CH701784A1 - Einrichtung zum Verbessern des Brennverhaltens einer Holzfeuerung sowie Holzfeuerung. - Google Patents

Abstract

Eine erfindungsgemässe Einrichtung ist sowohl zum Anbringen an bereits vorhandenen Holzfeuerungen als auch als Bauteil neu hergestellter Holzfeuerungen geeignet. Solche Holzfeuerungen weisen eine Brennkammer (2) oder Brennstelle auf, an welcher das Holzfeuer brennen soll, sowie eine Luftzufuhr (4) in die Brennkammer und eine Gasabführleitung (5, 7, 8), die meist einen Kamin (8) und oft auch ein in diesen mündendes Ofenrohr (7) aufweist. Die erfindungsgemässe Einrichtung zeichnet sich im Wesentlichen dadurch aus, dass sie ein ausserhalb der Gasabfuhrleitung (5, 7, 8) angeordnetes Gasfördermittel (11) aufweist, welches Umgebungsluft über eine Luftzuführleitung (12, 13, 14, 15) in die Gasabführleitung (5, 7, 8) fördert, und zwar so, dass an der Mündung der Luftzuführleitung in die Gasabfuhrleitung (5, 7, 8) die Luftströmung eine zur Strömungsrichtung der Verbrennungsgase parallele Komponente aufweist. Die Luftzuführleitung (12, 13, 14, 15) hat mindestens im Bereich der Mündung in die Gasabführleitung eine deutlich kleinere Querschnittsfläche als die Gasabführleitung.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft Holzfeuerungen (Holzöfen, Cheminées, Wohnungsgrillstellen etc.), wie sie sowohl in Wohn- und Gewerbe- als auch in Ferienhäusern und in Berghütten sowie auch als beispielsweise zentrale Heizeinrichtungen in Form von automatischen Pellet- oder Holzschnitzel-Heizkesseln weit verbreitet sind. Sie betrifft insbesondere eine Einrichtung zum verbesserten in-Gang-Setzen eines Brennvorgangs einer Holzfeuerung.

[0002] Ein weit verbreitetes Problem im Zusammenhang mit dem Betrieb von Holzöfen und dergleichen im Innern von Wohnräumen ist das erstmalige in-Gang-Setzen des Feuers wenn der Ofen und die Leitungen zum Abführen der Rauchgase (Ofenrohr, Kamin) noch kalt sind. Oft wird das Feuer relativ bald nach dem Entfachen ersticken, und dicker Rauch strömt aus dem Ofen in den Innenraum des Hauses. Oft versucht man dem zu begegnen, indem das Ofenrohr mit einer Lötlampe, einem Haarfön, dem Verbrennen von Zeitungen oder anderen Mitteln vorgewärmt wird, im Allgemeinen mit mässigem Erfolg. Oft versuchen Benutzer auch das Feuer durch Blasen, eventuell mittels Blasbalg, in die Brennkammer in Gang zu halten, aber auch dadurch wird das Problem nicht gelöst, und ausserdem ist solches sehr mühsam. Eine professionellere aber auch teurere Lösung des Problems ist das Platzieren eines Kaminventilators, d.h. eines Gasfördermittels - im Allgemeinen eines Axialventilators mit dem Durchmesser des Ofenrohrs; auch andere Geometrien sind auf dem Markt - in der Gasabführleitung. Durch diesen wird ein Luftzug durch den Ofen und die Gasabführleitung erzwungen, was das Problem wirksam löst. Nachteilig an dieser Lösung sind die sehr hohen Kosten und der Umstand, dass bewegliche Teile im stark korrosiven Milieu im Innern der Gasabzugsleitung oder anderen Austritt an die Atmosphäre vorhanden sind.

[0003] Analog der oben beschriebenen Problematik mit dem Betrieb von Holzöfen ist bei Pellets- und Holzschnitzel-Heizkesseln auch das automatische In-Gang-Setzen des Feuers erschwert, und oft sind auch hier zusätzliche Einrichtungen oder geometrische Veränderungen der Abluftleitungen nötig.

