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Die vorliegende Erfindung liegt auf dem technischen Gebiet der Heizanlagen und betrifft nach ihrer Gattung eine Feuerungsanlage zur Raumbeheizung, insbesondere über konvektive Luftströmung, wie beispielsweise ein Kachelofen, Kaminofen und dergleichen. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Feuerungsanlage.
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Mit Holzscheiten oder Holzpellets betreibbare Feuerungsanlagen zur Raumbeheizung erfreuen sich zunehmender Beliebtheit. Grund hierfür ist, neben dem behaglichen Wohnklima, unter anderem die Möglichkeit einer effizienten und umweltschonenden Nutzung der Biomasse ”Holz”, die dazu beiträgt, die Erzeugung der so genannten Treibhausgase, welche für die globale Erderwärmung verantwortlich zeichnen, zu verringern. Die Verwendung von Holzbrennstoffen findet überwiegend im Bereich privat genutzter Wohngebäude statt.
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In einer gängigen Bauweise umfassen Kachel- und Kaminöfen einen aus Gusseisen oder Stahl bestehenden Heizeinsatz, durch den ein Feuer- bzw. Brennraum geformt ist. In den Brennraum münden eine Brennluftzufuhr zum Zuleiten von Brennluft für die Verbrennung von Brennstoff und ein Rauchgasabzug, durch den die bei der Verbrennung entstehenden Rauchgase abgezogen werden können. Über eine durch eine Brennraumtür verschließbare Zugangsöffnung kann der Brennraum mit Brennstoff befüllt werden, wobei häufig eine gläserne Brennraumtür im Sichtbereich angeordnet ist, so dass der Nutzer das Feuer sehen kann. Der Heizeinsatz ist von einer meist gemauerten Außenwand (”Korpus”) umgeben, die einen Hohlraum zur Aufnahme des Heizeinsatzes formt, wobei die Brennraumtür frei zugänglich bleibt.
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Bei modernen Kachel- und Kaminöfen erfolgt eine Raumheizung typischerweise nicht nur durch die von der erwärmten Außenwand bzw. Brennraumtür abgegebene Strahlungswärme, sondern auch über Lufterwärmung durch Konvektion. Hierbei wird der Effekt ausgenutzt, dass erwärmte Luft aufsteigt und das Nachströmen kälterer Luft aus der Umgebung bewirkt. Zu diesem Zweck ist im Ofen ein als Konvektionsraum zur Erzeugung einer konvektiven Luftströmung dienender Hohlraum geformt, in den in der Außenwand des Ofens geformte Luftein- und Luftauslassöffnungen münden, über die kältere Luft in den Konvektionsraum eingesogen bzw. erwärmte Luft abgegeben werden kann.
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Die
DE 38 08 227 A1 zeigt eine Heizeinrichtung, bei der ein innerer Warmluftkreis mit einem Wärmetauscher und ein äußerer konvektiver Warmluftkreis vorgesehen sind. Der innere Warmluftkreis ist mit Klappen versehen, durch die er mit dem äußeren Warmluftkreis strömungstechnisch verbunden werden kann. Bei geöffneten Klappen ist eine konvektive Luftströmung sowohl im inneren als auch äußeren Warmluftkreis ermöglicht. Bei geschlossenen Klappen ist eine konvektive Luftströmung im inneren Warmluftkreis unterbunden, jedoch im äußeren Warmluftkreis ermöglicht. Weiterer Stand der Technik ist in der
DE 35 01 289 A1 offenbart.
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Aufgabenstellung
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Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine gattungsgemäße Feuerungsanlage in vorteilhafter Weise weiterzubilden.
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Diese Aufgabe wird nach dem Vorschlag der Erfindung durch eine Feuerungsanlage mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche angegeben.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist eine Feuerungsanlage (Einzelfeuerstätte) zur Raumbeheizung, inbesondere über konvektive Luftströmung, gezeigt. Gattungsgemäße Feuerungsanlagen werden heutzutage in großer Zahl als Kachel- oder Kaminöfen vor allem in privat genutzten Wohnräumen verbaut.
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Nach ihrer Gattung umfasst die erfindungsgemäße Feuerungsanlage einen von einer Brennraumwand begrenzten Brennraum zur Verfeuerung von Brennstoff, der beispielsweise durch einen aus Stahl oder Gusseisen bestehenden Heizeinsatz geformt sein kann. In den Brennraum münden eine Brennluftzufuhr zum Zuführen von Brennluft für die Verbrennung von Brennstoff und ein Rauchgasabzug zum Abführen der durch die Verbrennung erzeugten Rauchgase aus dem Brennraum. Die Feuerungsanlage umfasst weiterhin eine die Brennraumwand zumindest teilweise umgebende Außenwand, durch welche die Feuerungsanlage von der äußeren Umgebung getrennt ist, die zumindest einen als Konvektionsraum dienenden Hohlraum formt, in dem zumindest ein Abschnitt der den Brennraum umgebenden Brennraumwand zur Erzeugung der konvektiven Luftströmung enthalten ist. Beispielsweise kann zu diesem Zweck ein Heizeinsatz in einem von der Außenwand geformten Hohlraum aufgenommen sein, wobei in der Außenwand eine durch eine Brennraumtür verschließbare Zugangsöffnung für den Brennraum ausgespart ist.
