EINZELFEUERSTÄTTE MIT EINER ABGASHAUBE

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Einzelfeuerstätte zum Verbrennen von Brennstoff, wie Brennholz, mit einem Brennraum zum Aufnehmen des Brennstoffs, wobei der Brennraum oberseitig von einer Abgashaube zum Abführen von Abgas aus dem Brennraum begrenzt ist und im Bereich der Abgashaube ein plattenförmiger Katalysator angeordnet ist, der sich mit seiner Plattenfläche quer zum Strömungsweg von durch die Abgashaube abströmendem Abgas erstreckt und von dem Abgas zu durchströmen ist.

Beschreibung

Hintergrund der Erfindung

[0001] Mit Einzelfeuerstätten der hier genannten Art werden feste Brennstoffe, wie insbesondere Brennholz in Form von Stückgut oder Schüttgut, mit oberem Abbrand bzw. Durchbrand der Heizgase verbrannt. Solche Einzelfeuerstätten sind insbesondere Brenneinsätze von Kachelöfen oder Heizkaminen. Sie umfassen einen Brennraum in den der Brennstoff durch eine zu öffnende Brennraumtüre eingelegt wird. Die Brennraumtüre wird nachfolgend geschlossen, es handelt sich für den Verbrennungsvorgang also um eine so genannte geschlossene Feuerstätte. Bei der dortigen Verbrennung wird insbesondere der Brennstoff zunächst unter hoher Temperatur und mittels Zufuhr von Haupt-Verbrennungsluft, die Sauerstoff enthält, zu Brenngas vergast. Das Brenngas wird dann zusammen mit Neben-Verbrennungsluft, die weiteren Sauerstoff enthält, als Mischgas weiter oxidiert und damit zu Abgas verbrannt. Die Verbrennungsluft wird in der Regel mittels einer Luftführungseinrichtung zum Brennraum und in diesen hinein geleitet.

[0002] Das Abgas wird aus dem Brennraum der Einzelfeuerstätte mittels der Abgashaube und einer in Strömungsrichtung des Abgases nachfolgenden Kamineinrichtung abgeführt.

Zugrundeliegende Aufgabe

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Einzelfeuerstätte derart zu gestalten, dass sie besonders wartungsarm und emissionsarm zu betreiben ist.

Erfindungsgemäße Lösung

[0004] Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einer Einzelfeuerstätte zum Verbrennen von Brennstoff, wie Brennholz, gelöst, mit einem Brennraum zum Aufnehmen des Brennstoffs, wobei der Brennraum oberseitig von einer Abgashaube zum Abführen von Abgas aus dem Brennraum begrenzt ist. Erfindungsgemäß ist im Bereich der Abgashaube, insbesondere in deren Inneren oder in bzw. an deren Begrenzungshaut, ein plattenförmiger Katalysator angeordnet, der sich mit seiner Plattenfläche quer zum Strömungsweg von durch die Abgashaube abströmendem Abgas erstreckt und von dem Abgas zu durchströmen ist.

[0005] Bei der erfindungsgemäßen Einzelfeuerstätte ist im Bereich von deren Abgashaube ein flächiger Katalysator angeordnet, durch den hindurch die aus dem Brennraum austretenden Abgase geleitet sind. Mit der derartigen Gestaltung und Anordnung eines Katalysators ist es möglich dessen Flächenerstreckung vergleichsweise groß zu gestalten und zugleich seine Bautiefe bzw. Dicke in Strömungsrichtung des Abgases vergleichsweise klein zu halten. Damit kann bei gleicher vom Abgas überstrichener Katalysatorfläche der vom Katalysator dem Abgas entgegengesetzte Strömungswiderstand besonders klein gehalten werden.

[0006] Zugleich kann mit der Anordnung innerhalb der Abgashaube der Katalysator insgesamt größer dimensioniert werden, als beispielsweise in einem Kaminrohr.

[0007] Ferner ist bei der erfindungsgemäßen Gestaltung vorteilhaft, dass das am Katalysator vorbei streichende Abgas noch vergleichsweise heiß ist, weil es erst frisch aus dem Brennraum ausgetreten ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung

[0008] Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Einzelfeuerstätte ist der Katalysator mit seiner Plattenfläche im Wesentlichen waagrecht ausgerichtet. Mit der derartigen Anordnung durchströmt das Abgas den Katalysator von unten aufsteigend großflächig und über dessen Flächenerstreckung hinweg gleichmäßig. Zugleich sind die am Katalysator vorherrschenden Temperaturen über dessen Fläche hinweg weitgehend gleich hoch.

[0009] Von dem Katalysator ist ferner mit dessen Plattenfläche an dessen Einbauort im Wesentlichen die gesamte Querschnittsfläche der Abgashaube bzw. des Strömungswegs des Abgases überdeckt. So ist, wie auch oben erläutert, ein besonders großer Strömungsquerschnitt bei besonders geringem Strömungswiderstand möglich.

[0010] Ferner ist vorzugsweise von dem Katalysator mit dessen Plattenfläche an dessen Einbauort gezielt eine Restfläche der Querschnittsfläche der Abgashaube nicht überdeckt und stattdessen von Abgas frei durchströmbar gestaltet. Die Restfläche dient als Bypass für Abgas in dem unwahrscheinlichen Fall, dass der Katalysator selbst verstopfen und für Abgas unpassierbar werden sollte.

[0011] Die Restfläche ist bevorzugt mit einer Öffnungskontur gestaltet, deren Form zum Ansetzen eines Montagewerkzeugs für den Katalysator angepasst ist. Mit dieser Weiterbildung übernimmt die Restfläche mit ihrer Öffnungskontur eine Doppelfunktion, die eine Montage und Demontage des erfindungsgemäßen Katalysators erheblich vereinfacht.

