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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Festbrennstofffeuerstätte, umfassend
einen Brennraum, innerhalb dessen während des Betriebs der Festbrennstofffeuerstätte ein
Festbrennstoff verbrannt werden kann, zumindest eine Lufteintrittsöffnung,
die für
eine Zufuhr von Luft in den Brennraum eingerichtet ist, einen Rauchgassammler,
in den die bei der Verbrennung des Festbrennstoffs entstehenden
Rauchgase einströmen
können,
sowie eine Strömungsführungseinrichtung,
die zwischen dem Brennraum und dem Rauchgassammler angeordnet ist.
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Festbrennstofffeuerstätten, die
insbesondere für
den Einsatz im häuslichen
Bereich vorgesehen sind, sind aus dem Stand der Technik in verschiedenen
Ausführungsformen
bereits bekannt. Beispiele für
derartige Festbrennstofffeuerstätten
sind Festbrennstoffkaminöfen
oder Festbrennstoffkamine.
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Während des
Betriebs entstehen durch das Verbrennen des Festbrennstoffs Stäube im Rauchgas,
die bei den aus dem Stand der Technik bekannten Festbrennstofffeuerstätten beispielsweise
mit speziellen Filtereinrichtungen als Sekundärmaßnahme gefiltert werden, um
die Staubemissionen im Abgas der Festbrennstofffeuerstätten zu
reduzieren. Nachteile derartiger Sekundärmaßnahmen sind hohe Kosten, ein
optisch oft negativer Eingriff in das Design der Festbrennstofffeuerstätte sowie
ein hoher Wartungs- und Pflegeaufwand. Bei einigen Festbrennstofffeuerstätten werden
auch spezielle Strömungsführungseinrichtungen
eingesetzt, die insbesondere als geneigt im Inneren des Brennraums
angeordnete Leitbleche ausgeführt
sein können,
um die Strömungsführung der
Rauchgase zu beeinflussen. Es hat sich gezeigt, dass die Maßnahmen
zur Staubreduktion häufig
nicht effizient genug arbeiten und die Staubemissionen nicht in
ausreichendem Maße
verringern können.
Ein weiterer Nachteil der aus dem Stand der Technik bekannten Festbrennstofffeuerstätten besteht
in einer hohen Kohlenmonoxid-Emission (CO-Emission) während des
Betriebs.
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Hier
setzt die vorliegende Erfindung an.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Festbrennstofffeuerstätte der
eingangs genannten Art zur Verfügung
zu stellen, bei der die während
des Betriebs auftretenden Staubemissionen und Kohlenmonoxidemissionen
auf einfache und effiziente Art und Weise wirksam verringert werden
können.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Festbrennstofffeuerstätte der eingangs genannten
Art mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1
gelöst.
Die Unteransprüche
betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Eine
erfindungsgemäße Festbrennstofffeuerstätte zeichnet
sich dadurch aus, dass die Strömungsführungseinrichtung
im Querschnitt zumindest abschnittsweise im Wesentlichen spiralförmig ausgebildet
ist und mindestens einen Rauchgaseintrittsbereich, durch den die
Rauchgase in die Strömungsführungseinrichtung
einströmen
können,
und zumindest eine Rauchgasaustrittsöffnung, durch die die Rauchgase
aus der Strömungsführungseinrichtung
in den Rauchgassammler einströmen
können,
aufweist. Gegebenenfalls kann auch zusätzliche Verbrennungsluft (Sekundärluft) durch
den Rauchgaseintrittsbereich in die Strömungsführungseinrichtung einströmen. Die
erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es,
dass die bei der Verbrennung des Festbrennstoffs entstehenden Staubemissionen
und Kohlenmonoxidemissionen wirksam verringert werden können. Die
staubhaltigen Rauchgase treten mit hoher Geschwindigkeit in die
Strömungsführungseinrichtung
mit dem zumindest abschnittsweise im Wesentlichen spiralförmigen Querschnitt
ein, durchströmen diese
und werden dabei in eine schnelle Drallströmung versetzt. Innerhalb der
Strömungsführungseinrichtung
kommt es dabei zu Verwirbelungen und damit insgesamt zu einer längeren Verweilzeit
der Rauchgase sowie zu einer Durchmischung der staubhaltigen Rauchgase
mit Sauerstoff. Die brennbaren Anteile der Stäube sowie das Kohlenmonoxid in
den Rauchgasen können
auf diese Weise zumindest teilweise innerhalb der Strömungsführungseinrichtung
nachverbrannt werden, so dass die Staub- und Kohlenmonoxidemissionen,
die während
des Betriebs der Festbrennstofffeuerstätte auftreten, wirksam verringert
werden können.