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Ferner sind in der Außenwand eine oder mehrere erste Öffnungen, im Weiteren als ”Lufteintrittsöffnungen” bezeichnet, sowie eine oder mehrere zweite Öffnungen, im Weiteren als ”Luftaustrittsöffnungen” bezeichnet, geformt. Die Luftein- bzw. Luftaustrittsöffnungen münden so in den Konvektionsraum, dass die im Konvektionsraum erzeugte konvektive Luftströmung von über die Lufteintrittsöffnungen eingesogene Luft gespeist wird und über die Luftaustrittsöffnungen abströmen kann. Sind mehrere Luftein- und Luftaustrittsöffnungen vorhanden, können diese verschiedenen, voneinander getrennten, äußeren Konvektionsumgebungen, beispielsweise getrennten Räumen wie Küche und Wohnzimmer, zugeordnet sein.
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Erfindungsgemäß zeichnet sich die Feuerungsanlage in wesentlicher Weise dadurch aus, dass jeder ersten Öffnung (Lufteintrittsöffnung) und/oder jeder zweiten Öffnung (Luftaustrittsöffnung) jeweils ein Stellelement zugeordnet ist, das über einen Bewegungsmechanismus in eine die Öffnung freigebende Öffnungsstellung und in eine die Öffnung verschließende (von der Öffnungsstellung verschiedene) Schließstellung gebracht werden kann, wobei in Öffnungsstellung eine konvektive Luftströmung in der Feuerungsanlage ermöglicht und in Schließstellung eine konvektive Luftströmung in der Feuerungsanlage unterbunden ist. Hierbei ist der Bewegungsmechanismus zur Bewegung des Stellelements mit einem mit dem Rauchgas thermisch gekoppelten Temperaturfühler so wirkverbunden, dass das Stellelement bei ansteigender Rauchgastemperatur bei Erreichen einer wählbaren ersten Schwelltemperatur von seiner Schließstellung in seine Öffnungsstellung und bei absinkender Rauchgastemperatur bei Unterschreiten einer wählbaren zweiten Schwelltemperatur von seiner Öffnungsstellung in seine Schließstellung gebracht wird. Jedes Stellelement kann somit über einen separaten Bewegungsmechanismus und einen mit dem Bewegungsmechanismus wirkverbundenen Temperaturfühler in Öffnungs- und Schließstellung gebracht werden. Hierbei kann jedem Bewegungsmechanismus ein separater Temperaturfühler zugeordnet sein.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist die erste Schwelltemperatur von der zweiten Schwelltemperatur verschieden. Beispielsweise kann die zweite Schwelltemperatur höher als die erste Schwelltemperatur sein. In einer alternativen Ausführungsform sind die erste Schwelltemperatur und die zweite Schwelltemperatur zueinander gleich.
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In der erfindungsgemäßen Feuerungsanlage wird somit in der Anheizphase, bei der die Rauchgastemperatur ansteigt, eine konvektive Luftströmung innerhalb der Feuerungsanlage solange unterbunden, bis das Rauchgas die gewünschte erste Schwelltemperatur erreicht hat. In vorteilhafter Weise kann durch diese Maßnahme erreicht werden, dass beim Anheizen die bereits erzeugte Wärme im Wesentlichen innerhalb der Feuerungsanlage gehalten wird, so dass die Feuerungsanlage im Vergleich zu herkömmlichen gattungsgemäßen Feuerungsanlagen schneller und leichter angeheizt werden kann. Sobald die gewünschte erste Schwelltemperatur des Rauchgases erreicht ist, öffnen die Luftein- bzw. Luftaustrittsöffnungen mit der Folge, dass sich eine konvektive Luftströmung zur Raumheizung über Lufterwärmung ausbilden kann.
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Andererseits wird in der erfindungsgemäßen Feuerungsanlage beim Ausgehenlassen der Feuerungsanlage, was mit einem Absinken der Rauchgastemperatur einhergeht, die konvektive Luftströmung innerhalb der Feuerungsanlage unterbunden, sobald die Temperatur des Rauchgases die zweite Schwelltemperatur unterschreitet. Durch diese Maßnahme kann erreicht werden, dass die Feuerungsanlage noch über einen vergleichsweise langen Zeitraum in der Art eines Grundofens im Wesentlichen über Strahlungswärme Energie an die Umgebung abgibt. In vorteilhafter weise kühlt die Feuerungsanlage im Vergleich zu herkömmlichen gattungsgemäßen Feuerungsanlagen dadurch merklich langsamer aus.
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Bekanntlich setzen sich in der Anheizphase besonders viele Staub- und Schmutzpartikel auf Oberflächen im Innern der Feuerungsanlage ab, da die konvektive Luftströmung während der Anheizphase in der Regel nicht stark genug ist, die eingesogenen Partikel wieder aus der Feuerungsanlage zu befördern. Dies hat zur Folge, dass die abgesetzten Partikel mit der vollen konvektiven Luftströmung aus der Feuerungsanlage transportiert werden und häufig Ursache für eine unerwünschte Deckenverschmuzung nahe der Feuerungsanlage sind. Da in der Anheizphase keine konvektive Luftströmung auftritt, kann somit auch der vorteilhafte Effekt erreicht werden, dass sich in der Anheizphase nur relativ wenig bzw. keine Staub- und Schmutzpartikel in der Feuerungsanlage absetzen können, wodurch eine hierdurch verursachte Deckenverschmutzung weitgehend vermieden werden kann.
