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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brenneinsatz für Sturzbrandöfen, wobei ein Sturzbrandofen einen Brennstoffschacht mit einem Rost zur Aufnahme fester Brennstoffe und eine Brennkammer aufweist, in der die durch einen Primärluftkanal zugeführte Luft und Feuereintrag im Brennstoffschacht erzeugten Brenngase verbrennbar sind, wobei die Brennkammer eine Austrittsöffnung für die heißen Abgase aufweist.
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AT 394775 B offenbart einen Spezialheizkessel für feste Brennstoffe, wobei als Brenneinsatz eine nach oben zumindest im Wesentlichen geschlossen ausgebildete Wirbelkammer mit einem liegend angeordneten Brenngassammelkanal vorgesehen ist, der über eine Einlassdüse in die Wirbelkammer mündet, in der die Brenngase in einer Zyklonbewegung geführt und über zumindest eine Düsenanordnung mit Sekundärluft gespeist werden. Die Brenngase werden seitlich in die Wirbelkammer eingeführt und die Flammen sowie die daraus entstehende Wärme nach oben abgeführt.
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Bei dem in
AT 394775 B offenbarten Spezialheizkessel wird ein seitliches Abbrennverfahren offenbart. Die Brenngase werden aus einer Düse, die als düsenförmig verengte Einlassöffnung ausgebildet ist, geleitet und anschließend in die getrennt gelagerte Wirbelkammer geführt. Nachteilig bei der aus
AT 394775 B offenbarten Vorrichtung sind die getrennte Ausführung der Komponenten sowie die durch das seitliche Abbrennverfahren im Hinblick auf Schadstoffe und Emissionen resultierenden Verbrennungswerte.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Brenneinsatz für einen Sturzbrandofen anzugeben, wobei der Einsatz die Nachteile des Standes der Technik behebt und eine deutlich verbesserte Verbrennung im Hinblick auf Schadstoffe und Emissionen bereitstellt sowie eine verbesserte Führung der Brenngase angibt.
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Die Aufgabe wird durch einen Einsatz mit den in Anspruch 1 angegebenen technischen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen im Detail angegeben.
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Ein erfindungsgemäßer Brenneinsatz für einen Sturzbrandofen, wobei der Sturzbrandofen einen Brennstoffschacht mit einem Rost zur Aufnahme fester Brennstoffe, insbesondere Holzbrennstoffe, aufweist, weist ferner eine darunter befindliche Brennkammer auf, in der die durch einen Primärluftkanal zugeführte Luft und durch Feuereintrag im Brennstoffschacht erzeugten Brenngase verbrennbar sind, welche Brennkammer eine Austrittsöffnung für die heißen Abgase aufweist, und wobei:
- – der Brenneinsatz einen Brenngas-Eintrittsbereich aufweist, der unter dem Rost des Brennstoffschachts des Sturzbrandofens angeordnet ist,
- – das Brenngas ausgehend von dem Rost den Brenneinsatz von oben nach unten durchströmt und der Brenngas-Eintrittsbereich untenseitig einen den Querschnitt verkleinernden Abschnitt aufweist und sich an diesem Abschnitt eine Wirbelkammer anschließt, die eine nach außen gewölbte Seitenwand und gegenüberliegend einen senkrechten Wandabschnitt aufweist, der in einen gebogenen Wandabschnitt übergeht,
- – der den Querschnitt verkleinernde Abschnitt durch zwei aufeinander zu gewandte Flächen gebildet ist, deren untere Fläche mit dem senkrechten Wandabschnitt verbunden ist und Öffnungen aufweist, die mit einem Sekundärluftkanal über Zufuhrleitungen verbunden und derart ausgerichtet sind, dass im Zusammenspiel mit der gewölbten Seitenwand eine Zyklonbewegung der eingeführten Brenngase erzeugt wird und die Gase verbrennen,
- – sich unterhalb der Wirbelkammer ein Austrittsbereich für die Flammen und die Abgase der in der Wirbelkammer verbrannten Brenngase anschließt, der ausgehend von der Wirbelkammer einen sich vergrößernden Querschnitt aufweist und mit einem nach oben gerichteten Wärmetauscher des Sturzbrandofens verbunden ist.
