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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft eine Verbrennungseinrichtung mit unzähligen
Anwendungen. Für das Verständnis der Erfindung reicht es aus, eine der vielen Anwendungen
auszuwählen; im vorliegen Fall ist ein offener Feuerplatz für ein Haus oder eine
Wohnung ausgewählt worden. Eine Weiterentwicklung solcher offenen Feuerplätze besteht
in Ofen, die den Schornstein als Wärmeaustauscher verwenden und die Wärme in Gasen
und Teilchen ausnutzen, die den Herd verlassen, wenn dort ein Feuer brennt.
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Diese Wärme wird dann zum Erwärmen des Raumes, in dem sich der Ofen
befindet, und benachbarter Bereiche verwendet. Es wurde festgestellt, daß die Gase
und Teilchen, die ein Gebäude mit einem offenen Feuerplatz oder Ofen verlassen,
für die Umwelt nicht vorteilhaft sind und daher unerwünscht sind.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Änderung existierender offener
Feuerplätze und Öfen und schafft neue offene Feuerplätze und Öfen in einer solchen
Weise, daß die Abgase, die ein Gebäude mit einem offenen Feuerplatz verlassen, von
solcher Natur sind, daß wesentliche Nachteile für die Umwelt aufgrund der Emission
nicht vorhanden sind. Durch den Aufbau des offenen Feuerplatzes oder Ofens werden
im wesentlichen diese unerwünschten Substanzen aus dem Abgas entfernt, so daß das
Abgas, das aus einem Gebäude mit einem offenen Feuerplatz oder Ofen kommt, in erster
Linie Wasserdampf und Kohlendioxyd enthält, die für die Umwelt nicht schädlich sind.
Dies wird in der Praxis durch die Erfindung erreicht, daß die Verbrennungsgase vom
Herd eines offenen Feuerplatzes oder Ofens in Rückwärtsrichtung gezwungen werden,
so daß sie durch das rotglühende Heizmaterialbett hindurchgehen und danach zu einer
Nachbrennkammer geleitet werden, wo irgendwelche verbleibenden schädlichen Substanzen
im Abgas ganz oder teilweise beseitigt werden.
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Die Abbrennkammer ist so ausgebildet, daß ihre Wände eine hohe
Wärmeisolationsfähigkeit
und niedrige termische Trägheit haben, so daß das Abgas in der Nachbrennkammer nicht
gekühlt wird. Außerdem soll die Nachbrennkammer eine solche Länge haben, daß sich
die Flamme nicht teilweise außerhalb der Nachbrennkammer befindet. Der Querschnitt
der Nachbrennkammer ist daher von einigem Einfluß. Die Nachbrennkammer soll so dimensioniert
sein, daß ein größtmöglicher Füllgrad erreicht wird, was bedeutet, daß das Abgas
in der Nachbrennkammer eine hohe Energiedichte hat.
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Sollte die Länge der Nachbrennkammer unzureichend für Abgas und irgendwelche
Flammen sein, so kann der Durchgangskanal durch die Nachbrennkammer so geändert
werden, das er länger ist als die Länge der Nachbrennkammer. Alternativ dazu können
andere Hindernisse so angeordnet werden, daß ein statischer Mischer gebildet wird.
Andere Verfahren, das gleiche Resultat zu erhalten, sind ebenfalls möglich. Schließlich
sollte die Verbrennung am Einlaß zur Nachbrennkammer gleichförmig sein. Die Nachbrennkammer
wird vorzugsweise aus geblähtem Glimmer oder aus Aluminiumsilikatfasern oder aus
einer Mischung dieser beiden Substanzen hergestellt.
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Die gewünschte Brennstoffart wird in einer Ubergangszone zwischen
dem Herd des offenen Feuerplatzes und der Nachbrennkammer verbrannt.
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Der offene Feuerplatz ist mit einem Rost versehen, der es dem Brennstoff
erlaubt, allmählich in die Zone herabzufallen, wo die tatsächliche Verbrennung stattfindet.
Irgendwelche durch Pyrolyse entstandene Gase gehen immer durch die Nachbrennkammer
hindurch.
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Vom Herd ausgehend gibt es nur einen Durchlaß über die Nachbrennkammer
zum
Schornstein.
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Um eine hohe termische Ausgangsleistung zu erhalten, ist der Herd
abgeschirmt; dieses Abschirmen kann ganz oder teilweise unter Benutzung von ein
oder zwei Ofentüren erfolgen.
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Um ein angenehmeres Aussehen zu erhalten, können die Abschirmeinrichtungen
und möglicherweise auch der Vorderteil der Nacht brennkammer aus durchsichtigem
Material hergestellt werden.
