DE3820453A1

DE3820453A1 - Nebenluftvorrichtung (zugbegrenzer) fuer hausschornsteine

Info

Publication number: DE3820453A1
Application number: DE19883820453
Authority: DE
Inventors: Gerhard Kutter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-06-13
Filing date: 1988-06-13
Publication date: 1989-12-14
Also published as: DE3820453C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Nebenluftvorrichtung (Zugbegrenzer) für Hausschornsteine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine Nebenluftvorrichtung dient zur Regulierung des Unterdruckes im Schornschein durch Beimischung von Kaltluft zu den abströmenden Abgasen. Der aus Abgas und Nebenluft gebildete Abgasmassenstrom wird hierbei erhöht, die Strömungswiderstände für die Gasabströmung werden vergrößert und der Unterdruck im Schornstein wird reduziert. Weiterhin verringern sich der volu metrische CO₂-Wert und die Strömungsgeschwindigkeit des Abgasnebenluftgemisches gegenüber der Geschwindigkeit, wenn nur die Abgase aus dem Verbrennungsvorgang abströmen würden. Durch die Zumischung der Kaltluft werden die Abgastemperatur der Abgase und der Unterdruck im Schorn stein reduziert. Wenn die Temperatur des Nebenluftgemisches gegenüber der Außenluft und die chemische Gaszusammen setzung ein gegebenes Gewichtsmaß unterschreiten, ist eine Nebenluftvorrichtung schädlich und verursacht im ungünstigsten Fall auch eine Rückströmung des Abgasnebenluftgemisches.

Nebenluftvorrichtung sind nach DIN 4795, Juli 1985, als Bauteile, welche Schornsteinen selbsttätig Nebenluft zu führen, genormt und wie folgt unterteilt:

1. Zwangsgesteuerte Nebenluftvorrichtungen sind Bauteile, die durch Hilfsenergie während der Stillstandszeit der Feuerstätte ausreichend lange eine Öffnung freigeben, durch die Nebenluft in den Schornstein einströmt.
2. Selbsttätig arbeitende Nebenluftvorrichtungen (Zug begrenzer) sind Bauteile, die in Abhängigkeit von einer Druckdifferenz eine Öffnung freigeben, durch die Nebenluft in den Schornstein einströmt.
3. Kombinierte Nebenluftvorrichtungen sind Bauteile, die in Abhängigkeit von einer Druckdifferenz eine Öffnung freigeben, durch die Nebenluft in den Schornstein ein strömt und die durch Hilfsenergie während der Stillstands zeit der Feuerstätte ausreichend lange eine festgelegte Öffnung einstellen.

Nebenluftvorrichtungen sind an Feuerstätten, Verbindungs stücken oder Schornsteinen nur zulässig, wenn sichergestellt ist, daß die einwandfreie Ableitung der Abgase von den Feuerstätten nicht beeinträchtigt wird, die Abgase bei Stau- oder Rückstrom nicht in gefahr-drohender Menge austreten können und die Prüfung und Reinigung der Ver bindungsstücke und Schornsteine nicht beeinträchtigt wird.

Konstruktive Ausführungsformen von Nebenluftvorrichtungen (Zugbegrenzer) sind z. B. in DE 4 81 010, DE 8 35 918 und DE 34 15 865 sowie in DE-GM 79 19 482, DE-GM 84 20 197 und DE-GM 84 23 341 vorbeschrieben.

Bei derartigen Nebenluftvorrichtungen (Zugbegrenzer) wurde festgestellt, daß schon durch das Öffnen einer Tür oder eines Fensters in dem Raum, in dem die Nebenluftvorrichtung auf den Verbrennungsvorgang einwirken soll, sich die eingestellten Werte im Schornstein negativ verändern, die Auftriebskräfte, die Druckkräfte zur Ableitung der Gase sich verzögern und zeitweilig auch Rückströmungen der Gasströmung eintreten. Entsprechendes gilt auch für Druckschwankungen des Windes an der Schornsteinmündung. Die bei Zufuhr von Nebenluft geöffnete Regelklappe bleibt in diesen Fällen weit geöffnet stehen. Die Ableitung des Abgasnebenluftgemisches ist nicht mehr ausreichend gesichert. Es wird somit ein gefahrvoller Zustand geschaffen, wobei die angestrebte Wirkung der Nebenluftvorrichtung auf den Verbrennungsvorgang nicht mehr gegeben ist.

Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, eine Nebenluftvorrichtung (Zugbegrenzer) der gattungsgemäßen Art zu schaffen, welche unter Vermeidung der voranstehend geschilderten Nachteile die Ableitung des Abgasnebenluft gemisches auch bei ungünstigen Betriebsbedingungen sicher stellt.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1.

Erfindungsgemäß ist der Regelklappe eine Einrichtung zur Begrenzung des Öffnungswinkels zugeordnet, so daß die Regelklappe zwar auch bei ungewollten Druckvorkommnissen jeglicher Art geöffnet wird, jedoch nur über einen be grenzten Öffnungswinkel, der zum Einströmen der notwendigen Nebenluft gerade ausreichend ist, wobei jedoch ein voll ständiges Öffnen der Regelklappe durch die Einrichtung zur Begrenzung des Öffnungswinkels verhindert wird. Selbst verständlich bleibt eine freie Öffnungs- und Schließ bewegung der Regelklappe auch im eingestellten Öffnungs winkel erhalten. Die zu nutzende an- und einströmende Nebenluft drückt dabei gegen die etwas schräg stehende Regelklappe und diese drückt wiederum gegen die Feststell einrichtung zur Begrenzung des Öffnungswinkels, so daß die Regelklappe sich nicht weiter öffnen kann. Es ist somit nicht zu befürchten, daß eine größere Menge an Nebenluft einströmt oder ein geringer, nicht mehr ausreichender Unterdruck vorhanden ist. Dabei ist sichergestellt, daß die schräg stehende Regelklappe beim Betriebsablauf ihre Öffnungsbreite nicht verändert. Bei der erfindungs gemäßen Regelklappe arbeiten nunmehr zwei Regulierungs einrichtungen zusammen, nämlich die für den Öffnungsbereich der Regelklappe und die für die Nebenluftmengeneinströmung.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteranprüchen. Hierbei wird insbesondere darauf hingewiesen, daß die bei Hausschornsteinen regel mäßig auftretenden Klappgeräusche einer Regelklappe, die als Körperteil weit ausgestrahlt werden, dadurch ver hindert werden können, daß mindestens eine der aufeinander liegenden Flächen von Gehäuserahmen und Regelklappe mit einer hitzebeständigen Dämmschicht belegt ist.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von zwei in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die perspektivische Darstellung einer an einen Hausschornstein angeschlossenen Feuerstätte mit Nebenluftvorrichtungen sowohl im Schorn stein als auch im Abgasrohr zwischen Feuer stätte und Schornstein,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Nebenluftvor richtung in der ersten Ausführungsform,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Nebenluftvorrichtung gemäß Fig. 2,

