EP0193632B1 - Verfahren zum kontrollierten Abbrennen eines in einem vertikalen Feuerungsschacht eines Ofens aufgeschichteten Stapels aus festem Brennstoff, insbesondere Holz, sowie Ofen zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zum kontrollierten Abbrennen eines in einem vertikalen Feuerungsschacht eines Ofens aufgeschichteten Stapels aus festem Brennstoff, insbesondere Holz, sowie Ofen zur Durchführung des Verfahrens Download PDF

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EP0193632B1
EP0193632B1 EP85102479A EP85102479A EP0193632B1 EP 0193632 B1 EP0193632 B1 EP 0193632B1 EP 85102479 A EP85102479 A EP 85102479A EP 85102479 A EP85102479 A EP 85102479A EP 0193632 B1 EP0193632 B1 EP 0193632B1
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EP
European Patent Office
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combustion air
openings
air
combustion
stack
Prior art date
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Application number
EP85102479A
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English (en)
French (fr)
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EP0193632A1 (de
Inventor
Lothar Dipl.-Ing. Schmidt
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WAMSLER-HERD-UND OFEN GmbH
Original Assignee
WAMSLER-HERD-UND OFEN GmbH
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Publication date
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Priority to DE8585102479T priority patent/DE3563790D1/de
Priority to US06/836,494 priority patent/US4712491A/en
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L13/00—Construction of valves or dampers for controlling air supply or draught
    • F23L13/06—Construction of valves or dampers for controlling air supply or draught slidable only
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23B—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING ONLY SOLID FUEL
    • F23B1/00—Combustion apparatus using only lump fuel
    • F23B1/30—Combustion apparatus using only lump fuel characterised by the form of combustion chamber
    • F23B1/36—Combustion apparatus using only lump fuel characterised by the form of combustion chamber shaft-type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24B—DOMESTIC STOVES OR RANGES FOR SOLID FUELS; IMPLEMENTS FOR USE IN CONNECTION WITH STOVES OR RANGES
    • F24B1/00—Stoves or ranges
    • F24B1/02—Closed stoves
    • F24B1/024—Closed stoves for pulverulent fuels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24B—DOMESTIC STOVES OR RANGES FOR SOLID FUELS; IMPLEMENTS FOR USE IN CONNECTION WITH STOVES OR RANGES
    • F24B5/00—Combustion-air or flue-gas circulation in or around stoves or ranges
    • F24B5/02—Combustion-air or flue-gas circulation in or around stoves or ranges in or around stoves
    • F24B5/021—Combustion-air or flue-gas circulation in or around stoves or ranges in or around stoves combustion-air circulation

Definitions

  • the invention relates to a method for the controlled burning of a stack of solid fuel, in particular wood, stacked in a vertical furnace shaft of a furnace by means of upper burning, in which the fuel stack is ignited on its upper surface and then burned from top to bottom.
  • the invention thus ensures that that part of the wood which - as a stock - should not yet take part in the combustion, neither the combustion exhaust gases nor the combustion air to be fed to the combustion area flows through, and thus remains below the decomposition temperature, and in addition, that the burning zone (ember bed) is sharply defined and remains comparatively small or narrow.
  • This is achieved by the combustion air supply from the side, which takes place throughout the entire burning process in the area directly above the ember bed.
  • the sharp delimitation of the combustion zone without significant heating of the fuel supply also largely avoids the generation of decomposition and carbonization gas and thus leads to very hygienic combustion, whereby the CO content, as tests have shown, remains well below 0.5% by volume . If a particularly narrow and sharply delimited combustion zone is to be ensured, it is advantageous to work with very fine combustion air jets, but to increase the flow rate of the combustion air mechanically by means of pressure and suction.
  • 10 denotes the furnace housing, which preferably consists at least in part of a material of high thermal capacity, such as ceramic (tiles) or cast iron.
  • a vertical firing shaft 11 which has a rectangular cross section in the illustrated embodiment.
  • the bottom of the shaft 11 is formed by a grate 12, under which there is a dense ash chamber 13 with an ash door 14. 15 with an opening leading to the outside of the ash chamber 13 is designated, which has a very specific size to be explained later.
  • the top of the firing shaft 11 is open and is connected to side lugs 16 and 17.
  • FIG. 2 and 3 show in individual representation the air supply ducts to the combustion air openings and the elements controlling their air entry. 2 it is assumed that - as a modification to FIG. 1 - the combustion shaft 11 is provided with four rows of combustion air openings, that is to say with openings 22a, 22b, 22c and 22d. A separate air duct 24a, 24b, 24c and 24d now leads to each of these rows of openings.
  • the air inlets to these four channels lie next to one another and are delimited by openings 25a, 25b, 25c and 25d, which are provided in a fixed cover plate 26. On the cover plate 26 sits coaxially on a shaft 27, an adjustment disc 28 rotatable about this shaft, as can be seen in FIG. 3.
