DE3882505T2

DE3882505T2 - Verbrennungsverfahren mit schneller Auslösung und Mittel zu dessen Durchführung in einer Heiz- und Verbrennungsvorrichtung.

Info

Publication number: DE3882505T2
Application number: DE88440111T
Authority: DE
Inventors: Gilles Prado; Robert Richard
Original assignee: Fondis SA
Current assignee: Fondis SA
Priority date: 1987-12-23
Filing date: 1988-12-23
Publication date: 1994-03-31
Anticipated expiration: 2008-12-24
Also published as: US4976207A; NO885726D0; CA1330909C; ATE91771T1; FR2625294A1; EP0322330A1; EP0322330B1; NO885726L; DE3882505D1; FR2625294B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verbrennungsverfahren mit schneller Auslösung für Vorrichtungen zur Heizung mit festen Brennstoffen und für Verbrennungsanlagen. Sie betrifft auch Einrichtungen zu seiner Anwendung.
Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren nach dem ersten Teil des Anspruches 1. Ein solches Verfahren ist durch die EP-A-0 235 370 veröffentlicht.
Die Luftverunreinigung erreicht in bestimmten Regionen und unter bestimmten klimatischen Bedingungen erhöhte Werte, insbesondere im Winter, in der Jahreszeit also, wo die Heizeinrichtungen am häufigsten auf maximaler Leistung arbeiten.
Angesichts dieser Gefahr für die Umwelt und die Menschen liegt Veranlassung vor, die Emissionsquote der Heiz- und Verbrennungsanlagen bezüglich verunreinigender Emanationen beträchtlich zu senken.
Die prozentualen Anteile an verunreinigenden Gasen müßten unter einen Grenzwert sinken, der beträchtlich tiefer liegt als derjenige, den gegenwärtig die üblichen Anlagen erreichen.
Zahlreiche Vorrichtungen und Verfahren hat man erfunden, um die prozentualen Anteile an flüchtigen Stoffen und Gasen im Rauch und in den Verbrennungsgasen zu senken, damit sich die atmosphärische Verunreinigung vermindert, der Wirkungsgrad erhöht und um die Gefahr des Schornsteinbrandes zu vermindern.
So kennt man Katalysatoren, die auf chemischen Wege die Oxydationsrückwirkung hervorrufen, die notwendig ist, um eine vollständige Verbrennung der mit dem Rauch entweichenden nicht brennbaren flüchtigen Stoffe zu ermöglichen, um neutrale und stabile Verbindungen zu erhalten, die nicht oder ausreichend gering verunreinigt sind, so daß man sie tolerieren kann.
Diese Katalysatoren haben, wenn sie gut funktionieren, einen zufriedenstellenden Wirkungsgrad. Sie haben jedoch mehrere sehr wesentliche Mängel, die ihre Anwendung begrenzen oder die dazu führen, daß man andere Arten von Vorrichtungen oder Systemen vorzieht, wenn sie die gleichen Wirkungen haben.
Ihre hohen Herstellungskosten stellen den ersten Nachteil dar. Denn die seltenen Metalle, mit denen die Zellen ausgekleidet sind und die man für die Katalyse anwendet, sind teuer.
Außerdem erfordert die Anwendung des Katalysators verschiedene Vorsichtsmaßnahmen bei der Bedienung und besonders mühselige Verpflichtungen, die zur Arbeit für die Vorbereitung und das Unterhalten der Feuerung hinzukommen.
Es handelt sich zunächst um das systematische Abschalten des Katalysators, sonst besteht die Gefahr der Beschädigung des Einsatzes durch Verschmutzung der Zellen. Diese Beschädigung erfordert den Austausch des aktiven Einsatzes.
Des weiteren handelt es sich darum, nicht zu überhitzen, um eine Beschädigung der den Katalysator tragenden Fläche zu vermeiden. Diese Gefahr, von besonders heimtückischem Charakter, verstärkt sich durch die von der gesteuerten Nachverbrennung ausgehenden starken Hitze.
Man kennt im übrigen Vorrichtungen und Verfahren zum Neutralisieren von verunreinigenden Gasen bei Brennstoffen, insbesondere bei festen.
Es handelt sich um gasförmige katalytische Verbindungen, die man der Verbrennungsluft beimischt und in den Brennraum einbläst um eine katalytische Reaktion zu erzeugen, welche die Verbrennung verbessert und auf der anderen Seite die Erzeugung von unverbrannten flüchtigen Stoffen und Gasen, die beim Verbrennen entstehen, vermindert.
Dieses System erfordert den Einbau von Leitungen und einer Zentrale für die Herstellung dieser gasförmigen Verbindungen. Seine Anwendung bei kleinen Heizanlagen erweist sich aus wirtschaftlichen Gründen als fast unmöglich.
Es ist auch die chemische Neutralisierung der Verbrennungsgase am Brennraumaustritt bekannt.
Wenn diese Verfahren auch gute Ergebnisse liefern, so erweisen sie sich leider im häuslichen Maßstab, d. h. für eine Familie, als vollkommen unbrauchbar.