Fig. 4 einen vertikalen Querschnitt durch eine Nebenluftvorrichtung in der zweiten Aus führungsform und

Fig. 5 einen vertikalen Querschnitt durch eine in einen Hausschornstein eingebaute Nebenluft vorrichtung in der dritten Ausführungsform.

Entsprechend Fig. 1 ist eine Feuerstätte 1 über ein Abgas rohr 2 an einen Hausschornstein 3 angeschlossen. Entweder im Abgasrohr 2 oder im Hausschornstein 3 ist eine Nebenluft vorrichtung (Zugbegrenzer) 4 eingesetzt, von welcher nachstehend erfindungsgemäße Ausführungsformen näher beschrieben werden.

Die in Fig. 2 dargestellte erste Ausführungsform einer Nebenluftvorrichtung 4 besteht aus einem kastenförmigen Gehäuserahmen 5, der auf seiner zur Gasströmung hin gerichteten Seite 6 vollständig offen ist und auf seiner Vorderseite 7 eine Nebenluft-Eintrittsöffnung 8 aufweist, die von einem Randbereich 9 des Gehäuserahmens 5 allseitig umgeben ist. In der Gehäuseöffnung 8 ist eine Regelklappe 10 schwenkbar gelagert, welche einstückig ausgebildet ist, wobei die Regelklappe 10 in ihrer Schwenkachse 11 um einen gewissen Betrag abgesetzt ist und an beiden Seiten mit dreieckförmigen Einschnitten 12 versehen ist, die in den Seitenkanten der Ränder 9 des Gehäuserahmens 5 gelagert sind, ähnlich wie die Schneiden eines Waagebalkens. Der Gehäuserahmen 5 und die Regelklappe 10 bestehen aus abgas- und hitzebeständigen metallischem Werkstoff, z. B. Stahlblech.

Die Regelklappe 10 liegt in ihrer in den Fig. 2 und 3 geschlossenen Stellung plan an den Innenfllchen der Ränder 9 des Gehäuserahmens 5 an. Der sich parallel zur Vordersei te 7 erstreckender Klappenteil 13 ist mit einer Gewinde stange 14 festverbunden, auf deren stirnseitigem Ende eine Hutmutter 15 aufgeschraubt ist und auf welcher zwei Gegengewichte 16 schraubbar sind. Die Gegengewichte 16 bewirken ein rückstellendes Drehmoment auf die Regel klappe 10, wobei das Drehmoment um so größer ist, je weiter die Gegengewichte an die Hutmutter 15 herange schraubt sind. Auf diese Weise kann die Regelklappe 10 an den geforderten Einstell-/Förderdruck der Feuerstätte 1 angepaßt werden.

Der äußere Regelklappenteil 13 ist oberhalb der Gewinde stange 14 mit einer Öffnung 17, vorzugsweise einem sich senkrecht zur Schwenkachse 11 erstreckenden Langloch, versehen, durch welches eine Gewindestange 18 ragt, die an einem am Boden 19 des Gehäuserahmens 5 befestigten Lappen 20 durch Kontermuttern 21 festgelegt ist. Die Gewinde stange 18 erstreckt sich dabei - wie in Fig. 2 gezeigt - unter etwa 45° zur Vorderseite 7 des Gehäuserahmens 5 nach oben. Die Gewindestange 18 ist an ihrem freien Ende mit einer Hutmutter 22 versehen und trägt eine Einstellmutter 23, die als Feststelleinrichtung wirkt, auf der Gewinde stange 18 schraubbar ist und den Nebenlufteinströmungs bereich in der Flächengröße begrenzt, d. h. die Regelklappe 10 kann sich nur soweit öffnen, wie es die Einstellmutter 23 zuläßt. In Fig. 2 ist eine solche Einstellung der Regelklappe 10 unter Wirkung der Einstellmutter 23 in gestrichelten Linienzügen dargestellt.

In der Fig. 4 ist das zweite Ausführungsbeispiel der Nebenluftvorrichtung dargestellt. Dieses entspricht im wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 2 und 3. Ein Unterschied besteht nur darin, daß die Regelklappe 10′ zweiteilig ausgebildet ist, wobei der innere und äußere Teil der Regelklappe 10′ mit schmalen Lappen 24, 25 versehen ist, die miteinander festverbunden sind. Die Verbindung kann durch Punktschweißen erfolgen. In bevorzugter Weise sind jedoch senkrecht zur Schwenkachse 11 verlaufende Langlöcher in den schmalen Lappen 24, 25 ausgebildet, durch welche Schraubverbindungselemente 26 greifen. Auf diese Weise kann der Versatz der Flächen der beiden Teile der Regelklappe 10′ eingestellt werden.

