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Die
Erfindung betrifft einen Ofen mit einem zum Verbrennen fester Brennstoffe
ausgelegten Feuerraum.
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Derartige Öfen sind
bekannt. Sie werden heutzutage als Kaminöfen, aber auch als Heizkörper zum
Heizen ganzer Wohnungen und Häuser
eingesetzt. Als feste Brennstoffe werden heutzutage zunehmend Preßlinge aus
granularem brennbaren Material, sogenannte Pellets, verwendet. Demgemäß werden
derartige Öfen
modernerer Bauart auch Pellets- oder
Stückholzöfen genannt.
Um dem Benutzer dabei das angenehme Erscheinungsbild eines offenen
Kamins zu geben, ist gerade bei Öfen,
die sich im Wohnbereich befinden, die Verbrennung beispielsweise
durch eine Glasscheibe in der Ofenwand oder einer aus feuerfestem
Glas gefertigten Ofentür von
außen
einzusehen.
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Nun
werden, insbesondere durch die immer besser isolierten Häuser und
Wohnungen, z. B. Niedrigenergie- und Passivhäuser, immer kleinere Heizlasten
für die Öfen benötigt.
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Um
die dafür
geforderten geringen Heizleistungen zu realisieren, werden die Öfen zeitweilig
nur im Teillastbetrieb betrieben.
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Gerade
im Teillastbetrieb ist es allerdings schwierig, eine gleichmäßige Verbrennung
der festen Brennstoffe sicherzustellen. Eine ungleichmäßige oder
als Folge daraus auch unvollständige
Verbrennung der Brennstoffe führt
zu einer Verringerung des feuerungstechnischen Wirkungsgrades, und
umgekehrt auch zu einer Erhöhung
umweltschädlicher Emissionen.
Ein weiterer optischer Nachteil bei ungleichmäßiger Verbrennung liegt darin,
daß nur
kleinere Flammenbilder mit unruhiger kurzer Flamme sichtbar sind.
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Angesichts
der oben angeführten
Probleme liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Ofen bereitzustellen,
der eine verbesserte und insbesondere gleichmäßigere Verbrennung der Brennstoffe ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird von der Erfindung durch eine Weiterbildung des Ofens
der eingangs genannten Art gelöst,
der durch einen im Feuerraum angeordneten schalenartigen Einsatz
mit einer zum Flammendurchgang ausgelegten Durchgangsöffnung in seinem
Bodenbereich, die dem Boden oder einer Seite des Feuerraums zugewandt
ist, gekennzeichnet ist.
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Dabei
liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, daß eine gleichmäßigere Verbrennung,
insbesondere von Rückständen noch
brennbarer Rauchgase, durch eine von der Durchgangsöffnung des
schalenartigen Einsatzes bewirkte geordnete Zentrierung der Flamme
ermöglicht
wird. Durch diese geordnete Zentrierung strömen die Rauchgase durch die
definierte Durchgangsöffnung,
wobei eine Durchmischung von brennbaren Rauchgasen mit Verbrennungsluft
zwangsweise herbeigeführt
wird. Mit der starken Durchmischung der Rauchgase mit Verbrennungsluft
ist die zur Restverbrennung der Rauchgase nötige Verbrennungsluft in ausreichender
Weise vorhanden. Weiter wird durch die Form des schalenartigen Einsatzes,
im folgenden der Einfachheit halber oft auch als Schale bezeichnet,
ein Wärmestauraum definiert,
der einem Abkühlen
des Brennraums im Bereich des Schaleninnenraums entgegenwirkt, indem
die für
den Wärmeverlust
in dem Bereich sorgende Wärmestrahlung
zumindest teilweise aufgehalten wird. Anderenfalls würde die
in diesem Bereich entstehende Wärme
ungehindert nach außen
in Richtung der Feuerrauminnen wände
abgestrahlt und zunächst
nur zu einer Erwärmung
im Bereich des Ofens führen,
der von dem Brennzentrum entfernt ist. Je nachdem, ob das Brennen
in dem Ofen von unten nach oben erfolgt, wie in den meisten Öfen, oder
eher von einer Seite, ist die Durchgangsöffnung dem Boden bzw. dieser
Seite des Ofens zugewandt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Durchgangsöffnung
zentral, vorzugsweise symmetrisch in dem schalenartigen Einsatz
gebildet. So kann die Gleichmäßigkeit
der Verbrennung weiter erhöht werden.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
besteht der schalenartige Einsatz zumindest teilweise aus feuerfestem
Keramikglas. So können
die durch die Durchgangsöffnung 2 nach
oben schlagenden Flammen auch im Innenbereich der Schale weiter
beobachtet werden. Derartige Keramikgläser sind beispielsweise die
von der Firma SCHOTT AG vertriebenen ROBAX®-Gläser.
