EP2292975A2 - Einrichtung zum Induzieren von Zug in einer Holzfeuerung - Google Patents

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EP2292975A2
EP2292975A2 EP10405164A EP10405164A EP2292975A2 EP 2292975 A2 EP2292975 A2 EP 2292975A2 EP 10405164 A EP10405164 A EP 10405164A EP 10405164 A EP10405164 A EP 10405164A EP 2292975 A2 EP2292975 A2 EP 2292975A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
air supply
gas
combustion chamber
gas discharge
discharge line
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10405164A
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English (en)
French (fr)
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EP2292975A3 (de
Inventor
Hansheinrich Walser
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Individual
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Publication of EP2292975A3 publication Critical patent/EP2292975A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F23L17/00—Inducing draught; Tops for chimneys or ventilating shafts; Terminals for flues
    • F23L17/16—Induction apparatus, e.g. steam jet, acting on combustion products beyond the fire
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23B—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING ONLY SOLID FUEL
    • F23B99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass

Definitions

  • the invention relates to wood firing (wood stoves, cheminees, apartment barbecues, etc.) based on the natural draft principle (or chimney effect).
  • wood furnaces are widely used both in residential and commercial as well as in holiday homes and in mountain huts as well as, for example, central heating devices in the form of automatic pellet or woodchip boilers.
  • the invention relates to a device for improved starting of a firing process of a wood firing.
  • the chimney effect or natural draft is a physical phenomenon that is based in particular on traditional, conventional wood firing.
  • the fire warms the air. Due to the lower density compared to cold air, a buoyancy is created for the warm air.
  • the warm air rises and exits through the mouth of the fireplace. This creates a vacuum at the bottom, which draws in oxygen-rich fresh air, which further fuels the fire.
  • the fire temperature rises, and there is a positive feedback.
  • the height of the chimney is an important factor: For example, in the case of chimney construction, the rule of thumb is that the chimney height must be at least four times that of any oven pipe sections that may run across the room.
  • wood gasification boilers In contrast to natural train combustion, there are wood gasification boilers, which have a significantly better efficiency and lower emission values than natural draft combustion systems. Such wood gasification boilers are based on a forced draft. In wood gasification boilers, controlled air supply and controlled draft ensure that gasification of the fuel is spatially separated from combustion of the fuel gas produced. Wood gasification boilers are based on the DC gasifier (or gasifier) principle, where the gas produced is at a very high temperature, completely breaking down tar and pyrolysis products, which has a beneficial effect on both efficiency and emissions. The combustion of the wood takes place in a low-oxygen (reducing) atmosphere downwards, contrary to the natural tendency of hot gases to flow upwards. Therefore, the natural chimney effect can not be used or at least not directly. in the Generally, therefore, a suitable blower is required, which promotes the combustion gases down. Depending on the design, there is usually a heat-resistant induced draft fan in the exhaust gas flow or a pressure fan in the fresh air supply.
  • a disadvantage of this solution is the very high cost and the fact that moving parts in a highly corrosive environment in the interior of the gas discharge line or at the outlet to the atmosphere are present.
  • the solutions according to the prior art have in common that they start causally appropriate for the actual fireplace, ie in the vertical part of the gas discharge, as far away from the burning location and as close to the mouth of the fireplace.
  • US 4,441,436 From the scriptures US 4,441,436 .
  • US 4,413,571 and FR 2 284 828 approaches are known to obtain the necessary forced train in wood gasification boilers.
  • US 4,441,436 It is proposed to assist the train generated by a downstream stack by blowing gas at a colder temperature than the draft gas. This method is based on the fact that the temperature difference promotes convection; however, the process only works when the gas flowing in the chimney is already hot, ie after the burning process has started.
  • a blower is used to blow air into the combustion chamber; with the same blower, in particular during the refilling of fuel, the train in the gas discharge line can be maintained by also blowing air into the fume hood.
  • the FR 2 284 828 teaches to generate the train through a Venturi pump on a downdraft carburetor.
  • These approaches have in common that they concern DC gasifier, in which a train in the combustion chamber is to be generated against the natural flow direction.
  • the approaches concern the continuous operation of this carburetor and not putting it into gear. Due to the higher demands on the boilers and the combustion and the very high combustion temperatures of approx. 1100 ° C, which are necessary for the effect, such DC gasifier approaches are completely unsuitable for the improvement of conventional wood combustion systems.
  • a device according to the invention is suitable both for attachment to already existing wood firing systems and as a component of newly produced wood firing systems.
  • Such wood furnaces have a combustion chamber or burning point, at which the wood fire should burn, as well as an air supply into the combustion chamber or to the combustion chamber and a Gasabtex Kunststoff, which usually has a fireplace and often also in this opening stovepipe.