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Bei der vorliegenden Erfindung ist die Wirbelkammer ein Bestandteil der Düse (Brenngas-Eintrittsbereich mit dem querschnittverkleinernden Abschnitt). Dadurch wird auf kleinem Raum eine gut regelbare und emissionsarme Verbrennung gewährleistet. Der Einsatz kann daher auch für Zimmeröfen oder kleine Kessel verwendet werden. Zudem ergibt sich eine deutlich verbesserte Verbrennung als sie bei aus dem Stand der Technik bekannten Öfen oder Einsätzen erreicht wird. Bei dem erfindungsgemäßen Einsatz werden die Brenngase über den Rost und den Brenngas-Eintrittsbereich nach unten in die Wirbelkammer geleitet. Der Brenngas-Eintrittsbereich bewirkt über den querschnittverkleinernden Abschnitt eine Beschleunigung der eintretenden Brenngase. Die untere Fläche dieses Abschnitts mit den Öffnungen führt Sekundärluft aus einem Sekundärluftkanal über die Zufuhrleitungen (Venturidüsen) in die Wirbelkammer ein. Die Anordnung der Öffnungen unterhalb der durch die beiden Flächen im querschnittverkleinernden Abschnitt gebildeten Kante in der unteren Fläche unterstützt die Erzeugung der Zyklonbewegung. An der Kante werden die Brenngase in eine bestimmte Richtung umgelenkt. Die einströmende Luft aus der unteren Fläche unterstützt diese Bewegung. Die über den Sekundärluftkanal zugeführte Luft und die Brenngase werden an der gewölbten Seitenwand umgelenkt und an dem gegenüberliegenden gebogenen Wandabschnitt unterhalb des senkrechten Wandabschnitts ebenfalls wieder umgelenkt. Es erfolgt hierbei eine Durchmischung und ein Verbrennen der Brenngase, wobei die Abgase nach unten über den Austrittsbereich abgeführt werden. Auch die Flammen werden über den Austrittsbereich teilweise ausgegeben und erhitzen den Wärmetauscher. Die Zuführrohre (Venturidüsen) führen Frischluft in Abhängigkeit der Menge der eintretenden Brenngase über den Brenngas-Eintrittsbereich zu. Bei dem Brenneinsatz wird dadurch die Vermischung automatisch gesteuert. Ferner stellt sich im Bereich des gebogenen Wandabschnitts ein Unterdruckbereich ein, wodurch das Einströmen der Gase und die Durchmischung (Zyklonbewegung) unterstützt werden. Der Unterdruckbereich ergibt sich konstruktiv aus der Gestaltung des Brenneinsatzes. Der Unterdruckbereich ergibt sich hierbei durch den Querschnitt verkleinernden Abschnitt mit der Kante, die schräg zulaufenden Flächen, die gebogene Seitenwand, den senkrechten Wandabschnitt und den gebogenen Wandabschnitt.
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Das Gemisch aus Brenngas und Frischluft wird aufgrund der Rotation in der Wirbelkammer stark erhitzt, wodurch das Gemisch reaktionsfreudiger wird und auf kleinem Raum ausoxidiert. Dadurch ergibt sich eine schadstoff- und emissionsarme Verbrennung.
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Die Durchströmung der Brenngase und der zugeführten Luft ergibt sich auch durch den normalen Kaminzug von dem Rost über den Einsatz zum Austrittsbereich und einen angeschlossenen Kamin.
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Der Brenngas-Eintrittsbereich kann einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Insbesondere weist der Einsatz in seinen Ebenen, ausgehend vom Rost bis zum Austrittsbereich, rechteckige Querschnitte auf.
