DE3218334C2 - Heizvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Heizvorrichtung ist durch die DE-OS 27 152 bekannt.

Dem Bestreben nach möglichst vollständiger Verbrennung und geringer Schadstoffemission beim Betrieb einer Heizvorrichtung mit niederwertigem Brenngut sind vor allem durch die schlechte Brennbarkeit niederwertiger Brennstoffe Grenzen gesetzt, wobei gerade niederwertiges Brenngut, wie beispielsweise Holzabfall, die Eigenschaft hat, bei der Verbrennung relativ viele, unerwünschte Schadstoffe an die Umgebung abzugeben.

Vor dem Hintergrund dieser Problematik ist es seit langem bekannt, durch Nachverbrennung von unverbrannten Schwelgasen eine bessere Ausnutzung des verwendeten Brenngutes zu ermöglichen. Dazu wird in einem kaminseitigen Ofenbereich der Heizvorrichtung unmittelbar oberhalb der Öffnung des Füllschachtes zu einer Nachverbrennungskammer zusätzliche Verbrennungsluft eingeleitet, mit der eine Nachverbrennung von in dem unverbrannten Brenngut entstehenden Rauch- und Schwelgasen ermöglicht werden soll; eine Anordnung von Luft-Zutrittsöffnungen unterhalb der Öffnung zwischen dem Füllschachtraum und der Nachbrennkammer würde im Betrieb sehr leicht zugesetzt und könnte somit ihren Zweck nicht erfüllen. Mit der Anordnung der Luft-Zutrittsöffnung oberhalb der Öffnung zwischen dem Füllschachtraum und der Nachbrennkammer wird die eintretende Sekundärluft durch dem Kaminzug in Form eines Luftschleier*, der

sich an der Wand oberhalb der öffnung zwischen dem Füllschachtraum und der Nachbrennkammer in der Nachbrennkammer ausbildet, abgesaugt, ohne daß eine intensive Verwirbelung mit den unverbrannten Gasen stattfinden könnte. Wenn jedoch die Zufuhr der Sekundärluft beispielsweise durch ein Gebläse erheblich gesteigert wird, besteht die Gefahr, daß einerseits der Kaminzug nicht ausreicht, um den entstehenden Überdruck abzuführen und somit die Gefahr eines Rückschiagens besteht und daß andererseits eine Abkühlung der unverbrannten Gase bewirkt wird, so daß A^ine Nachverbrennung verhindert wird. Bei einer derartigen Anordnung der Zutrittsöffnungen — sei es ohne Zwangsluftzuführung oder mit Zwangsluftzuführung — läßt sich nur dann eine Nachverbrennung erreichen, wenn durch die Verbrennungshitze in der Nachbrennkammer eine solche Temperatur entsteht, daß sich ein Gas/Luft-Gemisch dort selbst entzündet, was insbesondere bei niederwertigem Brenngut nicht ohne weiteres erreicht wird.

Aus der DE-OS 29 27 152 ist ein Verbrennungsofen bekannt, bei welchem eine Nachverbrennung aucli bei niederwertigem Brenngut dadurch gefördert wird, daß die dortige Nachverbrennungskammer mittels eines ölbrenners so stark aufgeheizt wird, daß die Nachverbrennungskammer durchtretende Schwelgase sich dort entzünden sollen. Schwelgase werden zu diesem Zwecke aus einem oberen Bereich des Füllschachtraumes abgezogen, nach unten geleitet, und mit Verbrennungsluft angereichert, durch den Hauptrost und den Glutstock hindurchgeleitet und der Nachverbrennungskammer zugeführt Zur Verringerung des Strömungswiderstandes der mit Luft vermischten unverbrannten Schwelgase durch den Glutstock ist der Hauptrost seitlich hochgezogen, so daß die Luft nicht nur von unten zutreten kann. Daß für den Betrieb dieses Verbrennungsofens ein ölbrenner vorgesehen ist, bewirkt nicht nur zusätzliche Kosten bei der Anschaffung und im Betrieb, sondern läuft auch dem Streben nach einer sparsamen Verwendung hochwertiger und nicht regenerativer Brennstoffe zuwider. Zudem ist ein gleichzeitiger Feuerungsbetrieb mit Öl und Holzbrennstoffen oder dergleichen im Hinblick auch auf die erhöhte S(V Bildung und Versottungsgefahr nachteilig und nicht zulässig.

Bei einem kleinen Glutstock au; dem Hauptrost, wie beispielsweise in einer frühen Anfeuerungsphase bei dem üblichen Anzünden, reicht die Obergrenze des Glutstockes nicht bis zu der Nachverbrennungskammer, da diese sich wegen des trogförmigen Hauptrostes im beträchtlichen Abstand oberhalb der Bodenebene des Hauptrffites befindet. Somit ist nur eine schlechte Wärmeübertragung vom Glutstock in die Nachverbrennungskammer möglich; es ergibt sich ein schlechtes Anfeuerverhalten ohne Nachverbrennung, wenn nicht der oben erwähnte ölbrenner mit den genannten Nachteilen eingesetzt wird. Je nach Art des verwendeten Brenngutes erreicht der Glutstock auch im stationären Betrieb nicht die für die Nachverbrennung erforderliche Höhe, so daß die durch den ölbrenner erhitzte Nachverbrennungskammer bei Abschaltung des ölbrenners eine zunächst zustandegekommene Nachverbrennung erlischt. Dies tritt insbesondere bei minderwertigem und/oder feuchtem Brenngut mit geringer Luftdurchlässigkeit auf.

