DE202023104832U1

DE202023104832U1 - Einzelraumfeuerstätte mit einer Brennkammeranordnung

Info

Publication number: DE202023104832U1
Application number: DE202023104832.3U
Authority: DE
Original assignee: Blue Fire GmbH; Leda Werk & Co KG GmbH
Current assignee: Blue Fire GmbH; Leda Werk & Co KG GmbH
Priority date: 2023-08-24
Filing date: 2023-08-24
Publication date: 2023-10-13
Anticipated expiration: 2033-08-25

Abstract

Einzelraumfeuerstätte mit einer Brennkammeranordnung, die wenigstens einen Brennkammerausgang (1) sowie wenigstens einen dem Brennkammerausgang (1) zugeordneten Abgaskatalysator (2) aufweist, wobei die Brennkammeranordnung wenigstens einen zum Abgaskatalysator (2) parallelgeschalteten Bypass (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypass (3) wenigstens abschnittsweise als Schacht (4) ausgebildet ist, dessen innere Wandungsflächen wenigstens eine katalytische Beschichtung aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einzelraumfeuerstätte mit einer Brennkammeranordnung, die wenigstens einen Brennkammerausgang sowie wenigstens einen dem Brennkammerausgang zugeordneten Abgaskatalysator aufweist, wobei die Brennkammeranordnung wenigstens einen zum Abgaskatalysator parallel geschalteten Bypass aufweist.
Einzelraumfeuerstätten der hier in Rede stehenden Art sind Kaminöfen, Herde und Heizeinsätze für Kamine, Kachelöfen, Speicherfeuerstätten sowie Pelletöfen. Für einen möglichst emissionsarmen Betrieb dieser Einzelraumfeuerstätten ist es bekannt, die Abgase über einen Katalysator zu leiten, der als integraler Teil einer Umlenkplatte und seltener auch als gesondertes Einbauteil in einer Nachbrennkammer oder einem Abgasstutzen ausgebildet ist. Im Anfahrbetrieb, beim Nachlegen von Brennmaterial oder im Abbrandbetrieb kann es zu einer unsauberen Verbrennung mit Ruß- und Teerbildung kommen. Halten derartige Betriebszustände zu lange an oder wiederholen sich diese häufig, kann es zu einer Verblockung des Katalysators kommen. Dabei setzen sich die kleinen offenen Querschnitte des Keramikkörpers nach und nach mit Verbrennungsrückständen, insbesondere mit Ruß- und Teerpartikeln, zu. Um einen lebensgefährlichen Austritt von Rauchgasen in die die Einzelraumfeuerstätte umgebenden Wohnbereiche zu verhindern, wird im Rahmen der für Einzelraumfeuerstätten vorgeschriebenen Zulassungsprüfung durch die notifizierten Prüfstellen ein Katalysator wie eine Drosselklappe behandelt, deren Einbau einen Bypass zwingend vorschreibt. Demnach darf der Abgasweg nicht vollständig verschlossen sein. In Abhängigkeit der jeweiligen Produktnormen muss der Strömungsquerschnitt eines Bypasses mindestens 3 % des gesamten Strömungsquerschnittes jedoch nicht weniger als 20 cm² betragen. Da der Katalysator im Abgasstrang jedoch einen nicht unerheblichen Strömungswiderstand darstellt, strömen die Abgase oftmals mit einem unverhältnismäßig hohen Volumenstromanteil ungereinigt über den Bypass zum Brennkammerausgang.
Eine gattungsgemäße Einzelraumfeuerstätte ist aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift DE 20 2021 100 257 U1 bekannt. Bei der darin beschriebenen Einzelraumfeuerstätte weist der durch die Brennkammeranordnung hindurch verlaufende Abgasstrang eine an einer Umlenkkante einer Umlenkplatte ausgebildete Strömungsquerschnittsverengung auf, wobei das eintrittsseitig ausgebildete offene Leitungsende des Bypasses im Bereich der Strömungsquerschnittsverengung seitlich am Abgasstrang ansteht. Auf diese Weise bilden der Abgasstrang und der Bypass im Bereich der Strömungsquerschnittsverengung gemeinsam eine Art Venturi-Düse aus. Strömt das Abgas im Regelbetrieb durch den Abgasstrang der Brennkammeranordnung hindurch, kommt es über den Bypass vorteilhaft zu einer partiellen Abgasrückführung mit überschüssigen Sauerstoffanteilen aus der Nachbrennkammer. Hat sich der Abgaskatalysator im Laufe seiner Betriebsstunden allmählich dichtgesetzt, kommt es im Bypass zu einer Strömungsrichtungsumkehr und die Abgase können die Brennkammeranordnung über den Bypass verlassen. Für den Regelbetrieb ist somit ein leckagefreies Durchleiten des gesamten Abgasstromes durch den Abgaskatalysator hindurch erreicht.
Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine Einzelraumfeuerstätte der eingangs genannten Gattung aufzuzeigen, bei der auch außerhalb des Regelbetrieb über den Bypass strömende Abgase die Brennkammeranordnung nicht vollständig ungereinigt über den Brennkammerausgang verlassen können.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch eine Einzelraumfeuerstätte mit den Merkmalen des Schutzanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Einzelraumfeuerstätte zeichnet sich dadurch aus, dass der Bypass wenigstens abschnittsweise als Schacht ausgebildet ist, dessen innere Wandungsflächen wenigstens eine katalytische Beschichtung aufweisen. Eine solche Beschichtung ermöglicht insbesondere eine weitreichende Oxydation von Kohlenstoffmonoxid und Kohlenwasserstoffen zu Kohlenstoffdioxid und Wasser, aber auch eine Reduktion von Stickoxiden. Die katalytisch aktiven Bestandteile einer derartigen Beschichtung sind insbesondere Edelmetalle und Metalloxide.
Nach einer ersten Weiterbildung der Erfindung ist die Beschichtung auf ein Trägermaterial aufgebracht, mit welchem eine Verkleidung der inneren Wandungsflächen hergestellt ist. Damit sind über den Bypass abströmende Abgase einer maximalen Reinigungswirkung ausgesetzt.
Nach einer nächsten Weiterbildung der Erfindung ist das Trägermaterial eine Metallschaumplatte mit einem katalytisch beschichteten Porengerüst. Dieses führt, wenn es vom Abgas überströmt wird, zu unzähligen Grenzschichtablösungen und damit zur Ausbildung einer turbulenten Strömung, durch welche es zu einem vorteilhaft intensiven Kontakt eines den Bypass durchströmenden Abgases mit der katalytischen Beschichtung des Porengerüstes kommt. Folglich werden im Abgas enthaltene schädliche Kohlenstoffverbindungen zuverlässig in grenzschichtnahe Bereiche getragen, in denen die katalytische Beschichtung dann Oxidationsprozesse auslöst, bei denen die schädlichen Kohlenstoffverbindungen in unschädliches Kohlenstoffdioxid und Wasser umgewandelt werden.
Nach einer nächsten Weiterbildung der Erfindung weist der als Schacht ausgebildete Bypass an seinen inneren Schachtwandungen ausgebildete Strömungsschikanen auf. Diese sind vorzugsweise als Umlenkbleche ausgebildet, welche den Strömungswiderstand erhöhen und die Ausbildung turbulenter Strömungsverhältnisse intensivieren. Es besteht die Möglichkeit, dass die Strömungsschikanen ebenfalls wenigstens eine katalytische Beschichtung aufweisen.
Um den Anteil der Abgase, der den Bypass während des Regelbetriebes durchströmt, so klein wie möglich zu halten, ist nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Brennkammeranordnung eine zwischen einer Hauptbrennkammer und einer Nachbrennkammer angeordnete Umlenkplatte aufweist, dass die Umlenkplatte eine über einer Beschickungsöffnung ausgebildete Umlenkkante aufweist, und dass der als Schacht ausgebildete Bypass auf der der Umlenkkante gegenüberliegenden Seite der Umlenkplatte angeordnet ist. Damit ist der über den Bypass führende Strömungsweg vorzugsweise derart verlängert, dass sein Strömungswiderstand größer ist, als der Strömungswiderstand des über den Abgaskatalysator führenden Strömungsweges. Folglich werden die in der Hauptbrennkammer bei einer Verbrennung entstehenden Abgase im Regelbetrieb nahezu vollständig über den Abgaskatalysator geleitet.
Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung hat der Zugang zum Schachteingang des als Schacht ausgebildeten Bypasses wenigstens einen abschnittsweise in die Plattenebene der Umlenkplatte hineinführenden Strömungsweg. Damit wird der heiße Abgasstrom bei verblocktem Abgaskatalysator auf seinem Weg zum Schachteingang entgegen seiner Thermik gezwungen, die Nachbrennkammer in einer abwärtsgehenden Strömungsrichtung zu verlassen. Im Regelbetrieb weist dieser Strömungsweg einen vorteilhaft hohen Strömungswiderstand auf, so dass die Abgase die Nachbrennkammer nahezu vollständig über den Abgaskatalysator verlassen.
Um die für Einzelraumfeuerstätten vorgeschriebene Zulassungsprüfung bestehen zu können, weist der Strömungsweg an seiner engsten Stelle einen Strömungsquerschnitt von wenigstens 20 cm² auf. Gemäß Zulassungsprüfung darf die kleinste lichte Weite des durch den Bypass führenden Strömungsweges 1,5 cm nicht unterschreiten. Für eine vorteilhaft raumsparende Integration eines solchen Bypasses in die Nachbrennkammer bietet es sich deshalb an, den als Schacht ausgebildeten Bypass mit einem abgeflacht rechteckigen Strömungsquerschnitt auszubilden.
