DE19505187A1 - Festbrennstoffherd, insbesondere Kochherd und/oder Kochheizherd - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Festbrennstoff­ herd, insbesondere Kochherd und/oder Kochheizherd entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aufgrund eines zunehmenden Umweltbewußtseins werden heut­ zutage in zunehmenden Maße Kochherde eingesetzt, welche mit erneuerbaren Energiequellen in Form Holz betrieben werden können. Derartige ebenfalls mit Kohle oder Koks zu betrei­ bende Kochherde werden dabei vor allem in ländlichen Ge­ genden eingesetzt, in welchen Brennholz in ausreichendem Maße zur Verfügung steht.

Die bisher bekannten Kochherde weisen in der Regel einen mit Schamottplatten thermisch isolierten quaderförmigen Brennraum auf, in welchem das eingelegte Brennholz zum Abbrand gelangt. Von diesem Brennraum aus werden die heißen Brenngase in eine darüber angeordnete Ausbrandzone gelei­ tet, welche mit entsprechenden thermisch leitenden Ele­ menten versehen ist. Über diese thermisch leitenden Elemen­ te erfolgt eine Aufheizung der verschiedenen Wärmeverbrau­ cher, wie Herdplatte, Backrohr und/oder eines Wasserschif­ fes, so daß bei Vorhandensein eines derartigen Wasserschif­ fes warmes Brauchwasser im Küchen- oder Badezimmerbereich sowie eventuell noch im Fall eines Kochheizherdes Heißwas­ ser zur Erwärmung anderer Räumlichkeiten zur Verfügung ge­ stellt werden kann.

Die bisher bekannten Festbrennstoffherde haben jedoch den Nachteil, daß der thermische Gesamtwirkungsgrad wegen un­ vollständiger Verbrennung der verwendeten Festbrennstoffe zu wünschen übrig läßt, was sowohl im Hinblick auf die sich ergebenden Umweltbelastungen durch die Abgase als auch im Hinblick auf die erforderlichen Brennstoffmengen nicht zu­ friedenstellend erscheint.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Fest­ brennstoffherd, insbesondere Kochherd und/oder Kochheiz­ herd, der eingangs genannten Art dahingehend weiterzu­ bilden, daß ein erhöhter thermischer Gesamtwirkungsgrad mit verringertem Brennstoffbedarf und geringeren Umweltbela­ stungen durch die Abgase erzielbar ist.

Erfindungsgemäß wird dies durch Vorsehen der im kennzeich­ nenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale erreicht.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich an­ hand der Unteransprüche.

Aufgrund des Umstandes, daß im Rahmen der vorliegenden Erfindung zwischen dem quaderförmigen Brennraum und der darüber befindlichen Ausbrandzone eine Flammbündelplatte vorgesehen ist, werden die innerhalb des Brennraumes gebil­ deten Flammen beim Hochschlagen in die Ausbrandzone gebün­ delt, wodurch sich eine Reihe von Vorteilen ergeben:

