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Die Erfindung betrifft eine Absperrvorrichtung
für einen
Abgasweg in einer Abgasanlage einer Feuerstätte, wobei die Abgasanlage
eine normalerweise in Brennbetriebsphasen der Feuerstätte aktive Gebläseeinrichtung
zur Erzeugung eines Überdrucks im
Abgasweg aufweist und die Absperrvorrichtung ein Absperrelement
umfasst, das zwischen einer den Abgasweg sperrenden Schließstellung
und einer den Abgasweg zumindest teilweise freigebenden Öffnungsstellung
verstellbar gelagert – und
durch Beaufschlagung mit dem Überdruck
aus der Schließstellung
heraus in Richtung Öffnungsstellung
gegen eine Schließkraft
verstellbar ist.
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Im Hinblick auf optimalen Wirkungsgrad
von Feuerstätten
besteht die Tendenz, die Abgastemperaturen am Ausgang von Feuerstätten mehr
und mehr zu senken. Dies hat zur Folge, dass der thermische Auftrieb
in Kaminen häufig
nicht mehr ausreicht, um eine zuverlässige Abführung der Abgase von den Feuerstätten auch
unter ungünstigen
Wetterbedingungen zu gewährleisten.
Um dennoch bei niedrigen Abgastemperaturen einen zuverlässigen Ausstoß der Abgase
in die Atmosphäre
und die Zufuhr von Verbrennungsluft zu gewährleisten, ist man dazu übergegangen,
den Feuerstätten
bzw. Abgasanlagen Gebläse
zuzuordnen, die in der Nähe
der jeweiligen Feuerstätte
meist unmittelbar am Ausgang innerhalb oder außerhalb der Feuerstätte installiert
sind. Durch diese Gebläse
wird in den die Abgase führenden Rohrleitungswegen
ein Überdruck
erzeugt.
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Im Vergleich mit konventionellen
Abgasanlagen mit natürlichem
Kaminzug können
Abgasanlagen für Überdruckbetrieb
normalerweise mit kleineren Abgasrohrquerschnitten bzw. Kaminrohrquerschnitten
dimensioniert wer den. Dieser Gesichtspunkt wird häufig bei
Schornsteinsanierungen aufgegriffen. An einem Kamin einer solchen
Abgasanlage für Überdruckbetrieb
können
mehrere Feuerstätten, beispielsweise
Gasfeuerstätten,
angeschlossen sein, wie dies z.B. in der
DE 196 03 615 A1 beschrieben ist.
Die Feuerstätten
sind über
jeweilige Abgasanschlussleitungen mit einem gemeinsamen Kamin verbunden.
Jede der Abgasanschlussleitungen ist mit einer Absperrvorrichtung
versehen, die zwischen der der jeweiligen Feuerstätte zugeordneten
Gebläseeinrichtung
und dem Kamin positioniert ist. Im Beispielsfall der
DE 196 03 615 A1 weist
jede der Absperrvorrichtungen eine mittels Elektromotor zwischen
ihrer Schließstellung
und Öffnungsstellung verstellbare
Abgas-Absperrklappe in dem Abgasweg zwischen Feuerstätte und
Kamin auf. Während
der Stillstandsphasen der Feuerstätte und der Gebläseeinrichtung
ist die Abgasklappe in die Schließstellung gebracht, in der
sie den Abgasweg zur Atmosphäre hin
dichtend abschließt.
Damit wird einerseits erreicht, dass über den Abgasweg kein Raumluftabzug aus
dem Aufstellraum der betreffenden Feuerstätte und somit auch keine daraus
resultierende beschleunigte Raumauskühlung stattfindet. Andererseits
verhindert die Abgasklappe in ihrer Schließstellung eine Abgasströmung vom
Kamin in Richtung Feuerstätte.
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Es sind über die elektromotorisch angetriebenen
Abgas-Absperrvorrichtungen hinaus weitere Bauformen und Funktionsprinzipien
von Abgas-Absperrvorrichtungen bekannt. In der
DE 37 15 855 C2 ist z.B.
eine bimetallgesteuerte Absperrklappe für eine Abgasleitung einer Feuerstätte offenbart.
Bimetallelemente sind der Temperatur des Abgasstroms ausgesetzt
und wirken als temperaturabhängige Stellelemente
für Klappenelemente
der Absperrklappe, so dass die Absperrklappe mit zunehmender Temperatur
dem Abgasstrom einen zunehmenden Öffnungsquerschnitt darbietet.
Die bimetallgesteuerte Absperrklappe nach der
DE 37 15 855 C2 ist für ein atmosphärisches
Schornsteinsystem mit natürlichem Schornsteinzugausgelegt.
Sie dichtet in ihrer Schließstellung
den betreffenden Abgasweg nicht vollständig ab.
