PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE202006007860U1 26.10.2006
Titel Brennofen für feste Brennstoffe
Anmelder Paul Künzel GmbH & Co., 25497 Prisdorf, DE
Vertreter Richter, Werdermann, Gerbaulet & Hofmann, 20354 Hamburg
DE-Aktenzeichen 202006007860
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 26.10.2006
Registration date 21.09.2006
Application date from patent application 15.05.2006
IPC-Hauptklasse F24B 1/02(2006.01)A, F, I, 20060515, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Brennofen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige Brennöfen, insbesondere sogenannte Holzvergaserheizkessel, haben die Charakteristik, dass sie mittels Sekundärluft sowohl die Energieausbeute verbessern als auch den Schadstoffgehalt der Rauchgase vermindern.

Ein Brenner dieser Art ist aus der EP 0 268 208 B1 bekannt. Dieser umfasst einen Feuerraum, eine als Brennerstein ausgebildete Brennerplatte und eine darunterliegende Nachverbrennungskammer. Der Brennerstein weist eine Einsatzmulde auf, in der ein Einsatzteil eingesetzt wird. In dem Brennerstein und in dem Einsatzteil sind Durchbrechungen so ausgebildet, dass sich bei eingesetztem Brennerstein eine durchgehende Durchbrechung ergibt. Hierbei wird ein ringförmiger Kanal gebildet, so dass sich ein Luftweg über einen Sekundärluftführungskanal, den ringförmigen Kanal und die Durchbrechungen für die Sekundärluft ergibt. Der Luftkanal im Bereich der Durchbrechung ist kegelstumpfartig, so dass sich die Radien zur Nachverbrennungskammer hin verkleinern. Durch diese Ausbildung ist eine Konzentration zur Flamm- bzw. Hitzefront möglich. Die Verbrennungsgase werden außerdem intensiv miteinander verwirbelt, so dass eine intensive Verbrennung eintritt und eine verbesserte Oxidation im Verbrennungsgas gegeben ist. Die Sekundärluft wird bei diesem Ofen horizontal zugeführt.

Ein weiteres feststoffbefeuertes Heizgerät wird in der DE 91 07 850 U beschrieben. Das Gerät ist in ein Feuerraum und ein Aschelagerraum bzw. einer Verbrennungskammer mit einem Brennerstein unterteilt. Im Bereich des Brennersteines ist ein Kegelstumpf vorhanden, durch den Verbrennungsgase eingezogen werden. Bei dieser Lösung ist ebenfalls ein Sekundärluftführungskanal vorhanden. Die Sekundärluft wird auch hier horizontal zugeführt.

Eine andere Lösung, die in der DE 81 21 837 U vorgestellt wird, zeichnet sich dadurch aus, dass oberhalb von seitlichen Sekundärluftführungswege eine Brennkammerglocke in einer Brennkammer eingebaut ist, die zusammen mit einer Brennkammerwand einen Rauchgasführungsraum begrenzt und eine annähernd bündige Fortsetzung der seitlichen Sekundärluftführungswege bildet. Durch diese Ausbildung wird erreicht, dass die Brennkammerwand an keiner Stelle auf ihren Umfang an den Feuerraum angrenzt, wodurch eine Hitzebeanspruchung vermindert und die Haltbarkeit der Brennkammerwand erhöht wird. Der so geschaffene Durchbrandkessel ist für geringwertige Brennstoffe wie Astholz und Stroh ausgebildet.

Ein Heizkessel zur Verfeuerung von festen Brennstoffen nach dem so genannten Durchbrandprinzip wird in Bezug auf Schadstoffbildung und Energieausbeute dadurch verbessert, dass eine konvektive Heizfläche des Kessels bzw. ein Heizgasabzug mit einem innenberippten Zylinder versehen ist. Zur Ansaugung wird ein Abgasventilator eingesetzt. Bei dieser Konstruktion gelangt primäre Verbrennungsluft unter einem Rost. Die Sekundärluft strömt über einen Ausbrennraum ein.

