DE4114490A1 - Feuerungsvorrichtung - Google Patents
FeuerungsvorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Feuerungsvorrichtung mit
einer von einer Wandung rundum umgebenen Brennstelle,
einer Luftzuführung zur Brennstelle, einer Abzugsein
richtung zum Abführen der entstehenden Gase und einer
Luftzuführung zum Zuführen von Luft zu den entstehenden
Gasen während ihres Aufstiegs.
Derartige Feuerungsvorrichtungen dienen vielfach zum
Verbrennen von Holz zur Beheizung von Wohnräumen und
werden dann als Kamine bezeichnet. Dabei sind im Gegen
satz zu früheren Zeiten diese Kamine schon aus Energie
einsparungsgründen und auch zur geringeren Abgasbelästi
gung der umgebenden Räume rundum abgeschlossen und
nicht mehr offen. Häufig sind in der Wandung Sichtschei
ben vorgesehen.
Eine Vielzahl von solchen Feuerungsvorrichtungen sind
bereits bekannt. Zur Verbesserung der Verbrennung
wird in einigen Vorschlägen in die aufsteigenden Verbren
nungsgase möglichst vorgewärmte Luft eingebracht,
damit die wärmeerzeugende Reaktion beschleunigt oder
verbessert abläuft. Diese Luftzuführung läuft auch
unter dem Schlagwort "Sekundärluft". So beschreibt
etwa die DE 36 14 177 A1 eine Sekundärluftzuführung
mit vertikal verlaufenden Sekundärluftlanzen, die
lotrecht in den Feuerraum hineinragen und seitlich
Perforationen aufweisen, um eine verwirbelte Durchmi
schung der aufsteigenden Verbrennungsgase mit der
Sekundärluft zu bewirken.
Ein Heizofen mit einer Sekundärluftzufuhreinrichtung
ist auch in der DE 31 40 498 A1 beschrieben. In diesem
Falle besteht die Sekundärzufuhreinrichtung aus einer
Rohrleitung, die den Brennraum durchsetzt und oberhalb
eines Rostes mit einer Luftaustrittsöffnung versehen
ist.
Die FR 25 95 135 A1 zeigt eine Sekundärluftzufuhr
durch verschiedene Perforationen eines Rohres in unter
schiedlichen Höhen auf der Rückseite der Feuerstelle.
Aus der JP 60-20 005 A2 ist ein Feststoffbrenner bekannt,
bei dem von der Außenwandung her durch Lufteintrittsöff
nungen vorerwärmte Luft einströmen kann, die zuvor
durch Kontakt mit der Innenwandung des Brenners vorer
wärmt wird.
Das zunehmende Umweltbewußtseins verlangt weiter nach
einer Verbesserung der Energieausnutzung regenerativer
Brennstoffe, um die es sich bei dem hier vorwiegend
eingesetzten Holz handelt. Die geringe Heizwirkung
der meisten im Handel erhältlichen offenen und geschlos
senen Kamine hat dazu geführt, daß diese im allgemeinen
nur noch wegen des optischen Eindrucks und der Atmosphäre
der Flammen eingesetzt werden.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
gattungsgemäße Feuerungsvorrichtung vorzuschlagen,
die eine bessere Ausnutzung der vorhandenen Brennstoffe
ermöglicht, insbesondere für in Haushalten einsetzbare
Feuerungsvorrichtungen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß oberhalb der
Brennstelle die Innenwandung der Feuerungsvorrichtung
eine konzentrische Einschnürung aufweist, durch die
die entstehenden Gase aufsteigen und in der Vorrich
tungen für die Luftzuführung zu den entstehenden Gasen
während ihres Aufstiegs angeordnet sind, die eine
Verbrennung der aufsteigenden Gase in und oberhalb
der Einschnürung ermöglichen.
Mit der Erfindung werden folgende chemischen und physika
lischen Hintergründe vorteilhaft ausgenutzt:
Die Wärmegewinnung in solchen Feuerungsvorrichtungen verläuft derart, daß zunächst die festen Bestandteile des Holzes (Zellulose etc.) in gasförmige umgewandelt werden. Diese Umwandlung geschieht während des Ver brennungsvorganges am Orte des Holzes. Die entstehenden Gase steigen bedingt durch den Unterdruck im Schornstein durch die Abzugseinrichtung auf, da sie wesentlich wärmer und damit leichter als die umgebende Luft sind. Die gasförmigen Bestandteile besitzen aufgrund ihrer chemischen Verschiedenheit unterschiedliche Flammpunkte, das bedeutet, sie entzünden sich bei verschiedenen Temperaturen. Auch wenn es sich im wesentlichen um Kohlenwasserstoff handelt, können diese Flammpunkte recht weit auseinanderliegen und bei einigen der Be standteile bis zu 800°C betragen.
Die Wärmegewinnung in solchen Feuerungsvorrichtungen verläuft derart, daß zunächst die festen Bestandteile des Holzes (Zellulose etc.) in gasförmige umgewandelt werden. Diese Umwandlung geschieht während des Ver brennungsvorganges am Orte des Holzes. Die entstehenden Gase steigen bedingt durch den Unterdruck im Schornstein durch die Abzugseinrichtung auf, da sie wesentlich wärmer und damit leichter als die umgebende Luft sind. Die gasförmigen Bestandteile besitzen aufgrund ihrer chemischen Verschiedenheit unterschiedliche Flammpunkte, das bedeutet, sie entzünden sich bei verschiedenen Temperaturen. Auch wenn es sich im wesentlichen um Kohlenwasserstoff handelt, können diese Flammpunkte recht weit auseinanderliegen und bei einigen der Be standteile bis zu 800°C betragen.
Um sich zu entzünden und zur Wärmeabstrahlung der
Gesamtmenge beizutragen, ist es erforderlich, daß
genugend Sauerstoff in der Umgebung zur Verfügung
steht.
