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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Kaminofen mit einer Brennkammer,
einem Rauchrohrstutzen, einer ins Innere der Brennkammer, in deren
unteren Bereich mündenden
Primärluftzufuhr
und einer ins Innere der Brennkammer, in deren oberen Bereich mündenden
Sekundärluftzufuhr.
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Unter
Primärluft
versteht man jene Verbrennungsluft, die der Brennkammer im unteren
Bereich, zumeist durch den Rost zugeführt wird. In einigen Fällen erfolgt
alternativ oder zusätzlich
dazu eine Primärluftzufuhr
seitlich des Brennstoffes. Diese Art der Luftzuführung ist bei der Verbrennung
von (Braun-)Kohle(-Briketts) während
des gesamten Brennzyklus notwendig. Die Menge an zugeführter Primärluft, die üblicherweise
von unten durch den Rost zugeführt
wird, bestimmt im wesentlichen die Leistung des Ofens. Die Regelung
der Primärluftmenge
erfolgt in den meisten Fällen
händisch über einen
Luftschieber oder einen automatischen Regler, der in Abhängigkeit
von der Brennkammertemperatur oder je nach erwünschter Leistung gesteuert
wird. Die Regelung erfolgt in beiden Fällen dadurch, dass die Querschnitte,
durch die die Verbrennungsluft in die Brennkammer gelangt, vergrößert oder
verkleinert werden. Die Primärluftzufuhr
ist bei der Verbrennung von Holz in den meisten Fällen nur
beim Anbrennen nötig,
wird jedoch bei Zustandekommen von Glut stark oder vollständig gedrosselt.
Im weiteren Verlauf des Brennvorgangs wird nur mehr Sekundärluft zugeführt.
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Unter
Sekundärluft
versteht man jene Verbrennungsluft, die der Brennkammer in ihrem
oberen Bereich zugeführt
wird. Die Sekundärluft
bewirkt eine Nachverbrennung der in der Brennkammer befindlichen
Heizgase und ermöglicht
dadurch eine im Gesamten betrachtet emissionsärmere Verbrennung. Dies betrifft
unter anderem das Überführen von
Kohlenmonoxid in Kohlendioxid sowie die Oxidation besonders schädlicher
Stickoxide durch Luft- und somit Sauerstoffzufuhr. In den meisten
Fällen
nimmt die als Sekundärluft
zugeführte
Verbrennungsluft, bevor sie in die Brennkammer eintritt, in außerhalb
an der Brennkammer verlaufenden Kanälen oder, wenn der Sekundärluftkanal
zum Teil durch die Brennkammer geführt ist, direkt Wärme auf
und gelangt dadurch bereits als erwärmtes Gas in die Brennkammer.
Denn nur bei hohen Temperaturen kann eine vollständige Verbrennung der brennbaren
Heizgase erfolgen.
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Bei
Kaminöfen,
die an ihrer Vorderseite, meistens in der zu öffnenden Brennkammertüre, mit einer
durchsichtigen Scheibe versehen sind, verhindert eine von oben im
Bereich der oberen Türkante zugeführte Sekundärluft, dass
die Verschwärzung der
durchsichtigen Scheibe zumindest für geraume Zeit angehalten werden
kann. Dies einerseits aufgrund ihrer Wirkung als Scheibenspülung und
andererseits aufgrund der durch sie eingeleiteten Nachverbrennung,
die neben schädlichen
Gasen auch schwebende Rußpartikel
in erheblichem Maße
reduziert.
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Die
Sekundärluftzufuhr
wird bei Kaminöfen des
Standes der Technik entweder überhaupt
nicht geregelt, d.h. die Querschnitte durch die die Verbrennungsluft
in den Brennkammer einströmen
kann, bleiben immer unverändert
gleich groß,
oder es ist ein Luftschieber vorgesehen, mit dem über händische
Betätigung
der Durchflussquerschnitt verändert und
an die gerade vorherrschenden Bedingungen in der Brennkammer und
die eingestellte Heizleistung angepasst werden kann.
