi.

Edellä olevat haitat saadaan poistettua ja edellä kerrotut tavoitteet saavutetaan keksinnönmukaisella kiukaan lämmitysmenetelmällä ja menetel-10 män mukaisella kiukaalla, jolle on tunnusomaista se, mitä on määritetty patenttivaatimusten tunnusmerkkiosissa.

Keksinnön eräänä merkittävimpänä ominaisuutena voidaan pitää kiukaan suurta hyötysuhdetta. Kiuas lämpenee kylpykuntoon muutamassa minuutissa, mikä vähentää energian kulutuksen tarvetta oleellisesti. Tämä perus-15 tuu ensiksi, kiukaassa kaasuenergialla tuotettuun infrapunalämpösäteilyyn ja sen suureen pinta-alaan, sekä nopeasti saavutettuun 1000 asteen lämpötilaan. Toiseksi, vastaanottoelinten (höyrystinpinta / löylykivet) suureen pinta-alaan, sekä niiden korkeaan infrapunalämpösäteilyn absorbointikykyyn ja kolmanneksi, esteettömään infrapunalämpösäteilyyn, sekä infrapunalämpösäteilijän ja 20 vastaanottoelinten välimatkaan.

Keksinnön mukainen kiuas voidaan valmistaa tunnetuista pitkään käytössä olleista komponenteista ja raaka-aineista hyvin kustannustehokkaasti ja tarvittaessa kevyeksi perinteisiin kiukaisiin verrattuna. On siis selvää, että edellä mainituista seikoista johtuen saavutetaan kokonaistaloudellista hyötyä 25 sen lisäksi, että kiukaalla on selvä olemassa oleva kysyntätarve.

Keksinnön oleellisena etuna voidaan myös pitää kiukaan ekologista 5 merkitystä muihin vastaaviin menetelmiin verrattuna. Maakaasun ekologinen

(M

^ hyötysuhde on 65 -70%, kun vastaava sähköllä on 45-50% ja öljyllä se on 55- ° 60%.

σ> 30 Lisäksi voidaan mainita, että uusi kiukaan lämmitysmenetelmä ja | menetelmän mukainen kiuas avaa aivan uusia markkinoita uuden tyyppisille o saunaratkaisuille, jossa siirrettävyys, käsiteltävyyden helppous ja nopea läm- 00 g peneminen ovat avainasemassa. Keksintö luo uutta yritystoimintaa, eikä kilpai- o le markkinoilla jo olevien toimijoiden kanssa.

^ 35 Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti oheisiin ku viin viitaten jossa 3 kuvio 1 esittää erästä keksinnön mukaista sovellusmuotoa kaaviokuvana keskeltä leikattuna kiukaan lämmitysvaiheessa, kuvio 2 esittää erästä keksinnön mukaista sovellusmuotoa kaaviokuvana keskeltä leikattuna kiukaan kylpyvaiheessa, 5 kuvio 3 esittää erästä keksinnön mukaista sovellusmuotoa kaaviokuvana keskeltä leikattuna kiukaan lämmitys ja kylpyvaiheessa, kuvio 4 esittää erästä keksinnön mukaista sovellusmuotoa viistosti takaa katsottuna.

10 Kuvioissa näkyvät kiukaan seuraavat osat. Vastaanottoelin 2a, 2b ja säteilijä 3a, sekä niiden välinen kaasuenergiainfrapunalämpösäteily-matka 3c. Runko 6a johon on järjestetty käyttöelin 10a, 10b, nostoelimet 16, sekä aukot 7a, 7c, joihin on vastaavasti järjestetty kanavat 5a, 5b sekä sulkuläppä 8. Löy-lypesä 4a jonka kohdalla aukko 7b ja sen reunat 18, sekä siihen järjestetty 15 kansi 4c ja lisäksi syvennys 12 sekä vino yläpinta 6b. Rungon 6a sisäpuolella on lisäksi happitunnistin 14 ja liekinvarmistin 15.

Keksityssä kiukaassa yksi tai useampi vastaanottoelin 2a, 2b läm-penee kaasuenergiainfrapunalämpösäteilyn 3b avulla. Vastaanottoelimessä 2a on ainakin yksi säteilijä 3a järjestettynä oleellisesti kaasuenergiainfrapunaläm-20 pösäteilymatkan 3c päähän vastaanottoelimestä 2a, 2b.

Kaasuenergiainfrapunalämpösäteily 3b on ennestään tunnettua tekniikkaa, jota on yleisimmin käytetty pienissä paikallislämmittimissä, sekä esimerkiksi paperiteollisuuden eri prosesseissa tehokkuuden, helpon säädet-tävyyden ja saasteettomuutensa takia. Tunnettujen kaasuenergiainfra-25 punalämpö-säteilijöiden poltintekniikka perustuu yleisimmin 3D keraamiverkon tai katalyyttivillan hyväksi käyttöön kaasun liekittömässä polttotapahtumassa. 5 Tätä tunnettua tekniikkaa käytetään myös nyt keksityn kiukaan kaasuener-

(M

^ giainfrapunalämpösäteilyn 3b tuottamiseksi ja vastaanottoelinten 2a, 2b kuu- ° mentamiseksi.

