EP0706010B1

EP0706010B1 - Heizvorrichtung mit einer Düsenanordnung

Info

Publication number: EP0706010B1
Application number: EP95115810A
Authority: EP
Inventors: Heribert Posch
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-10-06
Filing date: 1995-10-06
Publication date: 2003-04-02
Anticipated expiration: 2015-10-06
Also published as: EP0706010A3; ATE236380T1; DE4435749A1; DE4435749C2; DE59510612D1; EP0706010A2

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung mit einer Düsenanordnung.

Feste Brennstoffe werden in vielen Kleinanlagen als verschließbare Kamineinsätze etc. zur Beheizung von Wohnräumen benutzt, wobei häufig auch der offene Betrieb gewünscht wird, damit das optische Erlebnis des offenen Feuers genossen werden kann.

In industriellen Anlagen werden Festbrennstoffe wie Holzabfälle, Stroh, brennbarer Müll im großen Stil verbrannt, wobei ausschließlich die Energiegewinnung und das Verbrennen mit möglichst geringem Schadstoffausstoß im Vordergrund stehen.

Um sowohl die Energieausbeute zu verbessern und vor allem den Schadstoffgehalt der Rauchgase zu vermindern, ist es - z.B. aus der britischen Patentanmeldung 2 072 831 - 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.

Die GB-A-2 072 831 zeigt im einzelnen eine Heizvorrichtung mit

einem Brennraum, in dem Brennstoff verbrannt wird,
einem Nachbrennraum, in den die über einen Primärabzug aus dem Brennraum abgesaugten Rauchgase unter Zumischung von Sekundärluft über eine Düsenanordnung zur Nachverbrennung weitergeleitet werden,
wobei die Leitung für das Rauchgas zwischen dem Primärabzug des Brennraumes und dem Nachbrennraum über wenigstens einen Teil ihrer Länge als Düsenanordnung ausgebildet ist, indem sich der Strömungsquerschnitt für die Rauchgase über wenigstens einen Teil der Strecke gemessen in Durchströmungsrichtung der Rauchgase vom Primärabzug zum Nachbrennraum verringert und
in der Düsenanordnung die Zuleitung von Sekundärluft und der Rauchgase einer ersten Abgasrückführung geschieht.

Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, eine Düsenanordnung für eine solche Heizvorrichtung zu schaffen, die 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 ergibt.

Diese Aufgabe wird durch die 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 Rauchgasen aus der ersten Abgasrückführung zu ermöglichen, wird jede Düse durch den Abstand zweier senkrecht nebeneinander im Abstand angeordneter Zufuhrkörper gebildet, die in der Aufsicht einen etwa dreieckigen oder kegelstumpfförmigen Querschnitt, mit der Spitze zum Brennraum und der Basis zum Nachbrennraum hin, aufweisen. Diese Zufuhrkörper sind hohl ausgebildet, und 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 Zufuhrkörper, meist aus feuerbeständigem Stahlblech bestehend, hergestellt werden müssen, mit den entsprechenden Versorgungsleitungen dicht verbunden werden müssen, und darüberhinaus ein die gesamte Düsenanordnung aus Montagegründen fest umschließender Rahmen vorhanden sein muß, 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 Stahlblechkonsturktion bei den vorhandenen Temperaturschwankungen 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 Zufuhrkörper selbst sowie die sie versorgenden Zufuhrleitungen aus gebogenen und geschweißten Stahlblechen hergestellt, während der die Düsenvorrichtung zusammenhaltende Rahmen, in dem die Zufuhrkörper 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 Zufuhrkörpern selbst kann der vorhandene Hohlraum ungeteilt sein, und damit der Zufuhr entweder von Sekundärluft oder von Rauchgasen aus dem Sekundärabzug in die Düsenanordnung hinein dienen. In diesem Fall sind innerhalb der Düsenanordnung nebeneinanderliegend immer abwechselnd ein Zufuhrkörper für die Zufuhr von Sekundärluft und ein Zufuhrkörper für die Zufuhr von Rauchgas aus dem Sekundärabzug angeordnet, was durch Verbindung der jeweiligen Zufuhrkörper mit den unterschiedlichen Zuführungen erreicht wird.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Querschnitt der Zufuhrkörper 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 Zufuhrkörper, und andererseits eine kompliziertere Verbindung mit den beiden wechselseitigen Zufuhrleitungen. Die Zufuhrkörper selbst sind entweder aus einem winklig gebogenen Frontblech gebildet, welches die Spitze des Zufuhrkörpers 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 Zufuhrkörpers bilden.

