EP2775229A1 - Oven with a heat exchanger - Google Patents

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EP2775229A1
EP2775229A1 EP14156498.9A EP14156498A EP2775229A1 EP 2775229 A1 EP2775229 A1 EP 2775229A1 EP 14156498 A EP14156498 A EP 14156498A EP 2775229 A1 EP2775229 A1 EP 2775229A1
Authority
EP
European Patent Office
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combustion chamber
heat exchanger
fuel gas
designed
nozzle
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14156498.9A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Frank Reindl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ulrich Brunner GmbH
Original Assignee
Ulrich Brunner GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ulrich Brunner GmbH filed Critical Ulrich Brunner GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/22Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating
    • F24H1/24Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers
    • F24H1/26Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers the water mantle forming an integral body
    • F24H1/28Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers the water mantle forming an integral body including one or more furnace or fire tubes
    • F24H1/285Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers the water mantle forming an integral body including one or more furnace or fire tubes with the fire tubes arranged alongside the combustion chamber
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/22Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating
    • F24H1/34Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water chamber arranged adjacent to the combustion chamber or chambers, e.g. above or at side
    • F24H1/36Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water chamber arranged adjacent to the combustion chamber or chambers, e.g. above or at side the water chamber including one or more fire tubes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H2230/00Solid fuel fired boiler
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H9/00Details
    • F24H9/0005Details for water heaters
    • F24H9/0042Cleaning arrangements