Bei einem Verbrennungsofen gemäß der DE-OS 29 27 152 wird der von Brennmaterial zu Brennmaterial unterschiedliche Gasdurchgangswiderstand in keiner Weise berücksichtigt Bei der Verbrennung von Brenngut mit hohem Gasdurchgangswiderstand, beispielsweise Sägemehl oder kleinen Spänen kann demnach nur eine entsprechend geringe Wärrneentwicklung mit schlechtem Wirkungsgrad erwartet werden, da bei einem kleinen Glutstock keine Nachverbrennung dauerhaft sichergestellt ist. Bei einem Brenngut mit geringem Gasdurchgangswiderstand besteht jedoch die Gefahr, daß sehr schnell ein großer,

ίο heißer Glutstock entsteht Dadurch könnte zwar eine gute Nachverbrennung Zustandekommen, jedoch stellt die rasch auftretende Hitzeentwicklung eine besondere Belastung für den Verbrennungsofen dar und führt zu einem hohen Brennstoffverbrauch. Ferner läuft eine stichflammenartige Schnellverbrennung dem Streben nach einer dauerhaften Erwärmung zuwider.

Bei einem Ofen gemäß der DE-OS 29 27 152 ist das Vorhandensein von Luftüberschuß in der N ach verbrennungskammer eine unabdingbare Voraussetzung für das Zustandeicommen der Nachverbrennung, da bei der Primärverbrennung unverbrannte oohwelgase lediglich bei Luftüberschuß verbrannt werdtn können. Ein Luftüberschuß in der Nachverbrennungskammer läßt sich bei einem Ofen gemäß der DE-OS 29 27 152 lediglich dann erzielen, wenn mehr Verbrennungsluft zur Verfügung gestellt wird, als als Primärluft insgesamt verbraucht werden kann. Ein derartiger Luftüberschuß, der dann auch die Primärverbrennung betrifft, führt zu einer schnellen Verbrennung des vorhandenen Brenngutes und verhindert, daß über einen langen Zeitabschnitt hinweg eine gleichmäßig hohe Wärmeabgabe ermöglicht wird.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Heizvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu

j5 schaffen, mit welcher entstehende Rauch- und/oder Schwelgase unabhängig von der Art bzw. der Dichte des Brenngutes unter intensiver Vermischung mit Verbrennungsluft nachverbrennbar sind, ohne daß eine zusätzliche Fremdenergiequelle erforderlich, wäre.

■40 Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Dadurch, daß die Abgas-Austrittsfläche an dem Brennschacht angrenzend an einer als Stützrost ausgebildeten Brenngut-Stützeinrichtung aufrecht angeordnet ist, wird zunächst erreicht, daü im Bereich der Abgas-Austrittsfläche die volle Sogwirkung des Kamines herrscht, und der Stützrost durchtretende unverbrannte Gase durch eine Vielzahl von Abgas-Austrittsöffnungen in eine Vielzahl von Einzel-Abgasströmen aufgeteilt werden, um so den Abgas-Gesamtstrom für eine intensive Vei mischung mit Sekundärluft vorzubereiten.

Dadurch, daß am unteren Rand der Abgas-Austrittsi lache eine Zutrittsöffnung für Sekundärluft vorgesehen ist, wird erreicht, daß die Sekundärluft an der aufrichten Abgas-Austrittsfläche entlangstreicht und dabei von den Abgas-Einzelströmen erfaßt und derart verwirbelt wird, daß sich ein zündfähiges Luft/Gas-Gemisch ergibt. Ferner wird durch Anordnung der Zutrittsöffnung für Sekundärluft in unmittelbarer Nachbarschaft des unteren Randes der Abgas-Austrittsfläche eine erhöhte Luftströmung in diesem unteren Bereich erzielt, so daß die Ausbildung eines Strömungskanals mit einer relativ hohen Strömungsgeschwindigkeit ermöglicht wird.

Daraus ergibt sich „chließüch ein Anblaseffekt für einen kleinen, an den Stützrost und an den Hauptrost angrenzenden Glu'stock, wie er beim Anzünden zunächst erzeugbar ist. Dabei ergibt sich durch die

erwähnte Ausbildung der Abgas-Austrittsfläche und der Zutrittsöffnung für Sekundärluft die Möglichkeit einer Nachverbrennung, ohne daß Art und Dichte des Brenngutes auf die Verfügbarkeit der Sekundärluft Einfluß hätte. Dadurch ergibt sich der besondere Vorteil, daß aus dem Brenngut austretende Schwelgase stets ausreichend Luft in einem stöchiometrischen Gas/Luft-Gemisch vorfinden, um der Nachverbrennung zugeführt werden zu können.

