EP4001766A1 - Method for optimizing the usage of waste heat of a combustion oven - Google Patents

Method for optimizing the usage of waste heat of a combustion oven Download PDF

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EP4001766A1 EP20207416.7A EP20207416A EP4001766A1 EP 4001766 A1 EP4001766 A1 EP 4001766A1 EP 20207416 A EP20207416 A EP 20207416A EP 4001766 A1 EP4001766 A1 EP 4001766A1
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Andreas Neudeck
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Haas und Sohn Ofentechnik GmbH
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    • F24B7/02—Stoves, ranges or flue-gas ducts, with additional provisions for convection heating  with external air ducts
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24B1/02—Closed stoves
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    • F24B1/185—Stoves with open fires, e.g. fireplaces with air-handling means, heat exchange means, or additional provisions for convection heating ; Controlling combustion
    • F24B1/188—Stoves with open fires, e.g. fireplaces with air-handling means, heat exchange means, or additional provisions for convection heating ; Controlling combustion characterised by use of heat exchange means , e.g. using a particular heat exchange medium, e.g. oil, gas  
    • F24B1/1885—Stoves with open fires, e.g. fireplaces with air-handling means, heat exchange means, or additional provisions for convection heating ; Controlling combustion characterised by use of heat exchange means , e.g. using a particular heat exchange medium, e.g. oil, gas   the heat exchange medium being air only
    • F24B1/1888—Stoves with open fires, e.g. fireplaces with air-handling means, heat exchange means, or additional provisions for convection heating ; Controlling combustion characterised by use of heat exchange means , e.g. using a particular heat exchange medium, e.g. oil, gas   the heat exchange medium being air only with forced circulation

Definitions

  • the invention relates to a method for optimizing the use of waste heat from a combustion furnace according to the preamble of claim 1.
  • Pellets Furnaces for burning wood and pressed biological combustion products, hereinafter generally referred to as "pellets", are enjoying increasing popularity due to the energy sources mostly coming from regenerative raw material sources and the often lower operating costs compared to other forms of heat generation. Another important reason for purchasing an incinerator is the pleasant interaction of convection and radiant heat, which cannot be imitated in this form by electric ovens due to the lower maximum temperature. An important aspect when operating a stove is the rapid and even heating of the room to be heated. There are several approaches to achieve optimal through-warming.
  • a wood-burning stove which causes a forced circulation of the room air through a ventilation device, which is heated inside the stove and exits again at the bottom of the stove.
  • the disadvantage of this is that the air is sucked in from above and on the way down only briefly comes into contact with the furnace areas that are heated by the flue gas.
  • the heated room air is blown out in a concentrated manner in the lower area of the stove, which leads to poorer and, above all, more uneven heating of the room air.
  • the 1 shows a perspective view of an oven 1 from its front side with a schematic progression of the room air to be heated inside which is represented by arrows.
  • the incoming air masses 8 are heated by counterflowing air masses 9, which have been heated by the heat exchanger 3 and flow downwards.
  • the 2 shows a perspective view of a furnace 1 with a schematic course of the counterflowing air masses 9 inside the furnace 1 from the rear.
  • the air masses 8 entering in the floor area at openings 2 and/or through openings in the area of the lower half of the furnace 1 (not shown) (see 1 ) flows past the heat exchanger 1 and is then sucked in past the combustion chamber 5 by the negative pressure generated by the induced draft fan 4 and finally in the lower half of the furnace 1 through a blow-out opening 6 (see 1 ) blown into the room.
  • the bidirectional, U-shaped in the broadest sense, air flow and the resulting possible interaction of rising warm air 7 in the upper area of the furnace 1 and additionally blown out warm air 10 in the lower area of the furnace 1 can be achieve more even and faster heating. It is also possible to lead the blow-out opening 6 into another room, so that the rising warm air 7 and the warm air 10 that is blown out heat different rooms.
  • the ratio of the warm air 7 rising above to the amount of warm air 10 blown out below can be changed via the negative pressure that is created by the induced draft fan 4 . It is thus possible not to extract any air from the upper area of the furnace 1 (when the induced draft fan is at a standstill), all the warm air then escapes from the top of the furnace 1 by convection.
  • Exemplary possibilities include the measurement of a required pressure at a specific point, a pressure drop between two or more measurement points within the furnace 1, the measurement of specific temperatures or temperature distributions in the heated space, the speed of the sucked in or blown out air, or its air mass flow. These examples are enumerative and should not be considered exhaustive. In principle, all methods known from the prior art can be considered.
  • the socket shown is an exemplary embodiment, and the invention is not limited to this embodiment.
  • flue gas is considered to be the entirety of all substances that are produced by combustion and are present as a gaseous phase (e.g. CO, CO 2 , water vapour,...), or suspended in it (e.g. fine dust particles, floating embers,). , pass into the environment.
  • gaseous phase e.g. CO, CO 2 , water vapour, etc.
  • suspended in it e.g. fine dust particles, floating embers,
  • the combustion chamber is the space where the flames are visually visible.
  • the combustion chamber is used to heat the flue gas, on the other hand, the combustion chamber is often separated from the environment by a transparent pane, whereby the visual effect of an open fireplace, but without the associated risks.