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Der
Nachteil dieser händischen
Regelung besteht jedoch darin, dass die Sekundärluftzufuhr nach Gefühl erfolgt
und nur durch besonders aufmerksames und zeitraubendes Experimentieren
bei jedem Heizzyklus, also nach jeder Brennstoffzufuhr, bestimmt
werden muss. Außerdem ändern sich
die Bedingungen, wie Brennstoffmenge, Brennkammertemperatur, Abgasmenge
und Abgaszusammensetzung ständig.
Ganz zu schweigen davon, dass der Be nutzer eines derartigen Kaminofens
niemals auf reproduzierbare Weise jene Position des Luftschiebers
erreicht, der einer optimalen Verbrennung, dem Maximum an erzielbarer
Leistung und der effizientesten Scheibenspülung entspricht. Immer wieder kommt
es entweder dazu, dass zu wenig Sekundärluft zugeführt wird, wodurch die Abgasluft
mit bedenklicher Menge an Schadstoffen befrachtet bleibt und das
Beschlagen der Scheibe mit Rußablagerungen
schnell voranschreitet, oder dass die Sekundärluftzufuhr zu hoch ist, wobei
diese nun nicht mehr heiß genug
ist und eine Abkühlung
in der Brennkammer verursacht und folglich der überhöhte Sauerstoffgehalt in der
Brennstoffkammer zum verstärkten
Abbrennen des Brennstoffs und zu ungenügender Reaktion mit Schadstoffen
führt.
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Zunächst wird
beim Einheizen hauptsächlich Primärluft benötigt. Erst
mit steigender Temperatur und ordentlich angebranntem Material wird
die Primärluft
gedrosselt und in zunehmendem Maße wird Sekundärluft erforderlich,
um den nunmehr in starkem Maße
entstehenden Heizgasen zugeführt
zu werden.
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Nichtgattungsgemäße Großfeuerungsanlagen,
bei denen ebenfalls Sekundärluft
vorgesehen ist, besitzen zumeist eine automatische Steuerung der
Luftzufuhr. Die Sekundärluftzufuhr
erfolgt dabei in Abhängigkeit
des Sauerstoffgehalts bzw. CO-Gehalts der Rauchgase, der mittels
Lambda-Sonden und CO-Sensoren bestimmt wird. Als zusätzliche
Regelgröße wird
der zeitliche Gradient der Brennkammertemperatur einbezogen. Die
Messung der Sauerstoffgehalts bzw. CO-Gehalts in den Rauchgasen
erfordert eine elektrische Spannungsversorgung und einen komplizierten
elektronischen Auswertemechanismus. Dasselbe gilt auch für die Bestimmung
des zeitlichen Gradienten der Brennkammertemperatur. Vor allem aber
hat sich gezeigt, dass eine effiziente Nachverbrennung der Heizgase
mittels Sekundärluft anhand
dieser Regelgrößen nicht
erreicht werden kann.
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Die
nichtgattungsgemäße WO 87/04232
A1 offenbart einen Ofen, bei dem sogenannte Falschluft in die Abgasleitung
einströmt.
Durch diese Maßnahme
soll die Abgastemperatur gesenkt werden. Je nach dem auf welche
Seite des Ofens das Abgasrohr angeschlossen ist sind seitlich Klappen
für die Falschluft
vorgesehen, die durch einen Temperaturfühler gesteuert werden und unmittelbar
in die Abgasleitung führen.
Durch die unmittelbare Einleitung der Falschluft in die Abgasleitung
können
zwar die Abgastemperaturen gesenkt werden, eine Nutzung der Heizgase
erfolgt jedoch nicht. Außerdem
ist ein in Bezug auf den Wirkungsgrad effizienter Betrieb des Kaminofens
während
des gesamten Heizzyklus nicht erreichbar.
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Die
ebenfalls nicht gattungsgemäße
DE 34 18 390 A1 offenbart
ein Thermostatventil aus einem Durchflussregler und einem mit diesem
verbundenen Temperaturfühler,
wodurch unkontrollierte Druckänderungen,
die durch Windverhältnisse
am Abgasauslass auftreten, geregelt werden.
