EP2221534A2 - Kaminofen mit einer Regelung der Luftzufuhr - Google Patents

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EP2221534A2
EP2221534A2 EP10450029A EP10450029A EP2221534A2 EP 2221534 A2 EP2221534 A2 EP 2221534A2 EP 10450029 A EP10450029 A EP 10450029A EP 10450029 A EP10450029 A EP 10450029A EP 2221534 A2 EP2221534 A2 EP 2221534A2
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EP
European Patent Office
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die
air
temperature
der
regulator
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EP10450029A
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English (en)
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EP2221534A3 (de
EP2221534B1 (de
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Manfred Weiss
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Haas und Sohn Ofentechnik GmbH
Original Assignee
Haas und Sohn Ofentechnik GmbH
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Publication date
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Publication of EP2221534A3 publication Critical patent/EP2221534A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2221534B1 publication Critical patent/EP2221534B1/de
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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
    • F23L9/00—Passages or apertures for delivering secondary air for completing combustion of fuel 
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23B—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING ONLY SOLID FUEL
    • F23B60/00—Combustion apparatus in which the fuel burns essentially without moving
    • F23B60/02—Combustion apparatus in which the fuel burns essentially without moving with combustion air supplied through a grate
    • 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
    • F23L1/00—Passages or apertures for delivering primary air for combustion 
    • F23L1/02—Passages or apertures for delivering primary air for combustion  by discharging the air below the fire
    • 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
    • F23L3/00—Arrangements of valves or dampers before the fire
    • 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
    • F24B5/026—Supply of primary and secondary air for combustion

Definitions

  • the invention relates to a stove with a control of the air supply according to the preamble of claim 1.
  • Stoves to which the invention relates in particular, have a grid on which rests the solid fuel and a substantially vertical viewing window, since the stove is not only like an oven to heat the environment, but also, like a fireplace, the To allow a view of the fire.
  • a part of the combustion air called primary air
  • another part of the combustion air called secondary air
  • the image of the burning solid could tarnish, to avoid and it is further supplied so-called nozzle air and that in an area of the rear wall of the combustion chamber above the grate.
  • the nozzle air also essentially serves to create an optically satisfactory image of the firing process.
  • Fig. 1 and 2 has a designated in its entirety by 1 inventive stove a central air connection 2, with which the combustion air passes into a distribution chamber 3.
  • the bottom of the distribution chamber 3 has a substantially circular recess which is covered by a regulator disk 4.
  • the regulator disk 4 has various recesses or openings 11, over which further details will be made below.
  • channel 5 for the nozzle air there are three channels: channel 5 for the nozzle air, channel 6 for the secondary air and channel 7 for the primary air.
  • Partitions 8 are provided between the channels, these also seal off the individual channels against the control disk 4 to the necessary extent, so that, depending on their angular position, different sized surface portions of the openings 11 of the control disk connect to each of the individual channels 5, 6, 7 manufactures. In this way it is possible to distribute the distribution of the total incoming combustion air within wide limits to the primary air channel 7, the secondary air channel 6 and the nozzle air channel 5.
  • control motor 12 is preferably arranged in the central channel, in the embodiment shown thus in the nozzle air channel 5 for the implementation of the rotational movement of the control disk 4 and either attached to one of the two separations 8 interconnecting piece of sheet metal or directly to the two separations is. It can also be provided that the motor 12 is arranged in a manner fixed against rotation by the shape of its housing, so to speak in the nozzle air channel 5, so that during its operation the rotation of the regulator disk 4 takes place only by the reaction torque.
  • a temperature sensor 10 is arranged which measures the temperature of the flue gas leaving the furnace.
  • the control device consists essentially of the following parts: A temperature sensor 10, which is positioned on the flue pipe socket 9 and with which the exhaust gas temperature is measured; a controller housing with the associated controller disk 4, are arranged in the geometrically different openings 11; an electronics unit and a drive motor 12 which moves the regulator disk 4, the electronic unit is integrated in a regulator box.
  • the controller housing In the controller housing are the three separate air channels for the primary air 7, secondary air 6 and nozzle air 5. Based on the calculated or determined by the above-mentioned conversion table / graph combustion chamber temperature, the controller disk 4 is brought by means of the drive motor 12 in the respective predetermined position, so that according to the heating power, the combustion air is supplied via the respective air channels to the combustion chamber 14. Depending on the position of the regulator disk, the combustion air can flow into the combustion chamber via one, two or simultaneously via all three air ducts in predetermined proportions.
  • Fig. 4 the names of the individual control or operating states are listed in oval fields, whereby instead of “first” etc., “1” etc. is indicated briefly.