Man kennt schließlich noch Feuerungen, die einen Nachbrennraum aufweisen, der sich im oberen Teil der Brennkammer befindet.
Dieser Raum kann wegen seiner Lage und seiner Formgebung nicht befriedigen, denn man kann eine Nachverbrennung in der Feuerung nicht regulieren ohne die Verbrennung selbst weitgehend zu stören, die in der Feuerung die bestmögliche bleiben muß.
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, für all die verschiedenen Nachteile der oben erwähnten Verfahren und Vorrichtungen Abhilfe zu schaffen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verbrennungsverfahren nach Anspruch l.
Die zahlreichen Vorteile der Erfindung sind die folgenden: - Keine quer durch den Rauchabzug verlaufende Vorrichtung; - maximaler thermischer Wirkungsgrad; - Verunreinigungsgrad besonders niedrig; - vernünftiger Mehrwert (bzw. Wertzuwachs); - Wegfall jeglicher mühseliger Handhabung; - Verminderung der Korrosion; - kompakte Einrichtung; - Energierückgewinnung mit einfachen und betriebssicheren Mitteln; - keine Beschädigung: Lebensdauer gleicht derjenigen der Feuerung; - Schnellauslösung der Nachverbrennung.
Nachstehend wird als Beispiel eine Ausführungsform der Erfindung anhand von beigefügten Zeichnungen genauer beschrieben.
Es zeigt:
Fig. 1 Schematische Ansicht des Vertikalschnittes einer geschlossenen Kaminfeuerung mit einer gemäß Erfindung an die Feuerung angrenzenden Nachverbrennungskammer;
Fig. 2 Schematische Ansicht des Vertikalschnittes einer geschlossenen Kaminfeuerung mit Nachverbrennungskammer und Einblasung eines vorgewärmten Luftstromes, der mit aktivem Sauerstoff oder Ozon angereichert ist;
Fig. 3 Vertikalschnitt einer geschlossenen Feuerung mit einer seitlich an der Feuerung integrierten Nachverbrennungskammer;
Fig. 4 Vertikalschnitt einer geschlossenen Feuerung, die mit einer oberhalb der Feuerung angeordneten Nachverbrennungskammer ausgestattet ist;
Fig. 5a+5b Vertikale bzw. horizontale Ansichten im Schnitt einer modularen Einrichtung mit konzentrischen Abzügen, als Baustein für eine Nachverbrennung mit Austauscher zur Montage auf einer geschlossenen Kaminfeuerung.
Fig. 6,7,8 Charakteristische Schemata für Luftführungen (bzw. Verlauf von Luftführungen) für Frischluft, gestrichelt gezeichnet, und für Rauchgase, ausgezogen gezeichnet, zwischen der Feuerung, dem Nachverbrennungsraum und dem Austritt der Rauchgase in den Schornstein: - Fig. 6 Schematischer Schnitt der Zuführung von Frischluft in einer sogenannten mehrstufigen Version der Nachverbrennung, die separate Kanäle anwendet; - Fig. 7 Schematische Ansicht im Schnitt der Zuführung von Frischluft in einer Nachverbrennungsversion, die einen doppelten Kanal anwendet; - Fig. 8 Schematische Ansicht im Horizontalschnitt eines Nachverbrennungsraumes im Abzug für die Rauchgase mit Darstellung der angrenzenden Zuführung für Frischluft.
Der erfinderische Grundgedanke besteht darin, an mindestens einer Stelle in einen, so nahe-wie möglich am Ausgang der Feuerung gelegenen Nachbrennraum einen Strom frischer Luft einzublasen, d. h. vorgewärmte Verbrennungsluft, sie dann schnell durch mindestens eine unabhängige außerhalb der Feuerung liegende Heizeinrichtung auf mindestens 400º C zu bringen, vorzugsweise auf 500º C, angepaßt an die an der Feuerung vorkommende Wärme, von Beginn der Feuerung an bis zur automatischen Aufrechterhaltung der Nachverbrennung, dann mit dem Einblasen dieses Frischluftstromes bei einer niedrigeren Temperatur, mindestens bei 200º C, fortzufahren, dann seine Temperatur wieder auf mindestens 400º C, z. B. 500º C, zu bringen und zwar zumindest bei Aktivierung oder Reaktivierung der Feuerung bis zu dem Betrieb der automatischen Aufrechterhaltung der Nachverbrennung, dann wieder mit dem Einblasen dieses Frischluftstromes bei niedrigerer Temperatur fortzufahren, z. B. durch Weglassen der unabhängigen Heizeinrichtung.
Gemäß einer Variante bläst man Luft ein, die mit einfachem, aktivem oder aktiviertem Sauerstoff angereichert ist, oder mit einem Gas oder einer katalytischen oder oxydierenden gasförmigen Verbindung, welche die Verbrennung begünstigt.
Gemäß einer anderen Variante ist die Nachbrennkammer an die Feuerung angrenzend oder in die Feuerung integriert angeordnet.
Gemäß einer weiteren Variante dieses Verfahrens führt man die Anreicherung der Luft mittels Ozon durch, das aus einem Erzeuger im Bereich der Einblasöffnung in die Nachbrennkammer kommt.
