NO863692L - Ovn for fast brensel. - Google Patents

Description

VARMESYSTEM FOR FAST BRENSEL

BAKGRUNNSOPPLYSNINGER VEDRØRENDE OPPFINNELSEN

Denne søknad er en fortsettelse av U.S. serienummer 555,511, innlevert 28 november, 1983 og U.S. serienummer 572,000, innlevert 19 januar, 1984.

Oppfinnelsen gjelder først og fremst varmesystem for fast brensel, med spesielle muligheter for disse systemene til å oppnå høyoppvarmingseffektivitet samtidig som bare en liten mengde forurensende emisjoner genereres.

Når veden forbrenner i moderne, lufttette treforbrennende ovner, blir produkter av både fullstendig og delvis forbrenning dannet inneholdene forurensende emisjoner inklusive partikler og uforbrendte gassholdige stoffer som frigjøres i atmosfæren, i tillegg til andre forbindelser som bl.a. kreosot, som oppsamles på innsiden av ovnsrøret. Problemet blir forverret p.g. av forbrenning ved lav varme med en surstoff-fattig fremgangsmåte. Kreosotoppsamling er farlig, da man kan risikere antenning, som igjen kan forårsake farlig brann. Disse stoffpartiklene har en skadelig virkning på omgivelsene. Disse ubrendte gassholdige stoffene har ikke bare en negativ virkning på miljøet, men de gassholdige stoffenes oppvarmingsverdi sløses etter hvert som stoffene utlades ut i atmosfæren.

For å kunne fremstille ovner som brenner renere, med høyere termisk yteevne, har forskjellige fabrikanter konstruert ovner ved å benytte en hel rekke forskjellige teknikker for å oppnå mer fullstendig forbrenning, som for eksempel sekundære og katalytiske forbrenningskammere. Kjente katalytiske forbrenningskammere består vanligvis er en tykk, gjennomhullet konstruksjon av keramikk eller et annet materiale, belagt med et katalytisk stoff, som for eksempel platina, palladium eller rodium. Disse katalytiske overflateegenskaper vil forårsake at forbrenningsproduktene, som er for kalde til å kunne brenne uten hjelp, vil brenne innenfor detkatalytiskeforbrenningkammeret. De mere konvensjonelle katalytisk utstyrte ovnene er konstruert på en måte hvor stort sett all forbrenning utenfor det primære ildstedets volum, finner sted innenfor det katalytiske elementets egne mengder. Forbrenningen opphører på veien ned mot det katalytiske elementet først og fremst fordi området utenfor det katalytiske elementet vanligvis er dannet av varmeledende materialer som gjør det mulig for varmen å utslippe, og på denne måten unngå videre forbrenning. Da forbrenning i kjente ovner med katalytiske forbrenningskammere bare finner sted innenfor forbrenningsmengden, er disse forbrenningskammerene ganske tykke. Hvis forbrenningen ikke er fullført når gassene forlater forbrenningskammeret, er det høyst usannsynlig at noen videre forbrenning vil finne sted. En gylden regel er derfor at desto tykkere, desto bedre. Imidlertid, selv om forbrenningskammeret er perforert, vil tykkelsen resultere i en grundig strømningsbegrensning som igjen forårsaker øket mottrykk.

Faste brenselsovner finnes også som bruker et sekundært forbrenningskammer til å fortsette forbrenningen av gasser fra primærkammeret. Vanligvis, imidlertid, vil vedovner med sekundære forbrenningskammere, selv om de er i stand til å opprettholde forbrenning før forandringer i treforsyningen finner sted, vippe når forbrenningsgassenes sammensetning forandres p.g. av forskyvning i brenselsvolumet, for eksempel når en trekubbe faller. Selv om forbrenningsgassene returnerer til samme sammensetning like etter at forstyrrelsen har funnet sted, vil sekundærsystemet muligens ikke antennes hvis det har blitt tilstrekkelig avkjølt i mellomtiden. For å kunne opprettholde sekundær forbrenning, og ren forbrenning i en ovn med et konvensjonelt forbrenningskammer, må en kombinasjon av fri varme (gassens temperatur før den går inn i sekundærkammeret) og latent varme (den varme som frigjøres når brennbare komponenter forbrennes i sekundærkammeret) som finnes i gassblandingen være høy nok til å kunne opprettholde vedvarende temperaturer i sekundærkammeret på over 538 til 649"C. Hvis midlertidig forandring av gassblandingen finner sted slik at det totale varmevolumet (fritt og latent) tilgjengelig for sekundærkammeret, er utilstrekkelig til å kunne opprettholde de riktige temperaturene i kammeret, vil sekundærforbrenning nå opphøre. Gassene vil ikke antennes uansett hvor fyldige før de igjen når opp til en temperatur på 538 til 649°C når de går inn i sekundærkammeret. Vanligvis er det nødvendig med assistanse fra en operatør på samme måte som når sekundærkammeret opprinnelig ble satt i gang. Ovnsdrift med sekundært forbrenningskammer hvor den sekundære forbrenningen er avslått, bør unngås da kreosot og andre emisjoner vil bli hyppigere enn med en konvensjonell vedovn uten sekundærkammer.