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In
einer weiter bevorzugten Ausführungsform
ist ein Innenwandbereich des schalenartigen Einsatzes zumindest
teilweise reflektierend ausgebildet. So kann von der Flamme im Innenbereich
der Schale ausgestrahlte Wärmestrahlung
zumindest teilweise wieder in den Innenbereich zurückgestrahlt werden,
wodurch sich eine geringere Abkühlung
des Verbrennungsbereichs bzw. eine entsprechend höhere Temperatur
ergibt, die einer Nachverbrennung der Rauchgase förderlich
ist. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß durch eine verstärkte Nachverbrennung die
Leuchtkraft der Flamme im Innenbereich der Schale erhöht wird.
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Eine
einfache Art und Weise, die reflektierenden Innenwandbereiche zu
erreichen, besteht darin, die Wände
des schalenartigen Einsatzes zumindest teilweise aus Metall zu bilden.
Allerdings bleibt die Schale zumindest in den Bereichen undurchsichtig, in
denen sie vollkommen aus Metall gebildet ist.
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Dagegen
ist nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß das feuerfeste
Keramikglas an Innenwandbereichen zumindest teilweise verspiegelt
ist. So wird zum einen der oben genannte Vorteil verbesserter Nachverbrennung
wie auch einer erhöhten
Leuchtkraft der Flamme erreicht. Zum anderen wird weiter Keramikglas
als Material verwendet, so daß durchsichtige
Bereiche der Schalenwände
möglich
sind.
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In
einer nochmals weiter bevorzugten Ausführungsform ist die Verspiegelung
des Keramikglases derart, daß die
Schalenwandbereiche bei Betrieb des Ofens zumindest teildurchsichtig
sind, insbesondere werden. Dabei kann daran gedacht werden, Gläser vom
Typ der ROBAX®-verspiegelten
Glaskeramiken zu verwenden. Diese werden unter anderem für Kaminsichtscheiben
oder Innenraumverkleidungen von der Firma SCHOTT AG hergestellt.
Bei diesen Scheiben ist in unbefeuertem Zustand der Blick durch
die Scheibe verwehrt, wogegen die Flamme im beheizten Zustand durch
die Wände
sichtbar ist. So kann eine gute Nachverbrennung mit einem guten optischen
Erscheinungsbild kombiniert werden.
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Nach
einer baulich einfachen Ausgestaltung ist der schalenartige Einsatz
zylinderförmig
oder schüsselförmig.
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Andererseits
kann auch vorgesehen werden, daß die
Schalenwände
schräg
zur Bodenebene des schalenartigen Einsatzes verlaufen. So kommen
unterschiedliche Reflektionswinkel bereits durch die Neigung der
Schalenwände
zum Einsatz, wodurch sich eine optische Verbesserung des Flammenbilds ergibt.
Dabei kann der Neigungswinkel der Schalenwände gegenüber der Bodenebene im Bereich
von 5° bis
75°, vorzugsweise
15° bis
60°, insbesondere 25° bis 40° betragen.
