LU83344A1 - Verbesserter ofen - Google Patents

Description

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Beschreibung Verbesserter Ofen

Die vorliegende Erfindung betrifft Öfen zum Verbrennen von festen Brennstoffen wie beispielsweise Holz, Koks, Kohle etc., mit einer ersten Verbrennungskammer und einer zweiten Verbrennungskammer, denen jeweils Verbrennungsluft * 5 getrennt zugeführt wird.

Es wurden mit bisher bekannten Öfen dieser Art Versuche durchgeführt, bei denen in die gleiche Verbrennungskammer Sekundärluft zugeführt wurde, um eine Nachverbrennung von unvollständig verbrannten Gasen zu erzielen. Tests 10 haben jedoch gezeigt, daß in kleinen Öfen die gewünschte - 1 - % *

Wirkung sehr selten \x, d wenn, dann infolge besonders vorteilhafter Umstände, eintritt.

Im Zeichen einer zukünftigen Kürzung der Energie ist neuerdings das Interesse an der Verwendung von i· 5 Waldprodukten als ' Brennstoff für die häusliche Heizung gestiegen. Dann wird die Nachfrage nach einem Ofen bestehen, der ohne Belastung der Umwelt Waldprodukte und ähnliche Brennstoffe mit der größtmöglichen Effizienz und dem besten Grad an kontrollierter Verbrennung ver-10 brennen kann.

Es ist ein Merkmal dieser Art von Öfen,daß der Brennstoff bei vergleichsweise niedriger Temperatur in einer Primärkammer einer unvollständigen pyrolytischen Verbrennung unterzogen wird. Bei diesem Vorgang 15 werden nichtentzündbare Gase (pyrolytische Gase) mit einer Geschwindigkeit, die von der Temperatur, der Form und Zusammensetzung des Brennstoffes abhängt, * -i frei. Die Temperatur in der Primärkammer hängt von der Geschwindigkeit der Verbrennung in dieser Kammer ab und 20 ist damit von der Zufuhr der Primärluft und der Wärmeisolation der Primärkammer abhängig. Der gesamte Energieverbrauchist daher die Summe aus der Intensität der Primärverbrennung und dem Heizwert des pyrolytischen - 2 - i

Gases. Ein kontrollierter Energieverbrauch erfordert immer eine Justierung der Menge der Primärluft und die Isolation der Primärkammer zu dem verwendeten Brennstoff.

' 5 Um eine vollständige Verbrennung des pyrolytischen

Gases sicherzustellen und damit einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen, ist es erforderlich, den Gasen unter kontrollierten Bedingungen bezüglich der Quantität, Temperatur und Ruhezeit^ Sekundärluft zuzuführen. Die 10 Verbrennung kann auf eine wirksame Art und Weise in einer separaten zweiten Kammer mit geeigneter Wärmeisolation und Luftversorgung stattfinden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Ofen für die Verbrennung von festem Brennstoff 15 zu schaffen, bei die Verbrennung in zwei Stufen, d.h.

erstens in einer Primärkammer und danach in einer Sekundärkammer, so stattfindet, daß ein Ofen mit hoher Effizienz erhalten wird, und der so konstruiert ist, daß eine kontrollierte Verbrennung erzielt wird.

20 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen verbesserten Ofen der eingangs genannten Art, der - 3 - dadurch gekennzeichnet ist, daß die pyrolytischen Gase in der Primärkammer innerhalb eines vorbestimmten Raumes erzeugt werden, und daß die Temperatur in der Sekundärkammer ausreichend hoch ist, um eine vollständige ' 5 Verbrennung aller pyrolytischen Gase zu bewirken.

Ein anderes Merkmal der Erfindung ist, daß die Sekundärkammer als eine Zweistufen-Verbrennungskammer ausgebildet ist. Die Größe einer optimalen Sekundärkammer wird von dem Energieverlust des Ofens abhängen. Eine 10 Zweistufen-Sekundärkammer wird daher in einem weiten

Einstellbereich eine gute sekundäre Verbrennung sicherstellen, da die Verbrennung bei niedrigem Verbrauch in der ersten Stufe stattfindet und bei höherem Verbrauch in der zweiten Stufe vervollständigt wird.

