DE3416987A1 - Kaminheizeinsatz - Google Patents

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Heizgerät, insbesondere einen Kaminheizeinsatz zum wirksamen Verbrennen von Holz.

Bekanntlich sind die herkömmlichen offenen Kamine auf Grund der Ästhetik eines offenen Feuers sehr attraktiv, jedoch bezüglich der tatsächlichen Lieferung von Wärme in einen Raum nicht sehr wirksam. Dies ist der Grund dafür, daß beim Brennen des Feuers große Mengen von erhitzter Luft den Kamin hinaufströmen und somit die Wärme vergeuden. Zusätzlich wird Luft von außen her in das Haus gezogen und erzeugt das im Kamin verlorene Luftvolumen. Wenn das Feuer kräftig brennt, wird eine große Wärmemenge durch Strahlung in den Raum geliefert, was in einigen Fällen die im Kamin und durch Einziehen der nicht erhitzten Außenluft verloren gegangenen Wärmemengen ausmacht. Wenn jedoch das Feuer abstirbt, ist die zum Raum durch Strahlung gelieferte Wärme sehr klein, wenn die Temperatur abnimmt. Während dieser Zeit strömt jedoch noch Luft durch den Kamin aus. In diesem Betriebszustand ermöglicht der offene Kamin ein Entweichen von mehr Wärme durch den Kamin als zum Raum geliefert wird.

Die Vorderseiten von offenen Kaminen haben bekanntlich Glastüren, die im geschlossenen Zustand die in den offenen Kamin eingezogene Luftmenge beschränken. Diese Vorderseiten können den Gesamtwirkungsgrad in gewissen Fällen verbessern. Jedoch verändert wie bei einem offenen Kamin die Hinzufügung der Vorderseite die Brenneigenschaften nicht wesentlich. Ein weiterer Versuch zur Verbesserung des Wirkungsgrads eines offenen Kamins ist der Kamineinsatz. Dies ist eine Holzbrennvorrichtung, die in die Öffnung eines herkömmlichen offenen Kamins paßt. Der Wirkungsgrad von Kamineinsätzen ist gegenüber Glastüren und offenen Kaminen verbessert, bleibt jedoch weniger wirksam als moderne freistehende öfen. Daher sind die Verbrennungsverfahren weniger wirksam und haben, ähnlich

dem offenen Kamin, begrenzte Oberflächen, die Wärme in den Raum abstrahlen, und haben eine nur geringe Gelegenheit für einen Wärmeübergang durch Konvektion. Die Einsätze liegen im allgemeinen in einem maximalen Gesamtwirkungsbereich von 25 bis 40 % (Auburn-Studie) und haben meistens einen Konvektionsluftzwischenraum mit einem Gebläse oder einem wahlweisen Gebläse.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Kaminheizeinsatzes mit einem Gesamtwirkungsgrad, der demjenigen eines freistehenden Ofens nahekommt.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Kaminheizeinsatzes, der ein Ausbreiten von Rauch in den Raum unter tatsächlich allen Betriebsbedingungen vermeidet.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Kaminheizeinsatzes mit öffnungsfähigen Glastüren, die im Betrieb verhältnismäßig sauber bleiben.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Kaminheizeinsatzes, bei dem das Beschicken mit Holz und das Entfernen von Asche leicht erfolgen.

Die Lösung dieser Aufgaben erfolgt erfindungsgemäß durch die Gegenstände der Ansprüche 1 bzw. 12.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen teilweise weggeschnittene Schrägansicht des Kamineinsatzes nach der Erfindung;

Fig. 2 einen schematischen Querschnitt des Kamineinsatzes nach der Erfindung;

Fig. 3 eine auseinandergezogene Darstellung der Feuerkastenanordnung ;

Fig. 4 eine auseinandergezogene Darstellung des Kaminheizeinsatzes nach der Erfindung.

Gemäß Fig. 1 und 2 enthält ein Kaminheizeinsatz 10 für einen offenen Kamin einen Feuerkasten 12 aus Gußeisen zur Aufnahme von Holz 14 (Fig. 2) für das Verbrennen. Das Holz 14 wird auf einem mit Schlitzen versehenen Rost 16 getragen. Vordere Roststäbe 18 bilden eine zweckmäßige Barriere und hindern das Holz 14 daran, zu nahe an einer Sichtglastür 20 angeordnet zu sein. Die Sichtglastüren erstrecken sich im wesentlichen bis zum Oberteil des Feuerkastens 12. Ein Aschekasten 12 dient zum Auffangen der Asche, die durch den Rost 16 nach unten fällt. Der Aschekasten 22 ist zum leichten Entfernen der Asche nach außen verschiebbar.