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Es
hat sich gezeigt, dass bei der hier vorgestellten Festbrennstofffeuerstätte im Vergleich
zu einer Festbrennstofffeuerstätte,
die an Stelle der hier beschriebenen Strömungsführungseinrichtung eine herkömmliche
Rauchgasumlenkung aufweist und ansonsten identisch aufgebaut ist,
bei vergleichbaren äußeren Randbedingungen
eine Reduktion der Staub- und Kohlenmonoxidemissionen in einer Größenordnung
zwischen etwa 30 und etwa 50 Gewichts-Prozent erreicht werden kann.
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Vorzugsweise
weist die Strömungsführungseinrichtung
in Tiefenrichtung (Längsrichtung)
einen unveränderlichen
Querschnitt auf, um so die Herstellung der Strömungsführungseinrichtung zu vereinfachen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist vorgesehen, dass die mindestens eine Rauchgasaustrittsöffnung seitlich
an der Strömungsführungseinrichtung
angeordnet ist. Es hat sich gezeigt, dass eine derartige Anordnung
der mindestens einen Rauchgasaustrittsöffnung quer zum Rauchgaseintrittsbereich
vorteilhaft ist. Um den Abzug der Rauchgase aus der Strömungsführungseinrichtung
in den Rauchgassammler weiter zu verbessern, ist in einer besonders
vorteilhaften Ausführungsform
vorgesehen, dass die Strömungsführungseinrichtung
an gegenüberliegenden
Seiten jeweils mindestens eine Rauchgasaustrittsöffnung aufweist. Mit anderen
Worten ist bei dieser Ausführungsform
also in Tiefenrichtung (Längsrichtung)
an gegenüberliegenden
Seiten der Strömungsführungseinrichtung
jeweils mindestens eine Rauchgasaustrittsöffnung angeordnet, durch die
die Rauchgase nach dem Durchströmen der
Strömungsführungsvorrichtung
in den Rauchgassammler einströmen
können.
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Es
besteht in einer vorteilhaften Ausführungsform die Möglichkeit,
dass zumindest eine der Rauchgasaustrittsöffnungen im Wesentlichen kreisrund
ausgeführt
ist. Es kann in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform auch vorgesehen
sein, dass zumindest eine der Rauchgasaustrittsöffnungen im Wesentlichen oval
ausgeführt
ist. Dadurch kann der Strömungsquerschnitt
der Rauchgasaustrittsöffnung
beziehungsweise der Rauchgasaustrittsöffnungen vergrößert werden.
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Es
besteht die Möglichkeit,
dass der Rauchgaseintrittsbereich eine im Wesentlichen rechteckförmige Rauchgaseintrittsöffnung aufweist,
die insbesondere mittenzentriert sein kann.
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Um
die Strömungsführung der
Rauchgase beim Eintritt in die Strömungsführungseinrichtung weiter zu
verbessern, wird in einer besonders bevorzugten Ausführungsform
vorgeschlagen, dass der Rauchgaseintrittsbereich zumindest abschnittsweise verjüngt ausgebildet
ist. Dadurch kann eine Art Düseneffekt
erzeugt werden, der die Rauchgase beim Eintritt in die Strömungsführungseinrichtung
beschleunigt.
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Es
kann in einer besonders bevorzugten Ausführungsform vorgesehen sein,
dass der Rauchgaseintrittsbereich in Tiefenrichtung an gegenüberliegenden
Enden jeweils mindestens eine Anschrägung aufweist, die sich in
das Innere der Strömungsführungseinrichtung
erstreckt. Ferner besteht die Möglichkeit,
dass der Rauchgaseintrittsbereich in Breitenrichtung mindestens
eine Anschrägung
aufweist, die sich in das Innere der Strömungsführungseinrichtung erstreckt.
