Absperrvorrichtung für einen Abgasweg in einer Abgasanlage einer Feuerstätte

Abstract

 Die erfindung betrifft eine Absperrvorrichtung für einen Abgasweg (9) in einer Abgasanlage einer Feuerstätte, wobei die Abgasanlage eine in Brennbetriebsphasen der Feuerstätte aktive Gebläseeinrichtung zur Erzeugung eines Überdrucks in dem Abgasweg (9) aufweist und die Absperrvorrichtung ein Absperrelement (3) umfasst, das zwischen einer den Abgasweg (9) sperrenden Schließstellung und einer den Abgasweg (9) zumindest teilweise freigebenden Öffnungsstellung verstellbar gelagert - und durch Beaufschlagung mit dem Überdruck aus der Schließstellung heraus in Richtung Öffnungsstellung gegen eine Schließkraft verstellbar ist. Die Absperrvorrichtung ist gekennzeichnet durch eine reversibel temperaturabhängig wirksame Hilfsstelleinrichtung für das Absperrelement (3), wobei die Hilfsstelleinrichtung wenigstens ein temperaturempfindliches, im Abgasweg (9) oder nahe am Abgasweg (9) angeordnetes Hilfsstellelement (7) für das Absperrelement (3) aufweist und wobei das Hilfsstellelement (7) dazu eingerichtet ist, bei Erhöhung seiner Temperatur in einem bestimmten Temperaturbereich eine der Schließkraft insbesondere kontinuierlich oder sprunghaft zunehmend entgegenwirkende Kraft auf das Absperrelement (3) auszuüben.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Absperrvorrichtung für einen Abgasweg in einer Abgasanlage einer Feuerstätte, wobei die Abgasanlage eine normalerweise in Brennbetriebsphasen der Feuerstätte aktive Gebläseeinrichtung zur Erzeugung eines Überdrucks im Abgasweg aufweist und die Absperrvorrichtung ein Absperrelement umfasst, das zwischen einer den Abgasweg sperrenden Schließstellung und einer den Abgasweg zumindest teilweise freigebenden Öffnungsstellung verstellbar gelagert - und durch Beaufschlagung mit dem Überdruck aus der Schließstellung heraus in Richtung Öffnungsstellung gegen eine Schließkraft verstellbar ist.

[0002] Im Hinblick auf optimalen Wirkungsgrad von Feuerstätten besteht die Tendenz, die Abgastemperaturen am Ausgang von Feuerstätten mehr und mehr zu senken. Dies hat zur Folge, dass der thermische Auftrieb in Kaminen häufig nicht mehr ausreicht, um eine zuverlässige Abführung der Abgase von den Feuerstätten auch unter ungünstigen Wetterbedingungen zu gewährleisten. Um dennoch bei niedrigen Abgastemperaturen einen zuverlässigen Ausstoß der Abgase in die Atmosphäre und die Zufuhr von Verbrennungsluft zu gewährleisten, ist man dazu übergegangen, den Feuerstätten bzw. Abgasanlagen Gebläse zuzuordnen, die in der Nähe der jeweiligen Feuerstätte meist unmittelbar am Ausgang innerhalb oder außerhalb der Feuerstätte installiert sind. Durch diese Gebläse wird in den die Abgase führenden Rohrleitungswegen ein Überdruck erzeugt.

