DE3625151A1 - Ofen fuer festbrennstoffe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Ofen mit Luft- oder Wasser­ kühlung, insbesondere Einzelofen, Kachelofen, Kamin oder Heizkessel, Heizkachelofen, Heizkamin, zur Verbrennung fester Brennstoffe.

Obwohl die Verbrennung fester Brennstoffe zu den ältesten Technologien der Menschheit gehört, ist die technisch einwandfreie Verbrennung fester Brennstoffe in modernen Öfen nach wie vor ein Problem, das nicht völlig befriedi­ gend gelöst ist. Der Hauptgrund ist darin zu sehen, daß bei der Verbrennung fester Brennstoffe sehr viele Schwehl­ gase entstehen, die nicht im ausreichenden Maße verbrannt werden und sich dann in kälteren Ofenteilen als Ruß, Teer­ belag, Rußglanz od.dgl. niederschlagen.

Aus der DE-PS 31 45 273 ist ein offener Heizkamin bekannt, bei dem die Rauchgase in bekannter Weise sowohl direkt vom Glutbett nach oben in einen Rauchgassammler gelangen können, als auch durch das Glutbett hindurch in den Aschefallraum, von diesem durch Rauchgaszüge in den oberen Rauchgassammler und von hier aus in den Schornstein gelangen. Aus dieser Vorveröffentlichung ist es bekannt, daß die durch das Glutbett hindurchtretenden Rauchgase besonders heiß sind und zur Regulierung des Schornstein­ zuges verwandt werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ofen zur Verbrennung fester Brennstoffe zu schaffen, bei dem sowohl die festen Brennstoffe als auch die entstehenden Schwelgase derart vollständig verbrennen, wie dieses bei flüssigen und gasförmigen Brennstoffen der Fall ist.

Zur Lösung der Aufgabe geht die Erfindung als Stand der Technik von einem Ofen mit Luft- oder Wasserkühlung, ins­ besondere einen Einzelofen, Kachelofen, Kamin oder Heiz­ kessel, Heizkachelofen, Heizkamin, zur Verbrennung fester Brennstoffe aus, mit einem ungekühlten oder gekühlten Rost und Rauchgaszüge, die den Aschefallraum mit einem Rauchgassammler im Oberteil des Ofens verbinden, wobei die Rauchgase durch den Schornsteinzug, ohne oder mit einem Rauchgasabzugsgebläse, durch das Glutbett hindurch in den Aschefallraum und von diesem durch die Rauchgas­ züge und den Rauchgassammler in den Schornstein eingelei­ tet werden. Die Erfindung besteht darin, daß die Seiten­ wände der Brennkammer mit einer Auskleidung aus hochtem­ peraturbeständigem Material mit geringer Wärmeleitfähig­ keit versehen sind und in der Auskleidung die Rauchgas­ züge bildende Kanäle zur Nachverbrennung und Ableitung der Rauchgase aus dem Aschefallraum in den Rauchgassamm­ ler vorhanden sind. Durch die Auskleidung der Brennkam­ mer mit einem hochtemperaturbeständigem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit wird dafür gesorgt, daß die Verbrennung bei sehr hohen Temperaturen erfolgt. Diese Temperaturen liegen bei etwa 1000 bis 1300°C und sind höher als in normalen Öfen. Die Verbrennungsgase und die vorhandenen Schwelgase strömen dann durch das Glutbett hindurch in den Aschefallraum und von dort in die hoch­ erhitzten Kanäle in der Auskleidung der Brennkammer. Auf diesem Wege erfolgt eine weitere Verbrennung von even­ tuell noch brennbaren Schwelgasen.

Vorzugsweise hat auch der Aschefallraum eine Auskleidung aus hochtemperaturbeständigem Material mit geringer Wär­ meleitfähigkeit. Hierdurch wird eine Auskühlung der durch das Glutbett hindurchtretenden Verbrennungs- und Schwel­ gase verhindert und die Gase treten schon mit höheren Temperaturen in die Kanäle ein.

In Fortbildung der Erfindung ist der Rost als eine Boden­ platte aus hochtemperaturbeständigem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit ausgebildet, wobei die Bodenplatte säulen- oder schlitzförmige Durchtrittsöffnungen für die Rauchgase aufweist. Hierdurch wird die Glut auch von unten an einer Auskühlung gehindert. Vorzugsweise ist der Säu­ lendurchmesser oder die Schlitzbreite sehr viel kleiner als die Dicke der Bodenplatte.