Ein weiterer besonderer Vorteil ergibt sich ebenfalls aus der genannten Anordnung mit einer aufrechten Abgas-Austrittsfläche mit einer Vielzahl von Abgas-Austrittsöffnungen, da durch die Zutrittsöffnungen für Sekundärluft ein natürlicher Ausgleich für einen überhöhten Kaminzug stattfinden kann und somit eine stoßartige Entzündung der für die Nachverbrennung herangezogenen Gase vermeidbar ist. Es läßt sich vielmehr eine gleichmäßige sanfte Verbrennung erreichen, uie über einen übcrruscricnu iangen Zeitabschnitt hinweg zu einer gleichmäßig hohen Wärmeabgabe führt und zuverlässig verhindert, daß durch kumulatives Aufheizen mit entsprechend erhöhter Saugwirkung des Kamines ein schlecht ableitbarer Wärmestoß erzeugt wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Besonders vorteilhaft ist die Verbindung der Zutrittsöffnung mit dem Zuführkanal für die primäre Verbrennungsluft. Dadurch, daß die Zutrittsöffnung aus einem eine Luftvorlagekammer bildenden Bereich des Zuführkanales für die primäre Verbrennungsluft unterhalb des Hauptrostes mit Sekundärluft beschickbar ist, ergibt sich eine Vorwärmung der Sekundärluft, welche an dem heißen Hauptrost entlangstreicht. Zugleich wird durch den Wärmetausch mit der Sekundärluft eine Kühlung des Hauptrostes erreicht, so daß auf eine aufwendige ZusatzkOhiung verzichtet werden kann und dennoch die Lebensdauer des Hauptrostes verlängert wird. Ferner ergibt sich durch die Umlenkung des Luftstromes der Sekundärluft eine Schleuderwirkung für Ascheteilchen, die die Luftvorlagekammer durchfallen und durch die Strömungsumlenkung von einer waagerechten Strömungsrichtung zu einer aufrechten Strömungsrichtung einen Abscheide- bzw. Schleudereffekt für Ascheteilchen ermöglicht. Da auch die Luftströmungsgeschwin- digkeit in der Luftvorlagekammer unter dem Hauptrost gering ist, wird nahezu vollständig verhindert, daß die Luftvorlagekammer durchfallende Aschepartikel in den Strömungskanal und in den Abzugskanal mitgerissen werden können.

Dadurch, daß der untere Rand der Abgas-Austrittsfläche der Bodenebene des Hauptrostes entspricht, ist es zunächst möglich, daß durch den Strömungskanal im Bereich der an den unteren Rand der Abgas-Austrittsfläche angrenzenden Zutrittsöffnung für Sekundärluft hindurchtretende Luft einen kleinen, sowohl an den Stützrost als auch an den Hauptrost angrenzenden Glutstock, wie er beim Anzünden erzeugbar ist, anblasen und damit dessen Ausbildung fördern kann. Da in einem kleinen Bereich bereits ein stöchiometrisches Luft/Gas-Gemisch vorliegt, ergibt sich der besondere Vorteil, daß bereits mit einem kleinen Glutstock eine Nachverbrennung erzielt werden kann und damit bereits in der Anfeuerungsphase entstehende unverbrannte Schwelgase verbrannt werden. Die Möglichkeit einer Nachverbrennung in dieser für die Erzielung eines guten Wirkungsgrades so wichtigen Phase wird vor allem auch durch die gute Wärmeverbindung des Glutstocks mit einem Bereich gefördert, in dem Nachverbrennung stattfinden kann.

In dieser Hinsicht ist die Anordnung des Brennschachtes und des Strömungskanales auf der Wärmeabzugsseite des Glutstocks besonders vorteilhaft. Hierdurch wird gewährleistet, daß der Strömungskanal mit dem Glutstock in einer guten Wärmeverbindung stehen und die für die Zündung des Gas/Luft-Gemisches erforderliche Wärme auch bereits bei einem noch kleinen Glutstock auftreten kann.

Durch eine Ausbildung des Brennschachtes mit einem sich entlang der Absperrung von oben nach unten verjüngenden Querschnitt wird eine für das Zustandekommen des Anblaseffektes vorteilhafte Geschwindigkeitsverteilung in dem Brennschacht bzw. Strömungskanal gewährleistet, da in dem für das Anzünden vorgesehenen Bereich des Stützrostes in unmittelbarer Nähe des Hauptrostes die Strömung am stärksten ist. Besonders vorteilhaft isi die Möglichkeit, diese Strömung durch Querschnittsveränderung des unteren Bereiches des Brennschachtes zu steuern und damit ein stöchiometrisches Gas/Luft-Gemisch zu erzielen.

Bei Ausbildung des Stützrostes als starrer Rost mit guter Wärmeleitfähigkeit und geringer Wärmekapazität ergibt sich der besondere Vorteil, daß beim Anzünden des Ofens die Absperrung schnell aufgeheizt wird und für die sich entwickelnden Schwelgase als Zündeinrichtung wirkt, auch bevor der Glutstock eine gasundurchlässige Trennwand oberhalb der Absperrung erreicht hat Die Funktion des Stützrostes als Zündeinrichtung ip der Anfeuerungsphase wird besonders vorteilhaft vor allem dadurch unterstützt, daß sie in ihren Haltebereichen so ausgebildet ist, daß eine gute Wärmedämmung gegenüber kalten Wänden gewährleistet ist. Dadurch, daß sie hochwarmfest und gut wärmeleitfähig ist, wird verhindert, daß ein Teilbereich se stark aufgeheizt wird, daß der Stützrost übermäßig wärmebeansprucht wird. Daraus ergibt sich auch eine größere Standzeit für den Stützrost