[0003] Im Vergleich mit konventionellen Abgasanlagen mit natürlichem Kaminzug können Abgasanlagen für Überdruckbetrieb normalerweise mit kleineren Abgasrohrquerschnitten bzw. Kaminrohrquerschnitten dimensioniert werden. Dieser Gesichtspunkt wird häufig bei Schornsteinsanierungen aufgegriffen. An einem Kamin einer solchen Abgasanlage für Überdruckbetrieb können mehrere Feuerstätten, beispielsweise Gasfeuerstätten, angeschlossen sein, wie dies z.B. in der DE 196 03 615 A1 beschrieben ist. Die Feuerstätten sind über jeweilige Abgasanschlussleitungen mit einem gemeinsamen Kamin verbunden. Jede der Abgasanschlussleitungen ist mit einer Absperrvorrichtung versehen, die zwischen der der jeweiligen Feuerstätte zugeordneten Gebläseeinrichtung und dem Kamin positioniert ist. Im Beispielsfall der DE 196 03 615 A1 weist jede der Absperrvorrichtungen eine mittels Elektromotor zwischen ihrer Schließstellung und Öffnungsstellung verstellbare Abgas-Absperrklappe in dem Abgasweg zwischen Feuerstätte und Kamin auf. Während der Stillstandsphasen der Feuerstätte und der Gebläseeinrichtung ist die Abgasklappe in die Schließstellung gebracht, in der sie den Abgasweg zur Atmosphäre hin dichtend abschließt. Damit wird einerseits erreicht, dass über den Abgasweg kein Raumluftabzug aus dem Aufstellraum der betreffenden Feuerstätte und somit auch keine daraus resultierende beschleunigte Raumauskühlung stattfindet. Andererseits verhindert die Abgasklappe in ihrer Schließstellung eine Abgasströmung vom Kamin in Richtung Feuerstätte.

[0004] Es sind über die elektromotorisch angetriebenen Abgas-Absperrvorrichtungen hinaus weitere Bauformen und Funktionsprinzipien von Abgas-Absperrvorrichtungen bekannt. In der DE 37 15 855 C2 ist z.B. eine bimetallgesteuerte Absperrklappe für eine Abgasleitung einer Feuerstätte offenbart. Bimetallelemente sind der Temperatur des Abgasstroms ausgesetzt und wirken als temperaturabhängige Stellelemente 'für Klappenelemente der Absperrklappe, so dass die Absperrklappe mit zunehmender Temperatur dem Abgasstrom einen zunehmenden Öffnungsquerschnitt darbietet. Die bimetallgesteuerte Absperrklappe nach der DE 37 15 855 C2 ist für ein atmosphärisches Schornsteinsystem mit natürlichem Schornsteinzug ausgelegt. Sie dichtet in ihrer Schließstellung den betreffenden Abgasweg nicht vollständig ab.

[0005] Ebenfalls für ein konventionelles Abgasabführsystem mit natürlichem, auf thermischen Auftrieb basierendem Schornsteinzug konzipiert ist eine Absperrvorrichtung mit einem Klappenstellelement aus einem Material mit Memory-Effekt, wie es in der DE 31 41 216 C2 erläutert ist. Das aus einer Titan-Nickel-Legierung bestehende Verstellelement zeigt bei einer Phasenänderungstemperatur eine praktisch verzögerungsfrei ablaufende Formänderung, die ggf. mit einer bestimmten Hysterese reversibel ist, wenn die Temperatur wieder absinkt. Dieser Effekt wird ausgenutzt, um eine betreffende Abgasklappe zwischen Schließstellung und Öffnungsstellung hin- und herzuschalten.

[0006] Weitere Beispiele von Abgasabsperrvorrichtungen mit Bimetallelementen bzw. Memorylegierungs-Elementen sind z.B. in der DE 22 23 517 A und in der DE 38 13 170 A1 offenbart. All diese vorstehend genannten Abgasabsperrvorrichtungen funktionen nach dem Prinzip der Zwangssteuerung der Absperrklappe durch das damit zwangsgekoppelte temperaturabhängige Stellgliedbimetallelement bzw. Memorylegierungs-Element, wobei das Stellglied die Abgasklappe zwangsweise geschlossen hält, wenn die Temperatur vergleichsweise niedrig ist. Solche thermisch zwangsgesteuerten Abgasabsperrvorrichtungen sind nicht sehr gut für den Einsatz in Abgasanlagen für Überdruckbetrieb geeignet.