Ein Ofen mit natürlichem Zug zur Verbrennung fester Brennstoffe ist in der DE 40 07 849 C3 gezeigt und beschrieben. Den Rauchgasen wird zentral in einem Durchtrittskanal Sekundärluft zugeführt. Die Ausbildung der Luftzuführungswege ist bei diesem Ofen aufwändig und teuer.

Um sowohl die Energieausbeute zu verbessern und vor allem den Schadstoffgehalt der Rauchgase in einem Ofen zu vermindern, werden bei der Lösung gemäß der DE 44 35 749 C2 die Rauchgase nicht direkt an die Umgebung abgeleitet, sondern in einem Nachbrennraum unter zusätzlich zugeführter Verbrennungsluft, und zwar der Sekundärluft nochmals verbrannt. Dadurch wird vermieden, dass Rauchgase, die viele brennbare, noch nicht oxidierte Partikel enthalten, unverbrannt abgegeben werden. In diesen Partikeln befinden sich nämlich in hohem Maße Schadstoffe. Dies wird durch eine gute Durchmischung der angesaugten Rauchgase mit Sekundärluft erreicht. Hierfür sind mehrere Düsen mit kegelstumpfförmigem Querschnitt erforderlich. Bei einer speziellen Bauform wird in einem Hohlraum eines inneren Hohlkörpers ein auch aus Blech bestehende, eingeschweißte oder eingespreizte Trennwand eingesetzt. Dadurch kann einerseits Sekundärluft und andererseits Rauchgas aus dem Sekundärabzug der Düsenanordnung zugeführt werden.

Eine Heizvorrichtung, bei der die Energieausbeute verbessert und der Schadstoffgehalt der Schadstoffe vermindert wird, offenbart die DE 44 35 748 C2. Auch hier werden die Rauchgase nicht direkt an die Umgebung abgeleitet sondern in einem Nachbrennraum unter zugeführter Sekundärluft verbrannt. Die Sekundärluft wird durch mehrere waagerecht liegende Zuführkörper zugeführt, wobei die Sekundärluft aber vertikal zu diesen Körpern zugeführt wird. Jeder Zuführkörper ist kegelstumpfförmig ausgebildet und ragt in einen seitlichen Nachbarraum rein, so dass besonders leicht turbulente Wirbelstrome entstehen und eine gute Durchmischung der Rauchgase mit Sekundärluft erreicht wird. Durch dieses Prinzip, bei dem der Nachbarraum seitlich angeordnet ist, ist der Abstand der Glut zu den düsenartigen Zuführkörpern groß, so dass die Temperatur der Zuführkörper relativ gering ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Brennofen der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei dem in einfacher Weise die Energieausbeute weiter verbessert und insbesondere der Schadstoffgehalt der Schadstoffe weiter vermindert wird.

Diese Aufgabe wird durch einen Brennofen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Brennofens und die gute Wärmeleitfähigkeit von Metall werden Partikel und Gase erheblich besser mit Hilfe der Sekundärluft verbrannt. Durch die relativ geringe Masse des dünnwandigen Düseneinsatzes in Verbindung mit der hohen Wärmeleitfähigkeit wird eine schnelle Aufheizung des Düsenteils erreicht, was schon nach wenigen Minuten nach dem Anzünden des Ofens gute Verbrennungswerte erreichen lässt.

Eine gute Oxidation und Senkung der Schadstoffe wird erreicht, ohne dass das Prinzip eines horizontalen Gaseintritts des Brenners verlassen werden muss und ohne eine aufwändige Ofenkonstruktion. Das Düsenoberteil steht vertikal und befindet sich unmittelbar unter der Glut, was eine sehr hohe Temperatur des Düsenoberteils, aber auch des Düsenteils und damit optimale Verbrennungswerte schafft.