  • the arrows represent the transitions from one state to the other, in the course of the arrows the conditions that cause the control electronics to switch from one state to the other are indicated.
  • the exhaust gas temperature or flue gas temperature T RG is measured at the flue pipe socket 9 with a commercially available temperature sensor 10 and a mathematical model, which is stored on the electronic board or an EPROM, from the measured exhaust gas temperature, the furnace temperature, hereinafter often simply called temperature, certainly.
  • the combustion chamber temperature T FR determined in this way and the gradient with which the combustion chamber temperature increases or decreases over time (T FR ') are the controlled variables which are subsequently used for regulation and ultimately lead to the movement of the regulator disk 4.
  • the control concept is based on the fact that the amount of combustion air supplied and its distribution to primary air, secondary air and nozzle air are optimally adapted to the different phases of the burning cycle of a wood-burning stove.
  • the controller disk 4 is used.
  • the control uses the one or the other way "certain" furnace temperature T FR and its time derivative T FR 'as a controlled variable. On the basis of the respective value for the combustion chamber temperature T FR and its time derivative T FR ', the control recognizes in which phase of operation the furnace is or when the furnace changes from one combustion phase to another combustion phase, and the air distribution disk is switched by means of the engine 12 with gearbox in the operating state corresponding position.
  • the oven is heated by the user, starting at rest, by means of (for example) three times fuel deposition, which takes place at a time interval from each other.
  • the controller disk In idle state, the controller disk is in the first controller position.
  • the control electronics detect the increase in temperature and the rate of increase. If this is higher than the start change T FR, Start 'corresponds (for example, 3 ° C / min), it recognizes the beginning of a heating process, namely the first heating phase, but leaves the controller disk 4 still in the first control position.
  • controller position phases primary air secondary air jet air First Rest, 1. heating, burning. 460 1570 450 Second 2. heating up, main burn. 0 2420 2570 third 1. burnout. 0 1750 130 Fourth 2. burnout. 90 1650 0
  • This distribution of the air, in particular the primary air, which flows from the bottom through the grate directly into the fuel causes, from the idle state (first regulator position) away and in the first Ansammlungphase (first regulator position) a quick start and a quick burning of the launched Fuel is achieved, and that during the second burn-out phase (fourth regulator position) any fuel residues quickly burn on and burn off, which may lead (refueling) to a (re) fueling the fire and back into the baking phase; but mostly to lower the temperature and thus in the resting state.
  • the openings shown in the drawing and the parameters, temperatures and timings set in the electronic control are adapted to the heating power, the geometry of the combustion chamber and the combustion chamber lining (fireclay) of the fireplace used for the description. With a changed combustion chamber geometry or with a change in the heating power, with a change in the combustion chamber lining etc., the openings and the positions of the regulator disk or the parameters, temperatures and time sequences must be changed or adjusted.
  • both the emissions of the heating gas CO content, dust content, OGC emissions [organic carbon, because of the health hazard a significant value for the burden on the environment, can be reduced by high combustion temperatures, especially at the beginning of the firing process ]) to greatly reduce, as well as to increase the efficiency of the furnace considerably.
  • the adjusting motor shown is preferably equipped with a slip clutch, thereby the regulator disc, if, for example, the power fails or the engine breaks down, can also be adjusted by hand. Thus, emergency operation of the stove is possible even in exceptional situations.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kaminofen mit einem Feuerraum mit einem Rost, einer Rückwand, Seitenwänden, einer Fronttüre und einer Deckplatte. Der Kaminofen ist dadurch gekennzeichnet, dass er einen Verteilerraum (3) besitzt, dessen eine Wand, die ihn von drei voneinander getrennten Kanälen, einem für die Primärluft (7), einen für die Sekundärluft (6) und einen für die Düsenluft (5), trennt, eine alle Kanäle überdeckende kreisförmige Öffnung, die durch eine drehbare Reglerscheibe(4) abgedeckt ist, aufweist, und dass die Reglerscheibe (4) Ausnehmungen bzw. Öffnungen (11) aufweist, durch die Verbindungen veränderlichen Querschnittes zwischen dem Verteilerraum und den einzelnen Kanälen herstellbar sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Kaminofen mit einer Regelung der Luftzufuhr entsprechend dem Oberbegriff der Anspruches 1.
  • Regelungen der Luftzufuhr bei Kaminöfen sind beispielsweise aus der WO 1999/64789 A , aus der die EP 1 084 370 B hervorging, bekannt. Der Anspruch 1 ist ausgesprochen allgemein gehalten und schützt einen Ofen mit einem Steuergerät, wobei getrennte Lufteintritte für Primär- und Sekundärluft und für Tertiärluft vorgesehen sind, die individuell geregelt werden können, sodass die verschiedenen Luftzutritte, beziehungsweise die verschiedenen Luftmengen an die jeweiligen Betriebsbedingungen anpassbar sind. Dies ist zwar universell verwendbar, aber äußerst aufwendig und letztlich störanfällig.