Definitions

  • the invention relates to an oven or fireplace for burning fuel from renewable resources, such as wood, with a combustion chamber or filling space for degassing the volatile matter of the fuel to fuel gas, a combustion chamber for further splitting and converting the CO-connection of the fuel gas to fuel gas a combustion nozzle for passing the fuel gas from the combustion chamber into the combustion chamber and a heat exchanger or heat exchanger for transmitting the heat energy of the heating gas to a heat carrier.
  • the heat carrier is usually water in the form of a water jacket.
  • Furnaces for fuel from renewable raw materials are known as so-called log boiler for a long time.
  • Such "wood stoves” are capable of burning other solid fuels, such as coal.
  • the furnaces have a combustion chamber into which the fuel is filled and then ignited.
  • the combustion chamber is therefore often part of a filling space in which the combustion chamber or a combustion zone is located.
  • the fuel gasifies in the combustion chamber, resulting in fuel gases that are burned in a combustion chamber.
  • the concept of lateral burn-up basically has the disadvantage that the associated heat exchanger with its successively traversed trains leads to a large kiln length and thus an often unsuitable furnace size at the associated site.
  • the invention has for its object to provide a furnace of the type mentioned, which has a high efficiency and at the same time a compact, inexpensive to manufacture in terms of combustion and heat transfer.
  • an oven for burning fuel from renewable resources such as wood
  • a combustion chamber for degassing the volatile matter of the fuel to fuel gas
  • a combustion chamber for converting the CO-connection of the fuel gas to fuel gas
  • a combustion nozzle for passing of the fuel gas from the combustion chamber into the combustion chamber
  • a heat exchanger for transferring the heat energy of the heating gas to a heat carrier.
  • the fuel gas is passed through the combustion nozzle in a nozzle direction and the heat exchanger with a plurality of each other designed traversed trains following, the flow path is aligned in a plane transverse to the nozzle direction.
  • the heat exchanger is designed with at least one first train having a first length and at least one subsequently traversed, second train with a second length.
  • the first length is designed to the second length in a ratio of 1.7 to 1 to 1.5 to 1, in particular 1.6 to 1.
  • the length of the at least one second train is shorter than the length of the at least one first train.
  • the residence time of the flowing through the heat exchanger heating gas in the first train will be slightly longer than in the second train.
  • the heating gas in the first train has a higher outlet temperature and can thus transmit correspondingly more heat energy to the local heat carrier. On the second train less heat energy can be transmitted, but this also corresponds to the already lower there temperature of the heating gas. This form of energy transfer has proven to be particularly advantageous overall.
  • the heat exchanger is preferably with first trains of a first number and subsequently traversed, second trains of a second Number designed.
  • the first number is then set to the second number in a ratio of 1.7 to 1 to 1.5 to 1, in particular 1.6 to 1.
  • the heat transfer in the first moves is greater than in the second moves, and advantageously in the ratio of the golden section, which has surprisingly proven to be a particularly advantageous design for the inventive design of the trains.
  • the heat exchanger with at least a first train with a first heat transfer surface and at least one subsequently flowed through second train with a second heat transfer surface is designed in accordance with effective manner.
  • the size of the first heat transfer surface to the size of the second heat transfer surface in a ratio of 1.7 to 1 to 1.5 to 1, in particular from 1.6 to 1 is designed.
  • a further embodiment of the solution according to the invention provides that the fuel gas is deflected by the combustion chamber in the plane transverse to the nozzle direction.
  • the deflection according to the invention in a plane transverse to the nozzle direction and thus created compact design is achieved in this embodiment by means of a flow direction change of the fuel gas in the combustion chamber.
  • This flow direction change has the advantage that the fuel gas is mixed in the combustion chamber at the same time very strong. The mixing improves the combustion and thus reduces the content of pollutants and fine dust in the heating gas.
  • the heat exchanger according to the invention is further preferably arranged spatially above the combustion chamber. Such an arrangement leads to an extremely compact design of the furnace. Furthermore, the tendency of the outgoing from the combustion chamber fuel gas is advantageously exploited in this design that this tries to rise due to its temperature.
  • the combustion chamber is designed with a spiral-shaped combustion chamber channel.
  • the combustion chamber channel of this kind leads to an advantageous thorough mixing of the fuel gas, which at the same time has a long residence time in the combustion chamber.
  • the combustion chamber according to the invention is advantageously designed with a sight opening for viewing the combustion chamber on the nozzle direction of the fuel gas existing at the associated combustion nozzle.
  • the insight and the control in a particularly relevant area of the combustion chamber is created.
  • the arrangement of the viewing opening of this kind is made possible in particular because, in the oven according to the invention, the visible side is not blocked by the heat exchanger.
  • the heat exchanger is preferably designed with at least one first draft and at least one second draft flowed through subsequently.
  • the heating gas is preferably led upwards with the at least one first pull.
  • the first train thus carries the heating gas in its preferred outflow direction as explained above.
  • the heating gas is advantageously led downwards with the at least one second pull.
  • the second train thus carries the heating gas counter to its tendency towards the direction and thus builds up an advantageous flow resistance within the heat exchanger, in particular at the end region thereof.
  • the invention is also directed to a method of burning fuel from renewable resources, such as wood, in which the fuel is gasified in a combustion chamber to fuel gas, then the fuel gas is passed through a combustion nozzle in a combustion chamber and then in the combustion chamber, the fuel gas is burned to fuel gas.
  • the fuel gas is passed through the combustion nozzle in a nozzle direction.
  • Behind the combustion chamber is the Fuel gas passed through a heat exchanger with a plurality of successively traversed trains, wherein the flow path is set by the trains in a plane transverse to the nozzle direction.
  • an oven 10 is shown in the form of a piece wood boiler for firewood, which in a cubic housing 12 has a likewise substantially cubic filling chamber or combustion chamber 14.
  • the combustion chamber 14 is bounded on its underside with a grate 16, on which the firewood to be burned is cut up.
  • the combustion grate 16 is associated with an air supply 18, can be introduced by the combustion air into the combustion chamber 14 so that the logs gassed there to fuel gas. Fuels can be removed through the grate 16 in an ash pan 20 downwards.
  • the combustion gas passes through a downwardly laterally on the combustion chamber 14 located, substantially rectangular in cross-section combustion nozzle 22 into a combustion chamber 24.
  • the combustion chamber 24 is laterally arranged below the combustion chamber 14 and extends substantially transverse to the flow direction or nozzle direction of Brenndüse 22 in the form of a spiral-shaped combustion chamber 26.
  • the spiral of this combustion chamber 26 is thus in a plane which extends transversely to the nozzle direction of the combustion nozzle 22.
  • the fuel gas is first deflected upward by the nozzle direction at an angle of 90 °. Subsequently, the fuel gas is deflected to the side at an angle of also 90 °, to then be deflected at an angle of 90 ° down again.
  • the fuel gas is redirected to the side and under the combustion nozzle 22 away. Behind this last deflection, the fuel gas flows past an open area 28 of the combustion chamber 24. At this open area 28, the combustion chamber wall is open at the bottom. Thus, at this open area 28 those fly ash, which is located in the fuel gas, reach into a provided under the combustion chamber 24 fly ash chamber 30.
  • the fuel gas passes as burned out heating gas in a heat exchanger 32 which is laterally offset slightly in the plane transverse to the combustion nozzle 22 and the nozzle direction over the combustion chamber 24 and at the same time behind the combustion chamber fourteenth located.
  • the heat exchanger 32 is configured with a plurality of long, upwardly leading, first trains 34 and a plurality of short, subsequently leading down again, second trains 36.
  • the diversion of the heating gas from the first trains 34 into the second trains 36 takes place in a deflection space 38, which is located in the upper region of the heat exchanger 32.
  • this deflection space 38 is also a mechanical cleaning device 40, which protrudes from there into the trains 34 and 36.
  • first trains 34 are arranged in planes transversely to the nozzle direction, 34 of which are provided by this pair of trains three rows, so that a total of six first trains 34 result.
  • second trains 36 are arranged in planes transversely to the nozzle direction, wherein two rows are provided by this pair of trains 36, so that a total of four first trains 36 result.
  • the ratio of the number of first trains 34 to second trains 36 is thus 1.5 to 1.
  • the first trains 34 have a greater length compared to the second trains 36, the aspect ratio being 1.7 to 1 in the present case.
  • Trains 34 and 36 are designed with regard to their cross-sectional area in such a way that the heat transfer surfaces resulting from their lateral surfaces are in a ratio of 1.6 to 1.
  • the first trains 34 thus have a total of 1.6 times greater heat transfer area, as the second trains 36th
  • the heating gas is passed to a blower 42, by means of which it is sucked as exhaust gas into a fireplace, not shown.
  • the fan 42 is located below and to the side of the second trains 36 above the combustion chamber 24.
  • About the fan 42 and adjacent to the second trains 36 is also a space 44 for a control, while the remaining space around the combustion chamber 14 and the trains 34th and 36 is filled by a water jacket 46 around.

Abstract

The furnace (10) has a combustion chamber (14) degassing a combustible material to combustible gas. Another combustion chamber (24) converts the combustible gas to hot gas. A combustion nozzle (22) passes the combustible gas from the former chamber into the latter chamber. A heat exchanger (32) transfers heat energy of the hot gas to a heat carrier. The nozzle feeds the combustible gas in a nozzle direction. The exchanger is designed with long, upwardly guiding drag parts and short, downwardly guiding drag parts. A perfusion path of the parts is aligned in a plane transverse to the direction. The combustion chamber is a cubical filling chamber.

