DE4435749C2 - Heizvorrichtung für feste Brennstoffe - Google Patents
Heizvorrichtung für feste BrennstoffeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung zum Verbrennen fester
Brennstoffe, sowie eine entsprechende Vorrichtung.
Feste Brennstoffe werden in vielen Kleinanlagen, wie z. B. in
verschließbaren Kamineinsätzen etc. zur Beheizung von Wohn
räumen benutzt, wobei häufig auch der offene Betrieb gewünscht
wird, damit das optische Erlebnis des offenen Feuers genossen
werden kann.
Um sowohl die Energieausbeute zu verbessern und vor allem den
Schadstoffgehalt der Rauchgase zu vermindern, ist es bereits
bekannt, die Rauchgase nicht direkt an die Umgebung abzuleiten,
sondern zunächst in einem Nachbrennraum unter zusätzlich
zugeführter Verbrennungsluft, der sogenannten Sekundärluft,
nochmals zu verbrennen, da im primären Brennraum bei
Feststoffverbrennung die Verbrennung in aller Regel noch nicht
ausreichend vollständig abläuft, und daher in den abströmenden
Rauchgasen noch sehr viele brennbare, noch nicht oxidierte Partikel
enthalten sind, worunter sich auch in vergleichsweise hohem Maße
als Schadstoffe einzustufende Stoffe befinden.
Aus der DE-PS 40 801 ist eine Heizvorrichtung für feste Brennstoffe
bekannt, deren Nachbrennraum in einer horizontalen Ebene
rohrförmige Hohlkörper angeordnet sind. Sekundärluft wird über in
den Hohlkörpern angeordneten Öffnungen in den Nachbrennraum
eingeblasen. Der Querschnitt dieser Hohlrohre ist prismatisch mit
einer in der Strömungsrichtung der Rauchgase zugewandten
Spitze, und die Austrittsöffnungen für die Rauchgase befinden sich
etwa auf halber Höhe zwischen der Spitze und der Basis des
Dreiecks.
Dabei ist es aus der US-PS 2 965 052 bekannt, rezirkulierte
Rauchgase und ggf. auch Sekundärluft entweder in den Brennraum
oder in den Nachbrennraum einzuleiten. Das Einleiten geschieht
jedoch nicht im Bereich des Primärabzuges, und im Primärabzug
sind auch keine Düsen angeordnet, wodurch sich der
Strömungsquerschnitt für die abgesaugten Rauchgase verengt.
Auch erfolgt die Zuführung der Rezirkulierten Rauchgase und ggf.
der Sekundärluft nicht über Hohlkörper, die zwischen sich die
Düsen bilden.
Weiterhin ist es aus der DE 31 25 429 bekannt, die aus dem
Brennraum in den Nachbrennraum abgesaugten Rauchgase über
eine Querschnittsverengung, also eine Düse, zu führen.
Gleiches offenbart auch die DE-PS 430 281, wobei dort zusätzlich
die Zuführung von Sekundärluft im Bereich der Düse vorgeschlagen
wird.
Es erfolgt jedoch keine Zuführung rezirkulierter Rauchgase, und die
Zufuhr erfolgt auch nicht über Hohlkörper im Bereich der Düse,
wobei die Düse zwischen den Hohlkörpern gebildet ist.
Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, eine
Düsenanordnung für eine solche Heizvorrichtung zu schaffen, die
für die Anwendung in Kleinanlagen und in ihrer Anwendung bzw. in
ihrem Aufbau einfach und kostengünstig ist, und dennoch eine hohe
Energieausbeute des Brennstoffes sowie einen geringen
Schadstoffgehalt der an die Umgebung abzugebenden Rauchgase
aufgrund guter Durchmischung der abgesaugten Rauchgase mit der
Sekundärluft bzw. mit den rezirkulierten Rauchgasen ergibt.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des
Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich
aus den Unteransprüchen.
Für Heizvorrichtungen, die sichtbar in Wohnräumen aufgestellt sind,
ist in der Regel eine breite, jedoch wenig hohe Düsenanordnung in
der Rückwand des Brennraumes aus optischen Gründen
erwünscht. Um hier eine möglichst gute Zumischung der übrigen
Bestandteile und effektive Nachverbrennung im Nachbrennraum zu
ermöglichen, werden dabei die Rauchgase des Primärabzuges dem
Nachbrennraum über mehrere, senkrecht nebeneinander stehende
Düsen hindurchgeleitet, so daß also diese Düsen eine Verringerung
ihres Strömungsquerschnittes in senkrechter Blickrichtung
aufweisen.
Um dabei eine optimale Zumischung von Sekundärluft und
rezirkulierten Rauchgasen aus der ersten Abgasrückführung zu
ermöglichen, wird jede Düse durch den Abstand zweier senkrecht
nebeneinander im Abstand angeordneter Hohlkörper gebildet, die in
der Aufsicht einen etwa dreieckigen oder kegelstumpfförmigen
Querschnitt, mit der Spitze zum Brennraum und der Basis zum
Nachbrennraum hin, aufweisen. Diese Hohlkörper werden mit
Sekundärluft und/oder den Rauchgasen der primären
Abgasrückführung beschickt, und haben deshalb im Bereich ihrer
Seitenflächen zu den zwischen sich gebildeten Düsen hin
entsprechende Austrittsöffnungen.