Bei einem Schalenwinkel von 90° hätte man
wiederum einen zylinderförmigen
Einsatz.
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Nach
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
sind die Schalenwände
dagegen konkav ausgebildet. So kann bei der Wärmerückstrahlung zusätzlich ein
fokussierender Effekt erreicht werden.
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In
diesem Zusammenhang ist insbesondere vorgesehen, daß die Schalenwände elliptisch
oder parabolisch geformt sind. So kann zum einen die Fokussierwirkung
verstärkt
werden, zum anderen kann ein nochmals ansehnlicheres Flammenbild
erhalten werden.
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Nach
einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform
hat die Schale in Draufsicht auf die Durchgangsebene des Bodenbereichs
eine runde oder polygonale Form. So läßt sich die Schale in die meisten Öfen passend
einbauen und ist baulich einfach herzustellen.
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Nach
einer weiter bevorzugten Ausführungsform
hat die Durchgangsöffnung
eine runde oder polygonale Form. So kann eine geeignet zentrierte
Führung
der Flamme erreicht werden, wobei die Randbereiche der Durchgangsöffnung gleichmäßig erwärmt bzw.
zum Glühen
gebracht werden können,
was in einer nochmals gleichmäßigeren
Nachverbrennung resultiert.
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Nach
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
weist eine Umrandung der Durchgangsöffnung eine zumindest teilweise
spitz auf die Durchgangsöffnung
zulaufende Kante auf. Je dünner
die Kante ist, desto schneller kann diese zum Glühen gebracht werden und durch
Entzünden
der Rauchgase die gewünschte
Nachverbrennung einleiten. Diese Wirkung wird durch die spitz zulaufende
Kante optimal ausgenutzt.
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Im
weiteren betrifft die Erfindung auch einen schalenartigen Einsatz
mit den oben bereits beschriebenen Merkmalen.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren, von denen
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1a eine
Seitenansicht eines schalenartigen Einsatzes für einen Ofen einer ersten Ausführungsform
der Erfindung zeigt,
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1b den
schalenartigen Einsatz aus 1a in
einer Draufsicht von oben zeigt,
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2a eine 1a entsprechende
Ansicht einer zweiten Ausführungsform
eines schalenartigen Einsatzes zeigt,
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2b eine
Draufsicht auf den schalenartigen Einsatz aus 2a ist,
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3a eine 1a entsprechende
Ansicht einer dritten Ausführungsform
eines schalenartigen Einsatzes zeigt,
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3b eine
Draufsicht auf den schalenartigen Einsatz aus 3a ist,
und
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4 den
schalenartigen Einsatz aus 3 in einer
Schnittansicht zeigt.
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In 1 ist eine erste Ausführungsform einer Schale 1 für einen
erfindungsgemäßen Ofen
dargestellt, wobei der Ofen selbst nicht dargestellt ist, sondern
lediglich der Innenraum des Ofens durch die Bezugsziffer 10 gekennzeichnet
ist. In dem Ofeninnenraum 10 ist eine Brennerschale 11 angeordnet,
in der nicht gezeigte Pellets zum Verbrennen aufgenommen sind. Eine
im Bodenbereich der Schale 1 vorgesehene Durchgangsöffnung 2 sorgt
dafür,
daß die (nicht
dargestellte) Flamme bei Gebrauch des Ofens im wesentlichen durch
die Durchgangsöffnung 2 schlägt und mit
ihr Rauchgase und durch den entstehenden Sog auch Verbrennungsgase
durch die Öffnung 2 nach
oben strömen.
Somit wird durch die Durchgangsöffnung 2 ein
wohldefinierter Flammenweg vorgegeben, der vergleichsweise eng dimensioniert
ist, und die Rauchgase werden sich mit den Verbrennungsgasen stark
vermischen.
