DE102009033577A1

DE102009033577A1 - Ofen und Ofenbausatz für Festbrennstoffe

Info

Publication number: DE102009033577A1
Application number: DE200910033577
Authority: DE
Inventors: Kai Dumslaff; Sigmund Alfons Sobotta; Christian Wolf
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-07-16
Filing date: 2009-07-16
Publication date: 2011-01-20

Abstract

Es handelt sich um einen Ofen und Ofenbausatz für leichte bis schwere Feststoffbrenner, mit austauschbaren gefächerten Wärmetauschern, kalibrierter Zuluftverteilung, jederzeit modifizierbaren Brennräumen, Katalysennachbrennerkammern, thermisch gestützter Abgaskühlung, mit mindestens 12 Stunden Brenndauer (ohne Brennstoff nachzufüllen) bei hoch effizientem Wirkungsgrad. Die verschiedenen Module des Ofenbausatzes können Stein auf Stein errichtet werden, ohne dass hierzu Fachkenntnisse oder Spezialwerkzeuge erforderlich sind. Nachträglich kann der Ofen erweitert oder verkleinert werden.

Description

Es handelt sich um eine Erfindung auf dem Gebiet der Heiztechnik.

1. Es ist bekannt, dass Feststoffbrenner vor allem Grundöfen mittlerer und schwerer Bauart, das Problem haben, genügend Zuluft in die Mitte des Brenngutes zu befördern, besonders dann, wenn der Feuerraum maximal befüllt ist. Der hierdurch bedingte Sauerstoffmangel verursacht indoxierte Abgase. Diese belasten die Umwelt und führen insbesondere bei älteren Heizkesseln zur Versottung, auch der Kamine, was wirtschaftlichen Schaden bedeutet. Insgesamt ist durch das vorgeschilderte Problem eine ineffiziente Energieausbeute gegeben.

Diese Probleme werden gelöst, indem Frischgas über einen Luftmassenverteiler (vgl. 3) in den Feuerraum (vgl. 6, 4.1) und Abgassammelschacht (4.4) geleitet wird, wobei kalibriert (vgl. 3, 3.2) und gefächert (3.8) eine gute Hauptverbrennung im Feuerraum (4.1) sowie eine vollständige Katalyse in den Nachbrennkammern (vgl. 6, 15; 5, 15) erfolgen kann. Diese wird zusätzlich von der Düsenbatterie (4) unterstützt. Die Aufsatzstücke (3.1) des Verteilers ermöglichen eine optimale Luftverteilung mit einem guten Ergebnis, auch bei größeren Ausführungen.
Weil die Abgase erst nach vollständiger Oxidation im Abgaskühlkanal (vgl. 6, 16; 5, 16) gekühlt werden, sind Abgasniedertemperaturen realisierbar, was einen hohen Wirkungsgrad zur Folge hat.
Die besonders exakte Zuluftdosierung welche über Wasser- oder Abgastemperatur geregelt werden kann, sorgt für eine gute Brennstoffausnutzung, einen störungsfreien Betrieb, eine lange Brenndauer und extrem geringen Wartungsaufwand.
Jeder Abgasschacht (vgl. 4, 4.4; 6, 4.4) ist über eine Putztür (vgl. 6, 22) frei zugänglich und kann einfach inspiziert und mit einem Besen oder einem Staubsauger gereinigt werden.
Da die Abgaskühlkanäle thermisch durch Keramiklamellen (6, 18) unterstützt werden, ist auch bei Niederdruckwetter sicherer Dauerbetrieb möglich.
Die Brennraumteilung hat den Vorteil, dass auch größere Brennräume gebaut werden können, entweder um einen längeren Dauerbrand zu erzielen, oder um größere Wärmemengen zu produzieren und abzuführen.
Da die Wärmetauscher (5) gefächert (5.8) sind, wird eine große Oberfläche erzielt und folglich eine optimierte Heizleistung. Dadurch, dass der Abgasweg verlängert wird, werden hohe Abgastemperaturen überflüssig.
Die Abgaswerte und Abgastemperaturen, die mit dieser Konstruktion erzielt werden können, entsprechen dem heute Machbaren.

