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OFEN FÜR FESTE BRENNSTOFFE MIT DURCHLAUFERHITZER(I
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Anwendungsgebiet, Aufgabe, Lösung Die Erfindung bezieht sich auf
einen Ofen für feste Brennstoffe mit den im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten
Merkmalen. Der Ofen soll mindestens ein Strömungsmedium aufheizen, entweder nur
Luft oder nur Wasser oder beides, wozu er einen oder zwei Durchlauferhitzer hat,
die Wärmetauscher darstellen, nämlich Wärmeenergie aus der Brennkammer des Ofens
aufnehmen und an das 'Jtrömungsmedium abgeben.
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Ein Ofen dieser Art kann zur Warmluftheizung von Räumen, insbesondere
eines Stockwerkes dienen. Er kann jedoch auch in einen Kachelofen eingesetzt werden,
dann durch Luftumwälzung die Kacheln von innen her erwärmen und zusätzlich über
Luftschläuche weitere Räume heizen. Hat der Ofen zusätzlich oder ausschließlich
einen Wärmetauscher für Wasser, kann er vorzugsweise Flächenheizkörper oder eine
Fußboden heizung speisen.
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Ourch die Erfindung soll ein derartiger Ofen so ausgestaltet werden,
daß er weitgehend selbsttätig arbeitet, die festen Brennstoffe in möglichst hohem
Maße ausnutzt und die Temperatur der Strömungsmedien innerhalb eines bestimmten
Bereiches hält. Der Ofen soll kostengünstig herstellbar sein.
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Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst, auf dessen Wortlaut im
folgenden Bezug genommen wird.
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Oie an sich bekannte Schamotte-Auskleidung der Brennkammer dient im
Rahmen der Erfindung dazu, die Temperatur auch dann, wenn der Brennvorgang nach
Überschreiten einer bestimmten Maximaltemperatur gedrosselt wird, nur langsam absinken
zu lassen.
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Dadurch, daß nach Merkmal g ein Teil mindestens eine der Wärmetauscher
durch den Rauchabzug des Ofens geführt wird, wird die normalerweise dem Kamin zugeführte
Verlustwärme noch weitgehend ausgenutzt.
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Durch die Rüttelvorrichtung für den Rost nach Merkmal h wird erreicht,
daß die festen Brennstoffe stets von Asche befreit werden, so daß Verbrennungsluft
einen guten Zugang zu den Stoffen hat.
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Durch die elektrische Steuervorrichtung nach Merkmal k wird im Zusammenwirken
mit den Temperaturfühlern nach Merkmal j dafür gesorgt, daß die Luftklappe nach
Oberschreiten einer vorbestimmten Maximaltemperatur geschlossen und nach nterschreiten
einer wesentlich niedrigeren Temperatur
wieder geöffnet wird. Die
beim öffnen der Luftklappe außerdem in Betrieb gesetzte Rüttelvorrichtung sorgt
für ein Abscheiden der Asche, die sich während der Zwischenzeit an der Oberfläche
der Brennstoffe angesammelt hat, so daß anschließend wieder eine gesunde Verbrennung
stattfinden kann.
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Weiterbildungen der Erfindung Es wäre unzweckmäßig, das Gebläse für
die zu erhitzende Luft oder die Umwälzpumpe für das zu erhitzende Wasser auch dann
laufen zu lassen, wenn die Ofentemperatur, kurz nach dem Anheizen noch sehr niedrig
ist. Nach Anspruch 2 wird daher durch einen ersten Temperaturfühler dafür gesorgt,
daß ein Fördermotor für Gebläse oder Umwälzpumpe erst anläuft, wenn die Temperatur
am Auslaß eines der Wärmetauscher einen bestimmten Wert erreicht hat, z.B. 50"C
am Auslaß des Luftwärmetauschers.
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Nach Anspruch 3 kann die Luftklappe, die für den Zustrom von Verbrennungsluft
sorgt, so ausgestaltet werden, daß sie selbsttätig schließt und durch ein-en Elektromagnet
geöffnet werden kann. Durch einen zweiten Temperaturfühler, der auf eine Maximaltemperatur
von z.B. 3000C anspricht, kann die Luftklappe nach Oberschreiten dieser Temperatur
geschlossen werden.