Eine Montage ist ebenfalls sehr einfach, da das Düsenoberteil zum Beispiel leicht in den Durchbruch einer Brennerplatte eingesetzt und dort befestigt werden kann. Die Montage des Düsenteils ist ebenfalls sehr einfach, da durch die Aufteilung der Brennerplatte in eine obere Brennerplatte und eine untere Brennerplatte ein Einbauraum geschaffen wurde, der gleichzeitig zur Zuführung der Sekundärluft dient.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ofens ist vorgesehen, dass das Düsenoberteil und das Düsenteil aus Blechmaterial besteht. Dieses Material bietet einerseits eine hohe Feuerbeständigkeit und ist andererseits leicht zu verarbeiten. Zudem ist es kostengünstig. Blech hat sich sogar als dauerhaltbarer als Schamotte erwiesen, da aufgrund der hohen und schnellen Temperaturveränderungen Wärmespannungen auftreten, die nur von Blech längerfristig ertragen werden.

Damit eine zu verwirbelnde Sekundärluft in das Düsenteil eintreten kann und eine gute Durchmischung der Luft mit den zu verbrennenden Partikeln möglich ist, ist bevorzugterweise vorgesehen, dass das Düsenteil mit umfänglichen fensterartigen Lufteintrittsöffnungen versehen ist, durch die die Sekundärluft in das Düsenteil gelangt. Die Lufteintrittsöffnungen müssen nicht direkt an dem Düsenteil vorhanden sein.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist das Düsenteil mit Außenprofilierungen versehen, insbesondere mit Luftführungslamellen bzw. mit Führungselementen zum Verwirbeln der Sekundärluft versehen. Die Lamellen sind so geformt oder positioniert, dass eine Drehbewegung der Luft und somit eine vollständige Verbrennung erreicht wird.

Zweckmäßigerweise besteht die Brennerplatte aus Stein, insbesondere aus Schamottestein. Durch die erreichte Materialkombination (Blech/Schamotte) entsteht eine günstige Temperaturverteilung, wobei eine lange Haltbarkeit beider Materialien gegeben ist.

Damit glühende Holzstücke nicht unkontrolliert durch das Düsenteil hindurchfallen können, wird das Düsenoberteil mit einem umlaufenden Randsteg und mit einem Kegelstumpf ausgebildet und auf Lamellen gelagert, so dass ein Ringspalt mit Eintrittsöffnungen zwischen den Lamellen gebildet wird. Dieser erlaubt einen kontrollierten Gaseintritt.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Brennerplatte mit einem nach oben gerichteten Kragen versehen ist, auf dem die Lamellen des Düsenoberteils auflagern. Dieser so vorhandene Absatz ist hochgelegt, wodurch Asche bis zu dem Ringspalt oder Schlitz auf den Brennerraumboden liegt und nicht sofort mitgerissen wird. Dadurch wird die Staubemmission weiter gesenkt. Die Asche bildet außerdem eine Isolierschicht gegenüber der Brennerplatte. Diese Brennerplatte wird dadurch weniger durch Hitze belastet. Der Absatz kann als Ring ebenfalls aus Metall bestehen und einstückig an dem Düsenoberteil angeformt sein.

