DE3902091A1 - Kachelofen-heizeinsatz - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kachelofen-Heizeinsatz nach DIN 19 892 Teil 1 und 2 vorzugsweise geeignet für die Ver­ brennung von naturbelassenem Scheitholz und Braunkohlen- Brikett gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Die Kachelofen-Heizung mit ihrem Kernstück, dem Kachelofen- Heizeinsatz als Feuerstätte, ist traditionell sehr stark mit dem Brennstoff "Holz" verbunden. Die Gründe dafür sind sowohl landwirtschaftlicher als auch im Hinblick auf das Holzvorkommen, struktureller Natur.

Andererseits ist Holz als Brennstoff unter dem Gesichts­ punkt der Umweltbelastung nicht unproblematisch. Dies wird ja auch gerade durch die Neufassung der ersten Bun­ desimmissionsschutzverordnung deutlich, in der grund­ sätzlich nur noch naturbelassenes Holz zur Verbrennung in Feuerstätten zugelassen wird. Holz ist nicht nur der gasreichste Brennstoff, sondern ist auch der mit der größten Wasseraufnahme. Nicht zuletzt aufgrund dieser Gegebenheiten sind spezifische Erfordernisse der Verbren­ nungsluftführung und -verteilung zu beachten, was insbe­ sondere die am meisten umweltbelastende Anheizphase der Verbrennung betrifft.

Es sind daher Kachelofen-Heizeinsätze bekannt, die mit einem über einem Aschenraum angeordneten Feuerrost und einer separat einstellbaren zweigeteilten Primärluftzuführung aus­ gestattet sind. Es ist weiter durch diese Heizeinsätze be­ kannt, daß der Feuerungsraum in einen Hauptverbrennungsraum und in einen demgegenüber relativ abgegrenzten Nachverbren­ nungsraum unterteilt ist und das in diesen Nachverbrennungs­ raum Sekundärluft eingeführt wird.

Nachteilig ist allerdings bei diesen Kachelofen-Heizeinsätzen, daß das Luftzuführungsschema außerordentlich diffizil und kompliziert ist, was die Bedienung durch den Betreiber erheb­ lich erschwert. Es besteht die Gefahr, daß durch den kompli­ zierten Regulierungsablauf in Folge falscher Bedienung, das eigentliche Funktionsziel nicht erreicht wird. Darüber hinaus ist ein regulierender Eingriff in den Verbrennungsablauf nicht möglich, so daß eine Leistungssteuerung nur noch durch die Brennstoffaufgabe erfolgen kann.

Es ist die Aufgabe dieser Erfindung diese Nachteile zu be­ seitigen und einen Kachelofen-Heizeinsatz zu schaffen, bei dem eine maximale Heizleistung in einer sehr kompakten Bau­ form untergebracht ist und bei dem durch eine gezielte Luft­ zuführung und -steuerung eine optimale Verbrennung des ein­ gesetzten Brennstoffes und eine extreme Abkürzung der um­ weltbelastenden Anheizphase erreicht wird.

Gelöst wird diese Aufgabe bei dem erfindungsgemäßen Kachel­ ofen-Heizeinsatz nach dem kennzeichnenden Teil des Haupt­ anspruches dadurch, daß zwischen der Einstellvorrichtung des Über-Rost geführten Primärluftstromes und den Ein­ trittsöffnungen im Feuerungsraum eine vom Glutbett unmittel­ bar beaufschlagte Vorheizkammer vorhanden ist und die Se­ kundärluft über, zwischen Hautpfeuerungsraum und Nachver­ brennungsraum angeordnete, Verteilerkanäle eingeführt wird.

Dabei sind die Verteilerkanäle quer zur Strömungsrichtung der Heizgase angeordnet und weisen seitlich, vorzugsweise über die Gesamtlänge der Verteilerkanäle angeordnete Luft­ austrittsöffnungen auf. Die Verteilerkanäle haben vorzugs­ weise einen runden Querschnitt und bestehen aus hochhitze­ beständigem Material, z.B. hochhitzebeständigem Stahl oder Keramik. Zur Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit ist es erfindungsgemäß sinnvoll, daß der Sekundärluft-Eintritts­ querschnitt gleich groß oder kleiner ist, als die Summe der Austrittsöffnungs-Querschnitte. Darüber hinaus ist er­ findungsgemäß vorgesehen, den Sekundärluft-Öffnungsquer­ schnitt durch eine temperaturempfindliche Steuerklappe automatisch zu regeln, damit die Sekundärluftmenge auto­ matisch auf die Heizeinsatz-Heizleistung eingestellt wird.