15 Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß zwischen einem Eingang für die Sekundärluft und einem Ausgang für die heißen Verbrennungsgase aus der zweiten Kammer eine Wärmeaustauscherflâche vorgesehen ist, um die der zweiten Kammer zugeführte Verbrennungsluft vor-20 zuheizen.

Ein anderes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der Durchgang für die Sekundärluft in den Raum zwischen - 4 - der Primär- und Sekundärkammer mündet.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal für die Sekundärluft in dem Teil zwischen der Primärkammer und 5 der Sekundärkammer liegty und daß der Kanal zur Primärkammer isoliert ist und auf die Sekundärkammer zu eine Wärmeaustauscherfläche aufweist. Das Ergebnis ist ein Vorheizen der Sekundärluft.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, 10 daß in der Sekundärkammer oder in dem Luftzufuhr-Kanal zur Sekundärkammer eine Wärmequelle angeordnet ist, der äußere Energie zugeführt wird und die beispielsweise ein elektrisches Heizelement sein kann. Die Energie, die durch diese Heizquelle verloren wird, kann in Übereinstimmung 15 mit der Erfindung durch a) die Temperatur in der Sekundärkammer, oder s b) den Temperaturanstieg in der Sekundärkammer oder c) die Temperatur in der Primärkammer oder d) eine Kombination der Parameter (a, b, c) kontrol- 20 liert werden.

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Um die Zündtemperatur für die Gase in der Sekun-därkammer herabzusenken, ist es ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß die Sekundärkammer mit einem Katalysator versehen sein kann. Alternativ zu diesem Merkmal 5 kann die Sekundärkammer mit Platten, Stiften oder ähnlichen Elementen mit einer großen thermischen Widerstandskraft versehen sein, so daß Zünden der Verbrennungsgase leichter als bei einer freien Gasatmosphäre stattfindet.

Um einen selbstgesteuerten Verbrennungsvorgang mit 10.. hoher Effizienz mit allen Bedingungen unabhängig von der Art oder Form des Brennstoffes oder veränderlicher Füllbedingungen sicherzustellen, kann es ein Merkmal der vorliegenden Erfindung sein, daß ein Gebläse vorgesehen ist, um eine gleichförmige Luftzufuhr zur Verbrennung sicher-15 zustellen. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Gebläse durch ein thermoelektrisches Element angetrieben, welches an einer der Wände in einer der Verbrennungskammern, insbesondere der Sekundärkammer, angeordnet ist. Das Gebläse kann durch einen Thermostat gesteuert 20 werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der einzigen Figur, die eine Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung zeigt, beschrieben. Der als ein Beispiel - 6 - darges teilte Ofen besteht aus einer Primärkammer 1, in der wenigstens die obere Wand 2 isoliert ist. Es ist jedoch möglich auch die Seitenwände zu isolieren, wenn dies sich als notwendig erweisen sollte, um die 5 Temperatur in der Primärkammer zu erhöhen, wenn eine vorbestimmte Geschwindigkeit der Verbrennung gewünscht wird. Die Verbrennungsluft für die Primärkammer 1 wird durch die Füllöffnungen 4 an der Vorderseite des Ofens eingesogen.

10 Die Verbrennungsgase aus der Primärkammer 1 werden über eine Öffnung 5 an der rückwärtigen Wand 3 in die zweite Kammer 6 geleitet. Diese Kammer ist als eine Zweistufen-Kammer konstruiert, in der die Verbrennung bei niedrigem Energieverbrauch in der Stufe 1 stattfindet, 15 während die Verbrennung in der Stufe 2 vervollständigt wird, wenn der Energieverbrauch hoch ist. Die Verbrennungsluft für die zweite Kammer wird durch eine Füllöffnung 7 an der Vorderseite des Ofens in einen Kanal 8 in s der oberen Wand der Primärkammer 2 angesogen. Die Zufuhr 20 der Verbrennungsluft ist so justiert, daß die Primärluft und Sekundärluft gleichzeitig gesteuert wird. Der Kanal 8 ist gegen die Primärkammer, wie in der Figur dar-gestelltj isoliert, und ist jedoch mit einer Wärmeaustauscherfläche 9 in Richtung auf den Ausgang 10 aus der - 7 -