Man macht sich so von den Schwankungen der Feuerungstemperatur frei durch eine außerhalb der Feuerung liegende unabhängige Heizeinrichtung.
Nachstehend ist insbesondere das erfindungsgemäße Verfahren der Nachverbrennung beschrieben, dann in einem zweiten Teil die verschiedenen Einrichtungen, die dazu dienen, es durchzuführen und einige ihrer Varianten auf einer als Beispiel dienenden geschlossenen Kaminfeuerung und einem Ofen, der als Brennmaterial Holz verwendet.
Selbstverständlich sind die Einrichtungen, die andere Brennstoffe verwenden, ebenfalls geeignet. Dies ist der Fall bei Kohle, häuslichen und industriellen Abfällen und Haushaltsmüll in den Verbrennungsöfen.
Genaugenommen besteht das Verfahren darin, die Nachverbrennung so rasch wie möglich nach dem Beginn der Verbrennung des festen Brennstoffes auszulösen, indem man in die in der Nähe der Feuerung, und zwar so nahe als möglich bei dieser, insbesondere in der Nähe des Rauchabzuges aus der Feuerung, angeordneten Nachbrennkammer schnell eine frische Verbrennungsluft einbläst, d. h. mit ausreichender Sauerstoffmenge versehen, angereichert oder nicht, aktiviert oder nicht und vorher auf eine Auslösetemperatur von mindestens 400º C, z. B. 500º C, erwärmt.
Diese Luft bringt man auf die Auslösetemperatur von mindestens 400º C, z. B. 500º C, ganz oder mindestens teilweise durch eine von der Feuerung unabhängige Heizeinrichtung, z. B. durch elektrische Erwärmung bei niedrigem Wärmeleitmittelstand, um die Nachverbrennung mit möglichst kurzer Verzögerung nach dem Ingangkommen der Verbrennung des Holzes auszulösen.
Aus energiewirtschaftlichen Gründen sieht man vor, die Luft beispielsweise bis auf eine Temperatur zwischen 200º C und 400º C vorzuwärmen und zwar durch eine Zuführung der Frischluft in direktem oder indirektem Kontakt mit mindestens einer Wand der Feuerung.
Diese Vorwärmung ist erst vorteilhaft und wirksam in der Phase unmittelbar nach der Initialphase, wenn sich die Verbrennungswärme auf den Luftführungskanal für die Vorwärmung überträgt und ein Erwärmen der Frischluft ermöglicht.
Im Verlauf der Initialphase spielt die unabhängige elektrische Heizung die Hauptrolle. Es empfiehlt sich also ihre Wirkung zu verstärken, bei gleichzeitiger Verminderung ihrer Trägheit.
Um dies zu erreichen schließt man während des Anstieges der Temperatur des elektrischen Heizelementes teilweise den Eintritt für Frischluft, da er außerhalb der Feuerung liegt. Man vermeidet so ein Heranbringen von Außenluft an dieses Element, mit einer Temperatur, die zu niedrig ist in Bezug auf diejenige, die man erreichen will.
Entsprechend der Erwärmung des Zuführkanals für Frischluft durch den Anstieg der Wärme in der Feuerung kann man den Lufteintritt ganz oder nach und nach öffnen.
Als anschauliches Beispiel für die Arbeitsweise sind nachfolgend die verschiedenen Besonderheiten des Betriebes angeführt, entsprechend einem wirklichen und typischen Fall der Verbrennung eines üblichen Holzes in einer geschlossenen Kaminfeuerung, während einer auf vier Stunden begrenzten Beobachtungsdauer.
Die allgemeinen Bedingungen und Ergebnisse sind folgende: - Holz Buche mit einer relativen Feuchtigkeit von 35% - Inbetriebnahme der elektrischen Widerstände: fünf Minuten für die Vorwärmung und vier Minuten für die Heizung - Schließdauer für den Eintritt von Frischluft: fünf Minuten - Zeitintervall für die Warmauslösung der Nachverbrennung: vier Minuten - Zeitintervall für die Kaltauslösung: fünfzehn Minuten.
Diese Ergebnisse zeigen die hohe Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Nachstehend sind verschiedene Grundeinrichtungen und einige Varianten beschrieben, die dazu dienen, das obige Verfahren in diversen Heizapparaten durchzuführen.
Der nachstehend verwendete Ausdruck "Feuerung" bezeichnet ganz allgemein den Ort der Verbrennung. Dieser Ausdruck ist als ein Heizraum zu verstehen, der hauptsächlich aus der Brennkammer und Zusatzelementen besteht, aber in jedem Fall als genau der Ort wo die Hauptverbrennung stattfindet, nämlich die normale Verbrennung von festem Brennstoff.