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Wenn der offene Feuerplatz als ein konventioneller Feuerplatz verwendet
werden soll, kann ein Schließelement entfernt werden) wodurch ein direkter Durchlaß
vom Herd zum Schornstein des offenen Feuerplatzes möglich ist.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand von vorteilhaften
Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die bigefügX Zeichnungen beschrieben. Es
zeigen: Fig. 1 einen offenen Feuerplatz in perspektivischer Darstellung, der so
ausgebildet ist, daß Abgase abgegeben werden, die hauptsächlich Wasser und Kohlendioxyd
enthalten; und Fig. 2 eine andere Ausführungsform der Erfindung.
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In den Zeichnungen ist ein offener Feuerplatz in Form eines Ofens
gezeigt. Der offene Feuerplatz ist mit 1 bezeichnet und weist einen Herd 3 auf,
der durch zwei Ofentüren 2 zugänglich
gemacht oder abgeschlossen
wird. Oberhalb des Herdes befindet sich eine äußere Haube 4, die mit einem äußeren
Schornsteinrohr 5 verbunden ist. Das äußere Schornsteinrohr 5 weist ein Ventil auf,
durch das ein Kanal zu dem Raum, der hinter dem äußeren Schornsteinrohr 5 angeordnet'ist,
geöffnet oder geschlossen werden kann. Innerhalb des äußeren Schornsteinrohres 5
und im wesentlichen koaxial damit ist ein inneres Schornsteinrohr 7 vorgesehen,
das sowohl mit der inneren oeffnung des Schornsteines als auch mit dem Herd direkt
verbunden ist. Das innere Schornsteinrohr erweitert sich am Boden, so daß sein Querschnitt
im wesentlichen derselbe ist wie derjenige des Herdteiles 3. Der untere Teil ist
mit 8 bezeichnet und bildet tatsächlich eine innere Haube. Ein rohrenförmiger Raum
9 ist zwischen dem äußeren Schornsteinrohr 5 und der äußeren Haube 4 und dem inneren
Schornsteinrohr 7 und der inneren Haube gebildet. Dieser röhrenförmige Raum 9 weist
einen Einlaß 10 und einen Auslaß durch das oben erwähnte Ventil 6 auf.
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Der untere Teil des inneren Schornsteinrohres 7, der teilweise durch
die innere Haube 8 gebildet ist, wird durch eine querverlaufende Trennwand 11 abgeschirmt.
Diese Trennwand 11 weist eine Klappe 12 auf, die geöffnet und geschlossen werden
kann.
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Der Teil des Herdbereiches 3, der rechts von der Trennwand angeordnet
ist, hat daher aufgrund der Trennwand 11 und der Klappe 12 keinen Zugang zum inneren
Scwhornstein. Auf dem Boden des Herdes 3, der aus Schamottsteinen besteht, ist ein
Rost 13 angeordnet, der einen Verbrennungsbereich 14 aufweist, der mit einer Anzahl
von Öffnungen 15 versehen ist. Auf der rechten Seite des Rostes 13 befindet sich
eine Nachbrennkammer 16.
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Diese Kammer hat die Form eines Kanals mit rechteckigem Querschnitt.
Offensichtlich kann die Kammer auch einen anderen Querschnitt haben, wie z.B. kreisförmig.
Die Kammer hat zwei
Querwände 17 und 18 und zwei rechtwinklig dazu
angeordnete Wände 19 und 20. Die Wände bestehen aus einem Material mit niedriger
termischer Trägheit und einer hohen Isolationsfähigkeit. Die Wände können aus geblähtem
Glimmer oder Aluminiumsilikatfasern oder einem anderen Material mit diesen Eigenschaften
bestehen. Die Nachbrennkammer öffnet sich in das innere Schornsteinrohr 7 und ist
mit einer Queröffnung 21 am Boden versehen, in das der Verbrennungsbereich 14 des
Rostes teilweise oder gänzlich hineinreicht. Die Nachbrennkammer 16 ist so ausgebildet,
daß weder Flammen noch unverbranntes organisches Material über das obere Ende der
Verbrennungskammer hinausgelangen. Die Nachbrennkammer 16 soll so ausgebildet sein,
daß Flammen und Abgase nicht gekühlt werden. Die Nachbrennkammer kann mit einem
Katalysator in Form einer Beschichtung seiner Wände versehen sein. Der Katalysator
kann aus Keramik oder Edelmetall bestehen und hat die Aufgabe, die Verbrennung in
der Nachbrennkammer zu fördern. Die Nachbrennkammer 16 soll einen solchen Querschnitt
haben, daß ein hoher Füllgrad mit Abgas erhalten wird, d.h. eine hohe Energiedichte.
