CH654645A5

CH654645A5 - Vorrichtung zur verbrennung von festen brennstoffen.

Info

Publication number: CH654645A5
Application number: CH3071/81A
Authority: CH
Inventors: Tor Audun Oftedal; Stale Rustad; Morten H Soma
Original assignee: Joetul As
Priority date: 1980-05-13
Filing date: 1981-05-12
Publication date: 1986-02-28
Also published as: NO146444C; IT1137009B; IT8121659A0; NO146444B; FI65666B; IE51048B1; PT73025B; PT73025A; GB2081888A; IE811065L; BE888739A; FI811442L; DE3117290C2; SE446904B; NL8102249A; NO801421L; FR2482702B1; SE8102975L; FR2482702A1; ES502191A0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verbrennung von festen Brennstoffen mit einer primären Verbrennungskammer und einer sekundären Verbrennungskammer, die jeweils eine getrennte Frischluftspeisung aufweisen.

An bekannten Öfen dieser Art wurden Versuche unternommen, um durch Zuführen von Sekundärluft in die Verbrennungskammer eine Nachverbrennung unvollständig verbrannter Gase zu erzielen. Diese Versuche haben jedoch gezeigt, dass der angestrebte Effekt in kleinen Öfen sehr vereinzelt auftrat und wenn, nur wegen besonders vorteilhafter Umstände.

Wegen der in der Zukunft zu erwartenden Energieverknappung hat das Interesse für die Anwendung von Holz als Brennstoff für Haushalte zugenommen. Es besteht daher ein Bedarf an einem Ofen, der ohne Luftverschmutzung Holz und ähnliche Brennstoffe mit dem grösstmöglichen Wirkungsgrad und der bestmöglich gesteuerten Verbrennung verbrennen kann.

Ein Merkmal dieser Art von Öfen ist, dass der Brennstoff bei vergleichbar niedriger Temperatur in einer primären Kammer unvollständig (pyrolytisch) verbrannt wird. Bei diesem Prozess werden brennbare Gase (pyrolytische Gase) mit einer Geschwindigkeit entwickelt, die von der Temperatur, der Form und der Zusammensetzung des Brennstoffes abhängt. Die Temperatur in der primären Kammer ist von der darin auftretenden Verbrennungsgeschwindigkeit und folglich von der Primärluftzufuhr und der Wärmeisolation der primären Kammer abhängig. Der gesamte potentielle Leistungsaufwand ist folglich die Summe der Intensität der primären Verbrennung und des Heizwertes der pyrolytischen Gase. Ein gesteuerter Leistungsaufwand erfordert immer die Einstellung der Menge an Primärluft und die Isolation der primären Kammer auf den zu verwendenden Brennstoff.

Um eine vollständige Verbrennung der pyrolytischen Gase sicherzustellen und dadurch einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen ist es notwendig, die Sekundärluft den bezüglich Menge, Temperatur und Verweilzeit überwachten Gase zuzuführen. Die Verbrennung kann auf wirkungsvolle Weise in einer sekundären Kammer mit einer ausreichenden Isolation und Luftzufuhr stattfinden.

Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Verbrennung von festen Brennstoffen zu schaffen, bei der die Verbrennung in zwei Stufen, zuerst in einer primären Verbrennungskammer und dann in einer sekundären Verbrennungskammer, in der Weise erfolgt, dass ein hoher Wirkungsgrad erreicht wird und bei der eine gesteuerte Verbrennung erreicht wird.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des Patentanspruches 1 erreicht.

Es ist von Vorteil, wenn die sekundäre Verbrennungskammer als zweistufige Kammer ausgebildet ist. Die Abmessungen einer optimalen, sekundären Verbrennungskammer hängen vom Leistungsaufwand des Ofens ab. Eine zweistufige, sekundäre Verbrennungskammer stellt somit eine gute Sekundärverbrennung über einen weiten Einstellungsbereich sicher, wenn die Verbrennung mit niedrigem Leistungsaufwand in der ersten Stufe und in der zweiten Stufe mit höherem Leistungsaufwand erfolgt.

