CH654645A5 - DEVICE FOR BURNING SOLID FUELS. - Google Patents
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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. The present invention relates to a device for the combustion of solid fuels with a primary combustion chamber and a secondary combustion chamber, each of which has a separate fresh air supply.
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. Attempts have been made on known furnaces of this type in order to achieve secondary combustion of incompletely burned gases by supplying secondary air to the combustion chamber. However, these tests have shown that the desired effect occurred very occasionally in small ovens and if only because of particularly advantageous circumstances.
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. Because of the energy shortage to be expected in the future, interest in the use of wood as a fuel for households has increased. There is therefore a need for a stove which can burn wood and similar fuels with the greatest possible efficiency and the best possible controlled combustion without air pollution.
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. A characteristic of this type of furnace is that the fuel is burned incompletely (pyrolytically) in a primary chamber at a comparably low temperature. In this process, flammable gases (pyrolytic gases) are developed at a rate that depends on the temperature, shape and composition of the fuel. The temperature in the primary chamber is dependent on the rate of combustion occurring therein and consequently on the primary air supply and the thermal insulation of the primary chamber. The total potential output is therefore the sum of the intensity of the primary combustion and the calorific value of the pyrolytic gases. Controlled performance always requires adjusting the amount of primary air and isolating the primary chamber to the fuel to be used.
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. In order to ensure complete combustion of the pyrolytic gases and thereby achieve a high degree of efficiency, it is necessary to supply the secondary air to the gases monitored in terms of quantity, temperature and residence time. The combustion can effectively take place in a secondary chamber with sufficient insulation and air supply.
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. The aim of the invention is to provide a device for the combustion of solid fuels, in which the combustion takes place in two stages, first in a primary combustion chamber and then in a secondary combustion chamber, in such a way that high efficiency is achieved and in which controlled combustion is achieved.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des Patentanspruches 1 erreicht. This aim is achieved according to the invention by the features of patent claim 1.
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. It is advantageous if the secondary combustion chamber is designed as a two-stage chamber. The dimensions of an optimal, secondary combustion chamber depend on the performance of the furnace. A two-stage, secondary combustion chamber thus ensures good secondary combustion over a wide setting range if the combustion takes place with low power in the first stage and in the second stage with higher power.
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. It is expedient if a heat exchanger is provided between an inlet duct for the fresh air to the secondary combustion chamber and an outlet duct for the hot combustion gases from the secondary combustion chamber in order to preheat the fresh air to the secondary combustion chamber if the inlet duct for this fresh air supply to the secondary combustion chamber into one Space opens between the primary combustion chamber and the secondary combustion chamber and if the inlet duct for the fresh air to the secondary combustion chamber has a wall partially delimiting it, which borders on the primary combustion chamber, the secondary combustion chamber and on the outlet duct of the secondary combustion chamber, the heat exchanger connecting them Connects to the wall.
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. In order to lower the ignition temperature for the gases in the secondary combustion chamber, it is advantageous if a catalyst is provided in the secondary combustion chamber. Alternatively, heat-storing plates or rods can be provided in the secondary combustion chamber, so that the combustion gases are ignited earlier than in a free gas atmosphere.
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. In order to ensure the self-controlled combustion process with high efficiency in all conditions and regardless of the fuel type, a blower can be provided to ensure a uniform air supply for combustion. The fan can be operated by a thermoelectric cell which is arranged on one of the walls in one of the combustion chambers, preferably in the secondary chamber. The fan can be controlled by a thermostat.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. The invention is explained in more detail below with reference to the drawing, for example.
2 2nd
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
3 3rd
654645 654645
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. The furnace shown consists of a primary combustion chamber 1, in which at least the ceiling 2 is insulated. However, it is possible, if necessary, to also insulate the sidewalls to raise the temperature in the primary combustion chamber if a certain rate of combustion is desired. The fresh air is drawn in through the draw holes on the front 4 of the oven.