Unabhängig davon, ob die Zufuhrkörper in einem umgebenden Rahmen aufgenommen oder einzeln angeordnet sind, ist es vorteilhaft, die Größe der Austrittsöffnungen der zuzuführenden Gase aus den Zufuhrkörpern in die Düsenanordnung hinein veränderbar zu gestalten. Zu diesem Zweck können beispielsweise die Einzelteile, aus welchen die Zufuhrkörper 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 Zufuhrkörper 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 Zufuhrkörper 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 Zufuhrkörper 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 40 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 Zufuhrkörper 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 Zufuhrkörpern lagernde Brenngut nicht so leicht in den sich sehr stark verengenden Querschnitt der einzelnen Düsen zwischen den Zufuhrkörpern hineinfallen kann und andererseits die Auflagefläche auf den Zufuhrkörpern größer ist.

In allen Fällen kann die Größe der Austrittsöffnungen durch relative Verstellung der Einzelteile der Zufuhrkörper 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 Zufuhrkörper.

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 Zufuhrkörper gegenüber dem praktisch keiner Wärmedehnung unterliegenden Rahmen ausgeglichen werden. Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, daß in Längsrichtung der Zufuhrkörper das freie, in der Regel verschlossene, Ende der Zufuhrkörper im kalten Zustand keiner allzu nah liegenden Begrenzungsfläche des Rahmens gegenüberliegt. Vielmehr durchdringen die Zufuhrkörper 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 Zufuhrkörper und Boden des Sackloches im Rahmen gegeben ist, um die Wärmedehnung aufnehmen zu können.

In Querschnittsrichtung der Zufuhrkörper sind die entsprechenden Ausnehmungen und Durchbrüche im Rahmen im kalten Zustand deutlich größer als die entsprechenden Außenquerschnitte der Zufuhrkörper. 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 Zufuhrkörper 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 Zufuhrkörpern verbunden, vorzugsweise verschweißt sind. Bei einer solchen Lösung können die gesamten, aus Zufuhrkörpern 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 Zufuhrkörpern und den entsprechenden Ausnehmungen im Rahmen vor dem Zusammensetzen der Düsenanordnung bereits fest mit den Zufuhrkörpern verbunden sind.

Selbst in diesem Fall kann die einstückige Bauform des Rahmens beibehalten werden, wenn dieser Rahmen - in der Aufsicht betrachtet - die Zufuhrkörper nicht vollständig umschließt, sondern nur auf ihrer Vorderseite, also zum Brennraum hingerichtet, und im Bereich zwischen den Zufuhrkörpern, nicht jedoch auf ihrer Rückseite. Dadurch wäre es möglich, die Zufuhrkörper 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 Zufuhrkörper gegenüber dem Rahmen sich teilweise selbst behebt, da bei einem dichten Einschieben im kalten Zustand und einer nachfolgenden Erwärmung die sich stark dehnenden Stahlblech-Zufuhrkörper 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 nicht vom Anspruch 1 abgedeckte Düsenanordnung,
Fig. 2:: Querschnittsdarstellungen der Bauformen von Zufuhrkörpern,
Fig. 3:: eine rückseitige Ansicht einer dieser Bauformen der Fig. 2,
Fig. 4:: Schnittdarstellungen einer Düsenanordnung, und
Fig. 5 - 7:: Schnittdarstellungen anderer Bauformen der Zufuhrkörper