Description

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Die Erfindung betrifft einen Ofen bzw. Feuerstätte zur Verbrennung von Brennmaterial aus nachwachsenden Rohstoffen, wie Holz, mit einem Brennraum bzw. Füllraum zum Entgasen der flüchtigen Stoffe des Brennmaterials zu Brenngas, einer Brennkammer zum weiteren Aufspalten und Wandeln der CO-Verbindung des Brenngases zu Heizgas, einer Brenndüse zum Überleiten des Brenngases aus dem Brennraum in die Brennkammer und einem Wärmetauscher bzw. Wärmeübertrager zum Übertragen der Wärmeenergie des Heizgases auf einen Wärmeträger. Der Wärmeträger ist in der Regel Wasser in Form eines Wassermantels.The invention relates to an oven or fireplace for burning fuel from renewable resources, such as wood, with a combustion chamber or filling space for degassing the volatile matter of the fuel to fuel gas, a combustion chamber for further splitting and converting the CO-connection of the fuel gas to fuel gas a combustion nozzle for passing the fuel gas from the combustion chamber into the combustion chamber and a heat exchanger or heat exchanger for transmitting the heat energy of the heating gas to a heat carrier. The heat carrier is usually water in the form of a water jacket.

Öfen für Brennmaterial aus nachwachsenden Rohstoffen sind als so genannte Scheitholzkessel seit langem allgemein bekannt. Derartige "Holzöfen" sind in der Lage auch andere feste Brennstoffe, wie beispielsweise Kohle, zu verbrennen. Die Brennöfen weisen einen Brennraum auf, in den das Brennmaterial eingefüllt und dann angezündet wird. Der Brennraum ist daher oft Teil eines Füllraums, in dem sich entsprechend der Brennraum bzw. eine Brennzone befindet. Das Brennmaterial vergast in dem Brennraum, wodurch Brenngase entstehen, die in einer Brennkammer nachverbrannt werden.Furnaces for fuel from renewable raw materials are known as so-called log boiler for a long time. Such "wood stoves" are capable of burning other solid fuels, such as coal. The furnaces have a combustion chamber into which the fuel is filled and then ignited. The combustion chamber is therefore often part of a filling space in which the combustion chamber or a combustion zone is located. The fuel gasifies in the combustion chamber, resulting in fuel gases that are burned in a combustion chamber.

Für das derartige Vergasen in einem Brennraum und einer nachfolgenden Brennkammer sind zwei wesentliche Konzepte bekannt, das Konzept des Sturzbrands und das Konzept des seitlichen Abbrands. Beim Konzept des Sturzbrands wird das Brenngas nach unten durch einen Rost aus dem Brennraum in die Brennkammer geführt. Die Brennkammer befindet sich also unter dem Brennraum. Beim Konzept des seitlichen Abbrands wird das Brenngas durch eine Brenndüse seitlich aus dem Brennraum in die Brennkammer geführt. Die Brennkammer befindet sich also neben dem Brennraum. In Strömungsrichtung des Heizgases hinter der Brennkammer ist dann der Wärmetauscher mit einer Mehrzahl Röhren bzw. Zügen angeordnet, die aufeinander folgend auf- und absteigend durchströmt werden.For such gasification in a combustion chamber and a subsequent combustion chamber, two major concepts are known, the concept of falling fire and the concept of lateral burning. In the concept of falling fire, the fuel gas is passed down through a grate from the combustion chamber into the combustion chamber. The combustion chamber is thus under the combustion chamber. In the lateral burn-off concept, the fuel gas is guided laterally out of the combustion chamber into the combustion chamber through a combustion nozzle. The combustion chamber is thus located next to the combustion chamber. In the flow direction of the heating gas behind the combustion chamber, the heat exchanger is then arranged with a plurality of tubes or trains, which are successively flowed through and descending.

Das Konzept des seitlichen Abbrands hat dabei grundsätzlich den Nachteil, dass der zugehörige Wärmetauscher mit seinen aufeinander folgend durchströmten Zügen zu einer großen Ofenlänge und damit einer am zugehörigen Aufstellungsort oftmals ungeeigneten Ofengröße führt.The concept of lateral burn-up basically has the disadvantage that the associated heat exchanger with its successively traversed trains leads to a large kiln length and thus an often unsuitable furnace size at the associated site.

Zugrundeliegende AufgabeUnderlying task

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ofen der genannten Art zu schaffen, der hinsichtlich der Verbrennung und Wärmübertragung einen hohen Wirkungsgrad und zugleich eine kompakte, kostengünstig herstellbare Bauform aufweist.The invention has for its object to provide a furnace of the type mentioned, which has a high efficiency and at the same time a compact, inexpensive to manufacture in terms of combustion and heat transfer.

Erfindungsgemäße LösungInventive solution

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem Ofen zur Verbrennung von Brennmaterial aus nachwachsenden Rohstoffen, wie Holz, gelöst, mit einem Brennraum zum Entgasen der flüchtigen Stoffe des Brennmaterials zu Brenngas, einer Brennkammer zum Wandeln der CO-Verbindung des Brenngases zu Heizgas, einer Brenndüse zum Überleiten des Brenngases aus dem Brennraum in die Brennkammer und einem Wärmetauscher zum Übertragen der Wärmeenergie des Heizgases auf einen Wärmeträger. Dabei ist das Brenngas durch die Brenndüse in einer Düsenrichtung geführt und der Wärmtauscher mit einer Mehrzahl aufeinander folgend durchströmter Züge gestaltet, deren Durchströmungsweg in einer Ebene quer zu der Düsenrichtung ausgerichtet ist.This object is achieved with an oven for burning fuel from renewable resources, such as wood, with a combustion chamber for degassing the volatile matter of the fuel to fuel gas, a combustion chamber for converting the CO-connection of the fuel gas to fuel gas, a combustion nozzle for passing of the fuel gas from the combustion chamber into the combustion chamber and a heat exchanger for transferring the heat energy of the heating gas to a heat carrier. In this case, the fuel gas is passed through the combustion nozzle in a nozzle direction and the heat exchanger with a plurality of each other designed traversed trains following, the flow path is aligned in a plane transverse to the nozzle direction.

