DE19534041A1 - Ofen für feste Brennstoffe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Ofen für feste Brennstoffe mit einem mindestens nach einer Seite hin durch eine Sichtscheibe abgeschlossenen Brennraum, wobei oberhalb der Sichtscheibe Öffnungen zur Zuführung von Verbrennungsluft in den Brennraum vorgesehen sind, und mit einer oben am Brennraum angeordneten Absaugöffnung für Abgase.

Solche Öfen sind bereits bekannt. Die Zufuhr von Verbrennungs­ luft durch Öffnungen oberhalb der Sichtscheibe bewirkt ein Entlangströmen der Verbrennungsluft entlang der Scheibe bis zur eigentlichen Verbrennungsstelle am Brennkammerboden, wo­ durch ein Verschmutzen der Sichtscheibe nahezu ausgeschlossen ist. Dabei ist diese Technik der Luftführung unabhängig von der Wahl des Brennstoffes. Die bislang bekannten Ofenkonstruk­ tionen weisen jedoch noch keinen befriedigenden Wirkungsgrad auf. Durch die Zuführung von Verbrennungsluft oberhalb der Sichtscheibe kann es zu einer Zumischung von Frischluft in den Abgasstrom unter Ausbildung von Verwirbelungen kommen. Hier­ durch wird dem Verbrennungsort zu wenig Luft zugeführt und da­ durch neben dem Wirkungsgrad auch die Schadstoffemission des Ofens negativ beeinflußt. Außerdem wird ein Teil der Verbren­ nungsluft unnötigerweise erwärmt und ohne Nutzen beim Verbren­ nungsvorgang über die Abgasöffnung abgesaugt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ofen für feste Brennstoffe zu schaffen, der einen erhöhten Wirkungsgrad bei gleichzeitiger Reduzierung der Schadstoff­ emission aufweist.

Die Aufgabe wird mit einem Ofen der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zusätzliche Öffnungen zur Zufuhr von Verbrennungsluft unterhalb der Sichtscheibe vor­ gesehen sind. Diese Anordnung von zusätzlichen Verbrennungs­ luftöffnungen unterhalb der Scheibe bewirkt ein Einströmen von Luft unter hohen Strömungsgeschwindigkeiten durch diese Öff­ nungen in den unteren Brennraumbereich. Hierdurch wird ein Unterdruck erzeugt, der die oberhalb der Scheibe einströmende Verbrennungsluft anzieht und somit die Luftströmung besser an der Scheibe entlang leitet. Es gelangt nun nahezu alle Ver­ brennungsluft zum eigentlichen Verbrennungsort am Brennraumbo­ den. Hierdurch ist ein geringerer Luftüberschuß notwendig als bei den bekannten Ofenkonstruktionen, wodurch der Gesamtquer­ schnitt der oberen Zufuhröffnungen für die Verbrennungsluft relativ klein gehalten werden kann. Die Scheibenluft kann sich außerdem länger an der Scheibe vorwärmen, was ebenfalls einen positiven Effekt auf alle Verbrennungsparameter hat. Die unte­ ren Zusatzöffnungen, die vorteilhafterweise in einem Dich­ tungsband der Scheibe angeordnet sein können, haben außerdem den Effekt, daß die Verbrennung durch das direkte Einblasen der Luft nach dem Auflegen von Brennstoff schneller in Gang kommt. Die Startphase, die besonders viele Schadstoffe er­ zeugt, wird so in ihrer Dauer drastisch reduziert. Die verbes­ serte Verbrennung hat einen höheren CO₂-Wert und einen gestei­ gerten Wirkungsgrad zur Folge. Bei einer vorteilhaften Ausge­ staltung des Ofens können benachbart zu den Zusatzöffnungen für die Verbrennungsluft Leitbleche zur Führung des Verbren­ nungsluftstromes im Brennraum angeordnet sein. Hierdurch ist ein noch gezielteres Steuern des gesamten Luftstromes im Feu­ erraum möglich. Der Strömungsquerschnitt der Zufuhröffnungen kann auch einstellbar sein, wobei auch eine automatische Rege­ lung des Strömungsquerschnittes in Abhängigkeit von der Tempe­ ratur möglich ist. Hierdurch kann die Verbrennungsluftmenge auf die jeweilige Abbrandphase eingestellt werden. Eine Ein­ speisung von Verbrennungsluft über diese zusätzlichen Zufuhr­ öffnungen kann auch durch zusätzliche Zufuhröffnungen am Feu­ erraumboden erfolgen. Dies hat den Vorteil, daß die Luft vor­ gewärmt wird, woraus weitere Verbesserungen der CO-Emissionen und des Wirkungsgrades resultieren. Wird zusätzlich die obere Begrenzung des Brennraumes aus einer Sandwichstruktur mit ei­ nem Kern aus isolierendem Material und mindestens auf der Brennraumseite mit einer wärmereflektierenden Oberfläche her­ gestellt, bleibt ein größerer Teil an Strahlungswärme im Bren­ nungsraum erhalten, wodurch sich der Wirkungsgrad weiter stei­ gern läßt.