• 1. Durch die Bündelung der in die Ausbrandzone hochschla­ genden Flammen erfolgt eine sehr konzentrierte Wärme­ beaufschlagung der darüber befindlichen Herdplatte, so daß eine sehr rasche Erhitzung von Kochgut erzielbar ist, welches sich genau oberhalb der jeweiligen Öffnung der Flammenbündelplatte befindet, während gleichzeitig eine zufriedenstellende Warmhaltung von Gerichten durch Plazierung von Kochgefäßen im Randbereich der Herd­ platte erzielbar ist.
• 2. Durch das Vorsehen einer zwischen der eigentlichen Brennkammer und der Ausbrandzone vorgesehenen Flammen­ bündelplatte ergibt sich eine bessere thermische Iso­ lierung der Brennkammer, wodurch eine entsprechende Reduzierung der Anbrenndauer von frisch eingelegtem Brennholz und anderen Festbrennstoffen und damit eine entsprechende Verringerung der Gesamtmenge von umwelt­ belastenden Abgasen beim Anbrennen von Feststoffen er­ reicht wird. Gleichzeitig wird durch die Bündelung der Flammen im Bereich der Öffnung der Flammenbündelplatte bewirkt, daß eine frühere und gleichmäßigere Zündung der beim Einlegen von frischem Brennholz gebildeten Rauchgase erfolgt, was ebenfalls zu einer Reduzierung der in der Anbrennphase gebildeten Menge von umweltbe­ lastenden Abgasen führt.
• 3. Aufgrund der durch die Flammenbündelplatte hervorge­ rufenen besseren thermischen Isolierung der Brennkammer ergibt sich ferner im Dauerbetrieb eine höhere Brenn­ kammertemperatur, was zu einer verbesserten Verbrennung der in die Brennkammer eingelegten Festbrennstoffe mit entsprechender Reduzierung der durch den Kamin abgege­ benen Schadstoffe in Form von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid bei gleichzeitiger Erhöhung des Gesamt­ wirkungsgrades des Festbrennstoffherdes führt.
• 4. Aufgrund der innerhalb der Brennkammer sich ergebenden erhöhten Brenntemperatur ergibt sich innerhalb des Herdes und des Kamins eine im stark verringerte Ruß­ bildung, so daß der erfindungsgemäße Festbrennstoffherd sehr benutzerfreundlich ist und somit mit geringer War­ tung von Herd und Kamin betrieben werden kann.
• 5. Aufgrund der besseren thermischen Isolierung des Brenn­ raumes wird die innerhalb desselben vorhandene Glut bei entsprechender Reduzierung der Frischluftzufuhr schließlich noch länger glühend gehalten, was wiederum zur Folge hat, daß im gedrosselten Zustand des Fest­ brennstoffherdes längere Zeitperioden überbrückbar sind, so daß bei einem verspäteten Nachlegen von frischen Holz keine erneute Anzündphase erforderlich ist.

Die Erfindung soll nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen naher erläutert und beschrieben werden, wobei auf die bei­ gefügte Zeichnung Bezug genommen ist. Es zeigen:

Fig. 1 eine vordere Ansicht eines Kochherdes bekannter Bauweise,

Fig. 2 eine vertikale Schnittansicht des Kochherdes von Fig. 1, welcher erfindungsgemäß mit einer Flammenbün­ delplatte versehen ist,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die in Fig. 2 dargestellte Flammenbündelplatte,

Fig. 4 eine Schnittansicht eines Einlageringes, mit welchem der effektive Durchmesser der Öffnung der Flammen­ bündelplatte reduziert werden kann,

Fig. 5 eine Ansicht einer abgewandelten Ausführungs­ form einer Flammenbündelplatte von unten her,

Fig. 6 eine Längsschnittansicht der Flammenbündel­ platte von Fig. 5,

Fig. 7 eine photographische Darstellung der aus dem Brennraum durch die Öffnung einer Flammenbündelplatte in die Ausbrandzone aufsteigenden gebündelten Flammen,

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht eines Kochheiz­ herdes bekannter Bauweise mit linksseitigem Abgasrohran­ schluß,

Fig. 9 eine vertikale Schnittansicht eines Kochheiz­ herdes gemäß Fig. 8, welcher erfindungsgemäß mit einer Flammenbündelplatte versehen ist, jedoch im Vergleich zu der Ausführungsform von Fig. 8 einen rechtsseitigen Abgas­ rohranschluß aufweist,

Fig. 10a-c Kurvendiagramme, so wie sie sich beim Be­ trieb des erfindungsgemäßen Kochherdes gemäß Fig. 2 erge­ ben.