Günstig ist es, wenn das Düsenteil aus einem Düsenoberteil besteht, das in eine an der oberen Brennerplatte angeordnete erste Durchbrechung einsetzbar ist und aus einem Düsenunterteil besteht, das auf eine an einer unteren Brennerplatte angeordnete zweite Durchbrechung aufsetzbar ist. Diese Lösung ist sehr montagefreundlich, weil beide Teile an den jeweiligen Durchbrechungen vorfixiert werden können. Das Düsenoberteil kann außerdem unterschiedlich gefertigt sein als das Unterteil. Beispielsweise kann das Oberteil als Gussteil ausgebildet sein, während das Unterteil ein Tiefziehteil sein kann. Die Wandstärken beider Teile können zudem individuell bemessen werden, so dass die mechanische Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit des Düsenteils optimiert werden kann. Das Oberteil kann dicker und stabiler sein, während das Unterteil sehr dünn sein kann. Der spezielle erfinderische Aufbau des Düsenoberteils ist besonders vorteilhaft. Durch die Gestaltung des umlaufenden Randes mit den daran angeordneten Lamellen und dem mittigen Kegelstumpf wird eine besonders gute Anpassungsfähigkeit an die thermischen Belastungen erreicht. Bei der Aufheizung bis zur Betriebstemperatur erfolgt eine entsprechende Ausdehnung, die durch die Auflagerung über die Lamellen nicht begrenzt wird. Außerdem hat es sich gezeigt, dass aufgrund der Geometrie bei Ausdehnung und anschließender Abkühlung eine gewisse Schrumpfung einsetzt, die zu einer Rissbildung führen könnte. Die Kombination des umlaufenden Randes in Form eines Ringes in Verbindung mit dem Kegelstumpf führt jedoch zu einem Spannungsausgleich und einer Materialverschiebung, so dass eine Rissbildung vermieden wird.

Eine für optimale Abgas- und Heizwerte wichtige, sehr schnelle Aufheizung des Düsenteils kann erreicht werden, wenn die Wandstärke des Düsenteils weniger als 5 mm, insbesondere 1–3 mm beträgt.

Ein Ausführungsbeispiel wird anhand der Zeichnungen näher erläutert, wobei weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung und Vorteile derselben beschrieben sind. Es zeigt:

1 eine perspektivische Schnittdarstellung eines Bereiches einer Brennerplatte eines Holzvergaserheizkessels.

Die 1 zeigt Innenteile eines Brennofens für feste Brennstoffe. Dieser ist bevorzugt als Holzvergaserheizkessel ausgebildet. Der Heizkessel ist mit einem Feuerraum 6 und einer unterhalb der nicht dargestellten Brennstoffe liegende obere Brennerplatte 12 versehen. Vom Prinzip her umfasst der Heizkessel eine Primärluftzuführung 1 und eine Sekundärluftzuführung 2. Die Brennerplatte 12 hat eine Durchbrechung 3 zum Nachverbrennen von Heizgasen der Brennstoffe bzw. der Holzstücke. Im Bereich bzw. oberhalb der Durchbrechung 3 befinden sich glühende Holzstücke. Die Durchbrechung 3 wird bis an einen Ringspalt 17 von einem Düsenoberteil 10 abgedeckt.

Die Sekundärluft wird durch die Sekundärluftzuführung 2 horizontal zugeführt. Das Düsenteil 5 ist außerdem zweiteilig ausgeführt. Unterhalb der oberen Brennerplatte 12 befindet sich im Abstand eine weitere Platte, so dass zwei Platten vorhanden sind, nämlich eine obere Brennerplatte 12 und eine untere Brennerplatte 13. Zwischen beiden Platten 12, 13 strömt horizontal die Sekundärluft. Die nachverbrannten Gase werden durch eine unterhalb der unteren Brennerplatte 13 liegenden Nachverbrennungskammer 4 geführt und abgeleitet.

Erfindungsgemäß schließt sich an die Durchbrechung 3 ein dünnwandiges Düsenteil 5 an, das auch als Brennertopf bezeichnet werden kann. Das Düsenteil 5 verjüngt sich im Querschnitt von dem Feuerraum 6 in Richtung der Nachverbrennungskammer 4. Das Düsenteil 5 hat im Prinzip die Form eines Trichters oder hohlen Kegelstumpfes. Die Sekundärluft 2 gelangt über Gaseintrittsöffnungen in das Innere des Düsenteils 5, wird dort verwirbelt und mischt sich mit den zu verbrennenden Gasen bzw. Partikeln.

Erfindungsgemäß besteht das Düsenteil 5 aus feuerbeständigem Metall, insbesondere aus Blech. Somit erhitzt die oberhalb des Düsenteils 5 angeordnete Holzglut sehr schnell das Düsenteil 5 und somit auch die Sekundärluft, so dass eine optimale Nachverbrennung und eine geringe Umweltbelastung gegeben ist.