Um den Strömungswiderstand des durch den Bypass führenden Strömungsweges weiter zu erhöhen, ist nach einer nächsten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der Schachteingang des als Schacht ausgebildeten Bypasses einen Öffnungsrand aufweist, mit dessen Verlauf wenigstens eine der Umlenkplatte zugekehrte Schachtwandung eines größere Länge aufweist, als wenigstens eine der Umlenkplatte abgekehrte Schachtwandung. Damit weist der Schacht einen Schachteingang auf, dessen Öffnungsrand der Anströmung auf ihrem Strömungsweg abgekehrt ist. Folglich ist mit dem Öffnungsrand des Schachteinganges eine Umlenkstruktur geschaffen, an der die Abgase unter Strömungsabrissen umgelenkt und dadurch weiter abgebremst werden. Die den Öffnungsrand des Schachtes ausbildende Stirnfläche kann im Rahmen dieser Erfindung planflächig, gekrümmt oder gestuft ausgebildet sein.
Für eine weitere Erhöhung des Strömungswiderstandes auf dem den Bypass durchlaufenden Strömungsweg wird vorgeschlagen, dass der Schachteingang des als Schacht ausgebildeten Bypasses einen Öffnungsrand aufweist, der lediglich in einem der Umlenkplatte abgekehrten Teilbereich frei umströmbar in der Nachbrennkammer gelegen ist. Auf eine konstruktiv besonders einfache Weise ist die Umströmbarkeit eines der Umlenkplatte zugekehrten Teilbereichs dadurch verhindert, dass die verlängerte Schachtwandung unmittelbar an der Umlenkplatte ansteht. Folglich ist der Abgasstrom bei verblocktem Abgaskatalysator dazu gezwungen, den Schachteingang des Schachtes, ausgehend von der Mitte der Nachbrennkammer zu hinterspülen und zu unterspülen. Dieser Kombination zufolge ergibt sich für den durch den Bypass führenden Strömungsweg im veränderten Strömungsquerschnitt eine besonders effiziente Erhöhung seines Strömungswiderstandes.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, aus dem sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, ist in der Zeichnung dargestellt.
Die einzige Figur zeigt eine perspektivische Schnittansicht des die Neuerung aufweisenden Teils einer erfindungsgemäßen Einzelraumfeuerstätte. Die Brennkammeranordnung dieser Einzelraumfeuerstätte weist einen Brennkammerausgang 1 sowie einen dem Brennkammerausgang 1 zugeordneten Abgaskatalysator 2 auf. Außerdem weist die Brennkammeranordnung ein zum Abgaskatalysator 2 parallel geschalteten Bypass 3 auf. Der Bypass 3 ist abschnittsweise als Schacht 4 ausgebildet, dessen vier innere Wandungsflächen mit einem katalytisch beschichten Trägermaterial 5 verkleidet sind. Im Einzelnen weist die dargestellte Brennkammeranordnung eine zwischen einer Hauptbrennkammer 6 und einer Nachbrennkammer 7 angeordnete Umlenkplatte 8 auf. Die Umlenkplatte 8 hat eine über einer Beschickungsöffnung 9 ausgebildete Umlenkkante 10. Der abschnittsweise als Schacht 4 ausgebildete Bypass 3 ist auf der der Umlenkkante 10 gegenüberliegenden Seite 11 der Umlenkplatte 8 angeordnet. Der Zugang zum Schachteingang 12 des als Schacht 4 ausgebildeten Bypasses 3 hat einen abschnittsweise in die Plattenebene der Umlenkplatte 8 hineinführenden Strömungsweg. Der Schachteingang 12 des als Schacht 4 ausgebildeten Bypasses 3 weist einen Öffnungsrand 13 auf, mit dessen Verlauf eine der Umlenkplatte 8 zugekehrte Schachtwandung 14 eine größere Länge aufweist, als eine der Umlenkplatte 8 abgekehrte Schachtwandung 15. Seitliche Schachtwandungen 16 weisen die gleiche Länge auf, wie die der Umlenkplatte 8 abgekehrte Schachtwandung 15. Die der Umlenkplatte 8 zugekehrte Schachtwandung 14 steht an der Umlenkplatte 8 an, so dass der Öffnungsrand 13 des Schachteinganges 12 lediglich in den Teilbereichen der Schachtwandungen 15 und 16 frei umströmbar in der Nachbrennkammer 7 gelegen ist. Zwischen der der Umlenkplatte 8 abgekehrten Schachtwandung 15 und einer zweigeteilt ausgebildeten Kammerwandung 17, 18, welche die Nachbrennkammer 7 rückseitig begrenzt, ist ein Spaltraum 19 ausgebildet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202021100257 U1 [0003]