Allerdings ist der bauliche Aufwand für eine derartige
Düsenanordnung relativ hoch, da mehrere Hohlkörper, meist aus
feuerbeständigem Stahlblech bestehend, hergestellt werden
müssen, mit den entsprechenden Versorgungsleitungen dicht
verbunden werden müssen, und darüber hinaus ist ein die gesamte
Düsenanordnung aus Montagegründen fest umschließender
Rahmen erforderlich, der in eine entsprechende Öffnung in der
Rückwand des Brennraumes eingesetzt werden kann. Bedenkt man
zusätzlich, daß eine derartige Konstruktion aus Stahlblech enormen
Wärmedehnungen (von 20°C auf 1000°C: 10 bis 20 mm pro Meter
Baulänge) aufweist, so wird klar, daß eine derartige
Stahlblechkonstruktion bei den vorhandenen Temperatur
schwankungen einem sehr starken Verzug unterworfen sein wird,
und unter Umständen die vorhandenen Schweißverbindungen,
Biegekanten etc. mit der Zeit reißen können. Um einerseits diese
Temperaturdehnungen aufzufangen und andererseits die
Herstellung zu vereinfachen und zu verbilligen, werden
vorzugsweise nur die Hohlkörper selbst sowie die sie versorgenden
Zufuhrleitungen aus gebogenen und geschweißten Stahlblechen
hergestellt, während der die Düsenvorrichtung zusammenhaltende
Rahmen, in dem die Hohlkörper und ihre Versorgungsleitungen
stecken bzw. an diesem anliegen, und den sie ganz oder teilweise
durchdringen, aus einem oder mehreren Teilen als Formkörper aus
gegossenem, feuerfestem massivem Material wie etwa feuerfestem
Beton, SIC-Keramik, Schamotte oder Ähnlichem besteht.
Bei den Hohlkörpern selbst kann der vorhandene Hohlraum
ungeteilt sein, und damit der Zufuhr entweder von Sekundärluft oder
von rezirkulierten Rauchgasen in die Düsenanordnung hinein
dienen. In diesem Fall sind innerhalb der Düsenanordnung
nebeneinanderliegend immer abwechselnd ein Hohlkörper für die
Zufuhr von Sekundärluft und ein Hohlkörper für die Zufuhr von
rezirkuliertem Rauchgas angeordnet, was durch Verbindung der
jeweiligen Hohlkörper mit den unterschiedlichen Zuführungen
erreicht wird.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Querschnitt der
Hohlkörper in der Längsmittelachse nochmals durch ein Blech zu
unterteilen, und in der einen Hälfte mit Sekundärluft und in der
anderen Hälfte mit Rauchgasen des Sekundärabzuges zu
beaufschlagen. Dies bedingt jedoch einerseits einen höheren
Herstellungsaufwand für die Hohlkörper, und andererseits eine
kompliziertere Verbindung mit den beiden wechselseitigen
Zufuhrleitungen. Die Hohlkörper selbst sind entweder aus einem
winklig gebogenen Frontblech gebildet, welches die Spitze des
Hohlkörpers bildet, und einen in die offene Basis eingesetzten
Boden, wobei die Austrittsöffnungen 26 vom dadurch
eingeschlossenen Hohlraum zur Umgebung hin vorzugsweise in der
Nähe dieses Bodens reihenartig angeordnet sind, und vor dem
Biegen des Frontbleches durch Stanzen etc. erzeugt werden.
Teilweise können durch diese Austrittsöffnungen hindurch auch
entsprechende Fortsätze des Bodens nach außen ragen, was eine
formschlüssige Verbindung der beiden Teile ergibt.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Boden selbst wiederum
in Form eines flachen U auszubilden, dessen frei endende äußere
Schenkel in ihrer Winkelstellung den Schenkeln des Frontbleches
entsprechen, jedoch einen geringeren gegenseitigen Abstand
haben. Ein solcher Boden kann so in das Frontblech eingeschweißt
werden, daß ihre jeweiligen frei endenden Schenkel auf derselben
Höhe enden, und die Schweißstellen werden an den Biegungen des
Bodens angeordnet. Damit bleibt zwischen den Schweißstellen
Durchtrittsraum in den freien Abstand zwischen den frei endenden
Schenkeln von Frontblech und Boden hinein, die damit zusammen
die Austrittsöffnungen des Hohlkörpers bilden.
Unabhängig davon, ob die Hohlkörper in einem umgebenden
Rahmen aufgenommen oder einzeln angeordnet sind, ist es
vorteilhaft, die Größe der Austrittsöffnungen der zuzuführenden
Gase aus den Hohlkörpern in die Düsenanordnung hinein
veränderbar zu gestalten. Zu diesem Zweck können beispielsweise
die Einzelteile, aus welchen die Hohlkörper bestehen, in ihrem
gegenseitigen Abstand zueinander verstellbar sein, wobei der
dazwischen befindliche, dadurch veränderte Spalt die
Austrittsöffnung darstellt.
Gegenüber einem aus V-förmigen Frontteil und U-förmigen Boden
bestehenden Hohlkörper ist es ebenfalls denkbar, einen weiteren,
zweiten Boden zu verwenden, so daß durch die drei im Abstand
zueinander stehenden und befestigten Teile zwei getrennte
Zufuhrräume, diesmal allerdings in Durchströmungsrichtung der
Düsenanordnung hintereinanderliegend, geschaffen werden. Deren
gegenseitiger Abstand und damit die Größe der jeweiligen
Austrittsöffnungen wird dabei vorzugsweise in Abhängigkeit vom
Restsauerstoffgehalt der den Nachbrennraum verlassenden
Rauchgase eingestellt. Dies kann über ein automatisches Stellglied
wie etwa einen Servomotor geschehen, oder manuell, indem - für
einen einzelnen Hohlkörper oder für die gesamte Düsenanordnung -
dieser gegenseitige Abstand z. B. mit Hilfe eines Schraubgewindes
verstellt werden kann.