Dadurch, daß der Füllschachtraum für das Verbrennungsgut durch eine an der Oberseite der gasdurchlässigen Absperrung anschließende gasundurchlässige Trennwand von der Nachverbrennungskammer abgeschlossen ist, wird zunächst erreicht daß auch bei einer Füllstandshöhe des Brenngutes in dem Füllschachtraum, welcher die Höhe der Nachverbrennungskammer übersteigt kein Brenngut in die Nachverbrennungskammer gelangen kann, auch wenn dieses von lockerer Konsistenz ist und einen geringen Schüttwinkel aufweist Dadurch, daß kein unverbranntes Brenngut in die Nachverbrennungskammer gelangen kann, können in der Nachverbrennungskammer keine Schwelgase neu entstehen, welche dann nicht mehr weiter verbrannt werden könnten, sondern unter Verlust ihres Heizwertes und unter Schadstoffbelastung der Umwelt durch den Kamin entweichen wurden. Weiterhin wird durch den genannten Aufbau vermieden, daß durch unverbranntes Brenngut eine Abkühlung des Brennschachtes erfolgen kann.

Dadurch, daß sich an dem oberen Rand des Stützrostes die Trennwand anschließt ergibt sich der besondere Vorteil, daß der Brennschacht auch frei von bereits glühendem Brenngut gehatten wird, da dadurch der Boden des Brennschachtes frei von Aschenablagerungen bleibt und somit auch keine Verstopfung in diesem wichtigen Bereich auftreten kann.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist der Stützrost einen von oben nach unten geringer

werdenden Gasdurchgangswiderstand auf. Dadurch wird eine für das Zustandekommen der Nachverbrennung auch während der Anfeuerungsphase günstige Verteilung der Schwelgasströmung durch den Stützrost hindurch erreicht. Die Schwelgase neigen wegen des geringeren Gasdurchgangswiderstandes des Stützrostes im unteren Bereich dazu, den unteren Bereich des Stül.'-ostes zu durchtreten und sich an dem dortigen kleinen Glutstock zu entzünden.

Die Zündneigung der Schwel- und Rauchgase wird ferner durch eine intensive Verwirbelung -der Gase mit der in den Strömungskanal eintretenden Luft begünstigt. Eine besonders intensive Verwirbelung und damit ein besonders zündwilliges Gas/Luft-Gemisch wird durch eine Schräganordnung von horizontalen Stützschienen, welche in Gegenrichtung zum Schüttwinkel des Brenngutes übereinander angeordnet sind, erreicht. Zusammen mit einer Mehrfachanordnung von im wesentlichen vertikalen und sich nach unten verjüngenden Stäben wird der Gasstrom in eine Vielzahl von Einzelgasströmen aufgeteilt. Da die Einzelgasströme quer auf die von unten nach oben strömende Luft im Strömungskanal bzw. Brennschacht treffen, findet hier je eine intensive Verwirbelung statt. Durch die großflächige Verteilung der Einzelgasströme wird es möglich, die maximal auftretende Strömungsgeschwindigkeit relativ gering zu halten, und damit zu vermeiden, daß Aschepartikel aus dem Glutstock in den Brennschacht mitgerissen werden und da zu Verstopfungen führen.

Ei'': besonderer Vorteil ergibt sich aus der Anordnung der Zuführungsebene von Sekundärluft in dem Grenzbereich zwischen dem eine Zündkammer bildenden Brennschacht und der Nachverbrennungskammer. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß die dort eintretende Sekundärluft die Zündkammer nicht abkühlen kann und daher eine selbsttätige Zündung der Schwelgase bereits unmittelbar nach dem Anzünden des Ofens nicht durch eine kalte Sekundärluftströmung beeinträchtigt werden kann. Ferner wird erreicht, daß für eine vollständige Nachverbrennung stets Sekundärluft in ausreichender Menge zur Verfügung steht.

Mit in der Nachverbrennungskammer ohne dauernde seitliche Berührung mit den Wänden der Nachverbrennungskammer abgehängten Prallelementen aus einem wärmebeständigen Material wird eine zusätzliche Nachverbrennung ermöglicht. Diese zusätzliche Nachverbrennung betrifft überwiegend solche Schwelgase, welche beim Durchtreten des Glutstocks und des Stützrostes noch nicht in einen brennbaren Zustand aufgespalten wurden, die sich jedoch in einer Luftüberschußzone, wie sie durch Eintritt der weiteren Sekundärluft in die Nachverbrennungskammer ermöglicht wird, an heißen Prallelementen entzünden können. Durch die Prallelemente wird darüber hinaus ein Wärmestau in der Nachverbrennungskammer erreicht und damit ermöglicht, daß die in der Nachverbrennungskammer auftretende Wärme besonders intensiv an die Wände der Nachverbrennungskammer abgegeben wird.

Zwar ist aus der FR-PS 8 96 744 ein Stützrost für das Brenngut bekannt Dieser Stützrost befindet sich jedoch in erheblichem Abstand von der Brennkammer und hält die Glut zusammen mit dem Brenngut in erheblichem Abstand von der Brennkammer zurück. Hierdurch wird verhindert, daß sich eine für das selbsttätige Zünden erforderliche Temperatur auch bei niederwertigem Brenngut aufbauen kann, so daß sich eine Heizvorrichtung gemäß der FR-PS 8 96 744 in erfindungsgemäßem Zusammenhang nicht einsetzen läßt.