  • the adjusting disk 28 has an adjusting opening 29 corresponding to the openings of the cover disk 26.
  • a bimetal spring 30 is connected on the one hand to the shaft 27 and on the other hand to the disk 28.
  • an adjusting sector 31 sits on the shaft 27, a thermal adjusting element being connected on the one hand to the adjusting disk 28 and on the other hand to the adjusting sector 31.
  • cover disk 26 and adjusting disk 28 have essentially the same diameter.
  • the openings 25 of the cover plate 26 correspond to the adjustment opening 29 of the adjustment plate 28 in such a way that - depending on the rotational position of the plate 28 - the air inlet to one of the channels 24 fully or to two adjacent channels correspondingly partially (stepless transition from one to the other channel ) is open.
  • the twisting of the adjusting disk 28 is carried out by the bimetallic spring 30, which is attached to the disk 28 in such a way that when the spring 30 is cold, the air inlet to the channel 24a for the uppermost row of openings 22a is open and all other air inlets are closed, whereas the bimetallic spring in the row warms up after the air inlet has been shifted continuously from channel 24a to channel 24b, to channel 24c and finally to channel 24d, with the other channels respectively being closed.
  • the thermal actuator 32 it is possible by means of the thermal actuator 32 to determine the position of the actuating sector 31 relative to the adjustment opening 29.
  • the actuating sector 31 thus defines the total size of the adjustment opening 29 and thus the total amount of combustion air to be supplied to the combustion shaft 11.
  • the non-coverage corresponds to a full heating power of the device
  • a partial coverage corresponds to a reduced heating power.
  • This can be set by the user of the fireplace by actuating the actuator 32, for example via a switch toggle located on the outside of the housing and connected to the actuator 32.
  • the thermal actuator 32 which responds to heat, automatically ensures that this setting is not changed by different heating qualities of the fuel, different train conditions and the like.
  • the opening width of the adjustment opening 29 determined by the actuator 32 does not change as a result of rotations of the adjustment disk 28 caused by the bimetallic spring 30.
  • the fireplace works as follows. First, wood is introduced through the filling door 23 into the combustion shaft until it is completely filled. Then the wood stack is ignited on its upper surface, wherein the ash door 14 can be left open to facilitate the ignition process. After the ignition process has taken place, the filling door 23 and the ash door 14 are closed. Combustion air is supplied to the ember bed forming on the top of the stack through the openings 22a, because in the cold state the bimetallic spring 30 holds the adjusting disk 28 in such a rotational position that only the air supply to the duct 24a is open, whereas the supply to the ducts 24b and 24c is closed.
  • the ember bed slowly sinks down, with the result that more heat is supplied to the bimetal spring 30 and this slowly rotates the adjusting disk 28.
  • the result of this is that the openings 25a of the cover plate 26 of the channel 24a are closed and at the same time the openings 25b of the channel 24b are opened.
  • the supply openings to the openings 22b then also close in sequence, and the supply openings to the openings 22c open until finally only combustion air is supplied through the openings 22c and the ember bed in the area of the Grate 12 has dropped.
  • the total amount of air to be supplied to the supply channels (24) is regulated by the actuator 32 or the actuating sector 31, which enables a continuous adjustment between the minimum and maximum heating power.
  • the total burn-up time depends on the one hand on the amount of fuel added and thus on the size of the shaft 11 and on the other hand on the setting of the adjustment flap and the adjustment opening. It is only given as an example that with a shaft height of approximately 100 cm and a shaft cross-section of approximately 800 cm 2 , a burn-off time of 5-20 hours can be achieved, depending on the power setting.
  • the invention can of course undergo numerous modifications. This applies in particular to the number and arrangement of the combustion air openings 22.
  • the aim should be to provide as many separately switchable openings as possible both horizontally and vertically, in order to obtain the most uniform possible supply of the embers bed from all sides with combustion air and to others to be able to follow the sinking of the embers continuously.
  • around 3-5 rows of openings will suffice at a furnace shaft height of approximately 100 cm, namely on a shaft side wall.
  • control element does not have to be a perforated disc, but can also be designed in a different way.
  • the perforated disk can be driven manually, in which case it is expedient to provide the firing shaft and the furnace housing with viewing windows. If the perforated disk is automatically adjusted, which is of course advantageous, then other heat sensors are also suitable in addition to bimetal springs, which respond to heat transfer, convection or radiation. Clockworks are also conceivable, especially if their timing is linked to the control mechanism for the small-large position.
  • combustion air openings In order to ensure a particularly sharply defined combustion zone, it is advantageous to make the combustion air openings as small as possible and to feed the combustion air to the ember bed in comparatively sharp jets of high air velocity. In this case, it is then expedient to connect a pressure blower upstream of the combustion air supply or a suction blower downstream of the furnace.
  • the small combustion air openings in the combustion shaft can be designed as nozzles that are horizontally or slightly inclined upwards.