[0007] Für den Einsatz in Abgasanlagen für Überdruckbetrieb sind Absperrvorrichtungen bekannt, welche durch eine Rückstellkraft zur Schließstellung hin belastete und in der Schließstellung den Abgasweg abdichtende Sperrelemente umfassen. Als Beispiel sei die sogenannte Schwerkraft-Abgasklappe genannt, welche durch Schwerkraft zur Schließstellung hin belastet ist. Im Überdruckbetrieb wird die Abgasklappe feuerstättenseitig vom Überdruck beaufschlagt, so dass sie unter Überwindung der Schwerkraft in die Öffnungsstellung übergeht.

[0008] Sobald die den Überdruck erzeugende Gebläseeinrichtung in den Stillstand übergeht und die Druckdifferenz an der Abgasklappe weitestgehend abgebaut ist, sorgt die rückstellende Schwerkraft dafür, dass die Abgasklappe wieder in den Schließzustand zurückfällt, um den Abgasweg dichtend abzuschließen. Derartige Schwerkraft-Abgasklappen haben sich in Abgasanlagen für Überdruckbetrieb gut bewährt. Nachteilig an solchen zur Schließstellung hin belasteten Absperrklappen ist jedoch, dass die zur Überwindung der Rückstellkraft erforderliche Energie stets von der Gebläseeinrichtung aufgebracht werden muss. Dies hat negativen Einfluss auf die Energiebilanz des Systems und erfordert entsprechend stark dimensionierte Gebläse.

[0009] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Abgasanlage für Überdruckbetrieb eine Absperrvorrichtung der eingangs genannten Art mit einem Absperrelement bereitzustellen, welches durch Beaufschlagen mit Überdruck von der Schließstellung in die Öffnungsstellung überführbar ist, wobei jedoch der Energieaufwand des Gebläses für die Überdruckerzeugung weitgehend minimiert ist.

[0010] Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Absperrvorrichtung eine reversibel temperaturabhängig wirksame Hilfsstelleinrichtung für das Absperrelement aufweist, wobei die Hilfsstelleinrichtung wenigstens ein temperaturempfindliches Hilfsstellelement im Abgasweg oder nahe am Abgasweg aufweist, das dazu eingerichtet ist, bei einer Erhöhung seiner Temperatur in einem bestimmten Temperaturbereich eine der Schließkraft kontinuierlich oder sprunghaft ansteigend entgegengesetzte Kraft auf das Absperrelement auszuüben.

[0011] Bei deaktivierter Feuerstätte und ausgeschalteter Gebläseeinrichtung befindet sich das Absperrelement im Schließzustand, so dass es den Abgasweg abdichtend zur Atmosphäre hin verschließt. Wird dann die Gebläseeinrichtung eingeschaltet, so erzeugt sie im Abgasweg einen Überdruck, der das Absperrelement feuerstättenseitig beaufschlagt und schließlich bei Überwindung der Schließkraft in eine Öffnungsstellung überführt. In dem Abgasweg kommt es dann zu einer Gasströmung von der Feuerstätte in Richtung nach außen, so dass nach Aktivierung der Feuerstätte anstehende Abgase über den Abgasweg nach außen zur Atmosphäre hin abgeführt werden können. Insoweit funktioniert die Absperrvorrichtung nach der Erfindung ähnlich wie eine konventionelle Abgasklappenvorrichtung mit Rückstellkraft, etwa eine Schwerkraft-Abgasklappe. Im Betrieb einer Abgasanlage mit einer erfindungsgemäßen Absperrvorrichtung kommt jedoch noch folgender Effekt hinzu. Sobald die von der Feuerstätte kommenden Abgase das temperaturempfindliche Hilfsstellelement auf eine hinreichend hohe Temperatur erwärmt haben, geht das Hilfsstellelement von einem mit der Schließstellung des Absperrelements korrespondierenden Einstellzustand in einen Einstellzustand zur Ausübung einer der Schließkraft des Absperrelementes entgegenwirkenden Kraft über, wobei es dem gegebenenfalls bereits vorweg durch Gasdruckbeaufschlagung in die Öffnungsstellung überführten Absperrelement folgt, um es in der Öffnungsstellung zu stützen. Vorzugsweise ist die so von dem Hilfsstellelement aufgebrachte Stützkraft etwas kleiner als die rückstellende Schließkraft des Absperrelementes, so dass bei Wegfall des Überdrucks im Abgasweg die Resultierende aus Schließkraft und Stützkraft das Absperrelement in die Schließstellung überführt, ungeachtet dessen, ob das Hilfsstellelement noch auf erhöhter Temperatur oder bereits wieder auf niedrigerer Temperatur ist. Abgasrückströmung in dem Abgasweg kann so zuverlässig unterbunden werden. Dieser Aspekt hat insbesondere bei Abgasanlagen Bedeutung, bei denen der Kamin mit mehreren Feuerstätten belegt ist.

[0012] Unter einem Aspekt wird bei der vorliegenden Erfindung von dem Prinzip Gebrauch gemacht, dass die temperaturabhängige Beaufschlagung des Absperrelementes durch das temperaturempfindliche Hilfsstellelement in Öffnungsrichtung des Absperrelementes "übersteuert" werden kann durch die Überdruckbeaufschlagung. Dies wird gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dadurch erreicht, dass das temperaturempfindliche Hilfsstellelement nur lose mit dem Absperrelement gekoppelt ist, so dass das Absperrelement auch bei niedrigeren Temperatur in die Öffnungsstellung übergehen kann, wenn sich ein Überdruck im Abgasweg feuerstättenseitig des Absperrelementes aufbaut.

[0013] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Hilfsstelleinrichtung wenigstens ein Bimetallelement als temperaturempfindliches Hilfsstellelement.

[0014] Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das temperaturempfindliche Hilfsstellelement zumindest teilweise aus einem Material mit Memory-Effekt bzw. Formgedächtnis-Effekt gebildet.

[0015] Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Absperrelement eine schwenkbar gelagerte Absperrklappe im Abgasweg. Eine solche Absperrklappe kann einflügelig sein oder mehrere Klappenelemente aufweisen.

[0016] Es kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass das Hilfsstellelement mittels eines Heizdrahtes oder dgl. beheizbar ist, um es in den mit einer Öffnungsstellung des Absperrelementes korrespondierenden Einstellzustand zu überführen.

[0017] Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.

[0018] Die Figuren 1a - 1 c zeigen schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Absperrvorrichtung nach der Erfindung in verschiedenen Betriebszuständen, wobei die Absperrvorrichtung in einem ausschnittsweise und im Längsschnitt dargestellten Abgasrohr einer Abgasanlage für Überdruckbetrieb angeordnet ist. Die Absperrvorrichtung weist eine Abgasklappe 3 auf, die in Fig. 1a in ihrer den Abgasweg 9 in dem Abgasrohr 5 dicht sperrenden Schließstellung gezeigt ist. Es handelt sich im Beispielsfall um eine Schwerkraftklappe, die unter der Wirkung der Schwerkraft in die Schließstellung fällt, sobald Gegenkräfte ausfallen.

[0019] Das Abgasrohr 5 ist einerseits an einer (nicht gezeigten) Gasfeuerstätte - und andererseits an einem (nicht gezeigten) Kaminrohr angeschlossen. Die Seite des Feuerstättenanschlusses liegt in den Figuren 1a - 1c unten, und die Seite des Kaminrohranschlusses liegt in den Figuren 1a - 1c oben. Ein Bimetallelement 7 ist als temperaturempfindliches Hilfsstellelement im Abgasweg 9 vorgesehen. Ein Ende 11 des schleifenförmig gebogenen Bimetallelementes 7 ist ortsfest an dem Abgasrohr 5 fixiert, wohingegen das andere Ende 13 des Bimetallelementes 7 in Fig. 1a frei an der Unterseite der Abgasklappe 3 liegt. Die Situation gemäß Fig. 1a liegt z.B. in einer Betriebspause der Feuerstätte und des feuerstättenseitig vorgesehenen (nicht gezeigten) Gebläses zur Überdruckerzeugung vor.

[0020] In Fig. 1b ist die Abgasklappe 3 um ihre orthogonal zur Abgasrohrachse verlaufende Schwenkachse 17 herum nach oben in eine den Abgasweg 9 freigebende Öffnungsstellung verschwenkt, wobei das Bimetallelement 7 seinen Zustand im Vergleich mit der Fig. 1a kaum geändert hat. Eine solche Situation kann in der Startphase der Feuerstätte und des feuerstättenseitig angeordneten Gebläses vorliegen. Das Gebläse hat bereits einen Überdruck im Abgasweg 9 aufgebaut, welcher die Abgasklappe 3 an deren Unterseite beaufschlagt und in die Öffnungsstellung überführt hat, so dass eine mit den Pfeilen X angedeutete Strömung im Abgasweg erzwungen wird. In der Startphase gemäß Fig. 1b hat das Bimetallelement 7 noch keine merkliche Temperaturänderung erfahren.

[0021] Im weiteren Verlauf des Brennbetriebs der Feuerstätte gelangt zunehmend mehr erhitztes Abgas zu dem Bimetallelement 7. Das Bimetallelement 7 erfährt dabei eine Temperaturerhöhung z.B. auf 50°C und ggf. höher und damit einhergehend eine Formänderung, wie es in Fig. 1c angedeutet ist. In der Situation gemäß Fig. 1c greift das Bimetallelement 7 mit seinem freien Ende 13 oberhalb der bei 19 angedeuteten Schließstellungsebene an die Abgasklappe 3 an, wodurch es eine Stützkraft für die Abgasklappe 3 in der gezeigten Öffnungsstellung bietet. Das Offenhalten der Abgasklappe 3 ist somit nicht mehr allein dem Gebläse und ggf. dem thermischen Auftrieb überlassen. Das Gebläse kann daher mit geringerem Energieeinsatz betrieben werden, um den für die Abgasabführung erforderlichen Überdruck aufrechtzuerhalten.

[0022] Es kann in speziellen Ausführungsformen der Erfindung zweckmäßig sein, dass die Stützkraft des Hilfsstellelementes 7 bei entsprechender Temperatur groß genug ist, um das Absperrelement 3 ohne Gebläseunterstützung in der Öffnungsstellung zu halten. Vorzugsweise sollte die Absperrvorrichtung jedoch so dimensioniert sein, dass die Stützkraft des Hilfsstellelementes 7 im erwärmten Zustand allein nicht ausreicht, um das Absperrelement 3 bei Wegfall des Überdrucks im Abgasweg 9 in der geöffneten Stellung zu halten. Es kann dann nicht der Fall eintreten, dass nach Abschalten der Feuerstätte und des Gebläses und bei etwaigem Auftreten eines Druckgefälles vom Kamin in Richtung der betreffenden Feuerstätte eine Abgasrückströmung durch die Absperrvorrichtung hindurch stattfindet, weil das noch erhitzte Hilfsstellelement 7 das Absperrelement 3 nur verzögert in den Schließzustand übergehen lässt.

[0023] Im Beispielsfall der Figuren 1a - 1c wurde davon ausgegangen, dass das Hilfsstellelement 7 ein Bimetallelement ist. Wie oben bereits dargelegt, könnte das Element 7 auch ein Hilfsstellelement aus einem Material mit Memory-Effekt sein, welches bei Temperaturen unterhalb einer Umwandlungstemperatur einen Formzustand entsprechend Fig. 1a aufweist und welches bei Temperaturen oberhalb der Umwandlungstemperatur einen Formzustand entsprechend Fig. 1c einnimmt. Memory-Legierungen sind bekannt. z.B. NiTi, Cu-Zn-Al, Cu-Al-Ni.

[0024] Es wurde bei der gezeigten Ausführungsform der Erfindung bisher ferner davon ausgegangen, dass die Erwärmung des Hilfsstellelements 7 nur durch Wärmeübertragung vom Abgas auf das Hilfsstellelement 7 erfolgt. Gemäß einer nicht gezeigten Variante der Erfindung kann das Hilfsstellelement 7 fremdbeheizbar sein und hierzu etwa einen elektrischen Widerstandsheizdraht aufweisen. Durch Vorheizen des Hilfsstellelementes 7 während einer Startphase kann somit erreicht werden, dass das Hilfsstellelement 7 das Absperrelement 3 auch schon in der Situation gemäß Fig. 1b unterstützt, also in der Situation, in der bereits ein Überdruck aufgebaut ist, jedoch noch nicht genug Abgaswärme zur Aktivierung des Hilfsstellelementes ansteht.

[0025] Es sei darauf hingewiesen, dass der Begriff Überdruckbetrieb im Rahmen der vorliegenden Anmeldung allgemein auch die Situation erfassen soll, dass feuerstättenseitig der betreffenden Absperrvorrichtung ein höherer Druck herrscht als kaminseitig der Absperrvorrichtung. Dies kann z.B. auch dadurch erreicht werden, dass kaminseitig der Absperreinrichtung eine ansaugende Gebläseeinrichtung für eine entsprechende Druckdifferenz sorgt.

[0026] Durch Nachheizen des Hilfsstellelementes mit der Fremdheizung während etwaiger Abgas-Abkühlphasen oder Heizbetriebspausen kann gemäß einer Variante der Erfindung das Absperrelement über betreffende Zeitspannen bedarfsweise in der geöffneten Stellung gehalten werden, auch wenn der Überdruck bereits weitgehend abgebaut ist.

Ansprüche

1. Absperrvorrichtung für einen Abgasweg (9) in einer Abgasanlage einer Feuerstätte, wobei die Abgasanlage eine in Brennbetriebsphasen der Feuerstätte aktive Gebläseeinrichtung zur Erzeugung eines Überdrucks in dem Abgasweg (9) aufweist und die Absperrvorrichtung ein Absperrelement (3) umfasst, das zwischen einer den Abgasweg (9) sperrenden Schließstellung und einer den Abgasweg (9) zumindest teilweise freigebenden Öffnungsstellung verstellbar gelagert - und durch Beaufschlagung mit dem Überdruck aus der Schließstellung heraus in Richtung Öffnungsstellung gegen eine Schließkraft verstellbar ist, gekennzeichnet
durch eine reversibel temperaturabhängig wirksame Hilfsstelleinrichtung für das Absperrelement (3), wobei die Hilfsstelleinrichtung wenigstens ein temperaturempfindliches, im Abgasweg (9) oder nahe am Abgasweg (9) angeordnetes Hilfsstellelement (7) für das Absperrelement (3) aufweist und wobei das Hilfsstellelement (7) dazu eingerichtet ist, bei Erhöhung seiner Temperatur in einem bestimmten Temperaturbereich eine der Schließkraft insbesondere kontinuierlich oder sprunghaft zunehmend entgegenwirkende Kraft auf das Absperrelement (3) auszuüben.

2. Absperrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsstelleinrichtung wenigstens ein Bimetallelement als temperaturempfindliches Hilfsstellelement (7) aufweist.

3. Absperrvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das temperaturempfindliche Hilfsstellelement (7) zumindest teilweise aus einem Material mit Memory-Effekt besteht.

4. Absperrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch gesteuert aktivierbare Heizmittel, insbesondere elektrische Widerstandsheizmittel, zur Beheizung des temperaturempfindlichen Hilfsstellelementes.

5. Absperrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrelement (3) eine schwenkbar gelagerte Absperrklappe ist.

Zeichnung