Et annet problem i forbindelse med konvensjonelle, sekundære forbrenningskammere gjelder varmeoverføring til primærkammeret. Selv om varmeoverføring til rommet er ønskelig for å kunne oppnå god varme, kan sekundærvarme ha en negativ virkning på primærforbrenning. Hvis alt for meget varme fra sekundærforbrenning blir overført til det primære forbrenningskammeret, kan dette resultere i ubegrenset avgassing. Dette påvirker evnen til å regulere primærforbrenning ved bare å forandre primærluften.

For å kunne produsere faste brenselsovner med renere forbrenning, har man introdusert retrofit-enheter for eksisterende ovner som består av katalytiske forbrenningskammere som reduserer røk og kreosot, samtidig som effektiviten også økes. Vanligvis er driften av disse retrofit-enheter nokså upålitelig, i og med at de er avhengige av det fundamentale systemet som det skal festes til. Denne marginale situasjonen kommer av at det retrofite,

katalytiske forbrenningskammeret befinner seg for langt borte fra ovnens ildsted, som igjen resulterer i at forbrenningsgassene strømmer inn i katalysten med en temperatur som er for lav til å oppnå maksimal ytelse, spesielt når ovnen drives med lav varme. I løpet av lav varmeytelse med kjente systemer, vil de gassene som strømmer ut fra ovnen ofte være av for lav -temperatur for vedvarende katalytisk påtenning. I denne situasjonen vil det katalytiske forbrenningskammeret bare ha minimal virkning på de ikke-ønskelige effluenter. I tillegg da de kjente katalytiske elementene er ca. 7.5 cm tykke - vil bruken av disse resultere i forhøyet mottrykk, som forårsaker minsket trekk og resulterer i lavere funksjonsytelse.

Et annet problem i forbindelse med ytterst effektive vedbrennende ovner er tendensen til lekkasje av lette hydrokarboner gjennom pakningsmaterialet. Mangel på bedre pakningsmaterialet av asbest gjør dette problemet enda verre.

En av hensiktene ved denne oppfinnelsen er derfor å kunne tilby et varmesystem for fast brensel som både har god termisk yteevne, og få forurensende emisjoner.

En annen hensikt ved denne oppfinnelsen er å finne fram til et varmesystem for fast brensel hvor sekundærforbrenningen blir vedlikeholdt i løpet av perioder med svingninger i forbrenningsgassenes sammensetning.

Enda en hensikt ved oppfinnelsen er et ytre retrofit-system, som kan festes til en eksisterende ovn for reduksjon av skadelige emisjoner og bedre forbrenning.

SAMMENFATNING AV OPPFINNELSEN

Personene som har forelagt søknaden har oppdaget at kombinasjonen av tre elementer; en tenningsenhet, fortrinnsvis katalytisk, et isolert sekundært forbrenningskammer og regenererende tilbakeføring av varme vil resultere i et varmesystem for fast brensel hvor det sekundære forbrenningskammeret opprettholder forbrenning i løpet av og etter forandringer i forbrenningsgassenes sammensetning og temperatur fra det primære forbrenningskammeret p.g. av forskyvninger i mengden av fast brensel, som for eksempel når en trekubbe faller, i de tilfeller hvor ved er kilden for brenselet. Varmesystem med fast brensel som henvises til i dette dokumentet inkluderer et isolert sekundært forbrenningskammer, fortrinnsvis isolert ved hjelp av ildfaste stoffer. Helst bør en tynn, katalytisk tenningsenhet plasseres ved innføringen til det sekundære forbrenningskammeret. Det katalytiske elementet har til oppgave å redusere de primære forbrenningsgassenes opptenningstemperatur så lavt som 316°C. En blanding av varmere primære forbrenningsgasser og sekundærluft enn denne temperaturen, som passerer gjennom den katalytiske tenningsenhet, vil bli tent og fortsette å brenne i det isolerte sekundærkammeret da varmen fra sekundærforbrenningen oppbevares i det isolerte forbrenningskammeret. Da sekundærforbrenning finner sted i sekundærkammeret i motsetning til området tilhørende det katalytiske elementet, vil man oppnå mer fullstendig forbrenning som vil bidra til bedre termisk yteevne, og færre emisjoner.I tillegg vil det katalytiske elementets tykkelse bli grundig redusert.

En egenskap til er nødvendig for å være sikker på at man oppnår vedvarende f orbrenninginnenfor sekundærkammeret. Når driften av en varmeovn resulterer i begrenset varmeytelse, og dette skyldes konstruksjon eller er en følge av forandringer i brenselforsyningen, vil forbrenningsgassene som strømmer ut fra ovnen ofte være for lave; i området 177 til 260°C, for katalytisk antenning. Patentsøkerne har overvunnet dette ved at de på en regenererende måte bruker den varmen som frigjøres i sekundærkammeret til å forhåndsoppvarme blandingen av sekundærluft og primære forbrenningsgasser, før de når den katalytiske tenningsenheten på det nivå hvor gassene vil antennes og brenner i sekundærkammeret. Patentsøkerne har her kombinert de forskjellige egenskapene fra den katalytiske tenningsenheten, isolering av det sekundære forbrenningskammeret, og en forhåndsoppvarming av gassene som strømmer i tenningsenheten for å kunne produsere både en separat ovn og et retrofit-system som gir bedre varmeytelse og mindre antall skadelige effluenter.