Durch den Verbrennungsvorgang, der chemisch gesehen
ein Oxidationsprozeß ist, entsteht Wärme, die an die
Umgebung abgestrahlt werden kann. Für das Auge sichtbar
ist darüber hinaus auch die entstehende optische Strah
lung, die als Flamme erscheint.
Problematisch ist nun, daß zwar während der Verbrennung
der Gasstrom an Temperatur durch die entstehende Wärme
zunimmt, daß aber die zuströmende Luft von Zimmer
temperatur, die den für die Verbrennung erforderlichen
Sauerstoff beistellt, ständig zu einer Abkühlung des
Gasstromes führt. Die bereits direkt zum Brennmaterial
in der Brennstelle zuströmende Luft wird sehr rasch
verbraucht und kann in dem Bereich oberhalb der Brenn
stelle nur noch ungenügend Sauerstoff beistellen.
Aus diesem Grunde sind die obenerwähnten und weitere
Vorschläge zur Zuführung vorgeheizter Luft oberhalb
der Brennstelle, auch Sekundärluft genannt, gemacht
worden.
Die erfindungsgemäße konzentrische Einschnürung oberhalb
der Brennstelle läßt die aufsteigenden Verbrennungsgase
physikalisch bedingt besonders rasch durchströmen.
Gerade in diesem Bereich wird nun erfindungsgemäß
die Luftzuführung für insbesondere vorerwärmte Luft
angeordnet. An dieser kritischen Stelle der gesamten
Feuerungsvorrichtung wird dadurch eine Nachverbrennung
bewirkt. In diesem Bereich haben die aufsteigenden
Gase bereits eine hohe Temperatur; die leicht verbrennba
ren Bestandteile sind auch für den Nichtfachmann leicht
erkennbar bereits in der Brennstelle verbrannt, während
in diesem Bereich es nur um schwerer brennbare Gase
geht. Darüber hinaus ist gerade bei einem im unteren
Bereich guten Verbrennungsvorgang hier im Raum der
Einschnürung oberhalb der Brennstelle an sich bereits
der vorhandene Sauerstoff verbraucht. Gerade der entste
hende Sauerstoffschub in diesem sauerstoffarmen Bereich
und die gleichzeitige besonders gute Durchmischung
in den empfindlichen Gasstrom hinein führt zu einer
verbesserten Verbrennung.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Einschnü
rung mit einem Einsatz versehen ist, durch welchen
zugeführte vorerwärmte Luft verteilt und bis in den
zentralen Bereich der Einschnürung geführt wird.
Durch einen solchen Einsatz kann nicht nur die Verwirbe
lung verbessert werden; darüber hinaus wirkt das Material
des Einsatzes wie ein Katalysator.
Besonders bevorzugt ist es, wenn der Einsatz aus einem
Ring mit den Ring sternförmig nach außen verbindenden
Kanälen besteht, die ihrerseits mit einer Zufuhr von
vorerwärmter Luft verbunden sind.
Bei einem derart ausgebildeten Einsatz ist eine besonders
günstige und gleichmäßige Verteilung der vorerwärmten
Luft mitten in den aufsteigenden Gasstrom gewährleistet.
Eine weitere Verbesserung der Verteilung ergibt sich,
wenn die Kanäle Perforationen aufweisen, durch die
die erwärmte Luft in den Zwischenraum zwischen den
Kanälen treten kann.
Sind darüber hinaus die Perforationen in den Kanälen
in vertikaler Richtung höhenverteilt, so verbessert
dies die Verwirbelung der aufsteigenden Gasströme,
die auf diese Weise aus ständig wechselnden Richtungen
mit vorerwärmter Luft beaufschlagt werden.
Bevorzugt ist es außerdem, wenn die Zufuhr der vor
erwärmten Luft in den Einsatz an zwei diametral einander
gegenüberliegenden Bereichen erfolgt und in einen
äußeren Ring eintritt, der die sternförmigen Kanäle
miteinander verbindet.
Eine Zufuhr von zwei diametral einander gegenüberliegen
den Bereichen aus vergleichmäßigt die Versorgung mit
vorerwärmter Luft innerhalb des Einsatzes. Der äußere
Ring, der die sternförmigen Kanäle miteinander verbin
det, ermöglicht eine gleichmäßige Versorgung des Ein
satzes von außen her mit der zuströmenden vorerwärmten
Luft.
Weiter bevorzugt ist es, wenn die Zufuhr durch den
Bereich zwischen Brennstelle und Einsatz tretende
Zuleitung aufweist, die Luft aus dem Außenraum dem
Einsatz zuführt, die durch den Kontakt mit den aufstei
genden Verbrennungsgasen und Flammen vorerwärmt wird.
Dies ist eine besonders energiesparende Möglichkeit,
vorerwärmte Luft für den Einsatz bereitzustellen.
Die Zuleitungen streben durch den von den Flammen
umspülten und mit den aufsteigenden Verbrennungsgasen
gefüllten Raum oberhalb des Kaminholzes. Dabei lassen
sie zweckmäßigerweise genügend Bewegungsraum für das
aufzuschichtende Kaminholz bzw. die sonstigen zu verbren
nenden Stoffe und Materialien. Die beiden Zuleitungen
bestehen außerdem zweckmäßigerweise aus einem gut
wärmeleitfähigen Material.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die beiden Zuleitun
gen jeweils auf den ihren Lufteintritten diametral
gegenüberliegenden Seiten mit dem Einsatz verbunden
sind.
Sie schlingen sich auf diese Weise einmal durch den
Feuerraum und werden so besonders effektiv mit Wärme
beaufschlagt.
Eine alternative Möglichkeit für die Zuleitungen besteht
darin, die Wandung um die Brennstelle doppelwandig
auszuführen und zwischen den beiden Wandungen die
aufsteigende Luft sich erwärmen zu lassen. Dieser
Zwischenraum dient dann als Zufuhr zum Einsatz.