  • the furnace can be of any size, so that firing shafts of a height of several meters are also possible, for example, which penetrate two floors of the installation building.
  • the fireplace can - if desired - also be operated according to the burn-through principle, for example in the event that the wood filling has almost completely burned off and an extension of the heat emission is necessary; wood can then be refilled through the filling door, which ignites and burns on the ember bed already located near the grate, with only the bottom row of combustion air openings remaining open, with the result of a burnout.
  • the combustion air openings which are now considerably above the ember bed and therefore no longer supply air according to the described mode of operation, are located at a location that would be suitable for supplying secondary air. It is therefore also possible to open the air supply to the corresponding row of combustion air openings, for example the opening row 22b, with a falling ember bed, but instead to block the air supply to the opening row 22a correspondingly blocking the openings 18, 19 to close and to leave the row of openings 22a partially ie with the corresponding cross section of the openings 18 and 19 open. In this case, the air originally emerging from the openings 22a as combustion air now takes over the function of the secondary air.
  • a fill level indicator can also be provided for manual pre-setting to partial filling in order to ensure that the adjustment disc is preset in such a way that when it is ignited (cold device) a lower filling level is already adjusted Row of combustion air openings is open.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontrollierten Abbrennen eines in einem vertikalen Feuerungsschacht eines Ofens aufgeschichteten Stapels aus festem Brennstoff, insbesondere Holz, mittels oberem Abbrand, bei dem der Brennstoffstapel an seiner oberen Oberfläche entzündet und dann von oben nach unten abgebrannt wird.
  • Bei Ofen für feste Brennstoffe, insbesondere Holz, ist es bekanntlich sehr schwierig, mit einer einzigen Brennstoffüllung einen über mehrere Stunden andauernden, gleichmässigen und hygienischen Abbrand zu erreichen. Bei den bekannten Öfen für feste Brennstoffe, insbesondere Holz, mit vertikalem Feuerungsschacht, arbeitet man im allgemeinen nach dem Prinzip des unteren Abbrands. Das bedeutet, dass zunächst im Feuerungsschacht, dessen Boden als Rost ausgebildet ist, der Brennstoff, also das Holz, aufgeschichtet wird, worauf dann der Holzstapel an seiner Unterseite angezündet wird. Die für die Verbrennung erforderliche Verbrennungsluft wird dabei von unten her durch den Rost zu- und die Verbrennungsgase seitlich abgeführt. Theoretisch soll nun der Holzstapel gleichmässig unten abbrennen und die zu verfeuernde Brennstoffmenge kontinuierlich von oben nachrutschen. In der Praxis jedoch stellt sich nach vergleichsweise kurzer Zeit ein durchbrandähnlicher Betriebszustand ein, d.h., die gesamte im Feuerungsschacht befindliche Holzmenge wird thermisch zersetzt, mit der Folge einer sehr hohen aber zeitlich begrenzten Leistungsspitze oder einer intensiven Rauchentwicklung falls die Abgase oben nicht abziehen können. Der Grund dafür besteht darin, dass mit dem über der Glut lagernden Brennstoff ein konvekter Wärmeaustausch stattfindet oder dass die bei der Verbrennung entstehenden heissen Abgase das über dem Glutbett befindliche Holz im Fall einer Abzugsmöglichkeit über dem Brennstoffdepot bei ihrem Weg nach oben erhitzen. Nach dem gesicherten Stand der Technik wird Holz aber bereits bei Temperaturen zwischen 100 und 150°C thermisch zersetzt, wobei brennbare und leicht entzündbare Gase entstehen, die dann in kurzer Zeit zu den erwähnten Reaktionen des gesamten Holzstapels führen. Ein kontrollierter, kontinuierlicher und hygienischer sowie wirtschaftlicher Abbrand ist also auf diese Weise nicht zu erreichen.
  • Es ist deshalb auch bereits versucht worden, mit einem sogenannten oberen Abbrand zu arbeiten, bei dem der Holzstapel an seiner oberen Oberfläche angezündet wird und dann von oben nach unten abbrennen soll. In der Praxis kommt es jedoch auch hierbei vergleichsweise schnell zu einem Durchbrand des gesamten Holzstapels. Die Strömungsgeschwindigkeit der von unten, also vom Rost her, zugeführten und den Holzstapel nach oben zum Glutbett hin durchströmenden Verbrennungsgase ist nämlich sehr gering, so dass die Verbrennungsluft durch den dagegen vergleichsweise schnellen Vorgang der Wärmeübertragung bereits weit unterhalb des Glutbettes erwärmt wird, mit der Folge, dass die oben in Verbindung mit dem unteren Abbrand erwähnten Zersetzungsvorgänge des Holzes auch hier auftreten, und zwar von oben nach unten fortschreitend. Der Holzstapel zündet also von oben nach unten durch, und es stellt sich ein Durchbrand wie im Fall des unteren Abbrands ein. Gegenüber dem Betrieb mit unterem Abbrand ergibt sich also beim oberen Abbrand lediglich der Unterschied, dass die unerwünschte hohe Leistungsspitze (Durchbrand) mit einer gewissen Zeitverzögerung erfolgt.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, das Verfahren mit oberem Abbrand derart zu verbessern, dass ein kontrollierter, leistungsmässig gleichmässiger und hygienischer Abbrand erreicht wird, ohne die Gefahr eines unkontrollierten Durchbrands oder Verschwelung der gesamten Brennstoffüllung. Weiterhin ist Aufgabe der Erfindung die Schaffung eines Ofens zur Durchführung dieses Verfahrens. Die verfahrensmässige Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Patentanspruchs 1, die vorrichtungsmässige Lösung aus den Merkmalen des Patentanspruchs 3.