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Ohne weitere Vorkehrungen würde die Luftklappe sofort wieder öffnen,
wenn die Maximaltemperatur wieder unterschritten wird. Es ergäbe sich dann ein relativ
schneller Pendelvorgang um diese Maximaltemperatur und ein relativ hoher Brennstoffverbrauch.
Nach Anspruch 4 wird erreicht, daß der Verbrennungsvorgang vom Überschreiten der
Maximaltemperatur an für längere Zeit unterbrochen bleibt, und zwar auch dann noch,
wenn die Maximaltemperatur wieder unterschritten wird. In dieser Phase nimmt der
Wärmetauscher Wärmeenergie aus der Schamotteauskleidung auf.
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Durch einen dritten Temperaturfühler nach Anspruch 4 und weitere Einzelheiten
der Schaltung wird erreicht, daß der Brennvorgang durch öffnen der Luftklappe erst
wieder eingeleitet wird, wenn die Temperatur am Wärmetauscher unter eine bestimmte
Zwischentemperatur bgesenkt wurde, die beliebig wählbar ist und z.B. zwischen 50
und 1000C liegen kann. Es ergeben sich auf diese Weise zwar verhältnismäßig große
Temperaturschwankungen des erhitzten Strömungsmediums. Man erzielt aber eine sehr
gute Brennstoffausnutzung.
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Es ist zweckmäßig, die Rüttel-Vorrichtung für den Rost immer dann
in Betrieb zu setzen, wenn die Luft klappe für die Verbrennungsluft geöffnet wird,
aber unzweckmäßig, die Rüttelvorrichtung sehr lange arbeiten zu lassen, da dies
zum Verlust an unverbrannten Brennstoffen führen würde. Nach Anspruch 5 kann daher
erreicht werden, daß die Rüttelvorrichtung nur eine kurze Zeit nach dem jeweiligen
öffnen der Luftklappe arbeitet.
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flach Anspruch 7 kann die Rüttelvorrichtung außerdem von Hand zu beliebigen
Zeitpunkten und für beliebige Dauer betätigt werden.
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Erläuterung der Erfindung Die Erfindung wird im folgenden anhand
eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit den Zeichnungen erläutert.
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Figur 1 und 2 zeigen ion Vorderansicht bzw.im lotrechten Schnitt nach
Linie II-II in Fig. 1 einen Ofen nach der Er-Erfindung, der einen Durchlauferhitzer
für Luft und einen Durchlauferhitzer für Wasser hat.
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Figur 3 ist eine elektrische Schaltung zum weitgehend automatischen
Betrieb dieses Ofens.
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Der Ofen des Ausführungsbeispiels ist für feste Brennstoffe, wie Holz,
Kohlen, Anthrazit oder Koks geeignet.
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Er hat je einen Durchlauferhitzer für Luft und Wasser.
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Er liefert 150 bis 200 m³/h HeiBluft, deren Temperatur zwischen 150
und 300° C schwankt. Außerdem liefert er 60 bis 120 l/h Warmwasser, dessen Temperatur
zwischen 40 und 80" C schwankt.
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Der Ofen hat ein Stahlblechgehäuse 2 mit einer Schamotteausmauerung
4,die,um ihre Speicherwirkung zu erfüllen, relativ dick ist. Hinter einer rückwärtigen
Schamotteplatte 6 befindet sich ein Rauchabzug 8, der durch einen Rohrstutzen 10
an ein Abzugsrohr oder an einen Kamin anschließbar ist. Unterhalb der Brennkammer
12 befindet sich ein Rost 14, der an seinem rückwärtigen Ende mit einer elektromagnetischen
Rüttelvorrrichtung 16 versehen ist.
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Der Ofen hat eine obere und eine untere Ofentür 18 bzw. 20.
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In der unteren Ofentür ist unterhalb der Höhe des Rostes 14
eine
Luftklappe 22 schwenkbar angeordnet. Sie ist mit einem Gewicht 24 belastet, das
sie in Schließstellung bringt und läßt sich durch einen Elektromagneten 26 öffnen.