[0004] Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zum Verbessern des Brennverhaltens in Holzfeuerungen (Holzöfen, Cheminées, Wohnungsgrillstellen, Heizkesseln für Pellets oder Holzschnitzel, etc.) zur Verfügung zu stellen, welche Nachteile des Standes der Technik überwindet und welche insbesondere kostengünstig und einfach in der Wartung ist.

[0005] Eine erfindungsgemässe Einrichtung ist sowohl zum Anbringen an bereits vorhandenen Holzfeuerungen als auch als Bauteil neu hergestellter Holzfeuerungen geeignet. Solche Holzfeuerungen weisen eine Brennkammer oder Brennstelle auf, an welcher das Holzfeuer brennen soll, sowie eine Luftzufuhr in die Brennkammer und eine Gasabführleitung, die meist einen Kamin und oft auch ein in diesen mündendes Ofenrohr aufweist. Die erfindungsgemässe Einrichtung zeichnet sich im Wesentlichen dadurch aus, dass sie ein ausserhalb der Gasabführleitung angeordnetes Gasfördermittel aufweist, welches Umgebungsluft (oder eventuell ein anderes Gas wie bspw. Stickstoff) über eine Luftzuführleitung in die Gasabführleitung fordert und zwar so, dass an der Mündung der Luftzuführleitung in die Gasabfuhrleitung die Luftströmung eine zur Strömungsrichtung der Verbrennungsgase parallele Komponente aufweist. Die Luftzuführleitung hat mindestens im Bereich der Mündung in die Gasabfuhrleitung eine deutlich kleinere Querschnittsfläche als die Gasabführleitung.

[0006] Die der Gasabführleitung zugeführte Umgebungsluft (bzw. das andere Gas) muss dabei nicht beheizt werden; aus Gründen der Energieverbrauchsminimierung ist die zugeführte Luft sogar mit Vorteil unbeheizt (dadurch wird natürlich ein minimales Aufwärmen durch die Abwärme des Gasfördermittels nicht ausgeschlossen; vielmehr heisst, unbeheizt, dass keine separaten Heizungsmittel vorhanden sind).

[0007] Beim In-Gang-Setzen eines Feuers in einem Ofen, Cheminée oder Heizkessel kann das Problem bestehen, dass das Innere der Gasabfuhrleitung (d.h. des Kamins und des Ofenrohrs) kälter und daher schwerer ist als die Umgebungsluft, und dass daher eine Strömung durch die im Allgemeinen nach oben und in die Umgebung führende Gasabführleitung anfangs nicht zustande kommt. Eine ähnliche Problematik kann sich auch bei sonst wie ungünstigen Witterungsverhältnissen, bei ungünstig bemessenen Kaminen etc. ergeben. Gemäss der Erfindung wird nun vorgeschlagen, dieses Problem zu beheben, indem einfach Luft in den Kamin geblasen wird, und zwar in der Strömungsrichtung.

[0008] Es hat sich in Versuchen gezeigt, dass durch diesen verblüffend einfachen und einfach zu realisierenden Ansatz das Problem des In-Gang-Setzens des Brennvorgangs zuverlässig gelöst wird.

[0009] Ein Mechanismus, der zum Funktionieren des erfindungsgemässen Ansatz beitragen kann, ist, dass durch die einströmende Luft auch in der Gasabführleitung eine Strömung erzeugt wird, wodurch nach dem Satz von Bernoulli ein leichter Unterdruck entsteht. Dadurch wird Gas von der Brennkammer oder Brennstelle her nachgesaugt und so die notwendige Strömung in Gang gesetzt.