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Wie
aus 1a gut zu erkennen ist, verlaufen die Seitenwände 3 schräg zur Bodenebene
der Durchgangsöffnung 2.
Wie insbesondere aus 1b besser zu erkennen ist, hat
die Schale 1 in Draufsicht eine im wesentlichen viereckige
Form, mit vier Seitenwänden 3a bis 3d,
die jeweils gegenüber
dem Boden um in diesem Ausführungsbeispiel
etwa einen Winkel von 30° geneigt
sind. Dies kann aus der Neigung der Kante 4 zwischen den
Seitenwänden 3a und 3d gut
erkannt werden.
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Ist
der Ofen mit der darin eingebauten Schale 1 in Betrieb,
wird sich zunächst
ein Umrandungsbereich 6 der Durchgangsöffnung 2, der die
Unterkanten der vier Seitenwände 3a bis 3d bildet,
verstärkt
erwärmen
bzw. zum Glühen
gebracht. Durch die erhöhte
Temperatur der Umrandung 6 können sich noch brennbare Rauchgase
daran entzünden, und
für eine
weitere Verbrennung und dadurch eine bessere Verbrennungsqualität sorgen.
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Selbstverständlich muß das Material
der Schale 1 feuerfest ausgelegt sein. Aber selbst Feuerfestprodukte
mit schlechter Wärmeleitung
können
für die
Schale 1 verwendet werden. In der konkreten in 1 dargestellten Ausführungsform ist die Schale 1 jedoch
aus einem feuerfesten Keramikglas hergestellt, so daß die durch
die Öffnung
schlagende Flamme 2 durch die Seitenwände 3 für den Betrachter sichtbar
bleibt, sofern natürlich
der Innenraum 10 selbst von außerhalb des Ofens durch etwa
eine Glaswand oder eine Glastür
sichtbar ist.
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Des
weiteren sind bei dieser Ausführungsform
die Innenflächen
der Schalenwände 3a bis 3d verspiegelt,
aber nur derart verspiegelt, daß die Transparenz
des Keramikglases wenigstens zum Teil erhalten bleibt, etwa zu 50%.
Aufgrund der Verspiegelung der Innenflächen wird von den durch die Öffnung 2 hindurchschlagenden
Flammen ausgehenden Wärmestrahlung
zumindest ein Teil von den Innenflächen der Seitenwände 3a bis 3d der
Schale 1 reflektiert und in den Brennbereich oberhalb der Durchgangsöffnung 2 zurückgeworfen.
So wird weitere Wärme
in diesen Brennbereich zurückgeführt, die
Abkühlung
in diesem Brennbereich verlangsamt und eine verbesserte Verbrennungsgüte erzielt.
Wie bereits eingangs erwähnt,
kann dadurch einerseits der Wirkungsgrad der Verbrennung erhöht werden und
können
auch umweltschädliche
Emissionen verringert werden, indem eine vollständigere Restverbrennung der
in diesem Bereich befindlichen Rauchgase erreicht wird. Wie bereits
gesagt, sorgt eine Erhitzung der Umrandung 6 für einen
Glührand,
der dafür
sorgt, daß sich
die Rauchgase auch entzünden können.
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Um
den Vorteil der Wärmerückstrahlung
zu erreichen, muß nicht
unbedingt das verspiegelte Keramikglas zum Einsatz kommen. Es könnten auch keramisch
glasierte Oberflächen
oder polierte Metalloberflächen
für die
Innenflächen
der Seitenwände 3a bis 3d verwendet
werden.
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Allerdings
hat die verbleibende Transparenz bei der Verwendung des verspiegelten
Keramikglases den Vorteil, daß die
Flamme im Schalenbereich nicht nur weiterhin sichtbar bleibt, sondern
aufgrund mehrfacher Spiegelungen durch die verspiegelten Innenflächen eine
optische Vervielfachung des Flammenbilds für den Betrachter erreicht wird.