  • the direction of flow in the combustion chamber or at the firing point is from bottom to top, as a result of which the wood firing is based on the natural draft principle (and also the gas discharge from the combustion chamber or firing point preferably increases monotonically, with at most horizontal sections).
  • the device according to the invention is characterized essentially by the fact that it has a gas conveyor arranged outside the gas discharge line, which conveys ambient air (or possibly another gas such as nitrogen) via an air supply line into the gas discharge line in such a way that at the mouth of the air supply line in the Gasabriostechnisch the air flow has a parallel to the flow direction of the combustion gases component.
  • the air supply line has a significantly smaller cross-sectional area than the gas discharge line, at least in the area of the mouth into the gas discharge line.
  • the ambient air supplied to the gas discharge line (or the other gas) does not have to be heated during this process; for the sake of minimizing energy consumption, the air supplied is advantageously not heated (this of course does not preclude a minimum warm-up by the waste heat of the gas-conveying means, but rather means "unheated" that there are no separate heating means).
  • One mechanism which may contribute to the functioning of the approach according to the invention is that a flow is also generated in the gas discharge line by the incoming air, whereby, according to Bernoulli's theorem, a slight negative pressure is created. As a result, gas is sucked in from the combustion chamber or combustion point, thus initiating the necessary flow.
  • a radial fan is preferably used, which can promote even at the mentioned comparatively small power and air through an air supply line, for example, a few decimeters to a few meters with a sufficiently large throughput; but also axial fans or other gas delivery principles are not excluded.
  • the air velocity in the region of the mouth is preferably about 5-25 m / s.
  • the fan only needs to deliver ambient air and no aggressive fumes. Therefore, it does not have to be particularly resistant to corrosion. There are preferably no moving and therefore potentially repair-prone parts inside the Gasabdies Ellis and therefore difficult to access and exposed to the flue gas.
  • the mouth of the air supply line into the gas discharge line is connected downstream in the direction of flow of the combustion chamber or combustion station, i. It is located in the area where no flames have come in during normal operation of the wood firing. It is located, for example, at least 50 cm from the point at which the fire burns in normal operation. However, it can be arranged as mentioned in the not too great distance, for example. A maximum of 2.5 m or 2 m away from the place of wood firing.
  • the air supply line then preferably extends into the gas discharge line and has a section parallel to the gas discharge line in front of its mouth.
  • the section extending parallel to the gas discharge line is preferably at least approximately 3 times as long as its diameter.
  • the device according to the invention will be used, for example, during an initial operation.
  • the initial operation during which an air supply by means of gas conveyors in the gas discharge line, maintained during a limited period of, for example, between 30 and 60 minutes, during this period often only during very short intervals of a few seconds to about 1 minute air must be supplied.
  • the initial operation with air supply at intervals (for example, each manually set in smoke or in pre-programmed intervals) and an initial operation with continuous air supply is possible.
  • the gas flow is generally kept going by itself due to the thermals.
  • the gas conveying means can be switched off; a controller can cause this, for example, automatically.
  • the device may optionally have, in addition to the described means, a sensor which detects a smoke development and is in communication communication with a controller which sets the gas conveying means in smoke development immediately automatically.
  • the wood stove 1 according FIG. 1 is of the type wood stove cooker. It has a combustion chamber 2, the bottom of which is formed by a grate 3. Below the grate 3 an ash receptacle is present, in which an air supply 4 opens from outside the furnace. On the upper side, a horizontal smoke extraction area 5 closes to the combustion chamber 5 on, through which the hot flue gases are passed and thereby, for example, a not directly above the combustion chamber lying hearth and / or a baking area warms up. To the horizontal smoke extraction area closes a stove pipe 7, which opens into a chimney 8. The smoke extraction area 5 of the oven, the stovepipe 7 and the chimney 8 together form the Gasabtextechnisch.
  • the solid arrows 10 illustrate the gas flow in normal operation. In continuous operation, the gas flow is generally kept in motion by the thermals of the furnace itself, and no dedicated drive means are required.
  • FIG. 1 schematically a gas conveying means 11 - for example, an electrically operated radial fan - and four possible placements of the air supply line or its mouth region are shown, wherein per oven preferably only one of these air supply lines 12, 13, 14, 15 is present.
  • the corresponding air supply line has a mouth section at least approximately parallel to the flow direction in the gas discharge line.
  • FIG. 2 shows a furnace 1 of a type without a horizontal flue, wherein the air supply line 16 is tapered in the area in front of its mouth in order to obtain the optimum inflow velocity in the mouth region and still to optimize the flow resistance.
  • a radial fan with a power of about 20 watts and an air supply line of a length of about 60 cm and a diameter of about 20 mm were used to air at the in FIG. 1 Blow in place designated 14.
  • the calculated flow velocity in the area of the mouth of the air supply line was about 12 m / s. Any incipient smoke development was stopped immediately by switching on the radial fan in this configuration and the firing process was immediately started again.
