DK152453B - Fastbraendselskedel, isaer til trae - Google Patents

Description

DK 152453 B

Opfindelsen angår, som angivet i indledningen til patentkrav 1, en fastbrændselskedel, især til træ, med et brændselskammer med en fyrboksbund af ildfast materiale, der er forsynet med mindst en langsgående spalte, 5 der munder ud i et underliggende, nedadtil aflukket forbrændingskammer, hvilken fyrboksbund er forsynet med kanaler, der udmunder i spalten og står i forbindelse med en motordrevet blæser til indblæsning af primærluft i brændselsmagasinet og af sekundærluft direkte i spal-10 ten gennem kanalerne i fyrboksbunden, og hvor kedelsider og eventuelt kedeltop har med hinanden forbundne vandkamre for cirkulation af vand, der skal opvarmes.

En sådan fastbrændselskedel er kendt fra US-PS 4516534.

Ved den kendte kedel er både brændselskammeret og det underliggende forbrændingskammer næsten fuldstændig omgivet af dobbelte vægge til dannelse af et omgivende vandkammer, i hvilket der kan cirkuleres vand til opvarmning. Især kan forbrændingsgasserne kun passere ud af det underliggende forbrændingskammer og ud i skor-20 stenen gennem et antal snævre, langstrakte kanaler, der er dannet af en bølgepaplignende pladestruktur på vandkammerets indre væg.

Ved denne og andre kedler af lignende art anvender man blæsertilførsel af forbrændingsluft for at blive uaf-25 hængig af røgtræk i skorstenen, og man indblæser både primær- og sekundærluft, idet man søger at opnå både en god primærforbrænding (forgasning af brændslet) og en god sekundærforbrænding (forbrænding af gasserne, inden disse når kedlens røgrør), så al termisk energi i brændslet udnyttes. Forbrændingen af brændslet sker i virkeligheden nedad igennem spalten.

Det er i praksis ikke nemt at opnå optimal forbrænding, når brændslet er "biobrændsel" i form af træstykker, 2

DK 152453 B

spåner, flis, halm, skaller og andre materialer. Man kan godt optimere en kedel til een form for brændsel ved en bestemt ydelse, men det er meget svært at fremstille en kedel, der forbrænder brændslet optimalt un-5 der varierende forhold, især under varierende ydelser.

Set i forhold til det nævnte US-patentskrift er formålet med opfindelsen at angive en fastbrændselskedel af den i indledningen til patentkrav 1 angivne art, hvor man over et meget stort ydelsesområde får en høj virk-10 ningsgrad i forbrændingen med meget ringe andel af røg og sodpartikler i afgangsrøret, og dermed lav forurening, og hvor der er mindst muligt besvær ved rensning, og mindst mulig risiko for driftsstop på grund af ophobning af aske og andre forbrændingsrester.

15 Ifølge opfindelsen opnås dette formål gennem de i patentkrav 1 angivne kendetegn: det underliggende forbrændingskammer er udformet i ildfast materiale med en åbning, der vender fremad mod en askelåge og er omgivet af en mod omgivelserne i det væsentlige termisk isole-20 ret efterforbrændingszone med en strømningsretning i det væsentlige modsat strømningsretningen i forbrændingskammeret .

Ved den angivne udformning af forbrændingskammeret i ildfast materiale med en omgivende, i det væsentlige 25 termisk isoleret efterforbrændingszone opnår man en væsentligt forlænget opholdstid af forbrændingsgasserne i ovnens højtemperaturzone. Dette forbedrer omsætningen af forbrændingsgasserne med den i spalten i fyrboksbun-den indblæste luft til sekundærforbrændingen.

30 ved kedlen ifølge opfindelsen er forbrændingskammeret umiddelbart under fyrboksbunden fuldstændig omgivet af ildfast materiale pånær den fremad mod askelågen ret- 3

DK 152453 B

tede åbning, og dette ildfaste materiale er igen omgivet af efterforbrændingszonen . Det direkte varmetab fra forbrændingsgasserne i forbrændingskammeret gennem stråling eller konvektion er derfor meget lille, såle-5 des at den gennem forbrændingen udviklede varme hovedsageligt medgår til at forhøje temperaturen i gasserne, hvilket sørger for meget effektiv antænding.