Fig. 1 zeigt die Vorderansicht eines Kochherdes bekannter Bauweise. Dieser Kochherd weist dabei eine Vorderwand 1 mit einem dahinter gelagerten herausziehbaren Brennholzkasten auf, welcher der Aufnahme von Brennholz dient. Der betref­ fende Kochherd ist fernerhin mit einer seitlich aufklapp­ baren Herdklappe 2 versehen, durch welche vorhandenes Brennholz in eine hinter der Herdklappe 2 befindlichen quaderförmigen Brennraum eingelegt werden kann. Unterhalb der Herdklappe 2 ist eine ebenfalls seitlich aufklappbare Aschenklappe 3 vorgesehen, hinter welcher ein entfernbarer Aschenkasten angeordnet ist, der der Aufnahme der herunter­ fallenden Asche dient. Die Aschenklappe 3 weist in ihrem unteren Bereich ein Feld mit Luftschlitzen 4 auf, durch welche die dem Brennraum zugeführte Frischluft entsprechend der Einstellung eines drehbaren Regelknopfes 5 und eines nicht dargestellten automatischen Leistungsreglers je nach Wunsch eingestellt werden kann. Neben den beiden Klappen 2, 3 befindet sich eine nach unten klappbare Backrohrklappe 6 mit einem Sichtfenster 7, hinter welchem sich ein ent­ sprechendes Backrohr befindet. Neben der Backrohrklappe 6 ist schließlich noch ein Feld 8 vorgesehen, hinter welchem ein Wasserschiff angeordnet ist, von dem aus erwärmtes Brauchwasser über nicht dargestellte Rohrleitungen zur Heißwasserversorgung, beispielsweise im Badezimmerbereich geleitet werden kann. Der betreffende Kochherd ist schließ­ lich noch im oberen Bereich mit einem hochklappbaren Herd­ deckel versehen.

Fig. 2 zeigt eine vertikale Schnittansicht des in Fig. 1 dargestellten Kochheizherdes in vergrößerter Darstellung. Anhand dieser Figur ist die unterhalb des hochklappbaren Herddeckels befindliche Herdplatte 9 erkennbar, welche entweder aus Spezialstahl oder transparenter Glaskeramik besteht. Die Figur zeigt ferner den Brennholzkasten 10, welcher entlang von Schienen 11 und nicht dargestellten Rollen herausgezogen werden kann. Oberhalb des Brennholz­ kastens 10 befindet sich eine Schamottplatte 12, mit wel­ cher der Kochherd nach unten hin thermisch isoliert ist. Oberhalb dieser Schamottplatte 12 ist auf der linken Seite ein herausnehmbarer Aschenkasten 13 dargestellt, welcher der Aufnahme der durch einen Schüttelrost 14 hindurch­ fallenden Asche dient. Dieser Schüttelrost 14 bildet dabei die untere Begrenzung eines quaderförmigen Brennraums 15, welcher zur Seite und nach hinten hin mit Hilfe relativ dicker Schamottplatten 16 thermisch isoliert ist. Während des Betriebs wird durch die geöffnete Herdklappe 2 Brenn­ holz in den Brennraum 15 eingelegt, welches nach entspre­ chender Zündung zum Abbrennen gelangt. Die dabei gebildeten Flammen schlagen dabei nach oben in eine oberhalb des Brennraums 15 befindliche Ausbrandzone 17, welche auf diese Weise aufgeheizt wird. Die Ausbrandzone 17 wird nach oben hin durch die bereits erwähnte Herdplatte 9 begrenzt. Seit­ lich neben dem Brennraum 15 ist ein Backrohrkasten 18 vorgesehen, welcher durch die aus der Ausbrandzone 17 abgeleiteten heißen Gase erwärmt wird. Neben dem Backrohr­ kasten 18 ist schließlich noch ein mit Wasser gefülltes Wasserschiff 19 erkennbar, welches durch die aus der Ausbrandzone 17 herausgeleiteten heißen Gase ebenfalls erwärmt wird. Nachdem die aus der Ausbrandzone 17 herausge­ leiteten heißen Gase sowohl den Backrohrkasten 18 als auch das Wasserschiff 19 in der gewünschten Weise umstrichen haben, werden dieselben durch eine im hinteren Bereich des Kochherdes vorgesehene Abgabeöffnung 20 herausgeleitet, in welche ein ein mit dem Kamin verbundenes nicht dargestell­ tes Abzugsrohr eingeschoben ist.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist im Bereich des oberen Endes des quaderförmigen Brennraums 15 im über­ gangsbereich zu der Ausbrandzone 17 eine rechteckige Flammenbündelplatte 21 aus Stahlguß oder einem hitzebe­ ständigen Material, wie Schamott oder Feuerzement, einge­ setzt, welche in ihrem mittleren Bereich eine geringfügig konisch nach oben sich verjüngende Öffnung 22 aufweist. Bei einer kreisförmigen Konfiguration besitzt diese Öffnung 22 einen Durchmesser von etwa 160 mm. Mit Hilfe dieser Flam­ menbündelplatte 21, welche vorzugsweise entfernbar auf die Wandungen 16 des Brennraums 15 aufgesetzt ist, wird in Verbindung mit der vorgesehenen kreisförmigen Öffnung 22 eine Bündelung der aus dem Brennraum 15 nach oben in die Ausbrandzone 17 schlagenden Flammen erreicht, so wie dies in Fig. 7 zur Darstellung gelangt. Durch diese Maßnahme wird eine bessere thermische Trennung zwischen dem Brenn­ raum 15 und der mit den thermischen Ableitelementen 9, 18, 19 versehenen Ausbrandzone 17 erreicht, wodurch innerhalb des Brennraums 15 ein rascherer Aufheizvorgang sowie eine höhere Endtemperatur erzielbar sind. Mit Hilfe der inner­ halb der Flammenbündelplatte 21 vorgesehenen Öffnung 22 kann fernerhin eine örtlich genau festgelegte Erhitzung der Herdplatte 9 oberhalb der jeweiligen Öffnung 22 erreicht werden.