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Der gebogene Wandabschnitt kann ebenfalls Öffnungen aufweisen, welche mit einem Rezirkulationskanal über Zufuhrleitungen verbunden sind oder direkt einmünden. Durch die Rotation der Brenngase werden über die Rezirkulationskanäle zum Teil Rauchgase der Verbrennung erneut zugeführt. Dadurch werden der Luftüberschuss und die Flammenkerntemperatur reduziert. Dies führt zum Einen zu einer Erhöhung des feuerungstechnischen Wirkungsgrades zum Anderen zu einer Reduzierung des Stickoxidanteils im Rauchgas.
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Der Sekundärluftkanal und/oder der Rezirkulationskanal können parallel und beabstandet zu dem Brenneinsatz in horizontaler Richtung zu dem Brenneinsatz verlaufen. Dies gewährleistet eine gleichmäßige Luftzufuhr über die Länge des Sekundärluftkanals und/oder des Rezirkulationskanals hinweg, da die Öffnungen horizontal in einer Ebene liegen.
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Die Zufuhr von Brenngas kann steuerbar sein. Die Steuerung kann über eine Luftklappe erfolgen, wobei in Abhängigkeit der Stellung der Luftklappe das Brenngas durch den Kaminzug variabel den Brenneinsatz durchströmt.
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Der Rost kann einen sich mittig über die horizontale Längsachse des Brenngas-Eintrittsbereichs verlaufenden Metallstab aufweisen. Der Metallstab wird während des Betriebs des Sturzbrandofens erhitzt und gibt seine Hitze an die durch ihn strömenden Brenngase ab, wodurch die Brenngase vorgeheizt werden.
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Der Metallstab kann einen Durchmesser von 10 mm bis 30 mm aufweisen, wobei der Metallstab aus Edelstahl bestehen kann und insbesondere einen Durchmesser von im Wesentlichen 20 mm aufweist. Es hat sich gezeigt, dass in einer derartigen Ausführung ein optimales Vorheizen der Brenngase im Hinblick auf die in der Wirbelkammer stattfindende Verbrennung und eine Minimierung von Schadstoffen erreicht werden.
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Die Sekundärluft in dem Sekundärluftkanal kann vorheizbar sein, wobei hierzu der Sekundärluftkanal innerhalb des Brenneinsatzes verläuft, wobei der Feuerraum sich dem Austrittsbereich anschließt und/oder ein Teil des Austrittsbereichs ist.
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Die Wände des Brenneinsatzes können aus einem Metall und/oder aus Schamottsteinen bestehen. Dadurch wird eine Speicherung der Wärme erreicht, was dazu dient, die Wärme an die Brenngase und die Frischluft abzugeben und die Wärme für weitere Einrichtungen zu nutzen.
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Der Brenneinsatz und/oder ein Feuerraum können von wasserführenden Wänden umgeben sein, wobei hierdurch ein Wärmetausch erfolgt.
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Die Zufuhr von Sekundärluft über den Sekundärluftkanal kann zusätzlich über eine Frischluftklappe steuerbar sein.
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Aufgrund seiner einfachen Ausgestaltung kann der Einsatz anders als bekannte Einsätze aus dem Stand der Technik über seine gesamte Breite beispielsweise vorderseitig in einen Sturzbrandofen eingesetzt werden. Ferner weist der Einsatz geringe Abmaße auf, so dass der Einsatz auch für kleinere Sturzbrandöfen geeignet ist. Aufgrund seiner Ausgestaltung erreicht der erfindungsgemäße Brenneinsatz dennoch eine erheblich bessere Vermischung und Verbrennung von Brenngasen mit Frischluft gegenüber Brenneinsätzen aus dem Stand der Technik.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen.
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In den Zeichnungen zeigt 1 eine schematische Ansicht eines Einsatzes in perspektivischer Darstellung.