Abstract

Verfahren zur Optimierung der Abwärmenutzung eines Ofens (1) durch eine bidirektionale, im weitesten Sinne verkehrt U-förmige, Luftführung durch den Ofen (1) und das dadurch mögliche Zusammenspiel von aufsteigender Warmluft (7) im oberen Bereich des Ofens und zusätzlich ausgeblasener Warmluft (10) im unteren Bereich des Ofens, mit dem Ziel eine gleichmäßige und rasche Erwärmung der Raumluft zu erreicht.Process for optimizing the use of waste heat from a furnace (1) by means of a bidirectional, in the broadest sense inverted U-shaped, air flow through the furnace (1) and the resulting possible interaction of rising warm air (7) in the upper area of the furnace and additional warm air blown out ( 10) in the lower part of the stove, with the aim of achieving uniform and rapid heating of the room air.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung der Abwärmenutzung eines Verbrennungsofens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for optimizing the use of waste heat from a combustion furnace according to the preamble of claim 1.

Öfen für die Verbrennung von Holz sowie gepresster biologischer Verbrennungsprodukte, nachfolgend allgemein als "Pellets" bezeichnet, erfreuen sich aufgrund der zumeist aus regenerativen Rohstoffquellen stammender Energieträger und der häufig gegenüber anderen Formen der Wärmegewinnung geringeren Betriebskosten wachsender Beliebtheit. Ein weiterer wichtiger Grund für die Anschaffung eines Verbrennungsofens ist das als angenehm empfundene Zusammenspiel der Konvektions- und Strahlungswärme, das in dieser Form durch Elektroöfen aufgrund der niedrigeren Maximaltemperatur nicht zu imitieren ist. Ein wichtiger Aspekt beim Betrieb eines Ofens ist die rasche und gleichmäßige Durchwärmung des zu heizenden Raums. Um eine optimale Durchwärmung zu erreichen gibt es mehrere Ansätze.Furnaces for burning wood and pressed biological combustion products, hereinafter generally referred to as "pellets", are enjoying increasing popularity due to the energy sources mostly coming from regenerative raw material sources and the often lower operating costs compared to other forms of heat generation. Another important reason for purchasing an incinerator is the pleasant interaction of convection and radiant heat, which cannot be imitated in this form by electric ovens due to the lower maximum temperature. An important aspect when operating a stove is the rapid and even heating of the room to be heated. There are several approaches to achieve optimal through-warming.