Innerhalb des Feuerkastens 12 befindet sich eine Feuerrückwand 24, die den Feuerkasten 12 in eine Hauptbrennkammer und eine Nebenbrennkammer 28 unterteilt. Die Nebenbrennkammer 28 ist mit feuerfestem Material 30, vorzugsweise Feuerziegel, ausgekleidet. Gemäß Fig. 2 enthält die Nebenbrennkammer 28 Drosselzonen 32 und 34 und eine Expansionszone 36. Eine steuerbare Klappe 38 ist am Oberteil der Feuerrückwand 24 angelenkt und dermöglicht wahlweise Wege für die Abgase, was noch im einzelnen zu erläutern ist.

Der Betrieb des Kaminheizeinsatzes 10 wird nun in Verbindung mit Fig. 1 und 2 beschrieben. Verbrennungsluft 40 tritt durch öffnungen 42 auf beiden Seiten der Vorrichtung 10 in den Feuerkasten 12 ein. Die Verbrennungsluft 40 wird so in den Feuerkasten 12 geleitet, daß sie sich im wesentlichen aufwärtsbewegt. Ein Teil der Verbrennungsluft oder die Hauptverbrennungsluft strömt unmittelbar in die durch das Holz

erzeugte Feuermasse. Diese Haupt verbrennungsluft ist in Fig. 2 mit den Pfeilen 44 bezeichnet. Der Rest ver Verbrennungsluft 40 strömt längs der Sichtglastür gemäß den Pfeilen 46 nach oben. Diese Nebenverbrennungsluft wird auf dem Glas gleichförmig verteilt und so gerichtet, daß sie die Glasoberfläche mit maximaler Geschwindigkeit intensiv wäscht.

Für den Beginn der Verbrennung des Holzes 14 befindet sich die wählbare Klappe 38 vorzugsweise in der in Fig. 2 ausgezogen dargestellten Stellung. In diesem Fall strömen die Abgase unmittelbar aus der Primärverbrennungskammer 26 durch einen Abzug 48. Bei diesem Betrieb startet das Gerät 10 leicht. Zusätzlich simuliert diese Betriebsart das Aussehen einer gewöhnlichen Feuerstelle am ehesten. Für einen wirksameren Betrieb nach der Herstellung des Feuers wird die Klappe 38 in die in Fig. 2 gestrichelt dargestellte Stellung bewegt. Wenn die Klappe 38 sich in dieser Stellung befindet, werden die Heißgase in der Hauptverbrennungskammer 26 gezwungen, sich längs der Feuerrückwand 24 durch die Feuermasse des Holzes 14 in die Nebenbrennkammer 36 zu bewegen. Weil die sauerstoffreiche Nebenverbrennungsluft durch die Feuermasse hindurchgedrückt wird, bevor sie in die Nebenverbrennungskammer 28 eintritt, wird die Gastemperatur bedeutend erhöht. Die Auslegung des Kamineinsatzes 10 gewährleistet, daß im wesentlichen kein Rauch den Raum verschmutzt, wobei sich die Klappe 38 in der ersten Stellung befindet, und zwar unabhängig davon, ob die Türen geöffnet oder geschlossen sind. Auf Grund der Ausbildung der weiten Abgasöffnung mit einem unbehinderten Gasstrom am Oberteil des Feuerkastens 12 und auf Grund der Klappenform wird der Rauch glatt zum Abgasauslasß zusammengeführt.

Gemäß Fig. 2 treten die Gase in die Nebenverbrennungskammer 28 ein und strömen durch eine Drosselzone 32, eine Expansionszone 36 und eine zweite Drosselzone 34. Diese Auslegung erzeugt Turbulenzen gemäß dem Pfeil 50 innerhalb der Nebenver-