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Die Wahl der ersten Schwelltemperatur und der zweiten Schwelltemperatur des Rauchgases hängt von der konkreten Auslegung der Feuerungsanlage ab. Bei Feuerungsanlagen für Wohngebäude können diese beiden Schwelltemperaturen beispielsweise in einem Bereich von 120°C bis 150°C liegen und, für den Fall, dass die erste und zweite Schwelltemperatur gleich sind, beispielsweise ca. 150°C betragen.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Feuerungsanlage umfasst der Bewegungsmechanismus für das Stellelement ein mit dem Rauchgas thermisch gekoppeltes Bimetall, wobei das Stellelement bei einer wählbaren Schwelltemperatur (erste und zweite Schwelltemperatur sind in diesem Fall gleich) durch das Bimetall in seine Öffnungs- und Schließstellung gebracht werden kann. Durch diese Maßnahme kann der Bewegungsmechanismus für das Stellelement in besonders einfacher Weise technisch realisiert werden, wobei insbesondere keine externe Stromversorgung erforderlich ist.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Feuerungsanlage werden die Öffnungen jeweils von einem Rahmenbauteil gebildet, das in eine in der Außenwand ausgesparte Durchbrechung eingesetzt ist. Das Stellelement ist in Form einer am Rahmenbauteil schwenkbar angelenkten Stellklappe ausgebildet. Durch diese Maßnahme können die veschließbaren Luftein- bzw. Luftaustrittsöffnungen in einfacher Weise technisch realisiert werden. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung kann es besonders vorteilhaft sein, wenn der Bewegungsmechanismus wenigstens ein am Rahmenbauteil gelagertes und mit dem Rauchgas thermisch gekoppeltes Bimetall umfasst, das so an der Stellklappe angreift, dass diese in Öffnungs- und Schließstellung gebracht werden kann. Diese Maßnahme ermöglicht eine einfache Integration des Bewegungsmechanismus für die Stellklappe in ein separats Bauteil, das insbesondere als modulares Bauteil in die Außenwandung der Feuerungsanlage eingesetzt werden kann.
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Alternativ hierzu, ist es gleichermaßen möglich, dass das Stellelement in Form einer an der Außenwandung schwenkbar angelenkten Stellklappe ausgebildet ist.
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Bei einer möglichen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Feuerungsanlage kann über jede Lufteintrittsöffnung ausschließlich Luft für die konvektive Luftströmung (und somit keine Brennluft zum Verfeuern des Brennstoffs) in den von der Außenwand geformten Hohlraum eintreten. Die auf Basis der Rauchgastemperatur erfolgende Steuerung der konvektiven Luftströmung ist deshalb unabhängig von der Menge der dem Brennraum über die Brennluftzufuhr zugeführten Brennluft.
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In einer hierzu alternativen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Feuerungsanlage kann über jede Lufteintrittsöffnung sowohl Luft für die konvektive Luftströmung als auch Brennluft zum Verfeuern des Brennstoffs in den von der Außenwand geformten Hohlraum zugeführt werden. In diesem Fall dient die durch die eine oder mehreren Lufteintrittsöffnungen einströmende Luft auch zum Verbrennen des Brennstoffs, wobei zu diesem Zweck jede Lufteintrittsöffnung mit der Brennluftzufuhr des Brennraums strömungstechnisch verbunden ist. Durch diese Maßnahme kann der vorteilhafte Effekt erzielt werden, dass beim Anheizen der Feuerungsanlage bei unterbundener konvektiver Luftströmung dem Brennraum vorgewärmte Brennluft zugeführt wird, wodurch ein besonders effektiver Abbrand mit relativ geringer Schadstofferzeugung ermöglicht ist. Die innerhalb der Feuerungsanlage vorhandene Luft reicht in der Regel während der Anheizphase als Brennluft aus, so dass es nicht erforderlich ist, in der Anheizphase zusätzlich Brennluft von außen nachzuführen.
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In obiger Ausgestaltung der Erfindung werden bei Temperaturabnahme des Rauchgases die Luftein- bzw. Luftaustrittsöffnungen durch die Stellelemente bei Unterschreiten der zweiten Schwelltemperatur verschlossen, so dass dem Brennraum keine weitere Brennluft mehr von außerhalb der Feuerungsanlage zugeführt wird. Dies hat in vorteilhafter Weise zur Folge, dass im Vergleich zu herkömmlichen gattungsgemäßen Feuerungsanlagen eine bessere bzw. längere Glutbetthaltung erzielt werden kann, da dem Brennraum nur noch die innerhalb des Hohlraums vorhandene Luft als Brennluft dient. In diesem Fall wird somit der kombinierte vorteilhafte Effekt erreicht, dass die Feuerungsanlage nicht nur durch die unterbundene konvektive Luftströmung, sondern auch durch die bessere Glutbetthaltung über einen besonders langen Zeitraum Energie über Strahlungswärme abgeben kann.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Feuerungsanlage ist in die wenigstens eine Lufteintrittsöffnung und/oder in die wenigstens eine Luftaustrittsöffnung jeweils ein Partikelfilter zur Filterung von Partikeln, insbesondere Staubpartikeln, eingesetzt. Durch diese Maßnahme kann erreicht werden, dass die Umgebungsluft durch die konvektive Luftströmung von Staub- und anderen Schmutzpartikeln gereinigt wird.