Zur Steuerung der Ofenleistung kann ein Teil des Rostes oder der Bodenplatte durch eine relativ dünne Platte aus hochtemperaturbeständigem Material mit geringer Wärme­ leitfähigkeit abgedeckt werden.

Zur Sekundärluftzufuhr in den Aschefallraum kann dieser mit einer Klappe versehen sein. Hierdurch ist es möglich, die Nachverbrennung zu regulieren.

Bei einer Luftkühlung des Ofens, wie dieses beispielswei­ se bei einem Kachelofen der Fall ist, können die Kanäle zu den Seitenwänden hin offen sein, so daß ein erhöhter Wärmeübergang an die Seitenwände gegeben ist.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben. Es zeigen :

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch einen Ofen nach der Linie I-I von Fig. 2,

Fig. 2 einen horizontalen Schnitt durch den Ofen nach der Linie II-II von Fig. 1,

Fig. 3 einen senkrechten Schnitt durch den Ofen nach der Linie III-III von Fig. 2,

Fig. 4 einen senkrechten Schnitt durch einen Ofen mit einem ausgekleideten Aschefallraum nach der Linie IV-IV von Fig. 5,

Fig. 5 einen horizontalen Schnitt durch den Ofen nach der Linie V-V von Fig. 4,

Fig. 6 einen senkrechten Schnitt durch den Ofen nach der Linie VI-VI von Fig. 5,

Fig. 7 einen senkrechten Schnitt durch einen Ofen mit einem ausgekleideten Aschefallraum und einer Bodenplatte nach der Linie VII-VII von Fig. 8,

Fig. 8 einen horizontalen Schnitt durch den Ofen nach der Linie VIII-VIII von Fig. 7,

Fig. 9 einen senkrechten Schnitt durch den Ofen nach der Linie IX-IX von Fig. 8,

Fig. 10 einen horizontalen Schnitt durch einen Ofen mit einer vorgesetzten Auskleidung,

Fig. 11 einen senkrechten Schnitt durch einen Heizkessel nach der Linie XI-XI von Fig. 12,

Fig. 12 einen horizontalen Schnitt durch den Kessel nach der Linie XII-XII und

Fig. 13 einen senkrechten Schnitt durch einen Kachel- Grundofen.

In Fig. 1 ist ein senkrechter Schnitt nach der Linie I-I von Fig. 2 durch einen Ofen 1 für feste Brennstoffe nach der Erfindung wiedergegeben. Der Ofen 1 kann bei­ spielsweise ein Einzelofen oder ein Heizeinsatz für einen Kachelofen, Kachelgrundofen oder Kamin sein. Der Ofen 1 hat eine Brennkammer mit den Seitenwänden 11 und einen in den Aschefallraum 16 eingesetzten tragenden Einsatz 12, auf dem der Rost 13 aufgelegt ist. Die Seitenwände 11 der Brennkammer oberhalb des Rostes 13 sind mit einer Aus­ kleidung 14 versehen, die aus einem hochtemperaturbestän­ digem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit besteht. Es ist von großem Vorteil, wenn das hochtemperaturbestän­ dige Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit, aus dem die Auskleidung 14 besteht, gleichzeitig ein Material mit hoher Wärmespeicherfähigkeit ist. Dieses hat den Vorteil, daß die Wärmeabgabe des Ofens ausgeglichen wird und kon­ tinuierlich erfolgt, so daß auch nur sehr geringe Tempe­ raturschwankungen am Ofen 1 auftreten. Hierfür können beispielsweise Formteile aus Schamott als gängiges feuer­ festes Ofenmaterial verwendet werden.

Auch die Auskleidung 14 ist auf den Einsatz 12 aufgesetzt. Die Auskleidung 14 ist nach oben durch eine Platte 141 abgedeckt. Die Platte 141 kann aus dem gleichen Material wie die Auskleidung 14 bestehen, es kann aber auch eine Metallplatte sein. In der Auskleidung 14 sind Kanäle 15 vorhanden, die den Aschefallraum 16 mit einem Rauchgas­ sammler 17 im oberen Ofenteil verbinden, der seinerseits über einen Rauchgasstutzen 18 mit einem Schornstein verbunden ist.