  • a radial fan with a power of about 56 watts and an air supply line with a length of about 1.5 m and a diameter of about 60 mm and at the mouth area of 30 mm were used to air the in Fig. 2 Blow in place designated 16.
  • the calculated flow velocity in the area of the mouth of the air supply line was about 15 m / s.
  • any incipient smoke development was stopped immediately by switching on the radial fan in this configuration and the firing process was immediately started again.

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Abstract

Eine erfmdungsgemässe Einrichtung ist sowohl zum Anbringen an bereits vorhandenen Holzfeuerungen als auch als Bauteil neu hergestellter Holzfeuerungen geeignet. Solche Holzfeuerungen weisen eine Brennkammer (2) oder Brennstelle auf, an welcher das Holzfeuer brennen soll, sowie eine Luftzufuhr (4) in die Brennkammer und eine Gasabführleitung (5, 7, 8), die meist einen Kamin (8) und oft auch ein in diesen mündendes Ofenrohr (7) aufweist. Die erfindungsgemässe Einrichtung zeichnet sich im Wesentlichen dadurch aus, dass sie ein ausserhalb der Gasabführleitung (5, 7, 8) angeordnetes Gasfördermittel (11) aufweist, welches Umgebungsluft über eine Luftzuführleitung (12, 13, 14, 15) in die Gasabführleitung (5, 7, 8) fördert und zwar so, dass an der Mündung der Luftzuführleitung in die Gasabführleitung (5, 7, 8) die Luftströmung eine zur Strömungsrichtung der Verbrennungsgase parallele Komponente aufweist. Die Luftzuführleitung (12, 13, 14, 15) hat mindestens im Bereich der Mündung in die Gasabführleitung eine deutlich kleinere Querschnittsfläche als die Gasabführleitung.

Description

  • Die Erfmdung betrifft Holzfeuerungen (Holzöfen, Cheminees, Wohnungsgrillstellen etc.), die auf dem Naturzug-Prinzip (oder Kamineffekt) basieren. Solche Holzfeuerungen sind sowohl in Wohn- und Gewerbe- als auch in Ferienhäusern und in Berghütten sowie auch als beispielsweise zentrale Heizeinrichtungen in Form von automatischen Pellet- oder Holzschnitzel-Heizkesseln weit verbreitet. Die Erfmdung betrifft insbesondere eine Einrichtung zum verbesserten in-Gang-Setzen eines Brennvorgangs einer Holzfeuerung.
  • Der Kamineffekt oder Naturzug ist ein physikalisches Phänomen, auf dem insbesondere traditionelle, konventionelle Holzfeuerungen beruhen. Das Feuer, erwärmt die Luft. Aufgrund der geringeren Dichte im Vergleich zu kalter Luft entsteht für die warme Luft ein Auftrieb. Die warme Luft steigt auf und zieht durch die Mündung des Kamins ab. Dadurch entsteht unten ein Unterdruck, wodurch sauerstoffreiche Frischluft angesaugt wird, welche das Feuer weiter anfacht. Dadurch steigt die Brandtemperatur, und es kommt zu einer positiven Rückkopplung. Beim Kamineffekt ist die Höhe des Kamins eine wichtige Grösse: Beispielsweise gilt beim Kaminbau die Faustregel, dass die Kaminhöhe mindestens das Vierfache von eventuell quer im Raum verlaufenden Ofenrohrabschnitten sein muss.
  • Im Gegensatz zu Naturzugverbrennungen stehen Holzvergaserkessel, die einen deutlich besseren Wirkungsgrad und niedrigere Emissionswerte haben als Naturzugfeuerungen. Solche Holzvergaserkessel basieren auf einem erzwungenen Luftzug. Bei Holzvergaserkesseln wird mit geregelter Luftzufuhr und geregeltem Luftzug erwirkt, dass eine Vergasung des Brennstoffs von der Verbrennung des erzeugten Brenngases räumlich getrennt wird. Holzvergaserkessel basieren auf dem Gleichstromvergaser- (oder Abstromvergaser-) Prinzip, bei dem das erzeugte Gas eine sehr hohe Temperatur hat und Teer und Pyrolyseprodukte dadurch vollständig aufgespaltet werden, was sich vorteilhaft sowohl auf den Wirkungsgrad als auch auf die Emissionswerte auswirkt. Die Verbrennung des Holzes findet in einer sauerstoffarmen (reduzierenden) Atmosphäre nach unten hin statt, entgegen der natürlichen Tendenz von heissen Gasen nach oben zu strömen. Daher kann der natürliche Kamineffekt nicht oder zumindest nicht direkt genutzt werden. Im Allgemeinen wird daher ein geeignetes Gebläse benötigt, das die Verbrennungsgase nach unten fördert. Je nach Bauart befindet sich meist ein hitzefester Saugzugventilator im Abgasstrom oder ein Druckgebläse in der Frischluftzufuhr.