Dadurch, daß die freien Schenkel des bzw. der Böden sowie des
Frontteiles solcher Hohlkörper im Abstand zueinander entweder
parallel oder gar im spitzen Winkel zum Ende hin aufeinanderzu
verlaufend ausgebildet sind, ergeben sich Vorteile gegenüber der
Ausbildung von Austrittsöffnungen in Form einfacher Bohrungen
oder Durchbrüche in Blechwandungen:
Denn zum einen wird durch diese über eine gewisse Strecke
parallel laufenden freien Schenkel eine kanalartige, über eine
gewisse Strömungsstrecke gebildete, Ausformung der
Austrittsöffnung erzielt, wodurch den ausströmenden Gasen eine
Ausströmrichtung durch laminares Strömen aufgezwungen wird,
diese Gase also aufgrund ihrer kinetischen Energie nach Verlassen
der Austrittsöffnung relativ weit in den Raum der Düse
hineinströmen, was eine gute Vermischung mit den Rauchgasen
des Primärabzuges ergibt.
Auf der anderen Seite verhindert diese kanalartige Ausbildung
jedoch auch Ablagerungen wie Staub, Oxidationsrückstände oder
Ähnliches an den Austrittsöffnungen, da diese durch die gerichtet
entlangströmenden Gase auch ständig wieder abgetragen werden.
Ein Zusetzen der Austrittsöffnungen wird damit weitestgehend
verhindert.
Darüberhinaus sind auch andere Formen in der
Querschnittsausbildung der Hohlkörper denkbar:
Beispielsweise kann sich an das vordere, V-förmige Frontblech
anstelle eines oder zweier Böden ein Rohrprofil anschließen,
dessen Querschnitt in etwa der Breite des Frontteiles am hinteren
Ende entspricht. Als Zufuhrräume für Sekundärluft und die
Rauchgase der ersten Abgasrückführungen kommen dann
einerseits der Rohrquerschnitt selbst und andererseits der durch
das Frontteil und das in engen Abstand angeordnete Rohr gebildete
Hohlraum in frage. Um aus dem Rohrquerschnitt Gas austreten zu
lassen, müssen im Rohrquerschnitt selbstverständlich ebenfalls
Austrittsöffnungen vorgesehen werden, und zwar vorzugsweise in
der Nähe des Abstandes zwischen dem V-förmigen Frontteil und
dem Rohr, jedoch noch innerhalb der dem Frontteil zugewandten
Hälfte des Rohrprofiles.
Eine andere Lösung, die sich jedoch vor allem bei im Boden des
Brennraumes, unterhalb des Brennstoffes, angeordneten
Primärabzug anbietet, ist die Verwendung eines Frontteiles,
welches nicht V-förmig, sondern vorzugsweise trapezförmig oder
halbrund, etwa ein halbiertes Rohrprofil, ist. Im Abstand dahinter
angeordnet kann wiederum ein U-förmiger Boden sein, dessen freie
Schenkel wiederum nicht parallel zueinander, sondern im Winkel
nach außen abstrebend verlaufen.
Gegenüber den V-förmigen Frontteilen besteht der Vorteil darin,
daß das in diesem Fall auf diesen Hohlkörpern lagernde Brenngut
nicht so leicht in den sich sehr stark verengenden Querschnitt der
einzelnen Düsen zwischen den Hohlkörpern hineinfallen kann und
andererseits die Auflagefläche auf den Hohlkörpern größer ist.
In allen Fällen kann die Größe der Austrittsöffnungen durch relative
Verstellung der Einzelteile der Hohlkörper gegeneinander eingestellt
werden.
Der Rahmen selbst ist vorzugsweise einstückig ausgebildet, je nach
Bauform sind jedoch auch zwei oder gar mehr Einzelteile
notwendig, wobei die Trennfläche zwischen zwei Einzelteilen
entweder eine Ebene rechtwinklig zur Durchströmungsrichtung der
Düsenanordnung sein kann, oder auch eine Ebene parallel hierzu
und senkrecht zur Längsrichtung der Hohlkörper.
Ein derart gegossener ausgebildeter Rahmen ist nicht nur einfacher
und billiger herzustellen, sondern weist auch eine etwa um den
Faktor 100 geringere Wärmedehnung auf als feuerbeständiges
Stahlblech. Dies erleichtert den Einbau dieses Rahmens in die
Öffnung z. B. in der Rückwand einer entsprechenden
Heizvorrichtung ganz erheblich, jedoch muß andererseits die
wesentlich größere Wärmedehnung der Hohlkörper gegenüber dem
praktisch keiner Wärmedehnung unterliegenden Rahmen
ausgeglichen werden. Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, daß
in Längsrichtung der Hohlkörper das freie, in der Regel
verschlossene, Ende der Hohlkörper im kalten Zustand keiner allzu
nah liegenden Begrenzungsfläche des Rahmens gegenüberliegt.
Vielmehr durchdringen die Hohlkörper in der Regel den einen - z. B.
oberen - Schenkel des Rahmens vollständig, enden dagegen im
gegenüberliegenden - z. B. unteren - Schenkel entweder in einem
Sackloch oder ebenfalls in einer Durchgangsöffnung des Rahmens,
wobei selbst bei Enden in einem Sackloch ein ausreichender Kalt-
Abstand zwischen Hohlkörper und Boden des Sackloches im
Rahmen gegeben ist, um die Wärmedehnung aufnehmen zu
können.
In Querschnittsrichtung der Hohlkörper sind die entsprechenden
Ausnehmungen und Durchbrüche im Rahmen im kalten Zustand
deutlich größer als die entsprechenden Außenquerschnitte der
Hohlkörper. Um vor allem bei den Öffnungen im unteren Schenkel
des Rahmens in diesen Zwischenraum ein Hineinfallen von
Ascheteilen etc. zu verhindern, kann dieser Zwischenraum durch
eine z. B. am Außenumfang des Formkörpers befestigte und den
Spalt überlappende Manschette aus Stahlblech etc. abgedeckt
werden.