I tillegg til oppfinnelsens tidligere nevnte egenskaper, finner man, som en av oppfinnelsens konstruksjoner, en separat ovn, hvor det primære forbrenningssystemet med kryssinterferens er arrangert slik at forbrenningsgassene som dannes i løpet av vedens avgassing må passere gjennom trekull-seksjonen av brenselets underlag, før de forlater primærkammeret. Denne siste betingelsen for forbrenningsgassene er viktig av to årsaker. Først og fremst øker gasstemperaturen, til og med ved lavt brenselsforbruk, fordi trekullsunderlaget blir meget varmt når ekstra surstoff som er igjen i primærgassene forbrukes. For det andre, ved å fjerne eller trekke ut ekstra surstoff fra primærgassene, vil surstoffsvarianten fjernes fra systemet. På denne måten vil man få anledning til å måle den nøyaktige mengden sekundærluft i forbrenningsgassene som oppstår når all surstoff blir konsekvent fjernet fra forbrenningsgassene, i stedenfor å inneholde forskjellige surstoffmengder. En enhet som kan måle sekundærluft blir tilsatt i en konstruksjon for å kunne benytte seg av denne egenskapen. En luftluke regulerer idéelt temperaturen i Het sekundære f orbrenningsområdet.

I oppfinnelsens ovennevnte ovnskonstruksjon vil varmeovnen for fast brensel bestå av et primært forbrenningskammer som forbrenner fast brensel, og et sekundært forbrenningskammer som er tilknyttet det primære forbrenningskammeret med gassforbindelser. Det sekundære forbrenningskammeret er foret med et ildfast, isolerende materiale, og består av en perforert, katalytisk tenningsenhet som forbrenningsgassene fra det primære forbrenningskammeret kan strømme gjennom.

Det sekundære forbrenningskammeret består også av isolerende, ildfaste brennplater, plassert slik for å kunne forenkle blanding av forbrenningsgassene. Disse befinner seg slik at varme kan stråle tilbake inn i den katalytiske tenningsenheten. Forgreningsrør sender sekundær forbrenningsluft inn i sekundærkammeret, slik at forbrenningsgassene oppnår mere grundig forbrenning og varmevirkning, i tillegg til redusert mengde farlige emissioner. Den kompliserte veien gjennom det sekundære forbrenningskammeret dannet av de ildfaste brennplatene bidrar til å oppnå mere fullstendig forbrenning, p.g. av den forholdsvis lange oppholdstiden i sekundærforbrenningskammeret.

Med denne ovnsenheten blir blandingen av forbrenningsgass og sekundærluft forhåndsoppvarmet for å sikre tenning av den katalytiske tenningsenheten. Forhåndsoppvarmingen utføres ved å plassere luftforgreningsrørene for sekundær forbrenning i et varmeutvekslingsforhold til forbrenningsgassene, etter at disse har passert gjennom den katalytiske tenningsenheten og har forbrent i sekundærkammeret. Den katalytiske tenningsenheten har en tykkkelse og et perforert åpent område som begrenser trykktap gjennom tenningsenheten som bidrar til forbedret trekk i oppvarmingssystemet. De siste forbrenningsgassene vil ikke bare forhåndsoppvarme blandingen av gass og luft, før de føres inn i det sekundære forbrenningskammeret, men forbrenningsgassene påvirker også varmetilførselen inn i et rom ved hjelp av varmeutvekslere på siden, separerte fra de primære og sekundære-forbrenningskammerene ved ventilerte luftrom. Disse varmeutvekselerne, som befinner seg på siden, består av innviklede gjennomganger som forbedrer overflateområdet for varmeutveksling. Ved å at skille varmeutvekslerne på siden fra det primære ildstedet (magasinet) ved hjelp av ventilerte luftrom, vil ovnens yteevne forbedres. Selv om varme må føres vekk fra de siste forbrenningsgassene for å kunne oppnå høyest mulig varmevirkning, må varmen fra de siste forbrenningsgassene forhindres fra å øke temperaturene i ildstedet da dette kan forårsake ubegrenset avgassing av brenselet. Søknadens innsendere har oppdaget at ved å ha varmeutveksling på siden, som deler en felles vegg med det primæret ildstedet, får man ofte en ukontrollert fordampningsprosess som avbryter muligheten av å regulere primærforbrenning ved kontroll av primærluft. Ved å separere varmeutvekslingen fra det primære ildstedet med et konvektivt luftrom, vil man bedre kunne kontrollere avgassingen, og oppnå bedre varmeoverføring i rommet.

Ovner som er avhengige av avgassing av ved i en primær forbrenningssone, med resulterende forbrenning av de flyktige gassene i en sekundær forbrenningssone, lider ofte av problemer i forbindelse med ubehagelig lukt som er en følge av noen få skadelige gasser som strømmer ut av avgassingsskammeret. En annen fordel ved denne oppfinnelsen er en enhetsovn med en løs del, som for eksempel en dør, som brukes til påfylling. Et dobbelt pakningssystem vil kunne tilby en tett indre forsegling liknende den som finnes i mere konvensjonelle forseglingssystem, og som forhindrer spredning av gassene fra det primære forbrenningskammeret. Imidlertid, uansett hvor god denne forseglingen er, vil små mengder gass finne veien ut. Denne oppfinnelsen løser dette problemet ved å tilføye en ekstra pakning, og danner på denne måten en gjennomgang mellom de to pakningene. Denne gjennomgangen blir ventilert ved hjelp av litt frisk luft, og er i direkte forbindelse med den siste ekshåustutgangen. På denne måten vil små mengder skadelige sammensetninger, som befinner seg i rommet mellom pakningene bli ført opp i forbrenningsrøret sammen med små mengder frisk luft, og forhindres således fra å nå inn i rommet hvor de kan forårsake dårlig lukt.