Der Hauptfeuerungsraum ist im Bereich des Glutbettes er­ findungsgemäß mit einer Guß-Auskleidung und in der Aus­ brand- und Nachverbrennungszone mit einer hochhitzebe­ ständigen Schamotte- bzw. Keramik-Auskleidung ausge­ stattet. Dies hat den Vorteil, daß besonders in der Anheiz- und Dauerbrandphase ein erhöhter Wärmedurchgang und da­ durch eine schnellere Aufheizung der Heizeinsatz-Außenflächen gewährleistet ist.

Die Primärluft-Eintrittsöffnungen in dem Feuerraum sind düsenförmig ausgebildet und vorzugsweise seitlich über die gesamte Feuerraum-Tiefe verteilt. Sie sind darüber hinaus erfindungsgemäß im schrägen Winkel zum Feuerungs­ raumboden bzw. dem Glutbett gerichtet, ausgeführt. Um den neuen Kachelofen-Heizeinsatz auch nach dem Grundofen­ prinzip betreiben zu können, ist der Feuerrost im Feuer­ raumboden lose herausnehmbar eingelegt und kann wahlweise durch eine entsprechend dimensionierte Schamotte-Platte ausgetauscht werden. Dabei ist es wichtig, daß trotz dieser Umrüstung die vorteilhafte Führung der Anheizluft sowie die bequeme und saubere Entaschung des Heizeinsatzes voll gewährleistet bleibt.

Weitere Vorteile werden durch die beigefügte Zeichnung, die Geräte-Beschreibung und die Schutzansprüche erläutert.

In den beigefügten Zeichnungen stellt dar, die Fig. 1 einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Heizein­ satz und die Fig. 2 einen Längsschnitt mit einer beson­ deren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Primärluft- Verteilerkanäle.

Dieser Kachelofen-Heizeinsatz (1) besteht unter anderem aus dem Aschenraum (2), der gegenüber dem Hauptfeuerungs­ raum (3) durch den Feuerungsraumboden (4) abgegrenzt ist. Im Feuerungsraumboden (4) ist der Feuerrost (5) lose heraus­ nehmbar eingelegt. Im vorderen Bereich ist die Primärluft- Vorwärmkammer (6) vorhanden, die einerseits mit der einstell­ baren Primärluft-Einlaßöffnung (7) und andererseits mit den seitlichen Primärluft-Verteilerkanälen (8) und (9) verbunden ist. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist auch ein solcher Verteilerkanal (10) an der Rückseite des Feuerraumes (4) vorhanden. Die Primärluft-Verteilerkanäle (8), (9) und eventuell (10) werden vorteilhafterweise durch die Heizeinsatz-Seitenwände (11) und die Feuerraum-Auskleidungen (12) und (13) gebildet. Letztere sind vorzugsweise aus Gußei­ sen hergestellt. Sie können jedoch auch beispielsweise aus Schamotte- oder Keramik-Material bestehen.

Der Aschenraum (2) wird frontseitig durch die Aschentüre (14) luft- und staubdicht verschlossen. In der Aschentüre (14) ist vorteilhafterweise die einstellbare Luftregu­ lierung (15) für die Anheizluft vorhanden.

In den Feuerraum-Auskleidungen (12) und (13) sind die Primärluft-Einlaßöffnungen (16) vorhanden. Diese sind bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung düsenförmig ausgebildet und über die gesamte Tiefe des Feuerraumes verteilt. Sie sind darüber hinaus erfin­ dungsgemäß in einem schrägen Winkel zum Feuerraumbo­ den ausgeführt.