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Der Partikelfilter umfasst vorteilhaft ein reversibel entnehmbares Filtermedium, was den Vorteil bietet, dass ein durch die rückgehaltenen Partikel zugesetztes Filtermedium in einfacher Weise ausgetauscht oder gereinigt werden kann. Für den Fall, dass ein solches reversibel entnehmbares Filtermedium hitzebeständig ist, kann es durch Anwenden eines heißen Reinigungsmittels, beispielsweise in einer Wascheinrichtung, gereinigt werden, wodurch eine besonders einfache und gründliche Reinigung ermöglicht ist.
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Für den Fall, dass die Öffnungen durch ein in die Außenwand eingesetztes Rahmenbauteil geformt sind, kann es in herstellungtechnischer Hinsicht von Vorteil sein, wenn der Partikelfilter vom Rahmenbauteil, beispielsweise mittels einer magnetischen Halterung, lagegesichert gehalten wird. Beispielsweise kann der Partikelfilter als Filtermedium ein zwischen zwei (z. B. metallische) Geflechtlagen gehaltenes Faservlies umfassen, was eine einfache Montage und Austausch bzw. Reinigung des Filtermediums ermöglicht.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Feuerungsanlage ist der mit dem Bewegungsmechanismus zum Bewegen der Stellklappe wirkverbundene Temperaturfühler über ein thermisches Verzögerungselement mit dem Rauchgas thermisch gekoppelt. Unter dem Begriff ”thermisches Verzögerungselement” wird hier und im Weiteren ein Element verstanden, durch dessen spezifische Wärmekapazität bewirkt wird, dass der Temperaturfühler die Temperatur des Rauchgases bzw. eine dieser Temperatur zugeordnete Temperatur zeitverzögert fühlt. Mit anderen Worten benötigt das thermische Verzögerungselement einen gewissen, durch dessen Auslegung wählbaren Zeitraum bis es die Temperatur des Rauchgases oder eine dieser Rauchgastemperatur zugeordnete geringere Temperatur annimmt. Die erste bzw. zweite Schwelltemperatur des Rauchgases wird somit zeitverzögert erfasst. Es kann sich hier beispielsweise um einen metallischen Block handeln, der beispielsweise erst nach 20 bis 30 Minuten die Temperatur des Rauchgases oder eine dieser Rauchgastemperatur zugeordnete geringere Temperatur annimmt. Für den Fall, dass die Luftein- bzw. Luftaustrittsöffnungen verschiedenen, voneinander getrennten, äußeren Konvektionsumgebungen, wie getrennten Räumen, zugeordnet sind, kann es von Vorteil sein, wenn der Temperaturfühler wenigstens eines ersten Stellelements ohne thermisches Verzögerungselement und der Temperaturfühler wenigstens eines zweiten Stellelements über ein thermisches Verzögerungselement mit dem Rauchgas thermisch gekoppelt ist. Wenn das erste Stellelement einer ersten äußeren Konvektionsumgebung und das zweite Stellelement einer hiervon verschiedenen, zweiten äußeren Konvektionsumgebung zugeordnet ist, kann durch diese Maßnahme erreicht werden, dass die verschiedenen äußeren Konvektionsumgebungen zeitverzögert mit konvektiven Luftströmungen beaufschlagt werden. Beispielsweise können die einer Küche zugeordneten Luftein- bzw. Luftaustrittsöffnungen zu einem ersten Zeitpunkt entsprechend der ersten Schwelltemperaur des Rauchgases geöffnet werden, um die Küche über konvektive Luftströmung zu beheizen, während die einem Wohnzimmer zugeordneten Luftein- bzw. Luftaustrittsöffnungen zu einem späteren zweiten Zeitpunkt entsprechend dem zeitverzögerten Fühlen der ersten Schwelltemperaur des Rauchgases geöffnet werden, um das Wohnzimmer über konvektive Luftströmung zu beheizen. In entsprechender Weise kann ein Schließen der den verschiedenen äußeren Konvektionsumgebungen zugeordneten Öffnungen beim Unterschreiten der zweiten Schwelltemperautr gesteuert werden. In vorteilhafter Weise kann somit die konvektive Luftströmung in verschiedenen Räumen zeitversezt gesteuert werden.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben einer Feuerungsanlage zur Raumbeheizung, inbesondere über konvektive Luftströmung gezeigt. Das Verfahren kann insbesondere zum Betreiben einer wie oben im Zusammenhang mit dem ersten Aspekt der Erfindung beschriebenen Feuerungsanlage dienen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst einen Schritt, bei dem eine über wenigstens eine erste Öffnung einer die Feuerungsanlage von der äußeren Umgebung trennenden Außenwand der Feuerungsanlage gespeiste und über wenigstens eine zweite Öffnung der Außenwand abströmende konvektive Luftströmung durch Verfeuern von Brennstoff in einem Brennraum erzeugt wird. In