[0010] Im Vergleich zu den herkömmlichen Kaminventilatoren hat das erfindungsgemässe Vorgehen markante Vorteile:

[0011] Erstens kann anstelle eines sehr teuren und grossen sowie aufwändig zu installierenden (im Innern des Kamins oder als Kaminaufsatz auf dem Hausdach) ein kostengünstiger Lüfter verwendet werden, der bloss Luft durch eine im Querschnitt verhältnismässig kleine Luftförderleitung - die Querschnittsfläche beträgt im Allgemeinen weniger als ein Fünftel, besser weniger als ein Zehntel, vorzugsweise weniger als ein Zwanzigstel oder sogar weniger als ein Dreissigstel der Querschnittsfläche der Gasabführleitung am Ort der Mündung - fördern muss. Es reicht daher im Allgemeinen ein Lüfter mit einer Leistung von weniger als 150 Watt, oft gar weniger als 100 Watt oder weniger als 70 Watt und beispielsweise nur 15-60 Watt. Durch diese geringe Leistungsaufnahme kommt die erfindungsgemässe Einrichtung auch für Berghütten ohne Stromanschluss und nur mit Photovoltaik-Anlage in Frage.

[0012] Als Lüfter wird vorzugsweise ein Radiallüfter verwendet, der auch bei den erwähnten vergleichsweise kleinen Leistungen Luft und auch durch eine Luftführleitung von beispielsweise einigen Dezimetern bis wenigen Metern mit genügend grossem Durchsatz fördern kann; aber auch Axialventilatoren oder andere Gasförderprinzipien sind nicht ausgeschlossen. Bei einem Verhältnis der Querschnittfläche zwischen Gasabführleitung und Luftzufuhrleitung am Ort der Mündung von beispielsweise zwischen 30 und 40 beträgt die Luftgeschwindigkeit im Bereich der Mündung vorzugsweise ca. 5-25 m/s.

[0013] Zweitens muss der Lüfter bloss Umgebungsluft fordern und keine aggressiven Rauchgase. Er muss daher auch nicht besonders korrosionsbeständig sein. Es sind vorzugsweise keine beweglichen und daher potentiell reparaturanfälligen Teile im Innern der Gasabfuhrleitung und daher schwer zugänglich und dem Rauchgas ausgesetzt.

[0014] Als zum Lüfter alternatives Gasfördermittel kommt eine Druckflasche in Frage, aus welcher das Gas (komprimierte Luft, Stickstoff, etc.) direkt in die Luftzufuhrleitung strömt. Besonders vorteilhaft weil praktisch Wartungsfrei ist jedoch wie erwähnt die Verwendung eines Lüfters, welcher Umgebungsluft in die Luftzufuhrleitung fordert.

[0015] Die Mündung der Luftzuführleitung in die Gasabführleitung ist in Strömungsrichtung der Brennkammer oder Brennstelle nachgeschaltet, d.h. sie befindet sich in dem Bereich, in den im Normalbetrieb der Holzfeuerung keine Flammen hingelangen. Sie befindet sich beispielsweise mindestens 50 cm von der Stelle entfernt, an welcher im Normalbetrieb das Feuer brennt.

[0016] Mit Vorteil erfolgt die Zufuhr des Luftstroms in einen Bereich, in dem die Gasabführleitung im Wesentlichen gerade verläuft. Die Luftzuführleitung erstreckt sich dann vorzugsweise in die Gasabfuhrleitung hinein und weist einen zur Gasabfuhrleitung parallelen Abschnitt vor ihrer Mündung auf. Bevorzugt ist der parallel zur Gasabfuhrleitung verlaufende Abschnitt mindestens ca. 3-mal so lange wie sein Durchmesser.

[0017] Die erfindungsgemässe Einrichtung wird beispielsweise während eines Initialbetriebs zum Einsatz kommen. Je nach Ofenkonfiguration und vorhandener Brennleistung sowie auch abhängig von anderen Faktoren wie Witterung etc. muss der Initialbetrieb, während dem eine Luftzufuhr mittels Gasfördermitteln in die Gasabfuhrleitung erfolgt, während einem beschränkten Zeitraum von beispielsweise zwischen 30 und 60 Minuten aufrecht erhalten werden, wobei in diesem Zeitraum oft nur während sehr kurzen Intervallen von wenigen Sekunden bis ca. 1 Minute Luft zugeführt werden muss. Anstelle des Initialbetriebs mit Luftzufuhr in Intervallen (bspw. jeweils manuell bei Rauchentwicklung in Gang gesetzt oder in vorprogrammierten Abständen) ist auch ein Initialbetrieb mit kontinuierlicher Luftzufuhr möglich.