Der Hauptfeuerungsraum (3) wird im oberen Bereich durch die Umlenkplatte (18) gegenüber dem Nachverbrennungs­ raum (19) begrenzt. In dieser Verbindungsstelle sind die Sekundärluft-Verteilerkanäle (20) angeordnet. Diese können sowohl aus hochhitzebeständigem Stahl als auch anderen Materialien, z.B. Keramik, ausgeführt sein. Die Sekundärluft wird den Sekundärluft-Verteilerkanälen (20) über eine einstellbare Sekundärluft-Regulierung (21) zu­ geführt. Durch in den Verteilerkanälen angeordnete Aus­ trittsöffnungen (22) tritt die vorgewärmte Sekundärluft im Querstromprinzip auf die Heizgase und sorgt somit für eine intensive Verwirbelung derselben und somit für eine optimale Sauerstoffaufnahme.

Die Ausbrandzone des Hauptfeuerungsraumes (3) und der Nachverbrennungsraum (19) sind bei der vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung mit einer Hochtempera­ tur-Schamotte- oder Keramik-Auskleidung versehen. Nach erfolgter Nachverbrennung verlassen die Heizgase den Heizeinsatz durch den Rohrstutzen (23).

Der Hauptfeuerungsraum (3) wird frontseitig durch die Feuertür (24) mit der großen Panoramascheibe (25) luft­ dicht verschlossen. Zwischen Feuertürrahmen und Pano­ ramascheibe, vorzugsweise im unteren Bereich, ist ein definierter Luftspalt (26) vorhanden, mit dem zusätz­ lich ein Luftstrom entlang der Panoramascheibe (25) in den Hauptfeuerungsraum (3) eingeleitet wird. Dieser Luft­ strom dient insbesondere zur Spülung der Panoramascheibe (24), um sie von Verbrennungsrückständen frei zu halten.

Bei einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vor­ gesehen, die Sekundärluft-Verteilerkanäle (20) auch längs zur Strömungsrichtung der Heizgase anzuordnen. Sie wirken dann als zusätzliche Prallflächen, wobei auch hier die Austrittsöffnungen (22) seitlich an den Verteilerkanälen angeordnet sind.

Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Kachelofen- Heizeinsatzes ist nun wie folgt:

Der erfindungsgemäße Kachelofen-Heizeinsatz ist für die Verbrennung von naturbelassenem Scheitholz und Braun­ kohle-Briketts vorgesehen. Nach der Brennstoffaufgabe auf den Feuerrost und den Feuerraumboden wird durch Öffnen des Anheizluft-Schiebers in der Aschentüre Ver­ brennungsluft durch die Feuerrost-Schlitze (vertikal) an das Brenngut herangeführt. Diese vertikale Verbren­ nungsluftzufuhr ermöglicht eine wesentliche Verkürzung, der stark emmissionsbelasteten Anheizphase und bewirkt daher eine äußerst geringe Umweltbelastung.

Ist dann ein geeignetes Glutbett entstanden, wird der Anheizluft-Schieber geschlossen und die Verbrennungs­ luft (Primärluft) tritt nun durch die Primärluft-Ein­ laßöffnung (7) zunächst in die Primärluft-Vorwärmkammer (6) ein. Sie wird hier durch die Abstrahlungswärme des Glutbettes vorgewärmt und strömt nun über die seitlichen Primärluft-Verteilerkanäle (8) und (9) zu den düsenför­ migen Primärluft-Einlaßöffnungen (16) und von dort ziel­ gerichtet im schrägen Winkel in die Vergasungszone des Brennstoffes. Zur gleichen Zeit tritt ein weiterer Pri­ märluftstrom unterhalb der Panoramascheibe der Feuertür in den Feuerraum ein. Dieser Primärluftstrom dient ins­ besondere als Spülluft für die Panoramascheibe (25) und verhindert somit, daß sich Verbrennungsrückstände an dieser ablagern können.