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht der in Fig. 2 dargestellten rechteckigen Flammenbündelplatte 21, welche mit der jeweils vorhandenen mittigen Öffnung 22 versehen ist. Entsprechend Fig. 4 ist dabei zusätzlich ein Einlegering 23 vorgesehen, welcher entlang seiner Außenfläche mit einer nach unten zurückgesetzten Ringstufe 24 versehen ist. Dieser Einlege­ ring 23 kann dabei von oben her in die Öffnung 22 der Flammenbündelplatte 21 eingesetzt werden, wobei die Ring­ stufe 24 der genauen Positionierung innerhalb der Öffnung 22 dient. Mit Hilfe dieses Einlegeringes 23 kann der effek­ tive Durchmesser der innerhalb der Flammenbündelplatte 21 vorgesehenen Öffnung 22 bis auf einen Durchmesser von etwa 110 mm reduziert werden, was eine bessere Anpassung an einen stark ziehenden Kamin erlaubt.

Fig. 5 und 6 zeigen eine abgewandelte Ausführungsform einer Flammenbündelplatte 21a, welche in diesem Fall entlang ihres Außenumfangs und im Umfangsbereich der Öffnung 22a mit nach unten vorspringenden Versteifungsrippen 25 und 26 versehen ist. Aufgrund dieser Maßnahme läßt sich insbe­ sondere im Fall einer aus Stahlguß bestehenden Flammen­ bündelplatte 21a eine höhere mechanische Festigkeit bei einer entsprechenden Gewichtsreduzierung erreichen. Die entlang des Außenumfangs der Flammenbündelplatte 21a vor­ gesehenen Versteifungsrippen 25 sind dabei geringfügig nach innen versetzt angeordnet, wodurch die Positionierung der jeweiligen Flammenbündelplatte 21a auf den Wandungen 16 des quaderförmigen Brennraums 15 erleichtert wird.

In den Fig. 3 und 5 dargestellte Flammenbündelplatte 21 bzw. 21 a und/oder der in Fig. 4 dargestellte Einlegering 23 können im Bereich der vorgesehenen Öffnung 22 bzw. 22a einen nach oben gezogenen Ringsteg 27 aufweisen, wobei der Durchmesser der durch diesen Ringsteg 27 gebildeten Öffnung 22 bzw. 22a kontinuierlich nach oben hin abnimmt. Falls gewünscht, können ferner entlang der Innenwandung dieses Ringsteges nicht dargestellte, schraubenförmig verlaufende Nuten oder Stege vorgesehen sein, welche eine zusätzliche Verwirbelung der von dem Brennraum 15 nach oben in die Ausbrandzone 17 aufsteigenden Brenngase bewirken.