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Ebenfalls für ein konventionelles Abgasabführsystem
mit natürlichem,
auf thermischen Auftrieb basierendem Schornsteinzug konzipiert ist
eine Absperrvorrichtung mit einem Klappenstellelement aus einem
Material mit Memory-Effekt, wie es in der
DE 31 41 216 C2 erläutert ist.
Das aus einer Titan-Nickel-Legierung bestehende Verstellelement
zeigt bei einer Phasenänderungstemperatur
eine praktisch verzögerungsfrei
ablaufende Formänderung,
die ggf. mit einer bestimmten Hysterese reversibel ist, wenn die
Temperatur wieder absinkt. Dieser Effekt wird ausgenutzt, um eine
betreffende Abgasklappe zwischen Schließstellung und Öffnungsstellung
hin- und herzuschalten.
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Für
den Einsatz in Abgasanlagen für Überdruckbetrieb
sind Absperrvorrichtungen bekannt, welche durch eine Rückstellkraft
zur Schließstellung hin
belastete und in der Schließstellung
den Abgasweg abdichtende Sperrelemente umfassen. Als Beispiel sei
die sogenannte Schwerkraft-Abgasklappe genannt, welche durch Schwerkraft
zur Schließstellung
hin belastet ist. Im Überdruckbetrieb
wird die Abgasklappe feuerstättenseitig
vom Überdruck
beaufschlagt, so dass sie unter Überwindung
der Schwerkraft in die Öffnungsstellung übergeht.
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Sobald die den Überdruck erzeugende Gebläseeinrichtung
in den Stillstand übergeht
und die Druckdifferenz an der Abgasklappe weitestgehend abgebaut
ist, sorgt die rückstellende
Schwerkraft dafür,
dass die Abgasklappe wieder in den Schließzustand zurückfällt, um
den Abgasweg dichtend abzuschließen. Derartige Schwerkraft-Abgasklappen
haben sich in Abgasanlagen für Überdruckbetrieb
gut bewährt.
Nachteilig an solchen zur Schließstellung hin belasteten Absperrklappen
ist jedoch, dass die zur Überwindung
der Rückstellkraft
erforderliche Energie stets von der Gebläseeinrichtung aufgebracht werden
muss. Dies hat negativen Einfluss auf die Energiebilanz des Systems
und erfordert entsprechend stark dimensionierte Gebläse.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
für eine
Abgasanlage für Überdruckbetrieb
eine Absperrvorrichtung der eingangs genannten Art mit einem Absperrelement
bereitzustellen, welches durch Beaufschlagen mit Überdruck
von der Schließstellung
in die Öffnungsstellung überführbar ist,
wobei jedoch der Energieaufwand des Gebläses für die Überdruckerzeugung weitgehend
minimiert ist.
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Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
dass die Absperrvorrichtung eine reversibel temperaturabhängig wirksame
Hilfsstelleinrichtung für
das Absperrelement aufweist, wobei die Hilfsstelleinrichtung wenigstens
ein temperaturempfindliches Hilfsstellelement im Abgasweg oder nahe
am Abgasweg aufweist, das dazu eingerichtet ist, bei einer Erhöhung seiner
Temperatur in einem bestimmten Temperaturbereich eine der Schließkraft kontinuierlich
oder sprunghaft ansteigend entgegengesetzte Kraft auf das Absperrelement
auszuüben.
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Bei deaktivierter Feuerstätte und
ausgeschalteter Gebläseeinrichtung
befindet sich das Absperrelement im Schließzustand, so dass es den Abgasweg
abdichtend zur Atmosphäre
hin verschließt. Wird
dann die Gebläseeinrichtung
eingeschaltet, so erzeugt sie im Abgasweg einen Überdruck, der das Absperrelement
feuerstättenseitig
beaufschlagt und schließlich
bei Überwindung
der Schließkraft
in eine Öffnungsstellung überführt. In
dem Abgasweg kommt es dann zu einer Gasströmung von der Feuerstätte in Richtung
nach außen,
so dass nach Aktivierung der Feuerstätte anstehende Abgase über den
Abgasweg nach außen
zur Atmosphäre
hin abgeführt
werden können.
Insoweit funktioniert die Absperrvorrichtung nach der Erfindung ähnlich wie
eine konventionelle Abgasklappenvorrichtung mit Rückstellkraft,
etwa eine Schwerkraft-Abgasklappe. Im Betrieb einer Abgasanlage
mit einer erfindungsgemäßen Absperrvorrichtung
kommt jedoch noch folgender Effekt hinzu. Sobald die von der Feuerstätte kommenden
Abgase das temperaturempfindliche Hilfsstellelement auf eine hinreichend
hohe Temperatur erwärmt
haben, geht das Hilfsstellelement von einem mit der Schließstellung
des Absperrelements korrespondierenden Einstellzustand in einen
Einstellzustand zur Ausübung
einer der Schließkraft
des Absperrelementes entgegenwirkenden Kraft über, wobei es dem gegebenenfalls
bereits vorweg durch Gasdruckbeaufschlagung in die Öffnungsstellung überführten Absperrelement
folgt, um es in der Öffnungsstellung
zu stützen.
