DE2825231A1

DE2825231A1 - Verfahren zum verbrennen von festem brennmaterial in einer geschlossenen brennkammer und ein ofen zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2825231A1
Application number: DE19782825231
Authority: DE
Inventors: Hugo Dipl Ing Larsson
Original assignee: LUFTKONDITIONERING AB
Current assignee: LUFTKONDITIONERING AB
Priority date: 1977-06-10
Filing date: 1978-06-08
Publication date: 1978-12-14
Also published as: FI61087C; NO144182C; SE7706797L; GB2002107B; SE406225B; FI61087B; NO782024L; NO144182B; JPS5416732A; GB2002107A; FR2394018B1; DK259378A; FR2394018A1; SE406225C; FI781860A; CA1115157A

Description

Verfahren zum Verbrennen von festem Brennmaterial in einer geschlossenen Brennkammer und ein Ofen zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbrennen von festem Brennmaterial in einer geschlossenen Brennkammer, welche lokal abgeschirmt oder abgetrennt von der Umgebung ist und welche einen Luftzufuhrkanal aufweist und zur Erwärmung von Luft vorgesehen ist, wobei die Verbrennungsgeschwindigkeit in der Brennkammer mit Hilfe von mindestens einer Klappeneinrichtung gesteuert bzw. geregelt wird, welche in dem Luftzufuhrkanal angeordnet ist, wobei die Temperatur der erwärmten Zirkulationsluft auf einen vorgeschriebenen Maximalwert begrenzt ist.

Wenn ein Ofen mit Holz oder ähnlichem festen Brennmaterial wie z.B. Koks beschickt wird, kann die von der Brennkammer abgegebene

809850/1047

Wärmemenge nicht durch kontinuierliches Drosseln der Luftzufuhr gesteuert bzw. geregelt werden, da die sich aus einer solchen Drosselung ergebende unvollständige Verbrennung einen unwirtschaftlichen Überschuß von nicht verbranntem Kohlenmonoxid und die Bildung von Teer und Ruß ergibt, wodurch ein Kaminfeuer entstehen könnte und der Wirkungsgrad eines in Verbindung mit dem Ofen wirkenden Wärmetauschers verringert würde als Folge der isolierenden Teer- und Rußschichten.

In der schwedischen Patentschrift 110 379 ist ein mit Holz beschickter Kessel beschrieben, der einen Impuls-Regler zum Schließen und Öffnen einer dem Kessel zugeordneten Klappe aufweist. Die Anordnung ist vergleichsweise kompliziert und erfüllt nicht heutige Sicherheits- und Zuverlässigkeitsanforderungen.

Andere ähnliche Anordnungen sind aus den deutschen Patentschriften 235 019, 311 494, 352 252, 498 226, 647 750 und 1 230 957 bekannt. Keine dieser Patentschriften beschreibt jedoch eine Lösung, welche unter allen Gesichtspunkten zufriedenstellend ist. So kann z.B. keine der bekannten Anordnungen in den Fällen eingesetzt werden, in welchen es unmöglich ist, zu gewährleisten, daß der zu dem Thermostaten zur Steuerung desselben gelieferte elektrische Strom nicht unterbrochen wird.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, ein Verfahren zum Verbrennen von festem Brennmaterial zu schaffen, bei welchem die erwähnten erheblichen Unzulänglichkeiten vermieden werden und bei welchem der Ofen mit einer großen Menge an Brennmaterial zur gleichen Zeit beschickt werden kann, ohne daß dieses Brennmaterial mit einer höheren Geschwindigkeit verbrannt wird als derjenigen, die erforderlich ist, um eine bestimmte voreingestellte Temperatur in einem geheizten Raum, einem Heißwassergerät oder dergleichen aufrechtzuerhalten.

Dies wird gemäß einem Verfahren der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß die Bewegung der Klappe mit Hilfe einer oder mehrerer Steuer- bzw. Regeleinrichtungen wie z.B. einem Thermostaten, einem

809850/1047

Zeitrelais oder dergleichen zwischen einer entweder im wesentlichen vollständig offenen Stellung oder einer im wesentlichen vollständig geschlossenen Stellung gesteuert bzw. geregelt wird, in welcher die Luftzufuhr zur Brennkammer im wesentlichen abgeschaltet wird, derart, daß die Verbrennung im wesentlichen aufhört, das Brennmaterial jedoch eine ausreichend hohe Temperatur zur Wiederaufnahme des Verbrennungsvorganges behält, wenn die Klappe wieder geöffnet wird, während zur gleichen Zeit eine gewünschte gegebene Temperatur in einem von der Zirkulationsluft geheizten Raum oder einem durch die heißen Abzugsgase geheizten Gegenstand wie z.B. einem Ofen, einer Kochplatte, einer Heißwasser liefernden Vorrichtung oder dergleichen aufrechterhalten wird.

Wenn die Klappe offen ist, brennt das Brennmaterial mit dem bestmöglichen -Wirkungsgrad, -wobei das-Brennmaterial -ohne die"Bildung von Ruß und Teer verbrannt wird. Zwischenzeitlich wird der Verbrennungsvorgang an der Feuerstelle derart beschränkt, daß nur eine kleine Wärmemenge entwickelt wird. Die Brennkammer kann daher mit einer großen Brennmaterialmenge beschickt werden, wobei für einen optimalen Verbrennungsvorgang über einen langen Zeitraum gesorgt ist.