Diese Einstellung ist erforderlich, um den notwendigen Abstand zwischen den Schneidlagern 11, 12 der Regelklappe 10′ und der Vorderseite der Regelklappe 10′ in Anpassung an eine hitzebeständige Dämmschicht 27 einzustellen, die auf die Innenseiten der Randbereiche 9 des Gehäuserahmens 5 aufgebracht ist und gegen welche die Regelklappe 10 in der Schließstellung zur Anlage kommt.

Die Feststelleinrichtung ist bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform entsprechend der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsform ausgebildet.

Bei der in Fig. 5 dargestellten dritten Ausführungsform ist eine weitere Ausbildung einer Feststellvorrichtung vorge sehen. Diese besteht aus einer senkrecht auf der Gehäuse rahmen-Vorderwand 28 neben der Regelklappe 10′′ befestigten Gewindestange 29 mit diese nach vorne abschließender Hut mutter 30. Auf der Gewindestange 29 ist ein Sperrnocken 31 schraubbar, welcher den Öffnungswinkel der Regelklappe 10′′ begrenzt. In Fig. 5 ist die begrenzte Öffnungsstellung der Regelklappe 10′′ in gestrichelten Linien dargestellt.

Zusätzlich zur Dämmschicht 27 auf der Innenfläche der Gehäuserahmen-Vorderwand 28 ist eine Dämmschicht 32 auf die Randbereiche der Regelklappe 10′′ aufgeklebt. In der geschlossenen Stellung der Regelklappe 10′′ liegen beide Dämmschichten 27, 32 aufeinander. Zur Einstellung des aufgrund der beiden Dämmschichten 27, 32 notwendigen Ab standes der Regelklappe 10′′ von der Innenseite der Vorderwand 7 ist die Regelklappe 10′′ zweiteilig ausge bildet und in ihrer im Bereich der Schwenkachse 11 gelegenen Trennebene durch Schraubelemente 26 mitein ander verschraubt.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nach folgenden Ausführungen zur Erfindung im Lichte des Stan des der Technik.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Nebenluftvorrichtung, auch in Anlehnung an die

DIN 4795, Juli 1985 Berichte, sicherheits technische Anforderungen, Prüfung, Kenn zeichnung),

und hat die Aufgabe, allgemeine Funktionsmerkmale und die sicherheitstechnischen Anforderungen weiter zu vervoll kommnen, um effektiver gegen Schornsteinschäden zu wirken.

Nebenluftvorrichtungen sind an Feuerstätten, Verbindungs stücken oder Schornsteinen zulässig, wenn sichergestellt ist, daß

a) die einwandfreie Ableitung der Abgase von den Feuerstätten nicht beeinträchtigt wird,
b) die Abgase bei Stau- oder Rückstrom nicht in ge fahrdrohender Menge austreten können und
c) die Prüfung und Reinigung der Verbindungsstücke und Schornsteine nicht beeinträchtigt wird.

Vorher beschriebene Anforderungen sind auch in der Feue rungsverordnung (FEU VD), Januar 1980 abgedruckt.

Unter Einstellbarkeit von Zugbegrenzern ist beschrieben:
Zugbegrenzer müssen zur Anpassung an den notwendigen Förderdruck der Feuerstätte einstellbar sein.

Wird die Einstellung in Stufen vorgenommen, dann darf die Änderung des Einstelldruckes 5 PA nicht überschreiten. Ein Einstelldruck und 30 PA ist nicht zulässig.

Durch konstruktive Maßnahme muß sichergestellt sein, daß bei einem Einstelldruck von weniger als 30 PA die Nebenluft vorrichtung geschlossen ist.

Nebenluftvorrichtungen können, wenn sie technisch maximal wirken sollen - und das ist bisher nicht von den Fach leuten zureichend beachtet worden - die Abgasmasse aus dem Verbrennungsvorgang und zusätzlich von Nebenluftanteil ins gesamt nur ableiten, wenn eine vorangegangene Schornstein querschnittsberechnung die sichere Ableitung des gesamten Abgasmassenstrom auch sicherstellt, die freie Abströ mungsfläche also genügend groß ist.

Die Nebenluftvorrichtung ist eine Vorrichtung zur Regu lierung des Unterdruckes im Schornstein. Sie hat die Aufgabe, Kaltluft zu den abströmenden Abgasen beizu mischen.

Der Abgasmassenstrom, gebildet aus Abgas und Nebenluft, wird erhöht. Die Strömungswiderstände für die Gasabströ mung vergrößern sich; der Unterdruck im Schornstein wird reduziert.

Weiterhin verringern sich der CO₂-Wert Vol.-% und die Strömungsgeschwindigkeit des Abgasnebenluftgemisches gegenüber der Geschwindigkeit, wenn nur die Abgase aus dem Verbrennungsvorgang abströmen würden.

Durch die Zumischung der Kaltluft wird die Abgastempera tur der Abgase und der Unterdruck im Schornstein reduziert.

Wenn die Temperatur des Nebenluftgemisches gegenüber der Außenluft und auch durch die chemische Gaszusammensetzung ein gegebenes Gewichtsmaß unterschreitet, sind Nebenluft vorrichtungen schädlich und wird im ungünstigsten Falle auch Rückströmung des Abgasnebenluftgemisches verursacht.

Das ist auch dann der Fall, wenn durch verschiedene Um stände bedingt, die Regelklappe sich ungewollt öffnen kann.

Hierzu der Hinweis, die technische Darstellung für den Auftrieb im Schornstein.

Dadurch, daß erwärmte Gase der Brennstoffverbrennung eine Gewichtsminderung gegenüber der kalten Außenluft aufweisen, ist die bestehende Druckdifferenz die Ursache des Schorn steinauftriebes.