Eine besonders einfache Bauform der Düsenanordnung wird erzielt,
wenn die Hohlkörper abwechselnd für die Zufuhr von Sekundärluft
und Rauchgasen des Sekundärabzuges verwendet werden, und die
Versorgungsleitungen für die beiden Gase hierfür einerseits
oberhalb bzw. im oberen Schenkel des Rahmens und andererseits
unterhalb bzw. im unteren Schenkel des Rahmens angeordnet und
fest mit ihren jeweiligen zugeordneten Hohlkörpern verbunden,
vorzugsweise verschweißt sind. Bei einer solchen Lösung können
die gesamten, aus Hohlkörpern und Zuleitung bestehenden,
Baueinheiten aus Stahlblech in einen einstückig ausgebildeten, mit
entsprechenden Durchbrüchen ausgestatteten Rahmen von oben
bzw. unten einfach eingeschoben werden. Auf die einstückige
Bauform des Rahmens muß nur dann verzichtet werden, wenn die
Manschetten zur Abdeckung des Spaltes zwischen den
Hohlkörpern und den entsprechenden Ausnehmungen im Rahmen
vor dem Zusammensetzen der Düsenanordnung bereits fest mit den
Hohlkörpern verbunden sind.
Selbst in diesem Fall kann die einstückige Bauform des Rahmens
beibehalten werden, wenn dieser Rahmen - in der Aufsicht
betrachtet - die Hohlkörper nicht vollständig umschließt, sondern
nur auf ihrer Vorderseite, also zum Brennraum hingerichtet, und im
Bereich zwischen den Hohlkörpern, nicht jedoch auf ihrer
Rückseite, dadurch wäre es möglich, die Hohlkörper und damit die
gesamten Stahlblechteile der Düsenanordnung in die rückseitig
offenen, entsprechenden Ausnehmungen des Rahmens einfach
einzuschieben, wodurch auch das Problem des Spaltes in der
Querschnittsdarstellung der Hohlkörper gegenüber dem Rahmen
sich teilweise selbst behebt, da bei einem dichten Einschieben im
kalten Zustand und einer nachfolgenden Erwärmung die sich stark
dehnenden Stahlblech-Hohlkörper sich automatisch aus den sich
nach hinten keilförmig öffnenden Ausnehmungen des Rahmens
teilweise hinausbewegen.
Zusätzlich kann bei einem derart als Formteil gegossenen Rahmen
die Düsenwirkung der Düsenanordnung weiter verstärkt werden,
indem zusätzlich zur Verjüngung der Düsen in der waagerechten
Ebene eine Verjüngung des Gesamt-Krümmungs-
Strömungsquerschnittes in der vertikalen Ebene erzielt wird, indem
der obere und untere Schenkel des Rahmens teilweise oder im
Ganzen von der Brennraumseite aus zum Inneren des Rahmens hin
schräg nach innen geneigt ausgebildet ist.
Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im folgenden anhand
der Figuren beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1: eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäße
Düsenanordnung,
Fig. 2: Querschnittsdarstellungen der Bauformen von
Hohlkörpern,
Fig. 3: eine rückseitige Ansicht einer dieser Bauformen
der Fig. 2,
Fig. 4: Schnittdarstellungen einer Düsenanordnung,
und
Fig. 5-7: Schnittdarstellungen anderer Bauformen der
Hohlkörper
Die folgenden Figuren zeigen Lösungen einer Düsenanordnung 7,
bei denen die düsenförmige Verengung in der Düsenanordnung
hauptsächlich in einer horizontalen Ebene betrachtet stattfindet, wie
am besten in der Aufsicht der Fig. 1 und 2 zu erkennen.
Da die Düsenanordnungen in der Höhe möglichst gering gehalten
sein sollen, um hinter dem Brennstoff bzw. den Flammen möglichst
wenig sichtbar zu sein, ergibt sich auf diese Art und Weise eine
Düsenanordnung 7, die wesentlich breiter als hoch ist. Dadurch ist
bei Verengung in einer horizontalen Ebene das
Nebeneinanderanordnen von mehreren Düsen 40 innerhalb der
Düsenanordnung 7 notwendig. Die einzelnen Düsen werden dabei
durch den sich in der Aufsicht in Durchströmungsrichtung der
Rauchgase vom Primärabzug 14 zum Nachbrennraum 13
reduzierenden Abstand zwischen je zwei nebeneinanderstehenden
Hohlkörpern 24, 25 gebildet. Diese Hohlkörper, wie sie im Detail
etwa in Fig. 2 in unterschiedlichen Bauformen dargestellt sind,
haben eine sich in Durchströmungsrichtung verbreitende
Außenkontur, so daß durch das Nebeneinandersetzen mehrerer
solcher Anströmkörper dazwischen die einzelnen Düsen 40 gebildet
werden. Die Hohlkörper 24, 25 haben damit einen vorzugsweise
dreieckigen oder kegelstumpfförmigen Querschnitt in der Aufsicht,
wobei jedoch auch halbkreisförmige oder aus Herstellungsgründen
kreisförmige Querschnitte wegen der Verwendung einfacher oder
halbierter Rohre denkbar sind.
Bei den in Fig. 2 dargestellten Bauformen sind die Hohlkörper 24
bzw. 25 jeweils aus einem winklig gebogenen, V-förmigen Frontteil
gebildet, dessen Basis durch einen Boden 28, also ein dort
eingeschweißtes oder eingeklemmtes, Blechteil verschlossen ist,
wodurch der Hohlraum im Inneren des Zufuhrteiles gebildet wird.
Bei der obersten Darstellung in Fig. 2 hat dieser Hohlraum, über
welchen Sekundärluft oder die Rauchgase des Sekundärabzuges
der Düsenanordnung zugeführt werden, im hinteren Teil des
Frontbleches, nahe am Boden 28, in Längsrichtung beabstandet
eine Vielzahl von Austrittsöffnungen 26, wobei es sich auch um
einen mehr oder weniger durchgehenden Schlitz entlang dieses
Bodens handeln kann. Die freien Enden des Frontteiles 27 stehen
dabei nach hinten über den Boden 28 vor und sollen damit in den
Nachbrennraum 13 hinein vorstehen, um dort beim Einströmen des
Gasgemisches eine besonders gute Verwirbelung und Vermischung
der einzelnen Komponenten zu bewirken.