der Feuerungsanlage können die ersten und/oder zweiten Öffnungen jeweils durch ein Stellelement verschlossen oder geöffnet werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst einen weiteren Schritt, bei dem die wenigstens eine erste Öffnung und/oder die wengistens eine zweite Öffnung geöffnet wird, wenn die Temperatur des beim Verfeuern erzeugten Rauchgases ansteigt und eine wählbare erste Schwelltemperatur erreicht bzw. überschritten wird, wodurch eine konvektive Luftströmung in der Feuerungsanlage ermöglicht ist, und bei dem die wenigstens eine erste Öffnung und/oder die wenigstens eine zweite Öffnung verschlossen wird, wenn die Temperatur des Rauchgases fällt und eine wählbare zweite Schwelltemperatur unterschritten wird, wodurch eine konvektive Luftströmung in der Feuerungsanlage unterbunden ist. Die erste und zweite Schwelltemperatur können voneinander verschieden oder alternativ zueinander gleich sein.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die wenigstens eine erste und/oder zweite Öffnung, die einer ersten äußeren Konvektionsumgebung der Feuerungsanlage zugeordnet sind, und die wenigstens eine erste und/oder zweite Öffnung, die wenigstens einer von der ersten äußeren Konvektionsumgebung verschiedenen zweiten äußeren Konvektionsumgebung der Feuerungsanlage zugeordnet sind, zeitverzögert geöffnet bzw. verschlossen.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ist ein modulares Bauteil für eine Feuerungsanlage zur Raumbeheizung, inbesondere über konvektive Luftströmung, gezeigt. Das modulare Bauteil umfasst einen Einbaurahmen, durch den eine Öffnung für die Feuerungsanlage geformt wird, ein am Einbaurahmen angelenktes Stellelement zum Öffen oder Schließen der Öffnung, wenigstens ein sowohl am Einbaurahmen als auch am Stellelement angreifendes Bimetall, welches so ausgebildet ist, dass es das Stellelement in eine die Öffnung verschließende Schließposition oder eine die Öffnung freigebende Öffnungsposition bewegen kann, sowie einen mit dem Bimetall thermisch gekoppelten Temperaurfühler, welcher mit dem Rauchgas der Feuerungsanlage thermisch koppelbar ist.
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Ausführungsbeispiel
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Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen wird. Es zeigen
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1 eine schematische Perspektivdarstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Feuerungsanlage;
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2A–2C verschiedene perspektivische Darstellungen zur Veranschaulichung des Aufbaus modularer Einbauteile zur Formung von Öffnungen in der Außenwand der Feuerungsanlage von 1.
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Zunächst wird Bezug auf 1 genommen, worin in einer schematischen Perspektivdarstellung eine in Form eines Kaminofens 1 beispielhaft verkörperte Feuerungsanlage zur Raumbeheizung gemäß vorliegender Erfindung gezeigt ist.
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Demnach umfasst der Kaminofen 1 einen beispielsweise aus Gusseisen oder Stahlblech gefertigten Heizeinsatz 2, der gemeinsam mit einer gläsernen Frontscheibe 4 einen Brennraum 14 formt. Im Brennraum 14 kann Brennstoff, in der Regel Holzscheite, verfeuert weiden. Zu diesem Zweck ist der Heizeinsatz 2 mit einer Zugangsöffnung versehen, die durch die am Heizeinsatz 2 schwenkbar angebrachte gläserne Frontscheibe 4 verschlossen bzw. freigegeben werden kann. Auf seiner Unterseite mündet in den Brennraum 14 eine in 1 nicht weiters erkennbare Brennluftöffnung 5, durch die dem Brennraum 14 Brennluft zum Verbrennen des Brennstoffs zugeführt werden kann. Über ein mit dem Brennraum 14 strömungstechnisch verbundenes Nachheizregister 3 kann die Temperatur des durch Verbrennung entstehenden Rauchgases abgesenkt werden. Über ein in das Nachheizregister 3 mündendes Rauchgasrohr 6 kann das Rauchgas in die Umgebung abgegeben werden. Üblicherweise ist das Rauchgasrohr in einem (nicht gezeigten) Kaminrohr aufgenommen.
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Der Heizeinsatz 2 ist von einer beispielsweise gemauerten Außenwand 7 umgeben, die aus einem Bodenteil 9, zwei zueinander gegenüberliegenden Seitenteilen 9, einem Deckenteil 10, einem Rückteil 37 sowie einem die Frontscheibe 4 aussparenden, nicht näher dargestellten Frontteil zusammengesetzt ist. Die Außenwand 7 formt hierbei einen Hohlraum 11, in dem der Heizeinsatz 2 aufgenommen ist.
