Dokumentenidentifikation |
DE102004028306B4 16.02.2006 |
Titel |
Gebäudeofen, insbesondere Kachelofen, Grundofen oder dergleichen |
Anmelder |
J. Eberspächer GmbH & Co. KG, 73730 Esslingen, DE |
Erfinder |
Bauer, Thomas, 72555 Metzingen, DE |
Vertreter |
Weickmann & Weickmann, 81679 München |
DE-Anmeldedatum |
11.06.2004 |
DE-Aktenzeichen |
102004028306 |
Offenlegungstag |
05.01.2006 |
Veröffentlichungstag der Patenterteilung |
16.02.2006 |
Veröffentlichungstag im Patentblatt |
16.02.2006 |
IPC-Hauptklasse |
F24C 1/02(2006.01)A, F, I, ,  ,  ,   
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IPC-Nebenklasse |
F24B 1/04(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,   
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Zusammenfassung |
Ein Gebäudeofen, insbesondere Kachelofen, Grundofen oder dergleichen, umfasst einen Brennraum (14) zur Verbrennung von festkörperartigem Brennmaterial sowie eine Verdampferbrenneranordnung (28) mit einer zu dem Brennraum (14) offenen Brennkammer (34), einem porösen Verdampfermedium (40) zur Aufnahme von flüssigem Brennstoff und zur Abgabe von Brennstoffdampf in die Brennkammer (34), einer Verbrennungslufteinspeisung (50, 52) zum Einspeisen von mit dem Brennstoffdampf zu verbrennender Verbrennungsluft und mit einem Zündorgan (54) zum Zünden des Brennstoffdampf/Verbrennungsluft-Gemisches.
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Beschreibung[de] |
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gebäudeofen, beispielsweise
einen Kachelofen, einen Grundofen o.dgl., der einen zur Verbrennung von festkörperartigem
Brennmaterial vorgesehenen Brennraum aufweist.
Derartige Gebäudeöfen werden auch in modernen Gebäuden vermehrt eingebaut,
um neben den im Allgemeinen vorhandenen Zentralheizungssystemen eine zusätzliche,
eine angenehme Wärme verbreitende Wärmequelle zur Verfügung zu haben. In derartigen
Gebäudeöfen wird als festkörperartiges Brennmaterial im Allgemeinen Holz in Form
von Holzscheiten oder Pellets verbrannt. Dieses festkörperartige Brennmaterial muss
im Allgemeinen von Hand eingegeben werden. Dieses Eingeben von Brennmaterial sollte
relativ gleichmäßig erfolgen, um auch ein gleichbleibendes Wärmeabgabeverhalten
eines derartigen Ofens zu erlangen. Dies ist jedoch oftmals nicht realisierbar,
beispielsweise wenn die Bewohner eines Gebäudes für einen längeren Zeitraum, beispielsweise
tagsüber, außer Hause sind. Nach Rückkehr in das Gebäude ist es dann oftmals erforderlich,
einen derartigen Gebäudeofen erst in Betrieb zu setzen. Konstruktionsbedingt dauert
es dann aber eine erhebliche Zeit, bis nach dem Anzünden des festkörperartigen Brennmaterials
spürbar Wärme abgegeben werden kann.
Die DE 83 37 190 U1
offenbart ein für flüssige und feste Brennstoffe geeignetes Zeltheizgerät. Ein Verdampfungsbrenner
dieses Heizgeräts kann mit Schnellverschlusselementen an einem Übertopfmantel festgelegt
werden und somit gegen eine Abschlusskante desselben angedichtet werden.
Die DE 19 00 337 U
offenbart einen Ofen mit einem mit Pendelklappe ausgeführten Verbrennungsluftregler,
der beispielsweise als Zimmerölofen eingesetzt werden kann. Auf Grund des konstruktiven
Aufbaus wird die Regelcharakteristik des Verbrennungsluftreglers in Abhängigkeit
von der Ofenbrennleistung automatisch eingestellt, ist jedoch gleichwohl auch von
Hand verstellbar.