Ferner ist zwar aus der FR-PS 9 61506 eine Heizvorrichtung mit einer Zutrittsöffnung für Sekundärluft von unterhalb des Hauptrostes bekannt, jedoch liegt dieser Heizvorrichtung ein völlig anders geartetes Wirkungsprinzip zugrunde. Die Schwelgase entweichen nach oben aus dem Füllschachtraum über den dortigen Durchlaß A und werden über die Düse 9 mit Frischluft angereichert. Ein Teil des Brenngutes befindet sich auf dem Hauptrost in einem hinteren Bereich und sol! dort mit offener Flamme verbrennen. Diese Flamme soll über den dortigen Raum 2 stichflammenartig die aus dem Füllschachtraum oben austretenden Schwelgase zünden und verbrennen. Diese aus der FR-PS 9 61 506 bekannte Heizvorrichtung weist den Nachteil auf, daß eine Zündung nur bei einer über die ganze Höhe des Füllschachtraumes reichende Stichflamme Zustandekommen kann und ferner auch bei Zustandekommen der Nachverbrennung die Schwelgase den Glutstock nicht durchtreten, so daß keine Aufspaltung erfolgt ist.

Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Beschreibung und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht einer ersten Ausführu.ngsform der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung;

F i g. 2 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform einer Heizvorrichtung nach F i g. 1;

F i g. 3 eine perspektivische Ansicht auf eine Einzelheit in einer Heizvorrichtung nach Fig.2, auf einen Stützrost.

Die Heizvorrichtung 2 kann durchaus auch einen handelsüblichen Unterbrandofen aufweisen, da es möglich ist, die Erfindung auch in Verbindung mit Standardöfen einzusetzen. Ferner ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, übliche Unterbrandöfen mit einer derartigen Vorrichtung nachzurüsten, daß sie der eriindüngsgernäßen Heizvorrichtung 2 entsprechen. Der Füllschachtraum 4 ist mit Festbrennstoff 6 gefüllt. Hier kann hochwertiges und vor allem auch niederwertiges Brenngut, beispielsweise Holzspäne, Sägespäne. Holzabfälle, Sägemehl und dgl. verwendet werden. Unterhalb eines Hauptrostes 8 ist ein Zuführkanal 10 für Verbrennungsluft 12 vorgesehen, über welchen ein Glutstock 14 versorgt wird. Ein Abbrand des Brenngutes 16 erfolgt von unten, wobei Abgase 18 über einen Abzugskanal 20, der mit einem Kamin verbunden ist, abgeleitet werden. In einem unteren Bereich des Abzugskanals 20 ist ein Brennschacht 22 vorgesehen, der von einem Stützrost 24 begrenzt wird. Der Stützrost 24 verhindert, daß Brenngut 16 in den Brennschacht 22 gelangt, ermöglicht jedoch den Austritt von Rauchoder Schwelgasen 26, welche sich durch Erwärmung des noch unverbrannten Brenngutes 16 in dem Füllschachtraum 4 entwickeln. Eine Abgas-Austrittsfläche 28 weist eine Vielzahl von Abgas-Austrittsöffnungen 30 auf, durch welche unverbrannte Schwelgase 26 in Einzelgasströmen hindurchtreten können. In einem unteren Bereich des Brennschachtes 22, unmittelbar an den Brenngut-Stützrost 24 angrenzend ist eine Zutrittsöffnung 32 für Sekundärluft 34 vorgesehen.

Die Sekundärluft 34 tritt durch eine einstellbare Luftzuführungsöffnung 36 zusammen mit der primären Verbrennungsluft 12 in eine Luftvorlagekammer 38 unterhalb des Hauptrostes 8 ein, wo sie an dem Hauptrost 8 cntlangstrcichcn und sich dabei erwärmen kann. Durch den Kaminzug wird sie an dem Stützrost 24 entlanggeführt und trifft dort auf die Einzelgasströme

ίο

der Schwelgase 26. Dabei findet eine intensive Verwirbelung der Schwelgase 26 mit der Sekundärluft 34 statt, so daß sich ein zündfähiges Luft/Gas-Gemisch 40 ergibt. Die Anfeuerung der Heizvorrichtung 2 erfolgt durch den Hauptrost 8 hindurch in der Nähe eines Brenngut-Bereiches, in welchem Brenngut 16 sowohl an den Stutzrost 24 als auch an den Hauptrost 8 angrenzt, da hierdurch fine frühzeitige Zündung des Luft/Gas-Gemisches auch in einer frühen Anfeuerungsphase gewährleistet ist. Ein besonderer Sicherheitseffekt ergibt sich aus der Führung der Sekundärluft 34 aus dem Zuführkanal 10, da hierdurch Gase, die möglicherweise auch unter den Hauptrost 8 gelangen, mit der Sekundärluft 34 dem Brennschacht 22 zugeführt werden und nicht in der Luftvorlagekammer 38 eine unerwünschte Flammenbildung bewirken können. Auch wenn das Anzünden der Heizvorrichtung 2 in einem vorderen Bereich des Hauptrostes 8 erfolgt, wird die Glutwanderung des Glutstocks 14 in Richtung auf den rückwärtigen Bereich durch die Strömung der Sekundärluft 34 gefördert.

