DE102017117097A1

DE102017117097A1 - Primärabzug für feste Brennstoffe sowie Heizvorrichtung mit diesem Primärabzug

Info

Publication number: DE102017117097A1
Application number: DE102017117097.9A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-07-28
Filing date: 2017-07-28
Publication date: 2019-01-31
Anticipated expiration: 2037-07-29
Also published as: DE102017117097B4

Abstract

Um bei einer Brennvorrichtung für Festbrennstoffe (50) mit Hauptbrennraum (20) und Nachbrennraum (21) eine optimale Verbrennung mit optimal niedrigem Feinstaubgehalt zu erzielen, sind im Primärabzug (1) der Rauchgase (14) von dem Hauptbrennraum (20) in den Nachbrennraum (21) sind zusätzlich zu den hintereinander und nebeneinander angeordneten, die Sekundärluft (51) zuführenden Hohlkörpern (2) auch in gleicher Richtung verlaufende, jetzt jedoch versetzte Leitkörper (9) angeordnet, um die Verwirbelung und Durchmischung zu verbessern, ohne den Strömungswiderstand zu stark zu erhöhen, mit dem Ziel, ausschließlich mit dem Natur-Zug des Kamins als Sogwirkung auszukommen und kein elektrisches Gebläse zu benötigen.

Description

Anwendungsgebiet
Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung für feste Brennstoffe wie etwa Holz, , insbesondere Scheitholz und dabei speziell den Primärabzug für die Rauchgase von dem Hauptbrennraum in einen nachgelagerten Nachbrennraum.
II. Technischer Hintergrund
Es ist bekannt, eine Verbrennung - auch von festen Brennstoffen wie Holzmehrstufig durchzuführen:
In dem Hauptbrennraum wird zwar ein Großteil des festen Brennstoffes verbrannt, jedoch enthalten die dort entstehenden Rauchgase noch einen großen Anteil an kohlenstoffhaltigem, brennbaren Gas, welches noch verwertbar ist.
Deshalb werden die Rauchgase einem Nachbrennraum zugeführt und dortmeist mit zusätzlich zugeführter Verbrennungsluft, der Sekundärluft - nachverbrannt, um die Ausnutzung des Brennstoffes und damit die Effizienz der Heizvorrichtung zu erhöhen. Dabei kann der Sekundärluft auch ein Anteil von rezirkulierten Rauchgasen, auch solchen, die die Nachverbrennung bereits durchlaufen haben, zusätzlich zugeführt werden.
Dabei ist es auch bekannt, in dem Primärabzug der Rauchgase von dem Hauptbrennraum zum Nachbrennraum die Rauchgase durch eine Düsenanordnung strömen zu lassen und dabei die Sekundärluft, also die zusätzlich herangeführte Verbrennungsluft, zuzuführen - gegebenenfalls auch die zusätzlich rezirkulierten Rauchgase, - wodurch eine gute Durchmischung der Rauchgase mit der Sekundärluft und damit eine sehr vollständige Verbrennung der brennbaren Bestandteile im Rauchgas in dem Nachbrennraum erfolgt.
Der Primärabzug umfasst einen von wenden umschlossenen Strömungskanal, indem oft eine Art Rost - auch wenn er senkrecht steht, wenn die Strömungsrichtung im Primärabzug horizontal verläuft - aus nebeneinander im Abstand angeordneten Hohlkörpern, durch deren Inneres die Sekundärluft zugeführt wird und durch Auslassöffnungen in deren Wandungen in die Durchlässe zwischen den Hohlkörpern abgegeben wird.
Diese Durchlässe sind bevorzug durch die in Strömungsrichtung zunehmenden Querschnitte der Hohlköper sich verengende Durchlässe und wirken als Düse, sodass die dabei auftretende Beschleunigung der Rauchgase die Sekundärluft ohne zusätzliches Gebläse oder ähnliches selbsttätig, nur mittels der vom stromabwärts sich anschließenden Kamin bewirkten Sogwirkung, dem so genannten Natur-Zug, in den Rauchgasstrom hineinsaugt.
Dabei ist die Strömungsgeschwindigkeit des Gasgemisches im Durchlass eine sehr kritische Größe:
Die Strömungsgeschwindigkeit sollte möglichst hoch sein, um aus den Austrittsöffnungen der Hohlkörper möglichst viel Sekundärluft selbsttätig anzusaugen.
Andererseits darf die Strömungsgeschwindigkeit einen bestimmten Grenzwert nicht überschreiten, da ansonsten die mit den Rauchgasen in den Primärabzug hineinreichende Flamme abreißt. Dabei wird die Verbrennung im Nachbrennraum zunächst unterbrochen und meist kurze Zeit später durch eine Verpuffung wieder in Gang gesetzt wird, was es zu vermeiden gilt.
Dabei hängt die kritische Strömungsgeschwindigkeit, bei der Flammenabriss eintritt, von der Temperatur der Flamme ab, und die Strömungsgeschwindigkeit insgesamt hängt ab u.a. von der Menge an im Hauptbrennraum erzeugten Brenngasen:
Die Menge an Brenngas hängt natürlich zum einen ab von der Menge an eingebrachtem Brennstoff, insbesondere Holz, aber darüber hinaus von anderen Faktoren, beispielsweise ob sich der Brennstoff gerade am Beginn der Verbrennung befindet und die Temperatur im Steigen begriffen ist, denn in dieser Phase werden in der Regel mehr Gase pro Zeiteinheit abgegeben als bei einem bereits vollständig glühenden Brennstoff.
Auch die Art des Brennstoffes beeinflusst die Gasentwicklung:
So gibt Scheitholz am Anfang mehr Brenngas frei als beispielsweise die stark gepressten Pellets. Die nicht gepressten Hackschnitzel liegen hier etwa in der Mitte.
Ebenfalls bereits bekannt ist es, zum Beispiel aus der DE 4435794 C2 , dass die in Strömungsrichtung verlaufenden Seitenwände dieser Hohlkörper nach hinten einen Überstand über die Rückenplatte aufweisen.