Die Funktion der Nebenluftvorrichtung hat einen wesentlichen Einfluß auf den partiellen Druck des Wasserdampfes in den Abgasen. Die Nebenluftzuführung durch die Stellung der Regelklappe beim Heizbetrieb, die Möglichkeit für die Regelklappe in ihrer selbsttätig arbeitenden Funktion durch verschiedene Drucksituationen sich maximal öffnen zu können, hat zur Folge, daß die Wassertaupunkttempe ratur im laufenden Betrieb der Feuerungsanlage unter schritten wird und Schornsteinver sottungen entstehen, obwohl gerade sie durch die Anwendung der Ne benluftvorrichtung verhindert werden sollen.

Es ist bekannt, daß die Mischtemperatur eines Abgasnebenluftgemisches und ob die Nebenluft in das Verbindungsstück der Feuerstätte oder im Schornstein den Abgasen zugemischt wird, ist nicht von primärer Bedeu tung, kann sich doch der Nebenluftanteil des Abgasmassenstroms so vergrößern, daß die Strömungswiderstände so groß werden, daß das Abgasnebenluft gemisch nicht abgeleitet wird.

Es wurde gefunden, daß schon durch das Öffnen einer Tür oder eines Fensters in dem Raum, wo die Nebenluftvorrichtung auf den Verbrennungs vorgang einwirken soll, sich die eingestellten Werte im Schornstein negativ veränderten, die Auftriebskräfte, die Druckkräfte zur Ableitung der Gase sich verzögerten und zeitweilig auch Rückströmungen der Gasab strömung festgestellt wurden.

Ob es sich um Druckvorkommnisse wie vorher beschrieben oder um Druck schwankungen des Windes an der Schornsteinmündung handelt, ist nur ein gradueller Unterschied. Die grob eingestellte und gegen Durchschlagen nicht gesicherte Regelklappe blieb in den vorher geschilderten Fällen weit geöffnet stehen, und die Ableitung des Abgasnebenluftgemisches war nicht mehr zureichend gesichert und wurde somit ein gefahrvoller Zu stand geschaffen, d. h. die anzustrebende Wirkung auf den Verbrennungs vorgang aber war nicht mehr ständig gegeben.

Nebenluftvorrichtungen sollen, wie schon beschrieben, den Schornstein druck begrenzen. Es sollen die Bereitsschaftsverluste der Brennstoff nutzung abgesenkt und es sollen möglichst gleichbleibende Betriebsdingungen für die Feuerungsanlage geschaffen werden.

In Fachkreisen ist bekannt, daß es für eine künftige störungsfreie, betriebssichere Abgasableitung günstiger ist, in der heizfreien Periode, in den Sommermonaten bei der Anwendung einer Nebenluftvorrichtung die Ausgleichsgewichte an der Regelklappe zu justieren.

Man ist der Meinung, daß durch die Sommereinstellung der Regelklappe dann bei einem Winterbetrieb der Heizung eine geringe Nachstellung der Re gelklappe notwendig ist, d. h. auch, unter Beachtung des erhöhten Schorn steinzuges im Winter die sich weiter öffnende Regelklappe und die größer gewordene Nebenlufteinströmungsfläche die gebildete Einströmungsbreite für die Nebenluft in geringerer Meßgröße zurückgenommen werden muß.

Man ist weiterhin der Meinung, daß die Sommereinstellung der Re gelklappe bei einem Winterbetrieb der Heizung, einer geringeren Nachstellung der Regelklappe bedarf, d. h. auch, unter Beachtung des erhöhten Schornsteinzuges als die sich weiter öffnende Re gelklappe und die größer gewordenen Nebenlufteinströmungsfläche zurückgenommen werden.

Es muß darum dafür gesorgt sein, daß die Regelklappe schon bei der Sommereinstellung einen konstanten und maximal begrenzten Öffnungs bereich erhält, der unabhängig von der Jahreszeit eine nur notwendige günstige Öffnungsbreite für die Lufteinströmung zuläßt; auch darum, um die Lufttemperatur des Heizraumes für die Nebenluftfunktion nicht zu reduzieren.

Es ist in Fachkreisen weiterhin bekannt, daß in der Regel schon die Konstanz einer Nebenlufteinströmung in einer Querschnittsflächengröße von maximal 40 cm² ausreichend ist, um den Wassertaupunkt der Abgase im Schornstein oberhalb der Kondensatbildung zu halten.

Bei Nichtbeachtung der Einströmungsflächengröße für die Nebenluft oder einer nicht gewollten Vergrößerung dieser Fläche - Vergrößerung der Nebenflußmasse - sinkt die Innenwandtemperatur an der Schornstein mündung unter dem Wassertaupunkt, mit der Folge, daß sich im Nieder schlagswasser des Abgases Schwefeldioxyd und Schwefeltrioxyd lösen kann, mit der weiteren Folge einer Zerstörung des Schornsteinbaustoffes durch schwefelige Säuren.

Wie wenig Beachtung diese gefahrvolle Betriebssituation in Fachkreisen findet, zeigt die geübte Praxis von Bauämtern, die zwar auf Antrag und nach vorgelegter Schornstein/Schornsteineinsatzrohrquerschnitts berechnung die Einbaugenehmigung für das Einsatzrohr erteilen, aber keine Sicherheitsbedenken später zum Ausdruck bringen, wenn sie die erstellte Anlage gutachtlich positiv bescheinigen, obwohl ein Schorn steinzugbegrenzer üblicher Bauart zusätzlich Anwendung gefunden hat und obwohl, wie schon beschrieben - durch die verschiedenen Umstände bedingt - durch eine größtmögliche Öffnung der Regelklappe mit der gefahrvollen Druckminderung der abzuleitenden Gase und durch Tempera turschwankungen des Gasgemisches möglich wird.