In einem Holzofen oder einer geschlossenen Kaminfeuerung mit einer metallischen Feuerung 1 in Kastenform, bestehend aus einer Brennkammer 2 über einem Aschenrost 3, sieht man nach der Feuerung, außerhalb der Feuerung, in Rauchabzugsrichtung eine Nachbrennkammer 4 vor, angrenzend an die Feuerung, oder z. B. an den Rauchabzug, als in der Nähe der Feuerung angeordneter Raum, gemäß einer Ausführungsform, dicht an der Feuerung, hinter derselben auf dem Weg 5 der Rauchgase, z. B. nach unten abgelenkt. Diese Nachbrennkammer ist von der Feuerung durch eine Platte oder eine metallische Wand 6 getrennt.
Wie man später noch sieht, erweisen sich zahlreiche andere Unterbringungsstellen für die Kammer als möglich. Es empfiehlt sich ganz einfach, sie so nahe wie möglich am Austritt der Rauchgase, aber außerhalb der Feuerung anzuordnen.
Die Nachbrennkammer 4 hat eine Öffnung, z. B. seitlich, die als Eintritt 7 dient, an welchen ein Luftführungskanal 8 zum Heranführen von Frischluft mündet, oder von Sekundärluft, die aus dem Wohnraum kommt, in welchem sich die Feuerung befindet, oder von außerhalb. Diesen Kanal nimmt auf einer bestimmten geraden Strecke eine elektrische Heizeinheit 9 ein, durch welche die Frischluft, vorgewärmt oder nicht, strömt, vorteilhafterweise in Form eines mit elektrischen Heizwiderständen versehenen Heizeinsatzes ausgeführt.
Wie später ersichtlich, sieht man eine Variante mit mehreren Kanälen vor, die entweder voneinander unabhängig oder als Doppelkanal ausgeführt sind, wobei einer der Kanäle eine elektrische Heizeinheit von schwächerer Leistung aufnimmt.
Die Brennkammer weist auch einen Eintritt und einen Austritt für Rauchgase auf.
Vorteilhafterweise entnimmt man die Luft aus dem Zimmer und wärmt sie vor in Kontakt mit den Wänden der Feuerung oder in Kontakt mit den Rauchgasen, unter Zwischenschaltung eines Austauschers, nach ihrem Austritt aus der Feuerung bis zur Nachbrennkammer, dann erwärmt man sie durch eine elektrische Heizeinrichtung auf die gewünschte Temperatur.
So verläuft also, auf dem Gebiet der Hilfsmittel, gemäß einer interessanten Variante der Kanal zur Vorwärmung der Frischluft angrenzend an den Schacht für den Abzug der Rauchgase, beginnend an seinem Austritt aus der Feuerung bis zur Nachbrennkammer.
Selbstverständlich ist die elektrische Heizeinheit am Ende angeordnet und zwar in der Nähe des Nachbrennkammereintritts.
Es handelt sich einmal um die Auslösetemperatur, d. h. um diejenige, welche die Nachverbrennung in der Anfangsphase auslöst und dann um die Temperatur zu deren automatischer Aufrichterhaltung.
Der Luftstrom ist natürlicher Art oder durch einen Ventilator oder eine Turbine 10 beschleunigt, beginnend an einem ganz oder teilweise verschließbaren Lufteintritt.
Die Einheit für die Betätigung und die Regelung der elektrischen Leistung der Heizeinrichtungen für den eingeblasenen Luftstrom besteht z. B. in der Grundausführung aus zwei Temperatursensoren 11 und 12, die im Brennraum 2 bzw. in der Nachbrennkammer 4 angebracht sind. Diese Sensoren sind mit einer elektronischen Steuerschaltung 13 verbunden, welche auf die Versorgung der Heizeinrichtung für die Sekundärluft mit elektrischer Energie einwirkt und eventuell mittels des Ventilators oder der Turbine 10 auf deren Durchsatzmenge.
Der Sensor 11 des Brennraumes 2 ermittelt den Anstieg der Temperatur um die Heizeinrichtung für die Sekundärluft zu steuern. Der zweite Sensor 12, der in der Nachbrennkammer angebracht ist dient als Sicherheitssensor, welcher der Steuerschaltung das Signal für den Beginn und das Ende der automatischen Verbrennung übermittelt, was eine ständige Kontrolle der guten Funktion erlaubt und die Steuerung des Abstellens oder der Verminderung der elektrischen Heizenergie. Ein weiterer Sicherheitssensor 14 kann in dem Lufteinblaskanal vorhanden sein, der über die Arbeitsweise des Heizeinsatzes informiert.
In vorteilhafter Weise kann der Heizeinsatz einen Aufbau in Wabenform haben, z. B. hergestellt durch Gießen aus Siliziumkarbid, eingebaut im Luftführungskanal über den vollen Querschnitt, damit ihn der Sekundärluftstrom vollständig durchströmt.
Man kann auch flächige Leiter oder Widerstand bildende Überzüge verwenden. Einfache, auf Spulen gewickelte elektrische Widerstände eignen sich ebenfalls.
Nach einer besonderen Ausführungsform sieht man, wie Fig. 2 zeigt, zum Heizeinsatz oder getrennt davon einen Ozonerzeuger 15 am Austritt der Leitung oder des Luftführungskanales 8 für das Heranführen von vorgewärmter Frischluft vor.