Fig. 8 und 9 zeigen einen Kochheizherd, welcher in ent­ sprechender Weise wie der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Kochherd mit einer zwischen dem Brennraum 15′ und der Aus­ brandzone 17′ angeordneten Flammenbündelplatte 21 bzw. 21a gemäß Fig. 3 bis 6 versehen ist. Gegenüber dem bereits beschriebenen Kochherd unterscheidet sich dieser Koch­ heizherd von Fig. 8 und 9 vor allem dadurch, daß der qua­ derförmige Brennraum 15′ von einem doppelwandigem Heiß­ wasserbehälter 28 aus Stahlblechen umschlossen ist, und daß zusätzlich im oberen Bereich dieses doppelwandigen Heißwas­ serbehälters 28 eine mit Löchern 29 versehene, nicht ge­ kühlte Stahlblechwand 30 vorgesehen ist, welche eine zu rasche Abkühlung des Brennraumes 15′ im oberen Bereich ver­ hindert. Darüber hinaus ist der Schüttelrost 14′ in diesem Fall höhenverstellbar ausgebildet, wodurch je nach der Jahreszeit und den jeweiligen Heißwasserbedarf der an die­ sen Kochheizherd angeschlossenen Heißwasserheizgeräten eine Einstellung bzw. Anpassung vorgenommen werden kann. Im Ver­ gleich zu dem Kochherd der Fig. 1 und 2 sind einander ent­ sprechende Teile, soweit vorhanden, in den Fig. 8 und 9 je­ weils mit einem Strich versehen.

Fig. 10 zeigt verschiedene Kurvenverläufe, so wie sie sich innerhalb eines Zeitintervalls von 180 min beim Betrieb des erfindungsgemäßen Kochherdes gem. Fig. 2 ergaben. In den Brennraums 15 des betreffenden Kochherdes wurde dabei zu Beginn und anschließend in Zeitintervallen von etwa 1 h je­ weils neues Buchenholz eingelegt.

Das Diagramm 10a zeigt dabei anhand der oberen ausgezogenen Kurve das Leistungsdiagramm des jeweiligen Kochherdes, wel­ cher jeweils nach dem Einlegen von frischem Buchenholz ent­ sprechende Leistungsspitzen zeigt. Die obere gestrichelte Linie gibt fernerhin den sich ergebenden thermischen Wir­ kungsgrad an, welcher bei einem gemittelten Wert von etwa 84% liegt. Bei Abwesenheit einer Flammenbündelplatte 21 mit ihrer Öffnung 22 lag der sich ergebende Gesamtwirkungs­ grad hingegen bei nur 73%, wodurch erkennbar ist, daß aufgrund der erfindungsgemäßen Maßnahme eine sehr starke Verbesserung des thermischen Gesamtwirkungsgrades erzielbar ist.

Fig. 10b zeigt die gemessen Temperaturwerte der von dem erfindungsgemäßen Kochherd abgegebenen Abgase. Anhand die­ ses Kurvenverlaufs ist sehr gut erkennbar, daß innerhalb eines Zeitraumes von etwa 6 min eine Ofenabgastemperatur von 200°C erreicht wird, und daß sich bei Dauerbetrieb eine Ofenabgastemperatur von etwa 250°C einstellt, welche über die Zeitdauer des Versuchbetriebs mit geringfügigen Schwan­ kungen in etwa eingehalten wird.

Fig. 10c zeigt anhand der dick ausgezogenen Kurve den An­ teil von CO₂-Gas innerhalb der durch die Öffnung 22 abgege­ benen Abgase. Anhand dieses Kurvenverlaufs ist erkennbar, daß dieser CO₂-Anteil der Abgase während des Betriebs innerhalb der Grenzen von 7 und 16 Vol.% schwankte, wobei sich ein Mittelwert von etwa 10 Vol.% ergab. Interessanter ist jedoch der dünn ausgezogene Kurvenverlauf, welcher den CO-Gehalt der Abgase in ppm angibt. Während des Versuchs­ intervalls war dieser CO-Wert zwar relativ starken Schwan­ kungen ausgesetzt. Insgesamt ergibt sich jedoch ein Mittelwert von etwa 2000 ppm, was als ausreichend niedrig angesehen wird.