Oberhalb des Düsenteils 5 sind im Ringspalt 8 in einem umlaufenden Randsteg 8 ausgebildetete fensterartige Lufteintrittsöffnungen 7 vorhanden, durch die die Sekundärluft in das Düsenteil 5 gelangt. Die fensterartigen Öffnungen 7 müssen nicht unmittelbar durch das Düsenteil 5 gebildet sein. Sie können beispielsweise durch zahnartige Stege an der Unterseite der Brennerplatte 12 gebildet werden, wobei Zahnlücken die Lufteintrittsöffnungen 7 bilden.

Um eine stärkere Verwirbelung der Sekundärluft zu erreichen, ist bevorzugterweise das Düsenteil 5 mit nicht dargestellten Außenprofilierungen, insbesondere Luftführungslamellen bzw. Flügeln ausgestattet. Die so erzeugten Turbulenzen sorgen für eine effektivere Verbrennung. Durch die Verwendung der nachstehend noch erläuterten Lamellen 16 am Düsenoberteil 10, der Öffnungen 7 für die Einströmung der Sekundärluft 2 und der Gestaltung des Düsenteils 5 wird eine optimale Verwirbelung und der in der Figur angedeutete Gasweg G erreicht.

Die Brennerplatte 12 besteht vorzugsweise aus Stein. Sie kann aber auch aus einem anderen hitzebeständigen Material beispielsweise Metall, insbesondere Blech bestehen. Um auch Asche auf der Brennerplatte zu halten, ist die obere Brennerplatte 12 mit einem nach oben gerichteten Kragen 9 versehen. Dieser steht praktisch aus der Brennerplatte 12 hervor, wie die Figur zeigt.

Auf dem des Kragen befindet sich das Düsenoberteil 10, das in die in der oberen Brennerplatte 12 angeordnete erste Durchbrechung 3 einsetzbar ist, wobei das Düsenteil 5 als Düsenunterteil 11 eine an der unteren Brennerplatte 13 angeordnete zweite Durchbrechung 14 umgreift. Das Düsenoberteil 10 muss nicht direkt mit dem Düsenunterteil 11 verbunden sein.

Die Wandstärke des Düsenteils 5 beträgt weniger als 5 mm, insbesondere 1–3 mm. Beispielsweise hat das Düsenoberteil 10 eine Wandstärke von 2 mm während das Düsenunterteil eine Wandstärke von 1 mm hat.

Das Düsenoberteil 10, das auch als Turboscheibe bezeichnet werden kann, ist trichterförmig mit einem nach unten auskragenden Kegelstumpf mit einem umlaufenden Rand geformt, unter dem Lamellen 16 als Trag- und Luftführungselemente ausgebildet sind, die im Ringspalt 17 angeordnet sind, durch den die Brenngase aus dem Feuerraum 6 zusammen mit der Primärluft in das Düsenteil 5 gelangen. Die Lamellen 16 sind bevorzugterweise nicht radial sondern leicht schräg angeordnet, um die Verwirbelung zu verbessern. Die Lamellen 16 lagern auf dem Kragen 9 auf und tragen das Düsenoberteil 10. Zwischen den Lamellen 16 sind die Einströmöffnungen 18 für das Brenngas- und Primärluftgemisch ausgebildet. Das Düsenunterteil 11 ist etwa trichterförmig und besitzt an seinem oberen Ende ebenfalls einen umlaufenden, nach außen gerichteten Steg 15, auf dem die Öffnungen 7 zwischen der oberen Brennerplatte 12 und diesem Steg 15 angeordnet sind.