Besonders bevorzugt ist der Einsatz mit metallischen
Drähten versehen, welcher eine Reaktion der zuströmenden
vorerwärmten Luft mit den aufsteigenden Verbrennungs
gasen begünstigen.
Diese matallischen Drähte werden, wie Versuche ergeben
haben, rot- bis sogar weißglühend. An diesen Drähten
werden dadurch - gerade aufgrund der ebenfalls in
diesen Bereich zutretenden sauerstoffhaltigen Gase -
auch Verbrennungsgase mit Flammpunkten von ca. 600°
bis 1000°C oxydiert, die bei herkömmlichen Feuerungs
vorrichtungen unverbrannt als Abgas entweichen.
Die Reaktion der zuströmenden vorerwärmten Luft mit
den aufsteigenden Verbrennungsgasen wird weiter be
günstigt, wenn die Drähte spiralförmig mit im wesent
lichen horizontaler Spiralachse und in horizontaler
Richtung voneinander beabstandeten Spiralwindungen
angeordnet sind.
Die Drähte bedecken dann nämlich praktisch flächen
deckend den Bereich des Einsatzes, ohne die Verbren
nungsgase am Aufsteigen wesentlich behindern zu können.
Diese winden sich lediglich beim Aufsteigen um die
Drähte herum. Darüber hinaus führt gerade dies spiral
förmige Anordnung zu einer weiteren Verwirbelung der
aufsteigenden Verbrennungsgase.
Weiter vorteilhaft ist es, wenn jeder Draht sowohl
nach oben als nach unten aus dem Einsatz herausragt.
Die Katalysatorwirkung tritt dadurch aucn in den Be
reichen knapp unterhalb der Zufuhr der vorerwärmten
Luft ein und nutzt andererseits auch den Umstand,
daß die aufsteigenden Verbrennungsgase die Luft in
den Bereich oberhalb des Einsatzes mitnehmen und damit
auch oberhalb des Einsatzes noch günstige Bedingungen
für eine Verbrennung vorhanden sind. Die Experimente
ergaben, daß die heißesten Bereich knapp oberhalb
des Einsatzes entstehen.
Daher ist es daher darüber hinaus bevorzugt, wenn
weitere Drähte in Schneckenform mit im wesentlichen
vertikaler Achse oberhalb des Einsatzes voneinander
beabstandet angeordnet sind. Diese Drähte dienen vor
allem der Stabilisierung der Oxydation und bedingt
durch die andersförmige Anordnung der Drähte zum Ab
fangen bisher noch nicht beaufschlagter Gasmoleküle.
Der beste Verbrennungseffekt entsteht, wenn jeder Zwi
schenraum zwischen je zwei Kanälen mit Drähten versehen
ist.
Bevorzugt ist ein Stellmechanismus vorgesehen, der
eine Luftmengenregulierung für die durch die Zuleitung
strömende Luft vornimmt.
Dadurch kann dem Umstand Rechnung getragen werden,
daß etwa nach dem Verbrauch des Brennmaterials, etwa
des Kaminholzes, eine weitere Zufuhr von vorerwärmter
Luft nicht effektiv ist und unter Umständen sogar
zur Abkühlung des Bereiches um den Einsatz führen
kann.
Vorteilhafterweise wird dieser Stellmechanismus von
einem Thermofühler gesteuert, der die äußeren Bedingungen
abfühlt.
Um den Hochtemperaturbereich unmittelbar oberhalb
der Einschnürung am besten ausnutzen zu können, ist
dort ein Abschnitt vorgesehen, der von einer Isolierung
gegenüber dem Außenraum umgeben ist.
Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn dieser Bereich
oberhalb der Einschnürung aus Glas bestehende Sichtfen
ster aufweist.
Dies ermöglicht eine Beobachtung des Flammenspiels
oberhalb des Einsatzes. Es ist nun sehr attraktiv,
die zunächst roten und dann über das Gelbliche ins
Bläuliche übergehenden Flammen zu beobachten, die
schließlich bei besonders hohen Brenntemperaturen
optisch unsichtbar werden. Gerade durch die Beobachtung
der Flammenfärbung ist für den Benutzer auch ein Rück
schluß auf die gerade herrschenden Temperaturen und
damit eine evtl. Regulierung auch des Brennmaterialnach
schubs möglich.
Eine effektive Raum- und Brennmaterialausnutzung ist
besonders dann gegeben, wenn die Einschnürung kreis
förmig ausgebildet ist. Gleiches gilt auch, wenn die Brenn
stelle kreisförmig ist.
Wird oberhalb der Einschnürung ein Verteiler aufgehängt,
der die zentral aufsteigenden Verbrennungsgase an den
Rand lenkt, der in diesem Bereich von einem gut leit
fähigen Material gebildet wird, so können die in diesem
Bereich heißesten zentral aufsteigenden Verbrennungs
gase mit gut leitfähigem Material in Kontakt gebracht
werden. Hier kann ein effektiver Wärmetausch stattfinden.
Eine Optimierung der Feuerungsvorrichtung auch im
Bereich der Brennstelle wird möglich, wenn zwei andere
Zuleitungen vorgesehen werden, die vorerwärmte Luft in
zwei übereinanderliegenden Ebenen der Brennstelle
zuführen.
Diese Zuleitungen können beispielsweise ein- oder
mehrfach um die Brennstelle herumführen und so bereits
die Wärme aus diesem Bereich der in ihr befindlichen
Luft zuführen.
Besonders bevorzugt weisen diese Zuleitungen Perfora
tionen auf, die ein Ausströmen der vorerwärmten Luft
zur Brennstelle hin erlauben. Diese Perforationen
können dann gleichmäßig verteilt werden und so ein
Rundum-Anströmen des Brennmaterials gewährleisten.
Ein erheblicher Nachteil bei bisherigen Feuerungsvor
richtungen liegt nämlich darin, daß gerade bei der
Verwendung von Holz als Brennmaterial dort eine Zufuhr
von sauerstoffhaltiger Luft an den Holz-Stirnseiten
erfolgen sollte, da auch dort die Ausgasung erfolgt.