En annen variasjon ved denne oppfinnelsen er en separat retrofit-enhet som består av en kombinasjon av en katalytisk tenningsenhet og et isolert sekundært forbrenningskammer, med muligheter til å forhåndsoppvarme gassene som kommer inn i forbrenningskammeret, ved å benytte varme som genereres ved forbrenning i det sekundære forbrenningskammeret. Retrofit-systemet kan festes til et varmesystem for fast brensel slik som beskrevet, som består av et ildsted tilknyttet et system for fast brensel i forbindelse med forbrenningsgass fra varmesystemet. Ildstedet har forede, ildfaste vegger som separeres av en varmeutvekslingssperring, som danner gjennomgang nummer en og to. En perforert katalytisk tenningsenhet nederst på sperringen muliggjør kontakt mellom den første og andre mellomgangen. De forede ildfaste veggene danner et sekundært forbrenningskammer for forbrenning av effluenter fra ovnen, som på denne måten gir en renere forbrenningsprosess. Med denne konstruksjonen er det ønskelig at varmeutvekslingssperringen har en siksak^konfigurering, og at den er laget av rustfritt stål. Det er også ønskelig at de forede, ildfaste veggene har en bølgeformet konfigurering, for å øke oppholdstiden og blandingen inne i det sekundære forbrenningskammeret, og dermed oppnå mere fullstendig forbrenning. Sekundærluft føres inn i retrofit-enheten både foran og bak den katalytiske tenningsenheten for å garantere tilstrekkelig tilførsel av surstoff slik at fullstendig forbrenning oppnås. Varmen fra forbrenning i det sekundære forbrenningskammeret forbi tenningsenheten overføres gjennom varmeutvekslingssperringen for å varme opp blandingen av gass og sekundærluft på den andre siden av sperringen. På denne måten vil sekundærforbrenning vedlikeholdes, som resulterer i effektiv ren drift.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGEN

Oppfinnelsen som er beskrevet her vil være lettere å forstå ved å henvise til tegningen hvor: Fig. 1 er en delvis fremstilling av et separat varmesystem for fast brensel; Fig. 2 er en fremstilling i tversnitt fra siden langs seksjonlinjer 2-2 av fig. 1; Fig. 3 er et tversnitt ovenfra langs seksjonlinjer 3-3, fig. 1; Fig. 4 er et tversnitt av ovnen, fig. 1; Fig. 5 er et tversnitt av ovnen, fig. 4, tatt ovenfra; Fig. 6 er et tversnitt langs linjer A-A, fig. 5; Fig. 7 er et tversnitt langs seksjonslinjer E-E, fig. 5; Fig. 8 er en perspektiv fremstilling av et retrofit-system som beskrevet, tilkoplet et varmesystem for fast brensel; Fig. 9 er et tversnitt av retrofit-systemet, fig. 8; Fig. 10 er en skjematisk fremstilling av reguleringskomponentene for sekundærluft som viser den bimetalliske spiralen og luftkontrollplaten; Fig. 11 er en fremstilling av den sammensatte luftkontrollsenheten i fig. 10, sett fra siden, montert på veggen til det sekundære forbrenningskammeret; og Fig. 12 er et grafisk fremstilling som viser forbindelsen mellom sekundærforbrenningens sonetemperatur og sekundærluftens kontrollplateposisjon.

BESKRIVELSE AV DEN MEST IDELLE KONSTRUKSJONEN

En separat versjon av søknadens oppfinnelse som kombinerer de tidligere nevnte funksjonene vises i fig. 1 til 7. Med henvisning først til fig. 1 og 2, vil et varmesystem 10 for fast brensel bestå av et primært forbrenningskammer 12 (ikke vist) for oppbevaring av ved til forbrenning. Annet fast brensel, for eksempel trekull, kan også benyttes. Når fast brensel forbrenner i det primære forbrenningskammeret 12, vil forbrenningsgassene strømme gjennom en gjennomgang 14 i den retningen som vises med piler 16. Gjennomgangen 14 dannes ved en bue 18 og et skråplan 20, som begge er fremstilt av et isolerende ildfast stoff. Skråplanet 20 bidrar til å sende gass-strømmen oppover, og forhindrer også oppsamling av aske. Fig. 2 og 4 viser best hvordan gjennomgangen 14 leder til et sekundært forbrenningskammer 22, dannet ved et ildfast ledd foran 24, og et ildfast ledd bak 26. Det ildfaste leddet 24 foran befinner seg ved siden av en bakmur av metall 27 som vender inn mot det primære forbrenningskammeret 12. Bakmuren 27 og den ildfaste buen 18 består av spiler 28 som når inn i det primære forbrenningskammeret 12 for å kunne opprettholde korrekt luftrom bak veden i det primære forbrenningskammeret 12.