Bei der Anwendung von Nebenluftvorrichtungen ist dem Unterdruck (PZ) an der Abgaseinführung besondere Bedeutung zu schenken, um in jedem Falle nach einer vorangegangenen Querschnittsberechnung entsprechend der DIN 4705 zu prüfen, ob der anfallende Abgasmassen strom sicher abgeleitet werden kann, im Verhältnis wie er sich zum notwendigen Unterdruck PZe ergibt. Auf jeden Fall muß sichergestellt sein, daß PZ-PZe<=0 PA oder größer ist (siehe DIN 4705, Teil 1, Berechnung von Schornsteinabmessungen).

Durch die Anwendung von Nebenluftvorrichtungen, durch die Zumi schung von Nebenluftanteilen in % vom Abgasmassenstrom kg/s = einen entsprechenden Nebenluftvolumenstrom m³/h wird der PZ-Wert der Unterdruck an der Abgaseinführung in den Schornstein reduziert und im Verhältnis zum notwendigen Unterdruck PZe gemindert.

Neben der Veränderung des PZ-Wertes, also des Unterdruckes an der Abgaseinführung in den Schornstein verändert, reduziert sich auch der CO₂-Wert der Gase, die in den Schornstein abströmen, die von jedem Fachmann mit branchenüblichen Meßgeräten überprüft werden können.

Die Beachtung der Öffnungs- und Bewegungsbereiche der Einstell- und einer Feststellbarkeit der Regelklappe gegen maximale Öffnungen einer Nebenluftvorrichtung, die optimale Nutzung der Nebenluft in Grenzbe reichen der Nebenluftanwendung, ist durch langzeitliche Prüfungen/ Messungen des Anmelders gefunden worden; wobei er nur die Formelzei chen PZ = Unterdruck an der Abgaseinführung, PZe = notwendiger Unter druck an der Abgaseinführung und CO₂ Vol.-% gewertet hat, um eine prak tische Anwendbarkeit für andere Anwender des Anmeldegegenstandes aufzu zeigen (Schornsteindruckmessungen - CO₂ Vol.-% - Meßergebnisse).

Gefunden wurde in dieser Prüfungsreihe, daß es sicher möglich ist, um z. B. den Wassertaupunkt der Abgase herabzusetzen, zur Vermeidung von Schornsteinversottungen schon bei einem Nebenluftanteil von nur +5% zum Abgasmassenstrom kg/s zu nutzen, nur weil gesichert war, daß die Regelklappe - entsprechend der zu lösenden Aufgabe - sich nicht weiter als 3 cm in dieser Prüfungsreihe öffnen konnte. Die Einströmungsöff nung für die Nebenluft hatte eine Flächengröße von 35 cm².

Der CO₂-Gehalt der Abgase betrug 10,96 Vol.%. Der Unterdruck an der Abgaseinführung 22,79 PA, nur im Verhältnis PZ-PZe<=0 noch 1,348 PA.

Bei einer vergleichenden Anwendung der Nebenluftvorrichtung, aber ohne Sicherheitseinrichtung für eine Öffnungsbegrenzung, also der Möglichkeit für die Regelklappe, sich auch maximal zu öffnen und nur mit den üblichen Regulierungsgewichten ausgestattet, wurde ein CO₂-Wert von 10,46 Vol.-% durch ungewolltes Öffnungsspiel der Regel klappe als ein Mittelwert festgestellt. Der Nebenluftanteil betrug im Schnitt etwa +10% zum Abgasmassenstrom. Die Regelklappe öff nete sich entsprechend den jeweiligen Druckverhältnissen für ge nutzte Nebenluft bei zeitweilig offenen Türen und Fenstern zwischen 4 cm und 7 cm. Die Ableitung des Gasgemisches (Abgase und Nebenluft) war nicht gesichert und es wurden negative Druckwerte aufgezeigt. Der Mittelwert der Einströmungsöffnung für die Nebenluft lag bei 78 cm².

Der Unterdruck an der Abgaseinführung in den Schornstein hatte einen Wert von 21,42 PA. Der betriebssichere Unterdruck für die Feuerungsanlage mußte aber mindestens 21,44 PA betragen.

Für jeden Fachmann wären die vorher beschriebenen Meßergebnisse Veranlassung gewesen, auf die Anwendung einer Nebenluftvorrich tung aus Sicherheitsgründen zu verzichten.

Wie beschrieben, darf aus Sicherheitsgründen keine Einstellung für die Regelklappe vorgenommen werden, die unterhalb der 10 PA-Grenze liegt.

Man hat offenbar die Erfahrung gemacht, daß eine ge fahrvolle Situation gegeben ist, wenn sich unter halb von 10 PA die Regelklappe weiter öffnet und der erforderliche Unterdruck für die Abgasleitung dann aufgehoben wird.

Durch die Sicherheit einer feststellbaren Regelklappe im vorher bestimmten Öffnungsbereich anwendbar, auch unterhalb von 10 PA für eine optimale Brennstoff nutzung ist durch den Erfindungsgegenstand der Ge fahrenbereich ausgeschaltet, d. h. also, auch unter halb von 10 PA kann die begrenzte Öffnungsbreite für einströmende Nebenluft genutzt werden.

Unabhängig von den Erfordernissen der DIN 4705, Seite 3, Ziffer 3.2.3 - Einstellbarkeit von Zugbegrenzern - und der Forderung dort, daß eine Einstellbarkeit unter 10 PA nicht zulässig ist, ist aber auch bekannt und von der technischen Funktion des Wärmeerzeugers abhängig, es häufig erforderlich, aber bisher praktisch nicht sicher möglich, geringere Unterdruckerfordernisse bzw. Förder drücke für einen wirtschaft günstigen Effekt einer Brenn stoffnutzung mit Hilfe von Nebenluftvorrichtungen herzu stellen.

Erforderliche geringe Förderdrücke von 5 PA und weniger ergeben, um das sie auf die Verbrennungsvorgänge noch ein wirken können, kleine Öffnungsflächen - oft weniger als 3 cm an der Regelklappe - für eine Lufteinströmung.