Statt dessen wird die sauerstoffhaltige Luft, wenn
überhaupt, dann nur von einem festen Punkt oder einer
Längskante (im allgemeinen der Vorderkante) der Brenn
stelle aus zugeführt und auf diese Weise ein erheblicher
Teil der an sich in dem Brennmaterial vorhandenen
Verbrennungsgase von vornherein vergeudet.
Besonders effektiv können diese Zuleitungen wirken,
wenn ihre Lufteintrittsöffnungen einander diametral
gegenüberliegen.
Ein weiteres bevorzugtes Merkmal besteht darin, daß
beabstandet oberhalb des Einsatzes Schamottesteine
angeordnet sind, welche zwischen sich Schlitze aufweisen,
durch die die aufsteigenden Verbrennungsgase abziehen
können.
Dies hat den Vorteil, daß die aufsteigenden Verbren
nungsgase nicht unverzüglich durch den Abzug entfernt
werden, sondern sich in dem Bereich zwischen den Scha
mottesteinen und dem Einsatz ein geringfügiger Stau
mit entsprechenden Druckverhältnissen bildet, der
die Verbrennung weiter fördert.
Ferner ist es bevorzugt, wenn im Bereich der Schamott
steine eine zusätzliche Aufstiegsmöglichkeit für die
Verbrennungsgase durch eine Durchtrittsöffnung in der
den Aufstiegsschacht umgebenden Wandung vorgesehen ist.
Darüber hinaus gewährleisten die Schamottsteine aufgrund
ihrer Wärmespeicherung die Erhaltung der hohen Tempera
tur.
Diese Durchtrittsöffnung wird von den aufsteigenden
Verbrennungsgasen - wie Experimente ergeben haben -
erst genutzt, wenn eine gewisse Druckschwelle über
schritten ist. Dadurch kann evtl. auftretenden Über
drücken problemlos begegnet werden und andererseits
die vorerwähnte gewünschte leichte Drucksteigerung
gewährleistet bleiben.
Für die Montage besonders günstig ist es, wenn die
horizontal übereinanderliegenden Bereiche als vorgefer
tigte transportable Bauelemente ausgeführt sind.
Eine weitere Verbesserung der Wäremübergangsmöglich
keit wird dadurch geschaffen, daß durch den Bereich
oberhalb des Verbrennungsbereiches oberhalb der Ein
schnürung ein schrägverlaufender Konvektionsschacht
im Wärmetauscher vorgesehen ist.
Schon aus optischen Gründen ist es bevorzugt, wenn
außerhalb der Außenwandung der Brennstelle und des
Aufstiegschachtes der Verbrennungsgase ein Außenge
häuse vorgesehen ist.
Dieses ermöglicht es zudem, daß zwischen der Außen
wandung und dem Außengehäuse schwenkbare Klappen ange
ordnet sind, die sich bei entsprechenden Druckverhältnis
sen selbsttätig öffnen.
Der Bereich zwischen der Außenwandung und dem Außengehäu
se wird nämlich besonders intensiv von der Innenwärme
miterwärmt. Durch die schwenkbaren Klappen kann ein
Ausströmen gerade bei bestimmten Temperaturverhältnissen
sichergestellt werden.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung
anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch eine erfindungs
gemäße Feuerungsvorrichtung;
Fig. 2 einen vertikalen Schnitt durch die Ausführungs
form aus Fig. 1, von der Seite gesehen;
Fig. 3 einen vertikalen Schnitt durch eine alternative
Ausführungsform;
Fig. 4 einen horizontalen Schnitt durch einen Bereich
der Fig. 1;
Fig. 5 eine Skizze zur Gasvermischung;
Fig. 6 eine alternative Ausführungsform zur Fig. 4;
Fig. 7 einen vertikalen Schnitt durch den unteren
Bereich der Feuerungsvorrichtung;
Fig. 8 einen vertikalen Schnitt durch den Bereich
aus Fig. 6;
Fig. 9 drei Schnittdarstellungen zu Fig. 7;
Fig. 10 eine Schnittdarstellung alternativ zu Fig. 8;
Fig. 11 einen Horizontalschnitt durch Fig. 10;
Fig. 12 eine schematische Darstellung des elementenwei
sen Aufbaus verschiedener Ausführungsformen;
Fig. 13 eine alternative Ausführungsform der Luftzu
fuhr; und
Fig. 14 eine vergrößerte Darstellung eines Einzelmerk
mals.
Kernpunkt einer jeden Feuerungsvorrichtung ist die
Brennstelle 10. In ihr ist während des Verbrennungsvor
gangs das Brennmaterial 11, insbesondere Holz, ange
ordnet. Das Brennmaterial 11 wird in Gase 12 umge
wandelt, die aufsteigen. Sichtbar werden sie insbesondere
durch eine Flamme.
Die Gase 12 steigen durch einen Brennraum 14 nach
oben in Richtung zu einer Abzugseinrichtung 20 auf.
Um einen Verbrennungsvorgang des Brennmaterials 11
in der Brennstelle 10 zu ermöglichen, sind Öffnungen
15 in der seitlichen Wandung vorgesehen. Durch diese
wird sauerstoffhaltige Luft der Brennstelle 10 zuge
führt.
Der Brennraum 14 mit dem Brennmaterial 11 ist rundum
umgeben von einer Innenwandung 31. Die Innenwandung
31 besteht aus Metall, beispielsweise Edelstahl. Dabei
ist in der untersten Mulde eine Auflage von Schamotte
32 vorgesehen, auf der das brennende Material in einer
Art Mulde ruht. Diese dient auch zur Nachglut, da
die Asche verbleiben muß.
In den einzelnen Ausführungsformen der Fig. 1 bis
3 sind die weiteren Ausbildungen unterschiedlich.