Claims

Einzelraumfeuerstätte mit einer Brennkammeranordnung, die wenigstens einen Brennkammerausgang (1) sowie wenigstens einen dem Brennkammerausgang (1) zugeordneten Abgaskatalysator (2) aufweist, wobei die Brennkammeranordnung wenigstens einen zum Abgaskatalysator (2) parallelgeschalteten Bypass (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypass (3) wenigstens abschnittsweise als Schacht (4) ausgebildet ist, dessen innere Wandungsflächen wenigstens eine katalytische Beschichtung aufweisen.
Einzelraumfeuerstätte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung auf ein Trägermaterial (5) aufgebracht ist, mit welchem eine Verkleidung der inneren Wandungsflächen hergestellt ist.
Einzelraumfeuerstätte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (5) eine Metallschaumplatte mit einem katalytisch beschichteten Porengerüst ist.
Einzelraumfeuerstätte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der als Schacht (4) ausgebildete Bypass (3) an seinen inneren Wandungsflächen ausgebildete Strömungsschikanen aufweist.
Einzelraumfeuerstätte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsschikanen ebenfalls wenigstens eine katalytische Beschichtung aufweisen.
Einzelraumfeuerstätte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammeranordnung eine zwischen einer Hauptbrennkammer (6) und einer Nachbrennkammer (7) angeordnete Umlenkplatte (8) aufweist, dass die Umlenkplatte (8) eine über einer Beschickungsöffnung (9) ausgebildete Umlenkkante (10) aufweist, und dass der wenigstens abschnittsweise als Schacht (4) ausgebildete Bypass (3) auf der der Umlenkkante (10) gegenüberliegenden Seite (11) der Umlenkplatte (8) angeordnet ist.
Einzelraumfeuerstätte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zugang zum Schachteingang (12) des als Schacht (4) ausgebildeten Bypasses (3) wenigstens einen abschnittsweise in die Plattenebene der Umlenkplatte (8) hineinführenden Strömungsweg hat.
Einzelraumfeuerstätte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsweg an seiner engsten Stelle einen Strömungsquerschnitt von mindestens 20 cm² aufweist.
Einzelraumfeuerstätte nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der als Schacht (4) ausgebildete Bypass (3) wenigstens einen abgeflacht rechteckigen Strömungsquerschnitt aufweist.
Einzelraumfeuerstätte nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schachteingang (12) des als Schacht (4) ausgebildeten Bypasses (3) einen Öffnungsrand (13) aufweist, mit dessen Verlauf wenigstens eine der Umlenkplatte (8) zugekehrte Schachtwandung (14) eine größere Länge aufweist, als wenigstens eine der Umlenkplatte (8) abgekehrte Schachtwandung (15).
Einzelraumfeuerstätte nach Anspruch 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet dass der Schachteingang (12) des als Schacht (4) ausgebildeten Bypasses (3) einen Öffnungsrand (13) aufweist, der lediglich in einem der Umlenkplatte (8) abgekehrten Teilbereich frei umströmbar in der Nachbrennkammer (7) gelegen ist.