Die DE 32 29 063 A1
offenbart einen für flüssige bzw. auch gasförmige oder feste Brennstoffe ausgelegten
Heizkessel bzw. ein Verfahren zum Anzünden desselben. Die aus einer Brennerdüse
austretende und außerhalb der Strömungsbahn der durch Verbrennung von Festbrennstoffen
entstehenden Verbrennungsgase verlaufende Flamme erzeugt einen Unterdruck, durch
welchen die Verbrennungsgase angezogen werden.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Gebäudeofen,
wie z.B. einen Kachelofen oder Grundofen, bereitzustellen, der in einfacher Art
und Weise auch ohne manuelle Interaktion über längere Zeit in Betrieb gehalten werden
kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen Gebäudeofen,
insbesondere Kachelofen, Grundofen o.dgl., umfassend einen Brennraum zur Verbrennung
von festkörperartigem Brennmaterial sowie eine Verdampferbrenneranordnung mit einer
zu dem Brennraum offenen Brennkammer, einem porösen Verdampfermedium zur Aufnahme
von flüssigem Brennstoff und zur Abgabe von Brennstoffdampf in die Brennkammer,
einer Verbrennungslufteinspeisung zum Einspeisen von mit dem Brennstoffdampf zu
verbrennender Verbrennungsluft und mit einem Zündorgan zum Zünden des Brennstoffdampf/Verbrennungsluft-Gemisches.
Zusätzlich zu der Möglichkeit, festkörperartige Brennmaterialien,
wie z.B. Holz, in dem Brennraum eines derartigen Gebäudeofens verbrennen zu können,
ist erfindungsgemäß durch das Bereitstellen einer Verdampferbrenneranordnung die
Möglichkeit geschaffen, durch Verbrennung eines zunächst flüssigen Brennstoffs einen
derartigen Ofen erwärmt und somit in Betrieb zu halten. Derartige Verdampferbrenneranordnungen
sind beispielsweise aus dem Fahrzeugbau bekannt, wo sie in Standheizungen oder als
Zuheizer eingesetzt werden. Das dabei zur Verbrennung erforderliche Brennstoffdampf/Verbrennungsluft-Gemisch
wird durch Einspeisung eines flüssigen Brennstoffs in ein poröses Verdampfermedium
über eine große Oberfläche verteilt, so dass vergleichsweise leicht Brennstoff in
Richtung zur Brennkammer abdampfen kann und sich dort mit der ebenfalls eingespeisten
Verbrennungsluft vermischen kann. Da derartige Verdampferbrenneranordnungen automatisiert
betrieben werden können, also vorgegeben werden kann, wann für wie lange und auch
mit welcher Heizleistung sie betrieben werden soll, wird es somit möglich, beispielsweise
auch in Zeiten längerer Abwesenheit einen erfindungsgemäßen Gebäudeofen warm zu
halten.
Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltungsvariante wird vorgeschlagen,
dass die Brennkammer über eine im Bodenbereich des Brennraums vorgesehene Öffnung
zu diesem offen ist. Durch diese Verbindung zwischen Brennkammer und Brennraum kann
die bei Verbrennung in der Brennkammer entstehende Verbrennungsflamme sich im Bodenbereich
des Brennraums bis in den Volumenbereich dieses Brennraums hinein erstrecken, so
dass insbesondere dann, wenn der Brennraum zu einem Wohnraum hin durch eine transparente
Abdeckung sichtbar ist, ein angenehmer optischer Eindruck bei ablaufender
Verbrennung entsteht.
Um zu verhindern, dass bei Verbrennung von festkörperartigem Brennmaterial
die zwangsweise dabei entstehenden Rückstände in den Bereich der Verdampferbrenneranordnung
gelangen, wird vorgeschlagen, dass die Brennkammer durch ein Abdeckorgan bezüglich
des Brennraums abdeckbar ist.