Der Lufteintritt des Zuführungskanales für Frischluft ist teilweise oder vollkommen durch eine Klappe 16 oder eine andere von den Sensoren 12 und 14 gesteuerte Vorrichtung verschließbar.
Das mit den oben beschriebenen Einrichtungen angewendete Verfahren unterscheidet sich durch die folgenden Merkmale.
Man bläst seitlich in die jenseits (bzw. außerhalb) der Feuerung angeordneten Nachbrennkammer 4 einen Frischluftstrom ein, den man während der Anfangsphase der Verbrennung rasch auf eine Temperatur von mindestens 400º C bringt, bis zur Auslösung der Selbstverbrennung in der Nachbrennkammer. Diesen Sekundärluftstrom erwärmen elektrische Heizeinrichtungen, z. B. ein in dem Luftführungskanal 8 zum Einblasen der von außen kommenden Sekundärluft vorgesehener Heizeinsatz, wobei der Heizeinsatz je nach verlangter Leistung mit einer Reihe von elektrischen Widerständen versehen ist. Er ist beispielsweise vollkommen von der Luftmenge durchströmt.
Diese Sekundärluft ist vorzugsweise vorher entlang der Feuerungswände oder durch die Wärme der Rauchgase vorgewärmt. Sie enthält einen Mindestanteil an Sauerstoff von 6%, jedoch vorzugsweise zwischen 12% und 16%.
Man ermittelt den Temperaturanstieg der Feuerung 1 über den Sensor 11 um automatisch die elektrischen Einrichtungen zum Erwärmen des eingeblasenen Luftstromes zu steuern.
Man ermittelt die Selbstverbrennung, um die Temperatur des Luftstromes auf einen Mindestwert zwischen 200º C und 400º C zurückzunehmen.
Man steuert bei jedem Anstieg der Temperatur in der Brennkammer, eine neue Heizphase für den Luftstrom auf eine Temperatur von mindestens 400º C, z. B. 500º C, bis zum Eintritt der Selbstverbrennung, d. h. der automatischen Aufrechterhaltung der Nachverbrennung, entsprechend jeder Reaktivierung der vom Temperatursensor 12 festgestellten Flamme in der Nachbrennkammer 4.
Im folgenden untersucht man unter Bezugnahme auf die Fig. 3 bis 8 die besonderen, das erfindungsgemäße Verfahren anwendenden Ausführungsformen.
Nach der in Fig. 3 dargestellten Variante ist die Nachbrennkammer 4 der geschlossenen Feuerung 1 in die Feuerung, und zwar in ihren hinteren Teil integriert. Sie zeigt einen Eintritt 17 für den Durchgang der abziehenden Rauchgase.
Sie ist durch eine Trennwand 18 als Schikane (bzw. Umlenkung) ausgestaltet und bildet bei Dauerbetrieb der Feuerung den Abzugsweg für die Rauchgase.
Üblicherweise ermöglicht eine Klappe für direkten Abzug der Rauchgase einen Abzug für den Notfall oder beispielsweise aus Sicherheitsgründen.
Der Zuführkanal für Sekundärluft ist z. B. als Kanal 19 ausgebildet, der an seinem äußeren Ende mit einem Ventilator 20 verbunden ist und mit seinem anderen Ende auf Höhe des Eintrittes 17 der Nachbrennkammer mündet.
Der Kanal umschließt das elektrische Heizelement 9, das in Form einer elektrischen Spule ausgeführt ist.
Der Kanal kommt von außerhalb der Feuerung, verläuft unter der Nachbrennkammer und steigt entlang der Rückwand der Feuerung hoch.
Um die Vorwärmung zu gewährleisten ist mindestens eine Fläche des Kanals mit der Wand der Feuerung in Kontakt.
Nach der in Fig. 3 (bzw. 4) dargestellten Variante ist die Nachbrennkammer 4 der geschlossenen Feuerung 1 im oberen Teil der Feuerung integriert.
Diese Kammer steht mit einem oberen Austauscher 21 zu einem Abzugskanal 22 in Verbindung.
Die Zuführung für Sekundärluft ist ein Kanal 23, der hinter der Rückwand der Feuerung verläuft, wobei diese beispielsweise eine seiner Seitenwände bildet.
Die Sekundärluft tritt unten in den Kanal ein, und zwar durch natürliches Ansaugen in den auf einem Teil seiner Länge von dem Heizeinsatz 9 eingenommenen Kanal, und tritt oben bei 24 in die Nachbrennkammer 4 ein.
Ebenso mündet die Feuerung oben bei 25 in die Nachbrennkammer 4.
Es folgt nun unter Bezugnahme auf die Fig. 5a und 5b die Beschreibung einer modularen Variante bei welcher man die Sekundärluft in einem Austauscher erwärmt, der in Kontakt mit den Rauchgasen steht.
Die Einrichtung bildet eine Moduleinheit 26, die man oberhalb eines Heizapparates, insbesondere einer geschlossenen Kaminfeuerung montieren kann.
Dieses Modul besteht aus einem einfachen, oberhalb der geschlossenen Feuerung montierbaren Oberteil. Es genügt, wenn man es fest verbindet oder es mechanisch befestigt und es bezüglich der Luftführung an den Abzugskanal für die aus dem Apparat austretenden Rauchgase anschließt.