Dieser Überstand bewirkt, dass sich auf der Rückseite der Hohlkörper nahe der Überstände ein Kehrwirbel des strömenden Gasgemisches einstellt. Die laminar durch die Düsenanordnung strömenden Gase werden dabei verwirbelt, sodass es hierbei zu einer besonders guten Durchmischung der Gasanteile, also der Rauchgase mit der Sekundärluft, kommt, was die Vollständigkeit der Nachverbrennung verbessert.
Eine möglichst vollständige Nachverbrennung sowohl der gasförmigen brennbaren Bestandteile als auch der teilweise unsichtbar kleinen Festbestandteile in den Rauchgasen ist nicht nur im Sinne einer Effizienzsteigerung notwendig, sondern davon hängt ganz entscheidend der Feinstaubanteil der endgültig der Heizvorrichtung entweichenden Abgase ab.
Da die Vorschriften für den Feinstaubanteil von solchen Feststoff-Heizvorrichtungen ständig verschärft werden, ist der Feinstoffanteil ein immer größer werdendes Problem aufgrund dessen gesundheitsschädlichen Wirkungen.
III. Darstellung der Erfindung
Technische Aufgabe
Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, eine Heizvorrichtung und insbesondere einen Primärabzug zur Verfügung zu stellen, der trotz einfachem und kostengünstigen Aufbau eine optimale Verwirbelung zwischen Sekundärluft und Rauchgase bewirkt, ohne einen zu starken Strömungs-Widerstand zu bilden.
Lösung der Aufgabe
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1und 15 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Durch die in Strömungsrichtung betrachtet zwischen den zueinander beabstandeten Hohlkörpern vorhandenen Leitkörper - die in Strömungsrichtung versetzt vorzugsweise vor oder auch hinter den Hohlkörpern angeordnet sein können und auch teilweise in Strömungsrichtung in den Längenbereich der Hohlkörper eintauchen können - können die freien Durchlässe im Primärabzug besonders gut düsenförmig gestaltet werden und sowohl die Sogwirkung dieser Düsen als auch die auftretenden Verwirbelungen in Relation zueinander abhängig von dem zu verbrennenden Brennstoff und der Gesamtsituation der Brennvorrichtung, in der dieser Primärabzug eingebaut werden soll festgelegt werden.
Ebenso wie die Hohlkörper vorzugsweise rohrförmige, sich in einer zweiten Querrichtung erstreckende und in einer ersten Querrichtung zueinander beabstandete Profile sind, sind vorzugsweise auch die Leitkörper als in der gleichen Richtung, also der zweiten Querrichtung, sich erstreckende Profile ausgebildet, vorzugsweise ebenfalls als Hohlprofile, wobei jedoch in aller Regel über die Leitprofile keine Sekundärluft zugeführt wird, was den baulichen Aufwand für den Primärabzug verringert, da dann hierfür auch kein Anschluss an eine Sekundärluft-Zufuhr benötigt wird.
Um die gewünschte Düsenwirkung in den freien Durchlässen zu erzielen, müssen die den jeweiligen freien Durchlass begrenzenden Elemente, also Seitenflächen von Hohlkörpern und/oder Leitkörpern, in Strömungsrichtung sich aneinander annähern.
Da die Hohl- und/oder die Leitkörper in der ersten Querrichtung mehrfach nebeneinander angeordnet sind, und dies auf beiden Seiten der Hohlkörper als auch der Leitkörper stattfinden soll, sind beide vorzugsweise im Querschnitt betrachtet zu einer in Strömungsrichtung, der Erstreckungsrichtung des Strömungskanals des Primärabzuges, liegenden und in der zweiten Querrichtung sich erstreckenden Längsmittelebene symmetrisch ausgebildet. Entweder die Hohlkörper oder die Leitkörper oder beide besitzen dabei eine von in Strömungsrichtung vorderen zum hinteren Ende zunehmende Breite.
Bei den die Sekundärluft zuführenden Hohlkörpern sind dabei häufig über das hintere Ende der Rohrform, also die Rückenplatte, vorstehender Überstand der Seitenwände ausgebildet, um im Bereich hinter der Rückenplatte Kehrwirbel der hindurchströmenden Gase zu bewirken, die eine besonders gute Durchmischung von Rauchgas und Sekundärluft bewirken. Eine besonders einfache Bauform besteht dabei in einem V-förmig gebogenen Blech, dessen offene Seite mit einem von den freien Enden des V-förmigen nach Innen versetzten Rückenplatte dicht verschlossen wird, sodass nach diesem dichten Verschließen lediglich noch die Austrittsöffnungen in den Seitenwänden des V-Profils im Bereich des inneren Hohlraumes angeordnet werden müssen.
Dabei können die Hohlkörper auch einstückig ausgebildet sein, wobei der Überstand zusätzlich nach außen gebogen sein kann und gegenüber dem vorderen Teil seiner Seitenfläche somit gewinkelt sein kann.
Die Leitkörper können hinsichtlich der von vorn nach hinten zunehmenden Breite und/oder des beschriebenen Überstandes gleichgestaltet sein, was jedoch auch von der Positionierung der Leitkörper abhängt:
Vorzugsweise ist wenigstens vor der ersten Reihe von Hohlkörpern, vorzugsweise vor jeder der Reihen, eine Reihe von Leitkörpern so angeordnet, dass sich in Strömungsrichtung betrachtet die Leitkörper - parallel zu den Hohlkörpern verlaufend - in Breitenrichtung im Bereich der Abstände zwischen den Hohlkörpern befinden und in Strömungsrichtung betrachtet die Leitkörper entweder kurz vor den Hohlkörpern enden oder mit ihren hinteren Enden sogar in den Längenbereich der Hohlkörper etwas hineinragen. Im erstgenannten Fall wird lediglich die Strömungsrichtung der Rauchgase durch die Leitkörper durch Ablenkung etwas geändert, durch Umlenkung zu der Seitenfläche des nachfolgenden Hohlkörpers hin. Dadurch wird bereits die vorher in der Regel vorliegende laminare Strömung der Rauchgase etwas turbulent.