Mit einer derartigen Anordnung kann eine Nachverbrennung entstehender Schwelgase 26 erzielt werden, auch ohne daß ein Gebläse für Sekundärluft oder eine Fremdenergiequelle erforderlich wäre. Durch den Verzicht auf ein Gebläse für die Sekundärluft ergibt sich der Vorteil, daß der natürliche Kaminzug auch auf die Primärluftzuführung wirkt und kein Rückstau der Primärluft stattfinden kann.

Die Zutrittsöffnung 32 erstreckt sich — wie auch die Stützeinrichtung 24 — über die Innenbreite der Heizvorrichtung 2. Ihre öffnungsfläche wird durch den Abstand der hinteren Rückwand 42 des Brennschachtes von dem Stützrost 24 festgelegt In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist der Stützrost 24 schwenkbeweglich gelagert und ermöglicht so eine Einstellung der Fläche der Zutrittsöffnung 32 mittels eines Einsieiigesiängcs 44, das an einen den HäüptröSi S durchtretenden Betätigungsarm 46 des Stützrostes 24 angelenkt ist und von der Beschickungsseite eine Einstellung der Fläche der Zutrittsöffnung 32 ermöglicht Der Hauptrost 8 weist Längsstäbe 48 auf, wobei der Betätigungsarm 46 den Schlitz zwischen zwei Längsstäben 48 durchtritt und somit in Längsrichtung des Hauptrostes frei beweglich ist.

Der besondere Vorteil dieser Einstellmöglichkeit besteht darin, daß je nach Art und Dichte des Brenngutes 16 ein ideales, d. h„ stöchiometrisches Luft/Gas-Gemisch 40 in dem Brennschacht 22 eingestellt werden kann. Ein dichteres Brenngut 16, beispielsweise Sägemehl, erfordert für die Nachverbrennung eine größere Fläche der Zutrittsöffnung 32. Hingegen kann bei großstückiger Verfeuerung von trockenem Holz die Fläche der Zutrittsöffnung 32 klein gewählt werden. Zur Erzielung einer optimalen Nachverbrennung ist es somit lediglich notwendig, den Stützrost 24 mittels des Einstellgestänges 44 in eine für die Verbrennung des vorhandenen Brenngutes geeignete Stellung einzustellen.

In Fig.2 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt wobei gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder entsprechende Teile hinweisen. Hierbei ist der Stützrost 24 starr; für die Regelung und/oder Steuerung der Räche der Zutrittsöffnung 32 wird die Rückwand 42 des Brennschachtes 22 verwendet Da hier geringere Temperaturen vorherrschen, ergibt sich damit der Vorteil, daß auch eine automatische Regelung in Abhängigkeit von dem Verbrennungszustand leichter realisierbar ist, insbesondere auch, da die Rückwand 42 um eine Achse .γ) geschwenkt werden kann, ohne daß Brenngut 16 bewegt werden müßte, wie es beim Schwenken det Stützrostes 24 in der ersten Ausführungsform erforderlich ist.

Oberhalb des Brennschachtes 22 ist in der Ausführungsform gemäß Fig.2 eine Nachverbrennungskammer 52 vorgesehen. Diese Nachverbrennungskammer 52 steht mit dem Brennschacht 22 unmittelbar und mit der durch den Glutstock aufgeheizten Stützrostes 24 mittelbar in Wärmeverbindung. Über Zutrittsöffnungen 54 wird weitere Sekundärluft eingeleitet, wobei auch hier eine Vorwärmung vorteilhaft ist. Dadurch, daß die Zuführungsebene 56 der Zutrittsöffnungen 54 oberhalb des Brennschachtes 22 liegt, erfolgt eine möglichst weitgehende Entkopplung der Verbrennung in dem Brennschacht 22 von der Verbrennung in der Nachverbrennungskammer 52.

Besonders vorteilhaft ist die Nachbrennkammer 52 in vertikaler Verlängerung des sich durch den Zutritt der Sekundärluft 34 in dem Brennschacht 22 ergebenden Strömungskanales 58 angeordnet. Dadurch fallen in die Nachverbrennungskammer 52 gelangende Aschepartikel auf den Boden derselben und bei entsprechend schräger Anordnung der Rückwand 42 in die Luftvorlagekammer 38. wo sie mit der Verbrennungsasche zusammen entfernt werden können.

In dieser Ausführungsform sind oberhalb der Nachverbrennungskammer 52 Prallelemente 60 vorgesehen, die von ihrer Oberseite her abgehängt sind, wobei sie zumindest nicht dauernd die seitlichen Wände der Nachverbrennungskammer 52 berühren. Durch eine derartige wärmegedämmte Aufhängung ergibt sich die Möglichkeit, die hochwarmfesten Prallelemente 60 bis j5 zur Weißglut aufzuheizen wodurch hier eine zusätzliche Nachverbrennung stattfinden kann. Die Prallelemente 60 können vorzugsweise aus Metall bestehen, beispielsweise äUs einer Flächciscn-Anöfdnüng in einem räumlichen Zickzackmuster, wobei die Hauptrichtung in Strömungsrichtung nach außen weisen sollte, um heiße Gase den Wänden der Nachverbrennungskammer 52 zur Verbesserung des dort stattfindenden Wärmetausches zuzuleiten.