Schwierig, wenn nicht unmöglich ist es, die vorher angege bene Öffnungsbreite für einströmende Nebenluft konstant geöffnet zu halten, auch um die Unterdruckeinwirkung für den Verbrennungsablauf zu sichern und um die nur geringe Nebenluft dem Abgasmassenstrom zuzumischen.

Wenn vorher beschriebene, geringere, aber zweckdienliche und für den Verbrennungsablauf notwendige Öffnungsbreiten der Regelklappe erforderlich sind, so ergeben sich, wie man sich in Fachkreisen ausdrückt, sogenannte Flatterbe wegungen der Regelklappe.

Die Regelklappe bewegt sich in solchen Fällen zwischen wenig und weit geöffnet, nicht aber in einem erforderlichen ständigen Sicherheitsbereich von notwendigen 3 cm um bei diesem Beispiel zu bleiben.

Praktisch wird an der Nebenluftvorrichtung eine Funktion hergestellt, die sowohl eine unkontrollierte Regelung als auch einen Abbau von Unterdruck für den Verbrennungs ablauf zuläßt.

Im letzteren Falle kann der Unterdruck aber so weit abgebaut werden, daß Abkühlverluste den Betriebswirkungsgrad der Feuerungsanlage aufheben.

Bei einem weiteren Absinken der Temperatur des Gasgemisches (Abgas und Nebenluft) und auch durch die sich bildende chemische Zusammensetzung kann der Unterdruck völlig abgebaut werden und im ungünstigen Falle sind Rückströmungen zu erwarten.

Durch den Erfindungsgegenstand werden die vorher beschriebenen Einschränkungen der Nutzung einer Nebenluftvorrichtung beseitigt.

Neu ist, daß zwei Regulierungseinrichtungen jetzt für den Öffnungsbereich der Regelklappe und der Nebenluft mengeneinströmung im Bedarfsfall zusammenwirken können.

Man geht in solchen Fällen dann so vor, daß die Gewichte an der Regelklappe so eingestellt werden, daß die Regel klappe z. B. einen 3 cm breiten Spalt für die Lufteinströmung freigibt. Hierdurch wird einem geforderten Einstelldruck/ Förderdruck der Feuerstätte von z. B. 5 PA entsprochen.

Ein weiteres technisches Merkmal der Nebenluftvorrichtung ist eine Feststelleinrichtung, die auf einer Gewindestange bewegbar und die den vorher beschriebenen Nebenluftein strömungsbereich in der Flächengröße begrenzt, d. h., die Regelklappe kann sich nicht weiter öffnen, nur soweit wie die Feststelleinrichtung es zuläßt. Sie kann aber dann - wenn die Feuerstätte nicht in Funktion ist - die 0 = Geschlossen-Stellung einnehmen.

Erreicht wird, daß der geringe, aber notwendige Förderdruck für eine optimale Brennstoffnutzung der Feuerstätte in einer Kontinuierlichkeit darum auch gesichert ist, weil die zu nutzende an- und einströmende Nebenluft gegen die etwas schräg stehende Regelklappe drückt und diese wiederum gegen die Feststelleinrichtung und die Regelklappe sich nicht weiter öffnen kann.

Es ist nicht zu befürchten, daß eine größere Menge Nebenluft einströmt oder ein geringer nicht mehr ausreichender Unter druck vorhanden ist.

Die schrägstehende Regelklappe - so hat es sich in der Praxis gezeigt - verändert bei dem Betriebsablauf nicht ihre Öffnungsbreite.

Durch die vorher beschriebene Regulierungseinrichtung am Erfindungsgegenstand werden die Sicherheitserfordernisse entsprechend der DIN 4795, Ziffer 3.2.3, gegenstandslos und können Förderdrücke von weniger als 10 PA bedenkenlos genutzt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem Gehäuse aus Stahlblech.

Der freie Einströmungsbereich für die Nebenluft an der Vorderseite des Gehäuses kann in seiner Flächenform kreisförmig, quadratisch oder rechteckig ausgebildet sein. Auch andere wählbare Flächenfor men sind möglich.

Die Regelklappe für die Nebenlufteinströmung ist im nachstehenden Ausführungsbeispiel im unteren Einströmungsbereich wartungsfrei messergelagert.

Die Regelklappe könnte aber auch über eine Drehachse, die am Ge häuse aufgelagert ist, in Funktion sein.

Der ständig außerhalb des Gehäuses befindliche Teilbereich der Regelklappe hat im Flächenbereich ein oder mehrere Stellgewichte, die in der Regel auf einer Gewindestange aufgebracht sind.

Durch eine exzentrische Lagerung der Regelklappe durch Gasdruckein wirkung und durch die Einstellbarkeit der Gewichte wird, wie be kannt, eine Lufteinströmungsfläche in dem Gehäusebereich freige geben.

Am Gehäuse, im unteren Bereich der Außenseite ist eine Lasche vor schlagsweise aus Metall angebracht und nach unten hin abgewinkelt.

Die Lasche kann außenseitig eine Bohrung aufweisen, die eine Gewinde stange aufnehmen kann. Diese kann durch Muttern und Scheiben fest an der Lasche gesichert sein.

Auch ein Aufschweißen der Gewindestange auf der Lasche oder die Nutzung eines Gewindebolzens ist möglich.

Der beschriebene Regelklappenteil hat eine schlitzförmige Öffnung in einer Breite von 5 mm bis 7 mm als ein Ausführungsbeispiel.

Die schlitzförmige Öffnung verläuft vom unteren Bereich der Flä chenbegrenzung des Regelklappenteils bis fast zu dem Teilbereich, auf dem die Regelklappe aufgelagert wird.

Eingebracht, auch angebracht oder aufgeschraubt wird im unteren Bereich der schlitzförmigen Öffnung die Gewindestange mit Stell gewichten in diesem Ausführungsbeispiel.