Gleichzeitig wird hierbei der höchstmögliche Sicherheitsgrad erreicht, da die in der Brennkammer herrschende Temperatur die vorgeschriebene Maximaltemperatur nicht übersteigt. Wenn die Klappe geschlossen wird, fällt die Temperatur in der Brennkammer allmählich ab, wobei dieser Temperaturabfall mit einer bestimmten Zeitverzögerung als Folge der Restwärme stattfindet. Anschließend wird die Klappe wieder geöffnet, wonach ein weiterer höchst effektiver Verbrennungsvorgang beginnt. Bei der Durchführung von Versuchen hat sich gezeigt, daß selbst dann, wenn die Regelzeitabschnitte von relativ langer Dauer (10 bis 60 Minuten) waren, wobei die Klappe geschlossen war, die Temperatur des Brennmaterials nicht unter ein Niveau fiel, auf welchem das Brennmaterial schnell wieder entzündet werden konnte, wenn die Klappe wieder geöffnet wurde. Wenn die Klappe wieder geöffnet wurde, erfolgte erneut der beschriebene Verbrennungsvorgang mit hohem Wirkungsgrad. Wenn das Zeitintervall, in welchem die Klappe geschlossen bleibt unter Ver-

809850/1047

wendung konventioneller Raumthermostate, zu lang ist, können gesonderte mechanische oder elektrische Zeitrelais vorgesehen sein, um zu gewährleisten, daß die Klappe geöffnet wird, um den Start des Verbrennungsvorganges zu ermöglichen.

Um zu gewährleisten, daß das Brennmaterial sich nach der öffnung der Klappe wieder entzündet, kann die Temperatur des Brennmaterials während derjenigen Zeitabschnitte aufrechterhalten werden, in welchen die Klappe geschlossen ist, indem die Wärmeübertragung von der Brennkammer zu dem zu heizenden Medium während dieser Zeitabschnitte begrenzt wird. Dies kann z.B. durch Beschränkung der Zirkulation der Luftströmung um die Brennkammer erfolgen. Diese Beschränkung der Luftzirkulation wird am besten dadurch bewirkt, daß gleichzeitig mit dem Signal zum Schließen der Klappe dem Zirkulationsgebläse ein Signal zugeführt, wird _r um dieses-anzuhalten. In der Praxis wird vorzugsweise mindestens ein Thermostat auf einen vorgegebenen, eins voreingestellte Temperatur übersteigenden Wert eingestellt, um eine mechanische Bewegung zu erzeugen, welche schnell ein im wesentlichen vollständiges Schließen der Klappe bewirkt, oder eine solche mechanische Bewegung über elektrische Antriebseinrichtungen zu führen.

Auf diese Weise ist das System gegen Überhitzung gesichert, selbst in solchen Fällen, in welchen der Thermostat nicht normal funktioniert, z.B. bei einer Unterbrechnung der Stromversorgung. Das Verfahren kann auch vorteilhaft zum Heizen von Zimmern oder anderen Räumen, welche nicht an die Netzversorgung angeschlossen sind, eingesetzt werden.

Um den besten Betrieb zu gewährleisten, ist vorzugsweise eine mechanische oder elektrische Antriebseinrichtung vorgesehen zum öffnen und Schließen der Klappe für einen Zeitabschnitt ausreichender Dauer, damit das Feuer in der Brennkammer eine selbsterhaltende Wärme entwickelt.

809850/1047

2 8 2 b 2 3 1

Die mechanische Vorrichtung kann z.B. ein Zeitgeber sein. Die elektrische Vorrichtung kann z.B. aus einer Verzögerungsschaltung bestimmter Bauart mit Kondensatoren und Widerständen bestehen. Die Vorrichtungen können dazu beitragen, daß gewährleistet ist, daß der VerbrennungsVorgang ohne Unterbrechung unter allen vorherrschenden Bedingungen in der oben beschriebenen Weise weiterläuft.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können besondere Vorteile erzielt werden, wenn ein thermoelektrischer Generator vorgesehen ist, welcher mit einem oder mehreren elektrischen Thermostaten derart zusammenwirkt, daß der Generator keine Energie abgibt oder produziert, wenn die Feuerstelle kalt ist und die Klappe in der vollständig offenen Stellung gehalten wird, wohingegen, wenn die Temperatur der Feuerstelle und damit der Ausgang des Generators einen bestimmten gewünschten Wert erreicht, der Generator die Klappe mit Hilfe von Einstellvorrichtungen schließt, vorausgesetzt, daß mindestens ein Thermostat keine Wärme anfordert.

Ein Thermogenerator dieser Bauart kann zwischen einer warmen oder Wärmeübertragungsoberfläche , welche die Brennkammer begrenzt, und z.B. einer Oberfläche in einem Kanal für die Verbrennungsluft angeordnet werden. Bei Verwendung eines solchen Thermogenerators ist es möglich, unter allen Umständen eine automatische Regelung des diskontinuierlichen Verbrennungsvorganges zu gewährleisten, welcher in vielen verschiedenen Anwendungsgebieten sehr vorteilhaft ist.

Weitere Vorteile können erzielt werden, wenn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein Thermostat entweder in der Brennkammer oder auf dem Weg der aufgeheizten Zirkulationsluft oder des Zirkulationswassers oder in dem Abzugsrohr der Brennkammer angeordnet wird. Dieser Thermostat ist in der Lage, die Klappe automatisch zu öffnen, wenn die Temperatur unter einen vorgegebenen Wert abfällt, wobei das Feuer nur zeitweise wieder entzündet wird, vorausgesetzt, daß kein anderer Thermostat Wärme anfordert.