Im zweitgenannten Fall bildet das hintere Ende des Leitkörpers mit dem vorderen Ende des nachfolgenden benachbarten Hohlkörpers bereits einen düsenartigen Durchlass, und bewirkt damit deine erste Beschleunigung der Rauchgase, die durch die in Strömungsrichtung nachfolgende weitere Düse, gebildet aus dem nachfolgenden sich ebenfalls verengenden Abstand zwischen den zwei benachbarten Hohlkörpern weiter verstärkt wird.
Dementsprechend sind die in Strömungsrichtung vordersten Austrittsöffnungen für Sekundärluft in der Wandung des Hohlkörpers vorzugsweise im Bereich der Überlappung von Leitkörper und Hohlkörper in Strömungsrichtung vorhanden, vorzugsweise erst in Strömungsrichtung hinter dem hinteren Ende des Leitkörpers.
Auch die aus dem freien Durchlass am hinteren Ende zwischen zwei Hohlkörpern ausströmenden Gasgemische können zusätzlich verwirbelt werden - zusätzlich zu den hinter den Hohlkörpern aufgrund des Fortsatzes auftretenden Kehrwirbeln - indem hinter der Reihe von Hohlkörpern eine weitere Reihe von Leitkörpern - in Strömungsrichtung betrachtet wiederum jeweils im Breitenbereich der Durchlässe zwischen den Hohlkörpern - angeordnet ist, die den dortigen Strom des Gasgemisches teilt und dadurch zusätzlich umlenkt und geringfügig verwirbelt, ohne den Strömungswiderstand allzu sehr zu erhöhen.
Dazu können die Leitkörper mit ihrem vorderen Ende - in Strömungsrichtung betrachtet - zwischen die hinteren Bereiche, also in die Durchlässe zwischen zwei benachbarten Hohlkörpern, etwas eintauchen, vorzugsweise jedoch maximal bis auf die Längsposition der Rückenplatte, falls die Hohlkörper einen hinteren Überstand aufweisen.
Vorzugsweise ist die Verbreiterung von vorn nach hinten, also der Spitzen-Winkel zwischen den äußeren Seitenflächen, des Querschnittsprofils bei den Leitkörpern geringer als bei den Hohlkörpern, um den Strömungswiderstand nicht zu stark zu erhöhen.
Während sich der Spitzen-Winkel bei den Hohlkörpern häufig zwischen 35° und 90° bewegt, liegt er bei einem im Querschnitt V-förmigen Leitkörper in der Regel nur zwischen 20° und 30°.
Der Spitzen-Winkel von im Querschnitt V-förmigen Hohlkörpern ist damit also etwa um den Faktor 1,1 bis 5,0 größer als der Spitzen-Winkel von V-förmigen Leitkörpern.
Auch in der Länge unterscheiden sich Leitkörper und Hohlkörper:
Die in Strömungsrichtung gemessene Länge der Leitkörper ist in aller Regel geringer als diejenige der Hohlkörper, nämlich beträgt in der Regel nur das 0,3-fache bis 0,7-fache der Länge der Hohlkörper.
Auch die größte, in der ersten Querrichtung gemessene, Breite des Querschnitts der Leitkörper, welche meist an deren hinterem Ende auftritt, ist in aller Regel geringer als die größte Breite der Hohlkörper und beträgt in aller Regel nur das 0,2-fache bis 0,7-fache der Breite der Hohlkörper.
Die Austrittsöffnungen in den Hohlkörpern sind in der Regel runde Bohrungen, können jedoch auch eine längliche Erstreckung in Form eines insbesondere Langloches aufweisen, deren Verlaufsrichtung dann vorzugsweise in der zweiten Erstreckungsrichtung liegt oder in einem spitzen Winkel zur zweiten Erstreckungsrichtung.
Insbesondere weisen die Seitenflächen der Hohlkörper in Strömungsrichtung beabstandet mehrere Austrittsöffnungen auf:
Um auch in den Randbereichen des Strömungskanals des Primärabzuges eine gute Nachverbrennung zu bewirken, können auch in den Seitenwänden dieses Strömungskanals Austrittsöffnungen für Sekundärluft vorhanden sein, die dann natürlich ebenfalls mit einer Zufuhrleitung für Sekundärluft und/oder rezirkuliertes Rauchgas in Verbindung stehen müssen.
Vorzugsweise verengt sich der Querschnitt des Strömungskanals ebenfalls in Strömungsrichtung, sodass seine Seitenwände sowohl insgesamt als auch gegenüber einem benachbarten Hohlkörper oder Leitkörper eine Düsenwirkung erzeugen.
Vorzugsweise dienen die in Strömungsrichtung vorderen Austrittsöffnungen dazu, den durch die Düsenwirkung mit einem vorgelagerten, ggfs. zwischen die vorderen Bereiche der benachbarten Hohlkörper eintauchenden, Leitkörper auftretende Düse Sekundärluft zuzuführen.
Die hinteren Austrittsöffnungen dienen dagegen dazu, der durch die hinteren Bereich zweier benachbarter Hohlkörper gebildeten Düse Sekundärluft zuzuführen.
Auf diese Art und Weise können im Längenbereich der Hohlkörper zwei unterschiedliche aufeinander folgende Düsen und Sekundärluft-Zumischungen realisiert werden, was bei nur geringfügig durch die Leitkörper vergrößerte Baulänge eine bessere Durchmischung und damit bessere Nachverbrennung ermöglicht.
Vorzugsweise umfasst der Primärabzug in Strömungsrichtung hintereinander mehrere Reihen von nebeneinander angeordneten Hohlkörpern, wobei die Erstreckungsrichtung der Hohlkörper vorzugsweise in den einzelnen Reihen parallel zueinander liegt oder auch in einem spitzen Winkel bis hin zu 90° gedreht bzgl. der aufeinander folgenden Reihen liegen können.
Hinsichtlich der Brennvorrichtung, in der ein erfindungsgemäßer Primärabzug eingebaut ist, wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Primärabzug die zuvor beschriebene Form aufweist, egal ob der Primärabzug auf gleicher Höhe, also horizontal beabstandet, zum Hauptbrennraum, angeordnet ist oder unterhalb des Hauptbrennraumes.