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die sich aus dem
Stand der Technik ergebenden Probleme zu beseitigen und einen Kaminofen anzugeben,
mit dem während
des gesamten Heizzyklus eine optimale Nachverbrennung der Heizgase, eine
optimale Scheibenspülung
und ein im Bezug auf den Wirkungsgrad bestmöglich ausgelegter Betrieb des
Kaminofens möglich
ist. Ein derartiger Betrieb darf nicht durch sich ständig ändernde
Bedingungen, wie die in der Brennkammer zur Verfügung stehende Brennstoffmenge,
Brennkammertemperatur und damit selbstverständlich gekoppelt, die Entstehung
und Zusammensetzung von Heizgasen gefährdet sein, sondern muss unabhängig davon
erfolgen.
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Erfindungsgemäß werden
diese Ziele mit einem Kaminofen der eingangs genannten Art dadurch erreicht,
dass in der Sekundärluftzufuhr
ein Durchflussregler vorgesehen ist, der zur temperaturabhängigen Steuerung
der Durchflussmenge in Wirkverbindung mit einem Temperaturfühler steht,
der im Be reich des Rauchrohstutzens, vorzugsweise am Rauchrohrstutzen
selbst, angeordnet ist.
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Die
erfindungsgemäße Maßnahme ermöglicht es,
dass die Sekundärluftzufuhr
je nach den vorherrschenden Betriebsbedingungen optimal, und vollautomatisch
geregelt wird. Der Benutzer eines erfindungsgemäßen Kaminofens braucht sich
keine Sorgen um die zugeführte
Sekundärluftmenge
zu machen, wodurch das Heizen um einiges komfortabler wird.
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Da
der Begriff Durchfluss bzw. Durchflussmenge nicht nur im Zusammenhang
mit Flüssigkeiten,
sondern ganz allgemein bei Medien, somit auch gasförmigen Medien
Verwendung findet, wird auch in dieser Beschreibung auf diesen zurückgegriffen.
Wie aus folgender Beschreibung hervorgeht kann auch nichts anderes
als durchströmendes
Gas bzw. die Menge an durchströmenden
Gas gemeint sein.
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Es
hat sich gezeigt, dass die Abgastemperatur ein besonders verlässlicher
Anzeiger dafür
ist, wie der Brennvorgang innerhalb der Brennkammer abläuft. Aus
diesen Informationen geben sich unmittelbar Rückschlüsse, wie groß die Menge
an zugeführter
Sekundärluft
sein muss, um eine effiziente Nachverbrennung bewirken zu können. Mit
zunehmendem Temperaturanstieg der Heizgase wird mehr Sekundärluft benötigt, um
die entstehenden Heizgase einer Nachverbrennung zuzuführen und
der Regler öffnet. Bei
abnehmender Temperatur verringert der Regler den Querschnitt und
auch zu Beginn des Heizprozesses, in dem die Primärluft zum
Anbrennen ausschlaggebend ist, wird keine oder lediglich wenig Sekundärluft zugeführt.
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Die
Sekundärluft,
wie auch die Primärluft
gelangt in den allermeisten Fällen
dadurch in die Brennkammer, dass sie infolge des in der Brennkammer entstehenden
Unterdrucks angesaugt wird. Auch wenn dies keine aktive Zuführung im
eigentlichen Sinne ist, wird, da im Fachjargon üblich, auch für diesen
Fall der Ausdruck Zufuhr verwendet.
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Wesen
der Erfindung ist, dass die Rauchgastemperatur als für die optimale
Sekundärluftzufuhr wesentliche
Größe erkannt
wird. Zu diesem Zweck kann der Temperaturfühler zumindest zum Teil im
Inneren des Rauchgasstutzens angeordnet sein. Aber auch wenn die
Bestimmung der Temperatur nicht im Inneren des Rauchgasstutzens
erfolgt, sondern außerhalb
oder im mittelbaren oder unmittelbaren Bereich des Rauchgasstutzens,
ergibt sich eine entsprechende Proportionalität, die dem Wesen der Erfindung
keinen Abbruch tut.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, dabei
zeigt
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die 1 einen
Kaminofen in Vorderansicht,
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die 2 eine
Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Kaminofen,
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die 3 den
Kaminofen von hinten mit gedanklich geöffneter Hinterwand,
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die 4 die
Anordnung des erfindungsgemäßen Reglers,
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die 5 den
Regler in geöffneter
Position, und
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die 6 den
Regler in geschlossener Position.