Gassernes efterfølgende passage gennem den i det væsentlige termisk isolerede efterforbrændingszone giver 10 yderligere tid til fuldstændig forbrænding og tjener desuden det formål, at forbrændingskammeret yderligere isoleres termisk fra omgivelserne.

På grund af den fuldstændige forbrænding er askemængden i kedlen forholdsvis lille. Asken samler sig hovedsa-15 gelig i området foran askelågen, hvor gasstrømmen vender, og renses let ud gennem askelågen. Gasstrømmen medfører herefter kun meget lidt flyveaske.

Virkningsgraden i en typisk fastbrændselskedel ifølge opfindelsen er mellem 70% og 80%, og emissionen af par-20 tikler typisk 50 mg/m3 . Ydelsen kan reguleres over et meget stort område ved at tænde og slukke for blæseren.

Blæserens start/stop funktion kan styres på sædvanlig måde, for eksempel som kendt fra almindelige olie- og gasfyr.

25 ved en kedel af almindelig størrelse, for eksempel til opvarmning af en almindelig en-fami 1iesbolig, kan ydelsen reguleres fra 5 til 30 kW. Brændselsmagasinet skal fyldes op en gang imellem, typisk 1 - 6 gange i døgnet afhængigt af varmeforbruget og hermed af den ydelse, 3° man ønsker fra kedlen, men ellers arbejder denne ganske på samme måde som et almindeligt fuldautomatisk olieeller gasfyr.

4

DK 152453B

Foretrukne udførelsesformer af opfindelsen er angivet i kravene 2-7 som følger.

Ved udformningen ifølge krav 2 opnår man en meget enkel og solid kombineret "rist" for brændslet og flammeka-5 nal, der er enkel at sammensætte og indsætte i kedlen.

Ved udformningen ifølge krav 3 kan fyrboksbunden praktisk taget ikke monteres forkert, og er overordentligt enkelt opbygget. Udførelsesformen ifølge krav 4 egner sig på grund af kanalernes enkle udførelsesform især til støbning i ildfast materiale.

Ved at lade blæseren blæse al forbrændingsluft direkte ind i fordelingskammeret og derfra lede luften gennem separate kanaler som primær- og sekundærluft til forbrændingen, som angivet i kravene 5 - 7, er det lyk-15 kedes på enkel måde altid at sikre korrekt fordeling af forbrændingsluften og mulighed for individuel regulering af mængdeforholdet mellem primærluft og sekundærluft. Det er især meget vigtigt, at der altid er tilstrækkelig luftmængde til indblæsning som sekundærluft, 20 og at denne kan reguleres uafhængigt.

Udformes kedlen som angivet i krav 5, bliver en del af den varme, der ellers ville blive afgivet ved stråling fra askelågen, overført til sekundærluften. Dette er vigtigt, fordi askelågen befinder sig udfor det varme-25 ste sted i kedlen, nemlig udfor åbningen i forbrændingskammeret, hvor gasstrømmen vendes og føres ud i efterforbrændingszonen . Det er en stor fordel, at sekundærluften forvarmes kraftigt, idet dette giver en bedre forbrænding og en øget virkningsgrad. 1

Ved udførelsesformen ifølge krav 6 kan forholdet mellem primærluft og sekundærluft indstilles på enkel vis. Det

DK 152453 B

5 er almindeligvis fordelagtigt at kunne indstille mængden af sekundærluft i afhængighed af brændslets art og beskaffenhed, og især fugtighedsindholdet deri.

Ved udførelsesformen ifølge krav 7 får man afkølet ram-5 men omkring indfyringslågen og dermed nedsat kedlens varmeafgivelse til omgivelserne, samtidig med at primærluften forvarmes, hvilket giver en bedre forbrænding og bedre virkningsgrad .

Opfindelsen forklares herefter nærmere under henvisning 10 til tegningen, der viser en foretrukken udførelsesform for opfindelsen, idet

Fig. 1 viser et lodret, plant snit midt igennem kedlen og vinkelret på kedel lågerne .

Fig. 2 viser den samme kedel set lige forfra med fyr-15 boks og forbrændingskammer, og

Fig. 3 viser den ene af de to ildfaste opbygninger, der udgør fyrboksbund og forbrændingskammer.