In letzterem Fall ist die Brennauflage als Brennrost ausgebildet, wobei die Rost-Stäbe bei einer 1. Bauform durch die erste Reihe von Leitkörpern gebildet werden können.
Wenn zusätzliche, dem Primärabzug in Strömungsrichtung vorgelagerte Roststäbe vorhanden sind, können - wenn der Primärabzug in Strömungsrichtung als erstes eine Reihe von Leitkörpern aufweist - die Leitkörpern in den Abstand zwischen die Roststäbe in deren hinteren Bereich sogar etwas hineinragen.
Ausführungsbeispiele
Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:

1a: eine erste Heizvorrichtung nach dem Stand der Technik,
1b: den Primärabzug der Heizvorrichtung gemäß 1a betrachtet in Erstreckungsrichtung der Hohlkörper,
2: eine zweite Heizvorrichtung nach dem Stand der Technik,
3a: eine erste Bauform eines erfindungsgemäßen Primärabzuges,
3b: eine zweite Bauform eines erfindungsgemäßen Primärabzuges,
4a: eine erste und eine zweite Querschnittsform der Hohlkörper,
4b: eine dritte Querschnittsform der Hohlkörper,
4c: eine vierte Querschnittsform der Hohlkörper.

Die 1a zeigt in einer von der Seite betrachteten Schnittdarstellung eine erste Bauform einer bekannten Heizvorrichtung:
Dabei wird Brennmaterial 50, beispielsweise Holzscheite 50, auf dem Boden des Hauptbrennraumes 20 als Brenn-Auflage 30 aufliegend verbrannt.
In der Frontfläche des Gehäuses des Hauptbrennraumes 20 ist eine Brennraumklappe 22 vorhanden, die nach oben aufgezogen werden kann, betätigt über eine Handsteuerung 25, die in diesem Fall mit einer Direktabzugsklappe 16 gekoppelt ist, die in der Decke des Hauptbrennraumes 20 angeordnet ist. Diese ist normalerweise geschlossen und wird nur bei Öffnen der Brennraumklappe 22 ebenfalls geöffnet, um über die Decke des Hauptbrennraumes 20 dann die Rauchgase 14 direkt in den Kamin 26 abziehen zu lassen.
Im Normalfall jedoch, also bei geschlossener Brennraumklappe 22, ziehen die Rauchgase 14 vom Hauptbrennraum 20 bei dieser Bauform etwa horizontal durch einen Primärabzug 1 hindurch in den Nachbrennraum 21 und werden dabei mit zugeführter zusätzlicher Sekundärluft 51 oder über einen Rezirkulationsweg 15 aus dem Hauptbrennraum 20 oder über Rezirkulationsöffnungen 23 aus dem Nachbrennraum 21 mit rezirkuliertem Rauchgas 14 versetzt, um die Nachverbrennung zu optimieren.
Dies erfolgt, indem der Primärabzug 1 aus in diesem Fall übereinander angeordneten, jedenfalls quer zur Strömungsrichtung 10 der Rauchgase 14 durch den Strömungskanals 7 des Primärabzuges 1 verlaufenden, hier horizontal verlaufenden, rohrförmigen Hohlkörpern 2 besteht, deren Abstände zueinander Durchlässe 3 bilden, die sich in Strömungsrichtung 10 verengen und als Düsen wirken. In 1a ist aus Übersichtlichkeitsgründen nur ein solcher Hohlkörper 2 dargestellt, in der Regel besteht ein Primärabzug 1 jedoch aus mehreren parallel und beanstandet zueinander verlaufenden solchen Hohlkörpern 2, wie in 1b dargestellt
Über Austrittsöffnungen 4 in den Hohlkörpern 2 - die besser in der Vergrößerung der 1b erkennbar sind - wird in diese Durchlässe 3 Sekundärluft 51 vom Inneren der Hohlkörper 2 aus abgegeben und damit mit den aus dem Brennraum 20 strömenden Rauchgasen 14 vermischt.
Die auf diese Art und Weise im Nachbrennraum 21 nachverbrannten Rauchgase 14 verlassen die Heizvorrichtung in Richtung Kamin 26, wobei die Sogwirkung des Kamins durch eine am Ende des Nachbrennraumes 21 angeordnete Regulierungsklappe 18 reguliert werden kann.
Im Nachbrennraum 21 ist in diesem Fall die Rückwand als flüssigkeitsdurchströmter Wärmetauscher 27 ausgebildet, an den Wärme aus den Rauchgasen 14 abgegeben wird, was für die vorliegende Erfindung jedoch ohne Belang ist.
2 zeigt in gleicher Blickrichtung wie 1a eine zweite Bauform einer bekannten Brennvorrichtung.
Diese unterscheidet sich von der ersten Bauform der 1a dadurch, dass der Brennstoff 50 nicht auf einer plattenförmigen, meist durchgehend geschlossenen, Brenn-Auflage aufliegt, sondern auf einem Brenn-Rost 31, durch den hindurch die Rauchgase 14 vom Hauptbrennraum 20 in den darunter liegenden Primärabzug 1 und von dort in den Nachbrennraum 21 strömen, meist angesaugt durch den Natur-Zug des Kamins 26 oder auch ein nachgeschaltetes Gebläse, welches jedoch in aller Regel vermieden werden soll.
Als Querschnittsform für die Profile der Hohlkörper 2 ist die in 1b dargestellte Dreiecksform mit gerundeter Spitze bekannt, meist bestehend aus einem wie dargestellt gebogenem, V-förmigen, ersten Blech, zwischen dessen frei auslaufenden Schenkeln, vorzugsweise von diesen zurückversetzt, ein zweiten Blech als Rückenplatte 5 dicht eingeschweisst ist, wobei die Hohlkörper 2 mit der rund gebogenen Spitze des V-förmigen Querschnittes entgegen der Strömungsrichtung 10 angeordnet sind.