Um die zum Heranfördern der in der Verdampferbrenneranordnung zu verbrennenden
Materialien, also der Verbrennungsluft und des flüssigen Brennstoffs, erforderlichen
Einrichtungen vor übermäßiger Hitze schützen zu können, die insbesondere auch bei
Verbrennung von festkörperartigem Brennmaterial entstehen kann, wird vorgeschlagen,
dass eine Verbrennungsluftfördereinrichtung oder/und eine Brennstofffördereinrichtung
mit Abstand zu der Brennkammer angeordnet ist und mit dieser über eine Leitung in
Verbindung steht.
Weiter kann bei dem erfindungsgemäßen Ofen vorgesehen sein, dass die
Brennkammer in einem im Wesentlichen topfartigen Brennkammergehäuse ausgebildet
ist und dass ein Bodenbereich des Brennkammergehäuses im Wesentlichen horizontal
angeordnet ist. Dabei ist es dann vorteilhaft, wenn wenigstens ein Teil des porösen
Verdampfermediums am Bodenbereich des Brennkammergehäuses vorgesehen ist. Durch
die somit ebenfalls im Wesentlichen horizontale Positionierung des Verdampfermediums
oder eines Teils davon wird eine von Schwerkrafteinflüssen weitgehend unbeeinflusste,
möglichst gleichmäßige Verteilung des zunächst noch flüssigen Brennstoffs im Volumenbereich
des porösen Verdampfermediums unter Ausnutzung der Kapillarförderwirkung desselben
sichergestellt.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt kann vorgesehen sein, dass
dem porösen Verdampfermedium eine elektrisch betreibbare Heizeinrichtung zugeordnet
ist. Somit kann insbesondere bei Inbetriebnahme der Verdampferbrenneranordnung in
einer Phase, in welcher die verschiedenen Systemkomponenten, insbesondere auch das
poröse Verdampfermedium, noch vergleichsweise kalt sind, möglichst schnell durch
Erwärmung des porösen Verdampfermediums vermittels der Heizeinrichtung ein Brennstoffdampf
bereitgestellt werden, der dann mit ebenfalls eingespeister Verbrennungsluft verbrannt
werden kann. Bei dann gestarteter bzw. ablaufender Verbrennung kann die Heizeinrichtung
wieder deaktiviert werden, da dann durch die ablaufende Verbrennung selbst ausreichend
Wärme zur Brennstoffabdampfung bereitgestellt wird.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegende
Figur detailliert beschrieben, welche eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen
Gebäudeofens zeigt.
Dieser Gebäudeofen ist in der Figur allgemein mit 10 bezeichnet
und umfasst einen beispielsweise aus Schamottesteinen gefertigten Körperbereich
12. In diesem Körperbereich 12 ist ein Brennraum 14 ausgebildet,
der über einen im Allgemeinen gewundenen Rauchgaszug 16 mit einem Kamin
18 in Verbindung steht. Durch eine Eingabeöffnung 20, die durch
eine schließbare Abdeckung 22 abgeschlossen und geöffnet werden kann, kann
festkörperartiges Brennmaterial, beispielsweise in Form von Holzscheiten o.dgl.,
in den Brennraum 14 gelegt werden und dort auf einem Bodenbereich
24 bzw. einem am Bodenbereich 24 vorgesehenen Rost o.dgl. abgelegt
werden. Zum normalen Verbrennungsbetrieb kann dieses im Brennraum 14 angeordnete
festkörperartige Brennmaterial dann angezündet werden. Die für die Verbrennung erforderliche
Luft kann über einen Verbrennungsluftkanal 26 in den Brennraum
14 gelangen. Die bei der Verbrennung dann entstehenden Verbrennungsabgase
strömen entlang des Rauchgaszugs 16 und erwärmen mit der in den Verbrennungsabgasen
transportierten Wärme dann den Körperbereich 12 des Ofens 10.
