Feuerungssystem mit Luft-Abgas-Schornstein

Abstract

 Bei einer mit einem Luft-Abgas-Schornstein zu einem ge­schlossenen System verbundenen Feuerungsanlage soll selbst bei den extremsten Windlagen eine Rezirkulation von Abgas in die Zuluftführung vermieden werden.
Dazu ist die von einer dünnwandigen Schornsteinverlängerung (3) überragte und seitlich distanziert umgebene Abgasaus­trittsöffnung (4) des Schornsteins (1) mindestens 200mm oberhalb mindestens einer von einer Strömungstrennplatte (5) überdeckten Luftansaugöffnung (6) angeordnet und derart be­messen, dass die Abgasaustrittsgeschwindigkeit (V) minde­stens O,5m/sec.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine mit einem Luft-Ab­gas-Schornstein zu einem geschlossenen System verbundene Feuerungsanlage sowie eine dünnwandige Schornsteinverlänge­rung zur Verwendung in einem solchen Feuerungssystem. Dabei kann die Feuerungsanlage z.B. eine Zentralheizungsanlage, eine Einzelfeuerstätte oder ein offener Kamin (Cheminée) sein.

[0002] Es snd bereits mit einem Luft-Abgas-Schornstein (LAS) ver­sehene Feuerungsanlagen bekannt. LAS-Schornsteine sind Schornsteine, bei denen eine Zuluftführung parallel zur Abgasführung verläuft. Die Abgasaustritts- und die Zuluft­eintrittsöffnungen liegen dabei am Schornsteinkopf örtlich wenig getrennt, sodass in der Regel bei Wind nur geringe Druckdifferenzen zwischen diesen beiden Öffnungen auftreten. Die vermindert die Gefahr von Rückströmungen, wie sie bei distanzmässig weiter Trennung von Zulufteintritts- und Ab­gasaustrittsöffnung gelegentlich besteht. Anderseits birgt der geringe Abstand dieser beiden Öffnungen beim LAS-System die Gefahr der Rezirkulation in sich, d.h. es besteht der grosse Nachteil, dass, vor allem bei Wind, Abgas in die an­gesaugte Zuluft gelangt. Dies kann je nach Windeinfluss zu einer wesentlichen Beeinträchtigung des Verbrennungsvor­ganges führen.

[0003] Rezirkulationsgefahr besteht insbesondere bei Fallwinden, da die Zuluftöffnungen in der Regel unterhalb der Abgasaus­trittsöffnungen angeordnet sind. Durch den sog. "Downwash-­Effekt" ist allerdings auch bei Horizontalwind ein Eindrin­gen von Abgas in die Zuluft nicht ganz zu vermeiden.

[0004] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist insbesondere die Schaffung einer mit einem LAS-Schornstein zu einem geschlos­senen Feuerungssystem verbundenen Zentralheizungs- oder Chemisée-(offenes Kamin)Feuerungsanlage, bei welcher diese höchst unerwünschte Rezirkulation selbst bei den extremsten Windlagen gänzlich vermieden oder gegenüber bisher zumindest bis auf ein annehmbares Mass sehr stark reduziert wird.

[0005] Die Aufgabe wird bei einem Feuerungssystem der eingangs ge­nannten Art erfindungsgemäss nach dem Kennzeichen des An­spruchs 1 gelöst.

[0006] Zur Feinregulierung ist es zweckmässig, wenn im Luftansaug­kanal ein den Luftansaugvolumenstrom regulierendes Regulier­organ angeordnet ist, und das letztere zu seiner Regulierung mit mindestens einem im Abgaskanal und/oder Luftansaugkanal angeordneten Abgas- bzw. Zuluftsensor verbunden ist. Dabei kann der mindestens eine Sensor zum Beispiel auf die in der Abgasströmung herrschenden Parameter wie Druck und/oder Tem­peratur und/oder Lambdazahl und/oder Strömungsgeschwindig­keit ansprechend ausgebildet sein. Der dabei festgestellte Ist-Wert wird dann in einer Vergleichsschaltung mit den entsprechenden Sollwerten verglichen und eine allfällige Differenz zur Steuerung dieses Regulierorganes ausgewertet.