Wegen der V-förmigen Querschnitts-Kontur dieser Hohlkörper 2 verjüngt sich ein Durchlass 3 zwischen zwei solchen Hohlkörpern 2 oder zwischen einem Hohlkörper 2 und einem in Strömung Richtung 10 verlaufenden Seitenwand in Strömungsrichtung 10 und bildet eine Düse 29 für die hindurchströmenden Rauchgase 14, die einen Unterdruck erzeugt, mittels dessen durch die in den Seitenwänden des Hohlkörpers 2, also in dem ersten Blech, stromaufwärts der Rückenplatte 5 vorhandenen Austrittsöffnungen 4 Sekundärluft 51 aus dem Inneren der benachbarten Hohlkörpern 2 angesaugt wird, die zu diesem Zweck in ihrem Inneren mit Sekundärluft 51 versorgt werden.
Wegen des Überstandes 6 der Seitenwände über die Rückenplatte 5 hinaus nach hinten bildet das durch die düsenartigen Durchlässe 3 hindurchströmende Gasgemisch hinter der Rückenplatte 5 jeweils auf jeder Seite einen Kehrwirbel 19, wodurch eine besonders intensive Durchmischung der Rauchgase 14 mit der zugeführten Sekundärluft und/oder den Rezirkulationsgasen aus den Hohlkörpern 2 erreicht wird und damit zu einer verbesserten Nachverbrennung im Nachbrennraum 21 führt.
Während in 1b nur an einer Position in Strömungsrichtung 10, also in einer Querebene, mehrere Hohlkörper 2 parallel zueinander verlaufend und in Querrichtung zur Strömungsrichtung 10 zueinander beabstandet vorhanden sind, ist es auch bekannt, an mehreren in Strömungsrichtung 10 beabstandeten Querebenen jeweils mehrere parallel zueinander mit Abstand verlaufende Hohlkörper 2 anzuordnen.
Falls die Erstreckungsrichtung der Hohlkörper 2 dabei in benachbarten Querebenen die gleiche ist, wird die Anordnung vorzugsweise so gewählt, dass sich - in Strömungsrichtung 10 betrachtet - die Hohlkörper 2 der einen Ebene vor den Lücken zwischen den Hohlkörpern 2 der in Strömungsrichtung 10 benachbarten Ebene befinden.
Da wegen der notwendigen Zufuhr von Sekundärluft 51 ins Innere der Hohlkörper 2 diese jedoch einen gewissen Mindest-Querschnitt aufweisen müssen, und damit für die durch den Primärabzug einzeln durchströmenden Rauchgase 14 auch einen deutlichen Strömungs-Widerstand bilden, nimmt dieser Strömungswiderstand mit einer zweiten Ebene von Hohlkörpern 2 natürlich stark zu, obwohl durch die dadurch in Strömungsrichtung 10 mehrfach hintereinander gebildeten Düsen 29 und notwendigen Stromteilungen der Rauchgase 14 sowie der vorhandenen Kehrwirbel 19 die Verwirbelung des Gasgemisches und damit dessen Durchmischung sehr gut ist.
Gegenstand der Erfindung ist der Primärabzug 1, der in den 3a und 3b dargestellt ist:
In beiden Figuren schließt sich an den durch Roststäbe 31a gebildeten Brennrost 31, auf dem das Brenngut 50 aufliegt, in Strömungsrichtung 10 - in den 3a, b nach unten - ein Strömungskanal 7 an, der in Umfangsrichtung von Begrenzungswänden 28 begrenzt wird, und zwar allseitig.
Die Begrenzungswände 28 können anstelle des hier dargestellten dünnen Materials, wie etwa eines Bleches, auch anders gestaltet sein, beispielsweise aus dickwandigem Schamott-Material bestehen.
Zumindest in der Erstreckungsrichtung 2' der Hohlkörper 2, wie in 3a, b, betrachtet, besitzt der Strömungskanal 7 vorzugsweise zumindest in Strömungsrichtung 10 einen Abschnitt, indem sich sein Querschnitt verjüngt.
In dem Strömungskanal 7 in Strömungsrichtung 10 hintereinander und beabstandet zueinander auf zwei Querebenen 11a und 11b sind

- auf der ersten Querebene 11a parallel beabstandet zueinander verlaufende, vorzugsweise in Erstreckungsrichtung, der Blickrichtung der Figuren, gerade verlaufende stabförmige oder rohrförmige Leitkörper 9 angeordnet, und
- auf der zweiten Querebene 11banalog verlaufende Hohlkörper 2, die in ihrer Wandung jedoch Auslassöffnungen 4 für das über das Innere dieser Hohlkörper 2 zugeführte Sekundärluft 51 aufweisen.

Im Gegensatz dazu besitzen die Leitkörper 9, selbst wenn sie ebenfalls als Hohlkörper ausgebildet sind, vorzugsweise keine solchen Auslassöffnungen, denn über sie wird keine Sekundärluft zugeführt und sie besitzen dementsprechend auch keinen Sekundärluft-Anschluss, wie er bei den Hohlkörpern 2 meist an einer deren Stirnseiten vorhanden ist.
Die Leitkörper 9 sind von ihrer Größe und ihrem Querschnitt, vor allem auch ihrer in der 2. Querrichtung 11.2 gemessenen Breite, deutlich kleiner als die Hohlkörper 2, da sie den Strömungswiderstand nicht zu stark erhöhen sollen.
Dies erleichtert die Konstruktion der Brennvorrichtung und vor allem des Primärabzuges 1 erheblich.
In der rechten Hälfte der 3b ist in Strömungsrichtung 10 hinter der Querebene 11.2 mit den Hohlkörpern 2 in einer dritten Querebene 11.3 nochmals Leitkörper 9 nebeneinander angeordnet.
In 3a ist die Querschnittskontur der rohrförmigen Leitkörper 9 etwa die gleiche wie die der Hohlkörper 2 also im Querschnitt dreieckig oder A-förmig, jedoch deutlich kleiner, bestehen also beispielsweise aus einem V-förmig gebogenen Blech und einer zwischen den frei endenden Schenkeln vorzugsweise dicht eingeschweißten Rückenplatte 5.