Der erfindungsgemäße Ofen 10 weist ferner eine allgemein
mit 28 bezeichnete Verdampferbrenneranordnung auf. Diese umfasst ein topfartig
ausgestaltetes Brennkammergehäuse 30, welches so positioniert ist, dass
eine Bodenwandung 32 näherungsweise horizontal und in Abstand zum Brennraum
14 liegt, während eine in dem Brennkammergehäuse 30 gebildete
Brennkammer 34 über eine im Bodenbereich 24 des Brennraums
14 gebildete Öffnung 36 grundsätzlich zum Brennraum
14 hin offen ist. Die Öffnung 36 kann durch eine Abdeckplatte
38 verschlossen werden, so dass die Brennkammer 34 abgedeckt ist
und keine bei der Verbrennung von festkörperartigem Brennmaterial entstehenden Verbrennungsrückstände
in die Brennkammer 34 gelangen können. Die Platte 38 kann beispielsweise
von Hand eingelegt werden, kann aber auch als von außen betätigbarer Schieber o.dgl.
ausgebildet sein.
Am Bodenbereich 32 des Brennkammergehäuses 30 ist
ein poröses Verdampfermedium 40 vorgesehen. Dieses aus hitzebeständigem
Material aufgebaute poröse Verdampfermedium ist in der Lage, den in dieses eingespeisten
flüssigen Brennstoff durch Kapillarförderwirkung im Volumenbereich des porösen Verdampfermediums
40 zu verteilen. Hier kann beispielsweise ein Metallgeflechtmaterial, ein
Gewirk, Schaumkeramik o.dgl. zum Einsatz kommen. Der flüssige Brennstoff wird in
dieses vorzugsweise den gesamten Bodenbereich 32 überdeckende poröse Verdampfermedium
40 durch eine Brennstoffpumpe 42 aus einem Brennstoffbehälter
44 über eine Brennstoffleitung 46 eingeleitet. Sowohl die beispielsweise
nach Art einer Hubkolbendosierpumpe ausgestaltete Brennstoffpumpe 42 als
auch der Brennstofftank 44 sind außerhalb des Körperbereichs
12 des Ofens 10 angeordnet, um eine übermäßige Erwärmung derselben
zu vermeiden.
Ferner ist eine Verbrennungsluftleitung 48 vorgesehen, über
welche die zur Verbrennung erforderliche Verbrennungsluft in die Brennkammer
34 eingespeist werden kann. Hierzu kann beispielsweise in einem zentralen
Bereich des Bodenbereichs 32 ein Verbrennungslufteinleitstutzen
50 vorgesehen sein, der mit mehreren Öffnungen versehen ist, um die unter
der Förderwirkung eines beispielsweise als Seitenkanalgebläse ausgestalteten Gebläses
52 herangeförderte Luft in die Brennkammer 34 einzuleiten. Durch
Brennstoffeinleitung in das poröse Verdampfermedium 40 und nach Verteilung
im Volumenbereich desselben auftretender Brennstoffabdampfung in Richtung zur Brennkammer
34 und Verbrennungslufteinleitung in die Brennkammer 24 wird in
dieser ein zündfähiges bzw. verbrennungsfähiges Gemisch aus Verbrennungsluft und
Brennstoffdampf generiert. Dieses Gemisch kann durch ein Zündorgan 54,
beispielsweise einen Glühzündstift, gezündet und somit zur Verbrennung gebracht
werden.