Der Brennraum 14 ist in allen Fällen nach oben von
einer Einschnürung 40 begrenzt. Der Durchmesser der
Einschnürung 40 ist auf die gewünschte Wärmeleistung
bezogen. Durch die Einschnürung steigen die beim Ver
brennungsvorgang entstehenden Gase 12 nach oben in
Richtung der Abzugseinrichtung 20.
Dabei ist zu beachten, daß im allgemeinen während
dieses Aufsteigens erst die die eigentliche Wärmestrah
lung erzeugende chemische Reaktion stattfindet.
In der Einschnürung 40 sind Vorrichtungen 42 vorgesehen,
die den dort durchsteigenden Verbrennungsgasen vorerwärm
ten Sauerstoff zuführen.
Diese Vorrichtungen 42 weisen insbesondere einen Einsatz
50 auf, der in den Fig. 4 ff. näher dargestellt und
beschrieben ist.
An den Einsatz 50 in der Einschnürung 40 schließt
sich nach oben ein weiterer Raum an, in dem die Nachver
brennung stattfindet. Während die Gase mit niedrigen
Flammpunkten bis etwa 400°C im Brennraum 14 verbrennen
wird in dem Bereich des Einsatzes 50 und oberhalb
davon eine deutlich höhere Temperatur von teilweise
über 1000°C erreicht, und es findet dort eine Verbren
nung der Gase mit höheren Flammpunkten sowie der in
den unteren Räumen noch nicht oxydierten sonstigen
Verbrennungsgase statt.
Oberhalb dieses Raumes schließt sich dann die eigent
liche Abzugseinrichtung 20 an.
Die Fig. 1 und 2 zeigen zwei Darstellungen einer erfin
dungsgemäßen Feuerungsvorrichtung, die auch als Vorder
ansicht (Fig. 1) und als Seitenansicht (Fig. 2), jeweils
teilweise geschnitten, betrachtet werden können.
Lufteintrittsöffnungen P1 und P2 für zwei Zuleitungen
81 und 82 sind unterhalb der Brennstelle 10 vorgesehen,
ferner eine Lufteintrittsöffnung P3, für zwei Zulei
tungen 61 und 62.
Die Zuleitungen 61 und 62 führen zum Einsatz 50 in
der Einschnürung 40 und sind jeweils rohrförmig. Sie
gehen zunächst von der mittig unterhalb der Brennstelle
10 angeordneten Lufteintrittsöffnung P3 nach außen,
umgehen die Brennstelle 10 mit einem Raum für das
Brennmaterial 11 und steigen dann quer durch den Brenn
raum 14 bis knapp unter den Einsatz 50 hoch. Dort
gehen sie wiederum auseinander, um die jetzt vorerwärm
te, in ihnen befindliche Luft von außen dem Einsatz
50 zuzuführen.
Von den Lufteintrittsöffnungen P1 und P2 dagegen gehen
die beiden getrennten Zuleitungen 81 und 82 zu zwei
Ringleitungen, die jeweils ringförmig die Brennstelle 10
umgeben. Aus Perforationen in diesen Ringleitungen
wird der Brennstelle 10 und dem Brennmaterial 11 von
allen Richtungen Luft zugeführt. Diese Luft ist vorer
wärmt aufgrund des Kontaktes mit der Brennstelle 10, na
türlich nicht so weitgehend vorerwärmt, wie die Luft in
den anderen Zuleitungen 61 und 62. Eine vergrößerte Dar
stellung, auch aus anderem Sichtwinkel, findet sich in
den Fig. 7 und 9.
In der Ausführungsform der Fig. 3 ist dagegen die
Innenwandung 31 des Brennraumes 14 von einer Außenwan
dung 33 umgeben, die an den Außenraum grenzt. Diese
Außenwandung 33 besteht aus einem wärmeisolierenden
Material. In dem dargestellten Beispiel besitzt sie
etwa eine kubische Form; dies ist jedoch nicht erfor
derlich. Auch eine Quaderform, eine Kugelform oder
jede andere denkbare Außengestaltung ist möglich.
Zwischen der Innenwandung 31 und der Außenwandung
33 befindet sich dabei ein Hohlraum 34. Diesem Hohl
raum 34 wird durch eine Luftzufuhr 35 von unten Luft
zugeführt. Diese Luft in dem Hohlraum 34 steigt zwischen
Innenwandung 31 und Außenwandung 33 aufwärts. Dabei
nimmt sie durch die gut wärmeleitende Innenwandung
31 Wärme auf, was den Aufstieg weiter begünstigt.
Der Hohlraum 34 ist im dargestellten Beipiel ebenfalls
kugelschalenförmig mit Erweiterungen zu den Ecken
der Außenwandung. Es ist auch möglich, durch geeignete
geometrische Gestaltung der Innenseite der Außenwandung
33 hier eine andere, sich erweiternde oder anderwei
tig variierende Querschnittsform des Hohlraums 34
einzusetzen, um wärmetechnische oder sonstige Vorteile
zu nutzen. Dabei ist zu berücksichtigen, daß bei kon
stantem Abstand Innenwandung 31 zur Außenwandung 33
sich aufgrund der Kugelform des Brennraums nicht kon
stante Querschnitte für den Hohlraum 34 ergeben.
Innen- und Außenwandung 31 bzw. 33 sind an ihrem oberen
Ende miteinander verbunden bzw. gehen dort in die
Einschnürung 40 über. Die Einschnürung 40 ist kreis
förmig (wie auch in den anderen Ausführungsformen) .
Durch den Hohlraum 34 strömt die aufsteigende Luft
zum Rand der kreisförmigen Einschnürung 40. In diesem
Rand befinden sich Öffnungen, durch die strömende
Luft zu den aufsteigenden Verbrennungsgasen 12 treten
kann. Auch in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist
jedoch bevorzugt, daß ein Einsatz 50 vorgesehen ist,
in den durch die Öffnungen aus dem Hohlraum 34 die
vorerwämte Luft eintritt.