Dabei kann die mindestens eine, sich in Breitenrichtung des Rauchgaseintrittsbereichs
in das Innere der Strömungsführungseinrichtung
hinein erstreckende Anschrägung
vorteilhaft an einem weiter innen liegenden Abschnitt der Strömungsführungseinrichtung
ausgebildet sein.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
wird vorgeschlagen, dass die Strömungsführungseinrichtung
aus einem hochtemperaturbeständigen
Material besteht. Beispielsweise kann die Strömungsführungseinrichtung zumindest
abschnittsweise aus einem hochtemperaturbeständigen Edelstahl bestehen.
Es besteht auch die Möglichkeit,
dass die Strömungsführungseinrichtung
zumindest abschnittsweise aus einem Keramikwerkstoff besteht.
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Um
die Staubemissionen noch weiter verringern zu können, wird in einer besonders
vorteilhaften Ausführungsform
vorgeschlagen, dass zumindest die Oberfläche der Strömungsführungseinrichtung mindestens
abschnittsweise aus einem rauen und/oder porösen Material besteht. Durch
diese Maßnahme kann
erreicht werden, dass sich während
der Anbrenn- und Abbrennphase Staub auf der Oberfläche der
Strömungsführungseinrichtung
ablagern kann und insbesondere in der Hauptbrennphase der Festbrennstofffeuerstätte, in
der besonders hohe Temperaturen im Inneren der Strömungsführungseinrichtung
herrschen, verbrannt werden kann. Die Oberfläche der Strömungsführungseinrichtung kann zu diesem
Zweck in einer vorteilhaften Ausführungsform zumindest abschnittsweise
mit einem porösen
Keramikwerkstoff beschichtet sein. Die Strömungsführungseinrichtung kann in einer
vorteilhaften Ausführungsform
auch vollständig
aus einem rauen und/oder porösen
Material, insbesondere aus einem porösen Keramikwerkstoff, bestehen.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich
anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die beiliegende Abbildung. Darin zeigt
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1 eine
Schnittansicht einer Festbrennstofffeuerstätte gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Unter
Bezugnahme auf 1 umfasst eine Festbrennstofffeuerstätte 1,
die gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist und in diesem Ausführungsbeispiel
ein Kaminofen für
den häuslichen
Gebrauch ist, einen Brennraum 2 und einen Luftansaugstutzen 3, der
eine Lufteintrittsöffnung 30 aufweist
und mit dem Brennraum 2 in Strömungsverbindung steht.
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Während des
Betriebs der Festbrennstofffeuerstätte 1 wird auf Grund
des Zugs des Abgasschornsteins, an den die Festbrennstofffeuerstätte 1 angeschlossen
ist, und des daraus resultierenden Unterdrucks, der sich im Inneren
der Festbrennstofffeuerstätte 1 bildet,
Luft durch die Lufteintrittsöffnung 30 des
Luftansaugstutzens 3 angesaugt, die in den Brennraum 2 der
Festbrennstofffeuerstätte 1 einströmen kann.
Die in diesem Ausführungsbeispiel
gezeigte Festbrennstofffeuerstätte 1 kann
zum Beispiel raumluftunabhängig
betrieben werden. Bei dieser Variante wird während des Betriebs der Festbrennstofffeuerstätte 1 durch
die Lufteintrittsöffnung 30 des Luftansaugstutzens 3 Außenluft
angesaugt, die anschließend
an unterschiedlichen Stellen als Primärluft und Sekundärluft in
den Brennraum 2 einströmen kann.
Grundsätzlich
besteht aber auch die Möglichkeit,
dass die Festbrennstofffeuerstätte 1 raumluftabhängig ausgeführt ist.
Bei dieser Variante wird durch die Lufteintrittsöffnung 30 des Luftansaugstutzens 3 Raumluft
angesaugt, die sodann in den Brennraum 2 einströmen kann.