Vorzugsweise ist die so von dem Hilfsstellelement aufgebrachte Stützkraft
etwas kleiner als die rückstellende
Schließkraft
des Absperrelementes, so dass bei Wegfall des Überdrucks im Abgasweg die Resultierende
aus Schließkraft
und Stützkraft
das Absperrelement in die Schließstellung überführt, ungeachtet dessen, ob
das Hilfsstellelement noch auf erhöhter Temperatur oder bereits
wieder auf niedrigerer Temperatur ist. Abgasrückströmung in dem Abgasweg kann so
zuverlässig
unterbunden werden. Dieser Aspekt hat insbesondere bei Abgasanlagen Bedeutung,
bei denen der Kamin mit mehreren Feuerstätten belegt ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung umfasst die Hilfsstelleinrichtung wenigstens ein Bimetallelement
als temperaturempfindliches Hilfsstellelement.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist das temperaturempfindliche Hilfsstellelement zumindest
teilweise aus einem Material mit Memory-Effekt bzw. Formgedächtnis-Effekt
gebildet.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist das Absperrelement eine schwenkbar gelagerte Absperrklappe
im Abgasweg. Eine solche Absperrklappe kann einflügelig sein
oder mehrere Klappenelemente aufweisen.
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Es kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen
sein, dass das Hilfsstellelement mittels eines Heizdrahtes oder
dgl. beheizbar ist, um es in den mit einer Öffnungsstellung des Absperrelementes
korrespondierenden Einstellzustand zu überführen.
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Die Erfindung wird nachstehend unter
Bezugnahme auf die Figuren näher
erläutert.
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Die 1a – 1c zeigen schematisch ein
Ausführungsbeispiel
einer Absperrvorrichtung nach der Erfindung in verschiedenen Betriebszuständen, wobei
die Absperrvorrichtung in einem ausschnittsweise und im Längsschnitt
dargestellten Abgasrohr einer Abgasanlage für Überdruckbetrieb angeordnet
ist. Die Absperrvorrichtung weist eine Abgasklappe 3 auf,
die in 1a in ihrer den
Abgasweg 9 in dem Abgasrohr 5 dicht sperrenden
Schließstellung
gezeigt ist. Es handelt sich im Beispielsfall um eine Schwerkraftklappe,
die unter der Wirkung der Schwerkraft in die Schließstellung
fällt,
sobald Gegenkräfte
ausfallen.
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Das Abgasrohr 5 ist einerseits
an einer (nicht gezeigten) Gasfeuerstätte – und andererseits an einem
(nicht gezeigten) Kaminrohr angeschlossen. Die Seite des Feuerstättenanschlusses
liegt in den 1a – 1c unten, und die Seite des
Kaminrohranschlusses liegt in den 1a – 1c oben. Ein Bimetallelement 7 ist
als temperaturempfindliches Hilfsstellelement im Abgasweg 9 vorgesehen.
Ein Ende 11 des schleifenförmig gebogenen Bimetallelementes 7 ist
ortsfest an dem Abgasrohr 5 fixiert, wohingegen das andere
Ende 13 des Bimetallelementes 7 in 1a frei an der Unterseite
der Abgasklappe 3 liegt. Die Situation gemäß 1a liegt z.B. in einer Betriebspause
der Feuerstätte
und des feuerstättenseitig
vorgesehenen (nicht gezeigten) Gebläses zur Überdruckerzeugung vor.
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In 1b ist
die Abgasklappe 3 um ihre orthogonal zur Abgasrohrachse
verlaufende Schwenkachse 17 herum nach oben in eine den
Abgasweg 9 freigebende Öffnungsstellung
verschwenkt, wobei das Bimetallelement 7 seinen Zustand
im Vergleich mit der 1a kaum
geändert
hat. Eine solche Situation kann in der Startphase der Feuerstätte und
des feuerstättenseitig
angeordneten Gebläses
vorliegen. Das Gebläse
hat bereits einen Überdruck im
Abgasweg 9 aufgebaut, welcher die Abgasklappe 3 an
deren Unterseite beaufschlagt und in die Öffnungsstellung überführt hat,
so dass eine mit den Pfeilen X angedeutete Strömung im Abgasweg erzwungen
wird. In der Startphase gemäß 1b hat das Bimetallelement 7 noch
keine merkliche Temperaturänderung erfahren.