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 Figuren 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 Zufuhrkörpern 24, 25 gebildet. Diese Zufuhrkörper, 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 Zufuhrkörper 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 Zufuhrkörper 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 Figur 2 der Hohlraum im Inneren des Zufuhrkörpers zusätzlich durch eine wiederum aus Blech bestehende, und eingeschweißte oder eingespreizte, Trennwand 44 in der Symmetrieebene des Zufuhrkörpers in zwei nicht miteinander in Verbindung stehende Hohlräume geteilt. Dadurch kann - bei ansonsten gleicher Ausbildung des Zufuhrkörpers - 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 Zufuhrkörpers 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 Winkelstellung der freien Schenkel 28a, 28b 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 Zufuhrkörper 24, 25 einer Düsenanordnung 7 zusammenhaltenden Rahmen 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 Zufuhrkörper 24, 25 in einem Rahmen 29 mit entsprechenden Ausnehmungen und Durchlässen eingesetzt, wie er in Figur 4 dargestellt ist, und vorzugsweise aus gießfähigem, feuerfestem Material wie etwa Schamotte oder feuerfestem Beton besteht. Dieses Material weist eine wesentlich geringere, fast zu vernachlässigende Wärmedehnung auf.

Wie in Fig. 4 dargestellt, wird - bei abwechselnder Anordnung von Zufuhrkörpern 24 und 25 für die Zufuhr von Sekundärluft bzw. Rauchgas aus dem Sekundärabzug - die jeweiligen senkrecht stehenden Zufuhrkörper 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 Zufuhrkörper 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 Zufuhrkörper 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 Zufuhrkörper 24, 25 mit ihren freien Enden in entsprechende Vertiefungen 31 hinein, wobei im kalten Zustand zwischen dem freien Ende der Zufuhrkörper 24, 25 und dem Boden dieser Vertiefungen 31 ein so großer Abstand verbleibt, daß die beim Aufheizen auftretende Längendehnung der Zufuhrkörper problemlos aufgefangen werden kann.

Da die Zufuhrkörper sich durch die Wärmedehnung auch in der Dicke ausdehnen, sind die Durchlasse 32 und Verteifungen 31 auch in ihrer Querschnittsform größer als die Zufuhrkörper 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 Zufuhrkörpern 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 Zufuhrkörper, und kann, muß jedoch nicht, an diesem fest angeordnet sein. Beispielsweise kann ein solcher Kragen lose auf die Zufuhrkörper 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 dem oberen und unteren Schenkeln des Rahmens 29, der in der Regel in der Tiefe, also der Breite der Fig. 4c, betrachtet in Durchströmungsrichtung der Rauchgase vor dem Zufuhrkörper 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 Figuren 4a) bis 4c) dargestellt, einstückig gegossen. Wenn jedoch aus Herstellungsgründen die Manschetten 33 fest mit den Zufuhrkörpern 24, 25 verbunden sein sollen, ist ein Hindurchstecken der Zufuhrkörper 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 Zufuhrkörper nur seitlich und vorne vom Rahmen 29 umschlossen werden, nicht jedoch auf ihrer Rückseite. Dadurch wäre ein Einschieben der Zufuhrkörper 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 Zufuhrkörper 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. Eine solche Heizvorrichtung fällt jedoch nicht unter den Schutzbereich der Ansprüche.

Fig. 5 zeigt einen aus V-förmigen Frontteil 27 und dahinterliegendem Rohr bestehenden Zufuhrkörper. 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 Zufuhrkörper 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 Zufuhrkörpers verläuft und mit dem anderen Teil fest verbunden ist.

Eine wiederum etwas andere Form der Zufuhrkörper, wie sie vor allem für senkrechtstehende Zufuhrkörper Verwendung finden kann, ist in Fig. 7 dargestellt. Der Zufuhrkörper 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 Zufuhrkörper, 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 Zufuhrkörpers 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.