Außer seiner allgemeinen Gestaltung als Modul weist es die Besonderheit auf, daß es einen konzentrischen Austauscher zwischen den Rauchgasen und der Sekundärluft darstellt.
Im einzelnen besteht das dargestellte Nachverbrennungsmodul aus einem Außenkanal 27, der einen Innenkanal 28 umgibt, wie dies in den Fig. 5a und 5b dargestellt ist. Die zwei Kanäle sind Seite an Seite nebeneinander liegend angeordnet. Der äußere Kanal 26 führt die Sekundärluft an die Nachbrennkammer heran. Er enthält den Heizeinsatz 9. Der innere Kanal 28 ist derjenige für den Abzug der aus der Feuerung kommenden Rauchgase. Dieser letztere beginnt an einem Austritt 29 eines Sammelkastens 30. Der Austritt mündet in die Nachbrennkammer 4, die einen weiteren Eintritt 31 in der Nähe des Heizeinsatzes 9 hat, welcher das Ende des äußeren Kanals 27 bildet.
Der innere Kanal entwickelt sich nach oben und erreicht eine Austrittskammer 32, die mit einem Abzugskanal 33 in Verbindung steht.
Eine Klappe 34 für direkten Abzug der Rauchgase ist außerdem vorgesehen zwischen dem Sammelkasten und der Austrittskammer 32.
Diese Variante verwendet die in den Rauchgasen enthaltene Wärme um die Sekundärluft vorzuwärmen.
Sie stellt einen der leistungsfähigsten und am besten angepaßten Austauscher dar.
Nun folgt eine Beschreibung von zwei Varianten, welche die abgestufte (bzw. mehrstufige) Nachverbrennung anwenden, d. h. die Aufteilung des Zuführungskanals für die Sekundär- oder Frischluft in zwei getrennte Kanäle, der eine für die Heizung 35 mit dem Heizeinsatz 9 und der andere für die Vorwärmung 36.
Es handelt sich um die in den Fig. 6 und 7 dargestellten Varianten.
Die in Fig. 6 dargestellte Variante weist zwei getrennte und der Höhe nach versetzte Kanäle auf, um ein Einblasen von Sekundärluft in unterschiedlichen Höhen durchzuführen.
Man erzeugt so in der Nachbrennkammer einen ersten unteren Einblasbereich 37 für Sekundärluft bei höherer Temperatur und einen zweiten Einblasbereich 38 der höher liegt als der erste, bei niedrigerer Temperatur.
In den ersten Bereich mündet ein mit einem Heizeinsatz 9 versehener Heizkanal 39, der Frischluft bei höherer Temperatur, z. B. 500º C heranführt. Im zweiten Einblasbereich 38 mündet ein weiterer Kanal, vom ersten getrennt, und beispielsweise an der Feuerungswand entlanggeführt, um die Luft vorzuwärmen.
Die in Fig. 7 dargestellte Variante ist eine Bauart mit Doppelkanal 40, der entlang der Feuerung verläuft. Der Doppelkanal 40 ist in zwei parallele Kanäle 41 und 42 aufgeteilt, die Seite an Seite als Kanal für die Erwärmung bzw. als Kanal für die Vorwärmung angeordnet sind.
Der Kanal für die Erwärmung ist im Bereich seines Austritts mit dem Heizeinsatz 9 versehen. Er mündet in die Nachbrennkammer 4 auf unterem Niveau. Die Temperatur der eingeblasenen Frischluft stellt sich auf die für die Auslösung der Nachverbrennung bestimmte ein, z. B. 500º C.
Der Kanal für die Vorwärmung ist frei. Er mündet in die Nachbrennkammer auf einem höheren Niveau. Die Temperatur für die eingeblasene Frischluft liegt unter der Auslöseschwelle für die Nachverbrennung, zwischen 200º C und 400º C.
Eine letzte, in Fig. 8 dargestellte Variante, ist die Bauart für Abzug.
Diese Variante läßt sich bei einer Feuerung mit Rauchgaskanal 43 anwenden, mit einem Ansatz 44, der aus einer Rauchgaskammer 45 herauskommt.
Nach dem besonderen Merkmal dieser Variante besteht die Nachbrennkammer 4 aus dem Anfang 44 des Rauchgaskanals 43 oder ist in diesen Anfang integriert. Ein Luftführungskanal 46 mündet seitlich in den Rauchgaskanal 43 und zwar an dessen Basis. Dieser Kanal transportiert Frischluft, z. B. geblasen mittels eines Ventilators 47.
Der Kanal für die Erwärmung 46 kann wie in bestimmten oben beschriebenen Varianten einfach, oder durch einen Vorwärmekanal verdoppelt sein.
Selbstverständlich erfordert diese Ausführungsform einen geeignet beschaffenen Beginn des Rauchgaskanals. Denn die von der Nachverbrennung abgegebene Wärme ist hinreichend stark, so daß man sie schneller abführen muß als es durch einfache Abstrahlung möglich ist.
So sollte also das Metall für den Beginn des Rauchgaskanals gegen hohe Temperaturen beständig sein und man sollte den Beginn 44 vorzugsweise als Mittelteil eines Wärmeaustauschers nutzen oder man sollte ihn durch eine dicke Verkleidung 48 thermisch isolieren.
Es gibt verschiedene weitere Möglichkeiten wie z. B. einen Stutzen mit Rippen auf den man einen Luftstrom richtet.