Dies kann zurückversetzt von den freien Enden des ersten Bleches geschehen (A-Form etwa wie in 1b), wodurch ein rückwärtiger Überstand 6 der Seitenwände entsteht, wie in 3a in der rechten Hälfte dargestellt, oder bündig mit den freien Enden der V-Form, also der Seitenwände. Dadurch besitzen die Leitkörper 9 ebenfalls eine etwa dreieckige, mit einer Spitze, die einen Spitzenwinkel aufweist, der Strömungsrichtung 10 entgegengerichtete Querschnittsform.
Dadurch bilden zwei nebeneinander angeordnete Leitkörper 9 eine Düse 29 wenn sich im in Strömungsrichtung 10 gemessenen Längenbereich der Querschnittsprofile kein weiterer Gegenstand befindet.
Dann würde zwischen zwei Leitkörpern 9 das hindurchströmende Rauchgas 14 beschleunigt, und - insbesondere wenn eine anschließende Erweiterung des Strömungsquerschnittes vermieden wird - mit erhöhter Geschwindigkeit auf die unmittelbar in Strömungsrichtung folgende zweite Querebene 11b mit den Hohlkörpern 2 auftreffen.
Bevorzugt tauchen die Leitkörper 9 jedoch - wie in 3a + b dargestellt - in Strömungsrichtung 10 mit ihren hinteren Enden etwas zwischen die in Strömungsrichtung 10 vorderen Enden der Hohlkörper 2 ein, wobei sich ja ein Leitkörper 9 betrachtet in Strömungsrichtung 10 jeweils in einer Lücke zwischen zwei Hohlkörpern 2 befindet, und in diesem Fall zusätzlich zwischen den äußersten Hohlkörpern 2 und der Begrenzungswand 28 ebenfalls ein Leitkörper 9.
Denn die Begrenzungswände 28 verlaufen in Strömungsrichtung 10 zunächst parallel zueinander und nähern sich erst dann konisch gegeneinander an, wobei sich in diesem Fall die Hohlkörper 2 am Beginn des konischen Bereichs befinden, die Leitkörper 9 in Strömungsrichtung 10 noch im Längenbereich der parallelen Begrenzungswände 28.
Durch dieses Eintauchen entsteht zwischen jedem hinteren Ende eines Leitkörpers 9 und dem vorderen Ende einer Begrenzungswand 28 eines Hohlkörpers 2 eine Düse 29, was man dafür nutzen kann, bereits in diesen in Strömungsrichtung weit stromaufwärtigen, vorderen Bereich der Seitenwand der Holkörper 2 Austrittsöffnungen 4 für die Sekundärluft 51 anzuordnen und in dieser ersten Düse 29 mit dem Rauchgas von dem Rauchgas 14 ansaugen zu lassen.
Selbst wenn solche vorderen Luftauslassöffnungen 4 nicht vorhanden sind - wie in 3a im linken Hohlkörper 2 dargestellt - bewirkt diese Düse 29 und die anschließende Aufweitung bereits eine bessere Verwirbelung zwischen zwei benachbarten Hohlkörpern 2 als ohne die vorgeschalteten Leitkörper 9.
Auch in den Begrenzungswänden 28 können durch Austrittsöffnungen 4 für Sekundärluft 51 vorhanden sein, die dann auf der Außenseite der Begrenzungswand 28 zugeführt werden muss, vorzugsweise jeweils in Längsrichtung 10 am Beginn jeder Düse 29.
Eine zweite Düse 29 wird vorzugsweise gebildet am in Strömungsrichtung hinteren Ende zwischen je zwei benachbarten Hohlkörpern 2 oder einem äußersten Hohlkörper 2 und der benachbarten Begrenzungswand 28, weshalb in diesem Bereich, also in der Seitenwand der Hohlkörper 2 möglichst weit hinten, kurz vor der Rückenplatte 5, ebenfalls Austrittsöffnungen 4 angeordnet sind, vorzugsweise natürlich in beiden Seitenwänden.
In 3b ist die Möglichkeit dargestellt, in Strömungsrichtung 10 hinter der Querebene 11b mit den Hohlkörpern 2 eine weitere Querebene 11c mit Leitkörpern 9, hier in der rechten Bildhälfte die gleichen wie in der ersten Querebene 11a, anzuordnen, was eine zusätzliche Verwirbelung aufgrund der weiteren gebildeten Düsen 29 zwischen einem Hohlkörper 2 und einem benachbarten Leitkörper 9 bewirkt, egal ob der Leitkörper 9 in Strömungsrichtung 10 erst hinter dem Ende der Hohlkörper 2 beginnt, wie in der Mitte dargestellt, oder in Strömungsrichtung mit seinem vorderen Ende zwischen die Hohlkörper 2 eintaucht, wie ganz rechts in 3b dargestellt.
Zusätzlich zeigt 3b bei ansonsten gleicher Anordnung wie in 3a eine andere Querschnittsform der Hohlkörper 2, wie sie vergrößert in 4a, rechte Hälfte dargestellt ist.
Die im Prinzip einen fast geschlossen kreisrunden Querschnitt aufweisenden, leicht unterschiedlichen Bauformen der Hohlkörper 2 gemäß der 4a - c sind wie folgt gestaltet und zeigen ein nochmals verbessertes und in der Herstellbarkeit nochmals vereinfachtes Hohlprofil 2:
Wie 4a zeigt, ist das Hohlprofil 2 aus einem Stück eines Rundrohres, also eines Rohres 2 mit kreisrundem Querschnitt, und insbesondere gleichbleibender Wandstärk hergestellt,.
Erfindungswesentlich ist, dass in dem - abseits dieser speziell gestalteten Enden - für das Durchmischen der Rauchgase relevanten mittleren Bereich in Erstreckungsrichtung 2' der Hohlprofile 2, in dem sich auch in dieser Erstreckungsrichtung 2' beabstandet eine Vielzahl von Austrittsöffnungen 4 für Sekundärluft befinden, ein Segmentstreifen 55 aus demselben Rohr 2 herausgetrennt und in die entstehende Aussparung mit der vorherigen Innenseite nach außen wieder als Rückenplatte 5 eingeschweißt wurde.