  • Aus der DE 103 24 634 A ist es bekannt, in einem Luftzufuhrkanal mehrere Öffnungen vorzusehen, die in getrennte Luftkanäle münden, wobei durch einen Hebel, der für jede Öffnung ein Absperrorgan trägt, die Öffnungen freigegeben bzw. verschlossen werden können. Die Bewegung der Absperrorgane erfolgt über Nocken gegen deren Gewicht. Wegen der Verschmutzungsgefahr, der notwendigerweise großen Toleranzen und der hohen Reibung bei der Bewegung entlang der Steuerflächen ist diese Vorrichtung störanfällig und unzuverlässig.
  • Kaminöfen, auf die sich die Erfindung insbesondere bezieht, weisen einen Rost auf, auf dem der feste Brennstoff ruht und eine im Wesentlichen vertikale Sichtscheibe, da der Kaminofen nicht nur wie ein Ofen die Umgebung erwärmen soll, sondern dabei auch, wie ein Kamin, den Blick auf das Feuer gestatten soll. Bei derartigen Kaminöfen wird ein Teil der Verbrennungsluft, Primärluft genannt, dem Brennraum durch den Rost zugeführt, ein weiterer Teil der Verbrennungsluft, Sekundärluft genannt, wir dem Brennraum oberhalb der Sichtscheibe zugeführt und dient dazu, die Ansammlung von Rauch, der das Bild des verbrennenden Feststoffes trüben könnte, zu vermeiden und es wird weiters sogenannte Düsenluft zugeführt und zwar in einem Bereich der Rückwand des Brennraumes oberhalb des Rostes. Auch die Düsenluft dient im Wesentlichen der Schaffung eines optisch befriedigenden Bildes des Brennvorganges.
  • Es ist nun zur Schaffung eines Feuers der gewünschten Intensität, der Herstellung eines befriedigenden optischen Bildes des Brandes und der möglichsten Reduktion der Emissionen notwendig, die Mengen der jeweils zugeführten Luft, damit werden immer die Mengen pro Zeiteinheit verstanden, zu regeln.
  • Erfindungsgemäß geschieht dies in Abhängigkeit von der Temperatur des Abgases und seiner zeitlichen Änderung bei der im Folgenden beschriebenen, dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 entsprechenden Vorrichtung; wobei die Beschreibung zuerst einen erfindungsgemäßen Kaminofen und sodann das Verfahren beschreibt. Die Unteransprüche definieren vorteilhafte Ausgestaltungen.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt
    • die Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Kaminofen in Frontansicht,
    • die Fig. 2 den Ofen der Fig. 1 im Schnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1,
    • die Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III der Fig. 1,
    • die Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV der Fig. 1 und
    • die Fig. 5 einen Überblick über die Verfahrensschritte und Verfahrenszustände.
  • Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, weist ein in seiner Gesamtheit mit 1 bezeichneter erfindungsgemäßer Kaminofen einen zentralen Luftanschluss 2 auf, mit dem die Verbrennungsluft in eine Verteilerkammer 3 gelangt. Der Boden der Verteilerkammer 3 weist eine im Wesentlichen kreisförmige Ausnehmung auf, die durch eine Reglerscheibe 4 abgedeckt wird. Die Reglerscheibe 4 weist verschiedene Ausnehmungen bzw. Öffnungen 11 auf, über die weiter unten Näheres ausgeführt werden wird.
  • Unterhalb der Verteilerkammer 3 befinden sich drei Kanäle: Kanal 5 für die Düsenluft, Kanal 6 für die Sekundärluft und Kanal 7 für die Primärluft. Zwischen den Kanälen sind Trennwände 8 vorgesehen, diese dichten im notwendigen Ausmaß auch die einzelnen Kanäle gegen die Reglerscheibe 4 ab, sodass, je nach deren Winkellage, verschieden große Flächenanteile der Öffnungen 11 der Reglerscheibe eine Verbindung zu jedem einzelnen der Kanäle 5, 6, 7 herstellt. Auf diese Weise ist es möglich, die Verteilung der gesamt eintretenden Verbrennungsluft in weiten Grenzen auf den Primärluftkanal 7, den Sekundärluftkanal 6 und den Düsenluftkanal 5 zu verteilen.