Claims

1. Verfahren zur Verbrennung von Gasen und unverbrannten flüchtigen Substanzen, die bei der Verbrennung von festen Brennstoffen in einer Verbrennungskammer (2) einer Herdfeuerung (1) eines Heizapparates, eines Heizkessels, einer Verbrennungsanlage oder etwas analogem entstanden sind, in einer Nachbrennkammer (4) unter gleichzeitiger Zufuhr von Verbrennungsluft und Wärme, dadurch gekennzeichnet, daß man: - auf mindestens einem Niveau über mindestens einen Luftführungskanal (8), der in den, so nah wie möglich am Austritt aus der Kaminfeuerung (1) liegenden Nachbrennraum (4) mündet, einen Strom von frischer Verbrennungsluft hineinbläst, die man vorher in dem Luftführungskanal (8) durch eine von der Energie der Kaminfeuerung unabhängigen Heizeinrichtung in Form eines außerhalb der Nachbrennkammer (4) liegenden Heizelementes (9) vorgewärmt hat, - die vollständige Verbrennung der flüchtigen unverbrannten Substanzen in der Nachbrennkammer (4) einleitet, indem man diesen Strom in dem Luftführungskanal (8) rasch auf eine Temperatur von mindestens 400ºC bringt, - den Betrieb der automatischen Aufrechterhaltung der vollständigen Verbrennung in dieser Nachbrennkammer (4) durch einen mit der Steuerschaltung der Heizeinrichtung verbundenen, in dieser Kammer angeordneten Sensor (12) anzeigt, - dann die Temperatur der eingeblasenen Frischluft auf einen Mindestwert reduziert, - die Temperatur des eingeblasenen Frischluftstromes wieder auf eine Temperatur von mindestens 400ºC bringt, und zwar bei jedem durch eine Reaktivierung der Feuerung hervorgerufenen Anstieg der Temperatur des Verbrennungsraumes (2) der Herdfeuerung (1), die ein im Verbrennungsraum (2) angebrachter Sensor (11) anzeigt und in die Steuerschaltung der Heizeinrichtung eingibt, - die Temperatur des eingeblasenen Frischluftstromes von neuem reduziert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Energie der Herdfeuerung (1) unabhängige Heizeinrichtung mit einer Vorwärmeeinrichtung verbunden ist, welche die Energie der Herdfeuerung (1) oder die in den Abgasen enthaltene nutzt.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Frischluft in zwei verschiedenen Niveaus in die Nachbrennkammer (4) einbläst, wobei das untere Niveau dasjenige ist, das mit der unabhängigen Heizeinrichtung verbunden ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die unabhängige Heizeinrichtung eine elektrische ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der relative Oxygenanteil in dem Frischluftstrom über 6% liegt, z. B. zwischen 12 und 16%.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der eingeblasene Frischluftstrom mit aktivem Sauerstoff angereichert ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftstrom mit Ozon oder durch ein Gas oder durch eine gasförmige, katalytische oder oxidierende Verbindung angereichert ist, um die Verbrennung zu begünstigen.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man den Frischluftstrom durch einen Ventilator oder eine Turbine beschleunigt, wobei man am Lufteintritt ein bewegliches Verschlußorgan einfügt.