σ> 30 Kuviossa 1 on esitetty eräs keksinnön mukainen rakenneratkaisu | kaaviokuvana, jossa säteilijä 3a muuttaa kaasun sisältämän energian kaa- o suenergiainfrapunalämpösäteilyksi 3b. Säteilijä 3a on järjestetty säteilemään

CO

g esteettömästi kaasuenergiainfrapunalämpösäteilymatkan 3c päähän vastaan- o ottoelimestä 2a, jotta se kuumenisi mahdollisimman tehokkaasti. Vastaanot- ^ 35 toelimen 2a paksuudella voidaan vaikuttaa kiukaan lämpenemisominaisuuksiin ja kiukaan käyttötarkoitukseen. Kuvioissa näkyy kaasujen palamisen aiheutta- 4 ma konvektiovirtaus 9b, joka on järjestetty niin, että runko-osa 6a on järjestetty yläpinnaltaan 6b vinoksi, jossa runko-osassa 6a on yksi tai useampi aukko 7a, 7c joihin on järjestetty kanava 5a, 5b ja niihin sulkuläppä 8 kanavan 5a, 5b sulkemista varten. Konvektiovirtausta 9b voidaan näin hyödyntää ensiksi vas-5 taanottoelinten 2b kuumentamiseen ohjaamalla konvektiovirtaus 9b löylypesän 4a alaosan 4b kautta kanavaan 5a ja sieltä ulkoilmaan 11b, sekä toiseksi kanavan 5b kautta ulkoilman 11b sisään tuomista varten.

Kuviossa 2 on esitetty eräs keksinnön mukainen rakenneratkaisu kaaviokuvana, jossa säteilijä 3a kuumentaa suoraan vastaanottoelimiä 2b. 10 Tässä ratkaisussa säteilijän 3a kuumat säteilypinnat on suojattava jollakin menetelmällä löylyvesiroiskeiden haittavaikutusten ehkäisemiseksi. Tähän suojaukseen sopii esimerkiksi lämmönvaihteluita hyvin sietävät lasipinnat. Runko-osaan 6a on muotoiltu löylypesän 4a kohdalle aukko 7b löylyveden heittoa varten. Aukkoon 7b on järjestetty kansi 4c kuumenemisen nopeuttamiseksi. Au-15 kon 7b reunat 18 ovat muotoiltu löylypesän 4a puolella ulottuvaksi oleellisesti alemmaksi kuin säteilijän 3a yläreuna, jolloin pakokaasut 9a eivät purkaudu aukosta 7b saunomistilaan 11a kannen 4c ollessa auki.

Kuviossa 3 on esitetty eräs keksinnön mukainen rakenneratkaisu kaaviokuvana, jossa vastaanottoelimessä 2a on ainakin yksi säteilijä 3a järjes-20 tettynä säteilemään esteettömästi oleellisesti kaasuenergiainfrapunaläm-pösäteilymatkan 3c päähän vastaanottoelimestä 2a niin, että se kuumenisi mahdollisimman tehokkaasti.

Kuviossa konvektiovirtaus 9b on järjestetty niin, että vastaanottoelin 2a on järjestetty yläpinnaltaan 6b vinoksi ja vastaanottoelimessä 2a on yksi tai 25 useampi aukko 7a, joihin on järjestetty kanava 5a, jota kautta pakokaasut 9a viilaavat ulkoilmaan 11b. Säteilijä 3a ottaa kaasun palamiseen tarvittavan il-5 man saunomistilasta 11a vastaanottoelimen 2a reunan alakautta. Mainittua

CV

^ kiuasmallia voisi edullisimmin käyttää saunoissa, joissa on helppo järjestää riit- ° tävä ilmanvaihto, kuten telttasaunoissa.

CD

30 Vastaanottoelimeen 2a on järjestetty syvennys 12 ja siihen vas- £ taanottoelimet 2b, sekä kannellinen astia 13 jotakin hajusteainetta, esimerkiksi o leppälastua varten. Kuviossa on esitetty nuolella löylyvirtaus 1. Vastaanot- 00 g toelimen 2a sisäpuolelle on järjestetty liekinvarmistin 15.

o Kuviossa 4 on esitetty keksityn kiukaan eräs rakenneratkaisu, jossa ^ 35 runko-osassa 6a on ainakin yksi säteilijä 3a järjestettynä säteilemään esteet- 5 tömästi oleellisesti kaasuenergiainfrapunalämpösäteilymatkan 3c päähän vas-taanottoelimestä 2a niin, että se kuumenisi mahdollisimman tehokkaasti.

Runko-osan 6a ulkopinnalle on järjestetty kaasun virtauksen käyttö-elin 10a ja kipinäsytyttimen käyttöelin 10b, joilla kiuas voidaan käynnistää ja 5 sammuttaa, sekä kiukaan tehoa säätää. Rungon 6a ulkopinnalle on järjestetty nostoelin 16 ja rungon 6a sisäpuolelle happitunnistin 14, mikä katkaisee kaasun syötön mikäli saunomistilan 11a hapen määrä laskee tarpeettoman alas.