Für die Form des Einsatzes 50 in der Einschnürung
40 sind ebenfalls verschiedene alternative Ausführungs
formen denkbar.
Eine besonders einfache Ausführungsform ist der Fig.
4 zu entnehmen. Ein stern- oder radförmiger Aufbau
zeigt Kanäle 51, die vom Rand ins Zentrum der kreis
förmigen Einschnürung 40 führen. Die Kanäle 51 sind
hohl und führen die erwärmte Luft. Darüber hinaus
weisen sie verteilt um ihren Umfang Perforationen
52 durch die Luft austreten kann. Die Kanäle 51 münden
schließlich in einem dem Zentrum der kreisförmigen
Einschnürung 40 benachbarten inneren Ring 53. Dieser
Ring dient vor allem zur Stabilisierung der Kanäle
51, deren Enden hier ebenfalls Öffnungen bilden und
strömende Luft genau auf das Zentrum der kreisförmigen
Einschnürung 40 richten.
Die aufsteigenden Verbrennungsgase 12 werden im Bereich
der kreisförmigen Einschnürung 40, also aus verschiede
nen Öffnungen, mit erwärmter Luft beaufschlagt: Zum
einen durch Öffnungen unmittelbar im Rand, der die
Innenwandung 31 und die Außenwandung 33 miteinander
verbindet, zum zweiten durch Perforationen 52 in den
Kanälen 52 in den Kanälen 51, durch die die Luft teilwei
se auch schräg in die Verbrennungsgase eintritt, also
in verschiedenen, geringfügig voneinander unterschiede
nen Höhenlagen (vgl. auch Fig. 5); und schließlich
durch die am inneren Ring 53 austretenden Enden der
Kanäle 51.
Durch diese verschiedenen Austrittsrichtungen und
-stärken an verschiedenen Positionen findet bereits
eine starke Verwirbelung der aufsteigenden Gase mit
der vorerwärmten Luft statt. Diese wird noch durch
den Einsatz 50 und seine verschiedenen Streben und
Kanäle verstärkt. Eine größere Verwirbelung sorgt
auch für eine bessere Kontaktierung der miteinander
zur chemischen Reaktion kommenden Gasanteile.
Eine alternative, gegenüber der Ausführungsform aus
Fig. 4 noch bevorzugte Ausführungsform eines Einsatzes
50 ist in der Fig. 6 dargestellt. Auch dieser Einsatz
50 ist kreisförmig und paßt in die Einschnürung 40.
Ihm wird von den Lufteintrittsöffnungen P3 der beiden
Zuleitungen 61 und 62 (in Fig. 6 nur schematisch darge
stellt) Luft zugeführt. Diese tritt auf diametral
einander gegenüberliegenden Seiten in den Einsatz
50 ein, und zwar in dessen äußeren Ring 52, der die
sternförmigen Kanäle 51 miteinander verbindet. Inner
halb dieses äußeren Ringes 52 verbreitet sich die
vorerwärmte Luft und strömt dann von außen durch die
Kanäle 51 in Richtung Zentrum des Einsatzes 50.
Der Bereich zwischen den Kanälen 51 und dem äußeren
Ring 52, der also von dem aufsteigenden Gas durchströmt
wird, ist von metallischen Drähten 55 durchsetzt. Diese
Drähte sind spiralförmig gewunden, wie am besten aus
Fig. 10 hervorgeht. Die Achse der Spirale verläuft dabei
horizontal und radial vom Zentrum des Einsatzes 50 zum
Rand. Die einzelnen Windungen der Spirale sind voneinan
der beabstandet. Die Drähte 55 der Spirale ragen sowohl
nach unten als auch nach oben aus dem Einsatz 50 heraus.
Die steigende Temperatur von unten nach oben gerade
innerhalb des Bereiches des Einsatzes 50 ist ein an
sich selbst verstärkender Effekt. Jede Verbrennung
eines Gasmoleküls erhöht die Temperatur weiter und
ermöglicht dadurch die Verbrennung eines Gasmoleküls
mit noch höherem Flammpunkt.
So haben experimentelle Bestimmungen ergeben, daß in
dem Bereich im Brennraum 14 Temperaturen um 600 bis
800°C herrschen. Im Einsatz 50 steigt die Temperatur
des Gases auf 1000°C, die diesen Teil rotglühend wer
den läßt. In der Nähe der Oberkante des Einsatzes kom
men 1100°C bis 1200°C vor, gelegentlich auch mehr.
Diese Temperaturen bleiben während des Verbrennungsvor
ganges konstant.
Entsprechend sind die Flammpunkte der Gase, die in den
jeweiligen Bereichen noch entzündet werden können. Im
Brennraum 14 sind nur Gase mit Flammpunkten bis zu 400°C
entzündbar, an der Unterkante des Einsatzes zünden Gase
mit einem Flammpunkt von ca. 600°C. Solche zwischen
700° und 900°C können im Bereich des Einsatzes 50 gezün
det und zur Oxydation, also zur Verbrennung gebracht
werden. Im Bereich der oberen Spirale zünden schließ
lich auch Gase von 1000 bis 1100°C.
Diese steigenden Temperaturen und Entzündungen der Gase
sind darauf zurückzuführen, daß zum einen die Zündtempe
ratur vorhanden ist, und zwar durch die glühenden Drähte.
Zum zweiten ist der für die Oxydation benötigte Sauer
stoff durch die zuströmende vorerwärmte Luft vorhanden.
Auch die Temperatur der vorerwärmten Luft steigt während
des Aufstiegs in den Zuleitungen 61, 62 und noch inner
halb des Einsatzes 50 weiter an.
Zum dritten besitzt der Sauerstoff bereits eine Tempe
ratur, die nicht zur schlagartigen Abkühlung und damit
Senkung der Temperatur unter den Flammpunkt des aufstei
genden Gases führt.