[0018] Im Anschluss an den Initialbetrieb wird im Allgemeinen der Gasfluss aufgrund der Thermik von selbst im Gang gehalten.

[0019] Die Einrichtung kann optional zusätzlich zu den beschriebenen Mitteln einen Sensor aufweisen, welcher eine Rauchentwicklung detektiert und mit einer Steuerung in Kommunikationsverbindung steht, welche die Gasfördermittel bei Rauchentwicklung unmittelbar automatisch in Gang setzt.

[0020] Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren detaillierter beschrieben. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder analoge Elemente. Es zeigen: <tb>Fig. 1<sep>eine sehr schematische Darstellung eines Holzofens, an welchem mögliche Platzierungen von Luftzufuhrleitungen eingezeichnet sind; und <tb>Fig. 2<sep>eine Darstellung, teilweise im Schnitt, eines Holzofens.

[0021] Der Holzofen 1 gemäss Fig. 1ist vom Typus Holzofen-Kochherd. Er weist eine Brennkammer 2 auf, deren Boden durch einen Rost 3 gebildet wird. Unterhalb des Rosts 3 ist eine Ascheaufnahme vorhanden, in welche eine Luftzufuhr 4 von ausserhalb des Ofens mündet. Oberseitig schliesst an die Brennkammer ein horizontaler Rauchabzugsbereich 5 an, durch welchen die heissen Rauchgase geleitet werden und dabei beispielsweise ein nicht direkt über der Brennkammer liegende Herdplatte und/oder einen Backbereich aufwärmt. An den horizontalen Rauchabzugsbereich schliesst ein Ofenrohr 7 an, welches in einen Kamin 8 mündet. Der Rauchabzugsbereich 5 des Ofens, das Ofenrohr 7 und der Kamin 8 bilden zusammen die Gasabführleitung. Die ausgezogenen Pfeile 10 illustrieren den Gasfluss im Normalbetrieb. Im Dauerbetrieb wird der Gasfluss im Allgemeinen durch die Thermik des Ofens selbst im Gang gehalten, und es sind keine eigens dafür vorgesehenen Antriebsmittel nötig.

[0022] Am Anfang des Ofenbetriebs, wenn dieser vollständig ausgekühlt ist, kommt der Gasabfluss aber oft nicht von allein zustande, weshalb das Feuer in der Brennkammer 2 oft erstickt und beissender Rauch aus der Brennkammer herausströmt.

[0023] Gemäss der Erfindung wird nun in einer solchen Situation oder zur Vorbeugung einer solchen Situation Luft in die Gasabführleitung geblasen, und zwar parallel oder annähernd parallel zur vorgesehenen Strömungsrichtung, also in Vorwärtsrichtung. Dies geschieht nach der Brennkammer, d.h. die einströmende Luft gelangt nicht ins Feuer sondern wird vielmehr in Richtung von diesem weggeblasen. Dadurch wird eine Gasströmung auf dem vorgesehenen, durch die ausgezogenen Pfeile dargestellten Pfad erwirkt, und der Brennvorgang sowie das Gasabzugverhalten werden in Gang gehalten und stabilisiert.

[0024] In der Fig. 1 sind schematisch ein Gasfördermittel 11 - beispielsweise ein elektrisch betriebener Radiallüfter - sowie vier mögliche Platzierungen der Luftzufuhrleitung bzw. ihres Mündungsbereichs eingezeichnet, wobei pro Ofen vorzugsweise nur eine dieser Luftzuführleitungen 12, 13, 14, 15 vorhanden ist. Wie durch die entsprechenden gestrichelten Pfeile 12, 13, 14, 15 dargestellt, weist die entsprechende Luftzufuhrleitung einen zur Strömungsrichtung in der Gasabführleitung mindestens annähernd parallelen Mündungsabschnitt auf.

[0025] Fig. 2 zeigt einen Ofen 1 eines Typs ohne horizontalen Rauchabzugsbereich, wobei die Luftzufuhrleitung 16 im Bereich vor ihrer Mündung verjüngt ist, um die optimale Einströmgeschwindigkeit im Mündungsbereich zu erhalten und trotzdem den Strömungswiderstand zu optimieren.