brennungszone 28. Diese Turbulenzen fördern die Mischung und Rezirkulation der flüchtigen Gase, was für eine gute Verbrennung erforderlich ist. Ferner unterstützt das feuerfeste Material 30, das die Nebenverbrennungskammer 28 auskleidet, beim Aufrechterhalten der hohen Temperatur, die für eine vollständigere Verbrennung der flüchtigen Gase erforderlich ist, die von der Hauptverbrennungskammer 26 aus in die Nebenverbrennungskammer 28 eindringen. Während der Erzeugung eines wirksamen Gemischs behindert die Nebenverbrennungskammer 28- die Strömung nicht ausreichend, um das Entstehen der flüchtigen Gase in der Hauptverbrennungskammer, was die Sichtglastüren 20 verschmutzen könnte. Somit ergibt die Kombination der feuerfest ausgekleideten Nebenverbrennungskammer 28 zusammen mit deren Gestalt eine Verbrennung von flüchtigen Gasen, die sonst den Abzug 48 unverbrannt verlassen würden. Auf Grund der Auslegung der Nebenverbrennungskammer 28 wird während der Verbrennung des Holzes 14 mehr Energie entnommen. In der Nebenverbrennungskammer 28 sind Temperaturen von über 649 ⁰C zu erwarten.

Weil die Vorrichtung 10 so ausgelegt ist, daß sie in die öffnung eines herkömmlichen offenen Kamins paßt, muß eine Einrichtung gefunden werden, die die in den Haupt- und Nebenverbrennungskammern erzeugte Wärme in einen zu erhitzenden Raum überträgt. Wie oben ausgeführt, ist ein Strahlungswärmeübergang, der bei einem freistehenden Ofen sehr wirksam ist, nicht möglich, weil die Seiten des Kaminheizeinsatzes 10 geschlossen sind. Um die Wärme aus dem Kaminheizeinsatz zu entnehmen, ist ein den Feuerkasten 12 umgebendes Gehäuse 52 vorgesehen. Der Zwischenraum 54 zwischen dem Gehäuse und dem Feuerkasten 12 wird zum Umwälzen der Luft für den Wärmeübergang aus dem Feuerkasten 12 verwendet. Insbesondere wird Raumluft 56 durch öffnungen 58 auf beiden Seiten des Kaminheizeinsatzes 10 herausgezogen und durch den Raum 54 zwischen dem Gehäuse 52 und dem Feuerkasten 12 gedrückt, was durch die Pfeile 60 in Fig. 1 dargestellt ist. Ein Um-

lenkblech 62 dient zum Leiten des Luftstroms. Bei der Anordnung ujn Fig. 4 ziehen durch Elektromotoren 66 angetriebene Gebläse 64 Luft durch die öffnungen 58 ein, vgl. Fig. 4. Es sind zwei symmetrisch angeordnete Gebläse vorgesehen. Gemäß Fig. 1 strömt die Luft durch und über den Feuerkasten 12 und tritt durch Öffnungen 68 in der Nähe des Oberteils der Vorrichtung 10 aus. Die Luft, die durch die öffnungen 68 austritt, wird natürlich bei ihrem Strömen über den Feuerkasten 12 erhitzt. Die aktive Zirkulation der Raumluft durch den Feuerkasten 12 zusammen mit der hohen Betriebstemperatur, die in der feuerfest ausgekleideten Nebenverb rennung skammer 28 erzeugt wird, ergibt einen Gesamtwirkungsgrad, der demjenigen von freistehenden Holzverbrennungsöfen nahekommt. Mit Gesamtwirkungsgrad ist der anfänglich im Holz enthaltene Energieanteil gemeint, der auf einen zu erhitzenden Raum übertragen wird.

Fig. 3 zeigt die Konstruktion des Feuerkastens 12 von Fig. und 2. Der Feuerkasten 12 enthält ein Unterteil 70, Seitenteile 72 und 74, ein Rückteil 76 und ein Oberteil 78. Die wählbare Klappe 38 ist durch eine Hebelanordnung 80 bewegbar. Die Verbindung zwischen den Haupt- und Nebenverbrennungskammern erfolgt durch einen niedrigen Bogen 82 im Unterteil der Feuerrückwand 24.