809850/10 U7

In der Praxis kann die Klappe mechanisch so eingestellt werden, daß eine bestimmte minimale Luftmenge hindurchströmen kann, wodurch gewährleistet wird, daß die Verbrennung nicht vollständig zu Erliegen kommt während solcher Zeitabschnitte, in welchen die Thermostaten keine Wärme anfordern.

Um die Verbrennungsfolge an verschiedene Brennmaterialien anzupassen, ist es zweckmäßig, zusätzlich zu der automatischen Regelung der Klappe eine andere Art manueller Regelung vorzusehen, mit deren Hilfe die Regelung für verschiedene Brennmaterialien manuell bewirkt werden kann. Von besonderem Interesse ist in diesem Zusammenhang eine Einrichtung, mit welcher die Überschußluftmenge, welche für verschiedene Brennmaterialien, welche verwendet werden können, erforderlich ist, eingestellt werden kann.

Die Erfindung betrifft auch einen Ofen zum Verbrennen von festem Brennmaterial in der oben beschriebenen Weise, dessen wesentliche kennzeichnende Merkmale in den beiliegenden Patentansprüchen offenbart sind.

Ein Ofen gemäß der Erfindung hat einen sehr hohen Wirkungsgrad, gute Regelungseigenschaften und ist gegen Überhitzung gesichert. Der Ofen soll primär mit festem Brennmaterial, z.B. Holz, Torf, Kohle, Koks und dergleichen beschickt werden. Er kann jedoch auch mit flüssigem Brennstoff, z.B. öl oder Paraffin, oder gasförmigen Brennstoffen, wie z.B. Stadtgas, Naturgas oder Gasöl, betrieben werden, ohne daß die für diesen Zweck erforderlichen Hilfsvorrichtungen sehr kostspielig sind. Mit dem Ofen können auch leicht Hilfsvorrichtungen sowohl für direktes elektrisches Heizen als auch für elektrisches Speicherheizen verbunden werden. Der Ofen kann daher sowohl als Reservewärmequelle und Ofen für den Fall einer Unterbrechung der elektrischen Stromversorgung und/oder auch als einzige Wärmequelle in kleinen freistehenden Wohnhäusern und Terrassenhäusern verwendet werden. Der Ofen kann auch als zusätzliche Wärmequelle zu Wärmepumpen und Solarheizsystemen betrieben werden, wobei eine Wärmespeichervorrichtung benutzt wird.

809850/10 Λ 7

Im Vergleich zu einem Ofen gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein offenes Feuer unwirtschaftlich, primär, weil es den größeren Teil seiner Wärme in Form von Strahlungswärme abgibt und es darüber hinaus mit einem großen Luftüberschuß brennt, der seinen Wirkungsgrad verschlechtert. Versuche, diesen Luftüberschuß mit Hilfe von Klappen im Kaminabzug oder im Abzugsrohr zu verringern, verursachen oft ein Qualmen des Feuers und im schlimmsten Falle

Kohlenmonoxidvergiftungen. Im Unterschied hierzu ist ein wesentliches Merkmal des Ofens gemäß der Erfindung eine verschließbare Klappe oder ein Deckel, der für eine genaue Abgrenzung der Brennkammer gegenüber der Umgebung sorgt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Frontklappe oder ein Frontdeckel aus gehärtetem Glas verwendet, dessen Abmessungen ganz erheblich sein können, wobei die Glasklappe einige der Vorzüge des offenen Feuers aufrechterhält, insbesondere da das Feuer durch die Klappe betrachtet werden kann und da einige Wärme abgestrahlt wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Wärmeabgabe des Ofens durch Regelung der Zufuhr der Verbrennungsluft mit Hilfe der im Luftzufuhrkanal angeordneten Klappe reguliert. Auf diese Weise wird ein erheblich erhöhter Wirkungsgrad und eine erhöhte Sicherheit gegen Kohlenmonoxidvergiftung erzielt im Vergleich zu der konventionellen Regelung mittels einer im Kaminabzug oder Abzugsrohr angeordneten Klappe.

Um den Wirkungsgrad noch weiter zu steigern, ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein sogenannter ausgeglichener Auftrieb vorgesehen, wobei die Temperatur der Verbrennungsluft durch Wärmeaustausch mit den Verbrennungsgasen erhöht wird. Die erreichbare Wirkungsgradgrenze wird durch die Temperatur der Abgase oder des Rauches bestimmt. Um einen Kamineffekt zu erzielen, muß die Temperatur des Rauches die Temperatur der Verbrennungsluft um ungefähr 50 bis 80⁰C übersteigen, wenn der Einsatz von Rauchgebläsen vermieden werden soll.

809850/1CH7

Um die Fähigkeiten des Ofens zu nutzen, insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen, ohne daß eine Überhitzung bei hohen Außentemperaturen riskiert werden muß, wird gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine thermostatgesteuerte Klappe verwendet, welche bei Temperaturen von z.B. 50⁰C eine Mischung von Raumluft mit einer Temperatur von ungefähr 20⁰C mit der Verbrennungsluft verursacht. Wenn das Gebäude isoliert ist, wird eine vorgewärmte Frischluft als Ersatz einströmen, wodurch der hohe Wirkungsgrad aufrechterhalten wird.

Mit Hilfe von einfachen mechanischen Klappen oder manuell betätigten Klappen kann eine Ausführungsform des Ofens gemäß der Erfindung entweder schnell zu Zirkulationsrautnluft erhitzen oder Wärmeenergie in einem Steinhaufen speichern, der mit dem Luftkanal verbunden ist sog. bodengespeicherte Wärme. Um Wärme in solchen Speichern zu speichern und aus diesen zu entfernen, ist ein Gebläse erforderlich. Der Ofen erwärmt die Raumluft schnell und direkt auch ohne ein Gebläse, obwohl die Wirkung geringer und der Wirkungsgrad schlechter sein wird. Auf diese Weise kann dann der Ofen als Reserveenergiequelle im Falle z.B. einer .Unterbrechung der Netzversorgung verwendet werden.