  • Bei Holzfeuerungen, die auf dem Naturzugprinzip basieren, findet der Luftzug durch eine Brennkammer oder Brennstelle hindurch immer von unten nach oben statt, und auch die Gasabführung von der Brennkammer oder Brennstelle steigt monoton an, mit allenfalls horizontalen Abschnitten. Ein weit verbreitetes Problem im Zusammenhang mit dem Betrieb von Holzöfen und dergleichen im Innern von Wohnräumen ist jedoch das erstmalige in-Gang-Setzen des Feuers wenn der Ofen und die Leitungen zum Abführen der Rauchgase (Ofenrohr, Kamin) noch kalt sind. Oft wird das Feuer relativ bald nach dem Entfachen ersticken, und dicker Rauch strömt aus dem Ofen in den Innenraum des Hauses. Dies ist dem Umstand zuzuschreiben, dass die aufsteigenden Rauchgase im Kamin abkühlen und daher nicht weiter nach oben steigen - der Luftzug wird unterbrochen. Oft versucht man dem dadurch zu begegnen, dass man versucht, das Feuer durch Blasen, eventuell mittels Blasbalg, in die Brennkammer in Gang zu halten, aber auch dadurch wird das Problem nicht gelöst, und ausserdem ist solches sehr mühsam. Kaminbauer bieten professionellere Lösungen des Problems an. Eine erste Lösung ist eine Erhöhung der Kaminhöhe, um den Kamineffekt zu verstärken. Diese Lösung ist jedoch oft aus verschiedenen Gründen nicht machbar, ausserdem ist sie teuer und wirkt nicht immer. Eine andere professionelle, wirksame, aber auch teure Lösung des Problems ist das Platzieren eines Kaminventilators, d.h. eines Gasfördermittels - im Allgemeinen eines Axialventilators mit dem Durchmesser des Ofenrohrs; auch andere Geometrien sind auf dem Markt - im Kamin. Durch diesen wird ein Luftzug durch den Ofen und die Gasabführleitung erzwungen, was das Problem wirksam löst. Nachteilig an dieser Lösung sind die sehr hohen Kosten und der Umstand, dass bewegliche Teile im stark korrosiven Milieu im Innern der Gasabzugsleitung oder an deren Austritt an die Atmosphäre vorhanden sind. Den Lösungen gemäss dem Stand der Technik ist gemeinsam, dass sie ursachengerecht beim eigentlichen Kamin ansetzen, also im vertikalen Teil der Gasabführung, möglichst weit vom Brennort entfernt und möglichst nahe bei der Mündung des Kamins.
  • Analog der oben beschriebenen Problematik mit dem Betrieb von Holzöfen ist bei Pellets-und Holzschnitzel-Heizkesseln auch das automatische in-Gang-Setzen des Feuers erschwert, und oft sind auch hier zusätzliche Einrichtungen oder geometrische Veränderungen der Abluftleitungen nötig.
  • Aus den Schriften US 4,441,436 , US 4,413,571 und FR 2 284 828 sind Ansätze bekannt, den notwendigen erzwungenen Zug bei Holzvergaserkesseln zu erwirken. In US 4,441,436 wird vorgeschlagen, dem durch einen nachgeschalteten Kamin erzeugten Zug durch das Einblasen von Gas mit einer kälteren Temperatur als das Zuggas zu nachzuhelfen. Dieses Verfahren beruht darauf, dass die Temperaturdifferenz die Konvektion begünstigt; das Verfahren funktioniert jedoch erst, wenn das im Kamin fliessende Gas bereits heiss ist, also nach dem In-Gang-Setzen des Brennvorgangs. Gemäss US 4,413,571 wird ein Gebläse verwendet, um Luft in die Brennkammer einzublasen; mit demselben Gebläse kann insbesondere während des Nachfüllens von Brennstoff der Zug in der Gasabführleitung aufrecht erhalten werden, indem Luft auch in den Abzug geblasen wird. Die FR 2 284 828 lehrt, bei einem Abstromvergaser den Zug durch eine Venturi-Pumpe zu erzeugen. Diesen Ansätzen ist gemeinsam, dass sie Gleichstromvergaser betreffen, bei denen ein Zug in der Brennkammer entgegen der natürlichen Strömungsrichtung zu erzeugen ist. Die Ansätze betreffen den Dauerbetrieb dieser Vergaser und nicht das In-Gang-Setzen. Aufgrund der höheren Anforderungen an die Heizkessel und die Verbrennung und der für die Wirkung notwendigen sehr hohen Verbrennungstemperaturen von meist ca.1100°C sind solche Gleichstromvergaser-Ansätze für die Verbesserung von konventionellen Holzfeuerungen gänzlich ungeeignet.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zum Verbessern des Brennverhaltens in Holzfeuerungen (Holzöfen, Cheminees, Wohnungsgrillstellen, Heizkesseln für Pellets oder Holzschnitzel, etc.) zur Verfügung zu stellen, welche Nachteile des Standes der Technik überwindet und welche insbesondere kostengünstig und einfach in der Wartung ist.