[0007] Um selbst bei extremsten Windeinflüssen eine möglichst ge­ringe Rezirkulation zu erreichen, ist es insbesondere bei Zentralheizungsanlagen vorteilhaft, wenn die Abgasaustritts­öffnung derart bemessen ist, dass die Abgasaustrittsge­schwindigkeit mindestens 1,4m/s, vorzugsweise mindestens 1,9 m/s beträgt.

[0008] Zweckmässige Weiterausgestaltungen des Feuerungssystems nach Anspruch 1 sind Gegenstand der Ansprüche 4 bis 8.

[0009] Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine dünn­wandige Schornsteinverlängerung zur Verwendung in einem Feue­rungssystem nach Anspruch 1, mit die Abgasaustrittsöffnung überragenden und seitlich distanziert umgebenden Strömungs­leitelementen, einer mindestens 200mm unterhalb der Abgasaus­trittsöffnung und oberhalb mindestens einer Luftansaugöff­nung angeordneten, in horizontaler Richtung nach aussen sich erstreckenden Strömungstrennplatte, einem zentrischen Abgas­kanal und einem konzentrisch zu letzterem angeordneten, mit der Luftansaugöffnung verbundenen Luftansaugkanal.

[0010] Dabei ist es zweckmässig, wenn die Strömungsleitelemente min­destens annähernd in mindestens einer runden und/oder mehr­eckigen, vorzugsweise achteckigen Kegelstumpf- und/oder Zy­lindermantelfläche angeordnet sind, und diese Strömungsleit­flächen vorzugsweise mindestens teilweise mit Durchströmöff­nungen versehen sind. Schornsteinhüte bzw. Strömungsleitele­mente dieser Art sind zum Beispiel aus der AT-PS 375 455, der CH-PS 350 063,der PCT-Veröffentlichung WO 86/O6818, der CH-PS      (CH-Gesuchsnr. 2047/87-2) oder der CH-PS       (CH-Gesuchsnr. 2103/87-3) bekannt.

[0011] Nachstehend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeich­nung beispielsweise erläutert. Es zeigt

Fig.1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht einer beispielsweisen Ausführungsform des kopfseiti­gen Endbereiches eines erfindungsgemässen Feuerungssy­stems,

Fig.2 im Schnitt eine beispielsweise Ausführungsform des mit dem in Figur 1 dargestellten kopfseitigen Endteil des LAS-Schornsteins verbundenen offenen Kamins (Cheminée); und

Fig.3 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Abgasrezirku­lation bei bisheriger Ausbildung (A) sowie bei erfin­dungsgemässer Ausbildung (B).

[0012] Wie insbesondere aus Fig. 1 ersichtlich, ist bei der mit einem LAS-Schornstein 1 zu einem geschlossenen Feuerungs­system verbundenen Cheminée-Feuerungsanlage 2 die von einer sogenannten dünnwandigen, aus Blech bestehenden die Ab­strömverhältnisse bei den unterschiedlichsten Windanström­verhältnissen stabilisierende Schornsteinverlängerung 3, einem sogenannten Schornsteinhut, überragte und seitlich distanziert umgebene Abgasaustrittsöffnung 4 um eine Di­stanz D, die im vorliegenden Fall 200mm beträgt, oberhalb einer von einer Strömungstrennplatte 5 überdeckten Mehrzahl von Luftansaugöffnungen 6 angeordnet. Ferner ist die Abgas­austrittsöffnung 4 derart ausgebildet und bemessen, dass die Abgasaustrittsgeschwindigkeit V mindestens O,5m/s beträgt.