In diesem dicht eingeschweißten Zustand besitzt die Rückenplatte 5 dann eine konkave Außenfläche 5a, deren Krümmungsradius dem Krümmungsradius der Rohr-Innenseite entspricht.
Die durch dieses Zusammensetzen entstehenden Abrisskanten 32 sind in der Regel stumpfwinklig, können aber durch entsprechende Bearbeitung spitzwinklig ausgeformt werden.
Dadurch wird die Bildung von Kehrwirbeln 19, wie sie in der 1b dargestellt sind, weiter verbessert, indem diese sehr stabil über längere Zeit aufrecht erhalten werden können.
Der Abstand 9 in Querrichtung 11 der beiden Abrisskanten 32 beträgt etwa 70 % der Breite 33, also dem Außendurchmesser, des Hohlprofiles 2 in dieser Darstellung.
Das Hohlprofil 2 ist symmetrisch zur Längsmittelebene 10' ausgebildet, welches sich mittig und lotrecht stehend auf dem Segmentstreifen 29 verläuft.
Die sich bezüglich dieser Längsmittelebene 10' vorzugsweise gegenüberliegenden Austrittsöffnungen 4 sind von der entlang der Längsmittelebene 10'breitesten Stelle des Rohrprofiles 2 etwas in Richtung Rückenplatte 5 zurückversetzt.
Die Bauform des Hohlprofiles 2 gemäß 4a, linke Hälfte unterscheidet sich von derjenigen der 4a, rechte Hälfte dadurch, dass in der linken Hälfte der als Rückenplatte 5 dienende Segmentstreifen an der Berührungsstelle mit dem Rohr 2 über dessen Außenumfang vorsteht, indem er zwar den gleichen Krümmungsradius wie das Rohr 2 besitzt, aber einen größeren Segmentwinkel, also nicht das aus diesem Rohr 2 heraus getrennte Segment ist, sondern aus einem anderen Rohr mit vorzugsweise demselben Außen-und/oder Innen-Durchmesser und vorzugsweise derselben Wandstärke stammt.
Die Enden dieses Segmentstreifens 5 sind dabei im Querschnitt betrachtet spitzwinklig mit einem Winkel an der Spitze, der Abrisskante 32, von vorzugsweise etwa 50° bis 70°, wobei die äußere Flanke eine solche Neigung aufweist, dass ihre Neigungsrichtung - betrachtet in Verlaufs Richtung 2' - eine Tangente an den Außenumfang des Rohres 2 darstellt, da sich herausgestellt hat, dass dies die Ausbildung von Kehrwirbeln 19 besonders gut fördert.
Die Enden des Segmentstreifens 5 stehen dabei vorzugsweise nicht über die breiteste Stelle des Querschnittes des Rohres 2 vor.
Die Bauform des Hohlprofiles gemäß 4b unterscheidet sich von derjenigen der 4a dadurch, dass der dort in die Aussparung des Rohres 2 eingesetzte Segmentstreifen 5 einen geringeren Krümmungsradius aufweist, also aus einem Rohr mit einem größeren Außen-oder Innen-Durchmesser als des Rohres 2, stammt.
Ansonsten steht auch hier der Segmentstreifen 5 mit seinen Enden vorzugsweise über den Außenumfang des Rohres 2 an der Kontaktstelle vor wie in 4a links und - im Gegensatz zu den Enden bei 4a links - vorzugsweise auch über die breiteste Stelle des Rohres 2, also dessen Durchmesser 33, beidseits vor.
Da auch bei der Bauform gemäß 4b die äußere Flanke der als spitze Schneide ausgebildeten Abrisskanten 32 in ihrer Verlängerung eine Tangente an den Außenumfang des Rohres 2 darstellt, ist der Winkel der spitzwinkligen Schneide 7 hier geringer als bei der Bauform gemäß 4a rechts und/oder links, nämlich nur etwa 40 - 50°.
4c zeigt eine Bauform, bei der in die Aussparung des Rohres 2 als Rückenplatte 5 kein gebogener Segmentstreifen eines anderen, insbesondere runden, Rohres eingesetzt und insbesondere verschweißt ist, sondern ein Winkelprofil mit der Spitze seiner Profilform ins Innere des Rohres 2 hineinweisend, und mit seinen frei endenden Schenkeln über die Kontaktstelle mit dem Rohr 2 und insbesondere auch über die Breite 33 des Rohres 2 radial nach außen vorstehend.
Ansonsten kann vorzugsweise der Überstand und die Gestaltung der seitlichen Abrisskanten 32 analog zu derjenigen in den 4a und 4c beschrieben ausgebildet sein.
3b zeigt ferner, dass die Hohlkörper 2 und die, insbesondere ebenfalls hohlen, Leitkörper 9 die gleiche Querschnittskontur, jedoch vorzugsweise in unterschiedlicher Größe, aufweisen können - wie in der linken Bildhälfte dargestellt - oder auch unterschiedliche Querschnittsformen - wie in der rechten Bildhälfte dargestellt.