Beispiel 1:

[0026] Zum In-Gang-Setzen eines Brennvorgangs in einem Ofen vom Typ gemäss Fig. 1 mit einem Ofenrohr mit Durchmesser 120 mm wurden ein Radiallüfter mit einer Leistung von ca. 20 Watt und eine Luftzufuhrleitung einer Länge von ca. 60 cm und einem Durchmesser von ca. 20 mm verwendet, um Luft an der in Fig. 1mit 14 bezeichneten Stelle einzublasen. Die berechnete Strömungsgeschwindigkeit im Bereich der Mündung der Luftzuführleitung betrug ca. 12 m/s. Jegliche einsetzende Rauchentwicklung wurde durch Einschalten des Radiallüfters in dieser Konfiguration unverzüglich gestoppt und der Brennvorgang jeweils unmittelbar wieder in Gang gesetzt.

Beispiel 2:

[0027] In einem Ofen vom Typ gemäss Fig. 2mit einem Ofenrohr vom Durchmesser 200 mm wurden ein Radiallüfter mit einer Leistung von ca. 56 Watt und einer Luftführleitung mit einer Länge von ca. 1,5 m und einem Durchmesser von ca. 60 mm und im Mündungsbereich von 30 mm verwendet, um Luft an der in Fig. 2mit 16 bezeichneten Stelle einzublasen. Die berechnete Strömungsgeschwindigkeit im Bereich der Mündung der Luftzufuhrleitung betrug ca. 15 m/s. Auch hier wurde jegliche einsetzende Rauchentwicklung durch Einschalten des Radiallüfters in dieser Konfiguration unverzüglich gestoppt und der Brennvorgang jeweils unmittelbar wieder in Gang gesetzt.

Claims (8)

1. Einrichtung zum verbesserten in-Gang-Setzen eines Brennvorgangs in einer Holzfeuerung (1), wobei die Holzfeuerung eine Brennkammer (2) oder Brennstelle mit einer Luftzufuhr (4) sowie eine Gasabführleitung (5, 7, 8) aufweist, wodurch eine Strömungsrichtung von der Luftzufuhr durch die Brennkammer und die Gasabfuhrleitung zu einer Mündung der Gasabführleitung definiert ist, und wobei die Einrichtung ein Gasfördermittel (11) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasfördermittel (11) ausserhalb der Gasabführleitung (5, 7, 8) angeordnet ist, und dass die Einrichtung ferner eine in Strömungsrichtung der Brennkammer (2) oder Brennstelle nachgeschaltet in die Gasabführleitung mündende Luftzufuhrleitung (12, 13, 14, 15, 16) aufweist, wobei das Gasfördermittel Luft oder ein anderes Gas durch die Luftzuführleitung fördert und die Luftzuführleitung im Bereich ihrer Mündung in die Gasabfuhrleitung eine zur Strömungsrichtung parallele Komponente aufweist, und wobei eine Querschnittsfläche der Luftzuführleitung kleiner ist als eine Querschnittsfläche der Gasabführleitung.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie frei von beweglichen Teilen im Rauchgas in der Gasabfuhrleitung (5, 7, 8) ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftzuführleitung (12, 13, 14, 15, 16) im Bereich ihrer Mündung in die Gasabfuhrleitung (5, 7, 8) zur Strömungsrichtung parallel ist.

4. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasfördermittel (11) ein elektrisch betriebener Lüfter ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfter ein Radiallüfter ist.

6. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Mündung der Luftzufuhrleitung in die Gasabfuhrleitung die innere Querschnittsfläche der Luftzufuhrleitung kleiner als ein Zwanzigstel der inneren Querschnittsfläche der Gasabführleitung beträgt.

7. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mündung der Luftzufuhrleitung mindestens 50 cm von derjenigen Stelle entfernt ist, an welcher im Normalbetrieb der Einrichtung ein Feuer brennt.

8. Holzfeuerung, insbesondere Holzofen (1), Cheminée oder Heizkessel, aufweisend eine Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche.