[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ofen und eine Vorrichtung zur Verbesserung
der Verbrennungseigenschaften eines solchen Ofens.
[0002] Öfen zur Erzeugung nutzbarer Wärme, insbesondere im Wohnbereich, durch Verbrennung
fester Brennstoffe, insbesondere Holz müssen bestimmten gesetzlichen Anforderungen
bezüglich der Zusammensetzung der Abgase genügen, die oft nicht ohne weiteres erfüllt
werden können. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Ofen anzugeben, der nicht
nur die notwendigen Forderungen erfüllt, sondern auch einen besseren Verbrennungswirkungsgrad
aufweist.
[0003] Diese Aufgabe wird durch einen Ofen mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen
gelöst.
[0004] Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen
angegeben.
ZEICHNUNGEN
[0005] Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise an Hand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
- Fig. 1 bis 3
- schematische Darstellungen verschiedener Varianten eines Ofens,
- Fig. 4
- eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verbesserung
der Verbrennungseigenschaften eines solchen Ofens,
- Fig. 5
- ein Blockschaltbild einer Steueranordnung für einen solchen Ofen, und
- Fig. 6
- ein Impulsdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise einer solchen Regelung.
[0006] Der in
Fig. 1 gezeigte Ofen 1 umfasst einen Ofenkörper 2 mit einer eine innere Brennkammer abschließenden
Tür 3 und eine Einrichtung 4 mit einer sogenannten Drossel 5. Die Einrichtung 4 ist
an ein Kaminrohr 6 angeschlossen, und der Ofenkörper 2 und die Einrichtung 4 sind
durch ein Verbindungsrohr 7 für Abgase miteinander verbunden.
[0007] Der in
Fig. 2 dargestellte Ofen 11 umfasst einen Ofenkörper 12 mit einer eine innere Brennkammer
abschließenden Tür 13 und eine Einrichtung 14 mit einer Drossel 15. Die Einrichtung
14 ist an ein Kaminrohr 16 angeschlossen, und der Ofenkörper 12 und die Einrichtung
14 sind durch Verbindungsrohre 17 und 17' für Abgase mit einem sogenannten Wärmekasten
18 verbunden.
[0008] Der in
Fig. 3 gezeigte Ofen 21 umfasst einen Ofenkörper 22 mit einer eine innere Brennkammer abschließenden
Tür 23 und eine Einrichtung 24 mit einer Drossel 25. Die Einrichtung 24 ist an ein
Kaminrohr 26 angeschlossen, und der Ofenkörper 22 und die Einrichtung 24 sind durch
Verbindungsrohre 27 und 27' für Abgase mit einem sogenannten Wärmekasten 28 verbunden.
[0009] Die Ofenkörper 2, 12, 22 in den Figuren 1 bis 3 können an sich bekannter Bauweise
sein und beliebige weitere in den Figuren nicht dargestellte Elemente aufweisen. Die
Wärmekasten 18 und 28 (Fig. 2, 3) können beispielsweise ein Gas-Sturzzug-Kasten oder
ein Wärmetauscher gegebenenfalls für Wasser oder andere Zwecke sein. Die Drossel der
Einrichtungen 4, 14 und/oder 24 weist ein Ventilorgan, beispielsweise eine kippbare
Klappe oder eine Schiebeplatte usw. auf.
[0010] Die Einrichtung 40 nach
Fig. 4 umfasst eine Drossel 41 mit einem Ventilorgan, beispielsweise einer Klappe 42, einen
Motor oder Antrieb 43, eine sogenannte Lambda-Sonde 44, eine Temperatursonde 45 und
eine Drucksonde 46. Abweichend von der Darstellung in Fig. 4 kann der Antrieb 43 beispielsweise
auch koaxial zur Klappe 42 angeordnet sein. Die Elemente 44, 45 und 46, die an sich
bekannte Sonden sind, befinden sich vorzugsweise direkt unterhalb der Drossel 41 und
sind vorgesehen, um Lambda-Werte, Temperatur und Druck im Rohr 47 zu messen. Lambda-Sonden
sind Messfühler, die den Sauerstoffgehalt im Abgas mit einem Referenzwert, beispielsweise
mit dem Sauerstoffgehalt in der Außenluft vergleichen. Im Sinne der vorliegenden Erfindung
kann der Antrieb 43 ein Schrittmotor, ein Linearmotor, ein Stellmotor, ein Stellglied,
ein Servomechanismus usw. sein. Der Antrieb 43 und die Sonden 44, 45 und 46 sind an
eine Steueranordnung 50
(Fig. 5) angeschlossen. Der Ofen nach der Erfindung kann grundsätzlich auch mit nur einer
der Sonden 44 und/oder 45 und /oder 46 arbeiten.
[0011] Die Steueranordnung 50 nach
Fig. 5 umfasst eine Verstärkerschaltung 51, einen Linearisierer 52 und eine Regelschaltung
53, die vorzugsweise eine handelsübliche programmierbare mit einem Display 54 versehene
Regeleinheit, beispielsweise vom Typ SPS ist. Der Linearisierer 52 kann auch entfallen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst mindestens die für den Zweck der vorliegenden
Erfindung vorgesehene Regelschaltung 53.
[0012] Die erfindungsgemäßen Öfen mit der Vorrichtung nach Fig. 4 arbeiten folgendermaßen:
Eine der Sonden 44, 45 und/oder 46, die sich in den Einrichtungen 4, 14 bzw. 24 befinden,
misst einen entsprechenden Parameter. Falls vorzugsweise mit Hilfe einer handelsüblichen
Lambda-Sonde ein Lambda-Wert gemessen wird, liefert sie eine Spannung, beispielsweise
im Bereich von -10 bis 30 mV, die der Verstärker 51 vorzugsweise in einem Bereich
von 0 bis 10 Volt verstärkt. Gegebenenfalls kann ein interessierender Bereich der
entsprechenden Funktion durch den Linearisierer 52 linearisiert werden. Die Regelschaltung
53 erhält ständig den auf dieser Weise gewonnenen momentanen Spannungswert λ(t) und
vergleicht ihn mit einem oberen Grenzwert Lo. Solange λ(t) > Lo ist, liefert die Regelschaltung
53 ein Triggersignal Sgo
(Fig. 6) an den Motor 43, derart, daß er die Klappe 42 schrittweise oder kontinuierlich schließt,
zum Beispiel um einen Winkel Δϕ pro Sekunde. Dadurch ändern sich die Verbrennungsbedingungen
derart, daß der von der Lambda-Sonde gemessene momentane Lambda-Wert kleiner wird.
Wenn der Spannungswert λ(t) einen unteren Grenzwert Lu unterschreitet, liefert die
Regelschaltung 53 ein Triggersignal Sgu an den Motor 43 derart, daß er die Klappe
schrittweise oder kontinuierlich öffnet. Dadurch wird der momentane Lambda-Wert ständig
innerhalb der zwei Schwellenwerte Lo und Lu liegen. Die Werte für Lo und Lu können
experimentell für jeden Ofentyp bestimmt werden. Durch die Erfindung wurde die Erkenntnis
gewonnen, daß der obere Grenzwert Lo zwischen λ = 1,5 und λ = 2,6 und der untere Grenzwert
zwischen λ = 1,4 und λ = 2,1 sein kann, um eine gute Regelung zu erreichen. Vorzugsweise
werden jedoch die Werte Lo = 1,82 und Lu = 1,78 gewählt. Die Signale Sgo und Sgu können
gleich oder ähnlich sein, wobei ein anderes Signal Sd und/oder Sd' als Kriterium für
die Bewegungsrichtung des Antriebs 43 vorgesehen sein kann. Die Regelschaltung 53
kann ein weiteres Triggersignal Sgm liefern, wenn der momentane Lambda-Wert λ(t) einen
mittleren Grenzwert Lm unterschreitet oder überschreitet, derart, daß dann der Motor
43 stoppt, und die Klappe 42 in der erreichten Position verbleibt.
[0013] Die Triggersignale Sgo und Sgu können Folgen von Impulsen der Dauer Ti gefolgt von
Pausen der Dauer Tp sein. Gute Ergebnisse wurden bei Werten 0,3 s < Ti < 3 s und 1s
< Tp < 15 s erreicht. Vorzugsweise werden jedoch Werte in der Größenordnung von Ti
= 1s und Tp = 4s verwendet, falls die Klappe mit einer Winkelgeschwindigkeit von etwa
0,3 bis 3 Grad pro Sekunde, vorzugsweise 1 Grad/s bewegt wird.
[0014] Das von der Temperatursonde 45 gelieferte Signal soll als Einschaltkriterium für
die Regelschaltung 53 dienen, um besonders am Anfang, wenn der Offen kalt ist, die
Lambda-Regelung nicht sofort einzuschalten, solange die Temperatur einen oberen Grenzwert
To beispielsweise zwischen 100° und 300°, vorzugsweise zwischen 110° und 130° nicht
erreicht hat. Es ist auch ein unterer Temperaturgrenzwert Tu, beispielsweise in der
Größenordnung von 100° vorgesehen, um die Lambda-Regelung auszuschalten.