Aus der EP 0 102 011 ist ein Kaminofen bekannt, der durch ein Lüftungsgerät eine zwangsweise Zirkulation der Raumluft hervorruft, wobei diese im Inneren des Ofens erwärmt wird und an der Unterseite des Ofens wieder austritt. Nachteilig daran ist, dass die Luft, von oben eingesaugt wird und auf dem Weg nach unten nur kurz in Kontakt mit Ofenbereichen gelangt, die vom Rauchgas erhitzt sind. Dadurch kann einerseits nur ein geringer Teil der Wärme vom Rauchgas auf die eingesaugte Luft übergehen, andererseits erfolgt ein konzentriertes Ausblasen der erwärmten Raumluft im unteren Bereich des Ofens, was zu einer schlechteren und vor allem ungleichmäßigeren Erwärmung der Raumluft führt.From the EP 0 102 011 a wood-burning stove is known, which causes a forced circulation of the room air through a ventilation device, which is heated inside the stove and exits again at the bottom of the stove. The disadvantage of this is that the air is sucked in from above and on the way down only briefly comes into contact with the furnace areas that are heated by the flue gas. As a result, on the one hand only a small part of the heat can be transferred from the flue gas to the sucked-in air, on the other hand the heated room air is blown out in a concentrated manner in the lower area of the stove, which leads to poorer and, above all, more uneven heating of the room air.

Es ist Ziel und Aufgabe dieser Erfindung eine möglichst gute Wärmeübertragung vom heißen Rauchgas auf die zu erwärmende Raumluft zu ermöglichen und gleichzeitig eine möglichst optimale Verteilung der erwärmten Raumluft im zu erwärmenden Raum sicher zu stellen.It is the aim and object of this invention to enable the best possible heat transfer from the hot flue gas to the room air to be heated and at the same time to ensure the best possible distribution of the heated room air in the room to be heated.

Erfindungsgemäß werden diese Ziele durch ein Verfahren zur Optimierung der Abwärmenutzung eines Verbrennungsofens erreicht, das die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale aufweist. Mit anderen Worten wird, durch eine bidirektionale, im weitesten Sinne verkehrt U-förmige, Luftführung durch den Ofen und das dadurch mögliche Zusammenspiel von aufsteigender Warmluft im oberen Bereich des Ofens und zusätzlich ausgeblasener Warmluft im unteren Bereich des Ofens, eine gleichmäßige und rasche Erwärmung der Raumluft erreicht.According to the invention, these objects are achieved by a method for optimizing the use of waste heat from an incinerator, which has the features specified in the characterizing part of claim 1. In other words, a bidirectional, in the broadest sense U-shaped, air flow through the oven and the resulting possible interaction of rising warm air in the upper area of the oven and additional hot air blown out in the lower area of the stove, a uniform and rapid warming of the room air is achieved.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt

  • die Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Ofens von dessen Vorderseite mit einer schematischen Darstellung des Luftstroms durch den Ofen und
  • die Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Ofens mit Saugzuggebläse für die Ausblasung der im Ofen erwärmten Luft in den Raum.
The invention is explained in more detail below with reference to the drawings. while showing
  • the 1 a perspective view of an oven from the front thereof with a schematic representation of the air flow through the oven and
  • the 2 a perspective view of a stove with induced draft fan for blowing out the air heated in the stove into the room.