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Sollte die Nachbrennkammer 16 zu kurz sein, so kann dieser Nachteil
durch die Anordnung von nichtgezeigten statischen Mischern in der Nachbrennkammer
16 beseitigt werden. Durch solche Mischer wird bewirkt, daß das Abgas auf seinem
Wege durch die Nachbrennkammer eine längere Entfernung zurücklegt, als dies der
Länge der Nachbrennkammer entspricht. Die Abmessungen der Nachbrennkammer 16 sind
immer auf die Größe der Einheiten 13 und 21 abgestimmt. Aufgrund der Konstruktion
des Rostes 13 kann der Brennstoff 24, der auf den Rost 13 gelegt ist, aufgrund seiner
Schwerkraft zum Verbrennungsbereich 14 herabfallen.
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Die Ofentüren 2 sind mit einem Lufteinlaß 22 versehen, wobei
die
Luft durch einen Auslaß 23 entweichen kann.
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Dieser beschriebene Ofen arbeitet wie folgt: Die gewünschte Anzahl
von Holzscheiten wird auf den Rost gelegt und im Verbrennungsbereich 14 des Rostes
13 entzündet.
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Wenn die Verbrennung begonnen hat, werden die Ofentüren geschlossen.
Abgase vom Verbrennungsabschnitt gelangen in Rückwärtsrichtung durch das rotglühende
Heizmaterialbett im Verbrennungsabschnitt 14 zu der Nachbrennkammer 16, wo das Abgas
eine solche Dichte hat, daß alle Bestandteile mit Ausnahme von Kohlendioxyd und
Wasserdampf verbrannt werden. Am oberen Ende der Nachbrennkammer 16 wird daher ein
Abgas abgegeben, das nur Wasserdampf und Kohlendioxyd enthält. Das Gas, das durch
Pyrolyse von Brennstoff gebildet worden ist, der noch nicht den Verbrennungsabschnitt
erreicht hat, wird nach unten durch die Nachbrennkammer 16 gesogen. Die Temperatur
in der Nachbrennkammer 16 erreicht einen Wert: von zirka 1.loo OC. Die Luft, die
durch die Öffnung 10 zugeführt wird und den Ofen durch das Ventil 6 verläßt, wird
durch das Abgas aufgeheizt, das durch den inneren Schornstein 7 strömt Die beiden
Ofentüren können natürlich durch durchsichtige Fenster ersetzt werden, um auch in
diesem Typ von Ofen eine angenehme Wirkung zu erzielen. Sogar Teile der Nachbrennkammer
können durchsichtig sein. Es ist daher erfindungsgemäß wesentlich, daß das Nachbrennen
in der Nachbrennkammer 16 stattfindet, so daß nur Kohlendioxyd und Wasserdampf die
Nachbrennkammer verlassen. In dem unwahrscheinlichen Fall, daß die Nachbrennkammer
16 so konstruiert ist, das nichtverbrannte organische Materie außer Kohlendioxyd
und Wasserdampf nicht vollständig verbrannt wird, muß entweder die Nachbrennkammer
länger gemacht werden oder mit statischen Mischernversehen werden, daß das Abgas
einen
weiteren Weg zurücklegen muß, bevor es die Nachbrennkammer 16 verläßt.
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Wird aus ästhetischen Gesichtspunkten ein hellbrennende Feuer für
eine kurze Zeit anstelle eines glühenden Feuers gewünscht, so kann die Klappe 13
zeitweilig aus ihrer geschlossen Stellung bewegt werden, woraufhin das Feuer dann
für eine ku Zeit das Abgas mit den unerwünschten Bestandteilen abgeben wi In Fig.
2 ist eine alternative Ausführungsform des Ofens der Fig. 1 gezeigt. Teile, die
mit denjenigen der Fig. 1 übereinstimmen, haben dieselben Bezugszeichen. Teile,
die sich ein wenig unterscheiden, tragen dieselbe Nummer, die jedoch zu- ; sätzlich
mit einem Strich versehen st. Die folgende Beschreib richtet sich nur auf die Teile
des Ofens, die im vorhergehende nicht erwähnt worden sind.