Die Strömungsrichtung
der angesaugten Primärluft
vom Luftansaugstutzen 3 in den Brennraum 2 ist
in 1 durch Pfeile angedeutet. Der Luftströmungsweg
der Sekundärluft,
der hier nicht explizit dargestellt ist, ist von der Geometrie der Festbrennstofffeuerstätte 1 abhängig und
wird oberhalb des Festbrennstoffs dem Brennraum 2 zugegeben.
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Innerhalb
des Brennraums 2, der mittels einer Tür 5, einer Klappe
oder dergleichen verschließbar
ist, ist ein Rost 4 oder dergleichen angeordnet, auf dem
während
des Betriebs der Festbrennstofffeuerstätte 1 ein Festbrennstoff
(insbesondere Holz) verbrannt wird. Die während der Verbrennung des Festbrennstoffs
entstehenden Rauchgase durchströmen eine
oberhalb des Brennraums 2 angeordnete Strömungsführungseinrichtung 6,
deren Aufbau und Funktion weiter unten noch näher beschrieben wird, und treten
danach in einen oberhalb der Strömungsführungseinrichtung 6 angeordneten
Rauchgassammler 7 ein. Der Rauchgassammler 7 weist
mehrere Außenflächen auf, über die
Wärmeenergie
aus den noch warmen Rauchgasen nach außen in die Umgebung der Festbrennstofffeuerstätte 1 abgegeben
werden kann. Der Rauchgassammler 7 ist an einem der Strömungsführungseinrichtung 6 abgewandten
Ende mit einem Anschlussstutzen 8 verbunden, der für den Anschluss
der Festbrennstofffeuerstätte 1 an
einen herkömmlichen
Abgasschornstein geeignet und eingerichtet ist.
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Nachfolgend
sollen der Aufbau und die Funktion der zwischen dem Brennraum 2 und
dem Rauchgassammler 7 angeordneten Strömungsführungseinrichtung 6 näher erläutert werden.
In 1 ist zu erkennen, dass die Strömungsführungseinrichtung 6 im
Querschnitt im Wesentlichen spiralförmig ausgebildet ist. Die Strömungsführungseinrichtung 6 weist in
dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel
in einer in die Zeichenebene weisende Tiefenrichtung (Längsrichtung)
eine größere Erstreckung
als in der dazu orthogonalen Breitenrichtung (Querrichtung) auf.
Vorzugsweise ändert
sich die Querschnittsform der Strömungsführungseinrichtung 6 in
Tiefenrichtung nicht. Die Strömungsführungseinrichtung 6 ist
aus einem hochtemperaturbeständigen
Material hergestellt. Beispielweise kann die Strömungsführungseinrichtung 6 zumindest
abschnittsweise aus einem hochtemperaturbeständigen Edelstahl bestehen.
Es kann zum Beispiel auch vorgesehen sein, dass die Strömungsführungseinrichtung 6 zumindest
abschnittsweise aus einem Keramikwerkstoff besteht.
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Die
Strömungsführungseinrichtung 6 weist einen,
dem Brennraum zugewandten Rauchgaseintrittsbereich 61 auf,
durch den die bei der Verbrennung des Festbrennstoffs entstehenden
Rauchgase in die Strömungsführungseinrichtung 6 einströmen können. Um
die Strömungsführung der
Rauchgase beim Eintritt in die Strömungsführungseinrichtung 6 zu
verbessern, kann gegebenenfalls vorgesehen sein, dass der Rauchgaseintrittsbereich 61 zumindest
abschnittsweise verjüngt
ausgebildet ist. Beispielsweise kann der Rauchgaseintrittsbereich 61 in Tiefenrichtung
an gegenüberliegenden
Enden jeweils mindestens eine hier nicht explizit dargestellte Anschrägung aufweisen,
die sich in das Innere der Strömungsführungseinrichtung 6 hinein
erstreckt. Ferner kann der Rauchgaseintrittsbereich 61 in
Breitenrichtung mindestens eine, hier nicht explizit dargestellte Anschrägung aufweisen,
die sich in das Innere der Strömungsführungseinrichtung 6 hinein
erstreckt. Dabei kann die mindestens eine, sich in Breitenrichtung
des Rauchgaseintrittsbereichs 6 erstreckende Anschrägung vorteilhaft
in einem weiter innen liegenden, sich in Längsrichtung erstreckenden Abschnitt 62 der
Strömungsführungseinrichtung 6 ausgebildet sein.