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Am unteren Ende des Rauchabzuges 8 ist ein Leitblech 28 vorgesehen,
das Ruß unter den Rost, in einen dort vorgesehenen Aschenkasten 30 lenkt.
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Der Wärmetauscher 31 für Luft hat fünf parallel nebeneinander angeordnete
Luftrohre 32, die das obere Ende der Brennkammer 12 unmittelbar unterhalb ihrer
oberen Schamotteauskleidung 33 durchziehen. Ihre oberen, in Figur 1 rechten Enden
sind durch einen Kanal 34 parallelgeschaltet.
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Von diesem führen zwei Luftauslaßstutzen 36 nach oben, An diese können
sich flexible Metallschläuche 38 anschließen, die die Luft den zu beheizenden Räumen
zuführen. In den Luftauslaßstutzen 36 können von Hand einstellbare Drosselklappen
40 vorgesehen sein. Die Luftrohre 32 führen bis über das obere Ende der Schamotteplatte
6 hinaus gegen das hintere Ende des Ofens und laufen dann abwärts zu einem waagerechten
Kanal 42, der ihre unteren Enden parallelschaltet. Ein Gebläse 44 fördert Außenluft
in den Kanal 42 und damit durch die Luftrohre 32. Es wird durch einen Elektromotor
(Fördermotor 45) angetrieben. Das Gebläse fördert z.B. 200 m3/h.
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Im oberen Ende der Brennkammer ist bei diesem Ausführungsbeispiel
zusätzlich ein Wärmetauscher 46 für wasser angeordnet. Er hat vier parallel zueinander
angeordnete Wasserrohre 47, die an ihren Enden durch Querrohr 48 und 50 parallelgeschaltet
sind. Von den Ouerrohren 48 und 50 führen Anschlüsse nach außen. Das Wasser kann
unter dem Einfluß der Schwerkraft allein oder durch eine Umwälzpumpe durch den Wärmetauscher
46 gefördert werden.
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Im Kanal 34 sind drei thermoe.lektrische Temperaturfühler 51. 52,
53 (Fig. 2) untergebracht, die je einen elektrischen Kontakt betätigen, der beim
Durchlaufen ihrer Schalttemperatur geöffnet oder geschlossen wird. Der erste Temperaturfühler
51 spricht auf eine Temperatur von z.B. 500C (Minimaltemperatur) an und schaltet
den Fördermotor 45 für das Gebläse 44 beim Oberschreiten dieser Temperatur ein.
Der dritte Temperaturfühler 53 spricht auf eine Temperatur von z.B. 300"C an (Maximaltemperatur)
und schließt die Luftklappe 22 beim über schreiten dieser Temperatur. Der zweite
Temperaturfühler 52 spricht auf eine Zwischentemperatur an, die z.B. 80°C betragen
kann und sorgt zusammen mit einer elektrischen Steuervorrichtung dafür, daß die
Luftklappe 22 erst wieder geöffnet wird, wenn die Temperatur im Luftauslaßstutzen
36 unter die Zwischentemperatur abgesunken ist.
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Figur 3 ist eine Prinzipschaltung der elektrischen Steuervorrichtung,
und zwar in Form einer Relaisschaltung.
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Anstelle von Relais und ihren Kontakten können jedoch auch Halbleiterbauelemente
verwendet werden. Infolgedessen soll im folgenden und in den Ansprüchen unter "Kontakt"
jedes Bauelement verstanden werden, das geeignet ist, einen Stromkreis zu öffnen
oder zu schließen, gleichgültig, ob es ein mechanischer Kontakt, ein Halbleiterbauelement
oder ein Element anderer Art ist. Entsprechend können die Relaiswicklungen durch
Bauteile anderer Art ersetzt werden.