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Der Herd weist einen Rost auf, der zwei Teile aufweist, und zwar einen
Vorderteil 32 und einen nach unten geneigten rückwärtigen Teil 13'. Diese beiden
Teile sind mit SeitenabiFhnitt so verbunden, so daß die Seitenabschnitte und Teile
32 und 13' einen geschlossenen Raum bilden, der eine Öffnung zur Queröffnu 21 der
Nachbrennkammer aufweist. Die Seitenwände der beiden Teile 32 und 13' werden vorzugs,weise
durch die Seitenwände des Herdes 3 gebildet. Der Teil 13' besteht aus einem säurefesten
Material, das hohen Temperaturen zu widerstehen vermag, wie z.B. nichtrostender
Stahl. Die Benutzung von nichtrostendem Stahl bedeutet, daß der Teil 13' nur wenige
Millimeter dick oder sogar noch dünner ist. Der Teil 13' ist an dem Ende, das dem
Nachbrennkanal 16 nahe steht, mit Löchern für Flammen und unentzündetes Gas versehen,
die einer unteren Verbrennungskammer 34 zugeführt werden sollen. Das obere linke
Ende des
Rostes 13 ist mit dem oberen Ende einer querverlaufenden
Vorderwand 32 verbunden. Rost 13' Vorderwand 32 und die Seitenwände des Rostes bilden
den geschlossenen Raum der unteren Verbrennungskammer 34. Die Vorderwand besteht
normalerweise aus durchsichtigem Material, z.B. Robaxglas. Eine Öffnung 33 ist in
der Vorderwand vorgesehen, um den Raum 34 mit Sekundärluft zu versorgen. Die Queröffnung
21 der Nachbrennkammer 16 ist breit genug, daß entzündetes und unentzündetes Gas
intensiv in der Öffnung miteinander gemischt werden können, so daß das gesamte Gas,
das in diese Nachbrennkammer eintritt,im wesentlichen entzündet wird. Die Ofentür(en)
2 ist/sind mit einer Öffnung 22' versehen, durch das Luft zum Rost 13' von oben
zugeführt werden kann; ein Teil dieser Luft dringt auch in die Öffnung 33 ein.
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Der Herd ist mit einer Abdeckung 3 für Inspektionszwecke versehen,
die entfernt werden kann, wenn der Ofen als konventioneller Feuerplatz arbeiten
soll. Die innere Haube 8 ist mit einer Abgasplatte, einem Abgasblech oder dergleichen
versehen, um das von der Nachbrennkammer kommende Abgas zu verteilen.
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Unterhalb des Ofens ist ein Ventilator 30 angebracht, durch den Luft
zum Einlaßteil 10 des röhrenförmigen Raumes 9gefördert werden kann. Mit 27 ist eine
Steuereinrichtung bezeichnet, die dazu bestimmt ist, erwärmte Luft von röhrenförmigen
Raum 9 entweder in den Raum zu leiten, in dem sich der Ofen befindet, oder in benachbarte
Räume mit Hilfe eines oder mehrerer Kanäle 31 zu leiten. Ein Schalter 28 ist zum
Ein- und Ausschalten des Ventilators oder Gebläses 30 vorgesehen; ein Thyristor
29 dient der Regulierung seiner Geschwindigkeit.
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Dieser Ofen arbeitet wie folgt:
Holzscheite 24 werden
auf den Rost 13' gelegt, das Holz wird angezündet und die Ofentüren 2 werden dann
geschlossen. Luft für den Verbrennungsvorgang dringt durch die Öffnung 22' ein und
gelangt zur Oberseite des Rostes. Die gebildeten Flammen werden nach unten durch
die Löcher in dem Verbrennu bereich 14' des Rostes 13' gezogen. Unentzündete Gase
als auch entzündete Gasflammen werden in die untere Verbrennung kammer 34 gelangen,
da hier ein partielles Vakuum vorherrsch Entzündete und unentzündete Gase werden
zur Queröffnung 10 gezwungen, die eine solche Größe hat, daß diese Gase intensi
miteinander gemischt werden und daher im wesentlichen völlig entzündet werden, wenn
sie in die Nachbrennkammer eintreten.
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Es könnte nicht genug Luft in der unteren Verbrennungskammer 34 vorhanden
sein, um die Verbrennung aufrechtzuerhalten; aus diesem Grunde wird eine gewisse
Luftmenge durch die Öffnung 33 eingesogen. Die Verbrennung findet in der Nachbrennkammer
auf genau die gleiche Weise wie bei dem Ofen statt, der im Zusammenhang mit Fig.
1 beschrieben worden ist. Da die Vorder wand 32 aus durchsichtigem Material besteht,
können die Flammen durch die Vorderwand 32 beobachtet werden. Hierdurch wird es
möglich, die Faszination von Flammen eines offenen Feuerplatzes durch diesen außergewöhnlich
wirksamen Ofen zu erleben, mit dem Unterschied, daß die Flammen nicht nach oben
züngeln, sondern stattdessen nach unten.