De ildfaste leddene foran 24 og bak 26 bør helst bestå av vakuum-formede, utette ildfaste stoffer. Fig. 2, viser tydelig at ledd 24 og 26 består av fullstendig formede brennplater 32, som når inn i det sekundære forbrenningskammeret 22. Leddene 24 og 26 blir også tilpasset til å kunne støtte en katalytisk tenningsenhet 34. På fig. 5 og 6 kan man se at den katalytiske tenningsenheten 34 er en rektangulær, gjennomhullet struktur laget av keramikk eller metall, bedekket med et katalytisk stoff, som for eksempel platinum, palladium eller rodium. I den aktuelle konstruksjonen har den katalytiske tenningsenheten 34 dimensjoner på ca. 6,5 cm i dybde, 30 cm i lengde og 2,5 cm i tykkelse. For å forenkle forbrenningen i det sekundære forbrenningskammeret 22, vil sekundær forbrenningsluft fra et forgreningsrør 35 for sekundærluft strømme inn i det sekundære forbrenningskammeret 22, gjennom en rad nedre åpninger 38 og en rad øvre åpninger 40, fig. 7. Forgreningsrøret 36 er godt isolert for å kunne beholde den sekundære forbrenningsluften i forhåndsoppvarmet tilstand, slik som vil bli diskutert nedenfor.

Innførselen av både primær og sekundær forbrenningsluft vil nå bli beskrevet. Med henvisning først til fig. 4, vil primærluft strømme inn i systemet 10 gjennom et primært luftinntak 31, inn i et primært forgreningsrør 33, hvor primær forbrenningsluft passerer inn i det primære forbrenningskammeret 12. Sekundær forbrenningsluft går inn i systemet 10 gjennom et sekundært inntak 35, og går inn i et sekundært forgreningsrør 37. Med henvisning til fig. 1, 5 og 7, vil sekundærluft, som går inn i det sekundære inntaket 35, fortsette utover i forgreningsrøret 37, og oppover gjennom sekundære varmeutvekslingsgjennomganger 48. Derfra vil sekundærluften fortsette nedover, og så gjennom hullene 38 og 40 inn i det sekundære forbrenningskammeret 22. Nedenfor følger en . beskrivelse av hvordan varmeutvekslingsgjennomgangene 48 blir skylt på de ytre overflatene av systemets 10 siste forbrenningsgasser. På denne måten blir den sekundære forbrenningsluften forhåndsoppvarmet før den fortsetter inn i det sekundære forbrenningskammeret 22. Med henvisning til fig. 1, 2 og 6, blir den øvre delen av det sekundære forbrenningskammeret 22 avstengt av et ildfast ledd øverst 42 som tvinger gassene fra det sekundære forbrenningskammeret mot varmesystemets 10 sider, og nedover langs de ytre overflatene på det sekundære forbrenningskammeret. Strømmen langs disse overflatene

hjelper til å vedlikeholde en høy temperatur i det sekundære forbrenningskammeret. Som vist i fig. 1, 5 og 6, blir gassene fra det sekundære forbrenningskammeret 22 tvunget til å følge en innviklet vei (vist ved pil 44) av sperringer 46 laget av metall. Fig. 1 og 5, viser tydelig de siste

forbrenningsgassene fra det sekundære forbrenningskammeret

22 som strømmer langs pilen 44, og skyller forbi

varmeutveksleren for sekundærluft48 .Som vist i fig. 7, etter å ha passert gjennom varmutvekslingsgjennomgangene 48, vil den forhåndsoppvarmede sekundære forbrenningsluften passere gjennom hullene 38 og 40 inn i det sekundære forbrenningskammeret 22. Således vil luft utenfra bli trukket inn i det sekundære forgreningsrøret 37 gjennom inntak 35, og passere gjennom varmeutveksleren 48, hvor luften blir forhåndsoppvarmet ved hjelp av forbrenningsgassene når de strømmer langs pilen 44, og går så inn i forgreningsrøret 36 for avlevering i det sekundære forbrenningskammeret.

Med henvisning til fig. 1, 3 og 5, vises et konvektivt luftrom 50 som separerer varmeutvekslingen og forbrenningsgjennomgangene fra hovedovnen 52. Således vil de siste forbrenningsgassene som passerer langs pilen 44 ikke bare overføre varme til sekundærluften inne i varmeutveksleren 48, men også bidra til at varme overføres til luft i det konvektive luftrommet 50 for avlevering i det rommet som skal oppvarmes. Ved å adskille varmeutvekslingsseksjonen fra det primære forbrenningskammeret, unngår man at det primære forbrenningskammeret blir for varmt, som igjen ville bidra til ubegrenset avgass av forbrenningsgassene.

Et annet viktig punkt ved den aktuelle oppfinnelsen vil nå bli diskutert med henvisning til fig. 4. Den øverste delen av det primære forbrenningskammeret 23 er avstengt ved hjelp av et lokk eller en rist 60. Lokket 60 forsegler det primære forbrenningskammeret 12 ved hjelp av indre og ytre pakninger 62 og 64. En gjennomgang 66 dannes mellom pakningene 62 og 64. Gjennomgang 66 er i direkte forbindelse med den siste forbrenningsutgangen 68 ved hjelp av en ledning 70. En liten åpning 72 dannes for å tillate frisk luft å komme inn i gjennomgang 66. På grunn av de flytende gassene i forbrenningsutgangen 68, vil eventuelle skadelige gasser og en liten mengde frisk luft bli trukket gjennom ledningen 70, og på den måten unngå at skadelige gasser siger inn gjennom den ytre pakningen 64 inn i et rom.