Die Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ofens 1 von dessen Vorderseite mit einem durch Pfeile dargestellten schematischen Verlauf der zu erwärmenden Raumluft in dessen Inneren. Luft strömt unten, im Bodenbereich an Öffnungen 2 und/oder durch Öffnungen im Bereich der unteren Hälfte des Ofens 1 (nicht dargestellt), in den Ofen 1 ein, strömt unter Erwärmung durch Konvektion zu einem Wärmetauscher 3 nach oben, erwärmt sich dort stark, und wird zum gewünschten Ausmaß durch ein Saugzuggebläse 4 (siehe Fig. 2) an einer Brennkammer 5 vorbeigeführt und wieder im unteren Bereich des Ofens 1 als Warmluft 10 durch eine Ausblasöffnung 6 wieder in den Raum ausgeblasen, während die übrige Warmluft 7 oberhalb des Wärmetauschers 3 aus dem Ofen 1 aufsteigt. Schon während des Abschnitts zwischen Eintritt der Raumluft in den Ofen 1 und Erreichen des Wärmetauschers 3 erfolgt eine Erwärmung der eintretenden Luftmassen 8 durch gegenströmende Luftmassen 9, die vom Wärmetauscher 3 erwärmt wurden und nach unten strömen.the 1 shows a perspective view of an oven 1 from its front side with a schematic progression of the room air to be heated inside which is represented by arrows. Air flows below, in the floor area at openings 2 and/or through openings in the area of the lower half of the oven 1 (not shown), into the oven 1, flows upwards to a heat exchanger 3 while being heated by convection, where it heats up considerably, and is blown to the desired extent by an induced draft fan 4 (see 2 ) past a combustion chamber 5 and blown out again in the lower area of the furnace 1 as warm air 10 through a blow-out opening 6 back into the room, while the remaining warm air 7 rises above the heat exchanger 3 from the furnace 1. Already during the section between the room air entering the furnace 1 and reaching the heat exchanger 3, the incoming air masses 8 are heated by counterflowing air masses 9, which have been heated by the heat exchanger 3 and flow downwards.

Die Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ofens 1 mit einem schematischen Verlauf der gegenströmenden Luftmassen 9 im inneren des Ofens 1 von dessen Rückseite. Die im Bodenbereich an Öffnungen 2 und/oder durch Öffnungen im Bereich der unteren Hälfte des Ofens 1 (nicht dargestellt) eintretende Luftmassen 8 (siehe Fig. 1) strömt am Wärmetauscher 1 vorbei und wird anschließend durch den durch das Saugzuggebläse 4 erzeugten Unterdruck an der Brennkammer 5 vorbei angesaugt und schließlich in der unteren Hälfte des Ofens 1 durch eine Ausblasöffnung 6 (siehe Fig. 1) in den Raum eingeblasen.the 2 shows a perspective view of a furnace 1 with a schematic course of the counterflowing air masses 9 inside the furnace 1 from the rear. The air masses 8 entering in the floor area at openings 2 and/or through openings in the area of the lower half of the furnace 1 (not shown) (see 1 ) flows past the heat exchanger 1 and is then sucked in past the combustion chamber 5 by the negative pressure generated by the induced draft fan 4 and finally in the lower half of the furnace 1 through a blow-out opening 6 (see 1 ) blown into the room.