Im vorstehenden Beispiel ist ein Ofen 1 mit einer Brenn­ kammer beschrieben worden, die im horizontalen Schnitt nach Fig. 2 einen rechteckigen Querschnitt hat. Der rechteckige Querschnitt der Brennkammer ist die gebräuch­ lichste Querschnittsform. Es versteht sich jedoch, daß auch eine runde Querschnittsform, etwa in Form eines stehenden Zylinders möglich ist. Grundsätzlich ist jede Querschnittsform der Brennkammer möglich, die senkrechte Seitenwände 11 besitzt, in denen die Kanäle 15 verlaufen. Dieses gilt auch für alle nachfolgend noch beschrieben Öfen 2, 3 und 4 und Heizkessel 5 sowie Kachel-Grundofen 6.

Die Kanäle 15 liegen in der Oberfläche der Auskleidung 14 und haben vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt mit gerundeten Ecken, wobei jeweils drei Kanalwände 151, 152, 153 von dem Material der Auskleidung 14 gebildet werden und die vierte Kanalwand 111 von der Seitenwand 11. Die Kanäle 15 können jedoch auch nach innen rund ausgebildet sein. An der streifenförmigen Kanalwand 111 kommen die Rauchgase in unmittelbaren Kontakt mit der Seitenwand 11 und können hier die Wärme an die Seiten­ wand 11 abgeben.

Durch den Schornsteinzug treten die Rauchgase durch das auf dem Rost 13 liegende Glutbett 131 hindurch in den Aschefallraum 16, durch die Kanäle 15 hindurch in den Rauchgassammler 17 und dann in den Schornstein ein. Die seitliche Begrenzung des Glutbettes durch die Auskleidung 14 aus hochtemperaturbeständigem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit bewirkt zunächst, daß die Verbrennung der festen Brennstoffe bei einer hohen Temperatur statt­ findet. Durch den Durchtritt der Rauchgase durch das Glutbett 131 und die hocherhitzten Kanäle 15 erfolgt sowohl im Glutbett 131 als auch im Aschefallraum 16 und in den Kanälen 15 eine Nachverbrennung derjenigen gas­ förmigen Schwelgase, die noch nicht vollständig verbrannt sind. Dieses führt im Ergebnis zu einer sehr sauberen ruß- und glanzrußfreien Verbrennung. Durch eine Klappe 161 kann dem Aschefallraum 16 Sekundärluft zugeführt werden, wodurch sowohl die Verbrennungsrückstände im Glutbett 131 als auch die Nachverbrennung im Aschefallraum 15 und den Kanälen 15 regelbar ist. Es versteht sich, daß, wenn der Schornsteinzug nicht ausreicht oder wenn ein höherer Zug gewünscht wird, zwischen dem Rauchgasstutzen 18 und dem Schornstein ein in den Zeichnungen nicht dargestelltes Rauchgasabzugsgebläse eingeschaltet werden kann.

Zur Anheizung des Ofens 1 ist in der Abdeckplatte 141 eine Klappe 142 vorgesehen. Hat ein leichtbrennbares Anheizmaterial auf dem Rost 13 Feuer gefangen, dann wird die Klappe 142 geschlossen. In der Anheizphase arbeitet der Ofen 1 als Durchbrandofen.

In den Fig. 4, 5 und 6 ist ein Ofen 2 wiedergegeben, bei dem die in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigte Erfindung durch eine zusätzliche Auskleidung 22 des Aschefallraumes 26 fortentwickelt worden ist. Die Auskleidung 22 besteht aus Formsteinen aus hochtemperaturbeständigem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit, in denen rechtwinkelige Umlenkkanäle 221 vorhanden sind. Durch diese Auskleidung des Aschefallraumes 26 wird verhindert, daß die Rauchgase nach ihrem Durchtritt durch das Glutbett 231 sich im Aschefallraum 26 abkühlen. Sie treten dann auch mit einer höheren Temperatur in die Umlenkkanäle 221 und von dort in die Kanäle 25 ein, als dieses bei dem Ofen 1 nach den Fig. 1, 2 und 3 der Fall ist. Hierdurch ist wiederum die Nachverbrennung besser und die Wärmeverluste im Aschefallraum 26 sind geringer.

In den Fig. 7, 8 und 9 ist ein Ofen 3 mit einer wei­ teren Fortentwicklung der Erfindung nach den vorhergehen­ den Figuren wiedergegeben. Während bei den Öfen 1 und 2 das Glutbett auf Roste 13 bzw. 23 liegt, ist beim Ofen 3 der Rost durch eine Bodenplatte 33 aus hochtemperatur­ beständigem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit er­ setzt. Hierdurch ist eine thermische Isolierung des Glut­ bettes 331 von unten gegeben, was zu einer nochmaligen Erhöhung der Verbrennungstemperatur führt. Die Bodenplat­ te 33 hat säulen- oder schlitzförmige Durchtrittsöffnun­ gen 332 für Asche und Rauchgase. Hierbei sind der Säulendurchmesser oder die Schlitzbreite sehr viel kleiner als die Dicke der Bodenplatte 33. Da sich die Bodenplatte 33 infolge des unmittelbaren Kontaktes mit dem Glutbett 331 auf einer hohen Temperatur befindet, erfolgt die Nachverbrennung bereits beim Durchtritt der Gase durch die Schlitze 332 in der Bodenplatte 33.