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1 zeigt einen Brenneinsatz 10 für Sturzbrandöfen. Der Sturzbrandofen weist einen Brennstoffschacht mit einem Rost 12 auf, wobei auf dem Rost feste Brennstoffe, insbesondere Holzbrennstoffe gelagert werden. Diese werden entzündet, so dass Brenngase von dem Brennstoffschacht (in 1 nicht dargestellt) in den Brenngas-Eintrittsbereich 14 gelangen. Dies erfolgt aufgrund des natürlichen Kaminzugs, da die Brenngase nur über einen Kamin entweichen können, der neben dem Brenneinsatz 10 angeordnet und über den Austrittsbereich 34 mit dem Brenngas-Eintrittsbereich 14 verbunden ist.
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Der Rost 12 ist ein Metallstab 44, vorzugsweise bestehend aus einem Edelmetall mit einem Durchmesser von im Wesentlichen 20 mm. Der Metallstab 44 kann nicht dargestellte Auflageflächen aufweisen, die sich seitlich in Richtung der Wände 48 und 50 des Brenngas-Eintrittsbereichs 14 erstrecken. Im Brennstoffschacht erfolgt ein Feuereintrag, so dass die Brennstoffe zu glühen beginnen und der Metallstab 44 erhitzt wird. Die an dem Metallstab 44 vorbeiziehenden Brenngase werden durch den Metallstab 44 weiter erhitzt. In dem Brenngas-Eintrittsbereich 14 stellt sich ein Brenngasstrom 60 ein. Die Brenngase strömen hierbei nach unten und werden an der Fläche 26 teilweise umgelenkt. Die Flächen 24 und 26 bilden zudem einen Abschnitt 16, der den Querschnitt des Brenngas-Eintrittsbereichs 14 verkleinert. Hierbei erfolgt zudem eine Beschleunigung der eintretenden Brenngase. Die Fläche 24 weist Öffnungen 28 auf, die über Zufuhrleitungen 32 (Venturidüsen) mit einem Sekundärluftkanal 30 verbunden sind. Über den Sekundärluftkanal 30 wird Frischluft über weitere Mittel und Einrichtungen von außerhalb des Sturzbrandofens zugeführt und aufgrund des Kaminzugs in die Wirbelkammer 18 eingebracht. In dem Sekundärluftkanal 30 stellt sich ein Sekundärluftstrom 56 ein, wie durch die Pfeile angedeutet. Aufgrund der Ablenkung der Brenngase an der Fläche 26 und aufgrund der über die Öffnung 28 eindringenden Frischluft stellt sich in der Wirbelkammer 18 ein Wirbelstrom 62 ein. Dieser Wirbelstrom 62 wird ferner dadurch unterstützt, dass unterhalb einer Wand 22 ein Wandabschnitt 36 angeordnet ist, welcher ebenfalls gebogen ausgeführt ist. In diesem Bereich stellt sich im Betrieb des Sturzbrandofens ein Unterdruckbereich 66 ein. Der Unterdruckbereich 66 unterstützt vorteilhaft die Zyklonbewegung in der Wirbelkammer 18 und unterstützt das Einströmen der Gase. Die gebogene Ausführung des Wandabschnitts 36 unterstützt die Umlenkung des Gemischs aus Brenngasen und Frischluft. Ferner weist der Wandabschnitt 36 Öffnungen 38 auf, die über Zufuhrleitungen 42 mit einem Rezirkulationskanal 40 verbunden sind. Die Zufuhrleitungen 42 dienen als Rezirkulationsdüsen und unterstützen die Zyklonbewegung in der Wirbelkammer 18.