Mit der derartigen erfindungsgemäßen Gestaltung eines Wärmetauschers an einem Ofen bzw. einer Feuerstätte ist eine insgesamt besonders kompakte und bauraumsparende Gestaltung möglich. Ferner führt die derartige Gestaltung in Kombination mit einer entsprechend geformten, nachfolgend noch genauer beschriebenen Brennkammer zu einer besonders vorteilhaften Strömung des Heizgases. Diese Strömung bringt eine besonders geringe Schadstoff- und Feinstaubbelastung im Heizgas mit sich. Insbesondere ist mit der derartigen Form eines Wärmetauschers an einem Ofen die zugehörige Brennkammer besser zugänglich. Die Brennkammer kann dann besser montiert, gewartet und auch während des Betriebs des Ofens mittels Sichtkontrolle besser überwacht werden.With the inventive design of a heat exchanger according to the invention on an oven or a fireplace, an overall particularly compact and space-saving design is possible. Furthermore, such a design in combination with a correspondingly shaped combustion chamber, which will be described in more detail below, leads to a particularly advantageous flow of the heating gas. This flow brings a particularly low pollutant and fine dust pollution in the heating gas with it. In particular, with the form of a heat exchanger of this kind on a furnace, the associated combustion chamber is more accessible. The combustion chamber can then be better assembled, maintained and also better monitored during operation of the furnace by visual inspection.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ofens ist der Wärmetauscher mit mindestens einem ersten Zug mit einer ersten Länge und mindestens einem nachfolgend durchströmten, zweiten Zug mit einer zweiten Länge gestaltet. Die erste Länge ist zur zweiten Länge in einem Verhältnis von 1,7 zu 1 bis 1,5 zu 1, insbesondere von 1,6 zu 1 gestaltet. Bei dieser Ausgestaltung ist also die Länge des mindestens einen zweiten Zuges kürzer gestaltet, als die Länge des mindestens einen ersten Zuges. Damit wird die Verweilzeit des durch den Wärmeübertrager strömenden Heizgases im ersten Zug etwas länger sein, als im zweiten Zug. Zugleich hat das Heizgas im ersten Zug eine höhere Ausgangstemperatur und kann damit entsprechend mehr Wärmeenergie auf den dortigen Wärmeträger übertragen. Am zweiten Zug kann weniger Wärmeenergie übertragen werden, was aber auch der dort bereits geringeren Temperatur des Heizgases entspricht. Diese Form der Energieübertragung hat sich gesamtenergetisch als besonders vorteilhaft erwiesen.In an advantageous embodiment of the furnace according to the invention, the heat exchanger is designed with at least one first train having a first length and at least one subsequently traversed, second train with a second length. The first length is designed to the second length in a ratio of 1.7 to 1 to 1.5 to 1, in particular 1.6 to 1. In this embodiment, therefore, the length of the at least one second train is shorter than the length of the at least one first train. Thus, the residence time of the flowing through the heat exchanger heating gas in the first train will be slightly longer than in the second train. At the same time, the heating gas in the first train has a higher outlet temperature and can thus transmit correspondingly more heat energy to the local heat carrier. On the second train less heat energy can be transmitted, but this also corresponds to the already lower there temperature of the heating gas. This form of energy transfer has proven to be particularly advantageous overall.

Alternativ oder zusätzlich ist vorzugsweise der Wärmetauscher mit ersten Zügen einer ersten Anzahl und nachfolgend durchströmten, zweiten Zügen einer zweiten Anzahl gestaltet. Die erste Anzahl ist dann zur zweiten Anzahl in einem Verhältnis von 1,7 zu 1 bis 1,5 zu 1, insbesondere von 1,6 zu 1 festgelegt. Auch mit dieser Gestaltung ist die Wärmeübertragung in den ersten Zügen größer als in den zweiten Zügen, und zwar vorteilhaft im Verhältnis des Goldenen Schnitts, der sich überraschenderweise als eine besonders vorteilhafte Auslegung für die erfindungsgemäße Gestaltung der Züge erwiesen hat.Alternatively or additionally, the heat exchanger is preferably with first trains of a first number and subsequently traversed, second trains of a second Number designed. The first number is then set to the second number in a ratio of 1.7 to 1 to 1.5 to 1, in particular 1.6 to 1. Also with this design, the heat transfer in the first moves is greater than in the second moves, and advantageously in the ratio of the golden section, which has surprisingly proven to be a particularly advantageous design for the inventive design of the trains.

Vorteilhaft ist ferner in entsprechend wirkender Weise der Wärmetauscher mit mindestens einem ersten Zug mit einer ersten Wärmeübertragungsfläche und mindestens einem nachfolgend durchströmten, zweiten Zug mit einer zweiten Wärmeübertragungsfläche gestaltet. Dabei ist dann die Größe der ersten Wärmeübertragungsfläche zur Größe der zweiten Wärmeübertragungsfläche in einem Verhältnis von 1,7 zu 1 bis 1,5 zu 1, insbesondere von 1,6 zu 1 gestaltet.Advantageously, the heat exchanger with at least a first train with a first heat transfer surface and at least one subsequently flowed through second train with a second heat transfer surface is designed in accordance with effective manner. In this case, the size of the first heat transfer surface to the size of the second heat transfer surface in a ratio of 1.7 to 1 to 1.5 to 1, in particular from 1.6 to 1 is designed.

Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung sieht vor, dass das Brenngas durch die Brennkammer in die Ebene quer zur Düsenrichtung umgelenkt ist. Die erfindungsgemäße Umlenkung in eine Ebene quer zur Düsenrichtung und die damit geschaffene kompakte Bauform wird bei dieser Ausgestaltung mittels einer Strömungsrichtungsänderung des Brenngases in der Brennkammer erreicht. Diese Strömungsrichtungsänderung hat dabei den Vorteil, dass das Brenngas in der Brennkammer zugleich besonders stark durchmischt wird. Die Durchmischung verbessert die Verbrennung und reduziert damit den Gehalt an Schadstoffen und Feinstaub im Heizgas.A further embodiment of the solution according to the invention provides that the fuel gas is deflected by the combustion chamber in the plane transverse to the nozzle direction. The deflection according to the invention in a plane transverse to the nozzle direction and thus created compact design is achieved in this embodiment by means of a flow direction change of the fuel gas in the combustion chamber. This flow direction change has the advantage that the fuel gas is mixed in the combustion chamber at the same time very strong. The mixing improves the combustion and thus reduces the content of pollutants and fine dust in the heating gas.

Der erfindungsgemäße Wärmtauscher ist ferner vorzugsweise räumlich über der Brennkammer angeordnet. Die derartige Anordnung führt zu einer extrem kompakten Bauform des Ofens. Ferner wird bei dieser Bauform vorteilhaft die Tendenz des aus der Brennkammer austretenden Heizgases ausgenützt, dass dieses aufgrund seiner Temperatur versucht nach oben zu steigen.The heat exchanger according to the invention is further preferably arranged spatially above the combustion chamber. Such an arrangement leads to an extremely compact design of the furnace. Furthermore, the tendency of the outgoing from the combustion chamber fuel gas is advantageously exploited in this design that this tries to rise due to its temperature.

Besonders bevorzugt ist bei dem erfindungsgemäßen Ofen die Brennkammer mit einem spiralförmigen Brennkammerkanal gestaltet. Der derartige Brennkammerkanal führt zu einer vorteilhaften Durchmischung des Brenngases, welches zugleich in der Brennkammer eine lange Verweildauer inne hat.Particularly preferably, in the oven according to the invention, the combustion chamber is designed with a spiral-shaped combustion chamber channel. The combustion chamber channel of this kind leads to an advantageous thorough mixing of the fuel gas, which at the same time has a long residence time in the combustion chamber.

Ferner ist die erfindungsgemäße Brennkammer vorteilhaft mit einer Sichtöffnung zum Einblick in die Brennkammer auf die an der zugehörigen Brenndüse bestehende Düsenrichtung des Brenngases gestaltet. Mit dieser Ausgestaltung ist der Einblick und die Kontrolle in einem besonders relevanten Bereich der Brennkammer geschaffen. Die derartige Anordnung der Sichtöffnung ist insbesondere deshalb ermöglicht, weil bei dem erfindungsgemäßen Ofen die Sichtseite nicht von dem Wärmetauscher versperrt ist.Furthermore, the combustion chamber according to the invention is advantageously designed with a sight opening for viewing the combustion chamber on the nozzle direction of the fuel gas existing at the associated combustion nozzle. With this embodiment, the insight and the control in a particularly relevant area of the combustion chamber is created. The arrangement of the viewing opening of this kind is made possible in particular because, in the oven according to the invention, the visible side is not blocked by the heat exchanger.

Bei dem erfindungsgemäßen Ofen ist darüber hinaus vorzugsweise der Wärmetauscher mit mindestens einem ersten Zug und mindestens einem nachfolgend durchströmten, zweiten Zug gestaltet. Dabei ist vorzugsweise mit dem mindestens einen ersten Zug das Heizgas nach oben geführt. Der erste Zug führt damit das Heizgas in dessen wie oben erläutert bevorzugte Abströmrichtung.In the oven according to the invention, moreover, the heat exchanger is preferably designed with at least one first draft and at least one second draft flowed through subsequently. In this case, the heating gas is preferably led upwards with the at least one first pull. The first train thus carries the heating gas in its preferred outflow direction as explained above.

Zusätzlich zu dieser letztgenannten Ausgestaltung ist vorteilhaft mit dem mindestens einen zweiten Zug das Heizgas nach unten geführt. Der zweite Zug führt das Heizgas also entgegen dessen tendenzieller Richtung und baut damit einen vorteilhaften Strömungswiderstand innerhalb des Wärmetauschers, insbesondere an dessen Endbereich, auf.In addition to this last-mentioned embodiment, the heating gas is advantageously led downwards with the at least one second pull. The second train thus carries the heating gas counter to its tendency towards the direction and thus builds up an advantageous flow resistance within the heat exchanger, in particular at the end region thereof.