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Im weiteren Verlauf des Brennbetriebs
der Feuerstätte
gelangt zunehmend mehr erhitztes Abgas zu dem Bimetallelement 7.
Das Bimetallelement 7 erfährt dabei eine Temperaturerhöhung z.B.
auf 50°C
und ggf. höher
und damit einhergehend eine Formänderung,
wie es in 1c angedeutet
ist. In der Situation gemäß 1c greift das Bimetallelement 7 mit
seinem freien Ende 13 oberhalb der bei 19 angedeuteten
Schließstellungsebene
an die Abgasklappe 3 an, wodurch es eine Stützkraft
für die
Abgasklappe 3 in der gezeigten Öffnungsstellung bietet. Das
Offenhalten der Abgasklappe 3 ist somit nicht mehr allein
dem Gebläse
und ggf. dem thermischen Auftrieb überlassen. Das Gebläse kann
daher mit geringerem Energieeinsatz betrieben werden, um den für die Abgasabführung erforderlichen Überdruck aufrechtzuerhalten.
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Es kann in speziellen Ausführungsformen der
Erfindung zweckmäßig sein,
dass die Stützkraft des
Hilfsstellelementes 7 bei entsprechender Temperatur groß genug
ist, um das Absperrelement 3 ohne Gebläseunterstützung in der Öffnungsstellung
zu halten. Vorzugsweise sollte die Absperrvorrichtung jedoch so
dimensioniert sein, dass die Stützkraft
des Hilfsstellelementes 7 im erwärmten
Zustand allein nicht ausreicht, um das Absperrelement 3 bei
Wegfall des Überdrucks
im Abgasweg 9 in der geöffneten Stellung
zu halten. Es kann dann nicht der Fall eintreten, dass nach Abschalten
der Feuerstätte
und des Gebläses
und bei etwaigem Auftreten eines Druckgefälles vom Kamin in Richtung
der betreffenden Feuerstätte
eine Abgasrückströmung durch
die Absperrvorrichtung hindurch stattfindet, weil das noch erhitzte
Hilfsstellelement 7 das Absperrelement 3 nur verzögert in
den Schließzustand übergehen
lässt.
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Im Beispielsfall der 1a – 1c wurde davon ausgegangen,
dass das Hilfsstellelement 7 ein Bimetallelement ist. Wie
oben bereits dargelegt, könnte das
Element 7 auch ein Hilfsstellelement aus einem Material
mit Memory-Effekt sein, welches bei Temperaturen unterhalb einer
Umwandlungstemperatur einen Formzustand entsprechend 1a aufweist und welches
bei Temperaturen oberhalb der Umwandlungstemperatur einen Formzustand
entsprechend 1c einnimmt.
Memory-Legierungen sind bekannt. z.B. NiTi, Cu-Zn-Al, Cu-Al-Ni.
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Es wurde bei der gezeigten Ausführungsform
der Erfindung bisher ferner davon ausgegangen, dass die Erwärmung des
Hilfsstellelements 7 nur durch Wärmeübertragung vom Abgas auf das Hilfsstellelement 7 erfolgt.
Gemäß einer
nicht gezeigten Variante der Erfindung kann das Hilfsstellelement 7 fremdbeheizbar
sein und hierzu etwa einen elektrischen Widerstandsheizdraht aufweisen.
Durch Vorheizen des Hilfsstellelementes 7 während einer
Startphase kann somit erreicht werden, dass das Hilfsstellelement 7 das
Absperrelement 3 auch schon in der Situation gemäß 1b unterstützt, also
in der Situation, in der bereits ein Überdruck aufgebaut ist, jedoch
noch nicht genug Abgaswärme
zur Aktivierung des Hilfsstellelementes ansteht.
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Es sei darauf hingewiesen, dass der
Begriff Überdruckbetrieb
im Rahmen der vorliegenden Anmeldung allgemein auch die Situation
erfassen soll, dass feuerstättenseitig
der betreffenden Absperrvorrichtung ein höherer Druck herrscht als kaminseitig der
Absperrvorrichtung. Dies kann z.B. auch dadurch erreicht werden,
dass kaminseitig der Absperreinrichtung eine ansaugende Gebläseeinrichtung
für eine
entsprechende Druckdifferenz sorgt.
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Durch Nachheizen des Hilfsstellelementes mit
der Fremdheizung während
etwaiger Abgas-Abkühlphasen
oder Heizbetriebspausen kann gemäß einer
Variante der Erfindung das Absperrelement über betreffende Zeitspannen bedarfsweise
in der geöffneten
Stellung gehalten werden, auch wenn der Überdruck bereits weitgehend
abgebaut ist.