2. Heizanlagen für Festbrennstoffe die eine Leistung vom mehr als 1,5 KW erbringen können, sind groß und schwer. Das bedeutet, dass hierdurch Probleme bei dem Transport, der Montage, der Demontage, der Entsorgung und der Verschrottung vorprogrammiert sind. Weiterhin müssen größere Grundöfen nach dem heutigen Stand der Technik regelmäßig aufgemauert werden. Es ist weiterhin bekannt, dass Öfen, die Leistungen in einer Größenordnung von über 1,5 KW erbringen können, ebenso wie Grundöfen insgesamt nicht als Bausatz existieren. Ebenso sind heute nach dem Stand der Technik Öfen, nachdem sie einmal angeschafft und installiert wurden, im Hinblick auf ihre Größe und Leistungskapazität nicht mehr modifizierbar.

Diese Probleme sind dadurch gelöst, dass hier ein Ofen im Baukastensystem entwickelt wurde, dessen Bauteile leicht und austauschbar, klein und transportabel sowie einfach montier- und demontierbar sind und damit später auch einfach recycelt werden können.
Der Bausatz (vgl. 6, 1–23) kann auch von Nicht-Fachleuten ohne Werkzeug in wenigen Stunden aufgesetzt werden, indem von unten beginnend die jeweiligen Module Stein auf Stein gesetzt- die Front (7) aufgeschoben- und schließlich die Ofenhaube (8) aufgesetzt wird. Damit ist der Ofen errichtet. Es bedarf also nicht mehr der bei Grundöfen üblicherweise erforderlichen Maurerarbeiten usw.
Durch die bisher bei Öfen nicht vorhandene, hier erfundene Stapelbauweise (5) ist man frei in der Größengestaltung der Brennkammern (4.1), weil lediglich eine dementsprechende Menge von Modulbauwärmetauschern (vgl. 5) benötigt wird, um den Ofen entsprechend zu vergrößern. Damit ist jederzeit eine nachträglich leicht durchzuführende Maximierung oder Minimierung des gesamten Ofens bzw. dessen Heizleistung und damit auch des Festbrennstoffbedarfs möglich, was bei den bisher vorhandenen Teilen nicht gegeben ist.

3. Bisher sind die Wärmetauscher mit den Öfen fest verbaut und unterliegen dort starken Emissionen, was zur absehbaren Beschädigungen, ebenso wie zu Korrosionen führt. Es stellt sich dann das Problem, dass die defekten Wärmetauscher bei den vorhandenen Teilen nicht separat ausgetauscht oder gewartet werden können, sondern der gesamten Ofen auszutauschen ist.

Diese Probleme wurden hier dadurch gelöst, dass die Wärmetauscher korrosionsgeschützt liegen und leicht und jederzeit, also auch nach langem Gebrauch, austauschbar sind (vgl. 5, 5.5 und 5.4).
Die bei der Erfindung vorgesehene Brennraumteilung hat den Vorteil, dass auch größere Brennräume gebaut werden können, entweder um einen längeren Dauerbrand zu erzielen, oder um größere Wärmemengen zu produzieren und abzuführen.