På fig. 1 ses kedlen ifølge opfindelsen med brændselsmagasinet 1 fyldt med brændestykker 14, som er antændt 20 ved fyrbunden 15. En blæser 11, f.eks. en elektrisk centrifugalbisser, leverer forbrændingsluft ned gennem en lodret kanal 8, se også fig. 2, til et luftfordelingskammer 10, hvorfra luften ledes videre som primær og sekundær forbrændingsluft. Primærluften føres opad 25 gennem en kanal 9 på hver side af indføringslågen 12 og op til to indblæsningssteder P øverst i brændselsmagasinet og ind over brændslet. Luftgangen er markeret med pile visende strømningsretningen . Sekundærluften ledes nedad gennem to kanaler 7 i en ildfast sten 6 bag en 30 askelåge 13, idet kanalerne 7 er vinkelformede, se fig.

DK 152453B

6 1 . Sekundærluften ledes ind i kanalerne 5 i fyrboksbun-den 15. I fyrboksbunden 15 er indrettet en aflang spalte 27 i det meste af brændselsmagasinets dybde, i hvilken spalte sekundærluften indføres gennem en række dy-5 seagtige huller, eller kanaler tæt ved siden af hinanden og på hver sin side af spalten 27. Som vist på fig. 3 ligger dysehullerne 4 tæt ved siden af hinanden f.eks. på en lang række i spalten 27. Dysehullerne 4 er 2-5 mm i diameter og i en sædvanlig kedel med et ydelsesområde 10 på 5-30 kW er der 30-40 dysehuller i hver side af spalten 27.

I spalten 27 etableres der ved indblæsning af sekundærluft en forbrændingszone for sekundær forbrænding af brændslet, hvor flammer og forbrænding føres nedad af 15 svage overtryk i brændselskammeret dannet af primærluften. Umiddelbart under spalten 27 findes et forbrændingskammer eller en flammekanal 2, hvori den sekundære forbrænding foregår.

Forbrændingskammeret 2 er åbent fremad mod askelågen 13 20 og kedlen er desuden indrettet således, at strømningen afbøjes og vendes bagud og omkring forbrændingskanalen 2, hvorpå varmen ledes gennem et kammer 17 til konvektionszonen 19, som er omgivet af kedelvandet 22, op gennem røgkassen 20 til røgstudsen 21 og til skorstenen 25 på sædvanlig måde. Under og omkring forbrændingskammeret 2 etableres en efterforbrændingszone 3 og 16, hvor der sker en fuldstændig efterforbrænding af samtlige frigjorte gasser.

Kedelbunden 30 er isoleret og over kedelbunden er an-30 bragt en ildfast bund 18.

Kedlen er desuden på sædvanlig måde forsynet med frem-og returløb 23 for radiatorvand. Kedlen kan ligeledes

DK 152453 B

7 på sædvanlig måde være indrettet til opvarmning af varmt brugsvand, f.eks. ved hjælp af en indbygget var-mespiral 24. Da forbrændingsprincippet ifølge opfindelsen arbejder med svagt overtryk i brændselskammeret 1, 5 vil man ikke kunne åbne indfyringslågen 12 uden at der trænger røg ud igennem lågen, hvis blæseren 11 er i-gang. Der er derfor etableret en by-pass ventil 25 for røggassen, således at denne by-pass ventil kan åbnes manuelt inden indfyringslågen 12 åbnes. Herved vil βίο ventuel røg i brændselsmagasinet føres direkte over i skorstenen gennem røgkassen 20 og røgstudsen 21.

Indblæsningen af sekundærluft i forbrændingsspalten 27 kan reguleres med et reguleringshåndtag 26, se fig. 2, hvorved indgangshullerne til kanalerne 7 i den ildfaste 15 sten 6 kan afblændes mere eller mindre.

På tegningernes fig. 3 ses en af de to spej1 symmetriske sten 15 der udgør den kombinerede fyrboksbund eller fyrrist 15 og forbrændingskammeret 2, samt danner den herimellem beliggende forbrændingsspalte 27. På fig. 3 20 ses desuden nærmere, hvordan sekundærluftkanalen 5 og indblæsningsdyserne eller kanalerne 4 er udformet. Forbrændingskammeret 2 er åbent i retningen fremad mod askedøren, idet åbningen 29 udgør flammekanalåbningen, se også fig. 1. Den kombinerede "rist" og flammekanal 15 25 er meget solidt og massivt konstrueret, og er fremstillet, f.eks. ved støbning af ildfast materiale, således at den kan tåle de meget høje temperaturer, der opstår i forbrændingsspalten 27, når sekundærluften indblæses.