Durch die schlitzförmige Öffnung verläuft von der unteren Lasche her eine Gewindestange durch den außen liegenden Regelklappenteil mit einer Feststelleinrichtung oberhalb dieses Regelklappenteils.

Durch den oberen Bereich der schlitzförmigen Öffnung im Regel stangenteil ist die Gewindestange geführt, die von unten von der Außenseite her in einer Winkelstellung zur Außenfläche des Ge häuses nach oben hin verläuft.

Die Gewindestange ragt über die Außenseite des unteren Regelklappen bereichs hinaus und ist mit einer Feststelleinrichtung, z. B. einer Mutter, gegen weiteres Öffnen der Regelklappe gesichert.

Durch die Feststelleinrichtung auf der Gewindestange kann der Einlaßbereich für eine Nebenluftanwendung - die Nebenluftmasse - zu den Abgasen hin maximal fein abgegrenzt werden.

Durch die ermittelte, gewählte Öffnungsbreite für die Nebenluft einströmung in Anlehnung an gefundene, betriebssichere CO₂-Werte, entsprechend der DIN 4705, Teil 1, der sicheren Temperatur der Abgase und der betriebssicheren Unterdruckverhältnisse zur Ab strömung der Gase ins Freie und der Sicherheit, daß sich die Re gelklappe nicht weiter öffnen kann, wird die Nutzung der Neben luftvorrichtung wesentlich sicherer für die Ableitung des Gasge misches ins Freie, oder der Verhinderung von Schornsteinversot tungen.

Die Regelklappe kann sich nicht durch Druckeinwirkung weiter öff nen und es können keine gefahrvollen Zustände geschaffen werden. Sie kann sich aber selbsttätig schließen, um sicherheitstechnische Anforderungen zu erfüllen, zum Beispiel dann, wenn der Heizbetrieb unterbrochen ist.

Sie kann mit Hilfe der Feststelleinrichtung fest verschlossen werden.

Sie ist nur nach Entfernen der Feststelleinrichtung herausnehmbar und ist somit auch eine Kindersicherung.

Auf der Gewindestange und deren Länge kann durch Verdrehen der Feststelleinrichtung die Funktion der Regelklappe so ermittelt werden, als wäre dieser Funktionsteil nicht vorhanden.

Auch nachstehendes Lösungsmittel ist möglich, wenn auch weniger zweckdienlich:

Im rechten Winkel zum Gehäuse, in Nähe des Bereiches der aufgela gerten und außerhalb des Gehäuses befindlichen Teilfläche der Regelklappe, am Gehäuserahmen aufgebracht, ist mindestens ein Gewindebolzen in wählbarer Länge vorhanden, auf den ein oder meh rere Stellschrauben mit Zuhaltevorrichtungen wirken können.

Die Einstellung der Stellschrauben mit den Zuhaltevorrichtungen kann in der Weise vorgenommen werden, daß sie den Öffnungsbereich der Regelklappe in der Weise so begrenzen, daß nur eine gewählte Öffnungsbreite für eine einströmende Nebenluft möglich ist.

Nebenluftvorrichtung mit Regelklappe exzentrisch auf Schneiden ge lagert oder durch eine Achse gehalten und geführt. Die Druck schwankungen des Schornsteines oder den Nebenluftanteil durch ver schiebbare Gewichtsbelastungen am Regelklappenbereich einstell bar regelt.

Um den Schornsteindruck zu begrenzen, führt man dem Endprodukt der Brennstoffverbrennung Nebenluft zu.

Die Regelklappe, die außenseitig im Bereich der Neben lufteinströmung aufgelagert ist, öffnet sich jeweils.

Durch die Druckdifferenzen, den Unterdruck im Schorn stein einerseits und der Druck der Umgebungsluft, dem atmosphärischen Druck andererseits und durch entspre chende Ausgleichsgewichte, die auf den außenseitigen Teilbereich der Regelklappe einwirken können, kann die Stellung der Regelklappe in Offen- oder Geschlossen stellung einreguliert werden.

Durch entsprechende Regelklappeneinstellung kann die Öffnungsgröße für die Nebenlufteinströmung zu den Ver brennungsgasen begrenzt werden, so daß die Erhöhung der Abgasmenge durch die vorher einregulierte Öffnungsgröße für die Luftmengeneinströmung gesteuert werden kann.

Vermindert sich der Schornsteindruck, dann schließt sich im Bedarfsfall die Regelklappe und die Betriebs sicherheit ist nicht gefährdet.

Erhöht sich der Schornsteindruck über den Einstellwert und die Regelklappe öffnet sich maximal oder nur über den Einstellwert, dann ist die betriebssichere Nebenluft ableitung nicht gesichert.

Durch die Menge des gesamten Abgas/Nebenluftgemisches erhöht sich der Abgasmassenstrom und die Abgasgeschwindig keit und erhöhen sich die Strömungswiderstände für die Abgasabströmung im Schornstein und können sich diese physikalischen Erscheinungen dahingehend auswirken, daß Gasrückströmungen entstehen.

Schornsteineinsatzrohre finden Anwendung wenn Schornstein querschnittsflächen zu groß sind und wenn Schornsteinver sottungen zu erwarten oder schon eingetreten sind.

Die Schornsteinquerschnittsflächen der Schornsteineinsatzrohre werden entsprechend der DIN 18 160, Teil 1, "Hausschornsteine, Anforderungen, Planung und Ausführung" und der DIN 4705, Teil 1, "Berechnungen von Schornsteinabmessungen" ermittelt.

Schornsteineinsatzrohre und die Anwendung von Nebenluftvor richtungen ist nicht ohne Probleme für die Sicherheit der Gasableitungen, denn es ist zu prüfen, ob die Flächengröße der Schornsteineinsatzrohrquerschnittsfläche auch ausreicht, um Abgas und Nebenluft als Gemisch sicher abzuleiten.