  • Eine erfmdungsgemässe Einrichtung ist sowohl zum Anbringen an bereits vorhandenen Holzfeuerungen als auch als Bauteil neu hergestellter Holzfeuerungen geeignet. Solche Holzfeuerungen weisen eine Brennkammer oder Brennstelle auf, an welcher das Holzfeuer brennen soll, sowie eine Luftzufuhr in die Brennkammer bzw. zur Brennstelle und eine Gasabführleitung, die meist einen Kamin und oft auch ein in diesen mündendes Ofenrohr aufweist. Die Strömungsrichtung in der Brennkammer bzw. an der Brennstelle ist von unten nach oben, wodurch die Holzfeuerung auf dem Naturzugprinzip beruht (und auch die Gasabführung von der Brennkammer oder Brennstelle steigt vorzugsweise monoton an, mit allenfalls horizontalen Abschnitten). Die erfmdungsgemässe Einrichtung zeichnet sich im Wesentlichen dadurch aus, dass sie ein ausserhalb der Gasabführleitung angeordnetes Gasfördermittel aufweist, welches Umgebungsluft (oder eventuell ein anderes Gas wie bspw. Stickstoff) über eine Luftzuführleitung in die Gasabführleitung fördert und zwar so, dass an der Mündung der Luftzuführleitung in die Gasabführleitung die Luftströmung eine zur Strömungsrichtung der Verbrennungsgase parallele Komponente aufweist. Die Luftzuführleitung hat mindestens im Bereich der Mündung in die Gasabführleitung eine deutlich kleinere Querschnittsfläche als die Gasabführleitung.
  • Die der Gasabführleitung zugeführte Umgebungsluft (bzw. das andere Gas) muss dabei nicht beheizt werden; aus Gründen der Energieverbrauchsminimierung ist die zugeführte Luft sogar mit Vorteil unbeheizt (dadurch wird natürlich ein minimales Aufwärmen durch die Abwärme des Gasfördermittels nicht ausgeschlossen; vielmehr heisst unbeheizt', dass keine separaten Heizungsmittel vorhanden sind).
  • Beim In-Gang-Setzen eines Feuers in einem Ofen, Cheminée oder Heizkessel kann das Problem bestehen, dass das Innere der Gasabführleitung (d.h. des Kamins und des Ofenrohrs) kälter und daher schwerer ist als die Umgebungsluft, und dass daher eine Strömung durch die im Allgemeinen nach oben und in die Umgebung führende Gasabführleitung anfangs nicht zustande kommt. Eine ähnliche Problematik kann sich auch bei sonstwie ungünstigen Witterungsverhältnissen, bei ungünstig bemessenen Kaminen etc. ergeben. Gemäss der Erfmdung wird nun vorgeschlagen, dieses Problem zu beheben, indem einfach Luft in den Kamin geblasen wird, und zwar in der Strömungsrichtung.
  • Es hat sich in Versuchen gezeigt, dass durch diesen verblüffend einfachen und einfach zu realisierenden Ansatz das Problem des In-Gang-Setzens des Brennvorgangs zuverlässig gelöst wird. Erstaunlich ist auch, dass entgegen der bisherigen Ansicht der Fachwelt ausreicht, wenn auf die erfindungsgemässe Art ein Zug in der Nähe der Brennkammer/Brennstelle, bspw. maximal 2 m davon entfernt, erzeugt wird (die Distanz wird bspw. vom Rost, auf dem das Feuer brennt her gemessen). Obwohl das zu lösende Problem in der fehlenden Erwärmung des Kamins (d.h. des Naturzug erzeugenden vertikalen Abschnitts der Gasabführleitung) und die dadurch resultierende Abkühlung der Gase schon vor dem Erreichen der Kaminmündung liegt, muss der Zug also nicht in der Nähe der Mündung erzeugt werden. Dies kann bspw. gar im horizontalen Abschnitt der Gasabführleitung geschehen, und auch wenn zwischen dem eingeblasenen Gas und dem Gas in der Gasabführleitung kein Temperaturunterschied besteht. Das ermöglicht ein einfachstes Nachrüsten bestehender Holzfeuerungen, beispielsweise im Raum, in dem der Ofen steht, durch Anbringen einer Luftzuführleitung ins leicht zugängliche Ofenrohr hinein.