Die verschiedenen für den Betrieb der Verdampferbrenneranordnung
28 zu aktivierenden Systembereiche, insbesondere also die Pumpe
42, das Gebläse 52 und das Zündorgan 54, stehen in Verbindung
mit einer deren Betrieb steuernden Ansteuervorrichtung 56. Wie durch Pfeile
angedeutet, sendet diese Ansteuersignale an die angesprochenen Systembereiche, um
beispielsweise die Pumpe 42 zur Brennstoffeinleitung zu aktivieren oder
das Gebläse 52 zur Verbrennungslufteinspeisung zu aktivieren. Ebenso kann
durch entsprechende Ansteuerung das Zündorgan 54 in der Startphase der
Verdampferbrenneranordnung 28 aktiviert werden, um das in der Brennkammer
34 vorhandene zündfähige Gemisch zu zünden. Um insbesondere die Startphase
der Verdampferbrenneranordnung 28 verkürzen zu können, kann dem porösen
Verdampfermedium 40 eine elektrisch erregbare und auch unter der Ansteuerung
der Ansteuervorrichtung 56 stehende Heizeinrichtung zugeordnet sein. Diese
kann beispielsweise an der von der Brennkammer 34 abgewandten Rückseite
des porösen Verdampfermediums 40 vorgesehen sein und eine Heizwendel oder
Heizspirale o.dgl. umfassen, die durch entsprechende Bestromung Wärme erzeugt. In
der Startphase bzw. vor dem Zünden kann dann das poröse Verdampfermedium
40 mit dem darin enthaltenen flüssigen Brennstoff vorerwärmt werden, um
somit die Brennstoffabdampfung zu unterstützen. Nach erfolgter Zündung kann diese
Heizeinrichtung dann ebenso wie das Zündorgan 54 deaktiviert werden, da
dann allein durch Brennstoffeinspeisung und Verbrennungslufteinspeisung und Verbrennung
der Betrieb der Verdampferbrenneranordnung 28 aufrecht erhalten werden
kann.
Um diesen Betrieb definiert vorgeben zu können, kann die Ansteuervorrichtung
56 in Verbindung mit einem oder mehreren gebäudestationären Bedienelementen
58 stehen. Über ein derartiges Bedienelement 58 kann beispielsweise
vorgegeben bzw. einprogrammiert werden, an welchem Tag, zu welcher Zeit und für
wie lange die Verdampferbrenneranordnung 28 aktiviert werden soll. Selbstverständlich
kann auch durch entsprechende Betätigung die Verdampferbrenneranordnung
28 direkt ein- bzw. ausgeschaltet werden. Eine entsprechende Funktionalität
kann auch durch ein oder mehrere Fernbedienungselemente 60 erfolgen, das
entweder direkt mit der Ansteuervorrichtung 56 oder über ein stationäres
Bedienelement 58 Bedienbefehle bzw. Programmierbefehle bereitstellen kann.
Um den Betrieb der Verdampferbrenneranordnung 28 auch ohne
manuelle Interaktion zuverlässig steuern zu können, können verschiedene Sensoren
vorhanden sein. So kann beispielsweise im Bereich der Brennkammer 34 ein
als Temperatursensor o.dgl. ausgeführter Flammwächter 62 vorhanden sein,
dessen Signal zu erkennen gibt, ob in der Brennkammer 34 eine Zündung stattgefunden
hat bzw. eine Verbrennung abläuft. Wenn nicht, kann dies ein Hinweis darauf sein,
dass entweder kein flüssiger Brennstoff mehr im Brennstoffbehälter 44 ist,
oder ein Problem bei der Brennstoffzufuhr oder der Verbrennungsluftzufuhr oder im
Bereich des Zündorgans 54 vorhanden ist. Weiter kann im Bereich des Rauchgaszugs
16 oder des Kamins 18 ein Temperaturfühler 64 vorhanden
sein, ebenso wie im Körperbereich 12 des Ofens 10 ein Temperatursensor
66 vorhanden sein kann. Diese können über den thermischen Zustand der Verbrennungsabgase
bzw. des Körperbereichs 12 des Ofens 10 Aufschluss geben und ggf.
entsprechende geänderte Ansteuermaßnahmen nach sich ziehen.
Durch die Kombination eines herkömmlichen mit festkörperartigen Brennmaterialien,
wie z.B. Holz, betreibbaren Ofen mit einem grundsätzlich aus dem Fahrzeugbau bekannten
Verdampferbrenner werden verschiedene Vorteile erhalten. So kann, wie bereits erwähnt,
der Ofen 10 auch betrieben werden, wenn keine Personen zum Nachlegen von
festkörperartigen Brennmaterialien anwesend sind. Weiterhin können für die Verdampferbrenneranordnung
28 umweltfreundliche flüssige Brennstoffe, wie vor allem Biodiesel o.dgl.,
zum Einsatz gelangen. Das Bereithalten von Heizöl oder Gas ist nicht erforderlich.