  • Mit der Erfindung wird also dafür Sorge getragen, dass derjenige Teil des Holzes, der - als Vorrat - noch nicht an der Verbrennung teilnehmen soll, weder von den Verbrennungs-Abgasen noch von der dem Verbrennungsbereich zuzuführenden Verbrennungsluft durchströmt wird, somit unter Zersetzungstemperatur bleibt, und darüber hinaus, dass die Brennzone (Glutbett) scharf begrenzt und vergleichsweise klein bzw. schmal bleibt. Erreicht wird dies durch die seitliche Verbrennungsluftzufuhr, die während des gesamten Abbrandvorgangs gezielt in den Bereich unmittelbar über dem Glutbett erfolgt. Die scharfe Begrenzung der Verbrennungszone ohne wesentliche Erwärmung des Brennstoffvorrats vermeidet auch weitgehend das Entstehen von Zersetzungs- und Schwelgas und führt damit zu einer sehr hygienischen Verbrennung, wobei der CO-Anteil, wie Versuche ergeben haben, deutlich unter 0,5 Vol.-% bleibt. Soll eine besonders schmale und scharf begrenzte Verbrennungszone gewährleistet werden, dann ist es vorteilhaft, mit sehr feinen Verbrennungsluftstrahlen zu arbeiten, dabei aber die Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsluft mechanisch durch Druck- und Saugwirkung zu erhöhen.
  • Zwar war es aus der DE-C-33 292 und der DE-A-3 142 394 bereits bekannt, Verbrennungsluft von der Seite her zuzuführen und dem Glutbett nachzuführen, jedoch erfolgte dabei der Abbrandvorgang von dem dem Abgasauslass entfernten Ende des Stapels aus, mit der Folge, dass die heissen Abgase die noch nicht entzündeten Bereiche des Stapels durchströmen müssen, was der Aufgabe vorliegender Erfindung, nämlich einen unkontrollierten Durchbrand des Stapels zu vermeiden, gerade entgegenwirkt. Schliesslich war es aus der DE-A-2 804 968 bei einem Heizkessel mit oberem Abgasauslass und Abbrand von oben nach unten bekannt, mittels eines verschiebbaren Rohres die Verbrennungsluft von oben her auf den Stapel zu leiten und das Rohr dem fortschreitenden Abbrand des Stapels nach unten nachfolgen zu lassen, jedoch erfordert dieses Anblasen des Glutbettes von oben her, also entgegengesetzt der Richtung der über einen Ringspalt entweichenden Abgase, die Überwindung des dadurch entstehenden Gegendrucks und zwingt zur mechanischen Verbrennungsluftzuführung (Druckluft) mit vergleichsweise hohem Druck. Damit aber werden heisse Schwelgase im Stapel nach unten gedrückt, was nicht nur zu einer Verteerung des unteren Brennraumbereiches führt, sondern insbesondere zu einem unkontrollierten Abbrand infolge einer Entzündung des Brennstoffes durch die erwähnten Schwelgase. Auch ist dieses bekannte Verfahren infolge seines mechanischen Aufwands (Steuerung der Absenkung des Rohrs, zwingend erforderliche Druckluft) nicht für Einzelfeuerstätten geeignet.
  • Weitere zweckmässige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
    • Fig. 1 den Ofen im Vertikalschnitt,
    • Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch die Verbrennungsluft-Kanäle, und
    • Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Verteilerscheibe.