Zur weiteren Steigerung des Wirkungsgrades kann im Anschluß an die Absaugöffnung ein Nachheizbereich angeordnet sein, in dem mindestens ein konvektionsluftdurchströmtes Rohr zur Reduzie­ rung der Austrittstemperatur der Abgase angeordnet ist, wobei in dem Nachheizbereich Leitkörper derart angeordnet sind, daß Verwirbelungen der Abgase an der Oberfläche des mindestens ei­ nen Rohres entstehen. Solche Nachheizbereiche, in denen über Wärmetauscher versucht wird, den Rauchgasen weitere Wärmeener­ gie zu entziehen, sind bereits bekannt. Je geringer die Aus­ trittstemperatur der Abgase, desto größer ist der Wirkungs­ grad. Bei den bekannten Nachheizbereichen wird jedoch der Ab­ gasstrom weitgehend laminar an den Rohren vorbeigeleitet, um einen vollständigen Abzug der Rauchgase zu gewährleisten. Wer­ den jedoch zusätzlich gezielte Verwirbelungen durch turbulente Strömungen erzeugt, so kann den Gasen auch mehr Wärmeenergie entzogen werden. Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung können die Leitkörper den Abgasstrom in einen Haupt- und einen Neben­ strom aufteilen und die beiden Ströme in der Nähe des minde­ stens einen Rohres gegeneinander leiten. Die dadurch entste­ henden Verwirbelungen im Bereich des Wärmetauschers führen zu einem hohen Wärmeübergang zwischen Rauchgas und Wärmetauscher. Durch eine entsprechende Aufteilung des gesamtes Gasstromes in einen Haupt- und einen Nebenstrom kann der Grad der Verwirbe­ lungen exakt gesteuert werden. Der Strömungswiderstand darf bei dieser Verwirbelung nicht zu groß gewählt werden, um ein vollständiges Absaugen der Gase aus dem Ofen nicht zu behin­ dern. Durch die Änderung der Querschnitte für Haupt- und Ne­ benstrom sind verbrennungstechnische und anwenderspezifische Anforderungen gleichermaßen erfüllbar. Der Querschnitt des mindestens einen als Wärmetauscher dienenden Rohres kann dabei vorteilhafterweise die Form eines unregelmäßigen Vielecks auf­ weisen, und an der Oberfläche der breitesten Seite des Rohres können die Verwirbelungen der Abgase erzeugt werden. Die eckige Ausbildung des Rohres hat fertigungstechnische Vor­ teile, da das Rohr dann einfach durch Abkanten eines Blech­ teils relativ preiswert und schnell hergestellt werden kann. Durch Erzeugung der Verwirbelungen an der breitesten Seite des Rohres entsteht ein relativ hoher Widerstand für die Gase, was für einen guten Wärmeaustausch zwischen Abgasen und Rohr auch erwünscht ist. In der weiteren Flußrichtung der Abgase ist der Querschnitt jedoch annähernd tropfenförmig ausgebildet, wo­ durch die Gefahr eines Aufstauens der Rauchgase maßgeblich verringert wird.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ofens wird anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 einen zentralen Längsschnitt durch den Brennraum eines Ofens;

Fig. 2 einen zentralen Längsschnitt durch einen Nachheizbereich für einen Ofen nach Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III des Nachheizbereiches nach Fig. 2.

Fig. 1 zeigt einen Brennraum 10 eines Ofens, der auf seiner Vorderseite durch eine Sichtscheibe 11 abgeschlossen ist. Der untere Bereich des Brennraumes 10 bildet den eigentlichen Ver­ brennungsort für festes Brenngut 12. Im oberen Bereich des Brennraumes 10 ist eine Absaugöffnung 13 für Abgase vorgese­ hen. Oberhalb der Scheibe 11 im Dichtungsbereich der Scheibe sind erste Zuführöffnungen 14 für Verbrennungsluft 15 angeord­ net. Die Luft wird durch ein Leitblech 16 in Richtung auf die Innenseite der Sichtscheibe 11 geleitet und strömt entlang dieser nach unten in Richtung auf den Verbrennungsort der Brennstoffe 12. Dies bewirkt eine Selbstreinigung der Sicht­ scheibe 11 auf der Innenseite. Dabei wird der Luftstrom ent­ lang der Scheibe 11 unterstützt durch Frischluft 17, die durch Öffnungen 18 im unteren Dichtungsband 19 der Sichtscheibe 11 einströmt. Auch diese Luft 17 wird durch ein Leitblech 20 di­ rekt auf den Verbrennungsraum für die Brennstoffe 12 hinge­ leitet. Diese zusätzlich einströmende Luft 17 erzeugt im unte­ ren Bereich des Brennraumes 10 einen Unterdruck, wodurch die Strömung der von oben einfließenden Frischluft 15 entlang der Scheibe 11 begünstigt wird. Ohne die zusätzlichen Öffnungen 18 unterhalb der Scheibe 11 würde ein Teil der von oben einströ­ menden Verbrennungsluft gleich wieder durch die Absaugöff­ nung 13 nach außen gesaugt, ohne daß sie überhaupt zum eigent­ lichen Verbrennungsort gelangt wäre. Dies ist in Fig. 1 durch die gestrichelt eingezeichneten Pfeile 15.1 angedeutet. Es kann hierbei auch zur Ausbildung von Wirbeln kommen die unter Umständen sogar das Absaugen von entstehenden Abgasen 21 durch die Öffnung 13 behindern können.