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Die 1 zeigt
einen erfindungsgemäßen Kaminofen 1,
dessen Brennkammer durch eine händisch
zu öffnende
Türe 2 zugänglich ist.
Im Mittenbereich der Türe 2 ist
sie durch eine durchsichtige Scheibe 3 gebildet, die es
ermöglicht
auch während des
Brennvorgangs in die Brennkammer zu sehen.
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In
der Darstellung von 2 ist der Brennkammer 4 mit
flächigen,
den Brennkammer auskleidenden Schamottziegeln 7 und darin
enthaltenem (schematisch dargestelltem) Brennstoff 5 zu
sehen. Die Primärluftzufuhr 8 erfolgt
von unten durch den Rost der Brennkammer 4. Die Sekundärluftzufuhr 9 erfolgt
in dargestelltem Ausführungsbeispiel über einen
an der hinteren Außenseite
der Brennkammer verlaufenden Kanal, der im oberen Bereich durch
die hintere Brennkammerwand durchtritt und in der Brennkammer bis
in den Bereich der oberen Kannte der Türe 2 führt. Über ein
am Ende des Kanals vorgesehenes Führungsblech 10 gelangt
anschließend die
Sekundärluft
als Scheibenspülung
zwischen dem Führungsblech 10 und
der Sichtscheibe 3 ins Innere der Brennkammer 4.
Im unteren Bereich der horizontal verlaufenden Sekundärluftzufuhr 9,
die nach unten zum Boden hin abgedichtet ist, ist eine Öffnung vorgesehen,
an der sich ein Durchflussregler 11 befindet, der das Öffnen bzw.
Verschließen
des Sekundärluftkanals
zur Umgebungsluft hin und eine Einstellung des Durchflussquerschnitts
ermöglicht.
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Wie
aus 3 zu erkennen ist steht der Durchflussregler 11,
der im dargestellten Ausführungsbeispiel
eine kreisförmige,
durch ein Hebelwerk 13 betätigbare Klappe 12 umfasst,
deren Position nach dem Abheben von der Öffnung den Durchflussquerschnitt
bestimmt, steht in Wirkverbindung mit einem Temperaturfühler 14,
der im unmittelbaren Bereich des Rauchrohrstutzens 15 des
Kaminofens angeordnet ist. Über
den Rauchrohrstutzen 15 verlässt das Heizgas den Kaminofen 1.
An diesem Rauchrohrstutzen wird auch das Rauchrohr angeschlossen,
welches in weiterer Folge in den Kamin führt.
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Auch
beim Einheizen wird eine geringe Menge an Sekundärluft benötigt. Die Klappe des Durchflussreglers
wird bei der Montage an den Ofen so eingestellt, dass diese im kalten
Zustand die Lufteintrittsöffnung
nicht ganz verschließt.
Dadurch wird verhindert, dass die Sichtscheibe beim Einheizvorgang
verschmutzt wird. Mit steigender Abgastemperatur öffnet sich
dann die Klappe.
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Der
Temperaturfühler 14 und
das Hebelwerk 13 des Reglers 11 sind über eine
Kapillarleitung 16 miteinander verbunden. Eine Erwärmung des
Temperaturfühlers
bewirkt, dass sich eine in diesem befindliche Flüssigkeit, meistens wärmebeständiges Öl, das bei
Erwärmung
keine Blasen bildet, ausdehnt und über die Kapillarleitung 16 Druck
auf das Hebelwerk 13 ausübt. Dabei wirkt die sich in
der Kapillarleitung ausdehnende Flüssigkeit auf einen kleinen
Kolben, der bei Erwärmung
der Flüssigkeit
herausgedrückt
wird und sich bei Abkühlung
der Flüssigkeit durch
Wirkung einer Feder wieder zurückzieht.
Der Kolben 17 liegt unmittelbar am Hebelwerk an und überträgt seine
Bewegung auf dieses. Bei Temperaturanstieg hebt sich folglich die
Klappe 12 von der Öffnung
und Sekundärluft
kann vermehrt der Brennkammer 4 zugeführt werden.