Driften av varmesystemet 10 vil nå diskuteres med henvisning til fig. 1-7. Når ved eller annet fast brensel forbrennes i det primære forbrenningskammeret 12, blir forbrenningsgasser tvunget til å strømme gjennom gjennomgangen 14 inn i det sekundære forbrenningskammeret 22. Vennligst legg merke til at gjennomgang 14 befinner seg på nedsiden av det primære forbrenningskammeret 12; og spesielt at dette er området hvor kullunderlaget blir dannet. Således vil forbrenningsgassene i det primære forbrenningskammeret 12, som ble dannet under vedens avgassing, passere gjennom brenselets kullunderlag like før de fortsetter inn i det sekundære forbrenningskammeret 22. Som diskutert tidligere, vil den siste forhåndsbehandlingen av forbrenningen både øke forbrenningstemperaturen, og fjerne ekstra surstoff fra de primære forbrenningsgassene. Brennplatene 32 danner turbulens som påvirker blandingen av forbrenningsgassene med sekundær forbrenningsluft som går inn i det sekundære forbrenningskammeret 22 gjennom åpningene 38 og 40 i det ildfaste leddet 26. Blandingen av forbrenningsgass og sekundærluft fortsetter gjennom den perforerte katalytiske tenningsenheten 34. Den katalytiske tenningsenheten 34 har evnen til å senke temperaturen, hvor kombinasjonen av forbrenningsgass og sekundærluft vil påtennes til ca. 316°C. Derfor, når kombinasjonen av gass og sekundærluft passerer gjennom den katalytiske tenningsenheten 34, vil forbrenningen settes igang<p>g fortsette i det ildfaste, forede sekundære forbrenningskammeret 22.Forbrenningsvarmen kombinert med de ildfaste leddenes isoleringsevner bidrar til å holde temperaturen høy i det sekundære forbrenningskammeret 22. Ikke bare vil brennplatene 32 påvirke blandingen ved å skape turbulens, men de befinner seg slik at de kan stråle varme tilbake inn i den katalytiske tenningsenheten 34 for å forbedre yteevnen. Som diskutert ovenfor, vil forbrenningsgassene følge en innviklet, varmeoverførende vei både når det gjelder varmeoverføring inn i et rom, ved hjelp av det konvektive luftrommet 50, men også når det gjelder forhåndsoppvarming av sekundær forbrenningsluft.

Den aktuelle oppfinnelsens funksjoner - med andre ord, kombinasjonen av en katalytisk tenningsenhet og et isolert, sekundært forbrenningskammer, sammen med en regenerativ forhåndsoppvarming - kan også finnes i en separat retrofit-enhet, som kan tilpasses varmeovner som allerede er i bruk. Med henvisning til fig. 8, finner man et ytre retrofit-system 110 tilkoplet et varmesystem for fast brensel 112, som for eksempel Vigilant<*>Wood Stove, fabrikert av Vermont Castings, Inc. Det ytre retrofit-systemet 110 består aven tilleggsdel 114, som kan festes direkte på ovnen 112, i stedenfor ovnens opprinnelige ovnsrør (ikke vist). Et ovnsrør 116 blir så skrudd fast på det ytre retrofit-systemet 110. Høyden på ovnsrøret 116 forblir den samme som på vedovnen 112, . og vannrette og loddrette stillingsmuligheter for ovnsrøret finnes fremdeles. Vanligvis blir de eneste nødvendige forandringene som må til før retrofit-enheten 110 installeres er å flytte ovnen 112 fremover ca. 15 cm. Retrofit-enheten 110 er omtrent 36 cm bred, 16,5 cm dyp og 46 cm høy. Det er best hvis enhetens ytre komponenter 110 blir laget av støpejern, eller støpejern i forbindelse med blikk eller aluminium. Retrofit-enheten 110 vil nå bli beskrevet i detaljer med henvisning til fig. 9. Retrofit-enheten 110 er tilkoplet ovnen 112, slik at forbrenningsgass fra ovnen 112 kan fortsette inn i det ytre retrofit-systemet 116, slik som vises med en pil 120. Retrofit-systemet 110 er oppdelt fra forsiden til baksiden av en varmeutveksler av rustfritt stål 122, som danner den første gjennomgangen 124 og den andre gjennomgangen 126. Som vist består varmeutveksleren av en siksak - eller bølgeformet-fasong som øker overflateområdet for å oppnå bedre varmeutveksling. Veggene på retrofit-systemet 110 er bedekket med et ildfast materiale 128, som også har en bølgeformet fasong, som øker det effektive forbrenningskammerets lengde, og derved øker gassenes oppholdstid. Det ildfaste materialet 128 bør helst være et vakuum-formet, isolerende ildfast materiale. Den bølgeformede fasongen på det ildfaste materialet 128 vil også forbedre blandingen, og derved å oppnå mere effektiv drift. Åpningene 129 eksisterer slik at sekundærluft kan tvinge seg inn i retrofit-enheten 110, både foran og bak en katalytisk tenningsenhet 130. Den katalytiske tenningsenheten 130 er laget av et perforert keramikk-substrat, bedekket med en katalyst, som for eksempel platinum. Andre katalyster og substrater kan også brukes. Den katalytiske tenningsenheten 130 er ca. 2,5 cm tykk. Den relativt tynne katalytisketenningskontakten 130 forminsker trykktapet over hele tenningsenheten 130.