Die Erfindung ist auch auf ein Verfahren zum Verbrennen von Brennmaterial aus nachwachsenden Rohstoffen, wie Holz, gerichtet, bei dem das Brennmaterial in einem Brennraum zu Brenngas vergast wird, dann das Brenngas durch eine Brenndüse in eine Brennkammer geleitet wird und dann in der Brennkammer das Brenngas zu Heizgas nachverbrannt wird. Dabei wird das Brenngas durch die Brenndüse in einer Düsenrichtung geführt. Hinter der Brennkammer wird das Brenngas durch einen Wärmetauscher mit einer Mehrzahl aufeinander folgend durchströmter Züge geführt, wobei der Durchströmungsweg durch die Züge in einer Ebene quer zu der Düsenrichtung gelegt ist.The invention is also directed to a method of burning fuel from renewable resources, such as wood, in which the fuel is gasified in a combustion chamber to fuel gas, then the fuel gas is passed through a combustion nozzle in a combustion chamber and then in the combustion chamber, the fuel gas is burned to fuel gas. In this case, the fuel gas is passed through the combustion nozzle in a nozzle direction. Behind the combustion chamber is the Fuel gas passed through a heat exchanger with a plurality of successively traversed trains, wherein the flow path is set by the trains in a plane transverse to the nozzle direction.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1
eine teilweise aufgebrochene, perspektivische Ansicht eines Ofens mit einem Brennraum und einer Brennkammer gemäß der Erfindung,
Fig. 2
den Schnitt II - II gemäß Fig. 1 und
Fig. 3
den Schnitt III - III gemäß Fig. 1.
An exemplary embodiment of the solution according to the invention will be explained in more detail below with reference to the attached schematic drawings. It shows:
Fig. 1
a partially broken, perspective view of a furnace with a combustion chamber and a combustion chamber according to the invention,
Fig. 2
Section II - II according to Fig. 1 and
Fig. 3
Section III - III according to Fig. 1 ,

Detaillierte Beschreibung des AusführungsbeispielsDetailed description of the embodiment

In den Fig. ist ein Ofen 10 in Form eines Stückholzkessels für Scheitholz dargestellte, der in einem kubischen Gehäuse 12 einen ebenfalls im Wesentlichen kubischen Füllraum bzw. Brennraum 14 aufweist. Der Brennraum 14 ist an seiner Unterseite mit einem Brennrost 16 begrenzt, auf dem das zu verbrennende Scheitholz aufgeschlichtet wird. Dem Brennrost 16 ist eine Luftzuführung 18 zugeordnet, durch die Brennluft in den Brennraum 14 so eingeführt werden kann, dass das Scheitholz dort zu Brenngas vergast. Brennrückstände können durch den Brennrost 16 in einen Aschekasten 20 nach unten hin abgeführt werden.In the figure, an oven 10 is shown in the form of a piece wood boiler for firewood, which in a cubic housing 12 has a likewise substantially cubic filling chamber or combustion chamber 14. The combustion chamber 14 is bounded on its underside with a grate 16, on which the firewood to be burned is cut up. The combustion grate 16 is associated with an air supply 18, can be introduced by the combustion air into the combustion chamber 14 so that the logs gassed there to fuel gas. Fuels can be removed through the grate 16 in an ash pan 20 downwards.

Das Brenngas gelangt durch eine sich unten seitlich am Brennraum 14 befindende, im Wesentlichen im Querschnitt rechteckige Brenndüse 22 hindurch in eine Brennkammer 24. Die Brennkammer 24 ist seitlich unten neben dem Brennraum 14 angeordnet und erstreckt sich dabei im Wesentlichen quer zur Durchströmungsrichtung bzw. Düsenrichtung der Brenndüse 22 in Gestalt eines spiralförmigen Brennkammerkanals 26. Die Spirale dieses Brennkammerkanals 26 liegt damit in einer Ebene, welche sich quer zu der Düsenrichtung der Brenndüse 22 erstreckt. In dem Brennkammerkanal 26 wird das Brenngas zunächst von der Düsenrichtung nach oben hin in einem Winkel von 90° umgelenkt. Nachfolgend wird das Brenngas zur Seite hin in einem Winkel von ebenfalls 90° umgelenkt, um dann in einem Winkel von wiederum 90° nach unten hin umgelenkt zu werden. Danach wird das Brenngas wieder zur Seite und unter der Brenndüse 22 hinweg umgelenkt. Hinter dieser letzten Umlenkung strömt das Brenngas an einem offenen Bereich 28 der Brennkammer 24 vorbei. An diesem offenen Bereich 28 ist die Brennkammerwandung nach unten hin offen. Damit kann an diesem offenen Bereich 28 jene Flugasche, welche sich im Brenngas befindet, in einen unter der Brennkammer 24 vorgesehenen Flugascheraum 30 gelangen.The combustion gas passes through a downwardly laterally on the combustion chamber 14 located, substantially rectangular in cross-section combustion nozzle 22 into a combustion chamber 24. The combustion chamber 24 is laterally arranged below the combustion chamber 14 and extends substantially transverse to the flow direction or nozzle direction of Brenndüse 22 in the form of a spiral-shaped combustion chamber 26. The spiral of this combustion chamber 26 is thus in a plane which extends transversely to the nozzle direction of the combustion nozzle 22. In the combustion chamber channel 26, the fuel gas is first deflected upward by the nozzle direction at an angle of 90 °. Subsequently, the fuel gas is deflected to the side at an angle of also 90 °, to then be deflected at an angle of 90 ° down again. Thereafter, the fuel gas is redirected to the side and under the combustion nozzle 22 away. Behind this last deflection, the fuel gas flows past an open area 28 of the combustion chamber 24. At this open area 28, the combustion chamber wall is open at the bottom. Thus, at this open area 28 those fly ash, which is located in the fuel gas, reach into a provided under the combustion chamber 24 fly ash chamber 30.