[0013] Zur groben Anpassung der dünnwandigen Schornsteinverlänge­rung an den übrigen Teil der Feuerungsanlage bezüglich der Zuluftströmungsverhältnisse sind die Luftansaugöffnungen 6 bezüglich der Grösse ihres Oeffnungsquerschnittes einstell­ bar oder der gesamte Luftansaugteil 7 längs dem Aussenrohr 8 geringfügig nach unten verstellbar, so dass unterhalb der Strömungstrennplatte 5 zwischen der Unterseite derselben und der Oberkante des kreisringartig ausgebildeten Luftansaug­teiles 7 zusätzlich ein kreisringförmiger Ansaugspalt 9 (strichpunktiert) eingezeichnet gebildet wird.

[0014] Um zu vermeiden, dass die an der dünnwandigen Schornstein­verlängerung 3 eintretende, für die Feuerungsanlage 2 be­stimmte Zuluft 10 auf ihrem Weg dorthin vom warmen Abgas der Feuerungsanlage 2 erwärmt und damit in ihrer Sink- und somit Zuströmgeschwindigkeit zur Feuerungsstelle negativ beein­flusst wird, ist der Luftansaugkanal 11 mittels einer Isola­tionsschicht 12 gegegenüber dem Abgaskanal 13 wärmeisoliert.

[0015] Zur Erzielung einer optimalen Abschirmwirkung überragt die Strömungstrennplatte 5 die Luftansaugöffnungen 6 in hori­zontaler Richtung um mindestens 20mm.

[0016] Zur Feinregulierung der dem Cheminée 2 über den LAS-Schorn­stein 1 zugeführten Zuluft ist im unteren Endbereich des Luftansaugkanals 11 ein den durchströmenden Luftansaugvo­lumenstrom äusserst genau regulierendes Regulierorgan 14, das z.B. in der Art einer Irisblende, eines Schiebers und/­oder eines Gebläses sein kann, angeordnet. Ferner ist im Abgaskanal 13 mindestens ein Abgassensor 15 angeordnet, welcher zur Feststellung von in der Abgasströmung von in der Abgasströmung interessierenden Abgasparametern wie Druck und/oder Temperatur und/oder Lambdazahl und/oder Strömungs­geschwindigkeit und/oder der Kamintemperatur ausgebildet ist. Selbstverständlich ist es auch möglich, mindestens einen entsprechenden Sensor 16 zur Feststellung der ent­sprechenden Zuluftparameter im Luftansaugkanal 11 sowie einen die Abgastemperatur am Schornsteinaustritt 4 messenden weiteren Sensor vorzusehen.

[0017] Die dabei ermittelten Ist-Werte werden in einer mit den Sen­soren 15 und 16 verbundenen Vergleichs- und Auswertschaltung mit den für einen optimalen Verbrennungsvorgang erforder­lichen Soll-Werten verglichen und eine allfällige Differenze zur Steuerung des Regulierorganes 14 ausgewertet.

[0018] Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist die Feuerungsfläche 17 des Cheminées 2 kammerförmig ausgebildet und diese Kammer 18 mit dem unteren Ende des Luftansaugkanals 11 verbunden. Die obe­re Seite dieser Kammer 18, d.h. die Feuerungsfläche 17 des Cheminées 2 ist mit Luftaustrittsöffnungen 19 versehen, über welche die über den LAS-Schornstein 1 geregelt zugeführte Zuluft der Feuerstelle zugeführt wird. Die in der Kammer 18 vorgesehenen, an ihren oberen Enden verschliessbaren rohrför­migen Durchtrittsöffnungen 20 dienen zur Abführung der auf der Feuerungsfläche 17 sich ansammelnden Asche in einen un­terhalb der Kammer 18 verschiebbar und herausnehmbar ange­ordneten, staubdichten Aschenbehälter 21.

[0019] Die mit den Sensoren 15 und 16 verbundene Vergleichs- und Auswertschaltung kann auch derart programmierbar ausgebildet sein, dass das Regulierorgan 14 bei der Inbetriebsetzung des Cheminées 2 gemäss einer anderen Gesetzmässigkeit reguliert wird als nach Erreichung der normalen Betriebstemperatur.