Durch die bidirektionale, im weitesten Sinne verkehrt U-förmige, Luftführung und das dadurch mögliche Zusammenspiel von aufsteigender Warmluft 7 im oberen Bereich des Ofens 1 und zusätzlich ausgeblasener Warmluft 10 im unteren Bereich des Ofens 1 lässt sich eine gleichmäßigere und raschere Erwärmung erreichen. Weiters ist es möglich die Ausblasöffnung 6 in einen anderen Raum zu führen, so dass die aufsteigende Warmluft 7 und die ausgeblasene Warmluft 10 unterschiedliche Räume erwärmen. Das Verhältnis der oben aufsteigenden Warmluft 7 zur Menge der unten ausgeblasenen Warmluft 10 lässt sich dabei über den Unterdrucks verändern, der durch des Saugzuggebläse 4 entsteht. So ist es möglich gar keine Luft aus dem oberen Bereich des Ofens 1 (bei Stillstand des Saugzuggebläses) abzusaugen, die gesamte Warmluft tritt dann durch Konvektion oben aus dem Ofen 1 aus. Es ist auch möglich einen gewissen Teil abzusaugen, wie im oben stehenden Beispiel. Zu guter Letzt ist es auch möglich die gesamte Warmluft aus dem Bereich des Wärmetauschers 3 abzusaugen, dann tritt keine Warmluft 7 durch Konvektion oben aus dem Ofen 1 aus. Zur Festlegung des für den im Saugzuggebläse entstehenden Unterdruck kommen unterschiedliche Methoden der Steuerung und Regelung in Betracht. Als einfache Steuerung ist es etwa möglich das Saugzuggebläse mit fest vorgegebenen Drehzahlen anzusteuern, die aus Versuchen bestimmt werden, die für Fachperson einfach durchführbar sind. Für eine Steuerung des Saugzuggebläses ist hingegen eine Messung von Betriebsparametern nötig. Beispielhafte Möglichkeiten umfassen die Messung eines geforderten Drucks an einem bestimmten Punkt, eines Druckgefälles zwischen zwei oder mehr Messpunkten innerhalb des Ofens 1, die Messung bestimmter Temperaturen oder Temperaturverteilungen im beheizten Raum, die Geschwindigkeit der angesaugten oder ausgeblasenen Luft, oder deren Luftmassestrom. Diese Beispiele sind aufzählend und nicht als abschließend anzusehen. Grundsätzlich kommen alle aus dem Stand der Technik bekannten Methoden in Betracht.The bidirectional, U-shaped in the broadest sense, air flow and the resulting possible interaction of rising warm air 7 in the upper area of the furnace 1 and additionally blown out warm air 10 in the lower area of the furnace 1 can be achieve more even and faster heating. It is also possible to lead the blow-out opening 6 into another room, so that the rising warm air 7 and the warm air 10 that is blown out heat different rooms. The ratio of the warm air 7 rising above to the amount of warm air 10 blown out below can be changed via the negative pressure that is created by the induced draft fan 4 . It is thus possible not to extract any air from the upper area of the furnace 1 (when the induced draft fan is at a standstill), all the warm air then escapes from the top of the furnace 1 by convection. It is also possible to suck off a certain part, as in the example above. Last but not least, it is also possible to extract all of the warm air from the area of the heat exchanger 3, then no warm air 7 escapes from the top of the furnace 1 by convection. Various control and regulation methods can be used to determine the negative pressure created in the induced draft fan. As a simple control, it is possible, for example, to control the induced draft fan at fixed speeds that are determined from tests that are easy to carry out for a person skilled in the art. To control the induced draft fan, on the other hand, it is necessary to measure operating parameters. Exemplary possibilities include the measurement of a required pressure at a specific point, a pressure drop between two or more measurement points within the furnace 1, the measurement of specific temperatures or temperature distributions in the heated space, the speed of the sucked in or blown out air, or its air mass flow. These examples are enumerative and should not be considered exhaustive. In principle, all methods known from the prior art can be considered.

Bei der dargestellten Fassung handelt es sich um eine beispielhafte Ausführung, wobei die Erfindung nicht auf diese Ausführung beschränkt ist.The socket shown is an exemplary embodiment, and the invention is not limited to this embodiment.

Als Rauchgas wird in diesem Zusammenhang die Gesamtheit aller Stoffe angesehen, die durch die Verbrennung entstehen und als Gasförmige Phase (z.B. CO, CO2, Wasserdampf,...), oder in dieser schwebend (z.B. Feinstaubpartikel, schwebende Glutpartikel,...), in die Umgebung übergehen. Ähnliche Ausdrücke für Rauchgas sind Verbrennungsgas, Verbrennungsluft, Abgas oder umgangssprachlich auch "Rauch".In this context, flue gas is considered to be the entirety of all substances that are produced by combustion and are present as a gaseous phase (e.g. CO, CO 2 , water vapour,...), or suspended in it (e.g. fine dust particles, floating embers,...). , pass into the environment. Similar expressions for flue gas are combustion gas, combustion air, exhaust gas or colloquially "smoke".

Bei der Brennkammer handelt es sich um den Raum, in dem die Flammen visuell sichtbar sind. Die Brennkammer dient einerseits der Erwärmung des Rauchgases, andererseits ist die Brennkammer oft durch eine transparente Scheibe von der Umgebung getrennt, wodurch der visuelle Effekt einer offenen Feuerstelle entsteht, jedoch ohne den damit verbundenen Risiken.The combustion chamber is the space where the flames are visually visible. On the one hand, the combustion chamber is used to heat the flue gas, on the other hand, the combustion chamber is often separated from the environment by a transparent pane, whereby the visual effect of an open fireplace, but without the associated risks.