Gegenüber dieser obersten Bauform ist in der mittleren Bauform der
Fig. 2 der Hohlraum im Inneren des Hohlkörpers zusätzlich durch
eine wiederum aus Blech bestehende, und eingeschweißte oder
eingespreizte, Trennwand 44 in der Symmetrieebene des
Hohlkörpers in zwei nicht miteinander in Verbindung stehende
Hohlräume geteilt. Dadurch kann - bei ansonsten gleicher
Ausbildung des Hohlkörpers - über jeden der beiden separaten
Hohlräume einerseits Sekundärluft und andererseits Rauchgas aus
dem Sekundärabzug der Düsenanordnung zugeführt werden.
Die unterste Darstellung der Fig. 2 zeigt eine konstruktiv etwas
abweichende Variante, wobei der Boden 28 selbst wieder etwa U-
förmig ausgebildet ist, jedoch mit einer Breite etwas geringer als die
Breite am hinteren, offenen Ende des V-förmigen Frontteiles 27.
Werden die beiden Teile so zusammengesetzt, daß die hinteren,
freien Enden ihrer Schenkel etwa auf gleicher Höhe enden, so
besteht auf beiden Seiten zwischen dem freien Ende des Frontteiles
27 und dem freien Schenkel 28a, 28b des Bodens 28 ein Abstand,
der als Austrittsöffnung 26 für das jeweils zuzuführende Gas dient.
Die Verbindung zwischen dem Bodenteil 28 und dem Frontteil 27
kann dabei etwa im Bereich der jeweiligen Biegung des Bodens 28
durch eine in der Tiefe entsprechend dicke Schweißstelle 41
gebildet werden, von denen in Längsrichtung eine Vielzahl
beabstandet zueinander aufgebracht werden, wie in Fig. 3 in einer
rückwärtigen Ansicht des untersten Hohlkörpers der Fig. 2
dargestellt. Damit entstehen zwischen den einzelnen
Schweißstellen 41 eine Vielzahl von Austrittsöffnungen 26, die eine
gute Vermischung des hier ausströmenden Gases mit den
Rauchgasen in der Düse 40 bewirken.
Die freien Schenkel 28a, 28b sind entweder genau parallel zur
Winkelstellung der freien Schenkel des Frontteiles 27 oder sich
gegen deren Ende hin annähernd bewirkt weiterhin, ob die
Austrittsöffnungen 26 als einfache Öffnungen oder als düsenförmige
Öffnungen gestaltet sind.
Um für die einzelnen Hohlkörper 24, 25 einer Düsenanordnung 7
nicht weitere, zu aufwendige Blecharbeiten durchführen zu müssen,
wobei die in jede Richtung wirksame, sehr starke
Temperaturdehnung dieser Stahlblech-Teile eine sehr nachteilige
Rolle spielt, werden diese Hohlkörper 24, 25 in einem Rahmen 29
mit entsprechenden Ausnehmungen und Durchlässen eingesetzt,
wie er in Fig. 4 dargestellt ist, und vorzugsweise aus gießfähigem,
feuerfestem Material wie etwa Schamotte oder feuerfestem Beton
hergestellt. Dieses Material weist eine wesentlich geringere, fast zu
vernachlässigende Wärmedehnung auf.
Wie in Fig. 4 dargestellt, wird - bei abwechselnder Anordnung von
Hohlkörpern 24 und 25 für die Zufuhr von Sekundärluft bzw.
rezirkuliertem Rauchgas - die jeweiligen senkrecht stehenden
Hohlkörper 24 bzw. 25 mit einer sie versorgenden, hierzu quer
verlaufenden Versorgungsleitung 24a bzw. 25a für die Zufuhr des
jeweiligen Gases dicht verbunden, vorzugsweise durch dichtes aber
bewegliches Einstecken der Hohlkörper in die jeweilige
Versorgungsleitung.
Wie in Fig. 4a zu erkennen, liegt dabei die jeweilige
Versorgungsleitung 24a, 25a längs auf dem oberen bzw. unteren
Querschenkel des Rahmens 29 auf bzw. in einer dort vorgefertigten
Vertiefung. Die von der Versorgungsleitung nach oben bzw. unten
abstrebenden Hohlkörper 24, 25 erstrecken sich zunächst einmal
durch entsprechend groß dimensionierte Durchlasse 32 in diesem
querverlaufenden Schenkel des Rahmens 29 hindurch in den
inneren Freiraum 45 hinein, der die eigentliche Düsenanordnung 7
bildet und erreichen mit ihrem freien, in der Regel verschlossenen
Ende den gegenüberliegenden, unteren bzw. oberen, Querschenkel
des Rahmens 29. Dort ragen die Hohlkörper 24, 25 mit ihren freien
Enden in entsprechende Vertiefungen 31 hinein, wobei im kalten
Zustand zwischen dem freien Ende der Hohlkörper 24, 25 und dem
Boden dieser Vertiefungen 31 ein so großer Abstand verbleibt, daß
die beim Aufheizen auftretende Längendehnung der Hohlkörper
problemlos aufgefangen werden kann.
Da die Hohlkörper sich durch die Wärmedehnung auch in der Dicke
ausdehnen, sind die Durchlasse 32 und Verteifungen 31 auch in
ihrer Querschnittsform größer als die Hohlkörper im kalten Zustand.