[0015] Die Tür 3 ist derart ausgestaltet, daß wenn sie offen ist, ein Türschalter aktiv
wird, der die Klappe 42 aufmacht, wobei gleichzeitig eine Lampe 55 blinken kann und/oder
ein akustischer Alarm für eine vorbestimmte Zeit betätigt wird und/oder im Display
eine entsprechende Anzeige erscheint. Auch die Lambda-Werte und die Temperatur und/oder
der Druck können im Display angezeigt werden. Ein erneutes Zuschließen der Tür 3 bewirkt
ein sofortiges oder gegebenenfalls ein verzögertes Einschalten der Regelung. Wird
nach einer Zeit De, beispielsweise nach 20 Minuten, der Temperaturgrenzwert To nicht
erreicht, so wird dies ebenfalls als ein spezieller Alarm ausgewertet, und zwar ebenfalls
optisch und/oder akustisch und/oder im Display. Die Vorrichtung umfasst zusätzlich
einen Umschalter 56 auf manuellen Betrieb oder automatischen Betrieb.
[0016] Bei den Öfen nach der vorliegenden Erfindung können ohne weiteres nicht nur sehr
gute Abgaswerte, insbesondere bezüglich CO, sondern auch Verbesserungen des Wirkungsgrades
von etwa 10% erreicht werden, und zwar auch bei Naturzug, das heißt ohne Ventilator.
1. Ofen für feste Brennstoffe mit einem Ofenkörper (2), der eine innere Brennkammer umfasst,
und mit einer Einrichtung (40), in der eine Drossel (41) mit einem Ventilorgan (42)
für Abgase untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (40) nebst einem Antrieb (43) für die Drossel mindestens eine Sonde
(44) aufweist, und daß eine Vorrichtung mit einer Regelschaltung (53) zur Regelung
der Drossel (41) nach Maßgabe eines von dieser Sonde (44) gelieferten Signals vorhanden
ist.
2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Sonde oder die Sonden unmittelbar unter dem Ventilorgan (42) der Drossel
befinden.
3. Ofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschaltung (53) ausgestaltet ist, um den momentanen durch eine Lambda-Sonde
gewonnenen Lambda-Wert zwischen zwei vorgegebenen Lambda-Grenzwerten zu regeln.
4. Ofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für diese Lambda-Werte einen oberen Grenzwert Lo zwischen λ = 1,5 und λ = 2,6 und
einen unteren Grenzwert zwischen λ= 1,4 und λ= 2,1 gewählt werden,
5. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschaltung (53) ausgestaltet oder programmiert ist, um bei mindestens einem
durch eine Temperatur-Sonde gewonnenen Temperaturgrenzwert die Regelschaltung aus-
oder einzuschalten.
6. Ofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturgrenzwert im Bereich zwischen 100° und 300° liegt.
7. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschaltung (53) ausgestaltet oder programmiert ist, um, falls eine Tür (3;
13; 23) der Brennkammer offen ist, einen Schalter zu aktivieren, der das Ventilorgan
(42) der Drossel (41) aufmacht, und um die Regelschaltung (53) zur Regelung der Drossel
(41) zu reaktivieren, falls diese Tür wieder geschlossen wird.
8. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Holzofen für den Wohnbereich ist.
9. Vorrichtung für einen Ofen mit einem Ofenkörper (2), der eine innere Brennkammer umfasst,
und mit einer Einrichtung (40), in der eine Drossel (41) mit einem Ventilorgan (42)
für die Abgase untergebracht ist, nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Regelschaltung (53) umfasst, die einen durch eine Sonde gewonnenen momentanen
Spannungswert überwacht, um beim Überschreiten eines oberen Grenzwertes Signale (Sgo,
Sd) an einen Antrieb (43) der Einrichtung (40) zu liefern, derart, daß das Ventilorgan
(42) schrittweise und/oder kontinuierlich geschlossen wird, und daß, falls der Spannungswert
einen unteren Grenzwert unterschreitet, die Regelschaltung (53) Signale (Sgu; Sd')
an den Antrieb (43) liefert, derart, daß das Ventilorgan (42) schrittweise und/oder
kontinuierlich geöffnet wird.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß diese Signale (Sgo, Sd; Sgu, Sd') eine Folge von Impulsen der Dauer Ti gefolgt von
Pausen der Dauer Tp umfassen, für die 0,3 s < Ti < 3 s und 1s < Tp < 15 s gilt.