In einem oberen Bereich des Füllschachtes 4 sind in dieser Ausführungsform einstellbare Druckausgleichsöffnungen 62 vorgesehen, mit welchen der Druck der Schwelgase 26 im Verhältnis zu dem Druck der Sekundärluft 34 und damit deren Mischverhältnis einstellbar ist Die Druckausgleichsöffnungen 62 sind in einer Füllöffnung 64 an der Vorderseite des Füllschachtraumes vorgesehen.

Eine KurzschluBklappe 66 zwischen dem Füllschachtraum 4 und dem Abzugskanal 20 kann beim Nachfüllen während des Betriebs geöffnet werden, um einen Rückstau der Schwelgase 26 zu verhindern. Mit einem oberhalb des Brennschachtes 22 angeordneten Schauglas 67 kann die Nachverbrennung kontrolliert werden. In F i g. 3 ist eine Ausführungsform eines Stützrostes 24 in einer Rückansicht schräg von hinten dargestellt Der Stützrost 24 ist aus einem hochwarmfesten Material, beispielsweise Gußeisen oder hochwarmfestem Stahl und ist so gelagert, daß die Obergangsstellen einen hohen Wärmewiderstand bilden. Der Stützrost 24 ist als starrer Rost mit hoher Wärmeleitfähigkeit und geringer Wärmekapazität ausgebildet wodurch es möglich ist, auch bei einem kleinen G'uistock ein schnelles Aufheizen des Stützrostes 24 zu gewährleisten und diesen als Zündeinrichtung für das LuJVGas-Ge-

misch 40 zu verwenden. Der Stützrost 24 weist eine Mehrzahl vorzugsweise vertikaler, zueinander etwa parallel angeordneter Stäbe oder Stege 68 auf, die sich nach unten verjüngen. An den Stegen 68 sind mit ihrer von dem Glutstock abgewandten Seite Stützschienen 70 befestigt, welche übereinander angeordnet und in Gegenrichtung zum Schüttwinkel des Brenngutes geneigt sind. Die Breite der einzelnen Stützschienen ist so gewählt, daß auch bei dem geringsten auftretenden Schüttwinkel des Brenngutes 16 der Stützrost 24 das Brenngut 16 abfängt.

Gegenüber einer einfachen Siebanordnung ergibt sich der besondere Vorteil, daß eine relativ große freie Fläche für den Durchtritt von Abgasen 18 ermöglicht werden kann, die im Beispielsfalle dem gasundurchlässigen Flächenteil des Stützrostes 24 entspricht, sowie, daß Schwelgase 26, die den Stützrost 24 durchtreten, umgelenkt werden und somit bereits beim Durchtreten des Stützrostes 24 Turbulenzen erzeugt werden, Hie die späiere Verwirbelung mit der Sekundärluft 34 bcgünstigen.

Dadurch, daß der Strömungswiderstand in einem unteren Bereich des Stützrostes 24 geringer als in einem oberen Bereich ist, ergibt sich eine Begünstigung des unteren Bereiches durch die spezielle Ausbildung des Stützrostes 24, mit welcher eine ungleichmäßige Verteilung der Schwelgasströmung durch die Abgas-Austrittsfläche 28 verhindert wird. Auch in einer Anfeuerungsphase mit einem kleinen Glutstock wird dadurch ein hinreichend großer \nteil von Schwelgasen 36 durch den Glutstock 14 hindurch geleitet und kann dort für die Verbrennung aufgespalten werden.

Eine besonders intensive Verwirbelung der Schwelgase 26 mit der Sekundärluft 34 zu einem stöchiometrischen Luft/Gas-Gemisch 40 ergibt sich dadurch daß — wie in F i g. 3 dargestellt - die Sekundärluft 34 in den freien Strömbereichen hinter den Stegen 68 aufsteigen kann., wobei in jedem durch eine Siutzsehiene 70 gebildeten Teilbereich an den Rändern dieses Strömkanales eine zusätzliche Turbulenz erzeugt wird, die je einen Teil des nach oben gerichteten Stromes de* Sekundärluft 34 erfaßt, abzweigt und einer lokalen Verwirbelungszone mit zwei schräg zueinander gerichteten Gasströmen zuführt.

Um zu erreichen, daß kein Brenngut 16 in den Brennschacht 22 bzw. den Strömungskanal 58 gelangen kann, sollte der geringste auftretende Schüttwinkel des Brenngutes größer sein als ein Winkel, der sich durch den Winkel zwischen der Waagerechten und der gedachten Verbindungslinie zwischen der Vorderkante einer oberen Stützschiene 70 und dem Durchtrittsbereich der Stege 68 durch die darunter gelegene Stützschiene 70 ergibt. Insofern hat der gegen die Waagerechte gemessene geringste auftretende Schüttwinkel des verwendeten Brenngutes 16 Einfluß auf die konstruktive Ausbildung des Stützrostes 24. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform entspricht c'er Winkel zwischen den als Abfangflächen verwendeten Stützschienen 70 und den Stegen 68 etwa dem Schüifwiükc! des verwendeten Brenngutes. Dadurch, daß die Abgas-Austrittsöffnungen 30 groß gewählt werden können, wird eine Behinderung der aus dem unverbrannten Brenngut 16 austretenden Schwelgase 26 vermieden. Dadurch wird eine intensive und großflächige Verwirbelung der Schwelgase 26 mit der Sekundärluft 34 ermöglicht, die zu einer gleichmäßigen und guten Nachverbrennung führt.