  • Ein Mechanismus, der zum Funktionieren des erfindungsgemässen Ansatz beitragen kann, ist, dass durch die einströmende Luft auch in der Gasabführleitung eine Strömung erzeugt wird, wodurch nach dem Satz von Bernoulli ein leichter Unterdruck entsteht. Dadurch wird Gas von der Brennkammer oder Brennstelle her nachgesaugt und so die notwendige Strömung in Gang gesetzt.
  • Im Vergleich zu den herkömmlichen Kaminventilatoren hat das erfmdungsgemässe Vorgehen markante Vorteile:
    • Erstens kann anstelle eines sehr teueren und grossen sowie aufwändig zu installierenden (im Innern des Kamins oder als Kaminaufsatz auf dem Hausdach) ein kostengünstiger Lüfter verwendet werden, der bloss Luft durch eine im Querschnitt verhältnismässig kleine Luftförderleitung - die Querschnittsfläche beträgt im Allgemeinen weniger als ein Fünftel, besser weniger als ein Zehntel, vorzugsweise weniger als ein Zwanzigstel oder sogar weniger als ein Dreissigstel der Querschnittsfläche der Gasabführleitung am Ort der Mündung - fördern muss. Es reicht daher im Allgemeinen ein Lüfter mit einer Leistung von weniger als 150 Watt, oft gar weniger als 100 Watt oder weniger als 70 Watt und beispielsweise nur 15-60 Watt. Durch diese geringe Leistungsaufnahme kommt die erfindungsgemässe Einrichtung auch für Berghütten ohne Stromanschluss und nur mit Photovoltaik-Anlage in Frage
  • Als Lüfter wird vorzugsweise ein Radiallüfter verwendet, der auch bei den erwähnten vergleichsweise kleinen Leistungen Luft und auch durch eine Luftzuführleitung von beispielsweise einigen Dezimetern bis wenigen Metern mit genügend grossem Durchsatz fördern kann; aber auch Axialventilatoren oder andere Gasförderprinzipien sind nicht ausgeschlossen. Bei einem Verhältnis der Querschnittfläche zwischen Gasabführleitung und Luftzuführleitung am Ort der Mündung von beispielsweise zwischen 30 und 40 beträgt die Luftgeschwindigkeit im Bereich der Mündung vorzugsweise ca. 5-25 m/s.
  • Zweitens muss der Lüfter bloss Umgebungsluft fördern und keine aggressiven Rauchgase. Er muss daher auch nicht besonders korrosionsbeständig sein. Es sind vorzugsweise keine beweglichen und daher potentiell reparaturanfälligen Teile im Innern der Gasabführleitung und daher schwer zugänglich und dem Rauchgas ausgesetzt.
  • Als zum Lüfter alternatives Gasfördermittel kommt eine Druckflasche in Frage, aus welcher das Gas (komprimierte Luft, Stickstoff, etc.) direkt in die Luftzuführleitung strömt. Besonders vorteilhaft weil praktisch Wartungsfrei ist jedoch wie erwähnt die Verwendung eines Lüfters, welcher Umgebungsluft in die Luftzuführleitung fördert.
  • Die Mündung der Luftzuführleitung in die Gasabführleitung ist in Strömungsrichtung der Brennkammer oder Brennstelle nachgeschaltet, d.h. sie befindet sich in dem Bereich, in den im Normalbetrieb der Holzfeuerung keine Flammen hingelangen. Sie befindet sich beispielsweise mindestens 50 cm von der Stelle entfernt, an welcher im Normalbetrieb das Feuer brennt. Sie kann jedoch wie erwähnt im auch nicht allzu grosser Entfernung angeordnet sein, bspw. maximal 2.5 m oder 2 m vom Ort der Holzfeuerung entfernt.
  • Mit Vorteil erfolgt die Zufuhr des Luftstroms in einen Bereich, in dem die Gasabführleitung im Wesentlichen gerade verläuft. Die Luftzuführleitung erstreckt sich dann vorzugsweise in die Gasabführleitung hinein und weist einen zur Gasabführleitung parallelen Abschnitt vor ihrer Mündung auf. Bevorzugt ist der parallel zur Gasabführleitung verlaufende Abschnitt mindestens ca. 3-mal so lange wie sein Durchmesser.
  • Die erfindungsgemässe Einrichtung wird beispielsweise während eines Initialbetriebs zum Einsatz kommen. Je nach Ofenkonfiguration und vorhandener Brennleistung sowie auch abhängig von anderen Faktoren wie Witterung etc. muss der Initialbetrieb, während dem eine Luftzufuhr mittels Gasfördermitteln in die Gasabführleitung erfolgt, während einem beschränkten Zeitraum von beispielsweise zwischen 30 und 60 Minuten aufrecht erhalten werden, wobei in diesem Zeitraum oft nur während sehr kurzen Intervallen von wenigen Sekunden bis ca. 1 Minute Luft zugeführt werden muss. Anstelle des Initialbetriebs mit Luftzufuhr in Intervallen (bspw. jeweils manuell bei Rauchentwicklung in Gang gesetzt oder in vorprogrammierten Abständen) ist auch ein Initialbetrieb mit kontinuierlicher Luftzufuhr möglich.