9. Heizapparat, Heizkessel, Verbrennungsofen oder etwas ähnliches, passend zum Durchführen des oben beanspruchten Verfahrens, bestehend aus einer Brennkammer (2), einer Herdfeuerung (1) und einer Nachbrennkammer (4) mit gleichzeitiger Zufuhr von Verbrennungsluft und Wärme, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachbrennkammer (4) so nahe wie möglich am Austritt der Rauchgase aus der Herdfeuerung (1) angeordnet ist und daß er mindestens einen Luftführungskanal (8) zum Einblasen von Frischluft in die Nachbrennkammer (4) aufweist sowie mindestens eine von der Energie der Herdfeuerung unabhängige und außerhalb der Nachbrennkammer (4), in dem Lufteinblasekanal (8) angeordnete Heizeinrichtung in Form eines Heizelementes (9), um diese Luft auf eine Temperatur mit einem Minimalwert von 400ºC zu bringen, geregelt über eine Steuerschaltung in Abhängigkeit eines Sensors (11), der, in dem Brennraum (2) angeordnet, den Anstieg der Temperatur der Herdfeuerung (1) ermittelt und eines Sensors (12) zur Ermittlung des automatisch ablaufenden Brennvorgangs in der Nachbrennkammer (4), der in dieser Kammer angeordnet ist.

10. Apparat nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Energie der Herdfeuerung (1) unabhängige Heizeinrichtung mit einer Vorwärmeeinrichtung verbunden ist, welche die in der Herdfeuerung (1) oder die in den Rauchgasen enthaltene Energie nutzt.

11. Apparat nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärmeeinrichtung ein in der Herdfeuerung (1) eingebauter Austauscher mit der Wärme der Brennkammer (2) ist.

12. Apparat nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärmeeinrichtung ein Rauchgaswärme-Austauscher ist, der zwischen dem Austritt der Rauchgase aus der Herdfeuerung (1) und der Nachbrennkammer (4) angeordnet ist.

13. Apparat nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Austauscher aus einem äußeren Kreislauf (27) für die Frischluft und einem inneren Kreislauf (26) für die Rauchgase besteht, wobei die zwei Kreisläufe nebeneinander liegen und konzentrisch sind.

14. Apparat nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Luftkanal (8) zum Zuführen von Frischluft aufteilt in einen Heizkreislauf, der die unabhängige Heizeinrichtung enthält und in einen Vorwärmekreislauf.

15. Apparat nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die unabhängige Heizung eine elektrische ist.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung in Form einer Heizeinheit (9) als mit elektrischen Widerständen versehene Patrone ausgeführt ist, welche den gesamten Querschnitt des Luftführungskanals (8) einnimmt.

17. Apparat nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachbrennkammer (4) an die Herdfeuerung (1) angrenzt, wobei sie von dieser durch eine metallische Wand (6) getrennt ist.

18. Apparat nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachbrennkammer (4) der Austritt der Herdfeuerung (1) ist.

19. Apparat nach einem der Ansprüche 9 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Austauscher, die Nachbrennkammer (4) und die Zuführung sowie die Abführung der Rauchgase vor und nach der Nachbrennkammer (4) eine modulare Einheitseinrichtung darstellen, die an eine geschlossene Kaminfeuerung anbaubar ist.