Die Möglichkeit der Speicherung von Wärme erleichtert den Einsatz erheblich und steigert den Behaglichkeitswert. So ist es z.B. möglich, am Abend mehrere Feuer nacheinander anzuzünden, ohne daß die Temperatur des Raumes zu hoch wird, wonach die dem Speicher zugeführte Wärmemenge am nachfolgenden Abend in bekannter Weise verwendet werden kann.

Die oben beschriebene diskontinuierliche/ thermostatgesteuerte Brennfolge gemäß der Erfindung ermöglicht die Verwendung eines grossen Brennmaterialrostes in dem Ofen, welcher vollständig gefüllt werden kann, so daß das Feuer 8 bis 10 Stunden aufrechterhalten werden kann. Das Feuern mit Holz ist daher nicht besonders aufwendig und als Folge des großen Wirkungsgrades des Ofens ist die verbrauchte Holzmenge erheblich geringer im Vergleich zu der verbrauchten Menge in bekannten herkömmlichen Heizungsanordnungen.

809850/1047

Eine Ausführungsform eines Ofens für die Zirkulation von Luft sollte zum Kochen von Lebensmitteln verwendbar sein, für den Fall, daß eine Energiezufuhrunterbrechung auftritt. Zu diesem Zwecke ist der Ofen mit einem horizontalen Teil ausgestattet, der eine Heizplatte oder eine Koch- und Grillunterlage bildet. Diese Unterlage kann in einem Teil des Ofens zur Ausbildungeines Herdes einverleibt werden. Die Temperatur des Herdes kann innerhalb weiter Grenzen mit Hilfe einfacher Vorrichtungen geregelt werden, die in Kombination mit den Klappen und Thermostaten arbeiten.

Zur Verwendung z.B. in Hütten oder ähnlichen nicht an die Netzversorgung angeschlossenen Häusern kann eine Ausführungsform des Ofens gemäß der Erfindung mit einer Einrichtung zum Erwärmen von Wasser, z.B. eines Volumens von 50 bis 100 1₍ausgestattet sein. Überhitzung wird durch Thermostate verhindert, die so angeordnet sind, daß sie in Kombination mit dem oben beschriebenen Klappenregelsystem arbeiten. Das Heißwasseraufbereitungssystern schützt außerdem gegen eine Überhitzung durch seinen Kühleffekt auf die Rauchgase. Eine Speicherung von Wärme gemäß dem Prinzip eines Kachelofens kann außerdem leicht dadurch erzielt werden, daß der Raum zwischen dem Wärmetauscher und dem Außengehäuse mit einem wärmespeichernden Material wie z.B. Sand gefüllt wird.

Die wichtigen Bauteile des Ofens wie die Brennkammer, der Wärmetauscher und die Klappenanordnungen können als Einheit zur Einverleibung z.B. in einen offenen Ziegelkamin verkauft werden. In diesem Zusammenhang kann ein ausgeglichener Auftrieb erzielt werden durch Anbringen eines wahlweise kreisförmigen Rohres, vorzugsweise aus nichtrostendem Material _f in das Abzugsrohr des Kamins, während die Verbrennungsluft nach unten durch den das Rohr umgebenden Raum geführt wird. Anstelle eines konventionellen, außen gemauerten Kamins kann der gleiche Kamin und ein Wärmetauscher benutzt werden, welcher in einem Kombinationsofen gemäß der Erfindung benutzt wird, wodurch Korrosionsprobleme bei niedrigen Rauchgastemperaturen vermieden werden. Bei der Durchführung von Versuchen hat man festgestellt, daß eine gute Wärmeverteilung selbst für den Fall eines großen Gebäudes erzielt werden kann aufgrund der Tatsache, daß die gesamte

809850/1047

Wärme auf Deckenhöhe freigegeben wird. Die Wärme kann auf benachbarte Zimmer verteilt werden, indem schallisolierte Öffnungen auf Decken- und Bodenebene vorgesehen werden. Der Kombinationsofen kann mit Hilfseinrichtungen zum elektrischen Heizen versehen werden, wobei der obere Teil des Ofens mit elektrischen Heizelementen versehen ist, welche Schutzthermostate aufweisen. Das Zirkulationsgebläse und der Filter sind vorzugsweise in einem Unterteil des Ofens angeordnet. Auf diese Weise wird die Feuergefahr im Filter, welche bei konventionellen Anordnungen vergleichweise groß ist, erheblich verringert.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig. 1 eine teilweise weggebrochene Vorderansicht des Ofens gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Schnittseitenansicht des in Fig. 1 gezeigten Ofens,

Fig. 3 eine graphische Darstellung mit den verschiedenen Wärmeanforderungen während des Verbrennungsvorgangs des Feuers, wobei Fig. 3a eine kleine Wärmeanforderung und Fig. 3b eine große Wärmeanforderung zeigt,

Fig. 4 eine teilweise weggebrochene schematische Seitenansicht einer abgewandelten Ausfuhrungsform des Ofens gemäß der Erfindung, die gemeinsam mit einem Wärmespeicher in Form eines Steinbettes benutzt wird, und

Fig. 5 und 6 Schnittansichten längs der Linien V-V und VI-VI in Fig. 4.