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In die beiden Seitenteile 9 der Außenwand 7 sind unterhalb des Heizeinsatzes 2 jeweils Lufteintrittsöffnungen 12 und oberhalb des Heizeinsatzes 2 jeweils Luftaustrittsöffnungen 13 geformt, durch die der von der Außenwand 7 geformte Hohlraum 11 mit der äußeren (Konvektions-)Umgebung des Kaminofens 1 strömungstechnisch verbunden ist. Ansonsten schirmt die Außenwand 7 den Heizeinsatz 2 von der äußeren Umgebung des Kaminofens 1 im Wesentlichen luftdicht ab. Der Hohlraum 11 dient als (innerer) Konvektionsraum zum Erzeugen einer konvektiven Luftströmung durch die im Betrieb heiße Einsatzwand 38 des befeuerten Heizeinsatzes 2. Die im Hohlraum 11 befindliche Luft wird durch den Heizeinsatz 2 erwärmt, dehnt sich aus und steigt nach oben, so dass sich im Hohlraum 11 ein vertikales Druckgefälle einstellt, durch das unter Ausbildung einer konvektiven Luftströmung kältere Luft durch die unteren Lufteintrittsöffnungen 12 in den Hohlraum 11 eingesogen und wärmere Luft durch die Luftaustrittsöffnungen 13 aus dem Hohlraum 11 abgegeben wird, wie in 1 durch die Pfeile angegeben ist. Da die Brennluftöffnung 5 in den Hohlraum 11 mündet, dient die durch die Lufteintrittsöffnungen 12 eingesogene Luft auch als Brennluft zum Verbrennen von Brennstoff im Brennraum 14. Die Brennluft wird durch Unterdruck im Brennraum 14, der durch die durch das Rauchgasrohr 6 abziehenden Rauchgase erzeugt wird, in den Brennraum 14 eingesogen. Der Kaminofen 1 kann somit Wärme sowohl über eine konvektive Luftströmung als auch durch die erwärmte Außenwand 7 und Frontscheibe 4 in Form von Strahlungswärme abgeben.
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In den 2A bis 2C ist in verschiedenen perspektivischen Darstellungen der Aufbau modularer Einbauteile zur Formung von Öffnungen in der Außenwand der Feuerungsanlage von 1 veranschaulicht. So zeigt 2A ein insgesamt mit der Bezugszahl 16 bezeichnetes erstes Einbauteil zur Formung einer Luftaustrittsöffnung 13 in der Außenwand 7 des Kaminofens 1, das in eine entsprechende Ausnehmung 15 der Außenwand 7 passgenau eingesetzt ist. Das erste Einbauteil 16 umfasst einen in etwa rechtwinkligen Einbaurahmen 17, der aus einem metallischen Material, beispielsweise Stahlblech, gefertigt ist. Der Einbaurahmen 17 weist einen Randbord 18 auf, der in Montageposition zur Anlage gegen eine Außenfläche 23 der Außenwand 7 gelangt. Er ist mit mehreren verteilt angeordneten Bohrungen 25 versehen, die zum Zwecke einer Lagesicherung des ersten Einbauteils 16 für eine Verschraubung mit der Außenwand 7 dienen. An zwei einander gegenüberliegenden Innenflächen 22 des Einbaurahmens 17 ist eine Mehrzahl zueinander parallel angeordneter, im Wesentlichen reckteckförmiger Gitterplatten 19 an Gelenkzapfen 20 schwenkbar angelenkt. Die Gitterplatten 19 können über einen hier nicht weiters erläuterten Hebelmechanismus durch manuelles Betätigen einer Handhabe 21 gemeinsam in verschiedene Schwenkstellungen gebracht werden, wodurch die vom Einbaurahmen 17 geformte Luftaustrittsöffnung 13 geöffnet oder geschlossen werden kann.
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In dem Kaminofen 1 werden die Lufteintrittsöffnungen 12 durch ein (modulares) zweites Einbauteil 35 geformt, wie es in 2C gezeigt ist. Wie in 2B veranschaulicht ist, unterscheidet sich das zweite Einbauteil 35 von dem ersten Einbauteil 16, dass in den Einbaurahmen 17, zusätzlich zu den schwenkbar angeordneten Gitterplatten 19, ein die Lufteintrittsöffnung 12 überdeckender Partikelfilter 24 eingesetzt ist. Der Partikelfilter 24 ist durch Permanentmagnete am Einbaurahmen 17 magnetisch gehalten, was nicht näher dargestellt ist. Der Partikelfilter 24 besteht aus zwei (metallischen) Drahtgeflechtlagen 26, zwischen denen ein nicht näher dargestelltes Faservlies zum Filtern von Staub- und anderen Schmutzpartikeln angeordnet ist. Durch die magnetische Halterung kann der Partikelfilter 24 in einfacher Weise vom Einbaurahmen 17 entfernt werden, beispielsweise, um das Faservlies zu reinigen oder zu ersetzen. Wie 2C entnommen werden kann, unterscheidet sich das zweite Einbauteil 35 von dem ersten Einbauteil 16 weiterhin dahingehend, dass am Einbaurahmen 17 auf der dem Hohlraum 11 zugewandten Seite eine Stellklappe 27 schwenkbar angebracht ist. Zu diesem Zweck ist an zwei gegenüberliegenden Ecken des Einbaurahmens 17 jeweils ein Lagerauge 28 angeformt, in denen die Stellklappe 27 an Lagerzapfen eingehängt ist. Durch die Lagerzapfen wird eine Schwenkachse für die Stellklappe 27 gebildet. Die Stellklappe 27 ist so bemessen, dass sie an einem die Lufteintrittsöffnung 12 umgrenzenden, stirnseitigen Rand 34 des Einbaurahmens 17 anliegen kann, um die Lufteintrittsöffnung 12 im Wesentlichen luftdicht zu verschließen. Um eine ausreichende Dichtwirkung zu erzielen, kann ein Dichtmittel, beispielsweise eine Gummidichtung zwischen Stellklappe 27 und Rand 34 vorgesehen sein.