  • Die Weiterleitung der drei Luftströme mittels von einander getrennten Kanälen erfolgt auf übliche Weise und bedarf hier keiner weiteren Erläuterung, ebenso die jeweiligen Eintrittsstellen dieser Kanäle in die Brennkammer. Bedeutsam ist noch, dass der Regelmotor 12 für die Durchführung der Drehbewegung der Reglerscheibe 4 bevorzugt im mittleren Kanal, beim gezeigten Ausführungsbeispiel somit im Düsenluftkanal 5, angeordnet ist und entweder an einem die beiden Abtrennungen 8 miteinander verbindenden Stück Blech oder direkt an den beiden Abtrennungen befestigt ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Motor 12 durch die Form seines Gehäuses quasi im Düsenluftkanal 5 drehfest angeordnet ist, sodass bei seinem Betrieb die Verdrehung der Reglerscheibe 4 nur durch das Reaktionsmoment erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass thermisch bedingte Änderung der Geometrie nicht zu einem Fixieren der Reglerscheibe 4 führen können, da der Antriebsmotor 12 die entsprechenden Positionsänderungen mitmachen kann. An der Fig. 2 mit 9 bezeichneten Stelle, somit dem Rauchrohrstutzen, der die Verbindung mit dem (nicht dargestellten) Kamin darstellt, ist ein Temperaturfühler 10 angeordnet, der die Temperatur des den Ofen verlassenden Rauchgases misst.
  • Aus dieser Rauchgastemperatur wird auf die Feuerraumtemperatur zurückgeschlossen, was auf verschiedene Weise geschehen kann: Einerseits ist es möglich, aufgrund der Versuche, die alle Kaminöfen vor Ihrer Zulassung zum Verkauf durchmachen müssen, den Zusammenhang empirisch zu ermitteln und in Form einer Tabelle oder graphisch bzw. elektronisch festzulegen. Es ist aufgrund der bekannten Gesetze der Thermodynamik in Kenntnis der Geometrie des Ofens und in Kenntnis der verwendeten Materialien auch möglich, eine entsprechende Rückrechnung vorzunehmen. Es soll darauf hingewiesen werden, dass es nur bedingt möglich ist, solche Zusammenhänge von einem Kaminofen auf einen anderen zu übertragen, ohne die Unterschiede in der Bauweise, Größe, Brennleistung, etc. entsprechend zu berücksichtigen.
  • Die Regelvorrichtung besteht im Wesentlichen aus folgenden Teilen: Einem Temperaturfühler 10, der am Rauchrohrstutzen 9 positioniert ist und mit dem die Abgastemperatur gemessen wird; einem Reglergehäuse mit der dazugehörigen Reglerscheibe 4, in der geometrisch unterschiedliche Öffnungen 11 angeordnet sind; einer Elektronikeinheit und einem Antriebsmotor 12 der die Reglerscheibe 4 bewegt, die Elektronikeinheit ist in einem Reglerkasten integriert.
  • Im Reglergehäuse befinden sich die drei voneinander getrennten Luftkanäle für die Primärluft 7, Sekundärluft 6 und Düsenluft 5. Anhand der errechneten oder durch die oben erwähnte Umrechnungstabelle/Graphik bestimmte Brennraumtemperatur wird die Reglerscheibe 4 mittels des Antriebsmotor 12 in die jeweilig vorbestimmte Stellung gebracht, so dass entsprechend der Heizleistung die Verbrennungsluft über die jeweiligen Luftkanäle dem Brennraum 14 zugeführt wird. Je nach Stellung der Reglerscheibe kann die Verbrennungsluft über einen, zwei oder gleichzeitig über alle drei Luftkanäle in vorbestimmten Verhältnissen dem Brennraum zuströmen.
  • Prinzipiell ist es somit so, dass die unterhalb des Rostes durch einen zentralen Anschluss zugeführte externe Verbrennungsluft in eine Verteilerkammer gelangt, die an einer ihrer horizontalen Stirnseiten, bevorzugt der Bodenseite, mit einer drehbaren Reglerscheibe abgeschlossen ist, die Öffnungen oder Einschnitte aufweist, durch die die Luft aus der Verteilerkammer in einen von drei auf der anderen Seite der Reglerscheibe angeordneten Kanälen gelangt.
  • Durch Wahl der entsprechenden Winkellage der Reglerscheibe und somit der darauf passend geformten und angeordneten Durchbrechungen bzw. Ausnehmungen ist es möglich, die drei benötigten Luftströme in weitem Bereich dem momentanen Betriebszustand anzupassen.