  • In Fig. 1 ist mit 10 das Ofengehäuse bezeichnet, das vorzugsweise zumindest zum Teil aus einem Material hoher Wärmekapazität besteht, etwa Keramik (Kacheln) oder Gusseisen. Im Gehäuse 10 befindet sich ein vertikaler Feuerungsschacht 11, der beim dargestellten Ausführungsbeispiel einen rechteckigen Querschnitt hat. Der Boden des Schachts 11 wird durch einen Rost 12 gebildet, unter welchem sich ein dichter Aschenraum 13 mit Aschentür 14 befindet. Mit 15 ist eine ins Freie führende Öffnung des Aschenraums 13 bezeichnet, die eine ganz bestimmte, später noch zu erläuternde Grösse besitzt. An seiner Oberseite ist der Feuerungsschacht 11 offen und steht mit seitlichen Sturzzügen 16 und 17 in Verbindung. Am strömungsmässigen Anfang der Sturzzüge 16 und 17 befinden sich Sekundärluftöffnungen 18 und 19, die über vertikale, an den Wänden des Feuerungsschachts 11 hochgeführte Vorwärmkanäle mit Luft versorgt werden. In der auf der Zeichnung dem Betrachter zugewandten Rückwand des Feuerungsschachts 11 sind in drei unterschiedlichen Höhen jeweils fünf, in einer Horizontalreihe angeordnete Verbrennungsluft-Öffnungen vorgesehen, nämlich eine obere Reihe von Verbrennungsluft-Öff-. nungen 22a, eine mittlere Reihe von Verbrennungsluft-Öffnungen 22b und eine untere Reihe von Verbrennungsluft-Öffnungen 22c. Der Gesamtquerschnitt der fünf Öffnungen einer Reihe ist so bemessen, dass er den Querschnitt der Luftzufuhröffnung 15 wesentlich übersteigt. Schliesslich ist in Fig. 1 mit 23 eine Fülltür bezeichnet.
  • Die Fig. 2 und 3 zeigen in Einzeldarstellung die Luftzuführungskanäle zu den Verbrennungsluftöffnungen sowie die deren lufteintrittsteuernde Elemente. Dabei ist in Fig. 2 davon ausgegangen, dass - in Abwandlung zu Fig. 1 - der Feuerungsschacht 11 mit vier Reihen von Verbrennungsluftöffnungen versehen ist, also mit Öffnungen 22a, 22b, 22c und 22d. Zu jeder dieser Öffnungsreihen führt nun ein gesonderter Luftkanal 24a, 24b, 24c bzw. 24d. Die Lufteintritte zu diesen vier Kanälen liegen nebeneinander und werden durch Öffnungen 25a, 25b, 25c und 25d begrenzt, die in einer feststehenden Abdeckscheibe 26 vorgesehen sind. Auf der Abdeckscheibe 26 sitzt koaxial auf einer Welle 27 eine um diese Welle verdrehbare Verstellscheibe 28, wie dies aus Fig. 3 hervorgeht. Die Verstellscheibe 28 weist eine mit den Öffnungen der Abdeckscheibe 26 korrespondierende Verstellöffnung 29 auf. Eine Bimetallfeder 30 ist einerseits mit der Welle 27 und andererseits mit der Scheibe 28 verbunden. Schliesslich sitzt auf der Welle 27 ein Stellsektor 31, wobei ein thermisches Verstellglied einerseits mit der Verstellscheibe 28 und andererseits dem Stellsektor 31 verbunden ist.
  • In der Praxis haben Abdeckscheibe 26 und Verstellscheibe 28 im wesentlichen den selben Durchmesser. Die Öffnungen 25 der Abdeckscheibe 26 korrespondieren derart mit der Verstellöffnung 29 der Verstellscheibe 28, dass - je nach Drehstellung der Scheibe 28 - jeweils der Lufteintritt zu einem der Kanäle 24 voll bzw. zu zwei benachbarten Kanälen entsprechend teilweise (stufenloser Übergang von einem zum anderen Kanal) geöffnet ist. Das Verdrehen der Verstellscheibe 28 besorgt dabei die Bimetallfeder 30, die so an der Scheibe 28 angebracht ist, dass bei kalter Feder 30 der Lufteinlass zum Kanal 24a für die oberste Öffnungsreihe 22a geöffnet und alle anderen Lufteinlässe geschlossen sind, wohingegen mit sich erwärmender Bimetallfeder der Reihe nach eine Verschiebung des Lufteintritts stufenlos vom Kanal 24a zum Kanal 24b, zum Kanal 24c und schliesslich zum Kanal 24d erfolgt, und zwar unter jeweiliger Schliessung der anderen Kanäle. Andererseits ist es mittels des thermischen Stellglied 32 möglich die Lage des Stellsektors 31 zur Verstellöffnung 29 festzulegen. Durch Nicht-Überdeckung oder teilweise Überdeckung legt somit der Stellsektor 31 die Gesamtgrösse der Verstellöffnung 29 fest und damit die Gesamtmenge an dem Verbrennungsschacht 11 zuzuführender Verbrennungsluft. Dabei entspricht die Nicht-Überdeckung einer vollen Heizleistung des Geräts, eine Teil-Überdeckung einer verminderten Heizleistung. Eingestellt kann dies vom Benutzer der Feuerstätte durch Betätigen des Stellglieds 32 werden, beispielsweise über einen an der Gehäuseaussenseite befindlichen, mit dem Stellglied 32 verbundenen Schaltknebel. Dafür, dass diese Einstellung nicht durch unterschiedliche Heizqualitäten des Brennstoffs, unterschiedliche Zugbedingungen und dergleichen verändert wird, sorgt das auf Wärme ansprechende thermische Stellglied 32 automatisch. Selbstverständlich ändert sich die vom Stellglied 32 bestimmte Öffnungsweite der Verstellöffnung 29 durch von der Bimetallfeder 30 bewirkte Drehungen der Verstellscheibe 28 nicht.