Aus dem hinteren, nach unten hin offenen Bereich 28 der Brennkammer 24 gelangt das Brenngas als ausgebranntes Heizgas in einen Wärmetauscher 32, der sich in der Ebene quer zur Brenndüse 22 bzw. deren Düsenrichtung seitlich etwas versetzt über der Brennkammer 24 und zugleich hinter dem Brennraum 14 befindet. Der Wärmetauscher 32 ist mit mehreren langen, nach oben führenden, ersten Zügen 34 und mehreren kurzen, nachfolgend wieder nach unten führenden, zweiten Zügen 36 gestaltet. Die Umlenkung des Heizgases von den ersten Zügen 34 in die zweiten Züge 36 findet in einem Umlenkraum 38 statt, der sich im oberen Bereich des Wärmetauschers 32 befindet. In diesem Umlenkraum 38 befindet sich auch eine mechanische Reinigungseinrichtung 40, die von dort in die Züge 34 und 36 hineinragt.From the rear, downwardly open region 28 of the combustion chamber 24, the fuel gas passes as burned out heating gas in a heat exchanger 32 which is laterally offset slightly in the plane transverse to the combustion nozzle 22 and the nozzle direction over the combustion chamber 24 and at the same time behind the combustion chamber fourteenth located. The heat exchanger 32 is configured with a plurality of long, upwardly leading, first trains 34 and a plurality of short, subsequently leading down again, second trains 36. The diversion of the heating gas from the first trains 34 into the second trains 36 takes place in a deflection space 38, which is located in the upper region of the heat exchanger 32. In this deflection space 38 is also a mechanical cleaning device 40, which protrudes from there into the trains 34 and 36.

Dabei sind in Ebenen quer zur Düsenrichtung jeweils zwei erste Züge 34 angeordnet, wobei von diesem Paar Züge 34 drei Reihen vorgesehen sind, so dass sich insgesamt sechs erste Züge 34 ergeben. Ferner sind in Ebenen quer zur Düsenrichtung jeweils zwei zweite Züge 36 angeordnet, wobei von diesem Paar Züge 36 zwei Reihen vorgesehen sind, so dass sich insgesamt vier erste Züge 36 ergeben. Das Verhältnis der Anzahl erster Züge 34 zu zweiten Zügen 36 ist also 1,5 zu 1.In each case, two first trains 34 are arranged in planes transversely to the nozzle direction, 34 of which are provided by this pair of trains three rows, so that a total of six first trains 34 result. Furthermore, two second trains 36 are arranged in planes transversely to the nozzle direction, wherein two rows are provided by this pair of trains 36, so that a total of four first trains 36 result. The ratio of the number of first trains 34 to second trains 36 is thus 1.5 to 1.

Die ersten Züge 34 weisen eine im Vergleich zu den zweiten Zügen 36 größere Länge auf, wobei das Längenverhältnis vorliegend 1,7 zu 1 ist. Die Züge 34 und 36 sind hinsichtlich ihrer Querschnittsfläche dabei derart gestaltet, dass die an ihren Mantelflächen sich ergebenden Wärmeübertragungsflächen in einem Verhältnis von 1,6 zu 1 stehen. Die ersten Züge 34 weisen also zusammen eine 1,6-fach größere Wärmeübertragungsfläche auf, als die zweiten Züge 36.The first trains 34 have a greater length compared to the second trains 36, the aspect ratio being 1.7 to 1 in the present case. Trains 34 and 36 are designed with regard to their cross-sectional area in such a way that the heat transfer surfaces resulting from their lateral surfaces are in a ratio of 1.6 to 1. The first trains 34 thus have a total of 1.6 times greater heat transfer area, as the second trains 36th

Mit den zweiten Zügen 36 wird das Heizgas zu einem Gebläse 42 geführt, mittels dem es als Abgas in einen nicht dargestellten Kamin abgesaugt wird. Das Gebläse 42 befindet sich unter und seitlich neben den zweiten Zügen 36 über der Brennkammer 24. Über dem Gebläse 42 und neben den zweiten Zügen 36 befindet sich ferner ein Raum 44 für eine Steuerung, während der restliche Platz um den Brennraum 14 und die Züge 34 sowie 36 herum von einem Wassermantel 46 ausgefüllt ist.With the second trains 36, the heating gas is passed to a blower 42, by means of which it is sucked as exhaust gas into a fireplace, not shown. The fan 42 is located below and to the side of the second trains 36 above the combustion chamber 24. About the fan 42 and adjacent to the second trains 36 is also a space 44 for a control, while the remaining space around the combustion chamber 14 and the trains 34th and 36 is filled by a water jacket 46 around.

Abschließend sei angemerkt, dass sämtlichen Merkmalen, die in den Anmeldungsunterlagen und insbesondere in den abhängigen Ansprüchen genannt sind, trotz des vorgenommenen, formalen Rückbezugs auf einen oder mehrere bestimmte Ansprüche, auch einzeln oder in beliebiger Kombination eigenständiger Schutz zukommen soll.Finally, it should be noted that all the features that are mentioned in the application documents and in particular in the dependent claims, in spite of the formal reference to one or more specific claims, also individually or in any combination should receive independent protection.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Ofen in Form eines StückholzkesselsOven in the form of a log wood boiler
1212
Gehäusecasing
1414
Brennraumcombustion chamber
1616
Brennrostburning rust
1818
Luftzuführungair supply
2020
Aschekastenash tray
2222
Brenndüsecombustion nozzle
2424
Brennkammercombustion chamber
2626
spiralförmiger Brennkammerkanalspiral combustion chamber channel
2828
offener Bereichopen area
3030
FlugascheraumFly ash space
3232
Wärmetauscherheat exchangers
3434
erster Zugfirst move
3636
zweiter Zugsecond train
3838
Umlenkraumdeflection
4040
Reinigungseinrichtungcleaning device
4242
Gebläsefan
4444
Raum für SteuerungRoom for control
4646
Wassermantelwater jacket

Claims (10)