Ein Ofen 1 zum diskontinuierlichen Verbrennen von festem Brennmaterial weist eine Brennkammer 2 auf. Der obere Teil der Brennkammer 2 stellt das Innere eines Wärmetauschers 5 dar, welcher in einen Kamin 6 mündet. Die Brennkammer 2 zusammen mit dem oberen Teil 5 ist von diesem Wärmetauscher umgeben, durch welchen Zirkulationsluft 7 strömt mit Hilfe eines Gebläses 10, das durch einen Motor 10a angetrieben wird und unterhalb der Brennkammer angeordnet ist. Der obe-

809850/ 1 047

re Teil des im Kamin 6 angeordneten Abzugrohrs ist ebenfalls von einem Wärmetauscher 12 für Verbrennungsluft umgeben, dessen Einlaß sich nach außen erweitert ungefähr im Bereich des Auslasses des Kamins 6, um einen sog. ausgeglichenen Auftrieb zu schaffen. In dem Ofen ist ein Luftzufuhrkanal 13 vorgesehen.

Auf der Vorderseite des Ofens ist die Brennkammer 2 durch einen verschiebbaren Deckel 15 aus vergütetem bzw. gehärtetem Glas begrenzt. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist der Deckel 15 relativ groß und dazu bestimmt, die annehmliche Wirkung eines konventionellen Feuers aufrechtzuerhalten, da das Feuer durch den Deckel hindurch gesehen und Strahlungswärme durch den Deckel hindurch gefühlt werden kann. Der Deckel 15 ist derart angeordnet, daß er die Brennkammer wirksam gegenüber dem Zimmer abdichtet, in welchem der Ofen angeordnet ist, wodurch der Verbrennungsvorgang im Ofen unabhängig von Druckänderungen sowohl im Gebäude als auch außerhalb des Gebäudes, z.B. aufgrund von Wind oder der öffnung eines Fensters oder dgl._f ist.

Die Zirkulationsluft wird mit Hilfe des Gebläses 10 durch ein Gitter 17 oder einen Spalt am unteren Teil des Ofens angesaugt und strömt durch einen Filter 18 hindurch, bevor ein Wärmeaustausch stattfindet, wenn die Luft die Brennkammer durch einen Kanal 19 passiert. Die Zirkulationsluft wird dann über ein Gitter 20 im oberen Teil des Ofens abgegeben. Dieses Gitter ist bei der dargestellten Ausführungsform im Bereich der Decke des Zimmers, in welchem sich der Ofen befindet, angeordnet. Das Gitter 20 bildet ein äußeres Begrenzungsbauteil eines Moduls 21, welcher den oberen Teil des Ofens umgibt. Dieser Modul kann auch die elektrischen Vorrichtungen für die jeweiligen Funktionen des Ofens, wie weiter unten im einzelnen beschrieben wird, aufnehmen. Zwischen dem Modul 21 und der Decke 22 ist eine Schutzplatte 23 angeordnet, welche das Risiko einer überhitzung verringert.

In dem Luftzufuhrkanal 13 ist eine Klappe 29 angeordnet, mit deren Hilfe die Verbrennungsgeschwindigkeit gesteuert bzw. geregelt werden kann. Diese Klappe kann zwischen einer im wesentlichen vollstän-

809850/1047

dig offenen Stellung und einer im wesentlichen vollständig geschlossenen Stellung mit Hilfe einer Anzahl von Steuereinrichtungen (nicht gezeigt) wie z.B. Thermostaten und Zeitrelais eingestellt werden. Wenn die Klappe in ihrer geschlossenen Stellung ist, wird die Luftzufuhr zur Feuerstelle 2 abgeschaltet. Die Verbrennung hört dann praktisch auf. Die Steuer- bzw. Regeleinrichtungen sorgen jedoch gleichzeitig dafür, daß das Brennmaterial eine ausreichend hohe Temperatur beibehält, so daß der Verbrennungsvorgang wieder beginnen kann, wenn die Klappe 29 wieder geöffnet wird. Die Steuer- bzw. Regeleinrichtung sorgt außerdem automatisch dafür, daß die gewünschte vorbestimmte Temperatur in dem geheizten Zimmer oder der Kochplatte 8, die oberhalb der Brennkammer 2 angeordnet ist, aufrechterhalten wird. Darüber hinaus wird automatisch dafür gesorgt, daß die Energieabgabe des Ofens und die Temperatur der erhitzten Zirkulationsluft auf den gewünschten Maximalwert oder den durch Vorschriften vorgegebenen Maximalwert beschränkt wird.

Während der Zeitabschnitte, in welchen die Klappe 29 geschlossen ist, wird die Temperatur des Brennmaterials durch Begrenzung der Wärmeabgabe der Brennkammer aufrechterhalten. Dies wird primär durch Abschalten des Gebläses 10 für die Zirkulationsluft bewirkt. Alternativ oder ergänzend hierzu kann die Zirkulation der Luft um die Brennkammer mit Hilfe einer Klappe (nicht gezeigt) beschränkt werden, die an einer geeigneten Stelle in dem Zirkulationskanal, z.B. nahe des Gitters 20, angeordnet wird.

Ein oder mehrere Thermostate 50, 51 steuern die Klappe 29. Von diesen Thermostaten kann der Thermostat 50 ein Sicherheitsthermostat sein, welcherdie Abzugsgastemperatur überwacht und eine mechanische Bewegung erzeugt oder eine mechanischen Bewegung durch eine elektrische Antriebseinrichtung steuert, wenn er eine oberhalb eines vorbestimmten Wertes liegende Temperatur mißt. Die Klappe 29 oder eine andere ähnliche Klappe wird schnell und im wesentlichen vollständig (joKchlossen als Folge dieser mechanischen Bewegung.