  • Die Feuerstätte arbeitet folgendermassen. Zunächst wird durch die Fülltür 23 Holz in den Feuerungsschacht eingebracht, bis dieser vollständig gefüllt ist. Dann wird der Holzstapel an seiner oberen Oberfläche angezündet, wobei zum Erleichtern des Anzündvorgangs die Aschentür 14 offengelassen werden kann. Nach erfolgtem Anzündvorgang werden die Fülltür 23 und die Aschentür 14 geschlossen. Eine Zufuhr von Verbrennungsluft zu dem sich an der Stapeloberseite ausbildenden Glutbett erfolgt durch die Öffnungen 22a, weil im kalten Zustand die Bimetallfeder 30 die Verstellscheibe 28 in einer solchen Drehstellung hält, dass lediglich die Luftzufuhr zum Kanal 24a geöffnet ist, wohingegen die Zufuhr zu den Kanälen 24b und 24c geschlossen ist. Zwar dringt auch noch durch die Öffnung 15 des Aschenraums 13 Luft ein und gelangt durch den Holzstapel hindurch bis zu dem Glutbett, jedoch ist infolge der Kleinheit der Öffnung 15 diese Luftmenge sehr gering und dient lediglich dazu, die Schwelgase in der Schwebe zu halten, also ein Absinken derselben zu verhindern. Die Verbrennungsgase treten in die Sturzzüge 16, 17 ein und strömen in diesen nach unten, wobei ihnen durch die Sekundärluft-Öffnungen 18 und 19 erwärmte Sekundärluft zum Zweck einer Nachverbrennung zugemischt wird.
  • Mit fortschreitendem Abbrand sinkt das Glutbett langsam nach unten, mit der Folge, dass der Bimetallfeder 30 mehr Wärme zugeführt wird und diese die Verstellscheibe 28 langsam dreht. Die Folge davon ist, dass die Öffnungen 25a der Abdeckscheibe 26 des Kanals 24a geschlossen und gleichzeitig die Öffnungen 25b des Kanals 24b geöffnet werden. Dies bedeutet aber, dass die Verbrennungsluftzufuhr mit sinkendem Glutbett kontinuierlich von der Öffnungsreihe 22a zur Öffnungsreihe 22b übergeht, so dass der Bereich unmittelbar über bzw. um das Glutbett herum, und nur dieser Bereich, mit Verbrennungsluft aus den Öffnungen 22 versorgt wird. Mit weiterem Abbrand und damit Absinken des Glutbetts schliessen sich dann der Reihe nach auch die Zuführöffnungen zu den Öffnungen 22b, und die Zuführöffnungen zu den Öffnungen 22c öffnen sich, bis schliesslich nur noch eine Verbrennungsluftzufuhr durch die Öffnungen 22c erfolgt und das Glutbett in den Bereich des Rostes 12 abgesunken ist.
  • Auf die beschriebene Weise wird ein sehr gleichmässiger und hygienischer Abbrand des gesamten im Schacht 11 befindlichen Holzstapels erreicht, wobei die Qualität des Abbrands noch dadurch positiv beeinflusst wird, dass die Verbrennungsluft in den Kanälen (24) vorerwärmt wird. Die Gesamtmenge an den Zuführkanälen (24) zuzuführender Luft wird durch das Stellglied 32 bzw. den Stellsektor 31 geregelt, womit eine kontinuierliche Verstellung zwischen minimaler und maximaler Heizleistung möglich ist. Die gesamte Abbranddauer hängt zum einen von der Menge des aufgegebenen Brennstoffs also auch von der Grösse des Schachts 11 und zum anderen von der Einstellung der Verstellklappe und der Verstellöffnung ab. Lediglich als Beispiel sei angegeben, dass bei einer Schachthöhe von etwa 100 cm und einem Schachtquerschnitt von etwa 800 cm2 je nach Leistungseinstellung eine Abbranddauer von 5-20 Stunden erreichbar ist.