In der Beschreibung und den Ansprüchen werden die Begriffe "vorne", "hinten", "oben", "unten" und so weiter in der landläufigen Form und unter Bezugnahme auf den Gegenstand in seiner üblichen Gebrauchslage verwendet. Fig. 1 zeigt daher eine Schnittsicht von vorne, Fig. 2 eine Schnittsicht von hinten links.In the description and claims, the terms "front", "rear", "top", "bottom" and so on are used in their conventional form and with reference to the article in its normal position of use. 1 therefore shows a sectional view from the front, 2 a sectional view from the rear left.

Der Begriff: "Kombination" bzw. "Kombinationen" steht, sofern nichts anderes angegeben, für alle Arten von Kombinationen, ausgehend von zwei der betreffenden Bestandteile bis zu einer Vielzahl oder aller derartiger Bestandteile, der Begriff: "enthaltend" steht auch für "bestehend aus".The term: "combination" or "combinations" stands, unless otherwise stated, for all types of combinations, starting from two of the components concerned up to a plurality or all such components, the term: "containing" also stands for "consisting out".

Die in den einzelnen Beispielen angegebenen Merkmale und Varianten können mit denen der anderen Beispiele frei kombiniert und insbesondere zur Kennzeichnung der Neuerung in den Ansprüchen ohne zwangläufige Mitnahme der anderen Details des jeweiligen Beispiels verwendet werden. Liste der Bezugszeichen: 1 Ofen 6 Ausblasöffnung 2 Öffnungen 7 aufsteigende Warmluft 3 Wärmetauscher 8 eintretende Luftmassen 4 Saugzuggebläse 9 gegenströmende Luftmassen 5 Brennkammer 10 ausgeblasene Warmluft The features and variants specified in the individual examples can be freely combined with those of the other examples and, in particular, used to characterize the innovation in the claims without necessarily including the other details of the respective example. List of references: 1 oven 6 exhaust port 2 openings 7 rising warm air 3 heat exchangers 8 incoming air masses 4 induced draft fans 9 countercurrent air masses 5 combustion chamber 10 blown hot air

Claims (4)

Verfahren zur Optimierung der Abwärmenutzung eines Ofens (1) mit einer Brennkammer (5), dadurch gekennzeichnet, dass Raumluft in einer bidirektionalen, im weitesten Sinne verkehrt U-förmigen, Luftführung durch den Ofen (1) an der Brennkammer (5) vorbeigeführt wird, wobei ein Teil der Warmluft oberhalb der Brennkammer (5) aufsteigend (7) den Ofen (1) verlässt und ein Teil durch ein Saugzuggebläse (4) angesaugt wird und in der unteren Hälfte des Ofens (1) in den Raum ausgeblasen (10) wird.Method for optimizing the use of waste heat from a furnace (1) with a combustion chamber (5), characterized in that room air is guided through the furnace (1) past the combustion chamber (5) in a bidirectional, in the broadest sense inverted U-shaped, air duct, part of the warm air leaving the furnace (1) rising (7) above the combustion chamber (5) and part being sucked in by an induced draft fan (4) and being blown out (10) into the lower half of the furnace (1) into the room . Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb der Brennkammer (5) ein Wärmetauscher (3) vorhanden ist.Method according to Claim 1, characterized in that there is a heat exchanger (3) above the combustion chamber (5). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der ausgeblasenen Warmluft (10) über eine Steuerung der Leistung des Saugzuggebläses (4) festgelegt wird.Method according to Claim 1, characterized in that the proportion of the hot air (10) blown out is determined by controlling the output of the induced draft fan (4). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der ausgeblasenen Warmluft (10) durch kontinuierliche Messung von Systemparametern und daraus resultierender Anpassung der Leistung des Saugzuggebläses (4) festgelegt wird.Method according to Claim 1, characterized in that the proportion of the hot air (10) blown out is determined by continuous measurement of system parameters and the resultant adjustment of the output of the induced draft fan (4).
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