Ofen (10) zur Verbrennung von Brennmaterial aus nachwachsenden Rohstoffen, wie Holz, mit einem Brennraum (14) zum Entgasen des Brennmaterials zu Brenngas, einer Brennkammer (24) zum Wandeln des Brenngases zu Heizgas, einer Brenndüse (22) zum Überleiten des Brenngases aus dem Brennraum (14) in die Brennkammer (24) und einem Wärmetauscher (32) zum Übertragen der Wärmeenergie des Heizgases auf einen Wärmeträger,
bei dem das Brenngas durch die Brenndüse (22) in einer Düsenrichtung geführt ist und der Wärmtauscher (32) mit einer Mehrzahl aufeinanderfolgend durchströmter Züge (34, 36) gestaltet ist, deren Durchströmungsweg in einer Ebene quer zu der Düsenrichtung ausgerichtet ist.
Oven (10) for burning fuel from renewable raw materials, such as wood, with a combustion chamber (14) for degassing the fuel to fuel gas, a combustion chamber (24) for converting the fuel gas to fuel gas, a fuel nozzle (22) for passing the fuel gas the combustion chamber (14) in the combustion chamber (24) and a heat exchanger (32) for transferring the heat energy of the heating gas to a heat transfer medium,
in which the fuel gas is guided through the combustion nozzle (22) in a nozzle direction and the heat exchanger (32) is designed with a plurality of successively traversed trains (34, 36) whose flow path is aligned in a plane transverse to the nozzle direction.
Ofen nach Anspruch 1,
bei dem der Wärmetauscher (32) mit mindestens einem ersten Zug (34) mit einer ersten Länge und mindestens einem nachfolgend durchströmten, zweiten Zug (36) mit einer zweiten Länge gestaltet ist und die erste Länge zur zweiten Länge in einem Verhältnis von 1,7 zu 1 bis 1,5 zu 1, insbesondere von 1,6 zu 1 gestaltet ist.
Oven according to claim 1,
wherein the heat exchanger (32) is configured with at least a first train (34) having a first length and at least one second train (36) having a second length therethrough and the first length to the second length being in a ratio of 1.7 to 1 to 1.5 to 1, in particular from 1.6 to 1 is designed.
Ofen nach Anspruch 1 oder 2,
bei dem der Wärmetauscher (32) mit ersten Zügen (34) einer ersten Anzahl und nachfolgend durchströmten, zweiten Zügen (36) einer zweiten Anzahl gestaltet ist und die erste Anzahl zur zweiten Anzahl in einem Verhältnis von 1,7 zu 1 bis 1,5 zu 1, insbesondere von 1,6 zu 1 gestaltet ist.
Oven according to claim 1 or 2,
wherein the heat exchanger (32) is configured with first trains (34) of a first number and subsequently traversed, second trains (36) of a second number and the first number to the second number in a ratio of 1.7 to 1 to 1.5 is designed to 1, in particular from 1.6 to 1.
Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
bei dem der Wärmetauscher (32) mit mindestens einem ersten Zug (34) mit einer ersten Wärmeübertragungsfläche und mindestens einem nachfolgend durchströmten, zweiten Zug (36) mit einer zweiten Wärmeübertragungsfläche gestaltet ist und die Größe der ersten Wärmeübertragungsfläche zur Größe der zweiten Wärmeübertragungsfläche in einem Verhältnis von 1,7 zu 1 bis 1,5 zu 1, insbesondere von 1,6 zu 1 gestaltet ist.
Oven according to one of claims 1 to 3,
wherein the heat exchanger (32) is configured with at least a first train (34) having a first heat transfer surface and at least one subsequently traversed second train (36) with a second heat transfer surface, and the size of the first heat transfer surface to the size of the second heat transfer surface in a ratio of 1.7 to 1 to 1.5 to 1, in particular from 1.6 to 1 is designed.
Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
bei dem das Brenngas durch die Brennkammer (24) in die Ebene quer zur Düsenrichtung umgelenkt ist.
Oven according to one of claims 1 to 4,
in which the fuel gas is deflected through the combustion chamber (24) in the plane transverse to the nozzle direction.
Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
bei dem der Wärmtauscher (32) räumlich über der Brennkammer (24) gestaltet ist.
Oven according to one of claims 1 to 5,
in which the heat exchanger (32) is designed spatially above the combustion chamber (24).
Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
bei dem die Brennkammer (24) mit einem spiralförmigen Brennkammerkanal (26) gestaltet ist.
Oven according to one of claims 1 to 6,
in which the combustion chamber (24) is designed with a spiral-shaped combustion chamber channel (26).
Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
bei dem die Brennkammer (24) mit einer Sichtöffnung zum Einblick in die Brennkammer (24) auf die an der zugehörigen Brenndüse (22) bestehende Düsenrichtung des Brenngases gestaltet ist.
Oven according to one of claims 1 to 7,
in which the combustion chamber (24) is designed with a view opening for viewing the combustion chamber (24) on the nozzle direction of the fuel gas existing at the associated combustion nozzle (22).
Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
bei dem der Wärmetauscher (32) mit mindestens einem ersten Zug (34) und mindestens einem nachfolgend durchströmten, zweiten Zug (36) gestaltet ist und mit dem mindestens einen ersten Zug (34) das Heizgas nach oben geführt ist.
Oven according to one of claims 1 to 8,
in which the heat exchanger (32) is designed with at least one first pull (34) and at least one second pull (36) through which flows, and with the at least one first pull (34) the heating gas is led upwards.
Ofen nach Anspruch 9,
bei dem mit dem mindestens einen zweiten Zug (36) das Heizgas nach unten geführt ist.
Oven according to claim 9,
in which with the at least one second train (36), the heating gas is guided downwards.
EP14156498.9A 2013-03-08 2014-02-25 Oven with a heat exchanger Withdrawn EP2775229A1 (en)

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