I)(?r andere Thermostat 51 ist ein Zimmerthermostat, welche die Klappe 29 schließt, wenn die Raumtemperatur einen vorbestimmten Wert hat.

809850/1047

282523 I

Zusätzlich kann die gleiche mechanische oder elektrische Antriebseinrichtung oder eine zusätzliche mechanische oder elektrische Antriebseinrichtung (nicht gezeigt) vorgesehen werden, um die Klappe 29 zu öffnen und zu schließen für Zeitabschnitte ausreichender Dauer, so daß das Feuer in der Brennkammer eine selbsterhaltende Wärme erzeugt.

Die Verbrennungsfolge des Feuers mit verschiedenen Wärmeanforderungen ist in Fig. 3 illustriert. Fig. 3a stellt eine kleine Wärmeanforderung und Fig. 3b eine große Wärmeanforderung dar, wobei die Breite der vertikalen Spitzen die Dauer derjenigen Zeitabschnitte verdeutlichen, in welchen die Verbrennung mit voller Energie stattfindet. Die Räume zwischen diesen Spitzen illustrieren die Zeitabschnitte, in welchen die Verbrennung im Ofen praktisch 'im Erliegen kommt. Der Thermostat 50 in der Brennkammer oder dem Abzugsrohr oder ein weiterer Thermostat (nicht gezeigt) kann die Klappe 29 automatisch öffnen, wenn die Abzugsgastemperatur unter einen gegebenen Wert fällt, selbst wenn der Zimmerthermostat 51 die Klappe geschlossen hält. Das Feuer wird dann zeitweise nur in einer Weise wieder entzündet, welche durch die schmalen Spitzen in Fig. 3a illustriert ist.

Ein thermoelektrischer Generatur 32 wird auf einer Seite durch die heißen Abzugsgase in der Brennkammer kontaktiert, während die kalte Seite durch von außen kommende Verbrennungsluft gekühlt wird. Der Generator wirkt mit einem oder mehreren elektrischen Thermostaten derart zusammen, daß, wenn der thermoelektrische Generator keine Energie abgibt und der Kamin kalt ist, die Klappe 29 vollständig offen gehalten wird, wohingegen, wenn die Temperatur der Brennkammer und damit der Ausgang des Generators 32 einen bestimmten Maximalwert erreicht haben, der Generator mit Hilfe von Einstelleinrichtungen (nicht gezeigt) eine Schließung der Klappe veranlaßt. Der thermoelektrische Generator 32 kann auch nur elektrische Energie erzeugen, wobei der Thermostat 51 in der oben beschriebenen Weise gesteuert wird.

Wahlweise kann die Klappe 29 derart ausgebildet sein, daß sie nicht

809850/1047

282S231

vollständig geschlossen werden kann, sondern eine spezielle minimale Luftmenqe hindurchströmen kann, um dafür zu sorgen, daß der Verbrennungsprozess während derjenigen Zeitabschnitte, in welchen kein Thermostat Wärme anfordert, nicht vollständig zum Erliegen kommt.

Eine weitere Klappe (nicht gezeigt), mit deren Hilfe eine für verschiedene Brennstoffarten geeignete Luftmenge manuell eingestellt werden kann, kann in dem Luftzufuhrkanal vorgesehen sein. Alternativ hierzu kann die Klappe 29 so ausgebildet sein, daß sie diese Funktion erfüllt.

Ein elektrisches Heizelement 24 kann in dem Modul 21 vorgesehen sein, der den oberen Teil des Ofens umgibt, in der Nähe des Gitters 20. Auf diese Weise ist es auch möglich, die Zirkulationsluft elektrisch zu erwärmen, d.h. der Ofen wird ein Kombinationsofen, welcher festes Brennmaterial und elektrische Energie verwendet.

Der Raum 40 zwischen dem Zirkulationsluftkanal 7 und der Außenumkleidung des Ofens kann wahlweise mit einem schweren Material, wie z.B. Sand^efüllt werden, so daß Wärme für einen kurzen Zeitabschnitt gespeichert werden kann.

Die Kochplatte 8 kann in einem Gehäuseabschnitt 1a aufgenommen werden, der mit dem Ofen verbunden ist und eine Tür 1b aufweist, um einen Ofenraum zu bilden, dessen Boden die Heizplatte 8 aufweist. Einheitliche Temperaturen in bezug auf die Heizplatte und den Ofen werden mit Hilfe von Thermostaten (nicht gezeigt) aufrechterhalten, welche den Verbrennungsprozeß über die Klappe 29 regeln.

Das Gebläse 10 wirkt mit dem Filter 18 derart zusammen, daß, wenn das Gebläse in Betrieb ist, Luft über den Filter angesaugt wird, wohingegen, wenn das Gebläse ausgeschaltet ist, der Filter automatisch zu einer Seite bewegt wird, so daß dem Zirkulationsluftkanal 19 Luft zugeführt werden kann, ohne den Filter zu passieren.

In der Nähe des Moduls 21 ist eine weitere Klappe 27 angeordnet, die vorzugsweise eine Bimetallkonstruktion aufweist, welche, wenn

8098 5 0/1047

erwärmte Verbrennungsluft, die von außen kommt, einen bestimmten Wert, z.B. 50⁰C.übersteigt, automatisch geöffnet wird, so daß Zimmerluft mit einer Temperatur von ungefähr 20⁰C in die Brennkammer hineingesaugt wird anstelle von Verbrennungsluft. Wenn das Gebäude so abgedichtet ist, daß hierdurch ein Unterdruck erzielt wird, wird die von außen angesaugte Luft automatisch ersetzt durch ankommende, vorgewärmte Außenluft, mit welcher sie in Wärmeaustausch tritt.