Bezugszeichenliste

1: Primärabzug
2: Hohlkörper
2': Erstreckungsrichtung
3: Durchlass
4,4': Austrittsöffnung
5: Rückenplatte
6,6': Überstand
7: Strömungskanal
8: Abstand
9: Leitkörper
10: Strömungsrichtung
11.1: 1. Querrichtung
11.2: 2. Querrichtung
11, 11a, b, c: Querebene
12: Zufuhrleitung
13: Länge des Querschnitts des Hohlkörpers
14: Rauchgas
15: Rezirkulationsweg
16: Direktabzugsklappe
17: Schwenkachse
18: Regulierungsklappe
19: Kehrwirbel
20: Hauptbrennraum
21: Nachbrennraum
22: Brennraumklappe
23: Rezirkulationsöffnung
24: Trennwand
25: Handsteuerung
26: Kamin
27: Wärmetauscher
28: Breite
29: Reihe
30: Brenn-Auflage
31: Brenn-Rost
32: Abrisskante
33: Breite, Außenumfang
50: Brennstoff, Scheitholz
51: Sekundärluft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4435794 C2 [0015]

Claims

Primärabzug (1) für eine Brennvorrichtung (100) für feste Brennstoffe, mit einem Strömungskanal, in dem - in einer 1. Querrichtung (11.1) zur Verlaufsrichtung des Strömungskanals (7), der Strömungsrichtung (10), voneinander beabstandete, sich in einer 2. Querrichtung (11.2) zur Strömungsrichtung (10), der Erstreckungsrichtung (2'), sich erstreckenden rohrförmigen Hohlkörpern (2), - die Hohlkörper (2) Austrittsöffnungen (4) in ihrer Wandung aufweisen, über welche die über das Innere der Hohlkörper (2) zugeführte Sekundärluft (51) und/oder rezirkuliertes Rauchgas (14) in die Durchlässe (3) zwischen den Hohlkörper (2) strömen kann, dadurch gekennzeichnet, dass in der 1. Querrichtung (11.1) versetzt zu den Hohlkörpern (2) und insbesondere in Strömungsrichtung (10) in die Abstände (8) zwischen in der 1. Querrichtung (11.1) benachbarte Hohlkörper (2) wenigstens teilweise eintauchende, , in der 2. Querrichtung (11.2) verlaufende, Leitkörper (9) vorhanden sind, sodass die lichten Durchlässe (3) - entweder zwischen zwei in der 1. Querrichtung (11.1) benachbarten Hohlkörpern (2) - oder zwischen einem Hohlkörper (2) und einem in der 1. Querrichtung dazu benachbarten Leitkörper (9) sich in Strömungsrichtung (10) verengende Düsen für die hindurch tretenden Rauchgase (14) bilden.
Primärabzug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnitte der Leitkörper (9) sich in Strömungsrichtung (10) erstrecken und insbesondere Leit-Profile (9), insbesondere hohle Leit-Profile (9) sind.
Primärabzug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen (4) in Strömungsrichtung (10) an oder hinter dem hinteren Ende eines in den vorderen Bereichs des Abstandes (3) zwischen 2 Hohlkörper (2) hereinragenden Leitkörpers (9) angeordnet sind, insbesondere in der hinteren Hälfte des Querschnittes des rohrförmigen Hohlkörpers (2) angeordnet sind.
Primärabzug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen (4) in Strömungsrichtung (10) an oder vor dem vorderen Ende eines in den hinteren Bereichs des Abstandes (3) hereinragenden Leitkörpers (9) angeordnet sind, insbesondere in der vorderen Hälfte des Querschnittes des rohrförmigen Hohlkörpers (2) angeordnet sind.
Primärabzug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkörper (2) einen in Strömungsrichtung (10) der Rauchgase (14) sich zumindest im vorderen Bereich von vorne nach hinten verbreiternde Außenkontur aufweisen.
Primärabzug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitkörper (9) einen in Strömungsrichtung (10) der Rauchgase (14) sich zumindest im vorderen Bereich von vorne nach hinten verbreiternde Außenkontur aufweisen.
Primärabzug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen (4) rund oder länglich mit einer größten Erstreckung, die mindestens das vierfache der kürzesten Erstreckung beträgt, ausgebildet sind.
Primärabzug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass In wenigstens einer der Seitenwände (1a, b) des Strömungskanals (7) des Primärabzuges (1) Durchtrittstöffnungen (4') vorhanden sind, die mit einer Zufuhrleitung (12) für Sekundärluft (51) oder rezirkuliertes Rauchgas (14) in Verbindung stehen, insbesondere mit dem Inneren der rohrförmigen Hohlkörper (2) in Verbindung stehen.
Primärabzug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Strömungskanales (7) sich in Strömungsrichtung (10) verengt.
Primärabzug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am hinteren Ende der Hohlkörper (2) und/oder der Leitkörper (9) eine quer zu Strömungsrichtung (10) stehende Rückenplatte (5) vorhanden ist, und insbesondere die wenigstens eine Seitenfläche (2a, b) einen in Strömungsrichtung (10) über die Rückenplatte (5) vorstehenden hinteren Überstand (6) bildet.
Primärabzug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkörper (2) einstückig ausgebildet sind und insbesondere der hintere Überstand (6) gegenüber dem vorderen Teil der Seitenflächen (2a, b) gewinkelt ist.
Primärabzug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Hohlkörper (2) in Strömungsrichtung (10) von vorne nach hinten über die gesamte Länge (13) des Querschnitts zunimmt oder in Teilbereiche der Länge (13) auch gleichbleibt oder gar abnimmt.
Primärabzug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärabzug (1) in Strömungsrichtung (10) hintereinander mehrere Reihen (29) von nebeneinander liegenden Hohlkörpern (2) aufweist, und insbesondere in der 1. Querrichtung (11.1) die Hohlkörper (2) benachbarter Reihen zueinander versetzt angeordnet sind. Die Hohlkörper (2) und die hohlen Leitkörper (9) die gleiche Querschnittsform besitzen.
Brennvorrichtung (100) für feste Brennstoffe (50), mit - einem Hauptrennraum (20) zum Auflegen des festen Brennstoffes (50), insbesondere Scheit-Holz, auf einer Brenn-Auflage (30) - einem Nachbrennraum (21), in welchem die aus dem Hauptbrennraum (20) in Strömungsrichtung (10) ausströmenden Rauchgase (14) nachverbrannt werden, - einem Primärabzug (1) mit einem Strömungskanal (7), der den Hauptbrennraum (20) mit dem Nachbrennraum (21) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärabzug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Brennvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass - entweder die Brenn-Auflage (30) als Brenn-Rost (31) ausgebildet ist und der Primärabzug (1) unter dem Hauptrennraum (20) angeordnet ist - oder sich der Primärabzug (1) oberhalb der Brenn-Auflage (30) seitlich des Hauptrennraum (20) angeordnet ist.