Runko-osa 6a, kansi 4c, kanavat 5a, 5b ja läppä 8 ovat edullisimmin ruostumatonta terästä tai muuta metallia ja muotoiltu levymäisiksi, lieriömäisik-10 si tai kotelomaisiksi ratkaisuiksi. Vastaanottoelin 2a on edullisimmin lämpöä kestävää kivipohjaista tai keraamisesta raaka-ainetta, kuten vuolukiveä tai kuumuuden kestävää valumassaa ja muotoiltu tasomaiseksi, sylinterimäiseksi, kotelomaiseksi tai maljamaiseksi. Muutkin muodot ovat mahdollisia. Vastaanot-toelimet 2b ovat edullisimmin tyypillisiä ennestään tunnettuja löylykiviä.

15 Keksityn kiukaan kaikki osat voidaan valmistaa tunnetuista raaka- aineista ja tunnetuilla valmistusmenetelmillä ja koneilla. Polttoaineina voidaan käyttää muutakin normaali-ilmanpaineessa nestemäisenä esiintyviä yleisesti tunnettuja polttoaineita, kuten valopetrolia, jolloin kaasuuntuminen tapahtuu ennestään tunnetuilla tekniikoilla lämpöä ja painetta hyväksi käyttäen.

20 Tämän keksinnön mukainen menetelmä kuvaa pääosin vain muu taman rakennevaihtoehdon kautta menetelmän mukaista kiukaan rakennetta. Alan ammattimiehelle on selvää, ettei keksintö rajoitu vain edellä esitettyihin vaihtoehtoihin, vaan monet muunnokset ovat mahdollisia oheisten patenttivaatimusten määrittämän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

δ

(M

i δ i O)

X

en

CL

O

CO

CO

o h-· o o

(M

Claims (10)

1. Kiuas käytettäväksi kylpemisessä tarvittavan lämmön tuottamiseen, joka kiuas käsittää yhden tai useampia lämmitettäväksi tarkoitettuja vas-5 taanottoelimiä (2a, 2b) sekä kaasuenergialla toimivan lämmönlähteen, tunnettu siitä, että lämmönlähde on sovitettu tuottamaan infrapunalämpösäteilyä, jolloin yksi tai useampi vastaanottoelin (2a, 2b) on järjestetty lämmönlähteen läheisyyteen vastaanottoelinten lämmittämiseksi kaasuenergiästä tuotetulla inf-rapunalämpösäteilyllä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kiuas, tunnettu siitä, että vas- taanottoelimessä (2a) on ainakin yksi säteilijä (3a) järjestettynä oleellisesti kaasuenergiainfrapunalämpösäteilymatkan (3c) päähän vastaanottoelimestä (2a, 2b).

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kiuas, jossa on runko (6a), tun-15 nettu siitä, että runko-osassa (6a) on ainakin yksi säteilijä (3a) järjestettynä oleellisesti kaasuenergiainfrapunalämpösäteilymatkan (3c) päähän vastaanottoelimestä (2a, 2b).

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen kiuas, tunnettu siitä, että runko-osassa (6a) ja / tai vastaanottoelimessä (2a) on yksi tai useampi aukko (7a, 20 7c) ja kyseiseen aukkoon (7a, 7c) on järjestetty kanava (5a, 5b) konvektiovir- tausten (9b) ohjaamiseksi.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen kiuas, tunnettu siitä, että runko-osan (6a) kanavaan (5a, 5b) on järjestetty sulkuläppä (8).

6. Patenttivaatimuksen 3 mukainen kiuas, tunnettu siitä, että run-25 ko-osassa (6a) on löylypesän (4a) kohdalla aukko (7b), johon on järjestetty kansi (4c).

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen kiuas, tunnettu siitä, että aukon CM ± (7b) reunat (18) ovat muotoiltu löylypesän (4a) puolella ulottuvaksi oleellisesti ^ alemmaksi kuin säteilijän (3a) yläreuna.

8. Patenttivaatimuksen 2, 3 ja 4 mukainen kiuas, tunnettu siitä, että £ runko (6a) ja / tai vastaanottoelin (2a) on järjestetty yläpinnaltaan (6b) vinoksi.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kiuas, tunnettu siitä, että run- 00 g ko-osan (6a), tai vastaanottoelimen (2a) ulkopinnalle on järjestetty kaasun vir- o tauksen käyttöelin (10a) ja kipinäsytyttimen käyttöelin (10b), sekä sisäpuolelle ^ 35 happitunnistin (14) ja liekinvarmistin (15).

10. Kiukaan lämmitysmenetelmä, joka kiuas käsittää yhden tai useampia vastaanottoelimiä (2a, 2b), tunnettu siitä, että menetelmä käsittää vaiheet, joissa tuotetaan kaasuenergialla infrapunalämpösäteilyä, ja 5 lämmitetään kaasuenergian infrapunalämpösäteilyllä yhtä tai use ampaa vastaanottoelintä (2a, 2b) kiukaan lämmittämiseksi. o (M δ i O) X en CL O CO CO o h-· o o (M