    • Beschreibung der Regelung:
  • In Fig. 4 sind die Bezeichnungen der einzelnen Regel- bzw. Betriebszustände in ovalen Feldern angeführt, wobei statt "Erster" etc. kurz "1" etc. angegeben ist. Die Pfeile stellen die Übergänge von einem Zustand in den anderen dar, im Verlauf der Pfeile sind die Bedingungen, die die Regelelektronik veranlasst, von einem Zustand in den anderen zu schalten, angegeben.
  • Die angegebenen Werte stellen reine Beispielsangaben dar, die nicht symbolisch sind, aber doch nur größenordnungsmäßig stimmen und vor allem an den einzelnen, real gegebenen Kaminofen angepasst werden müssen.
  • Die Abgastemperatur bzw. Rauchgastemperatur TRG wird am Rauchrohrstutzen 9 mit einem handelsüblichen Temperaturfühler 10 gemessen und über ein mathematisches Modell, welches auf der elektronischen Platine bzw. einem EPROM gespeichert ist, wird aus der gemessenen Abgastemperatur die Feuerraumtemperatur, im Folgenden oft einfach Temperatur genannt, bestimmt. Die so bestimmte Feuerraumtemperatur TFR und der Gradient, mit der sich die Feuerraumtemperatur über die Zeit erhöht oder verringert (TFR '), sind die Regelgrößen, die in weiterer Folge zur Regelung herangezogen werden und schließlich zur Bewegung der Reglerscheibe 4 führen.
  • Das Regelungskonzept beruht darauf, dass die zugeführte Verbrennungsluftmenge sowie deren Aufteilung auf Primärluft, Sekundärluft und Düsenluft optimal an die unterschiedlichen Phasen des Abbrandzyklus eines Kaminofens angepasst werden. Dazu wird die Reglerscheibe 4 verwendet. Es existiert eine weitere Zuluftöffnung 13 für die Sekundärluft, die ungeregelt ist und so einen minimalen Strom an Sekundärluft sicherstellt, wodurch eine Verschmutzung der Sichtscheibe verhindert wird.
  • Die Regelung verwendet die auf die eine oder andere Weise "bestimmte" Feuerraumtemperatur TFR und ihre zeitliche Ableitung TFR' als Regelgröße. Auf Basis des jeweiligen Wertes für die Feuerraumtemperatur TFR und ihrer zeitlichen Ableitung TFR' erkennt die Regelung, in welcher Betriebsphase sich der Ofen befindet bzw. wann der Ofen von einer Abbrandphase in eine andere Abbrandphase wechselt, und die Luftverteilungsscheibe wird mittels des Motors 12 samt Getriebe in die dem Betriebszustand entsprechende Position gefahren.
  • Dabei wird zwischen dem Ruhezustand, zwei Anheizphasen, einer Anbrennphase, einer Hauptbrennphase sowie zwei unterschiedlichen Ausbrandphasen unterschieden. Für jede dieser Abbrandphasen ist eine Stellung der Luftverteilungsscheibe definiert, bei der, auf diesen Betriebszustand hin optimierte Mengen an Primärluft, Scheibenluft und Düsenluft zugeführt werden.
    • Beispielsweiser Ablauf beim Beheizen des Ofens:
  • Der Ofen wird vom Benutzer, beginnend im Ruhezustand, mittels (beispielsweise) dreimaliger Brennstoffauflage, die in zeitlichem Abstand voneinander erfolgt, angeheizt. Im Ruhezustand ist die Reglerscheibe in der ersten Reglerstellung. Die Regelelektronik stellt den Anstieg der Temperatur und die Geschwindigkeit des Anstiegs fest. Wenn diese höher ist, als es der Startänderung TFR,Start' (beispielsweise 3°C/min) entspricht, so erkennt sie den Beginn eines Heizvorganges, nämlich die erste Anheizphase, lässt aber die Reglerscheibe 4 noch in der ersten Reglerstellung.
  • Sodann gibt es zwei Möglichkeiten:
    1. A) Wenn die errechnete Feuerraumtemperatur TFR für einen längeren Zeitraum als eine vorbestimmte Endzeit τ Ende (beispielsweise 300sec) niedriger ist als eine vorbestimmte Endtemperatur T Ende (beispielsweise 200°C), beispielsweise, weil nicht ausreichend Brennmaterial im Ofen ist, so erkennt die Regelelektronik das Ende des Brennvorganges und stellt die Reglerscheibe 4 wieder in die erste Reglerstellung, der Ruhezustand ist erreicht, der Zyklus ist beendet.