Es ist zweckmässig, wenn ein Wärmetauscher zwischen einem Einlasskanal für die Frischluft zur sekundären Verbrennungskammer und einem Auslasskanal für die heissen Verbrennungsgase aus der sekundären Verbrennungskammer vorgesehen ist, um die Frischluft zu der sekundären Verbrennungskammer vorzuheizen, wenn der Einlasskanal für diese Frischluftzufuhr zur sekundären Verbrennungskammer in einen Raum zwischen der primären Verbrennungskammer und der sekundären Verbrennungskammer mündet und wenn der Einlasskanal für die Frischluft zur sekundären Verbrennungskammer eine ihn teilweise begrenzende Wand aufweist, die an die primäre Verbrennungskammer, die sekundäre Verbrennungskammer und an den Auslasskanal der sekundären Verbrennungskammer grenzt, wobei der Wärmetauscher an diese Wand anschliesst.

Um die Zündtemperatur für die Gase in der sekundären Verbrennungskammer herabzusetzen, ist es vorteilhaft, wenn in der sekundären Verbrennungskammer ein Katalysator vorgesehen wird. Alternativ dazu können in der sekundären Verbrennungskammer wärmespeichernde Platten, Stäbe vorgesehen werden, so dass die Zündung der Verbrennungsgase früher erfolgt als bei einer freien Gasatmosphäre.

Um den selbstgesteuerten Verbrennungsprozess mit hohem Wirkungsgrad bei allen Bedingungen und unabhängig von der Brennstoffart sicherzustellen, kann ein Gebläse vorgesehen werden, um eine gleichmässige Luftzufuhr zur Verbrennung zu gewährleisten. Das Gebläse kann durch eine thermoelektrische Zelle betrieben werden, die an einer der Wände in einer der Verbrennungskammern, vorzugsweise in der sekundären Kammer, angeordnet ist. Der Lüfter kann durch einen Thermostaten gesteuert werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.

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Der dargestellte Ofen besteht aus einer primären Verbrennungskammer 1, in welcher mindestens die Decke 2 isoliert ist. Es ist jedoch möglich, falls erforderlich, auch die Seitenwände zu isolieren, um die Temperatur in der primären Verbrennungskammer zu erhöhen, wenn eine bestimmte Verbrennungsgeschwindigkeit erwünscht ist. Die Frischluft wird durch die Zuglöcher an der Frontseite 4 des Ofens angesaugt.

Die Verbrennungsgase in der primären Verbrennungskammer 1 werden durch eine Öffnung 5 in der Rückwand 3 in eine sekundäre Verbrennungskammer 6 geleitet. Diese Verbrennungskammer ist zweistufig ausgebildet. Die Verbrennung findet in der ersten Stufe statt, wenn der Leistungsaufwand gering ist, während bei hohem Leistungsaufwand die Verbrennung in der zweiten Stufe erfolgt. Die Frischluft 7 für die sekundäre Verbrennungskammer wird durch ein Zugloch 7 in der Frontseite des Ofens zu einem Kanal 8 oberhalb der Decke der primären Verbrennungskammer geführt. Die Frischluftzufuhr ist so eingestellt, dass die Frischluft zur primären und sekundären Verbrennungskammer gléichzeitig gesteuert wird. Der Kanal 8 ist gegen die primäre Verbrennungskammer isoliert, wie das in der Figur dargestellt ist, ist aber mit einem Wärmetauscher 9 begrenzt, der dem Auslasskanal 10 der sekundären Verbrennungskammer zugewandt ist. Die sekundäre Verbrennungskammer hat eine gute Wärmeisolation, so dass ausreichend hohe Temperaturen (750— 1000°C) erreicht werden. Um bei einer vollständigen Verbrennung der Verbrennungsgase die Zündung in der sekundären Verbrennungskammer sicherzustellen, d.h. dass die Temperatur höher ist als die Zündungstemperatur der Gase, kann ein extern gespeistes Heizelement 12 verwendet werden. Das Heizelement 12 kann, wie dargestellt, ein elektrisches Heizelement oder ein Öl- oder Gasbrenner sein. Das Heizelement 12 kann statt in der sekundären Verbrennungskammer, in dem Einlasskanal 8 für die Frischluft zur sekundären Verbrennungskammer angeordnet werden. Wie vorstehend erwähnt, kann die sekundäre Verbrennungskammer mit einer Katalysatorschicht, z.B. einer Platin- oder Rodiummasse versehen sein, so dass die Zündtemperatur für die Verbrennungsgase herabgesetzt wird. Die sekundäre Verbrennungskammer kann auch mit Platten, Stäben oder ähnlichen Mitteln versehen werden, so dass die Zündung der Verbrennungsgase früher erfolgt, als in einer freien Gasatmosphäre. Es wird daraufhingewiesen, dass das Heizelement, der Katalysator, die Stäbe oder ähnliche Mittel mit Wärmespeicherfähigkeit allein für sich oder in Kombination angewendet werden können.