Claims

Ofen und Ofenbausatz zur Verfeuerung von Festbrennstoffen (vgl. 6) mit einer einschaligen Innenhülle (13) aus Stein, einer verschließbaren Feuerraumöffnung (19), einer Feuerstelle (20), einem Abgaskammerschacht (4.4), einer Nachbrennkammer (15), einer Putztüre (22), einer Ofentüre (23), einem Abgaskühlschacht (16), einem Sockel (4.5) dadurch gekennzeichnet, – dass die Innenhülle (13) von mindestens einer metallischen profilierten Außenhülle (6) im Stecksystem abgedichtet fest umschlossen ist; – dass die profilierten Bleche passgenau einen selbst tragenden Korpus bilden; – dass bei Durchbrechungen (17) Dichtmaterial angebracht ist; – dass an Stoßstellen (21) Dichtmaterial eingesetzt ist; – dass alle Bauteile trocken und selbst tragend gesetzt sind; – dass die Außenhülle (6) aus einem Stück besteht; – dass der zweiten Außenhülle (9) rohrkanalseitig eine Montagehaube (10) aufgesetzt ist, welche als Staub- und Sichtschutz dient; – dass die Ofenhaube (8) die Montagehaube (10) nicht abdeckt; – dass die Ofenfrontplatte (7) nach Fertigstellung der Innenmontage aufgeschoben wird; – dass die Fußleiste (11) die Montagehaube (10) nicht abdeckt; – dass nach Einschub der Frontplatte (7) auf die Hülle (9) die Ofenhaube (8) aufgesetzt wird und die Front (7) und beide Außenhüllen (6/9) umklammert; – dass abschließend die Sockelleiste (11/12) befestigt wird (11.1), in dem sie die Front (7) sowie den Korpus (6/9) fest umschließt; – dass zur besseren Dichtung an den Profilblechen Sicken eingepresst sind, die zusätzliche Stabilität schaffen und es erlauben geringere Blechstärken zu verwenden, wobei auch andere Versteifungsprofilierungen möglich sind; – dass alle Bauteile leicht demontierbar sind, also ohne Werkzeug; – dass die Hülle (9) auf die erste Hülle (6) aufgesetzt wird wodurch doppelte Sicherheit entsteht und außerdem die Möglichkeit besteht, die zweite Ummantelung (9) innen (22) zu isolieren;
Ofen und Ofenbausatz nach Anspruch 1), dadurch gekennzeichnet, dass die Primärluft dem Feuerraum mit nur einer einzigen Primärluftdüse (vgl. 1 und 2) zugeführt wird, wobei diese besteht aus: – Einem Düsengrundgehäuse (1.1); – einem Düsenkörper (1.2); – einer Luft/Brenngas-Verteilerplatte (1.3); – einer Abdeckhaube für die Verteilerplatte (1.4); – einer Schließvorrichtung für das Düsengrundgehäuse mit beweglichem Schieber oder Klappe (1.5/1.6/1.7/1.8); – einem Düsenhalter (3.3); – einer oder mehreren Düsendichtungen (2.2); – einer oder mehreren Hitzeschutzplatten für das Düsengrundgehäuse (2); – einer oder mehreren Verbindungsleitungen zu anderen Verbraucherstellen (3.4). Weiterhin ist der Anspruch 2) für den Ofen und Ofenbausatz nach Anspruch 1) dadurch gekennzeichnet, – dass die Düse fest auf dem Boden des Düsengrundgehäuses (1.1) steht und mit Brenngut auf ihr voll belastet werden kann; – dass die Zuluft oberhalb des Feuerraumbodens (2) und unterhalb der anfallenden Asche eingeleitet wird; – dass die Haube (1.4) ebenso tragfähig und hitzebeständig ist, wie die Platte (2); – dass die Platte (2) vom Grundgehäuse (1.1) voll getragen wird; – dass die Haube (1.4) selbst tragend aufgesetzt ist und ein Formteil darstellt, das einen Luftkanal (1.11) zu den Austrittsöffnungen (1.10) schafft, die sich in der Verteilerplatte (1.3) befinden, wodurch die Luft entweicht und sich rund um gleichmäßig verteilt; – dass das Gehäuse (1.1) fest auf einer Grundplatte (1.14) steht; – dass die Grundplatte (1.14) fest auf einem tragfähigen temperaturbeständigen Untergrund (1.16) aufgelegt ist; – dass die Platte (1.14) profilierbar ist und zwar zum einen, um den Ofen zu fixieren und zum andern, um hierdurch mehr Stabilität zu gewährleisten; – dass die Platte (1.14) von unten her hitzefest isoliert und rutschfest ist; – dass die Haube (1.4) jederzeit ohne Werkzeug zu Reinigungszwecken abnehmbar ist; – dass die Haube (1.4) staubdicht aufliegt; – dass die Platte (2) fest auf dem Gehäuse (1.1) aufliegt und auch mit maximaler Brennstofffüllung voll getragen wird; – dass der Luftschieber (1.5) bzw. die hier einzubauende Klappe frei regelbar ist und dicht abschließt.