    2. B) Wenn die errechnete Feuerraumtemperatur TFR höher wird, als die vorgegebene Anheiztemperatur T Anheiz (beispielsweise 700°C), gegebenenfalls unter der Maßgabe, dass die Überschreitung über eine vorbestimmte Zeit τ Anheiz (beispielsweise 300sec) erfolgen muss (ausreichende Brennstoffmenge), so verstellt die Regelelektronik die Reglerscheibe 4 von der ersten Reglerstellung in die zweite Reglerstellung, die zweite Anheizphase ist erreicht.
  • Ausgehend von der zweiten Anheizphase gibt es, in Abhängigkeit von der weiteren Entwicklung der Feuerraumtemperatur TFR, drei Möglichkeiten:
    1. A) Wenn die Feuerraumtemperatur TFR für einen längeren Zeitraum als eine vorbestimmte Endzeit τ Ende (beispielsweise 300sec) niedriger ist als eine vorbestimmte Endtemperatur T Ende (beispielsweise 200°C) (Brennstoffende), so erkennt die Regelelektronik das Ende des Brennvorganges und stellt die Reglerscheibe 4 wieder in die erste Reglerstellung, der Ruhezustand ist erreicht, der Zyklus ist beendet.
    2. B) Wenn die Änderung (Verringerung) der Feuerraumtemperatur TFR' kleiner (= schneller) ist, als es einer ersten Übergangsgeschwindigkeit TFR41a' (beispielsweise -7,5°C/sec) entspricht (Öffnen der Brennraumtür zum Nachlegen), so erkennt die Regelelektronik den die Notwendigkeit des Übergangs des Brennvorganges in die sogenannte Anbrennphase und stellt die Reglerscheibe 4 wieder in die erste Reglerstellung.
    3. C) Wenn die Änderung (Verringerung) der Feuerraumtemperatur TFR' kleiner (= schneller) ist, als es einer zweiten Übergangsgeschwindigkeit TFR41b' (beispielsweise -5,0°C/sec) entspricht, dies aber bei einer Temperatur, die unter einer sogenannten ersten Übergangstemperatur T FR41 liegt, so erkennt die Regelelektronik ebenfalls den Übergang des Brennvorganges in die sogenannte Anbrennphase und stellt die Reglerscheibe 4 wieder in die erste Reglerstellung.
  • Nach dem Erreichen der Anbrennphase gibt es, in Abhängigkeit des weiteren Verlaufes der Feuerraumtemperatur TFR, zwei Möglichkeiten:
    1. A) Wenn die Feuerraumtemperatur TFR niedriger ist als eine vorbestimmte Endtemperatur T Ende (beispielsweise 200°C), gegebenenfalls erst nach einem längeren Zeitraum als eine vorbestimmte Endzeit τ Ende (beispielsweise 300sec) (Brennstoffende), so erkennt die Regelelektronik das Ende des Brennvorganges, belässt die Reglerscheibe 4 in der ersten Reglerstellung, der Ruhezustand ist erreicht, der Zyklus ist beendet.
    2. B) Wenn die Feuerraumtemperatur TFR über eine vorbestimmte Hauptbrenntemperatur T Phase12 (beispielsweise 680°C) steigt, so erkennt die Regelelektronik den Übergang des Brennvorganges in die sogenannte Hauptbrennphase und stellt die Reglerscheibe 4 wieder (nach der zweiten Anheizphase) in die zweite Reglerstellung.
  • Nach dem Erreichen der Hauptbrennphase wird diese beibehalten, bis das Unterschreiten einer Ausbrandtemperatur T FR23 und/oder eine Abkühlgeschwindigkeit unter (= schneller) einer vorgegebenen Ausbrandtemperaturabsenkung T FR23' (beispielsweise -7,5°C/sec, entspricht dem Nachlegen von Brennstoff) festgestellt wird. So wird von der Regelelektronik erkannt, dass die erste Ausbrandphase erreicht ist, und die Reglerscheibe 4 wird in ihre dritte Reglerstellung gebracht.
  • Nach dem Erreichen der ersten Ausbrandphase gibt es drei Möglichkeiten:
    1. A) Wenn die Änderung (Verringerung) der Feuerraumtemperatur TFR' kleiner (= schneller) ist, als es der ersten Übergangsgeschwindigkeit TFR41a' (beispielsweise -7,5°C/sec, Nachlegen) entspricht, so erkennt die Regelelektronik den Übergang des Brennvorganges in die sogenannte Anbrennphase und stellt die Reglerscheibe 4 wieder in die erste Reglerstellung.
    2. B) Wenn die Änderung (Verringerung) der Feuerraumtemperatur TFR' kleiner (= schneller) ist, als es der zweiten Übergangsgeschwindigkeit TFR41b' (beispielsweise -5,0°C/sec) entspricht, dies aber bei einer Temperatur, die unter der sogenannten ersten Übergangstemperatur T FR41 liegt, so erkennt die Regelelektronik ebenfalls den Übergang des Brennvorganges in die sogenannte Anbrennphase und stellt die Reglerscheibe 4 wieder in die erste Reglerstellung.