Vor allem bei den im unteren Schenkel des Rahmens 29
vorhandenen Durchlasse bzw. Vertiefungen werden dabei die im
kalten Zustand besonders großen Ritzen entlang des Umfanges
zwischen Hohlkörpern und dem umgebenen Rahmen 29 durch eine
Art Manschette in Form eines Kragens 33 abgedeckt. Der Kragen
33 besteht in der Regel ebenfalls aus feuerfestem Stahlblech wie
die Hohlkörper, und kann, muß jedoch nicht, an diesem fest
angeordnet sein. Beispielsweise kann ein solcher Kragen lose auf
die Hohlkörper aufgesteckt werden, was die Montage der
Düsenanordnung sehr erleichtert.
Um die Wirkung der Düsenanordnung 7 weiter zu steigern, kann die
düsenförmige Verengung, die in der Lösung gemäß Fig. 4 vor allem
in der horizontalen Ebene wie in Fig. 4b dargestellt, durch eine
weitere düsenförmige Verengung bedingt durch den oberen und
unteren Schenkel des Rahmens 29 in einer senkrechten Ebene
unterstützt werden. Zu diesem Zweck verengt sich der Abstand
zwischen der oberen und unteren Schenkel des Rahmens 29, der in
der Regel in der Tiefe, also der Breite der Fig. 4c, betrachtet in
Durchströmungsrichtung der Rauchgase vor dem Hohlkörper
beginnt und meist erst hinter diesem endet, sowohl in dem Bereich
vorher als auch in dem Bereich nachher gegeneinander, wodurch
auch in der Vertikalen eine Querschnittsverringerung des
Freiraumes 45 des Rahmens 29 und damit der Düsenanordnung 7
gegeben ist.
Vorzugsweise ist der Rahmen 29, wie in den Fig. 4 dargestellt,
einstückig gegossen. Wenn jedoch aus Herstellungsgründen die
Manschetten 33 fest mit den Hohlkörpern 24, 25 verbunden sein
sollen, ist ein Hindurchstecken der Hohlkörper durch den
einstückigen Rahmen 29 von oben bzw. unten her in der Regel
nicht möglich. In diesem Fall wird der Rahmen 29 entweder aus
zwei getrennten Teilen 29a, 29b hergestellt, die sich in einer
senkrechten Mittelebene berühren, wie im rechten Teil der Fig. 1
dargestellt.
Eine andere Möglichkeit besteht dann auch darin, die Durchlasse
32 bzw. Vertiefungen 31 z. B. zur Rückseite des Rahmens hin offen
zu lassen, so daß die Hohlkörper nur seitlich und vorne vom
Rahmen 29 umschlossen werden, nicht jedoch auf ihrer Rückseite.
Dadurch wäre ein Einschieben der Hohlkörper 24 bzw. 25 von der
Rückseite her in den Rahmen 29 hinein möglich, wie in der linken
Darstellung der Fig. 1 dargestellt, am besten unterstützt von einer
auf der Rückseite der Zuführung angeordneten Halterung.
Fig. 1 zeigt weiterhin am rechten Rand, daß es - bis zu einer
gewissen Breite der Düsenanordnung - auch möglich ist, über die
Hohlkörper 25 lediglich die Rauchgase aus dem Sekundärabzug der
Düsenanordnung zuzuführen, die Sekundärluft 5 dagegen seitlich,
entlang der Seiten des Brennraumes und durch einen
entsprechenden Durchlaß 46 im Rahmen 29 hindurch schräg in die
Düsenanordnung oder den danach folgenden Nachbrennraum 13
einzuleiten.
Fig. 5 zeigt einen aus V-förmigen Frontteil 27 und
dahinterliegendem Rohr bestehenden Hohlkörper. Die
Rauchgasrückführung 11 erfolgt dabei beispielsweise indem durch
Frontteil 27 und Rohr 48 gebildeten Hohlraum, und der Abstand
zwischen beiden Teilen stellt die Austrittsöffnung 26 für die
Rauchgase der Rückführung 11 dar. Weitere Austrittsöffnungen 26'
für die Sekundärluft bestehen in Öffnungen im Querschnitt des
Rohres 48, und zwar knapp außerhalb des von dem Frontteil 27
abgedeckten Teiles des Rohrquerschnittes 48, aber noch innerhalb
der diesem Frontteil 27 zugewandten Hälfte des Rohrquerschnittes.
Fig. 6 zeigt demgegenüber eine Lösung, wie sie vorzugsweise bei
einer Positionierung der Düsenanordnung 7 unterhalb des
Brennstoffes 3, also im Boden des Brennraumes 2, sinnvoll ist:
Denn auf den etwa halbierten, runden Rohrprofilen 49, die das
Frontteil bilden, bietet sich eine große Auflagefläche für den
Brennstoff, und gerade im oberen Bereich der Düsenanordnung ist
die Verengung stärker als im tieferliegenden Bereich, wodurch das
Hineinfallen von Brennstoff in den Zwischenraum zwischen die
Hohlkörper und das Verstopfen der Düsenanordnung relativ gering
gehalten wird.
Auf der vom Brennraum 2 abgewandten Seite folgt auf das halbe
Rohrprofil 49 wiederum ein Boden 48 mit im wesentlichen U-
förmiger Gestalt und winklig nach außen abstrebenden freien Enden
28a, 28b. Diese freien Enden 28a, 28b stehen weiter in die Düse 40
hinein vor als das halbe Rohrprofil 49. Durch ihre Stellung in einem
spitzen Winkel zur Durchströmungsrichtung des Primärabzuges 14
wirken sie zusätzlich als Prallblech, und verbessern die
Vermischung zwischen dem einströmenden Gas.
Auch bei dieser Lösung kann - ebenso wie auch bei der Lösung
gemäß Fig. 5 - durch Veränderung des Abstandes zwischen dem
Frontteil, in diesem Falle dem halben Rohrprofil 49, und dem Boden
28 die Größe der Austrittsöffnungen 26 verstellt werden. Die
Verstellung erfolgt durch Verschrauben eines der Teile entlang
einer Gewindestange, die in etwa auf der Symmetrielinie des
Hohlkörpers verläuft und mit dem anderen Teil fest verbunden ist.