In den Fig. 4 bis 6 ist eine abgewandelte Ausführungsform dargestellt, bei welcher der Ofen 1 zusammen mit einem Wärmespeicher benutzt wird, welcher bei der dargestellten Ausführungsform die Form eines Steinhaufens 45 hat. Bei dieser Ausführungsform wird die Luft mit Hilfe geeigneter Klappenanordnungen 41, 42, 43 während er Versorgung der Steine mit Wärme zuerst durch die Vorderseite der Brennkammer 2 und hiernach durch den oberen Teil der Brennkammer als Folge der verschlossenen Stellung der Klappe 42, entlang der Rückseite des Ofens und dann nach unten in den Steinhaufen 4 5 geführt.

Ein mit dieser Ausführungsform erzielter Vorteil besteht darin, daß der Wärmeaustausch wirksamer ist, da sich der Wärmeaustausch zwischen den Abzugsgasen und der erwärmten Außenluft auf der Grundlage des Gegenstromprinzips vollzieht, d.h. die Luftströmung passiert den heißesten Teil der Brennkammer unmittelbar vor ihrer Zufuhr zum Speicher 45. In diesem Fall haben irgendwelche vorgeschriebenen Beschränkungen in bezug auf die Maximaltemperatur keine Bedeutung, da die Luft dem Speicher zugeführt werden kann, ohne daß sie in Berührung mit irgendeinem Teil des Gebäudes kommt.

Anstatt die Luft - wenn der Ofen für direkte Heizzwecke verwendet wird - durch die Brennkammer in parallelen Strömungen nach unten und nach oben durch die Kanäle 19a und 19b, wie durch die schwarzen Pfeile in Fig. 4 gezeigt, und anschließend nach draußen in den Umgebungsraum an der Oberseite des Ofens zu führen, wird die Luft, wenn die Klappe für Wärmespeicherung eingestellt ist, nach unten auf der Rückseite des Kamins entlang eines Zirkulationsweges gezwungen, auf welchem die nach oben gerichtete Bewegung der Iaift im Kanal

8098 5 0/10 47

19a und die nach unten gerichtete Bewegung im Kanal 19b stattfindet. Dieser von der Luft genommene Weg ist in Fig. 4 durch Hohlpfeile angezeigt. Bei der Beschickung sind die Klappen 41a, gezeigt in Fig. 5, geöffnet, wohingegen die Klappen 41b geschlossen sind. Als Folge dieser Klappenanordnung hat der Ofen 1 zwei gesonderte Verwendungen. Er kann zur schnellen Erwärmung eines Raumes, z.B. eines Gebäudes,verwendet werden, welches für einige Zeit nicht bewohnt worden ist, aufgrund der Tatsache, daß die gesamte Wärme unmittelbar zu dem Gebäude geliefert wird. Alternativ hierzu kann, wenn der Ofen gezündet ist, die Wärme in einem Speicher gespeichert werden, von welchem sie in bekannter Weise über hierfür konstruierte Vorrichtungen abgeführt wird. Es wird angemerkt, daß es außerdem möglich ist, die Klappen derart anzuordnen, daß der Umgebungsraum gleichzeitig erwärmt wird, wenn Wärme im Speicher gespeichert wird.

Die elektrische Ausrüstung des Ofens kann nahe des Gebläses am Boden des Ofens anstelleihrer Positionierung im Modul 21 angeordnet werden.

Anstelle des Abgas-Thermostaten 50 kann ein anderer Thermostat ausserhalb des Abzugrohrs angebracht werden, welcher durch eine Temperatur aktiviert wird, die von der Abgastemperatur abhängt.

Die Maximaltemperatur der erwärmten Zirkulationsluft wird von lokalen Anforderungen abhängen. Normalerweise soll die Temperatur der erwärmten Luft 200 bis 21O⁰C nicht übersteigen. Wenn die Luft diese Temperatur annimmt, schaltet die Klappe 29 oder eine andere ähnliche Klappe (nicht gezeiggt) sofort die Zufuhr von Verbrennungsluft zum Kamin ab.

809850/1047

e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche

f1)Verfahren zum Verbrennen von festem Brennmaterial in einer geschlossenen Brennkammer zum Erwärmen von Zirkulationsluft, bei welchem die Brennkammer mit einem Luftzüfuhrkanal versehen und von der Umgebung getrennt ist, die Verbrennungsgeschwindi.gkeit mit Hilfe von mindestens einer in dem Luftzufuhrkanal angeordneten Klappe geregelt wird und die Temperatur der erwärmten Zirkulationsluft auf einen vorbestimmten Maximalwert begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung der Klappe mit Hilfe einer oder mehrerer Steuer- bzw. Regeleinrichtungen wie z.B. einem Thermostaten, einem Zeitrelais oder dergleichen zwischen entweder einer im wesentlichen vollständig offenen Stellung oder einer im wesentlichen vollständig geschlossenen Stellung gesteuert bzw. geregelt wird, in welcher die Luftzufuhr zur Brennkammer im wesentlichen abgeschaltet wird, derart, daß die Verbrennung im wesentlichen aufhört, das Brennmaterial jedoch eine ausreichend hohe Temperatur zur Wiederaufnahme des Brennvorgangs behält, wenn die Klappe wieder geöffnet wird, während zur gleichen Zeit eine gewünschte gegebene Temperatur in einem von der Zirkulationsluft geheizten Raum oder einem durch die heißen