    3. C) In allen anderen Fällen wird von der Regelelektronik nach einer Wartezeit (beispielsweise zwei Minuten) der Übergang in die zweite Ausbrandphase erkannt und die Reglerscheibe 4 in ihre vierte Reglerstellung gebracht.
  • Nach dem Erreichen der zweiten Ausbrandphase gibt es drei Möglichkeiten:
    1. A) Wenn die Änderung (Verringerung) der Feuerraumtemperatur TFR' kleiner (= schneller) ist, als es der ersten Übergangsgeschwindigkeit TFR41a' (beispielsweise -7,5°C/sec, Nachlegen) entspricht, so erkennt die Regelelektronik den Übergang des Brennvorganges in die sogenannte Anbrennphase und stellt die Reglerscheibe 4 wieder in die erste Reglerstellung.
    2. B) Wenn die Änderung (Verringerung) der Feuerraumtemperatur TFR' kleiner (= schneller) ist, als es der zweiten Übergangsgeschwindigkeit TFR41b' (beispielsweise -5,0°C/sec) entspricht, dies aber bei einer Temperatur, die unter der sogenannten ersten Übergangstemperatur T FR41 liegt, so erkennt die Regelelektronik ebenfalls den Übergang des Brennvorganges in die sogenannte Anbrennphase und stellt die Reglerscheibe 4 wieder in die erste Reglerstellung.
    3. C) Wenn die errechnete Feuerraumtemperatur TFR niedriger ist als eine vorbestimmte Endtemperatur T Ende (beispielsweise 200°C) (beispielsweise, weil nicht mehr ausreichend Brennmaterial im Ofen ist), so erkennt die Regelelektronik das Ende des Brennvorganges und stellt die Reglerscheibe 4 wieder in die erste Reglerstellung, der Ruhezustand ist erreicht, der Zyklus ist beendet.
  • In den einzelnen Reglerstellungen liegen beispielsweise folgende Verhältnisse der Größen der einzelnen Öffnungen (in mm2) vor, wobei stets zusätzlich die Sekundärluftöffnung 13 mit einer Größe von 325 mm2 offen ist:
    Reglerstellung Phasen Primärluft Sekundärluft Düsenluft
    Erste Ruhe, 1.Anheiz., Anbrenn. 460 1570 450
    Zweite 2. Anheiz., Hauptbrenn. 0 2420 2570
    Dritte 1. Ausbrand. 0 1750 130
    Vierte 2. Ausbrand. 90 1650 0
  • Diese Verteilung der Luft, insbesondere der Primärluft, die ja von unten durch den Rost direkt in den Brennstoff strömt, bewirkt, dass vom Ruhezustand (erste Reglerstellung) weg und in der ersten Anheizphase (erste Reglerstellung) ein rascher Start und ein rasches Anbrennen des aufgelegten Brennstoffes erreicht wird, und dass während der zweiten Ausbrandphase (vierte Reglerstellung) eventuelle Brennstoffreste zügig an- und abbrennen, was unter Umständen (Nachlegen von Brennstoff) zu einem (erneuten) Anfachen des Feuers und wieder in die Anbrennphase führt; meist aber zum Absenken der Temperatur und damit in den Ruhezustand.
  • Während der zweiten Anheizphase (zweite Reglerstellung) wird durch das Absperren der Primärluft und die insgesamt starke Luftzufuhr ein stabiles, aber nicht übermäßig loderndes Feuer erzielt, was eine gute und ausdauernde Heizleistung bewirkt. Kommt es dabei zu einem Absinken der Temperatur, so wird durch den Übergang zur Anbrennphase (erste Reglerstellung) mit ihrem Primärluftanteil das Feuer weiter in Gang gehalten.
  • Bei Überschreiten der vorbestimmten Hauptbrenntemperatur T Phase12 während der Anbrennphase (erste Reglerstellung), was im Wesentlichen durch den Primärluftanteil geschehen kann, erfolgt der Übergang in die Hauptbrennphase (zweite Reglerstellung), bei der keine Primärluft zugeführt wird, was zu einer Beruhigung führt.
  • Wenn kein neuer Brennstoff aufgelegt wird, so sinkt schließlich die Temperatur, die erste Ausbrandphase ohne Primärluft und insgesamt reduzierter Luftzufuhr wird erreicht, gefolgt von der bereits weiter oben beschriebenen zweiten Ausbrandphase mit gewisser Zufuhr an Primärluft, entweder zur Beendigung oder zum Anfachen des Brandes.