Sekundärkammer versehen. Die Sekundärkammer weist eine gute thermische Isolation auf, so daß ausreichend hohe Temperaturen (750 - 1000°C) in ihr erzielt werden. Um ein Zünden mit einer vollständigen Verbrennung der 5 Verbrennungsgase in der zweiten Kammer sicherzustellen, d.h. daß die Temperatur höher als die Zündtemperatur für die Gase ist, kann ein Heizelement 12 mit äußerer Energieversorgung verwendet werden. Das Heizelement 12 kann ein elektrisches Heizelement; wie bei der Ausfüh-10 rungsform dargestellt, oder ein Ölbrenner, Gasbrenner etc. sein. Das Heizelement kann anstatt in der Sekundärkammer zweckmäßigerweise in dem Kanal 8 für die Zufuhr der Sekundärluft angeordnet sein. Wie bereits vorstehend erwähnt, kann die Sekundärkammer eine Katalysa-15 torflâche, beispielsweise eine Platin- oder Rodium-

Legierung, aufweisen, so daß die Zündtemperatur für die Verbrennungsgase herabgesetzt wird. Die Sekundärkammer kann auch mit Platten, Stiften oder ähnlichen Elementen mit einer gewissen thermischen Widerstandskraft versehen 20 sein, so daß das Zünden der Verbrennungsgase leichter als in einer freien Gasatmosphäre erfolgt. Anzumerken ist, daß das Heizelement, der Katalysator oder Stifte oder ähnliche Elemente mit thermischer Widerstandskraft allein oder in Kombination verwendet werden können.

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Die heißen Gase aus der Sekundärkamraer 6 werden durch den Abführkanal 10 abgeführt, treten an der vorderen Kante der oberen Wand 11 wieder ein und strör· men durch einen Kanal 13 an der oberen Seite der oberen 5 Wand 11 in den Rauchabzugskanal 14. Vom Ausgang des k Kanals 10 bis zum Rauchabzugskanal 14 verlieren die

Verbrennungsgase die größtmögliche Wärmemenge und der Kanal 13 ist daher mit einem Wärmeaustauscher versehen, um die Wärme auf die Umgebung zu übertragen.

10 Der Rauchabzugskanal 14 kann mit einem Gebläse 15 versehen sein, welches mit elektrischem Strom von einem Thermoelement 16 gespeist sein kann, welches in der heißen Wandoberfläche des Kanals 13 angeordnet ist. Das Thermoelement wird einen elektrischen Strom erzeugen, der von 15 dem Temperaturunterschied zwischen der heißen Seite der Wand und der Umgebung abhängig ist. Das Gebläse 15 kann durch einen Thermostat gesteuert werden, so daß die Zu-' fuhr von Verbrennungsluft abhängig von einer gewünschten

Raumtemperatur erfolgt. Der Start eines kalten Ofens 20 kann mit einer Zusatzbatterie erfolgen, da das Thermoelement keinen Strom erzeugt oder es kann der natürliche Zug durch den Rauchabzugskanal verwendet werden.

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Die Versorgung der Sekundärkammer mit Energie von außen wird nicht immer erforderlich sein. Um diese Energieversorgung zu steuern sollten die folgenden Parameter in Betracht gezogen werden: 5 a) Die Temperatur in der Sekundärkammer. Wenn diese Temperatur unter 800°C abfällt ist eine Versorgung mit Energie von außen erforderlich, wenn von der Primärkammer immer noch Verbrennungsgas zuströmt. Dann könnte in der Sekundärkammer ein Temperatursensor vorgesehen 10 sein.

b) Temperaturanstieg vom Eingang zum Ausgang in der Sekundärverbrennungsstufe. Ein positiver Wert, der nicht infolge von Energiezufuhr auftritt, zeigt an, daß zu verbrennendes Verbrennungsgas immer noch strömt.

15 c) Die Temperatur in ehr Primärkammer. Ein unterer Grenzwert gibt an, daß der Ofen keinen Brennstoff mehr enthält und daher keine äußere Energiezufuhr benötigt wird.

Durch die Kombination dieser Parameter, beispielsweise in Form von elektrischen Signalen von Thermoelementen, 20 Thermistoren oder ähnlichen Elementen, ist es möglich eine - 10 - * ' ’ vollautomatische und vollständige Verbrennung aller nichtentzündbaren Gase zu erzielen.