[0020] Die völlig unerwartete, äusserst positive Wirkung der er­findungsgemässen Kombination gemäss dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 zeigt das Diagramm gemäss Figur 3, in wel­chem α der Wind-Anströmwinkel der Abgasaustrittsstelle, v_a die Windgeschwindigkeit und C_i/C_E die Abgasrezirkulation (in Prozenten) von aus der Abgasaustrittsöffnung 4 ausströmenden Abgas in den Luftansaugkanal 11 bedeuten.

[0021] Die Kurven stellen gemessene Rezirkulationswerte dar, wobei die Kurve A das Abgas-Rezirkulationsverhalten bei einer An­ordnung gemäss Fig. 1, jedoch ohne die dünnwandige Schorn­steinverlängerung 21 und die Kurve B das Abgasrezirkula­tionsverhalten bei einer Anordnung gemäss Fig. 1 zeigt, wo­bei diese Kurven gemessene Werte darstellen.

[0022] Als dünnwandige Schornsteinverlängerung 21 wurde dabei eine Ausbildung gemäss der PCT-Veröffentlichung WO 86/O6818, d.h. ein Schornsteinaufsatz des Typs Basten-Regulator-Extra der Firma Inventina AG., Landquart (Schweiz) verwendet.

[0023] Die beiden durch Messungen ermittelten Kurven A und B zeigen überdeutlich die für Fachleute völlig unerwartete Wirkung einer solchen dünnwandigen Schornsteinverlängerung bei LAS-­Schornsteinen auf die Abgasrezirkulation bei diesen LAS-­Schornsteinen, indem die Abgasrezirkulation in allen Windan­strömbereichen bei konstanter Windanströmgeschwindigkeit so­wie ohne einen Zuluftregulator 14 auf weniger als einen Fünf­tel gegenüber bisher reduziert werden konnte! Bisher wurden bei LAS-Schornsteinen zusätzliche dünnwandige Schornsteinver­längerungen, das heisst die Abströmverhältnisse stabilisie­rende Schornsteinhüte von der z.B. in der Beschreibungsein­leitung erwähnten Art, immer als überflüssig und sinnlos be­trachtet, wobei jedoch das Diagramm gemäss Fig. 3 zeigt, dass diese bisherige Auffassung der Fachleute mit der Verwen­dung einfacher einlagiger dünnwandiger Schornsteinaustritts­rohre (Kurve A) falsch war. Hingegen kann die Abgasrezir­kulation bei Einsatz der erfindungsgemäss ausgebildeten Anordnung, wie mit Hilfe der Kurve B klar und eindeutig er­sichtlich, für den Fachmann bisher völlig unerwartet, dra­stisch reduziert werden. Dadurch kann auch die für den Ver­brennungsvorgang erforderliche, über den Luftansaugkanal 11 pro Zeiteinheit zuzuführende Zuluftmenge/Zeiteinheit und damit selbstverständlich auch die über den Schornstein 1 abzuführende warme Abgasmenge (Zeiteinheit) entsprechend stark reduziert werden, was einen besseren thermischen Wir­kungsgrad der Feuerungsanlage zur Folge hat.

[0024] Durch die zusätzliche Verwendung des Zuluft-Regulators 14 kann der Verbrennungsvorgang in der Feuerungsanlage noch weiter stabilisiert und optimiert werden.

[0025] Entsprechende Untersuchungen am Lehrstuhl für Strömungsme­chanik an der Technischen Universität München haben gezeigt, dass mit einem solchen Zuluftregulator der über den Luftan­saugkanal 11 zugeführte Luftvolumenstrom sehr genau dosiert werden kann. Dies bedeutet, dass mit der einmal eingestell­ten optimalen Luftverhältniszahl Lambda (=1,O5 bis 1,1) bei allen Windanströmverhältnissen des Schornsteins eine voll­kommene Verbrennung ohne die giftigen Bestandteile wie Koh­lenmonoxid, Kohlenwasserstoff und Russ erzielt werden kann, was einem echten aktiven Umweltschutz entspricht.