Driften av retrofit-systemet 110 vil nå diskuteres. Forbrenningproduktene fra ovnen 112 føres inn i retrofit-systemet 110 langs pilen 120, og flyter nedover gjennom den første gjennomgangen 124, og deretter gjennom den perforerte katalytiske tenningsenheten 130 inn i gjennomgang 126. Når gassene strømmer gjennom den katalytiske tenningsenheten 130, vil de påtennes og fortsette å brenne i det sekundære forbrenningsområdet, som vises ved en konsoll 132. Sekundær forbrenningsluft går inn i enheten 110 gjennom åpningene 129 for at tilstrekkelig surstofftilførsel for fullstendig forbrenning oppnås. En stor del av den katalytiske tenningsenhetens forbrenning foregår utenfor dens eget område. De sekundære forbrenningsresultåtene beveger seg oppover gjennom gjennomgang 126 og kommer ut gjennom et ovnsrør 134. Når gassene beveger seg oppover i gjennomgang 126, passerer de gjennom varmeutveksleren 122, og overfører varme inn i gjennomgangen 124, da gassene i gjennomgangen 125 er meget varmere enn de i den første gjennomgangen 124, som enda ikke har gjennomgått sekundærforbrenning.

Systemets 110 indre varmeutvekslingsevne er en meget viktig del av denne oppfinnelsen. I perioder hvor systemet 112 bare yter begrenset varme, vil forbrenningsgasser som kommer ut av systemet 112 ofte ha en temperatur fra 177 til 260°C, som kan være for lav for katalytisk tenning ved hjelp av tenningsenheten 130. Som et resultat av varmeoverføring gjennom varmeutvekslingsluken 122, blir gassene forhåndsoppvarmet til en temperatur fra 260 til 343°C eller høyere, som er tilstrekkelig for å opprettholde katalytisk tenning og etterfølgende sekundær forbrenning i retrofit-systemet. Videre vil ren forbrenning resultere i bedre varmeytelse, til og med når temperaturen på de gassene som strømmer inn i den katalytiske tenningsenheten allerede er tilstrekkelig høye for katalytisk tenning. Ved å alltid overføre fri varme til gass-strømmen som innføres i den katalytiske tenningsenheten, eller i det isolerte, sekundære forbrenningskammeret fra den relativt varmere siste ekshausten, blir maksimum temperaturer opprettholdt i det sekundære forbrenningsområdet 132 for nesten fullstendig forbrenning av gassene. Et resultat av å bruke retrofit-systemet 110 er høyere pipetemperaturer ved lav varmeytelse enn man vanligvis ville oppnå med en typisk ikke-katalytisk ovn som forbrenner med et brenselsforbruk på omtrent 1/2 kilo per time. Retrofit-systemets høyere pipetemperaturer ved lav varmeytelse kan forhindre kreosot-dannelse innenfor ovnsrøret eller pipen, i tillegg til forbedring av problemer med trekk i de installasjoner som har begrenset trekk, eller i løpet av varmt vær.

Med henvisning til fig. 9, vil et spjeld 136, som er en del av retrofit-systemet 110, sende gassene ned gjennom gjennomgangen 124, til de befinner seg i den posisjonen som illustreres i fig. 9, og så direkte gjennom ovnsrøret 134, når dette innstilles til den posisjon som vises på tegningen. Den senkede posisjon brukes når veden legges inn i varmeovnen 112, eller i løpet av igangsettingen.

Det tidligere nevnte retrofit-systemet 110 er konstruert for drift av varme fra 20,000 til 50,000 BTU (14,000 til 35,000 gram-kalori per sekund) per time, eller ca. 2 til 5 kilo ved per time. I dette området vil man kunne se en tydelig reduksjon i røk og kreosot fra røret. Kombinasjonen av det ildfaste, forete sekundære forbrenningskammeret og den katalytiske tenningsenheten i tillegg til regenerativ forhåndsoppvarming, resulterer i fortsatt sekundær forbrenning selv om helt ideelle betingelser ikke alltid kan oprettholdes. Sekundærforbrenning vil fortsette uten operatør-assistanse selv om varmeytelsen minsker. Denne funksjonen er viktig da ovnen ofte brukes i lange tidsperioder uten tilsyn. Det isolerte ildfaste forede sekundærkammeret danner gasser med oppholdstider med de forhøyede temperaturene som skal til for å oppnå mere fullstendig forbrenning.

Både enhetsovnen og retrofit-konstruksjonens ytelsesevne blir enda bedre ved å tilføye en enhet for regulering av sekundærluft.

Som vist i fig. 10 og 11, består en form av denne enheten av en varmeledende stang 200 med høy temperatur, en bi-metallisk termostat-spiral 202, et .<j>coplingsledd 204 og en spesiallaget luftkontrollsplate 206 som er montert på skå ved 206a ovenfor det sekundære luftinntakshullet 208.

Denne enheten føler temperaturen inne i den sekundære forbrenningssonén 210 (fig. 11), og regulerer (eller måler) den sekundære luftstrømmen på denne måten for å oppnå maksimalytelse fra temperaturen i den sekundære forbrenningssonén.

Dette oppnås ved bruk av den varmeledende stangen 200 som innsettes gjennom veggen i det sekundære forbrenningskammeret 212 innenfor det området som ønskes, innenfor den sekundære forbrenningssonén 210. Stangen 200 overfører varme til den bi-metalliske termostat-spiralen 202 på en måte i forhold til den sekundære forbrenningssonens temperatur. Den bi-metalliske spiralen 202 reagerer på stangens temperatur og forårsaker bevegelse av koplingsleddet 204 og luftkontrollplaten 206. Vinkelposisjonen på luftkontrollplaten ovenfor den sekundære luftinntaksåpningen regulerer luftstrømmen.