Diese für den
Betrachter angenehme optische Vergrößerung des Flammenspiels wirkt
um so mehr, da durch die Konzeption der Schale 1 im Schaleninnenbereich eine
gleichmäßigere und
bessere Verbrennung erreicht wird, wodurch sich auch die Leuchtkraft
der Flamme erhöht.
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2 zeigt eine weitere Ausführungsform der
Schale 1, bei der die Schale 1 eine polygonale Grundform
mit acht Seitenflächen 3a bis 3h aufweist. Entsprechend
ist die Durchgangsöffnung 2 als
Achteck ausgebildet, während
sie bei der Ausführungsform
von 1 quadratisch war. Durch eine
größere Anzahl
von Seitenwänden
mit unterschiedlichem Raumwinkel zum Boden der Schale 1 wird
die Anzahl möglicher
Spiegelungsflächen
erhöht,
wodurch noch weitere Spiegelungsmöglichkeiten gegeben sind und sich
ein nochmals beeindruckenderes Flammenspiel für den Betrachter ergibt, sofern
das Material für
die Schale 1, wie auch bei dieser Ausführungsform bevorzugt, aus dem
oben beschriebenen Spiegelglas besteht.
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3 zeigt eine dritte Ausführungsform
einer Schale 1. Im Unterschied zu den in den 1 und 2 beschriebenen
Ausführungsformen
bilden die Seitenflächen 3 keine
Schräge 4 mit
der Bodenebene, sondern einen in Seitenansicht gekrümmten Rand 5,
der für
eine konkave Schalenform sorgt. In der in 3 dargestellten
Ausführungsform
ist die Form der Krümmung
elliptisch. Es könnte
aber auch eine parabolische Form verwendet werden. Durch die konkave
Krümmung
der Schalenwand 3 ergibt sich ein zusätzlicher Fokuseffekt der von
der reflektierenden Innenfläche 5a reflektierten
Wärmestrahlung,
so daß sich
im Innenbereich der Schale 1 oberhalb der Durchgangsöffnung 2 nochmals
heißere
Bereiche ausbilden können,
die eine verbesserte Nachverbrennung der durch die Durchgangsöffnung 2 strömenden Rauchgase
ermöglichen.
Diese Form wird gegenüber
den in 1 und 2 dargestellten Formen
mit schrägen
Seitenwänden
nochmals bevorzugt.
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In 4 ist
die Schale 1 aus 3 nochmals vergrößert und
im Querschnitt abgebildet. Dabei ist gut zu erkennen, daß sich die
Umrandung 6 der Durchgangsöffnung 2 auf die Durchgangsöffnung zu in
Form einer spitzen Kante 7 verjüngt. Dies kann einfach dadurch
erreicht werden, indem die Kante der Umrandung 6 angeschrägt ist.
Die spitz zulaufende Kante 7 kann nochmals schneller zum
Glühen
gebracht werden, um die daran vorbeiströmenden Rauchgase schneller
zu entzünden
und die erwünschte
Nachverbrennung einzuleiten.
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Das
anhand der 1 bis 4 weiter
erläuterte
Flammenzentrierungs-, Verbrennungs- und Spiegelungsprinzip kann
bei allen handelsüblichen Schalenbrennern
sowie Verbrennungssystemen mit einer geführten Flamme zum Einsatz kommen.
Es muß aber
auch keine Brennschale 11 wie in 1a dargestellt
vorhanden sein, auf der sich die Schale 1 abstützt. Vielmehr
kann die Schale 1 auf beliebige andere Weise oberhalb des
Bodens des Feuerraums 10 eines Ofens angebracht werden,
z. B. durch ein Gestell aus Metall zur Aufnahme der Schale.
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Auch
ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen
eingeschränkt.
Vielmehr können
die in der obigen Beschreibung sowie in den Ansprüchen offenbarten
Merkmale der Erfindung sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination
für die
Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen
wesentlich sein.