809850/1047

Abzugsgase geheizten Gegenstand wie z.B. einem Ofen, einer Kochplatte, einer Heißwasser liefernden Vorrichtung oder dergleichen aufrechterhalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Brennmaterials während solcher Zeitabschnitte aufrechterhalten wird, in welchen die Klappe geschlossen ist, indem die von der Brennkammer abgegebene Wärmemenge begrenzt wird, z.B. durch Begrenzung der Luftzirkulation um die Brennkammer.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine mechanische oder elektrische Antriebseinrichtung vorgesehen ist zum Öffnen und Schließen der Klappe für einen Zeitabschnitt ausreichender Dauer, damit das Feuer in der Brennkammer eine selbsterhaltende Wärme entwickelt.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein thermoelektrischer Generator vorgesehen ist zum Zusammenwirken mit einem oder mehreren elektrischen Thermostaten derart, daß, wenn die Brennkammer kalt ist, der thermoelektrische Generator keine Energie abgibt und die Klappe vollständig geöffnet ist, wohingegen, wenn die Temperatur der Brennkammer und damit der Ausgang des Generators einen speziellen gewünschten Wert erreichen, die Klappe mit Hilfe von Einstellvorrichtungen geschlossen wird, vorausgesetzt, daß mindestens ein Thermostat keine Wärme anfordert.
5. Ofen zum Verbrennen von festem Brennmaterial mit einer von der Umgebung getrennten, geschlossenen Brennkammer, mindestens einem schließbaren Deckel für die Zufuhr von Brennmaterial in die Brennkammer, einem Kanal für die Zufuhr von Luft zur Brennkammer, in welchem mindestens eine Klappe angeordnet ist, und mit einer Einrichtung für den Wärmeaustausch mit der Zirkulationsluft oder dem Zirkulationswasser, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (15) derart angeordnet ist, daß die Brennkammer (2) wirksam gegenüber der Umgebung abgedichtet und abgegrenzt ist und daß die Steuerbzw. Regeleinrichtung die Bewegungen der Klappe (29) zwischen

809850/1047

einer im wesentlichen vollständig offenen Stellung und einer im wesentlichen vollständig geschlossenen Stellung derart steuert bzw. regelt, daß die Verbrennung in der Brennkammer mit voller Wirkung stattfindet oder praktisch aufhört, wobei im letzteren Fall die Anordnung derart ist, daß das Brennmaterial eine ausreichend hohe Temperatur beibehält, um den VerbrennungsVorgang wieder zu starten, wenn die Klappe wieder in ihre offene Stellung bewegt wird.
6. Ofen nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (17, 10a) zur Begrenzung der von der Brennkammer (2) abgegebenen Wärmewirkung, wenn die Klappe (29) ihre geschlossene Stellung einnimmt, indem die Luftzirkulation um die Brennkammer begrenzt wird.
7. Ofen nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- bzw. Regeleinrichtung ein oder mehrere elektrische Thermostaten (51) aufweist, die mit einem thermoelektrischen Generator (32) derart zusammenwirken, daß, wenn die Brennkammer (2) kalt ist, der thermoelektrische Generator keine Energie abgibt und die Klappe (29) vollständig geöffnet ist, wohingegen, wenn die Temperatur der Feuerstelle und damit der Ausgang des Generators einen gewünschten gegebenen Wert erreichen, die Klappe mit Hilfe von Einstellvorrichtungen geschlossen wird, vorausgesetzt, daß mindestens ein Thermostat keine wärme anfordert.
8. Ofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftzufuhrkanal (13) einen sogenannten ausgeglichenen Auftrieb während des Wärmeaustausches mit dem sich von der Brennkammer (2) aus erstreckenden Abzugskanal (5a) ermöglicht.
9. Ofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 8, bei dem die Zirkulationsluft im unteren Teil des Ofens angesaugt und anschließend nach dem Wärmeaustausch in der Nähe des oberen Teils des Ofens abgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Zirkulationsluft mit Hilfe eines in der Nähe des unteren Ofenteils ange-

809850/1047

ordneten Gebläses (10) angesaugt wird, daß das Gebläse mit einem Filter (18) derart zusammenwirkt, daß, wenn das Gebläse in Betrieb ist, Luft durch den Filter angesaugt wird, wohingegen, wenn das Gebläse stillsteht, der Filter automatisch zu einer Seite bewegt wird, so daß Luft ohne Passieren des Filters zugeführt werden kann.
10. Ofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Teil des Ofens ein Raum, z.B. ein Modul (21) vorgesehen ist, welcher elektrische Steuer- bzw. Regeleinrichtungen (24) und/oder eine die Strömung von Zirkulationsluft ermöglichende Klappe aufnimmt.
11. Ofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 10 mit einem ebenen Abschnitt, welcher eine Kochplatte bildet, dadurch gekennzeichnet, daß Thermostäte vorgesehen sind, mit deren Hilfe die Kochplatte (8) zur Aussendung von im wesentlichen einheitlicher Wärme veranlaßt oder die gewünschte Temperatur eingestellt werden kann, und daß die Kochplatte von einem isolierten Gehäuseabschnitt (1a) umgeben wird, um den Boden eines Kochherds mit einem Teil des Ofens zu bilden.
12. Ofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine im Luftzufuhrkanal (13) angeordnete Klappe

(27) derart ausgebildet ist, daß Luft von Raumtemperatur mit der Luftzufuhr bei hohen Außentemperaturen gemischt wird.

809850/1047