Eine wiederum etwas andere Form der Hohlkörper, wie sie vor
allem für senkrechtstehende Hohlkörper Verwendung finden kann,
ist in Fig. 7 dargestellt. Der Hohlkörper ist dabei ähnlich den
Darstellungen in Fig. 2 ausgebildet, jedoch mit einem zusätzlichen
Boden 28', so daß zwischen Frontteil 27, erstem Boden 28 und
zweitem Boden 28' zwei getrennte Zufuhrräume für Sekundärluft
und das Rauchgas der ersten Abgasrückführung 11 gebildet
werden. Auch dabei ist gegenüber dem in der Mitte liegenden,
ersten Bodens 28 der Abstand zumindest des zweiten Bodens 28',
vorzugsweise jedoch auch des Frontteiles 27, durch Verschraubung
dieser Teile entlang einer Gewindestange, die fest mit dem ersten
Boden 28 verbunden ist, verstellbar. Anstelle einer Gewindestange
kann auch ein Hebelgestänge etc. verwendet werden, was dabei
vor allem die Möglichkeit der gemeinsamen Verstellung mehrerer
Hohlkörper, z. B. über die gesamte Düsenanordnung 7, gibt.
Dabei ist es vorteilhaft, daß die freien Schenkel 28a, 28b bzw. 28'a,
28'b bzw. 27a, 27b, die im wesentlichen parallel oder vorzugsweise
gegen das freie Ende zu gegeneinander im spitzen Winkel
annähernd verlaufen, über eine ausreichende Strecke
nebeneinander liegen, wodurch die entsprechenden
Austrittsöffnungen 26 kanalartig ausgebildet werden. Durch diese in
Längsrichtung zu durchströmende Distanz dieser kanalartigen
Ausbildungen wird den ausströmenden Gasen, also der
Sekundärluft 5 oder dem Rauchgas der ersten
Rauchgasrückführung 11 eine Strömungsrichtung aufgezwungen,
mit welcher diese in das Rauchgas des Primärabzuges 14 im
spitzen Winkel einströmen, und aufgrund ihrer vorhandenen
kinetischen Energie relativ weit in die Strömung des Primärabzuges
14 eindringen, was eine gute Durchmischung bewirkt.
Eine weitere Verbesserung der Durchmischung ergibt sich, wenn
die freien Schenkel 28'a, 28'b des hintersten Bodens 28' weiter
nach außen vorspringen als die entsprechenden freien Schenkel
der davorliegenden Teile des Hohlkörpers 24, da durch die
Schrägstellung dieses freien Schenkels gegenüber der
Strömungsrichtung des Primärabzuges 14 dieses freie Ende
zusätzlich als eine Art Prallfläche wirkt, und eine zusätzliche
Verwirbelung an dieser Stelle unter Durchmischung mit den
zugeführten Gasen bewirkt.
2
Brennraum
5
Sekundärluft
7
Düsenanordnung
11
erste Abgasrückführung
13
Nachbrennraum
14
Primärabzug (unten/hinten)
24
Hohlkörper
25
Hohlkörper
26
Austrittsöffnung
27
Frontteil
28
erster Boden
28'
zweiter Boden
28
a,
28
b freie Schenkel
29
Rahmen
31
Vertiefung
32
Durchlaß
33
Kragen
34
Hohlraum
40
Düse
41
Schweißstelle
44
Trennwand
45
Freiraum
46
Durchlaß
48
Rohr
49
Halbrohrprofil
Claims (21)
1. Heizvorrichtung für feste Brennstoffe, mit
- 1. - einem Brennraum (2), welcher über einen Primärabzug (14) mit einem Nachbrennraum (13) verbunden ist, in welchem die aus dem Brennraum (2) abgesaugten Rauchgase nachver brannt werden,
- 2. - mit im Primärabzug angeordneten, voneinander beabstande ten rohrförmigen Hohlkörpern (24, 25),
- 3. - wobei die lichten Durchlässe zwischen den Hohlkörpern (24, 25) Düsen für die abgesaugten Rauchgase bilden, und
- 4. - welche mit Austrittsöffnungen (26) versehen sind, über welche die über die Hohlkörper (24, 25) zugeführte Sekundärluft und rezirkuliertes Rauchgas ausgeblasen wird, und
- 5. - wobei die Hohlkörper (24, 25) eine in Strömungsrichtung des Primärabzuges (14) sich verbreiternde Außenkontur aufweisen,
- 6. - deren Nachbrennraum (13) und deren gegenüberliegendes schmaleres Ende zum Brennraum (2) weist,
2. Heizvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die durch die Hohlkörper (24, 25) und die dazwischen ausgebildeten
Düsen gebildete Düsenanordnung senkrecht angeordnet ist.
3. Heizvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die durch die Hohlkörper (24, 25) und die dazwischen ausgebildeten
Düsen gebildete Düsenanordnung waagerecht angeordnet ist.
4. Heizvorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Höhe des Primärabzug (14) geringer ist als seine Breite, wenn
der Primärabzug (14) in der Rückwand des Brennraumes (2)
angeordnet ist.
5. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
die Hohlkörper (24, 25) einen etwa dreieckigen Querschnitt
aufweisen, dessen Basis zum Nachbrennraum (13) und dessen
gegenüberliegende Spitze zum Brennraum (2) weist.
6. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Hohlkörper (24, 25) in der Symmetrieebene ihres Querschnittes
in zwei getrennte Hohlräume für die Zufuhr von Sekundärluft (5) und
das rezirkulierte Rauchgas (11) unterteilt sind.
7. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die schmaleren Enden der Hohlkörper (24, 25) über die
brennraumseitige Begrenzungswand des Nachbrennraumes (13)
hinaus in den Brennraum (13) hinein vorstehen.
8. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Austrittsöffnungen (26) kanalartig ausgebildet sind und dadurch
dem aus dem Hohlkörper ausströmenden Gas eine
Ausströmrichtung aufzwingen.
9. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Hohlkörper (24, 25) aus
- 1. - einem V-förmigen Frontteil (27),
- 2. - einem rückwärtigen, dem Nachbrennraum (13) zugewandten ersten Boden (28) mit etwa U-förmigem Querschnitt, dessen freie Schenkel (28a, 28b) etwa in Richtung der freien Enden des Frontteiles (27) verlaufen und
- 3. - einem in Richtung des Nachbrennraumes (13) dahinter angeordneten zweiten, analogen Boden (28') bestehen,
- 4. - wobei gegenüber dem ersten, in der Mitte befindlichen Boden (28) der zweite Boden (28') und/oder das Frontteil (27) in ihrem gegenseitigen Abstand variabel sind.
10. Heizvorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
die freien Schenkel des Frontteiles (27), des ersten (28) und des
zweiten (28') Bodens, sich zum Ende hin aneinander annähern.
11. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Hohlkörper (24, 25) aus einem V-förmigen, mit der Kante zum
Brennraum (2) hinweisenden, Frontteil (27) und einem
demgegenüber im Abstand dahinter, dem Nachbrennraum (13)
zugewandten, Rohr (48) besteht, wobei im Raum zwischen dem
Frontteil (27) und dem Rohr (48) einerseits und im Rohrquerschnitt
andererseits Sekundärluft bzw. rezirkulierte Rauchgas zugeführt
werden können, indem das Rohr (48) Austrittsöffnungen (26) in der
Nähe des Abstandes des Rohres (48) zum Frontteil (27) aufweist.
12. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Frontteil (27) und der Boden (28) in ihrem relativen Abstand
zueinander verstellbar sind.
13. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
mit einem Primärabzug im Boden des Brennraumes,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Hohlkörper (24, 25) aus einem dem Brennraum (2) mit seiner
Rundung zugewandten halben, insbesondere runden, Rohrprofil
(49) besteht und einem demgegenüber im Abstand angeordneten,
im wesentlichen U-förmigen Boden (28) auf der vom Brennraum (2)
abgewandten Seite.
14. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Einzelteile der Hohlkörper (24, 25) in ihrem gegenseitigen
Abstand zueinander einzeln gemeinsam verstellbar sind.
15. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die freien Schenkel des vom Brennraum (2) am weitesten entfernten
Einzelteiles der Hohlkörper (24, 25) weiter in die Düse (40) der
Düsenanordnung (7) hinein vorstehen als die freien Schenkel der
anderen Teile der Hohlkörper (24, 25) und dabei einen gegenüber
der Durchströmungsrichtung der Düse (40) spitzen Winkel
einnehmen und dadurch als Prallblech wirken.
16. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Hohlkörper (24, 25) aus hochtemperaturbeständigem Stahlblech
bestehen, wobei ein V-förmiges Frontteil (27) durch einen
rückwärtigen, dem Nachbrennraum (13) zugewandten, Boden (28)
seine freien Schenkel (28a, 28b) parallel und im Abstand zu den
freien Enden des Frontteiles (27) verlaufen.
17. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
durch die in Längsrichtung des Hohlkörpers nur partielle Verbindung
zwischen Frontteil (27) und Boden (28) Austrittsöffnungen (26)
geschaffen werden, die dadurch bereits im wesentlichen in
Strömungsrichtung verlaufen.
18. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Düsenanordnung (7) aus einer Vielzahl von im wesentlichen
senkrecht nebeneinander angeordneten Hohlkörpern (24, 25)
besteht, die in Strömungsrichtung der Düsenanordnung betrachtet
in einem Rahmen (29) angeordnet sind und diesen teilweise oder
ganz durchdringen, und der Rahmen (29) ein Massivkörper aus
gießfähigem, feuerfestem Material wie etwa feuerfestem Beton,
SIC-Keramik oder Schamotte besteht.
19. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
- 1. - die Zuführung von Sekundärluft (5) einerseits und der ersten Abgasrückführung (11) andererseits von gegenüberliegenden Seiten (z. B. oben bzw. unten) des Rahmens (29) her erfolgt und die entsprechenden Versorgungsleitungen (24a, 24b) in oder auf den oberen bzw. unteren Seiten des Rahmens verlaufen und
- 2. - die Hohlkörper (24) bzw. (25) mit ihren jeweiligen Versorgungsleitungen (24a) bzw. (25a) an ihrer einen Stirnseite dicht verbunden und an ihrer anderen Stirnseite dicht abgeschlossen sind.
20. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Hohlkörper (24, 25) auf ihrer mit der entsprechenden
Versorgungsleitung (24a) bzw. (25a) angeordneten Seite den
entsprechenden Schenkel des Rahmens (29) durch entsprechende
Durchlässe (32) vollständig durchdringen und am
gegenüberliegenden, freien Ende in entsprechenden,
sacklochartigen Vertiefungen (31), wobei im kalten Zustand ein
vergleichsweise großer Abstand zwischen dem freien Ende der
Hohlkörper (24, 25) und dem Ende der Vertiefung (31) besteht.
21. Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
wenigstens die im unteren Schenkel des Rahmens (29) befindlichen
Durchlässe (32) von den oben verschlossenen, und unten mit einer
Versorgungsleitung (24a) bzw. (25a) verbundenen Hohlkörper (24)
bzw. (25) einen außen über die Hohlkörper hinausragenden Kragen
(33) aufweisen, der den Abstand zu dem größeren Durchlaß (32)
bzw. der Vertiefung (31) abdeckt.
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