Auch im Betrieb der Verdampferbrenneranordnung 28 entsteht eine durch die
Öffnung 20 des Ofens 10 sichtbare Flamme, die den in einem Raum
anwesenden Personen zusätzlich zu der wahrnehmbaren Wärme auch optisch das Gefühl
vermittelt, dass der Ofen 10 betrieben wird. Durch das Abdecken der Brennkammer
34 zum Brennraum 14 hin vermittels der Platte 38 wird
dafür gesorgt, dass die Verdampferbrenneranordnung 28 nicht durch Verbrennungsrückstände
aus dem Brennraum 14 beeinträchtigt werden kann. Ein weiterer Vorteil ist,
dass im Bereich der Verdampferbrenneranordnung 28 eingesetzte Komponenten
grundsätzlich aus dem Fahrzeugbau bekannt sind und somit bereits auch unter schwierigsten
Betriebsbedingungen erprobt sind.
Es sei abschließend darauf hingewiesen, dass selbstverständlich im
Bereich der Verdampferbrenneranordnung 28 verschiedenste Änderungen vorgenommen
werden können. So könnte beispielsweise alternativ oder zusätzlich auch an der Umfangswandung
des Gehäuses 30 ein poröses Verdampfermedium vorgesehen sein. Auch könnte
die Verbrennungsluft nicht über einen zentralen Stutzen, sondern radial von außen
her oder durch den Bodenbereich hindurch über entsprechende Öffnungen eingespeist
werden. Die vorangehend angesprochene zusätzliche elektrisch erregbare Heizung für
das Verdampfermedium ist selbstverständlich nur optional. Gleichwohl kann diese
auch so ausgelegt sein, dass sie gleichzeitig auch die Funktion des Zündorgans übernehmen
kann.
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Anspruch[de] |
- Gebäudeofen, insbesondere Kachelofen, Grundofen oder dergleichen, umfassend
einen Brennraum (14) zur Verbrennung von festkörperartigem Brennmaterial
sowie eine Verdampferbrenneranordnung (28) mit einer zu dem Brennraum (14)
offenen Brennkammer (34), einem porösen Verdampfermedium (40)
zur Aufnahme von flüssigem Brennstoff und zur Abgabe von Brennstoffdampf in die
Brennkammer (34), einer Verbrennungslufteinspeisung (50,
52) zum Einspeisen von mit dem Brennstoffdampf zu verbrennender Verbrennungsluft
und mit einem Zündorgan (54) zum Zünden des Brennstoffdampf/Verbrennungsluft-Gemisches.
- Gebäudeofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer
(34) über eine im Bodenbereich (24) des Brennraums (14)
vorgesehene Öffnung (36) zu diesem offen ist.
- Gebäudeofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Brennkammer (34) durch ein Abdeckorgan (38) bezüglich des Brennraums
(14) abdeckbar ist.
- Gebäudeofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
dass eine Verbrennungsluftfördereinrichtung (52) oder/und eine Brennstofffördereinrichtung
(42) mit Abstand zu der Brennkammer (34) angeordnet ist und mit
dieser über eine Leitung (48, 46) in Verbindung steht.
- Gebäudeofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
dass die Brennkammer (34) in einem im Wesentlichen topfartigen Brennkammergehäuse
(30) ausgebildet ist und dass ein Bodenbereich (32) des Brennkammergehäuses
(30) im Wesentlichen horizontal angeordnet ist.
- Gebäudeofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens
ein Teil des porösen Verdampfermediums (40) am Bodenbereich (32)
des Brennkammergehäuses (30) vorgesehen ist.
- Gebäudeofen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
dass dem porösen Verdampfermedium (40) eine elektrisch betreibbare Heizeinrichtung
zugeordnet ist.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen
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Patent Zeichnungen (PDF)
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