Zum vierten schließlich ist gerade im Bereich des Ein
satzes 50 die für den Oxydationsvorgang erforderliche
intensive Vermischung der noch nicht oxydierten Gase
mit dem Sauerstoff aus der zugeführten Luft gegeben, so
daß die miteinander zur Reaktion zu bringenden Gasmole
küle (Verbrennungsgas/Sauerstoff) auch in Kontakt mit
einander kommen können.
Selbstverständlich werden auch Gase mit niedrigen Flamm
punkten, die in der unteren Brennkammer, dem Innenraum
14, nicht oxydieren konnten, beispielsweise aufgrund
Sauerstoffmangels, in diesem Bereich gezündet und
verbrannt.
Es hat sich herausgestellt, daß die Verbrennungstempera
turen so hoch und die Verbrennung so optimal ist, daß
praktisch keine Färbung der Flammen in dem Bereich
oberhalb des Einsatzes 50 mehr auftritt, wenn die Bedin
gungen optimal eingestellt werden.
In Fig. 8 ist der Bereich des Einsatzes 50 in der
Einschnürung 40 noch einmal verdeutlicht dargestellt.
Unten ist der Brennraum 14 zu erkennen, durch den die
Zuleitung 62 Luft zuführt, die aufgrund des Verlaufs der
Zuleitung 62 vorerwärmt ist. Die Luft wird in den Ein
satz 50, und zwar dort in den Ring 52 geführt, den sie
über Kanäle 51 (diese sind in Fig. 8 nicht angeschnit
ten) und Perforationen 52 den durchströmenden Verbren
nungsgasen zuführen.
Durch den Einsatz 50 schlingt sich spiralförmig der
Draht 55, der aufgrund seiner Umgebungstemperatur glü
hend wird. Er ragt nach oben und unten aus dem Einsatz
heraus. In diesem Bereich bewegen sich die Verbrennungs
gase und die Luftmoleküle sehr verwirbelt; dies aufgrund
der verschiedenen Strömungsrichtungen und der diversen
Strömungshindernisse, die von den Kanälen, den Drähten
usw. gebildet werden.
Oberhalb des Einsatzes 50 befinden sich weitere Drähte
56, die ebenfalls spiralförmig gewunden sind, im Gegen
satz zu den Drähten 55 jedoch keine horizontal, sondern
eine vertikal verlaufende Spiralachse besitzen.
In den Fig. 10 und 11 ist schematisch nochmals der Ein
satz 50 dargestellt mit seinen spiralförmig gewundenen
Drähten 55 bzw. 56 und den diversen Perforationen 52 in
den Kanälen 51.
Fig. 9 zeigt in den beiden oberen Schaubildern die Aus
führungsform des unteren Bereichs der Feuerungsvorrich
tung aus dem Bereich der Fig. 1 und 2. Die unterste Dar
stellung in Fig. 9 zeigte eine alternative Ausführungs
form mit nicht quadratischem, sondern kreisförmigem
Querschnitt der Feuerungsvorrichtung.
Die Fig. 13 zeigt eine andere Kombination einer Luft
zuführung, die eingesetzt werden könnte. Der Rest der
Feuerungsvorrichtung ist dabei weggelassen. Der untere
Ring zeigt die Zufuhrleitung 81 mit ihren Perforationen,
die der Brennstelle 10 Luft von allen Seiten zuführen.
Von der Zufuhrleitung 81 geht nach oben die Zufuhrlei
tung 61 ab, die durch den Brennraum führt und dem Ein
satz 50 vorerwärmte Luft zuführt. Der Einsatz 50 befin
det sich wiederum in der Einschnürung 40. Ein Stellmecha
nismus 60 mit Thermofühlern 64 stellt das Verhältnis
der vorerwärmten Luft ein.
In Fig. 12 ist der Aufbau ähnlich Fig. 2 dargestellt,
wobei hier der Elementenaufbau für die Montage skizzen
haft angegeben ist.
Die Fig. 14 schließlich zeigt eine Möglichkeit, wie
mittels eines Bimetallstreifens eine temperaturabhän
gige Regelung für eine Sichtscheibe geschaffen werden
kann. Eine rolloähnliche Vorrichtung wird vor eine
Sichtscheibe oberhalb der Einschnürung 40 gefahren.
Dargestellt ist eine Sicht aus dem Innenraum oberhalb
des Einsatzes 50. Die Sichtscheibe kann damit vor
hohen Temperaturen geschützt werden.
Claims (29)
1. Feuerungsvorrichtung mit einer von einer Wandung
rundum umgebenen Brennstelle, einer Luftzuführung
zur Brennstelle, einer Abzugseinrichtung zum Ab
führen der entstehenden Gase und einer Luftzuführung
zum Zuführen von Luft zu den entstehenden Gasen
während ihres Aufstiegs, dadurch gekennzeichnet,
daß oberhalb der Brennstelle (10) die Innenwandung
(31) der Feuerungsvorrichtung eine konzentrische
Einschnürung (40) aufweist, durch die die entstehen
den Gase aufsteigen und in der Vorrichtung (42)
für die Luftzuführung zu den entstehenden Gasen
während ihres Aufstiegs angeordnet sind, die eine
Verbrennung der aufsteigenden Gase in und oberhalb
der Einschnürung (40) ermöglichen.
2. Feuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Einschnürung (40) mit einem
Einsatz (50) versehen ist, durch welchen zugeführte
vorerwärmte Luft verteilt und bis in den zentralen
Bereich der Einschnürung (40) geführt wird.
3. Feuerungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Einsatz (50) aus einem Ring
mit den Ring sternförmig nach außen verbindenden
Kanälen (51) besteht, die ihrerseits mit einer
Zufuhr (61, 62) von vorerwärmter Luft verbunden
sind.
4. Feuerungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Kanäle (51) Perforationen aufweisen,
durch die die erwärmte Luft in den Zwischenraum
zwischen den Kanälen (51) treten kann.
5. Feuerungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Perforationen in den Kanälen
(51) in vertikaler Richtung höhenverteilt sind.
6. Feuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2
bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr (61, 62)
der vorerwärmten Luft in den Einsatz (50) an zwei
diametral einander gegenüberliegenden Bereichen
erfolgt und in einen äußeren Ring (52) eintritt,
der die sternförmigen Kanäle (51) miteinander ver
bindet.
7. Feuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2
bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr (61, 62)
durch den Bereich zwischen Brennstelle (10) und
Einsatz (50) tretende Zuleitungen (61, 62) aufweist,
die Luft aus dem Außenraum dem Einsatz (50) zuzu
führen, die durch den Kontakt mit den aufsteigenden
Verbrennungsgasen und Flammen vorerwärmt wird.
8. Feuerungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß zwei Zuleitungen (61, 62) vorgesehen
sind, die jeweils auf den ihren Lufteintritten
diametral gegenüberliegenden Seiten mit dem Einsatz
(50) verbunden sind.
9. Feuerungsvorrichtung nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz
(50) mit metallischen Drähten (55) versehen ist,
welche eine Reaktion der zuströmenden erwärmten
Luft mit den aufsteigenden Verbrennungsgasen begün
stigen.
10. Feuerungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Drähte (55) spiralförmig mit
im wesentlichen horizontaler Spiralachse und in
horizontaler Richtung und von einander beabstande
ten Spiralverbindungen angeordnet sind.
11. Feuerungsvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch
gekennzeichnet, daß jeder Draht (55) sowohl nach
oben als auch nach unten aus dem Einsatz (50) heraus
ragt.
12. Feuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9
bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Drähte
(56) in Schneckenform mit im wesentlichen vertikaler
Achse oberhalb des Einsatzes (50) voneinander beab
standet angeordnet sind.
13. Feuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9
bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zwischen
raum zwischen je zwei Kanälen (51) mit Drähten
(55) versehen ist.
14. Feuerungsvorrichtung nach einem vorstehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stellmechanismus
(60) vorgesehen ist, der eine Luftmengenregulierung
für die durch die Zuleitung (61, 62) strömende
Luft vornimmt.
15. Feuerungsvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch
gekennzeichnet, daß der Stellmechanismus (60) von
einem Thermofühler (64) gesteuert wird.
16. Feuerungsvorrichtung nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar
oberhalb der Einschnürung (40) ein Abschnitt vorgese
hen ist, der von einer Isolierung (70) gegenüber
dem Außenraum umgeben ist.
17. Feuerungsvorrichtung nach vorstehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich oberhalb
der Einschnürung (40) aus Glas bestehende Sichtfenster
aufweist.
18. Feuerungsvorrichtung nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnü
rung (40) kreisförmig ausgebildet ist.
19. Feuerungsvorrichtung nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb
der Einschnürung (40) ein Verteiler aufgehängt
ist, der die zentral aufsteigenden Verbrennungsgase
an den Rand lenkt, der in diesem Bereich von einem
gut leitfähigen Material gebildet wird.
20. Feuerungsvorrichtung nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstel
le (10) kreisförmig ist.
21. Feuerungsvorrichtung nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei andere
Zuleitungen (81, 82) vorgesehen sind, die vorerwärmte
Luft in zwei übereinanderliegenden Ebenen der Brenn
stelle (10) zuführen.
22. Feuerungsvorrichtung nach Anspruch 21, dadurch
gekennzeichnet, daß die beiden anderen Zuleitungen
(81, 82) Perforationen aufweisen, die ein Ausströmen
der vorerwärmten Luft zur Brennstelle (10) hin
erlauben.
23. Feuerungsvorrichtung nach Anspruch 21 oder 22,
dadurch gekennzeichnet, daß die Lufteintrittsöffnungen
der anderen Zuleitungen (81, 82) einander diametral
gegenüberliegen.
24. Feuerungsvorrichtung nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beabstandet
oberhalb des Einsatzes (50) Schamottsteine angeordnet
sind, welche zwischen sich Schlitze aufweisen,
durch die die aufsteigenden Verbrennungsgase abziehen
können.
25. Feuerungsvorrichtung nach Anspruch 24, dadurch
gekennzeichnet, daß im Bereich der Schamottsteine
eine zusätzliche Aufstiegsmöglichkeit für die
Verbrennungsgase durch eine Durchtrittsöffnung
in der den Aufstiegsschacht umgebenden Wandung
vorgesehen ist.
26. Feuerungsvorrichtung nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die horizontal
übereinanderliegenden Bereiche als vorgefertigte
transportable Bauelemente ausgeführt sind.
27. Feuerungsvorrichtung nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch den
Bereich oberhalb des Verbrennungsbereiches oberhalb
der Einschnürung (40) ein schräg verlaufender zusätz
licher Konvektionsschacht im Wärmetauscher vorgesehen
ist.
28. Feuerungsvorrichtung nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb
der Außenwandung der Brennstelle und des Aufstiegs
schachtes der Verbrennungsgase ein Außengehäuse
vorgesehen ist.
29. Feuerungsvorrichtung nach Anspruch 28, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen der Außenwandung und
dem Außengehäuse schwenkbare Klappen angeordnet
sind, die sich bei entsprechenden Druckverhältnissen
selbsttätig öffnen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4114490A DE4114490C2 (de) | 1990-05-04 | 1991-05-03 | Feuerungsvorrichtung |
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DE4114490A1 true DE4114490A1 (de) | 1992-03-19 |
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---|---|---|---|
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- 1990-05-04 DE DE9017669U patent/DE9017669U1/de not_active Expired - Lifetime
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- 1991-05-03 DE DE4114490A patent/DE4114490C2/de not_active Expired - Fee Related
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DE9017669U1 (de) | 1992-10-29 |
DE4114490C2 (de) | 1997-07-10 |
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