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. The combustion gases in the primary combustion chamber 1 are passed through an opening 5 in the rear wall 3 into a secondary combustion chamber 6. This combustion chamber is designed in two stages. The combustion takes place in the first stage when the power consumption is low, while when the output is high the combustion takes place in the second stage. The fresh air 7 for the secondary combustion chamber is led through a draw hole 7 in the front of the furnace to a duct 8 above the ceiling of the primary combustion chamber. The fresh air supply is set so that the fresh air to the primary and secondary combustion chamber is controlled at the same time. The channel 8 is insulated from the primary combustion chamber, as shown in the figure, but is delimited by a heat exchanger 9 which faces the outlet channel 10 of the secondary combustion chamber. The secondary combustion chamber has good thermal insulation so that sufficiently high temperatures (750-1000 ° C) can be reached. To ensure ignition in the secondary combustion chamber when the combustion gases are completely burned, i.e. that the temperature is higher than the ignition temperature of the gases, an externally supplied heating element 12 can be used. The heating element 12 can, as shown, be an electrical heating element or an oil or gas burner. The heating element 12 can be arranged in the inlet duct 8 for the fresh air to the secondary combustion chamber instead of in the secondary combustion chamber. As mentioned above, the secondary combustion chamber can be provided with a catalyst layer, e.g. a platinum or rodium mass, so that the ignition temperature for the combustion gases is reduced. The secondary combustion chamber can also be provided with plates, rods or similar means, so that the combustion gases are ignited earlier than in a free gas atmosphere. It is pointed out that the heating element, the catalyst, the rods or similar means with heat storage capacity can be used alone or in combination.
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. The hot gas from the secondary combustion chamber 6 is discharged through the outlet duct 10, is deflected at the front edge of the ceiling 11 and flows through a duct 13 at the top of the ceiling 11 to the smoke exhaust duct 5. From the outlet of the duct 10 to the smoke exhaust duct 14, the combustion gas loses the greatest possible amount of heat, which is achieved with a heat exchanger arranged in the channel 13, which transfers the heat to the surroundings.
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. io In the smoke exhaust duct 14, a fan 15 can be arranged, which is fed from a thermoelectric cell 16 with electrical current. The thermoelectric cell 16 is arranged on the surface of the hot wall of the channel 13. The cell generates an electric current, the value of which depends on the temperature difference between the hot surface of the wall and the environment. The fan 15 can be controlled by a thermostat so that the supply of fresh air is dependent on the desired room temperature. A cold stove can be fired with an additional battery, since the thermoelectric cell does not supply any current, or the natural draft through the smoke exhaust duct can be used.
Eine externe Energiezufuhr zur sekundären Verbrennungs-2s kammer ist manchmal erforderlich. Zur Steuerung der Energiezufuhr zur Heizquelle sind folgende Parameter zu berücksichtigen: External energy supply to the secondary combustion 2s chamber is sometimes required. The following parameters must be taken into account to control the energy supply to the heating source:
a) Die Temperatur in der sekundären Verbrennungs- a) The temperature in the secondary combustion
39 kammer. Fällt die Temperatur unter 800 °C, ist eine externe Energiezufuhr erforderlich, solange das Gas aus der primären Verbrennungskammer strömt. 39 chamber. If the temperature falls below 800 ° C, an external energy supply is required as long as the gas flows out of the primary combustion chamber.
b) Der Temperaturanstieg zwischen Einlass und Auslass der sekundären Verbrennungszone. Ein positiver Wert zeigt b) The temperature rise between the inlet and outlet of the secondary combustion zone. A positive value shows
35 an, dass das zu verbrennende Gas weiterhin strömt. 35 indicates that the gas to be burned continues to flow.
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. c) The temperature in the primary combustion chamber. A lower limit indicates that the stove is out of fuel and therefore no external energy supply is required.
40 40
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. By combining these parameters in the form of e.g. electrical signals from the heat cell, thermostat or similar means, it is possible to achieve a fully automatic combustion of all combustible gases.
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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings
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