Kedlens hedeflader er på sædvanlig måde omgivet af 30 vandkamre 22, ved kedlens to sideflader, ved kedlens bagudvendende del samt ved kedlens top. Der er ikke vandkøling i kedlens bund, idet man ønsker at opnå så høj en forbrændingstemperatur som muligt.

DK 152453 B

8 I luftkanalen 8 fra blæseren 11 til luftfordelingskammeret 10, kan der være anbragt en luftklap, som er lukket, når blæseren er standset. Dette arrangement sikrer, at kedlen ikke fortsætter med reduceret ydelse ved 5 naturligt træk, når blæseren 11 er afbrudt. Funktionen af kedlen er således sammenlignelig med en olie- eller gasfyret kedel, hvor fyret starter og stopper efter varmebehovet, f.eks. styret af en ganske almindelig on/off kedeltermostat.

10 Fyringsforsøg med kedlen har vist en virkningsgrad på 70 - 80% med sodfri forbrænding, hvis der anvendes træstykker, hvor træet højst har 25% fugtighed. På grund af den fuldstændige forbrænding er der en meget lille askemængde, som let renses ud gennem askelågen 13, idet 15 asken hovedsagelig samler sig i vendekammeret 3.

Claims (7)

1. Fastbrændselskedel, især til træ, med et brændselskammer med en fyrboksbund af ildfast materiale, der er forsynet med mindst en langsgående spalte, der munder ud i et underliggende, nedadtil aflukket forbrændings- 5 kammer, hvilken fyrboksbund er forsynet med kanaler, der udmunder i spalten og står i forbindelse med en motordrevet blæser til indblæsning af primærluft i brændselsmagasinet og af sekundærluft direkte i spalten gennem kanalerne i fyrboksbunden, og hvor kedelsider og 10 eventuelt kedeltop har med hinanden forbundne vandkamre for cirkulation af vand, der skal opvarmes kendetegnet ved, at det underliggende forbrændingskammer (2) er udformet i ildfast materiale med en åbning (29), der vender fremad mod en askelåge (13), 15 og er omgivet af en mod omgivelserne i det væsentlige termisk isoleret efterforbrændingszone (16) med en strømningsretning i det væsentlige modsat strømningsretningen i forbrændingskammeret (2) .

2. Fastbrændselskedel ifølge krav 1, 20 kendetegnet ved, at forbrændingskammeret (2) udgøres af udformninger i et antal ildfaste sten (15), der er sammensat til dannelse af fyrboksbunden.

3. Fastbrændselskedel ifølge krav 2, kendetegnet ved, at forbrændingskammeret (2) 25 er udformet i en fyrboksbund sammensat af to spejlsymmetriske ildfaste sten (15), der er adskilt fra hinanden langs et lodret plan gennem midten af spalten (27).

4. Fastbrændselskedel ifølge krav 3, kendetegnet ved, at hver af de to spejlsym- 30 metriske ildfaste sten (15) er udformet ud i et af ildfast materiale med en parallelt med spalten (27) forlø- DK 152453 B bende større kanal (5) for sekundærluft, der står vinkelret på og i forbindelse med et antal mindre kanaler (4), der udmunder i spalten (27).

5. Fastbrændselskedel ifølge et af kravene 1 - 4, 5 kendetegnet ved at blæseren (11) indblæser forbrændingsluften til et luftfordelingskammer (10) anbragt mellem askelågen (13) og en indføringslåge (12) for brændsel, og at sekundærluften fra luftfordelingskammeret (10) tilføres kanalerne (4, 5) i fyrboksbunden 10 gennem mindst en kanal (7) i en bag på askelågen anbragt ildfast sten (6) .

6. Fastbrændselskedel ifølge krav 5, kendetegnet ved at passagen fra luftfordelingskammeret (10) til mindst en kanal (7) gennem den 15 ildfaste sten (6) bag på askelågen kan indsnævres ved betjening af et reguleringsorgan, der står i forbindelse med et udvendigt håndtag (26).

7. Fastbrændselskedel ifølge krav 5 eller 6, kendetegnet ved at der på hver sin side af 20 indføringslågen (12) fører en luftkanal (9) for primærluft fra luftfordelingskammeret (10) til en udmunding øverst i brændselsmagasinet.