Möglich ist auch eine zumindest teilweise Abgasrückführung im Rahmen eines Rezirkulationsbrenners. Durch die Abgasrückführung kann der Anteil der Stickoxide gesenkt werden, indem die Flamme gekühlt und die Entwicklung allzu hoher Stickoxidanteile vermieden wird. Hierzu sind im Bodenbereich des Düsenteils 5 bzw. in der unteren Brennerplatte 13 Zuströmöffnungen 19 ausgebildet. Das Abgas tritt in einen Innenraum 20 des Düsenteils 5 ein und strömt über Ausströmöffnungen 21 aus und vermischt sich mit dem Brenngas, der Primärluft und der Sekundärluft im Durchströmbereich des Düsenteils 5.

1
Primärluftzuführung
2
Sekundärluftzuführung
3
erste Durchbrechung
4
Nachverbrennungskammer
5
Düsenteil
6
Feuerraum
7
Eintrittsöffnungen
8
Randsteg
8a
Ringspalt
9
Kragen
10
Düsenoberteil
10a
Kegelstumpf
10b
umlaufender Rand
11
Düsenunterteil
12
obere Brennerplatte
13
untere Brennerplatte
14
zweite Durchbrechung
15
Steg
16
Lamellen
17
Ringspalt
18
Einströmöffnungen
19
Zuströmöffnungen
20
Innenraum
21
Ausströmöffnungen
G
Gasweg


Anspruch[de]
Brennofen für feste Brennstoffe mit einem Feuerraum (6) und einer unterhalb der Brennstoffe liegenden Brennerplatte (12) sowie mit einer Primärluftzuführung (1) und eine Sekundärluftzuführung (2), wobei die Brennerplatte (12) eine Durchbrechung (3) zum Nachverbrennen von Heizgasen der Brennstoffe durch die horizontal zugeführte Sekundärluft aufweist, undi die nachverbrannten Gase durch eine unterhalb der Brennerplatte (12) liegende Nachverbrennungskammer (4) geführt und abgeleitet werden, dadurch gekennzeichnet,

– dass an die Durchbrechung (3) ein von dem Feuerraum (6) zur Nachverbrennungskammer (4) sich im Querschnitt verjüngenden dünnwandigen Düsenteil (5), in das die Sekundärluft durch Durchbrechungen (7) horizontal zugeführt wird, angeschlossen ist,

– dass das Düsenteil (5) in der Nähe des Feuerraumes (6) angeordnet und zur Nachverbrennungskammer (4) gerichtet ist, und

– dass das Düsenteil (5) aus feuerbeständigem Metall besteht.
Brennofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenteil (5) aus Blechmaterial besteht. Brennofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Düsenteil (5) umfänglich fensterartige Lufteintrittsöffnungen (7) vorhanden sind, durch die die Sekundärluft in das Düsenteil (5) gelangt. Brennofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenteil (5) mit Profilierungen, insbesondere Luftführungslamellen zum Verwirbeln der Sekundärluft versehen ist. Brennofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennerplatte (12) aus Stein, aus Metall, insbesondere aus Blech, besteht. Brennofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das ein Düsenoberteil (10) mit einem Kegelstumpf (10a) zum Abdecken der Durchbrechung (3) der oberen Brennerplatte (12) so versehen ist, dass ein Ringspalt (17) zwischen der Brennerplatte (12) und einem umlaufenden Rand (10b) des Düsenoberteils (10) gebildet wird. Brennofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenoberteil (10), insbesondere über Lamellen (16) auf einem nach oben gerichteten Kragen (9) gelagert ist, der aus der Brennerplatte (12) hervorsteht. Brennofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenteil (5) aus einem Düsenoberteil (10), das in eine an einer oberen Brennerplatte (12) angeordnete erste Durchbrechung (3) einsetzbar ist und aus einem Düsenunterteil (11) besteht, das auf eine an einer unteren Brennerplatte (13) angeordnete zweite Durchbrechung (14) aufsetzbar ist. Brennofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des Düsenteils (5) weniger als 5 mm, insbesondere 1–3 mm beträgt. Brennofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch eine Ausbildung als Holzvergaserheizkessel.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

  Patente PDF

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com