  • Die Erfindung kann selbstverständlich zahlreiche Abwandlungen erfahren. Dies betrifft insbesondere die Zahl und Anordnung der Verbrennungsluftöffnungen 22. Anzustreben wäre, sowohl in der Horizontalen als auch in der Vertikalen möglichst viele gesondert schaltbare Öffnungen anzubringen, um so zum einen eine möglichst gleichmässige Versorgung des Glutbetts von allen Seiten her mit Verbrennungsluft zu erhalten und zum anderen dem Absinken des Glutbetts stufenlos folgen zu können. In der Praxis jedoch werden bei einer Höhe des Feuerungsschachts von etwa 100 cm etwa 3-5 Öffnungsreihen genügen, und zwar an einer Schachtseitenwand. Zur Verbesserung der Kontinuität ist es aber auch möglich, die Reihen schräg anzuordnen, derart, dass sich die unterste Öffnung der obersten Reihe nur unwesentlich über der höchsten Reihe der nächstfolgenden Reihe befindet usw. In ähnlicher Weise ist es auch möglich, die Abdeckscheibe mit mehreren Einlassöffnungen je Kanal zu versehen, oder zur Erzielung einer stufenlosen Regelung Einlassschlitze anzubringen. Dabei muss das Regelorgan keine Lochscheibe sein, sondern kann auch in anderer Weise konstruktiv ausgebildet werden. Der Antrieb der Lochscheibe kann manuell erfolgen, wobei es dann zweckmässig ist, den Feuerungsschacht und das Ofengehäuse mit Blickfenstern zu versehen. Wird, was selbstverständlich vorteilhaft ist, die Lochscheibe selbsttätig verstellt, dann eignen sich neben Bimetallfedern auch andere Wärmefühler, die auf Wärmeübertragung, Konvektion oder Strahlung ansprechen. Auch Uhrwerke sind denkbar, insbesondere wenn ihr Zeitablauf mit dem Regelorgan für die Klein-Grossstellung gekoppelt ist.
  • Um eine besonders scharf abgegrenzte Brennzone sicherzustellen, ist es vorteilhaft, die Verbrennungsluftöffnungen möglichst klein zu machen und die Verbrennungsluft in vergleichsweise scharfen Strahlen hoher Luftgeschwindigkeit dem Glutbett zuzuführen. In diesem Fall ist es dann zweckmässig, der Verbrennungsluftzuführung ein Druckgebläse vorzuschalten oder dem Ofen ein Sauggebläse nachzuschalten. Dabei können die kleinen Verbrennungsluftöffnungen des Feuerungsschachts als Düsen ausgebildet sein, die waagrecht oder geringfügig nach oben geneigt sind. Schliesslich ist darauf hinzuweisen, dass der Ofenbeliebige Grösse haben kann, also durchaus auch Feuerungsschächte einer Höhe von mehreren Metern möglich ist, die beispielsweise zwei Stockwerke des Aufstellungsgebäudes durchsetzen.
  • Selbstverständlich kann die Feuerstätte - wenn erwünscht - auch nach dem Durchbrandprinzip betrieben werden, beispielsweise in dem Fall, dass die Holzfüllung bereits nahezu vollständig abgebrannt ist und eine Verlängerung der Wärmeabgabe erforderlich wird; hier kann dann über die Fülltür Holz nachgefüllt werden, das sich an dem bereits in der Nähe des Rostes befindlichen Glutbett entzündet und abbrennt, wobei nur die unterste Reihe von Verbrennungsluftöffnungen offen ist und bleibt, mit der Folge eines Durchbrands. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, auch die Sekundärluft-Zumischung zu den Abgasen zu verbessern. Mit fortschreitendem Abbrand und damit sinkendem Glutbett entfernt sich dieses immer weiter von den Sekundärluftöffnungen 18, 19, mit der Folge, dass kaum mehr eine Nachverbrennung der Abgase stattfindet, die Sekundärluft also nur noch eine Abgasverdünnung herbeiführt. Andererseits aber befinden sich die Verbrennungsluft-Öffnungen die sich inzwischen beträchtlich oberhalb des Glutbetts befinden und deshalb gemäss der beschriebenen Betriebsweise keine Luft mehr zuführen, an einer Stelle, die für das Zuführen von Sekundärluft geeignet wäre. Es ist deshalb auch möglich, mit sinkendem Glutbett zwar die Luftzuführung zu der entsprechenden Reihe von Verbrennungsluftöffnungen, beispielsweise der Öffnungsreihe 22b, zu öffnen, anstelle deren damit korrespondierenden Sperrung der Luftzufuhr zur Öffnungsreihe 22a dagegen die Öffnungen 18, 19 zu schliessen und die Öffnungsreihe 22a teilweise d.h. mit dem korrespondierenden Querschnitt der Öffnungen 18 und 19 offen zu lassen. In diesem Fall übernimmt die aus den Öffnungen 22a ursprünglich als Verbrennungsluft austretende Luft nunmehr die Funktion der Sekundärluft. Bei noch weiterem Absinken des Glutbetts und damit Öffnen der Verbrennungsluft-Öffnungen 22c wird die Öffnungsreihe 22a geschlossen und ein Teilquerschnitt der Öffnungsreihe 22b geöffnet. Soll die Feuerstätte auch mit Brennstoff-Teilfüllungen betrieben werden, dann kann zusätzlich ein Füllgradanzeiger zur manuellen Voreinstellung auf Teilfüllung vorgesehen sein, um zu erreichen, dass die Verstellscheibe eine derartige Voreinstellung erhält, dass beim Anzünden (kaltes Gerät) bereits eine untere, der Füllhöhe angepasste Reihe von Verbrennungsluft-Öffnungen offen ist.