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Die Schaltung nach Figur 3 hat einen Phasenleiter 56 und einen Masseleiter
58 und ist für Betrieb mit Wechselstrom geeignet. Durch einen von Hand einschaltbaren
Hauptschalter h wird ein Leiter 60 mit Strom versorgt. Die weitere
Schaltung
wird zweckmäßigerweise anhand ihrer Funktion beschrieben. Wird der Hauptschalter
h eingeschaltet, so spricht ein Relais A an und schließt seine Arbeitskontakte 31,
a2 und a3. Durch den Kontakt al hält es sich selbst unter Strom. Kontakt a2 versorgt
den Elektromagneten der Luftklappe 22 mit Strom und öffnet infolgedessen die Luftklappe.
Zugleich wird durch Kontakt a3 ein Relais B mit Strom versorgt, das eine Abfallverzögerung
von z.B. 7 Sekunden hat. Das Relais zieht seinen Anker also 7 Sekunden lang an und
fällt dann ab. Während der Anzugszeit ist dessen Kontakt b geschlossen, der die
elektromagnetische Rüttelvorrichtung 16 mit Strom versorgt. Der Rost 14 wird also
7 Sekunden lang gerüttelt.
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Der auf dem Rost befindliche feste Brennstoff wird von Hand oder auf
irgend eine andere Weise gezündet und somit der Brennvorgang eingeleitet. Sobald
die Temperatur im Luftauslaßstutzen 36 die Minimaltemperatur von z.B. 500C überschreitet,
betätigt der erste Tempraturüiilr 51 seinen Kontakt t1, so daß der fördermotor 45
des Gebläses 44 Strom erhält. Das Gebläse arbeitet, solange die temperatur höher
ist als die Minimaltemperatur.
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Wird schließlich die Maximaltemperatur von z.B. 3000C überschritten
(hier wie im folgenden immer bezogen auf den Kanal 34),so öffnet der zweite Temperaturfühler
52 seinen Kontakt t2, und das Relais A fällt ab.
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Infolgedessen öffnen sich die Kontakte al bis a3, und die Luftklappe
22 schließt unter dem Einfluß der Schwerkra-Ft.
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In der Zwischenzeit hatte der dritte Temperaturfühler Pj nach Überschreiten
einerZwischenternperatur von z,13. 80°C einen Kontakt t3 geöffnet.Fällt wegen mangelnder
Luftzufuhr die
Temperatur unter die Maximaltemperatur ab, so schließt
zwar Kontakt t2 wieder. Dies hat aber zunächst keine Wirkung, da Kontakt t3 noch
offen ist. Erst wenn die Zwischentemperatur unterschritten wird, die für das Ansprechen
des dritten Temperaturfühlers 53 maßgebend ist, schließt Kontakt t3 wieder. Damit
spricht Relais A wieder an, und der Anfangsvorgang wiederholt sich. Das heißt, die
Luftklappe 22 öffnet, und der Rüttler 16 arbeitet 7 Sekunden lang usw.
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Der Rüttler läßt sich außerdem mit Hilfe einer Handtaste r beliebig
lange und zu jedem beliebigen Zeitpunkt betätigen.
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Hat der Ofen, wie bei diesem Ausführungsbeispiel, sowohl einen Wärmetauscher
für Luft, wie einen Wärmetauscher für Wasser, so wird für die elektrische Steuerung
wan Temperatur und Brennvorgang der Luftwärmetauscher herangezogen, da der Luftkreislauf
auf Temperaturänderungen schneller reagiert als der Wasserkreislauf. Ist jedoch
nur ein Wasserwärmetauscher vorgesehen, so werden die Temperaturfühler am Auslaßende
des Wasserwärmetauschers vorgesehen, ragen also z.B. in das Querrohr 48 oder in
ein sich außen anschließendes Rohr hinein.
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In diesem Falle treibt der Fördermotor 45 nicht ein Geblase, sondern
eine Umwälzpumpe für das zu heizende Wasser an.
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Wird der Ofen in einem Keller untergebracht, der selbst nicht geheizt
werden soll, so wird er außen mit einer Isolierschicht versehen. Soll der Ofen stattdessen
im Innern eines Kachelofens untergebracht werden und unter anderem auch diesen aufheizen,
so wird er mit einer an sich bekannten Verteilerhaube zum Verteilen der aufgeheizten
Luft versehen.
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