Das heisse Gas aus der sekundären Verbrennungskammer 6 wird durch den Auslasskanal 10 abgeleitet, wird an der Vorderkante der Decke 11 umgelenkt und strömt durch einen Kanal 13 an der Oberseite der Decke 11 zum Rauchabzug-5 kanal 14. Vom Auslass des Kanals 10 bis zum Rauchabzugkanal 14 verliert das Verbrennungsgas die grösstmögliche Wärmemenge, was mit einem im Kanal 13 angeordneten Wärmetauscher erreicht wird, der die Wärme an die Umgebung abgibt.

io Im Rauchabzugkanal 14 kann ein Gebläse 15 angeordnet werden, das aus einer thermoelektrischen Zelle 16 mit elektrischem Strom gespeist wird. Die thermoelektrische Zelle 16 ist an der Oberfläche der heissen Wand des Kanals 13 angeordnet. Die Zelle erzeugt einen elektrischen Strom, is dessen Wert von der Temperaturdifferenz zwischen der heissen Oberfläche der Wand und der Umgebung abhängig ist. Das Gebläse 15 kann durch einen Thermostat so gesteuert werden, dass die Zufuhr von Frischluft von der gewünschten Raumtemperatur abhängig ist. Das Anfeuern eines kalten 20 Ofens kann mit einer Zusatzbatterie vorgenommen werden, da die thermoelektrische Zelle keinen Strom abgibt, oder es kann der natürliche Zug durch den Rauchabzugkanal angewendet werden.

Eine externe Energiezufuhr zur sekundären Verbrennungs-2s kammer ist manchmal erforderlich. Zur Steuerung der Energiezufuhr zur Heizquelle sind folgende Parameter zu berücksichtigen:

a) Die Temperatur in der sekundären Verbrennungs-

39 kammer. Fällt die Temperatur unter 800 °C, ist eine externe Energiezufuhr erforderlich, solange das Gas aus der primären Verbrennungskammer strömt.

b) Der Temperaturanstieg zwischen Einlass und Auslass der sekundären Verbrennungszone. Ein positiver Wert zeigt

35 an, dass das zu verbrennende Gas weiterhin strömt.

c) Die Temperatur in der primären Verbrennungskammer. Ein niedriger Grenzwert zeigt an, dass der Ofen keinen Brennstoff mehr hat und deshalb eine externe Energiezufuhr nicht mehr erforderlich ist.

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Durch Kombination dieser Parameter in Form von z.B. elektrischen Signalen aus der Wärmezelle, Thermostat oder ähnlichen Mitteln, ist es möglich, eine vollständig automatisch ablaufende Verbrennung aller brennbaren Gase zu 45 erreichen.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zur Verbrennung von festen Brennstoffen mit einer primären Verbrennungskammer (1) und einer sekundären Verbrennungskammer (6), die jeweils eine getrennte Frischluftspeisung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass beide Verbrennungskammern (1,6) thermisch isoliert sind, wobei die sekundäre Verbrennungskammer besser als die primäre Verbrennungskammer isoliert ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Verbrennungskammer (6) als zweistufige Kammer ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmetauscher (9) zwischen einem Einlasskanal (8) für die Frischluft zur sekundären Verbrennungskammer und einem Auslasskanal (10) für die Verbrennungsgase aus der sekundären Verbrennungskammer (6) vorgesehen ist, um die Frischluft zur sekundären Verbrennungskammer vorzuheizen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlasskanal (8) für die Frischluftzufuhr zur sekundären Verbrennungskammer (6) in einem Raum (5) zwischen der primären Verbrennungskammer (1) und der sekundären Verbrennungskammer (6) mündet.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlasskanal (8) für die Frischluft zur sekundären Verbrennungskammer (6) eine ihn teilweise begrenzende Wand (2,2') aufweist, die an die primäre Verbrennungskammer (1), die sekundäre Verbrennungskammer (6) und an den Auslasskanal (10) der sekundären Verbrennungskammer (6) grenzt, wobei der Wärmetauscher (9) an diese Wand anschliesst.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Verbrennungskammer (6) oder der Einlasskanal (8) für die Frischluft zur sekundären Verbrennungskammer (6) mit einer Heizquelle (12) versehen ist, die mit externer Energie gespiesen zu werden bestimmt ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der sekundären Verbrennungskammer (6) ein Katalysator vorgesehen ist, der dazu dient, die Zündtemperatur für die Gase in dieser Verbrennungskammer herabzusetzen.