Zur Steuerung der Ofenleistung kann ein Teil des Rostes 13, 23 oder der Bodenplatte 33 durch eine relativ dünne Platte aus hochtemperaturbeständigem Material mit gerin­ ger Wärmeleitfähigkeit abgedeckt werden.

In Fig. 10 ist ein horizontaler Schnitt durch einen Ofen 4 wiedergegeben, der dem Schnitt durch den Ofen 1 nach Fig. 2 entspricht. Fig. 10 zeigt eine Abwandlung der bisherigen Ofenkonstruktion in der Weise, daß die Auskleidung 44 nicht wie die Auskleidung 14 mit Kanälen 15 an den Seitenwänden 11 anliegt, sondern in einem Abstand vor den Seitenwänden 41 steht, so daß zwischen Seitenwand 41 und Auskleidung 44 ein Schacht 45 geringer Breite für die Rauchgase vorhanden ist. Der Schacht geringer Breite ersetzt die Kanäle 15 in den Fig. 1, 2 und 3, die in der Auskleidung 44 nicht vorhanden sind.

Wie aus sämtlichen vorhergehenden Fig. 1 bis 10 zu entnehmen ist, fließen die Rauchgase durch Kanäle oder Schächte, deren Wände mindestens teilweise aus den metal­ lenen Außenwandteilen 111, 211 gebildet werden. An diesen metallenen Wandteilen erfolgt dann der Wärmeübergang von den Rauchgasen besonders intensiv. Nach der Erfindung ist dieser direkte Kontakt zwischen den Rauchgasen und den metallenen Wandteilen jedoch nur dann möglich, wenn der Ofen eine Luftkühlung, beispielsweise als Kachelofen, hat.

Liegt jedoch ein Heizkessel vor, d.h. erfolgt die Wärme­ abfuhr nicht durch Luft sondern durch Wasser, dann ist es wegen der zu starken Abkühlung der Rauchgase nicht möglich, diese in unmittelbarem Kontakt mit den metalle­ nen Wänden treten zu lassen.

In Fig. 11 ist ein senkrechter Schnitt durch einen Heizkessel 5 nach der Linie XI-XI von Fig. 12 und in Fig. 12 ein horizontaler Schnitt durch den Heizkessel 5 nach der Linie XII-XII von Fig. 11 wiedergegeben. Der innere Aufbau des Heizkessels 5 entspricht dem des Ofens 2, der in den Fig. 4, 5 und 6 dargestellt worden ist.

Der Heizkessel 5 hat einen Wassermantel 51. Die Innen­ wände des Kesselkörpers sind mit einer Auskleidung 54 versehen, die aus einem hochtemperaturbeständigem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise aus Schamottsteinen, besteht. In der Auskleidung 54 sind Kanäle 55 vorhanden, die den Aschefallraum 56 mit einem Rauchgassammler 57 im oberen Kesselteil verbinden, der seinerseits über einen Rauchgasstutzen 58 mit dem Schorn­ stein verbunden ist. Im Gegensatz zu den vorstehend be­ schriebenen Öfen 1, 2, 3 und 4 liegen hier die Kanäle 55 vollständig in der Auskleidung 54 und sind zur wasserge­ kühlten Kesselwand hin nicht offen. Die Rauchgase berühren die Kesselinnenwand nicht, wenn sie durch die Kanäle 55 strömen.

In die Kanäle 15, 25, 35 und 55 können Wirbulatoren ein­ gesetzt werden, um den Wärmeübergang vom Rauchgas auf die Kanalwände zu erhöhen.