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Am Einbaurahmen 17 ist ein mechanischer Bewegungsmechanismus vorgesehen, durch den die Stellklappe 27 in zwei verschiedene Schwenkstellungen gebracht werden kann, nämlich eine die Lufteintrittsöffnung 12 verschließende Schließstellung und eine die Lufteintrittsöffnung 12 freigebende Öffnungsstellung. Der Bewegungsmechanismus umfasst zu diesem Zweck ein langgestrecktes Bimetall 29, das auf eine Temperaturänderung hin mit einer Änderung seiner Länge in Erstreckungsrichtung reagiert, wobei das Bimetall 29, je nach anliegender Temperatur, eine kürzere erste Länge oder eine längere zweite Länge aufweisen kann. Das Bimetall 29 wird an einem Ende von einem am Einbaurahmen 27 befestigten Lagerabschnitt 32 gehalten und ist an dessen anderem Ende an einem der Schwenkachse gegenüberliegenden Rand der Stellklappe 27 befestigt. Weist das Bimetall 29 die (kürzere) erste Länge auf, liegt die Stellklappe 27 dem stirnseitigen Rand 34 des Einbaurahmens 17 vollständig an und verschließt hierbei die Lufteintrittsöffnung 12. Weist das Bimetall 29 die (längere) zweite Länge auf, ist die Stellklappe 27 teilweise vom stirnseitigen Rand 34 abgehoben und gibt die Lufteintrittsöffnung 12 frei.
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Das Bimetall 29 ist über einen wärmeleitenden Draht 30 mit einem Temperaturfühler 31 thermisch gekoppelt, so dass die am Temperaturfühler 31 erfasste Temperatur eine Längenänderung des Bimetalls 29 bewirken kann.
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Wie in 1 gezeigt, greift der Temperaturfühler 31 durch eine Durchbrechung des Rauchgasrohrs 6 und ragt in das Rauchgasrohr 6 hinein, um auf diese Weise die Temperatur des Rauchgases im Rauchgasrohr 6 zu erfassen. Der Temperaturfühler 31 ist über eine Halterung 33 an der Außenseite des Rauchgasrohrs 6 gehalten. Der Draht 30 ist auf der Innenseite des Seitenteils 9 hochgeführt.
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Die eine oder andere Schwenkstellung der Stellklappe 27 entsprechend ihrer Öffnungs- bzw. Schließstellung wird somit über die Temperatur des Rauchgases im Rauchgasrohr 6 gesteuert. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Bimetall 29 so ausgebildet, dass es unterhalb einer Schwelltemperatur, die hier beispielsweise 150°C beträgt, seine kürzere erste Länge und bei bzw. oberhalb der Schwelltemperatur seine längere zweite Länge aufweist. Dies hat zur Folge, dass sich die Stellklappe 27 durch das Bimetall 29 unterhalb der Schwelltemperatur in ihrer Schließstellung und bei bzw. oberhalb der Schwelltemperatur in ihrer Öffnungsstellung befindet bzw. bei Überschreiten der Schwelltemperatur von der Schließstellung in die Öffnungsstellung und bei Unterschreiten der Schwelltemperatur von der Öffnungsstellung in die Schließstellung bewegt wird.
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In dem in den Figuren gezeigten Kaminofen 1 befinden sich die Stellklappen 27 der beiden Lufteintrittsöffnungen 12 beim Anheizen somit jeweils in ihrer Schließstellung bis die Temperatur des Rauchgases im Rauchgasrohr 6 die Schwelltemperatur erreicht. Dies hat zur Folge, dass keine konvektive Luftströmung innerhalb des Hohlraums 11 erzeugt werden kann, wodurch aufgrund der verbesserten Wärmehaltung die Anheizphase des Kaminofens 1 beschleunigt wird. Die im Hohlraum 11 vorhandene Luft genügt im Allgemeinen als Brennluft zum Verbrennen des Brennstoffs im Brennraum 14 während der Anheizphase. Zudem ist dort Abbrand besonders effektiv, so dass die Brennluft bereits vorgewärmt ist.
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Erreicht die Temperatur des Rauchgases im Rauchgasrohr 6 die Schwelltemperartur, beispielsweise 150°C, werden die Lufteintrittsöffnungen 12 geöffnet, so dass sich eine konvektive Luftströmung innerhalb des Hohlraums 11 ausbilden kann. Über die konvektive Luftströmung wird kältere Umgebungsluft durch die Lufteintrittsöffnungen 12 angesaugt und erwärmte Konvektionsluft durch die Luftaustrittsöffnungen 13 abgegeben. Gleichzeitig wird frische Brennluft durch die Brennluftöffnung 5 in den Brennraum 14 gesaugt. Bei einem fortgesetzten Nachheizvorgang erreicht das Rauchgas Temperaturen, die beispielsweise im Temperaturbereich von 500°C bis 600°C, jedoch auch noch weitaus höher, liegen können. Die konvektive Luftströmung wird durch die beiden Partikelfilter 24 von Staub- und anderen Schmutzpartikeln gereinigt.