Claims

Heizvorrichtung mit

einem Brennraum (2), in dem Brennstoff verbrannt wird,

einem Nachbrennraum (13), in den die über einen Primärabzug (14) aus dem Brennraum (2) abgesaugten Rauchgase unter Zumischung von Sekundärluft über eine Düsenanordnung zur Nachverbrennung weitergeleitet werden,

wobei

die Leitungen für das Rauchgas zwischen dem Primärabzug (14) des Brennraumes (2) und dem Nachbrennraum (13) über wenigstens einen Teil ihrer Länge als Düsenanordnung (7) ausgebildet sind, indem sich der Strömungsquerschnitt für die Rauchgase über wenigstens einen Teil der Strecke gemessen in Durchströmungsrichtung der Rauchgase vom Primärabzug (14) zum Nachbrennraum (13) verringert und

die Düsenanordnung (7) wesentlich breiter als höher ist,

die einzelnen Düsen (40) der Düsenanordnung (7) jeweils durch den Abstand zweier nebeneinander stehender, hohler Zufuhrkörper (24, 25) für die Sekundärluft (5) bzw. für die Rauchgase einer ersten Abgasrückführung gebildet werden, und

in den Düsen der Düsenanordnung (7) die Zuleitung von Sekundärluft und der Rauchgase der ersten Abgasrückführung (11) geschieht.
Heizvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Zufuhrkörper (24, 25) einen etwa dreieckigen Querschnitt aufweisen, dessen Basis zum Nachbrennraum (13) und dessen gegenüberliegende Spitze zum Brennraum (2) weist.
Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Zufuhrkörper (24, 25) in der Symmetrieebene ihres Querschnittes in zwei getrennte Hohlräume für die Zufuhr von Sekundärluft (5) und erster Abgasrückführung (11) unterteilt sind.
Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
bei den Zufuhrkörpern (24, 25) die Austrittsöffnungen (26) in der Nähe der Basis des dreieckigen Querschnittes, also im hinteren Bereich der Zufuhrkörper (24, 25), angeordnet sind.
Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Zufuhrkörper (24, 25) über die brennraumseitige Begrenzungswand des Nachbrennraumes (13) hinaus in den Brennraum (13) hinein vorstehen.
Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Zufuhrkörper (24, 25) aus

einem V-förmigen Frontteil (27),

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

einem in Richtung des Nachbrennraumes (13) dahinter angeordneten zweiten, analogen Boden (28') bestehen,

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.
Heizungsvorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
die freien Schenkel des vom Brennraum (2) am weitesten entfernten Einzelteiles der Zufuhrkörper (24, 25) weiter in die jeweilige Düse (40) der Düsenanordnung (7) hinein vorstehen als die freien Schenkel der anderen Teile der Zufuhrkörper (24, 25) und dabei einen gegenüber der Durchströmungsrichtung der Düse jeweiligen (40) spitzen Winkel einnehmen und dadurch als Prallblech wirken.
Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Zufuhrkörper (24, 25) aus hochtemperaturbeständigem Stahlblech bestehen, wobei die freien Schenkel (28a,b) des erstenßodens (28) parallel und im Abstand zu den freien Enden des Frontteiles (27) verlaufen.
Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuturkörper (24, 25) im wesentlichen senkrecht nebeneinander und 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.
Heizvorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß

die Zuführung von Sekundärluft (5) einerseits und der ersten Abgasrückführung (11) andererseits von gegenüberliegenden Seiten des Rahmens (29) her erfolgt und die entsprechenden Versorgungsleitungen (24a, 24b) in oder auf den oberen bzw. unteren Seiten des Rahmens verlaufen und

die Zufuhrkörper (24) bzw. (25) mit ihren jeweiligen Versorgungsleitungen (24a bzw. 25a) an ihrer einen Stirnseite dicht verbunden und an ihrer anderen Stirnseite dicht abgeschlossen sind.
Heizvorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Zufuhrkörper (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 Zufuhrkörper (24, 25) und dem Ende der Vertiefung (31) besteht.
Heizvorrichtung nach Anspruch 11,
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 Zufuhrkörper (24) bzw. (25) einen außen über die Zufuhrkörper hinausragenden Kragen (33) aufweisen, der den Abstand zu dem größeren Durchlaß (32) bzw. der Vertiefung (31) abdeckt.