Fig. 4 zeigt die Anordnung des Kaminheizeinsatzes 10. Das Gehäuse 52 mit einem Oberteil 84 umgibt den Feuerkasten 12 und erzeugt den Luftraum 54, vgl. Fig. 2. Die öffnungsfähigen Sichtglastüren 20 sind im Rahmenteil 86 gelagert, das an der Vorderseite des Feuerkastens 12 befestigt ist. Säulenteile 9 0 und 92 enthalten die Verbrennungsluftöffnungen 42 und die Zirkulationsluftöffnungen 58 und können ferner die Gebläse 64 und ihre Antriebsmotoren 6 6 aufnehmen. Ein Oberteil 94 ruht auf den Säulenteilen 90 und 9 2 und enthält öffnungen 68, durch die erhitzte Luft zu einem Raum zurückgeleitet wird. Deckel 96 ruhen auf den Enden des Oberteils

Gemäß Fig. 4 wird die durch die öffnungen 42 eindringende Luft durch Luftverschlüsse 98 geregelt. Die Luftverschlüsse 98 werden durch Thermostatwicklungen 100 und 102 gesteuert, die sich im Konvektionsluftstrom an einer Stelle unmittelbar vor seinem Austritt durch die öffnungen 68 befinden. Auf diese Weise kann die Temperatur der zum Raum zurückkehrenden erhitzten Luft gesteuert werden. Zur Einstellung der Einstellpunkte der Thermostatwicklungen 100 und wird ein einziger Steuerhebel 104 verwendet.

Somit ist ersichtlich, daß die Aufgaben der Erfindung durch einen Kaminheizeinsatz gelöst werden, dessen Wirkungsgrad nicht nur mehrfach größer als derjenige eines herkömmlichen Kamins ist, sondern auch mit dem Wirkungsgrad von freistehenden Holzverbrennungsöfen-konkurriert.wie im einzelnen beschrieben, ist der hohe Wirkungsgrad dieser Vorrichtung hauptsächlich ein Ergebnis der Kombination einer hohen Betriebstemperatur mit einer forcierten Konvektion von Luft durch den Feuerkasten des Kamineinsatzes. Die hohe Betriebstemperatur und der hohe Verbrennungswirkungsgrad werden durch Verwendung einer Nebenverbrennungskammer erzielt, die bei einer hohen Temperatur arbeitet und die in der Hauptverbrennungskammer aus dem Holz ausgetriebenen flüchtigen Gase vollständig verbrennt. Der Verbrennungswirkungsgrad wird durch die Form der Nebenverbrennungskammer verbessert, was die Mischung und Rezirkulation fördert. Die Auskleicung aus feuerfestem Material der Nebenverbrennungskammer unterstützt das Aufrechterhalten der hohen Temperaturen für diese vollständigere Verbrennung. Die bei diesem Prozeß freigesetzte Wärme wird durch die forcierte Konvektion durch den heißen Feuerkasten wirksam in einen Raum befördert. Die angegebene Vorrichtung wandelt somit einen häufig Energie verschwendenden offenen Kamin in eine wirksame Raumheizquelle um.

Claims (12)

1. BrtiaHWS O/ 1CQQ

   RPFT7 & PARTNER J*» tDoo

   , lh* ΛηΜννη Machen 22 65-36 . 1 8 IP (36 . 1 82H) 8. Mai 1984

   Stelnsdorfstr.10,8000 Muncnen t&

   Vermont Castings, Inc. Randolph, Vermont o5o6o, V.St.A.

   Kaminheizeinsatz

   Ansprüche

   Kaminheizeinsatz gekennzeichnet

   - durch einen Feuerkasten (12) zum Verbrennen von Holz (14),

   - durch eine im Feuerkasten (12) angeordnete Feuerrückwand (24) zum Erzeugen von in Verbindung stehenden Haupt- und Nebenbrennkammern (26; 28), wobei die Nebenbrennkammer (28) mit feuerfestem Material (30) ausgekleidet ist,

   - durch eine Einrichtung (98) zum Zuführen von steuerbaren Mengen von Verbrennungsluft (40) in den Feuerkasten (12) und

   - durch eine wählbare Klappe (38), die im Feuerkasten (12) angeordnet und betätigbar ist, um die Verbrennungsluft (4 0) und Verbrennungsprodukte von der Hauptbrennkammer (26) zu einem Abzug (48) strömen zu lassen, wenn die Klappe (30) sich in einer ersten Stellung befindet, und um die Verbrennungsluft (40) und die Verbrennungsprodukte von der Hauptbrennkammer (26) in die Nebenbrennkammer (28) und danach zum Abzug (48) strömen zu lassen, wenn die Klappe (30) sich in einer zweiten

   65-VCI 131 I

   Stellung befindet,

   - wobei sich die Querschnittsfläche der Nebenbrennkammer (28) ändert, um eine Reihe von Drosselzonen (32, 34) und eine Expansionszone (36) zu schaffen, um die Verbrennung in der Nebenbrennkammer (28) zu fördern.
2. 2. Kaminheizeinsatz nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet,