Claims (12)

1. Verfahren zum kontrollierten Abbrennen eines in einem vertikalen Feuerungsschacht einer Feuerstätte aufgeschichteten Stapels aus festem Brennstoff, insbesondere Holz, mittels oberem Abbrand, bei dem ein Teil der erforderlichen Verbrennungsluft von unten her zugeführt und die entstehenden Abgase nach oben abgeführt werden und bei dem der Brennstoffstapel an seiner oberen Oberfläche entzündet und dann von oben nach unten abgebrannt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der überwiegende Teil der Verbrennungsluft im wesentlichen horizontal von der Seite her einem begrenzten Bereich des sich nach dem Entzünden des Stapels ausbildenden Glutbereiches zugeführt wird und dass die Zuführung der seitlichen Verbrennungsluft der während des Abbrands erfolgenden Abwärtsbewegung des Glutbettes derart nachgeführt wird, dass die seitliche Verbrennungsluftzufuhr zum Glutbett im wesentlichen während des gesamten Abbrandvorgangs aufrechterhalten bleibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsluftzufuhr durch mechanische Druck- oder Saugwirkung unterstützt wird.
3. Feuerstätte für feste Brennstoffe, insbesondere Holz, zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einem in einem Gehäuse (10) untergebrachten, vertikalen Feuerungsschacht (11), dessen Boden als Rost (12) ausgebildet ist und dessen oberes offenes Ende mit Abgaskanälen (16, 17) in Verbindung steht, mit einer unmittelbar oberhalb des oberen Endes des Feuerungsschachts (11) befindlichen Fülltüre (23) und mit Sekundärluftöffnungen (18, 19) in dem an das Oberende des Feuerungsschachts (11) angrenzenden Bereich der Abgaskanäle (16, 17), dadurch gekennzeichnet, dass der Feuerungsschacht (11) im wesentlichen über seine gesamte Höhe verteilt mit Verbrennungsluft-Zuführöffnungen (22) versehen ist, die bzw. deren Luftzuführung (24), für die verschiedenen Höhenbereiche gesondert schliess- bzw. absperrbar sind.
4. Feuerstätte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in mehreren Höhenbereichen des Feuerungsschachts (11) jeweils mehrere Verbrennungsluft-Öffnungen (22a, 22b, 22c) vorgesehen sind.
5. Feuerstätte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsluft-Reihen (22a, 22b, 22c) sich jeweils in einer horizontalen Ebene befinden oder zur Horizontalen eine geringe Anstellung aufweisen, wobei die niedrigste Öffnung einer Reihe geringfügig höher angeordnet ist als die höchste Öffnung der nächstfolgenden Reihe.
6. Feuerstätte nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftzuführung zu den Verbrennungsluft-Öffnungen (22a, 22b, 22c) einer Öffnungsreihe zu einem Kanal (24a, 24b, 24c) zusammengefasst ist, dass die Kanäle (24) der verschiedenen Öffnungsreihen derart angeordnet sind, dass ihre Lufteinlässe unmittelbar nebeneinanderliegen, und dass diesen Lufteinlässen ein Absperrorgan (28) vorgeschaltet ist.
7. Feuerstätte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lufteinlässe der Kanäle (24) durch Abdeckscheiben (25) abgedeckt sind und das Absperrorgan aus. einer dagegen verschiebbaren oder verdrehbaren Lochscheibe (28) besteht, die manuell oder mechanisch betätigbar ist.
8. Feuerstätte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lochscheibe (28) durch einen auf das Absinken des Glutbetts ansprechenden Wärmefühler, vorzugsweise eine Bimetallfeder (30) betätigt ist, wobei die Grundstellung der Lochscheibe (28) vorzugsweise durch einen Füllgradanzeiger voreinstellbar ist.
9. Feuerstätte nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des Rostes (12) ein dichtschliessender Aschenraum angeordnet ist, der eine Öffnung (15) aufweist, deren Lufteinlassquerschnitt kleiner ist, als der Lufteinlassquerschnitt aller Verbrennungsluftöffnungen einer Öffnungsreihe.
10. Feuerstätte nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlassöffnung (29) der Lochscheibe (28) mittels eines thermischen Stellglieds (32) verstellbar und/oder die Lochscheibe (28) in einer geschlossenen Kammer angeordnet ist, die eine regelbare Gesamtluft-Zuführöffnung aufweist, der vorzugsweise eine Zugklappe oder ein Gebläse vorgeschaltet ist.
11. Feuerstätte nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärluft- öffnungen (18, 19) bzw. deren Luftzuführungen verschliessbar sind.
12. Feuerstätte nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsluftöffnungen (22) als Düsen mit geringer Anstellung gegenüber der Horizontalen ausgebildet sind.
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