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Über den Rezirkulationskanal 40 ergibt sich ein Rezirkulationsstrom 58, wobei Rauchgase über die Zufuhrleitungen 42 und die Öffnungen 38 in die Wirbelkammer 18 eingebracht werden. Die Anordnung der Öffnungen 38 unterstützt hierbei die Rotation des Wirbelstroms 62. Das über den Rezirkulationskanal 40 eingeführte Rauchgas wird aus dem unteren Brennraum zugeführt.
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In der Wirbelkammer 18 erfolgt eine Vermischung der Brenngase und des Rauchgases, die über den Sekundärluftkanal 30 und den Rezirkulationskanal 40 zugeführt werden. Ferner erfolgt in der Wirbelkammer 18 eine Verbrennung dieses Gemisches. Die dabei entstehenden Abgase werden über einen Austrittsbereich 34 aufgrund des natürlichen Kaminzugs ausgegeben. Der Abgasstrom 64 folgt nach dem Austrittsbereich 34 der Ausgestaltung der Kanäle des Sturzbrandofens. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist rechts neben dem Sekundärluftkanal 30 und dem Rezirkulationskanal 40 ein Wärmetauscher angeordnet, der die entstehende Wärme beispielsweise über ein Fluidsystem an weitere Vorrichtungen abgibt. Entsprechend dem Abgasstrom 64 ragen die in der Wirbelkammer 18 durch die Verbrennung entstehenden Flammen nach unten und werden zum Teil umgelenkt.
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Vorzugsweise befindet sich unter dem Austrittsbereich 34 ein Feuerraum, der einen Boden aus Schamottsteinen aufweist. Der Brenneinsatz 10 besteht vorzugsweise aus Metall, Gusseisen oder ebenfalls aus Schamottsteinen. Es ist ersichtlich, dass sich hierbei auch eine Aufheizung der Sekundärluft in dem Sekundärluftkanal 30 ergibt.
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Die Wände 46, 48 und 50 sowie die Seitenwand 20, die Flächen 24 und 26, Wand 22 und Wandabschnitt 36 bestehen entweder aus Metall, Gusseisen oder Schamottsteinen. Die Umlenkung der Flammen und des Abgasstroms 64 erfolgt aufgrund des Kaminzugs, wobei in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Austrittsbereich 34 und der Kamin über einen unterhalb des Brenneinsatzes 10 angeordneten Feuerraum und einen Schacht zu dem Kamin, der neben dem Brenneinsatz 10 angeordnet ist, verbunden sind.
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Zur Steuerung des Brenngasstroms 60 kann eine Klappe vorgesehen sein. In Abhängigkeit der Stellung der Klappe wird der Kaminzug über den Brenneinsatz 10 und den Schacht zu dem Kamin eingestellt. Je größer dieser Kaminzug ist, desto größer sind auch die über den Sekundärluftkanal 30 zugeführte Frischluftmenge und die über den Rezirkulationskanal 40 zugeführte Rauchgasmenge. Das heißt, werden mehr Brenngase in die Wirbelkammer 18 eingebracht, so nimmt auch die dafür erforderliche Frischluft automatisch zu.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Brenneinsatz
- 12
- Rost
- 14
- Brenngas-Eintrittsbereich
- 16
- Abschnitt
- 18
- Wirbelkammer
- 20
- Seitenwand
- 22
- Wand
- 24
- Fläche
- 26
- Fläche
- 28
- Öffnung
- 30
- Sekundärluftkanal
- 32
- Zufuhrleitung
- 34
- Austrittsbereich
- 36
- Wandabschnitt
- 38
- Öffnung
- 40
- Rezirkulationskanal
- 42
- Zufuhrleitung
- 44
- Metallstab
- 46
- Wand
- 48
- Wand
- 50
- Wand
- 52
- Öffnung
- 54
- Öffnung
- 56
- Sekundärluftstrom
- 58
- Rezirkulationsstrom
- 60
- Brenngasstrom
- 62
- Wirbelstrom
- 64
- Abgasstrom
- 66
- Unterdruckbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- AT 394775 B [0002, 0003, 0003]