   - daß die Nebenbrennkammer (28) eine von ersten und zweiten Drosselzonen (32, 34) flankierte Expansionszone (36) aufweist.
3. 3. Kaminheizeinsatz nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet,

   - daß die Haupt- und Nebenbrennkammern (26; 28) über einen Kanal in Verbindung stehen, der durch einen Bogen jf82) im Unterteil der Feuerrückwand (24) gebildet ist.
4. 4. Kaminheizeinsatz nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet,

   - daß das feuerfeste Material (30) aus Feuerziegeln besteht.
5. 5. Kaminheizeinsatz nach Anspruch 1,
   gekennzeichnet

   - durch Glastüren (20) zum Abdichten der Vorderseite des Feuerkastens (12),

   - wobei die Verbrennungsluft (4 0) längs der Glastüren (20) aufwärtsströmt und eine Luftbarriere bildet, die das Verschmutzen der Glastüren (2 0) auf ein Mindestmaß bringt.
6. 6. Kaminheizeinsatz nach Anspruch 5,
   dadurch gekennzeichnet,

   - daß sich die Glastüren (20) im wesentlichen zum Oberteil des Feuerkastens (12) erstrecken.
7. 7. Kaminheizeinsatz nach Anspruch 1, gekennzeichnet

   - durch ein den Feuerkasten (12) umgebendes Gehäuse (52) und

   - durch eine Einrichtung (64, 66), die Luft zwischen dem Gehäuse (52) und dem Feuerkasten (12) zirkuliert, um die Luft vor der Lieferung der erhitzten Luft in den Raum zu erhitzen.
8. 8. Kaminheizeinsatz nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

   - daß die Zirkulations-Einrichtung (64, 66) wenigstens ein elektrisches Gebläse (64) aufweist.
9. 9. Kaminheizeinsatz nach Anspruch 7, gekennzeichnet

   - durch eine Umlenkeinrichtung zwischen dem Gehäuse (52) und dem Feuerkasten (12) zum Leiten der Luftzirkulation.
10. 10. Kaminheizeinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

    - daß die Einrichtung zum Zuführen steuerbaren Mengen von Verbrennungsluft (4 0) in den Feuerkasten (12) wenigstens einen thermostatisch gesteuerten Luftverschluß (98) aufweist.
11. 11. Kaminheizeinsatz nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

    - daß die erhitzte Luft in der Nähe des Oberteils des Kaminheizeinsatzes (10) auftritt (68).
12. 12. Kaminheizeinsatz
    gekennzeichnet

    - durch einen Feuerkasten (12) zum Verbrennen von Holz (14),

    - durch eine im Feuerkasten (12) angeordnete Feuerrückwand (24) zum Erzeugen von in Verbindung stehenden Haupt-

    und Nebenbrennkammern (26; 28), wobei die Nebenbrennkammer (28) mit feuerfestem Material (30) ausgekleidet ist,

    wobei sich die Querschnittsfläche der Nebenbrennkammer (28) ändert, um eine Reihe von Drosselzonen (32, 34) und eine Expansionszone (36) zu bilden, um die Verbrennung in der Nebenbrennkammer (28) zu fördern, durch eine Schließeinrichtung (38) zum Zuführen von steuerbaren Mengen von Verbrennungsluft (4 0) in den Feuerkasten (12),

    durch eine wählbare Klappe (38), die im Feuerkasten (12) angeordnet und betätigbar ist, um die Verbrennungsluft (4 0) und Verbrennungsprodukte von der Hauptbrennkammer (26) zu einem Abzug (48) strömen zu lassen, wenn die Klappe (30) sich in einer ersten Stellung befindet, und um die Verbrennungsluft (4 0) und die Verbrennungsprodukte von der Hauptbrennkammer (26) in die Nebenbrennkammer (28) und danach zum Abzug (48) strömen zu lassen, wenn die Klappe (3 0) sich in einer zweiten Stellung befindet,

    durch ein den Feuerkasten (12) umgebendes Gehäuse (52) und

    durch eine Einrichtung (64, 66) zum Zirkulieren von Luft zwischen dem Gehäuse (52) und dem Feuerkasten (12) zum Erhitzen der Luft für eine nachfolgende Lieferung der erhitzten Luft in einen Raum.