Oberhalb einer oberen Begrenzung 22 des Brennraumes 10 kann ein sogenannter Nachheizbereich 25 angeordnet sein, wie er in Fig. 2 dargestellt ist. In diesem Teil des Ofenkörpers 26 ist ein Rohr 27 angeordnet, daß von Konvektionsluft 28 durchströmt wird. Durch die Absaugöffnung 13 gelangen Abgase 21 in die Nachheizzone 25. Dort werden die Abgase 21 durch zwei Leit­ bleche 30 und 31 in einen Hauptstrom 21.1 und einen Neben­ strom 21.2 aufgeteilt. Große Teile des Hauptstromes 21.1 strö­ men mehr oder weniger laminar um die Oberfläche des Rohres 27 zu einem Rauchgasstutzen 32. Ein kleinerer Teil des Hauptstro­ mes 21.1 strömt entgegen dem Nebenstrom 21.2 und bildet somit Verwirbelungen in der Nähe der unteren Oberfläche 27.1 des Rohres 27. Hierdurch wird der Wärmetausch zwischen Rauchga­ sen 21 und Rohr 27 verbessert, ohne den vollständigen Abzug der Gase durch den Rauchgasstutzen 32 zu behindern. Das Rohr 27 weist dabei den in Fig. 3 gezeigten Querschnitt in Form eines unregelmäßigen Fünfecks auf. Dabei ist die breite­ ste Seite des Rohres 27.1 so ausgerichtet, daß sich dort die Verwirbelungen der Abgase 21 ausbilden. Die übrige Oberfläche des Rohres gestaltet sich annähernd tropfenförmig, wodurch ein guter Abzug der Rauchgase durch den Stutzen 32 gewährleistet ist.

Zur Verhinderung eines zu großen Wärmeverlustes aus der Brenn­ kammer selbst ist im in Fig. 2 dargestellten Beispiel die obe­ re Begrenzung 22′ des Brennraumes 10 in einer Sandwichstruktur mit einem Kern 23 aus wärmeisolierendem Material und einer Oberfläche 24 aus Blech ausgebildet.

Claims (10)

1. Ofen für feste Brennstoffe mit einem mindestens nach einer Seite hin durch eine Sichtscheibe abgeschlossenen Brenn­ raum, wobei oberhalb der Sichtscheibe Öffnungen zur Zufüh­ rung von Verbrennungsluft in den Brennraum vorgesehen sind, und einer oben an dem Brennraum angeordneten Absaug­ öffnung für Abgase, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzli­ che Öffnungen (18) zur Zufuhr von Verbrennungsluft (17) unterhalb der Sichtscheibe (11) vorgesehen sind.

2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Öffnungen (18) in einem Dichtungsband (19) der Scheibe (11) angeordnet sind.

3. Ofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß benachbart zu den Öffnungen (18) ein Leitblech (20) zur Führung des Luftstromes (15, 17) im Brennraum angeordnet ist.

4. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Gesamtquerschnitt der oberen Zufuhröff­ nungen (14) für Verbrennungsluft (15) relativ klein ist.

5. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Strömungsquerschnitt der Zufuhröffnun­ gen (18) einstellbar ist.

6. Ofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsquerschnitt der Zufuhröffnungen (18) temperatur­ abhängig regelbar ist.

7. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Anschluß an die Absaugöffnung (13) ein Nachheizbereich (25) angeordnet ist, in dem mindestens ein konvektionsluftdurchströmtes Rohr (27) zur Reduzierung der Austrittstemperatur der Abgase (21) angeordnet ist, wobei in dem Nachheizbereich (25) Leitkörper (30, 31) derart angeordnet sind, daß Verwirbelungen der Abgase (21) an der Oberfläche des mindestens einen Rohres (27) entstehen.

8. Ofen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitkörper (30, 31) den Abgasstrom (21) in einen Haupt- und einen Nebenstrom (21.1, 21.2) aufteilen und die beiden Ströme in der Nähe des mindestens einen Rohres (27) gegen­ einander leiten.

9. Ofen nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des mindestens einen Rohres (27) die Form eines unregelmäßigen Vielecks aufweist und an der Ober­ fläche der breitesten Seite (27.1) des Rohres (27) die Verwirbelung der Abgase (21) stattfindet.

10. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die obere Begrenzung (22, 22′) des Brenn­ raumes (10) in einer Sandwichstruktur mit einem Kern (23) aus wärmeisolierendem Material und mindestens auf der Brennraumseite mit einer wärmereflektierenden Oberflä­ che (24) aufgebaut ist.