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Claims (11)

1. Verbesserter Ofen für die Verbrennung von festen Brennstoffen, wie beispielsweise Holz, Koks, Kohle etc. mit einer ersten Verbrennungskammer und einer zweiten Verbrennungskammer jeweils mit separater Zufuhr von Verbren-5 nungsluft, dadurch gekennzeichnet, daß beide Verbrennungskammern (1 und 6) thermisch isoliert sind, wobei insbesondere die zweite Verbrennungskammer besser als die erste Verbrennungskammer isoliert ist. - 1 - ) * ' '" •'•IWl t

2. Ofen nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Kammer (6) als Zweistuf enkammer ausgebildet ist, um innerhalb eines breiten Bereiches des Energieverlustes eine vollständige , 5 Verbrennung zu ermöglichen.

3. Ofen nach Anspruch 1 und 2 , dadurch gekennzeichnet , daß zwischen einem Eingangskanal (8) für Sekundärluft und einem Ausgangskanal (10) für die heißen Verbrennungsgase aus der Sekundärkammer (6) 10 eine Wärmeaustauscherflâche (9) vorgesehen ist, um die Verbrennungsluft für die Sekundärkammer vorzuheizen.

4. Ofen nach Anspruch 1, 2 und 3 , dadurch gekennzeichnet , daß der Kanal (8) für die Luftzufuhr zur zweiten Kammer (6) in den Raum (5) zwi- 15 sehen der Primärkammer (1) und der Sekundärkammer (2) mündet. 1 - 2 - Ofen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4 , dadurch gekennzeichnet , daß der Luftkanal (8) für die Versorgung der Sekundärkammer (6) in 20 einer Trennwand (2) zwischen Primärkammer (1) und Sekundärkammer (6) und dem Ausgangskanal (10) der Sekundärkammer (6) angeordnet ist und dem Ausgangskanal (10) ê zugewandt mit einer Wärmeaustauscherflâche versehen ist.

6. Ofen nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet , daß «

5 Volumen, Isolation und Zufuhr der Verbrennungsluft zur Primärkammer (1) in Abhängigkeit von einer gleichförmigen Verbrennungsgeschwindigkeit und Pyrolyse bemessen sind, um eine korrekt angepaßte Menge unverbranndter Gase, unter anderem CO, die der Sekundärkammer (6) zugeführt werden, 10 zu erzeugen. 1 2 - 3 - Ofen nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet , daß Volumen, Isolation und Zufuhr der Sekundärluft zur Sekundärkammer (6) so bemessen sind, daß eine Zündung und 15 vollständige Verbrennung der pyrolytischen Gase erzielt wird. * 2 Ofen nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet , daß die Sekundärkammer (6) oder der Zufuhrkanal (8) für 20 die Sekundärluft mit einer Heizquelle (12) mit äußerer Energieversorgung versehen ist. * «· ·

9. Ofen nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet , daß die Sekundärkammer (6) mit einem Katalysator versehen ist, um die Zündtemperatur für die Gase in dieser Kam- * 5 mer herabzusenken.

10. Ofen nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet , daß die Sekundärkammer (6) mit Platten, Stiften oder ähnlichen Elementen mit gewisser thermischer Widerstands- 10 kraft versehen ist, um damit das Zünden der Verbrennungsgase gegenüber dem Zünden in freier Gasatmosphäre zu erleichtern.

11. Ofen nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet , daß 15 ein Gebläse (15) vorgesehen ist, um eine gleichförmige Luftzufuhr für die Verbrennung sicherzustellen und damit eine gesteuerte Verbrennung zu erzielen.

12. Ofen nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet , daß das Gebläse (15) durch ein Thermo- 20 element (16), welches in einer der Wände einer der Verbrennung skammern oder am Ausgangskanal der Sekundär- - 4 - t * --- kammer (6) angeordnet ist, angetrieben wird. «

13. Ofen nach Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet , daE die Heizquelle (12) durch a) die Temperatur in der Sekundärkammer (6) oder ·' 5 b) den Temperaturanstieg in der Sekundärkammer (6) oder c) die Temperatur in der Primärkammer (1) oder d) eine Kombination der Parameter a, b und c gesteuert wird. - 5 -