Fasongen på luftkontrollsplaten 206, fasongen på det sekundære luftinntakshullet 208, lengden på koplingsleddet 204, funksjonene ved den bi-metalliske spiralen 202, og lengden og beliggenheten av stangen 200 kan varieres for å oppnå de kontrollfunksjoner som ønskes.

Med den ideelle konstruksjonen vil det sekundære lufthullet forbli så å si stengt til temperaturen innenfor den sekundære forbrenningssonén stiger til 649°C. Luften innføres når stangen føler økning i sekundærsonens temperatur, og luftkontrollshullet er så å si fullstendig åpent når sekundærsonen når 927°C. Luftmengden som innføres når kontrollen føler at luft trenges, er i forhold til temperaturens sekundære forbrenningssone i området fra 649° til 927°C. Forholdet kan være enkelt og lineært, eller det kan være et mere komplisert eller kvadratisk forhold. Fig. 12 viser det optimale området for sekundærluft, i motsetning til temperaturen i den sekundære forbrenningssonén.

Med lavere temperaturer enn 649°C vil innføringen av ekstra luft til den sekundære forbrenningssonén ofte være risikabelt. Luften kan resultere i en "slukkende" virkning på grunn av to årsaker. Først og fremst fordi temperaturen innenfor sekundærsonen kan bli senket, og så fordi man kan risikere at gassblandingen blir fortynnet. Begge disse virkningene reduserer muligheten av fortenning av gassene i sekundærsonen.

Hastigheten som må til for å tilføre sekundærluft i området 649°C til 927°C, avhenger tildels av det sekundære forbrenningssystemets konstruksjon. En enkel lineær forbindelse mellom luftstrøm og sekundærtemperatur kan være tilstrekkelig for en type konstruksjoner, mens en mere komplisert forbindelse vil eventuelt gi bedre resultat for et annet system. Forskjellige variasjoner av den illustrerte konstruksjonen kan tilby en rekke forskjellige luftkontrollsforbindelser.

Det virker derfor som om hensiktene ved denne oppfinnelsen er oppnådd, i og med at det har vist seg mulig å kunne fremstille et varmesystem for fast brensel, som kan oppnå høy varmeytelse og begrenset mengde emisjoner. Varmesystemet som vises her oppnår disse resultatene ved hjelp av et isolert sekundært forbrenningskammer, hvor forbrenningen bli vedlikeholdt etter påtenning av en katalytisk tenningsenhet. Et viktig poeng er at den brennbare blandingen som går inn i den katalytiske tenningsenheten blir forhåndsoppvarmet på en regenerativ måte, ved hjelp av varme fra de siste brenningsgassene. Som beskrevet tidligere vil dette arrangementet kunne gi vedvarende sekundærforbrenning, som resulterer i at mere varmé vil bli trukket ut fra den faste brenselskilden; og dette resulterer også i renere avfallsprodukter uten at primærforbrenningen blir påvirket på en negativ måte. I denne forbindelse nevnes spesielt det tynne katalytiske elementet som bruker den katalytiske egenskapen på beste måte; dvs. som en tenningsenhet; og ikke som et forbrenningskammer. Denne egenskapen gjør det mulig for det katalytiske elementet å klare seg med begrenset aktivitet, som derved vil minske de ikke-ønskede strømmingsegenskapené. Enhetsovnen vedlikeholder kontroll av primærforbrenning ved å isolere de siste forbrenningsutvekslerne og ved å fullstendig fjerne alt surstoffet fra primærforbrenningen, slik at primær og sekundær forbrenning kan kontrolleres hver for seg.

Man er klar over at forandringer og variasjoner av den tidligere nevnte konstruksjonen vil forekomme hos de personer som har anlegg for denne type konstruksjoner, uten å avvike fra oppfinnelsens opprinnelige idé eller prinsipper. For eksempel kan retrofit-systemets funksjoner brukes til enhetsovnen og omvendt. Videre vet man at selv om et katalytisk element er å foretrekke som tenningsmiddel, kan andre enheter godt brukes ved inngangen til det sekundære forbrenningsområdet for å kunne oppnå så å si samme virkning som når man senker de innkommende primære forbrenningsgassenes nødvendige temperatur, som kreves for til slutt å kunne oppnå tenning og forbrenning i det sekundære forbrenningskammeret. Det er meningen at alle disse endringer og variasjoner skal inkluderes i beskrivelsen i den vedlagte søknad.

Claims (2)

1. Varmesystem for fast brensel bestående av en del som kan fjernes, omfattende en enhet som kan forsegle den løse delen slik at skadelige gasser forhindres fra å nå inn i et rom, karakterisert ved at det omfatter en indre pakning mellom ovnen og den løse delen, en ytre pakning mellom ovnen og den løse delen som omgir den indre pakningen, et rom mellom nevnte indre og ytre pakning, og muligheter for til-kobling av nevnte rom for å oppnå gassforbindelse med ovnens utløpsrør.

2. System ifølge krav 1, karakterisert ved videre muligheter for å gi tilgang til luft inn i dette rommet.