Ofen nach und Ofenbausatz nach Anspruch 1) und 2) dadurch gekennzeichnet, dass die Primärluft dem Feuerraum durch einen kalibrierten, frei regulierbaren Luftmassenverteiler zugeführt wird (vgl. 3), wobei dieser besteht aus: – einem Düsengrundgehäuse (3.5); – mehreren Düsenkörpern (3.1/1.3); – mehreren Düsenhaltern (3.3); – mehreren Kalibriereinsätzen (3.2); – mehreren Düsendichtungen (2.2); – einer oder mehrerer Düsenabdeckhauben (2.3); – einer oder mehreren Hitzeschutzplatten für das Düsengrundgehäuse (2); – einer Schließvorrichtung für das Düsengrundgehäuse mit beweglichem Schieber oder einer beweglichen Klappe (1.5/1.6/1.7/1.8); – einer oder mehreren Verbindungsleitungen zu anderen Verbraucherstellen (3.4); – einem Druckluftanschluss (3.7); – einem oder mehreren Düsenkörpern als Formteil aus Stahl/Stein/Keramik/Guss oder anderen feuerfesten Materialien. Weiterhin ist der Anspruch 3) für den Ofen und Ofenbausatz nach den Ansprüchen 1) und 2) dadurch gekennzeichnet, – dass der Luftmassenverteiler fest auf dem Boden steht; – dass Hitzeschutzplatten (2), wahlweise eine einzige Hitzeschutzplatte, direkt oben aufliegt; – dass die Hitzeschutzplatten (2) Feuerraumbodenfunktion übernehmen und ihn somit ersetzen, weil sowohl die Platten (2) als auch das Düsengrundgehäuse derart stark dimensioniert sind, dass sie sowohl die anfallenden Temperaturen, als auch das Gewicht des Brenngutes vertragen; – dass die Düsenkörper (3.1) weit oberhalb der Platten (2) liegen, wodurch der Zuluftstrom auch durch angesammelte Asche nicht behindert wird oder werden kann; – dass die Düsenkörper durch Formteile, nämlich die Düsenabdeckhauben (2.3) geschützt sind; – dass die Hauben (2.3) einfach aufgesetzt werden; – dass die Haubenformteile (2.3) einen Zuluftkanal (3.6) von der Düse (3.1) zum Feuerraum (4, 4.1) bilden; – dass die Hauben (2.3) bei Befeuerung voll belastbar sind; – dass ein Ringkanal gebildet werden kann (3.8), zur Rundumluftverteilung; – dass alle Düsen (3.1) einzeln kalibrierbar sind, wodurch eine optimale Luftverteilung erzielt wird, da im Feuerraum, insbesondere bei größeren Brennkammern, unterschiedliche Luftströme entstehen, wobei bedingt durch die Endgasung, welche Frischluft nach sich zieht und bedingt durch Lage und Ort der Entgasungsstelle gemäß den Gesetzen der Physik das Frischgas auf dem kürzesten Weg folgen wird und dadurch eine unvollständige Verbrennung bewirkt. Deswegen erreicht die kalibrierte Frischluftverteilung im Ringkanal bessere Brenn- und Abgaswerte, weil die Frischluft gleichmäßig flächenverteilt dem Brenngut zugeführt wird; – dass die Düsen (3.1) zu Formteilbatterien zusammengesetzt werden können, wie beispielsweise eine Wandplatte oder einem Mittelstegstein (3.9) zur Brennraumverteilung bei größeren Brennkammern; – dass die Düse (3.1) im Luftkanal (3.6) bis kurz an dessen Körper hochragt, wobei die Düsenform (3.1) zwar unerheblich ist, idealer weise aber rund sein sollte, weil die sauberste Art der Abdichtung im Gehäuse (3.5) die Verschraubung ist, wobei sie aber auch einfach aufgesteckt werden könnte; – dass bei größeren Feuerräumen (4, 4.1) die Ansprüche 2 und 3 eine ideale Kombination ergeben. Denn so ist es möglich, in einem großen Luftmassenverteiler (3) mit Ringkanälen (3.8) eine Primärluftdüse (1, 1) mit eigenem Zuluftgehäuse (1, 1.1) zu integrieren. Dadurch wird eine optimierte Luftverteilung erreicht sowie damit verbunden die Verbrennung, wobei beide Düsenanlagen eigene Lufteinlässe aufweisen (3, 1.5–1.8) und deshalb besonders gut aufeinander eingestellt und geregelt werden können.