  • Im Anschluss an den Initialbetrieb wird im Allgemeinen der Gasfluss aufgrund der Thermik von selbst im Gang gehalten. Die Gasfördermittel können ausgeschaltet werden; eine Steuerung kann das beispielsweise selbsttätig bewirken.
  • Die Einrichtung kann optional zusätzlich zu den beschriebenen Mitteln einen Sensor aufweisen, welcher eine Rauchentwicklung detektiert und mit einer Steuerung in Kommunikationsverbindung steht, welche die Gasfördermittel bei Rauchentwicklung unmittelbar automatisch in Gang setzt.
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren detaillierter beschrieben. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder analoge Elemente. Es zeigen:
    • Figur 1 eine sehr schematische Darstellung eines Holzofens, an welchem mögliche Platzierungen von Luftzuführleitungen eingezeichnet sind; und
    • Figur 2 eine Darstellung, teilweise im Schnitt, eines Holzofens.
  • Der Holzofen 1 gemäss Figur 1 ist vom Typus Holzofen-Kochherd. Er weist eine Brennkammer 2 auf, deren Boden durch einen Rost 3 gebildet wird. Unterhalb des Rosts 3 ist eine Ascheaufnahme vorhanden, in welche eine Luftzufuhr 4 von ausserhalb des Ofens mündet. Oberseitig schliesst an die Brennkammer ein horizontaler Rauchabzugsbereich 5 an, durch welchen die heissen Rauchgase geleitet werden und dabei beispielsweise ein nicht direkt über der Brennkammer liegende Herdplatte und/oder einen Backbereich aufwärmt. An den horizontalen Rauchabzugsbereich schliesst ein Ofenrohr 7 an, welches in einen Kamin 8 mündet. Der Rauchabzugsbereich 5 des Ofens, das Ofenrohr 7 und der Kamin 8 bilden zusammen die Gasabführleitung. Die ausgezogenen Pfeile 10 illustrieren den Gasfluss im Normalbetrieb. Im Dauerbetrieb wird der Gasfluss im Allgemeinen durch die Thermik des Ofens selbst im Gang gehalten, und es sind keine eigens dafür vorgesehenen Antriebsmittel nötig.
  • Am Anfang des Ofenbetriebs, wenn dieser vollständig ausgekühlt ist, kommt der Gasabfluss aber oft nicht von allein zustande, weshalb das Feuer in der Brennkammer 2 oft erstickt und beissender Rauch aus der Brennkammer herausströmt.
  • Gemäss der Erfindung wird nun in einer solchen Situation oder zur Vorbeugung einer solchen Situation Luft in die Gasabführleitung geblasen, und zwar parallel oder annähernd parallel zur vorgesehenen Strömungsrichtung, also in Vorwärtsrichtung. Dies geschieht nach der Brennkammer, d.h. die einströmende Luft gelangt nicht ins Feuer sondern wird vielmehr in Richtung von diesem weggeblasen. Dadurch wird eine Gasströmung auf dem vorgesehenen, durch die ausgezogenen Pfeile dargestellten Pfad erwirkt, und der Brennvorgang sowie das Gasabzugverhalten werden in Gang gehalten und stabilisiert.
  • In der Figur 1 sind schematisch ein Gasfördermittel 11 - beispielsweise ein elektrisch betriebener Radiallüfter - sowie vier mögliche Platzierungen der Luftzuführleitung bzw. ihres Mündungsbereichs eingezeichnet, wobei pro Ofen vorzugsweise nur eine dieser Luftzuführleitungen 12, 13, 14, 15 vorhanden ist. Wie durch die entsprechenden gestrichelten Pfeile 12, 13, 14, 15 dargestellt, weist die entsprechende Luftzuführleitung einen zur Strömungsrichtung in der Gasabführleitung mindestens annähernd parallelen Mündungsabschnitt auf.
  • Figur 2 zeigt einen Ofen 1 eines Typs ohne horizontalen Rauchabzugsbereich, wobei die Luftzuführleitung 16 im Bereich vor ihrer Mündung verjüngt ist, um die optimale Einströmgeschwindigkeit im Mündungsbereich zu erhalten und trotzdem den Strömungswiderstand zu optimieren.
    • Beispiel 1:
  • Zum In-Gang-Setzen eines Brennvorgangs in einem Ofen vom Typ gemäss Figur 1 mit einem Ofenrohr mit Durchmesser 120 mm wurden ein Radiallüfter mit einer Leistung von ca. 20 Watt und eine Luftzuführleitung einer Länge von ca. 60 cm und einem Durchmesser von ca. 20 mm verwendet, um Luft an der in Figur 1 mit 14 bezeichneten Stelle einzublasen. Die berechnete Strömungsgeschwindigkeit im Bereich der Mündung der Luftzuführleitung betrug ca. 12 m/s. Jegliche einsetzende Rauchentwicklung wurde durch Einschalten des Radiallüfters in dieser Konfiguration unverzüglich gestoppt und der Brennvorgang jeweils unmittelbar wieder in Gang gesetzt.