In Fig. 13 ist ein senkrechter Längsschnitt durch einen Kachel-Grundofen 6 wiedergegeben. Die Brennkammer 61 des Grundofens 6 hat den gleichen Aufbau wie der Ofen 3 nach den Fig. 7, 8 und 9. Im Gegensatz zum Ofen 3, der einen äußeren Mantel aus Metall, z.B. aus Stahlblech oder Guß hat, hat der Grundofen 6 einen gemauerten Mantel 62, der in bekannter Weise verputzt oder noch mit Kacheln verkleidet ist. Beim Kachelgrundofen 6 sind zwei Rauch­ gaszüge vorgesehen, nämlich ein Fallzug 63 und ein Steig­ zug 64. Für die Anheizphase ist ein horizontaler Zug 65 mit einer Kontrollklappe 66 vorhanden. Die Kontroll­ klappe 66 kann auch auf der Oberseite des Ofens 6 ange­ ordnet sein. Es ist selbstverständlich auch möglich, die beiden Züge 63, 64 horizontal anzuordnen. Auch mehr als zwei Züge sind möglich. Für den Anschluß des Grundofens 6 an einen Schornstein ist die Rauchgasöffnung 67 vorge­ sehen. Der Fließweg der Rauchgase ist durch mehrere Pfeile R gekennzeichnet. R 1 ist der kurzfristige Weg der Rauchgase in der Anheizphase, solange die Anheizklappe 68 geöffnet ist, wie dieses auf Seite 7, Zeilen 25 bis 29 in Bezug auf den Ofen 1 beschrieben worden ist.

Konventionelle Öfen arbeiten mit großem Luftüberschuß (Luftfaktor λ ≈ 2,0 bis 3,0), während die vorstehend beschriebenen Öfen 1, 2, 3, 4, 5 und 6 nach der Erfindung ohne oder nur mit geringem Luftüberschuß (λ ≈ 1,0 bis 1,5) bei sehr viel höheren Temperaturen von 1000°C bis 1300°C arbeiten. Hierdurch wird eine nahezu voll­ ständige Verbrennung mit nur noch sehr geringem Aschean­ fall erreicht.

Claims (11)

1. Ofen mit Luft- oder Wasserkühlung, insbesondere Einzelofen, Kachelofen, Kachel-Grundofen, Kamin oder Heizkessel, Heizkachelofen, Heizkamin, zur Verbrennung fester Brennstoffe mit einem ungekühlten oder gekühl­ ten Rost und Rauchgaszügen, die einen Aschefallraum mit einem Rauchgassammler im Oberteil des Ofens verbinden, wobei die Rauchgase durch den Schornstein­ zug, ohne oder mit einem Rauchgasabzugsgebläse, durch das Glutbett hindurch in den Aschefallraum und von diesem durch die Rauchgaszüge und den Rauchgassammler in den Schornstein eingeleitet werden, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Seitenwände (11 ) der Brenn­ kammer mit einer Auskleidung (14 ) aus hochtempera­ turbeständigem Material mit geringer Wärmeleitfähig­ keit versehen sind und in der Auskleidung (14) Rauchgaszüge bildende Kanäle (15 ) zur Nachverbren­ nung und Ableitung der Rauchgase aus dem Aschefallraum (16) in den Rauchgassammler (17) vorhanden sind.

2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch der Aschefallraum (26) eine Auskleidung (22) aus hochtemperaturbeständigem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit aufweist.

3. Ofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rost als eine Bodenplatte (33) aus hoch­ temperaturbeständigem Material mit geringer Wärme­ leitfähigkeit ausgebildet ist, wobei die Bodenplatte (33) säulen- oder schlitzförmige Durchtrittsöffnun­ gen (332) für Asche und Rauchgase aufweist.

4. Ofen nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß der Säulendurchmesser oder die Schlitzbreite sehr viel kleiner als die Dicke der Bodenplatte (33) sind.

5. Ofen nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Steuerung der Ofenleistung ein Teil des Rostes (13) oder der Bodenplatte (33) durch eine relativ dünne Platte aus hochtemperaturbeständi­ gem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit abdeckbar ist.

6. Ofen nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das hochtemperaturbeständige Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit auch eine große Wärmespeicherfähigkeit aufweist.

7. Ofen nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet durch Schamott als hochtemperaturbeständiges Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit und großer Wärme­ speicherfähigkeit.

8. Ofen nach den Ansprüchen 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Klappe (161) in der Wand zum Aschefall­ raum (16) zur Sekundärluftzufuhr.

9. Ofen nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, daß bei Luftkühlung des Ofens (1) die Kanäle (15) zu den Seitenwänden (11) hin, offen sind.

10. Ofen nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Auskleidung (44) ohne Kanäle in einem Abstand vor den Seitenwänden (41) angeordnet ist (Fig. 10).

11. Ofen nach den Ansprüchen 1 bis 8 dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei einer Wasserkühlung des Ofens (5) (Kessel) die Kanäle (55) innerhalb der Auskleidung (54) liegen.