Ansprüche

1. Mit Luft-Abgas-Schornstein zu einem geschlossenen Sy­stem verbundene Feuerungsanlage, dadurch gekennzeich­net, dass die von einer dünnwandigen Schornsteinver­längerung (3) überragte und seitlich distanziert umge­bene Abgasaustrittsöffnung (4) des Schornsteins (1) min­destens 200mm oberhalb mindestens einer von einer Strö­mungstrennplatte (5) überdeckten Luftansaugöffnung (6) angeordnet und derart bemessen ist, dass die Abgas­austrittsgeschwindigkeit (V) mindestens O,5 m/s be­trägt.

2. Feuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­net, dass im Luftansaugkanal (11) ein den Luftansaugvo­lumenstrom regulierendes Regulierorgan (14) angeordnet ist, und das letztere zu seiner Regulierung mit minde­stens einem im Abgaskanal und/oder Luftansaugkanal (11) angeordneten Abgas- bzw. Zuluftsensor (15 resp. 16) verbunden ist.

3. Feuerungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­zeichnet, dass die Abgasaustrittsöffnung (4) derart bemessen ist, dass die Abgasaustrittsgeschwindigkeit (V) mindestens 1,4 m/s, vorzugsweise mindestens 1,9 m/s beträgt.

4. Feuerungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­net, dass der Abgassensor (15) mindestens zur Fest­stellung der im Abgasstrom herrschenden Lambdazahl aus­gebildet ist, und über eine mit ihm verbundene Regu­lierschaltung das Regulierorgan (14) auf den für den jeweiligen Verbrennungsvorgang günstigsten Wert ein­stellt.

5. Feuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­durch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Luft­ansaugöffnung (6) bezüglich der Grösse ihres Öffnungs­querschnittes einstellbar ist.

6. Feuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­durch gekennzeichnet, dass der Luftansaugkanal (11) mindestens gegenüber dem Abgaskanal (13) wärmeisoliert ist.

7. Feuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­durch gekennzeichnet, dass der Luftansaugkanal (11) über Luftaustrittsöffnungen (19) mit der Feuerungsfläche eines offenen Kamins (Cheminée) (2) verbunden ist.

8. Feuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­durch gekennzeichnet, dass die Strömungstrennplatte (5) die Luftansaugöffnung (6) in horizontaler Richtung um mindestens 20mm überragt.

9. Dünnwandige Schornsteinverlängerung zur Verwendung in einem Feuerungssystem nach Anspruch 1, mit die Abgas­austrittsöffnung (4) überragenden und seitlich distan­ziert umgebenden Strömungsleitelementen, einer min­destens 200mm unterhalb der Abgasaustrittsöffnung (4) und oberhalb mindestens einer Luftansaugöffnung (6) angeordneten, in horizontaler Richtung nach aussen sich erstreckenden Strömungstrennplatte (5), einem zentri­schen Abgaskanal (13) und einem konzentrisch zu letz­terem angeordneten, mit der Luftansaugöffnung (6) ver­bundenen Luftansaugkanal (11).

1O. Schornsteinverlängerung nach Anspruch 9, dadurch ge­kennzeichnet, dass die Strömungsleitelemente (22) min­destens annähernd in mindestens einer runden und/oder mehreckigen, vorzugsweise achteckigen Kegelstumpf- und/oder Zylindermantelfläche angeordnet sind, und diese Strömungsleitflächen (22) vorzugsweise mindestens teil­weise mit Durchströmöffnungen (23) versehen sind.

11. Schornsteinverlängerung nach Anspruch 9 oder 10, da­durch gekennzeichnet, dass der von den Strömungsele­menten (22) seitlich umschlossene Raum an seinem unteren Ende mit mindestens einer Luftdurchtrittsöffnung (24) versehen ist.

Zeichnung