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Vorzugsweise
sind die Anschrägungen
integral mit der Strömungsführungseinrichtung 6 ausgebildet.
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An
gegenüberliegenden
Seiten in Längsrichtung
weist die Strömungsführungseinrichtung 6 jeweils
eine seitliche Rauchgasaustrittsöffnung 60 auf, durch
die die Rauchgase aus der Strömungsführungseinrichtung 6 in
den Rauchgassammler 7 einströmen können. Von den beiden Rauchgasaustrittsöffnungen 60 ist
in 1 allerdings nur eine zu erkennen. In dem hier
beschriebenen Ausführungsbeispiel
sind die Rauchgasaustrittsöffnungen 60 im
Wesentlichen oval ausgeführt.
Es besteht die Möglichkeit,
dass die Strömungsführungseinrichtung 6 an
jeder Seite mehr als zwei Rauchgasaustrittsöffnungen 60 aufweist.
Auch von einer Ovalform abweichende geometrische Ausgestaltungen
der Rauchgasaustrittsöffnungen 60 sind
möglich.
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Die
Rauchgase, die bei der Verbrennung des Festbrennstoffs im Brennraum 2 der
Festbrennstofffeuerstätte
entstehen und Stäube
sowie Kohlenmonoxid (CO) enthalten, treten mit hoher Geschwindigkeit
durch den Rauchgaseintrittsbereich 61 in die Strömungsführungseinrichtung 6 mit
dem im Wesentlichen spiralförmigen
Querschnitt ein, durchströmen diese
und werden dabei in eine schnelle Drallströmung versetzt. Im Inneren der
Strömungsführungseinrichtung 6 kommt
es dabei zu Verwirbelungen und zu einer längeren Verweilzeit der Rauchgase
sowie zu einer Durchmischung der staub- und kohlenmonoxidhaltigen
Rauchgase mit Sauerstoff. Dadurch kann erreicht werden, dass die
brennbaren Anteile der Stäube
sowie das Kohlenmonoxid im Rauchgas innerhalb der Strömungsführungseinrichtung 6 zumindest
teilweise nachverbrannt werden können,
so dass der Staub- und Kohlenmonoxidanteil im Rauchgas wirksam verringert
werden kann.
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Es
hat sich gezeigt, dass bei der hier vorgestellten Festbrennstofffeuerstätte 1 im
Vergleich zu einer Festbrennstofffeuerstätte, die an Stelle der hier beschriebenen
Strömungsführungseinrichtung
eine herkömmliche
Rauchgasumlenkung aufweist und ansonsten mit der hier vorgestellten
Festbrennstofffeuerstätte 1 identisch
ist, bei vergleichbaren äußeren Randbedingungen
eine Reduktion der Staub- und Kohlenmonoxidemissionen
in einer Größenordnung zwischen
etwa 30 und etwa 50 Gewichts-Prozent erreicht werden kann.
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Um
die Staubemissionen noch weiter verringern zu können, besteht zum Beispiel
die Möglichkeit,
dass die Innenwand 63 der Strömungsführungseinrichtung 6 zumindest
abschnittsweise eine raue und/oder poröse Oberfläche aufweist. Durch diese Maßnahme kann
erreicht werden, dass sich während der
Anbrenn- und Abbrennphase Staub auf der Oberfläche der Innenwand 63 der
Strömungsführungseinrichtung 6 ablagern
kann und während
der Hauptbrennphase der Festbrennstofffeuerstätte 1, in der besonders
hohe Temperaturen innerhalb der Strömungsführungseinrichtung 6 herrschen,
verbrannt werden kann. Die Innenwand 63 der Strömungsführungseinrichtung 6 kann
zu diesem Zweck zum Beispiel zumindest abschnittsweise mit einem
porösen Keramikwerkstoff
beschichtet sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass die gesamte
Oberfläche
der Strömungsführungseinrichtung 6 oder
aber die Strömungsführungseinrichtung 6 selbst
aus einem rauen und/oder porösen
Material, insbesondere aus einem porösen Keramikwerkstoff, hergestellt
ist.