Ofen und Ofenbausatz nach den Ansprüchen 1) und 2) und 3), dadurch gekennzeichnet, – dass der Abluftsammelschacht (4, 4.4; 6, 4.4) über eine kalibrierte und frei regulierbare Sekundärluftdüsenbatterie mit Luft oder Brenngas versorgt wird, wobei diese besteht aus: – einem Formteil (4); – einem oder mehreren Düsenkörpern (vgl. 3, 3.1/1.3); – einer oder mehrerer Düsendichtungen (vgl. 3, 2.2); – einer oder mehreren Düsenverbindungsleitungen zu einem Düsengrundgehäuse (vgl. 4, 3.4); – einer oder mehreren Luft/Brenngasverteilerplatten (vgl. 3, 1.3), wobei als Formteil Stahl/Stein/Keramik/Guss oder andere feuerfeste Materialien in Betracht kommen. Weiterhin ist der Anspruch 4) für den Ofen und Ofenbausatz nach den Ansprüchen 1) und 2) und 3) dadurch gekennzeichnet, – dass die Düsenbatterie zwischen Brennraum (6, 4.1) und Nachbrennkammer (6, 15) eingebaut ist; – dass die Düsenbatterie jederzeit über die Montagehauben (6, 10) ausgetauscht oder gereinigt werden kann; – dass die Düsenbatterie über Verbindungsleitungen (3, 3.4) an den Luftmassenverteiler (3) oder einen separaten eigenen Verteiler (gem. 3) ohne Fremdanschluss angeschlossen ist. Der Vorteil des separaten Verteilers mit besonders großer Zuluftöffnung besteht darin, dass im Fall von Überhitzung die Primärzuluft verriegelt werden kann, wobei der Sekundärluftverteiler voll geöffnet wird. Hierdurch strömt vermehrt Frischluft nach, die in diesem Fall zu Kühlzwecken verbraucht wird. Feuerraumseitig können Schwelgase mit größeren Mengen frischer Sekundärluft besser nachverbrannt werden. Ein zuschaltbares Gebläse oder komprimierte Luft wären ebenfalls effektvoll.
Ofen und Ofenbausatz nach den Ansprüchen 1) und 2) und 3) und 4), dadurch gekennzeichnet, – dass der Modulbau Wärmetauscher (vgl. 5) – gefächert, – austauschbar, – selbst tragend im Ofenverbund, – erweiterbar ist. Der Wärmetauscher besteht aus: – einem oder mehreren Metallkörpern (5.8); – mehreren Innensteegen (5.1/5.6); – mehreren Wasseranschlussstücken (5.3); – mehreren Steckverbindungsvorrichtungen (5.5/5.4); Weiterhin ist der Anspruch 5) für den Ofen nach den Ansprüchen 1) und 2) und 3) und 4) dadurch gekennzeichnet, – dass der Wärmetauscher oberhalb des Abgassammelschachtes (4.4) in Abgasströmungsrichtung eingebaut ist; – dass die Fächer (5.8) des Wärmetauscher komplett mit Feuersystemmaterial ausgekleidet sind und somit eine vollwertige Nachbrennkammer (15) ergeben; – dass die Fächer (5.8) oberhalb der Nachbrennkammer (15) in Strömungsrichtung Abgas nur teilweise ausgekleidet sind und somit einen Abgaskühlkanal (16) bilden; – dass die Fächerung ebenso eine große Oberfläche ergibt, wie einen langen Abweg und dadurch eine große Wärmeentnahme ermöglicht, also im Endeffekt eine höhere Energieausbeute bedeutet; – dass die Aufteilung in Nachbrennkammer (15) und Abgaskühlkanal (16) eine Hundertprozentige Nachverbrennung sicherstellt, da die Kammer (15) wegen der Modulbauweise so dimensionierbar ist, dass entsprechend der Ofengröße das Ziel in jedem Fall erreicht werden kann. Dennoch kann durch die schonende Kühlung dieser Raum dafür genutzt werden. Die keramische Auskleidung gewährleistet dies; – dass im Kühlkanal (16) wegen der Stützwärmesteine (18) eine sichere Abgasführung sichergestellt ist, trotzdem aber ein Maximum an Wärme und damit Energie gewonnen wird, weil auch hier durch die Anzahl der Modulfächer (5.8) genügend Spielraum gegeben ist; – dass durch die Modulbauweise Montage wie auch Demontage kostengünstig erfolgen kann, ebenso wie ein separater Austausch des Wärmetauschers insgesamt; – dass alle Verschraubungen (5.3) und Steckverbindungen (5.4/5.5) im Außenbereich/Wandung liegen und damit frei zugänglich sind bzw. durch einen Steinvorsatz gewährleistet werden kann, dass eine thermisch normale Belastung nicht überschritten wird.