Die Heizgase steigen nun im Hauptfeuerungsraum (3) nach oben. Sie werden durch die Umlenkplatte (18) gezielt in den Nachverbrennungsraum (19) geleitet. Auf diesem Weg an der Umlenkplatte (18) vorbei, auf dem die Heizgase eine sehr hohe Temperatur erreicht haben, passieren sie nun die Sekundärluft-Verteilerkanäle (20). Durch die seit­ liche Anordnung der Sekundärluft-Austrittsöffnungen (22) - quer zur Strömungsrichtung der Heizgase (Querstromprin­ zip) - kommt es nicht zuletzt auch wegen der hohen Strö­ mungsgeschwindigkeit der stark aufgefächerten Sekundär­ luftströme zu einer intensiven Verwirbelung der Heizgase mit der zur Folge hohen Sauerstoffaufnahme. Im Zusammen­ wirken mit dem Wärmedämm- und -speichereffekt der Nach­ verbrennungsraum-Auskleidung wird dadurch eine optimale Verbrennung der noch brennbaren Restbestandteile der Heizgase und damit ein hoher Verbrennungswirkungsgrad und eine umweltfreundliche Verbrennung erreicht.

Claims (11)

1. Kachelofen-Heizeinsatz für die Verbrennung von naturbe­ lassenem Scheitholz und Braunkohlen-Briketts, mit einem über einem Aschenraum angeordneten Rost, einem gegenüber dem Hauptfeuerungsraum durch und/oder Einschnürungen und Einbauten abgegrenzten Nachverbrennungsraum mit separat einstellbarer Sekundärluftführung sowie ebenfalls se­ parat einstellbarer Über- und Unter-Rost-Primärluftfüh­ rung dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Einstellvor­ richtung des Über-Rost geführten Primärluftstromes und den Eintrittsöffnungen im Feuerraum eine vom Glutbett un­ mittelbar beaufschlagte Vorheizkammer vorhanden ist und die Sekundärluft über, zwischen Hauptfeuerungsraum und Nachverbrennungsraum, angeordnete Verteilerkanäle ein­ geführt wird.

2. Kachelofen-Heizeinsatz nach Anspruch 1 dadurch gekennzeich­ net, daß die Verteilerkanäle quer zur Strömungsrichtung der Heizgase angeordnet sind und Luftaustrittsöffnungen aufwei­ sen.

3. Kachelofen-Heizeinsatz nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Luftaustrittsöffnungen vorzugs­ weise seitlich über die Gesamtlänge der Verteilerkanäle angeordnet sind.

4. Kachelofen-Heizeinsatz nach einem der vorhergehenden An­ sprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilerkanäle vorzugsweise einen runden Querschnitt aufweisen und aus hochhitzebeständigem Material, z.B. Stahl oder Keramik, bestehen.

5. Kachelofen-Heizeinsatz nach den Ansprüchen 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärluft-Öffnungsquerschnitt durch eine temperaturempfindliche Steuerklappe, z.B. Bimetall-Klappe, beaufschlagt ist.

6. Kachelofen-Heizeinsatz nach den Ansprüchen 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärluft-Eintrittsquerschnitt kleiner ist als die Summe der Austrittsöffnungen.

7. Kachelofen-Heizeinsatz nach den Ansprüchen 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß der Feuerraum im Bereich des Glutbettes eine -Gußauskleidung- und in der Ausbrand- und Nachver­ brennungszone eine Schamotte- bzw. Keramik-Auskleidung auf­ weist.

8. Kachelofen-Heizeinsatz nach den Ansprüchen 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß die Primärluft-Eintrittsöffnungen in den Feuerraum düsenförmig ausgebildet und vorzugsweise seit­ lich über die gesamte Feuerraum-Tiefe verteilt sind.

9. Kachelofen-Heizeinsatz nach Anspruch 8 dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Primärluft-Eintrittsöffnungen im Feuer­ raum im schrägen Winkel zum Glutbett gerichtet ausge­ führt sind.

10. Kachelofen-Heizeinsatz nach den Ansprüchen 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß der Feuerrost lose herausnehmbar im Feuerraumboden eingelegt, und wahlweise durch eine ent­ sprechend dimensionierte Schamotteplatte ersetzbar aus­ geführt ist.

11. Kachelofen-Heizeinsatz nach einem der vorhergehenden An­ sprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilerkanäle (20) längs zur Strömungsrichtung der Heizgase (Fig. 2) angeordnet sind.