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Es
wäre selbstverständlich auch
möglich,
die Ausgestaltung des Temperaturfühlers auf andere Weise vorzunehmen,
beispielsweise über
einen elektronisch ausgewerteten Temperaturmesswiderstandes, wobei
der jeweilige Messwert für
eine elektronische Steuerung der Klappenposition herangezogen wird.
Jedoch stellt erste Variante eine bevorzugte Möglichkeit dar, da keine elektrische
Versorgung nötig
ist.
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Auch
wenn bei bevorzugter Ausführungsform
keine Ermittlung bzw. Auswertung eines Messwerts in Form einer Zahl
erfolgt, so ist dennoch der Ausdruck Temperaturfühler zutreffend, da darunter
in allgemeiner Weise ein Fühler
verstanden wird, der auf eine Temperaturänderung eine Reaktion zeigt,
in diesem Falle eine entsprechende Ausdehnung einer Flüssigkeit.
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Die
Zugumlenkung 19 hat die Aufgabe, die Heizgase im Ofen so
umzulenken, damit diese so lange wie möglich im Ofen verweilen können und
somit das Heizgas genügend
an Zeit und Weg hat, dass es seine Wärme an die Oberfläche des
Kaminofens und dadurch an den Raum abgeben kann. Je nach Konstruktion
de Ofens kommen ein bis drei Stück derartiger
Zugumlen kungen zum Einsatz, jedoch sind diese für das Wesen der Erfindung lediglich
von untergeordneter Bedeutung.
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In
der dargestellten Ausführung
ist zusätzlich zum
Hauptsekundärluftkanal
ein Querkanal 18 vorgesehen, der um 90° verdreht zum Hauptsekundärluftkanal
auf diesen aufgesetzt ist. Dieser dient bei einem Ofen mit drei
Sichtscheiben – eine
befindet sich in der Türe
und jeweils eine befindet sich in der rechten und linken Seitenwand,
sodass der Benutzer von drei Seiten Sicht auf das Feuer hat – dazu,
dass alle Scheiben mit Sekundärluft
geflutet werden können.
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In
den 4 bis 6 ist der Durchflussregler 11 näher dargestellt.
Eine mittels einer Stange gehaltene Klappe 12 ist oberhalb
einer Öffnung,
die in den Sekundärluftkanal 9 führt, vorgesehen,
wobei die Stange in Art eines Hebels gelagert verschwenkt werden
kann. Dies erfolgt dann, wenn die in der Kapillarleitung befindliche
Flüssigkeit
sich ausdehnt und einen Kolben 17 bewegt. Eine Feder sorgt
dafür, dass
die Klappe bei geringer Temperatur in Richtung Öffnung gedrückt wird. Wie bereits oben
erwähnt kann
dabei das System so eingestellt werden, dass auch im kalten Zustand
des Ofens ein kleiner Spalt zwischen Klappe und Öffnung existiert, sodass auch beim
Anheizen geringfügig
Sekundärluft
eintreten kann. In 6 wäre in diesem Fall ein kleiner
Spalt zwischen Klappe und dem Rand der Öffnung vorgesehen.
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Der
Temperaturfühler
muss nicht direkt am Rauchgasstutzen, sondern kann auch in der näheren Umgebung
des Rauchgasstutzens, beispielsweise an einer mit dem Rauchgasstutzen
verbundenen Abstützung
oder an einem unmittelbar an den Rauchgasstutzen grenzenden Blech,
angeordnet sein. Auch ist es denkbar, diesen nicht an der Außenseite des
Rauchgasstutzens anzubringen, sondern ihn ganz oder teilweise in
das Innere des Stutzens ragen zu lassen, um von den Heizgasen umströmt zu werden.
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Auch
kann der Durchflussregler anders als dargestellt ausgebildet sein,
so ist es denkbar ihn im Inneren des Sekundärluftkanals unterzubringen
einen Querschnitt aufweisend, der den Kanalquerschnitt entspricht.
Durch einfaches Verschwenken lässt
sich dann eine Querschnittsänderung
herbeiführen.