    • Beispiel 2:
  • In einem Ofen vom Typ gemäss Figur 2 mit einem Ofenrohr vom Durchmesser 200 mm wurden ein Radiallüfter mit einer Leistung von ca. 56 Watt und einer Luftzuführleitung mit einer Länge von ca. 1,5 m und einem Durchmesser von ca. 60 mm und im Mündungsbereich von 30 mm verwendet, um Luft an der in Fig. 2 mit 16 bezeichneten Stelle einzublasen. Die berechnete Strömungsgeschwindigkeit im Bereich der Mündung der Luftzuführleitung betrug ca. 15 m/s. Auch hier wurde jegliche einsetzende Rauchentwicklung durch Einschalten des Radiallüfters in dieser Konfiguration unverzüglich gestoppt und der Brennvorgang jeweils unmittelbar wieder in Gang gesetzt.

Claims (11)

  1. Einrichtung zum verbesserten in-Gang-Setzen eines Brennvorgangs in einer Holzfeuerung (1), wobei die Holzfeuerung eine Brennkammer (2) oder Brennstelle mit einer Luftzufuhr (4) sowie eine Gasabführleitung (5, 7, 8) aufweist, wodurch eine Strömungsrichtung von der Luftzufuhr durch die Brennkammer bzw. Brennstelle und die Gasabführleitung zu einer Mündung der Gasabführleitung definiert ist, wobei die Strömungsrichtung in der Brennkammer bzw. an der Brennstelle von unten nach oben ist, und wobei die Einrichtung ein Gasfördermittel (11) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasfördermittel (11) ausserhalb der Gasabführleitung (5, 7, 8) angeordnet ist, und dass die Einrichtung ferner eine in Strömungsrichtung der Brennkammer (2) oder Brennstelle nachgeschaltet in die Gasabführleitung mündende Luftzuführleitung (12, 13, 14, 15, 16) aufweist, wobei das Gasfördermittel Luft oder ein anderes Gas durch die Luftzuführleitung fördert und die Luftzuführleitung im Bereich ihrer Mündung in die Gasabführleitung eine zur Strömungsrichtung parallele Komponente aufweist, und wobei eine Querschnittsfläche der Luftzuführleitung kleiner ist als eine Querschnittsfläche der Gasabführleitung.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie frei von beweglichen Teilen im Rauchgas in der Gasabführleitung (5, 7, 8) ist.
  3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftzuführleitung (12, 13, 14, 15, 16) im Bereich ihrer Mündung in die Gasabführleitung (5, 7, 8) zur Strömungsrichtung parallel ist.
  4. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasfördermittel (11) ein elektrisch betriebener Lüfter ist.
  5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfter ein Radiallüfter ist.
  6. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Mündung der Luftzuführleitung in die Gasabführleitung die innere Querschnittsfläche der Luftzuführleitung kleiner als ein Zwanzigstel der inneren Querschnittsfläche der Gasabführleitung beträgt.
  7. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mündung der Luftzuführleitung mindestens 50 cm von derjenigen Stelle entfernt ist, an welcher im Normalbetrieb der Einrichtung ein Feuer brennt.
  8. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mündung der Luftzuführleitung höchstens 2 m von derjenigen Stelle entfernt ist, an welcher im Normalbetrieb der Einrichtung ein Feuer brennt.
  9. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasfördermittel so angesteuert oder ansteuerbar ist, dass es nach dem Erreichen eines Normalbetriebszustandes permanent ausgeschaltet ist.
  10. Holzfeuerung, insbesondere Holzofen (1), Cheminee oder Heizkessel, mit einer Brennkammer oder Brennstelle, mit einer Luftzufuhr (4) sowie mit einer Gasabführleitung (5, 7, 8), wodurch eine Strömungsrichtung von der Luftzufuhr durch die Brennkammer bzw. Brennstelle und die Gasabführleitung zu einer Mündung der Gasabführleitung definiert ist, wobei die Strömungsrichtung in der Brennkammer bzw. an der Brennstelle von unten nach oben ist, gekennzeichnet durch eine Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche.
  11. Verfahren zum Betreiben einer Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder einer Holzfeuerung nach Anspruch 10, wobei in der Brennkammer bzw. an der Brennstelle ein Feuer entfacht und bei Rauchentwicklung die Gasfördermittel eingeschaltet werden, und wobei das Gasfördermittel nach Erreichen eines Normalbetriebszustandes ausgeschaltet wird.
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