Claims (11)

1. Festbrennstoffherd, insbesondere Kochherd und/oder Kochheizherd, mit einem im unteren Bereich angeord­ neten Aschenkasten, einem darüber angeordneten Rüt­ telrost, einem oberhalb des Rüttelrostes angeordneten quaderförmigen Brennraum, einer oberhalb des quader­ förmigen Brennraums angeordneten Ausbrandzone, von welcher aus über thermisch leitende Elemente eine Aufheizung der Herdplatte, des Backrohres und/oder eines Wasserschiffes oder Heizeinsatzes für eine Heiß­ wasserversorgung und/oder Beheizung anderer Räumlich­ keiten erfolgt, sowie einer im hinteren Bereich des Herdes angeordneten Öffnung, durch welche die Abgase nach entsprechender Abkühlung zu Ableitung gelangen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem quaderförmigen Brennraum (15) und der Ausbrandzone (17) eine im wesentlichen horizontal angeordnete rechteckige Flammenbündelplatte (21) mit wenigstens einer relativ groß dimensionierten Öffnung (22) vor­ gesehen ist, welche der Bündelung der aus dem Brenn­ raum (15) in die Abbrandzone (17) hochschlagenden Flammen dient.

2. Festbrennstoffherd nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Flammenbündelplatte (21) in ihrem mittleren Bereich eine einzige Öffnung (22) aufweist.

3. Festbrennstoffherd nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (22) der Flam­ menbündelplatte (21) kreisförmig ausgebildet ist.

4. Festbrennstoffherd nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Öffnung (22) der Flam­ menbündelplatte (21) einen Durchmesser im Bereich zwischen 110 und 160 mm aufweist.

5. Festbrennstoffherd nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Öffnung (22) der Flam­ menbündelplatte (21) dem maximal erforderlichen Durch­ messer entspricht, und daß in diese Öffnung (22) der
Flammenbündelplatte (21) ein Einlegering (23) ein­ setzbar ist, mit welchem der effektive Durchmesser der Öffnung (22) der Flammenbündelplatte (21) je nach den Zugbedingungen des Kamins auf einen kleineren Wert reduzierbar ist.

6. Festbrennstoffherd nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Öffnung (22) der Flammenbündelplatte (21) sich nach oben hin verjüngt.

7. Festbrennstoffherd nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Flammenbündelplatte (21) und/oder der Einlagering (23) im Bereich der vor­ handenen Öffnung (22) einen nach oben gezogenen Ring­ steg aufweist, wobei der Durchmesser der durch den Ringsteg gebildeten Öffnung (22) sich nach oben hin verjüngt.

8. Festbrennstoffherd nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungsflächen der innerhalb der Flammenbündelplatte (21) vorhandenen Öffnung (22) mit schraubenförmig verlaufenden Nuten oder Stegen versehen sind, welche eine zusätzliche Verwirbelung der aufsteigenden Brenngase ergeben.

9. Festbrennstoffherd nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammenbündelplatte (21) entlang ihres Außenumfangs sowie entlang des Umfangs der vorhandenen Öffnung (22) mit nach unten vorspringenden Versteifungsrippen (25, 26) versehen ist.

10. Festbrennstoffherd nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einer Öffnung (22) versehene Flammenbündelplatte (21) zu Wartungs- und Reinigungszwecken frei auf den Wan­ dungen (16) des Brennraums (15) zum Aufliegen gelangt.

11. Festbrennstoffherd nach einem der vorangegangenen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flam­ menbündelplatte (21) aus Stahlguß oder einem hitzebe­ ständigen Material, wie Schamott oder Feuerzement besteht.