Die Verwendung des erfindungsgemäßen Brenngut-Stützrostes 24 ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Beispielsweise kann nicht nur ein Unterbrandofen, sondern auch ein Oberbrandofen mit einer Stützeinrichtung nachgerüstet werden, wobei es lediglich notwendig ist, die oberhalb der Stützeinrichtung zur Abtrennung des Füllschachtraumes 4 von dem Abzugskanal 20 verwendete Trennwand ebenfalls so nachzurüsten, daß sich diese Trennwand unmittelbar an den oberen Rand der Brenngut-Stützeinrichtung anschließt und somit die Schaffung eines Brennschachtes 22 zur Nachverbrennung unverbrannter Abgase 18 ermöglicht wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (15)

Patentansprüche:

1. Heizvorrichtung, insbesondere Heizkessel, mit einem Füllschachtraum für insbesondere auch niederwertigen Festbrennstoff, mit einem die Unterseite des Füllschachtraumes begrenzenden Hauptrost der Teil der Umgrenzung eines Zuführkanals für Verbrennungsluft ist, die zur Erzeugung eines Glutstocks auf dem Hauptrost durch den Hauptrost hindurch dem Brenngut zuführbar ist mit einem dem Glutstock nachgeschalteten Abzugskanal für Abgase, der im unteren Bereich einer Seitenwand des Füllschachtraumes mündet, und in seinem an dem Füllschachtraum angrenzenden Anfangsbereich einen aufrechten Brennschacht bildet, und mit einer den Füllschachtraum zum Brennschacht hin begrenzenden gasdurchlässigen Brenngut-Stützeinrichtung mit einer an den Brennschacht angrenzenden Abgas-Austrittsfläche mit einer Vielzahl von Abgas-Austrittsöft'fciingen, dadurch gekennzeichnet, daß die Brer.ngut-Stützeinriehtung als aufrecht angeordneter Stützrost (24) mit aufrechter Abgas-Austrittsfläche (28) ausgebildet ist und daß in unmittelbarer Nachbarschaft des unteren Randes des Stützrostes (24) eine in ihrer Breite einstellbare Zutrittsöffnung (32) für Sekundärluft vorgesehen ist

2. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zutrittsöffnung (32) vom Zuführkanal (10) für die primäre Verbrennungsluft (12) aus mit Sekundärluft (32) beschickbar ist.

3. Heizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützrost (24) an d«r dem Eintritt der primären Verbrennungsluft (10) gegenüberliegenden Seite des Füllschachtraumes (4) angeordnet ist.

4. Heizvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Zuführkanales (10) um ein Mehrfaches größer als der Querschnitt der Zutrittsöffnung (32) ist.

5. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützrost (24) und/oder die Abgas-Austrittsfläche (28) des Stützrostes (24) unmittelbar oberhalb der Bodenebene des Hauptrostes (8) angeordnet ist.

6. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennschacht (22) im Zündbereich einen sich entlang des Stützrostes (24) von oben nach unten verjüngenden Querschnitt aufweist.

7. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 χ bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsbreite des Brennschachts (22) im Zündbereich einstellbar ist.

8. Heizvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Rand des Stützrostes (24) und/oder der untere Rand der dem Stützrost (24) gegenüberliegenden, den Brennschacht (22) begrenzenden und Rückwand (42) beweglich gehalten ist.

9. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 t>o bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Öffnungsquerschnitte in dem Stützrost (24) zwischen 30 und 70%, vorzugsweise zwischen 40 und 60%, insbesondere 50%, der Gesamtfläche des Stützrostes (24) beträgt.

10. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche ! bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den in vertikalen Lochreihen oder Schlitzen ausgebildeten Abgas-Austrittsöffnungen (30) vertikale 45tege (68) zur Bildung von Toträumen angeordnet sind

11. Heizvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Öffnungsquerschnitte der Abgas-Austrittsöffnungen (30) an dem unteren Rand der Abgas-Austrittsfläche (28) größer sind als Öffnungsquerschnitte in oberen Bereichen des Stützrestes (24).

12. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützrost (24) eine Mehrzahl von vorzugsweise nicht senkrechten Abfangflächen, insbesondere von schrägen, gegen den Schüitwinkel des Brenngutes (6) geneigten Stützschienen (70) aufweist.

13. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung hinter der Luft-Zutrittsöffnung (32), insbesondere hinter dem Brennschacht (22), Zutrittsöffnungen (54) für Sekundärluft, insbesondere für zusätzliche Sekundärluft, angeordnet sind.

14. Heizvorrichtung nach Anspruch 13. dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführebene (56) der Sekundärluft zwischen dem eine Zündkammer bildenden Brennschacht (22) und einer Nachverbrennungskammer (52) angeordnet ist.

15. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß im Abzugskanal (20) vorzugsweise in vertikaler Verlängerung des Brennschachtes (22) und einer Nachverbrennungskammer (52) Prallelemente (60) für Abgase (18) vorgesehen sind, welche ohne dauernde Berührung mit den Wänden des Abzugskanals (20) von der Oberseite her abgehängt sind.