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Wird kein Brennstoff mehr nachgeheizt, fällt die Temperatur des Rauchgases im Rauchgasrohr 6 ab. Sinkt die Temperatur des Rauchgases im Rauchgasrohr 6 unter die Schwelltemperatur, beispielsweise 150°C ab, so werden die beiden Lufteintrittsöffnungen 12 durch die Stellklappen 27 verschlossen, was bewirkt, dass die konvektive Luftströmung unterbrochen wird. Dies hat zur Folge, dass der Kaminofen 1 im Wesentlichen nur noch über Strahlungswärme über die Außenwand 7 bzw. Frontscheibe 4 wärme an die Umgebung abgeben kann, so dass die Abkühlzeit des Kaminofens 1 verlängert ist. Da zudem dem Brennraum 14 keine frische Brennluft mehr aus der Umgebung des Kaminofens 1 zugeführt werden kann, wird der Abbrand des Brennstoffs verlangsamt. Die verbesserte Glutbetthaltung trägt zu einer längeren Wärmeabgabe des Kaminofens 1 bei.
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Durch eine manuelle Betätigung der Handhabe 21 können sowohl die Lufteintrittsöffnungen 12 als auch die Luftaustrittsöffnungen 13 unabhängig von dem rauchgastemperaturgesteuerten Öffnen bzw. Schließen der Stellklappen 27 geöffnet bzw. geschlossen werden. Auf diese Weise kann durch den Nutzer auch bei geöffneten Stellklappen 27 Einfluss auf die Wärmeabgabe des Kaminofens 1 über konvektive Luftströmung genommen werden.
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Der anhand der Figuren veranschaulichte Kaminofen 1 dient lediglich als Ausführungsbeispiel und soll die Erfindung in keiner Weise einschränken. Vielmehr können hieran in mannigfaltiger Weise Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden, ohne aus dem Schutzumfang der Erfindung zu gelangen. Beispielsweise können die Luftaustrittsöffnungen 13 anstelle von ersten Einbauteilen 16 zusätzlich oder alternativ zu den Lufteintrittsöffnungen 12 mit zweiten Einbauteilen 35 versehen werden, so dass die Luftaustrittsöffnungen 13 rauchgastemperatur-gesteuert geöffnet bzw. geschlossen werden können. Gleichermaßen wäre es möglich, dass die Temperaturfühler 31 lediglich einer Außenfläche des Rauchgasrohrs 6 anliegen, um auf diese Weise die Temperatur des Rauchgases indirekt über eine Temperatur der Wandung des Rauchgasrohrs 6 zu erfassen. Für den Fall, dass der Kaminofen 1 von verschiedenen, voneinander getrennten, äußeren Konvektionsumgebungen umgeben ist, denen jeweils wenigstens eine separate Lufteintrittsöffnung und wenigstens eine separate Luftaustrittsöffnung zugeordnet ist, kann beispielsweise ein Temperaturfühler über einen metallischen Block (beispielsweise ein Kupferblock), der als thermisches Verzögerungselement dient und der Außenwand des Rauchgasrohrs 6 anliegt, mittelbar die Temperatur des Rauchgases erfassen. Die verschiedenen äußeren Konvektionsumgebungen können somit zeitverzögert mit konvektiver Luftströmung beaufschlagt werden bzw. die konvektive Luftströmung kann zeitverzögert unterbunden werden. Ebenso kann gleichermaßen eine größere oder kleinere Anzahl von Lufteintritts- und/oder Luftaustrittsöffnungen vorgesehen sein. Weiterhin wäre auch denkbar, dass die Temperatur des Rauchgases auch an einer anderen Stelle wie am Rauchgasrohr 6 erfasst wird.
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Generell kann das zweite Einbauteil 35 als modulares Bauteil zum Nachrüsten herkömmlicher Kaminöfen 1 ausgestaltet sein, wobei gegebenenfalls, falls nicht schon vorhanden, lediglich eine entsprechende Ausnehmung in der Außenwand 7 zum Einsetzen des zweiten Einbauteils 35 zu formen, das zweite Einbauteil 35 einzusetzen und der Temperaturfühler 31 mit dem Rauchgas direkt oder indirekt beispielsweise am Rauchgasrohr 6 zu koppeln ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kaminofen
- 2
- Heizeinsatz
- 3
- Nachheizregister
- 4
- Frontscheibe
- 5
- Brennluftöffnung
- 6
- Rauchgasrohr
- 7
- Außenwand
- 8
- Bodenteil
- 9
- Seitenteil
- 10
- Deckenteil
- 11
- Hohlraum
- 12
- Lufteintrittsöffnung
- 13
- Luftaustrittsöffnung
- 14
- Brennraum
- 15
- Ausnehmung
- 16
- erstes Einbauteil
- 17
- Einbaurahmen
- 18
- Randbord
- 19
- Gitterplatte
- 20
- Gelenkzapfen
- 21
- Handhabe
- 22
- Innenfläche
- 23
- Außenfläche
- 24
- Partikelfilter
- 25
- Bohrung
- 26
- Drahtgeflechtlage
- 27
- Stellklappe
- 28
- Lagerauge
- 29
- Bimetall
- 30
- Draht
- 31
- Temperaturfühler
- 32
- Lagerabschnitt
- 33
- Halterung
- 34
- Rand
- 35
- zweites Einbauteil
- 37
- Rückteil
- 38
- Einsatzwand