  • Über die drei Phasenübergänge beim Feststellen eines raschen Temperaturabfalls ist noch auszuführen, dass ein derart rascher Temperaturabfall nur durch das Öffnen der Türe beim Nachlegen von Brennstoff bewirkt werden kann, was jedes Mal den Übergang auf die Anbrennphase mit hohem Primärluftanteil bewirkt. Der langsamere Abfall der Temperatur ist durch das Ende bzw. das nahende Ende des Verbrennungsprozesses durch Brennstoffmangel bedingt und führt zu entsprechender Reaktion der Regelung.
  • Die in der Zeichnung dargestellten Öffnungen und die in der Beschreibung angeführte Parameter, Temperaturen und Zeitabläufe, die in der elektronischen Regelung eingestellt sind, sind an die Heizleistung, an die Geometrie des Brennraumes und an die Brennraumauskleidung (Schamott) des zur Beschreibung herangezogenen Kaminofens angepasst. Bei einer veränderten Brennraumgeometrie oder bei Veränderung der Heizleistung, bei Veränderung der Brennraumauskleidung etc. müssen die Öffnungen und die Stellungen der Reglerscheibe bzw. die Parameter, Temperaturen und Zeitabläufe verändert bzw. angepasst werden.
  • Durch die erfindungsgemäße Regelung erreicht man es, sowohl die Emissionen des Heizgases (CO-Gehalt, Staubgehalt, OGC-Emissionen [organischer Kohlenstoff, wegen der Gesundheitsgefahr ein wesentlicher Wert für die Belastung der Umwelt, kann durch hohe Verbrennungstemperaturen besonders zu Beginn des Brennvorganges reduziert werden]) sehr stark zu reduzieren, als auch den Wirkungsgrad des Ofens erheblich zu erhöhen.
  • Der dargestellte Verstellmotor ist bevorzugt mit einer Rutschkupplung ausgestattet, dadurch kann die Reglerscheibe, wenn z.B. der Strom ausfällt oder der Motor kaputt geht, auch mit der Hand verstellt werden. Somit ist auch in Ausnahmesituationen ein Notbetrieb des Ofens möglich.
  • Es können selbstverständlich weitere Phasen mit weiteren Stellungen der Reglerscheibe vorgesehen werden, für das Verfahren ist es auch nicht notwendig, dass eine Reglerscheibe eingesetzt wird, wenn auch wegen der Regelung von einem gemeinsamen Verteilerkasten aus die Regelung sehr zuverlässig und von den Außenbedingungen unabhängig wird. Es ist für das Verfahren ebenso möglich, einzelne Klappen oder Schieber einzeln anzusteuern, wenn es auch einen größeren apparativen Aufwand mit sich bringt. Für den Kaminofen wiederum ist die Verwendung der Reglerscheibe von großem Wert, auch dann, wenn damit ein anderer Verfahrensablauf verwirklicht wird.
  • Es ist weiters möglich, auf eine der beiden oder auch auf beide Anheizphasen zu verzichten, dadurch wird die Dauer bis zum erreichen eines stabilen Feuers verlängert, was mit einer Anhebung der Schadstoffemissionen einhergeht. Insbesondere in Ländern oder Regionen mit gering ausgeprägtem Umweltbewusstsein ist dies eine Möglichkeit einer, wenn auch nicht zu billigenden Vereinfachung.
  • Schließlich sind die angegebenen Zeiten, Temperaturen und Temperaturgradienten nur als Richtwerte zu verstehen und von Fall zu Fall anzupassen.

Claims (3)

  1. Kaminofen mit einem Feuerraum mit einem Rost, einer Rückwand, Seitenwänden, einer Fronttüre und einer Deckplatte, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Verteilerraum (3) besitzt, dessen eine Wand, die ihn von drei voneinander getrennten Kanälen, einem für die Primärluft (7), einen für die Sekundärluft (6) und einen für die Düsenluft (5), trennt, eine alle Kanäle überdeckende kreisförmige Öffnung, die durch eine drehbare Reglerscheibe(4) abgedeckt ist, aufweist, und dass die Reglerscheibe (4) Ausnehmungen bzw. Öffnungen (11) aufweist, durch die Verbindungen veränderlichen Querschnittes zwischen dem Verteilerraum und den einzelnen Kanälen herstellbar sind.
  2. Kaminofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Öffnung (2) festen Querschnittes zwischen dem Verteilerraum (3) und dem Sekundärluftkanal (6) vorgesehen ist.
  3. Kaminofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reglerscheibe (4) von einem Motor (12) verdreht wird.
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