Nebenluftvorrichtungen können auch zum Schutz des Schornstein einsatzrohres aus Edelstahl gegen Korrosionen zweckdienliche Anwendung finden und in der Regel ist es so, daß von der Flächengröße des Schornsteineinsatzrohres Flächenteile noch Nebenluft aufnehmen können und ein Abgas/Nebenluftgemisch sicher abgeleitet wird.

Bei der Anwendung von Nebenluft zum Abgasmassenstrom ist besondere Vorsicht geboten. So ist es z. B. möglich, daß ein Nebenluftanteil von 5% zum Abgasmassenstrom die Ableitung des Abgasnebenluftgemisches problemlos möglich werden läßt, weil der Unterdruck im Schornsteineinsatzrohr noch in ausreichender Menge vorhanden ist.

Dagegen kann bei einem 10%igen Nebenluftanteil bei gleicher Leistung der Feuerstätte das Abgasnebenluftgemisch nicht mehr zur Einsatzrohrmündung gefördert werden und zwar dann nicht, wenn sich die Regelklappe durch Luftdruckeinwirkung ungewollt maximal geöffnet hat und der Unterdruck im Schorn steineinsatzrohr plötzlich abgebaut wird.

Der Unterdruck baut sich durch die Öffnungsgröße für die einströmende Raumluftmenge, dem größeren Abgasmassenstrom und durch größeren Widerstand im Schornstein so stark ab, daß der Unterdruck an der Abgaseinführung am Schornsteinein satzrohr zur Ableitung des Abgasnebenluftgemisches aufgehoben ist.

Der Unterdruck wird im ungünstigen Falle im Schornsteineinsatz rohr so weit abgebaut, daß der Druck im Schornsteineinsatzrohr inneren dann dem Außendruck der Luft gleich ist und der notwendige Förderdruck zum Gastransport nicht mehr vorhanden ist.

Das heißt auch, wenn die Nebenluftmenge im Verhältnis zur Abgasmenge eine bestimmte Größenordnung überschreitet und wenn unkontrolliert durch zufällige Öffnung weiterer Nebenluft zu den Abgasen möglich ist, werden im ungünstigsten Falle der notwendige Unterdruck im Schornsteineinsatzrohr aufgegeben. Es ist darum notwendig, neben den üblichen Einstellgewichten für die Funktion der Regelklappe auch eine Feststellvorrichtung, eine Öffnungsbegrenzung für die Regelklappe zur Verfügung zu haben.

Eine Verhinderung und Gefährdung der Abgasnebenluftableitung kann dadurch erreicht werden, wenn die Nebenluftvorrichtung zusätzlich ein Bauteil aufweist, die den Öffnungsbereich der Regelklappe entsprechend den errechneten Sicherheits anforderungen, falls erforderlich, maximal begrenzt und sich die Regelklappe nur soweit öffnen kann, wie die ent sprechende Vorrichtung durch ihre Feststelleinrichtung es zuläßt.

Claims

1. Nebenluftvorrichtung (Zugbegrenzer) für Hausschornsteine, aus einem in den Hausschornstein einsetzbaren Gehäuserahmen, aus einer in diesem um eine Schwenkachse gelagerten Regel klappe und aus einem auf dieser angeordneten Einstellgewicht, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelklappe (10, 10′, 10′′) eine Einrichtung (17, 18, 23; 29, 30, 31) zur Begrenzung des Öffnungswinkels zugeordnet ist, die zum Einströmen der Nebenluft nur einen begrenzten Öffnungswinkel für die Regelklappe (10, 10′, 10′′), aber eine freie Öffnungs- und Schließbewegung der Regelklappe (10, 10′, 10′′) im eingestellten Öffnungswinkel zuläßt.

2. Nebenluftvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Einrichtung (17, 18, 23) zur Begrenzung des Öffnungswinkels aus einer am Gehäuserahmen (5) ange ordneten Gewindestange (18), einer auf dieser schraub baren Einstellmutter (23) und einer in der Regelklappe (10) senkrecht zur deren Schwenkachse (11) ausgebildeten Schlitzöffnung (11) gebildet ist, die von der Gewinde stange (18) durchdrungen ist.

3. Nebenluftvorrichtung nach Anpruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß das eine Ende der Gewindestange (18) an einer auf der Außenseite des Bodens (19) des Gehäuserahmens (5) festangebrachten Lasche (20) festgelegt ist.

4. Nebenluftvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (29, 30, 31) zur Begrenzung des Öffnungs winkels aus einer senkrecht auf der Vorderwand (28) des Gehäuserahmens (5) neben der Regelklappe (10′′) angeordneten Gewindestange (29) und einem auf dieser schraubbaren Sperrnocken (31) gebildet ist, der zur Begrenzung des Öffnungswinkels der Regelklappe (10′′) in deren Schwenk bereich drehbar ist.

5. Nebenluftvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelklappe (10) ein stückig ausgebildet ist und zur Bildung der Schwenkachse (11) abgesetzt und an beiden Seiten mit dreieckförmigen Einschnitten (12) versehen ist, die in der Öffnung (7, 8) des Gehäuserahmens (5) gelagert sind.

6. Nebenluftvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelklappe (10′, 10′′) aus zwei Teilen gebildet ist und daß die beiden Teile der Regelklappe (10′, 10′′) mit schmalen Lappen (24, 25) versehen sind, die in der Achse (11) der Regelklappe (10′, 10′′) miteinander verbunden sind.

7. Nebenluftvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die schmalen Lappen (24, 25) durch Punkt schweißen verbunden sind.

8. Nebenluftvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die schmalen Lappen (24, 25) durch Schraub verbindungselemente (26) verbunden sind.

9. Nebenluftvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der aufeinander liegenden Flächen von Gehäuserahmen (5) und Regelklappe (10′, 10′′) mit einer hitzebeständigen Dämmschicht (27, 32) belegt ist.