[0012] Der Katalysator ist bevorzugt ferner aus mindestens einem Katalysatorelement gebildet, das in einem Katalysatorrahmen gehaltert ist. Der Katalysatorrahmen stützt das Katalysatorelement an dessen äußerem Rand und schafft so im Inneren einen für Abgas durchströmbaren Bereich. Vorzugsweise sind an dem Katalysatorrahmen mehrere, insbesondere vier Katalysatorelemente gehaltert, wobei diese vorzugsweise je im Wesentlichen ein Viertel der Gesamtfläche der Plattenfläche eines dabei insbesondere kreisrunden Katalysators ausfüllen. Mit derartigen Viertelstücken von Katalysatorelementen ist die Flächenausbeute bei deren Herstellung besonders hoch.

[0013] Das mindestens eine Katalysatorelement ist vorteilhaft aus einem keramischen Schwammmaterial gebildet. Keramische Schwammkatalysatoren kommen mit einer sehr geringen Bautiefe aus, da die Abgasumlenkungen im Schwammmaterial turbulent sind. Es kommt dadurch auch bei kurzer Bautiefe zu sehr vielen Oberfächenkontakten des Abgases mit dem Katalysator.

[0014] Das Schwammmaterial weist vorzugsweise eine von drei unterschiedlichen Beschichtungen auf, insbesondere in Abhängigkeit der Abgas-temperatur am Katalysator: Eine edelmetallfreie Mischmetalloxidbeschichtung bei einem Temperaturbereich von 450° Celsius bis 800° Celsius. Ein Edelmetallkatalysator mit einer Edelmetallbeschichtung von 10g/ft³ bei einem Temperaturbereich von 250° Celsius bis 800° Celsius sowie ein Edelmetallkatalysator mit einer Edelmetallbeschichtung von 40g/ft³ bei einem Temperaturbereich von 200° Celsius bis 600° Celsius. Als Träger für die Beschichtung dient vorzugsweise ein Aluminiumoxid.

[0015] Darüber hinaus ist der Katalysator, insbesondere der Katalysatorrahmen, vorzugsweise mittels eines Bajonettverschlusses in bzw. an der Abgashaube ortsfest anzubringen. Mit einem solchen Bajonettverschluss ist der Katalysator einfach zu montieren und auch zu demontieren.

[0016] In Strömungsrichtung des Abgases vor dem Katalysator, insbesondere räumlich unter dem Katalysator, ist vorzugsweise ein das Abgas umlenkendes Deckenelement angeordnet. Mit dem Deckenelement wird zum einen das Abgas durchmischt und zum anderen der Katalysator vor einer direkten Hitzeeinwirkung aus dem Brennraum geschützt.

[0017] Schließlich ist erfindungsgemäß bevorzugt in Strömungsrichtung des Abgases hinter dem Katalysator, insbesondere räumlich über dem Katalysator, mindestens ein Wärmetauscherelement angeordnet. Das mindestens eine Wärmetauscherelement dient vorzugsweise zum Abführen von Wärme von dem Abgas in die Umgebungsluft der erfindungsgemäßen Einzelfeuerstätte oder in einen anderen Wärmeträger. Mit der Anordnung des erfindungsgemäßen Katalysators in Strömungsrichtung des Abgases vor einer derartigen Wärmeabfuhr wird das Abgas mit besonders hoher Abgastemperatur durch den Katalysator geführt.

[0018] Ferner bevorzugt ist der erfindungsgemäße Katalysator derart gehaltert, dass in seiner Halterung alternativ zum Katalysator ein Umlenkblech für Abgas ortsfest anzubringen ist. Vorzugsweise erfolgt dies mittels eines Bajonettverschlusses, der in der Abgashaube vorgesehen ist und an dem zum einen der Katalysator oder eben zum anderen das Umlenkblech einzusetzen ist. Das Umlenkblech ist dabei vorteilhaft im Wesentlichen waagrecht ausgerichtet und erstreckt sich insbesondere im Wesentlichen über die Hälfte der Querschnittsfläche des Strömungswegs des Abgases.

[0019] Die Erfindung ist ferner auch auf einen Katalysator der oben genannten, erfindungsgemäßen Art gerichtet, der insbesondere mit seinem Bajonettverschluss dazu angepasst ist, in bzw. an eine Einzelfeuerstätte nachgerüstet zu werden. Der Katalysator weist dabei vorzugsweise einen Katalysatorrahmen auf, der vorteilhaft in einem an der Einzelfeuerstätte, insbesondere in deren Abgashaube, ortsfest anzubringenden Haltering lösbar zu befestigen ist. Der Haltering und/oder der Katalysatorrahmen ist vorteilhaft ringförmig und/oder im Wesentlichen kreisrund. An dem Katalysatorrahmen sind vorzugsweise mehrere, insbesondere vier, vorzugsweise flächige Katalysatorelemente gehaltert, die je vorteilhaft mittels eines Elementrahmens am Katalysatorrahmen gehalten sind.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

[0020] Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1

eine perspektivische Ansicht im Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Einzelfeuerstätte mit montiertem Katalysator,

Fig. 2

den Schnitt II - II gemäß Fig. 1,

Fig. 3

die Ansicht gemäß Fig. 1 mit demontiertem Katalysator,

Fig. 4

den Schnitt IV - IV gemäß Fig. 1,

Fig. 5

den Katalysator gemäß Fig. 1 in vergrößerter Ansicht,

Fig. 6

die Ansicht gemäß Fig. 5 während des Demontierens,

Fig. 7

eine Explosionsdarstellung des Katalysators gemäß Fig. 1

Fig. 8

eine perspektivische Ansicht eines Katalysatorelements des Katalysators gemäß Fig. 1.

Detaillierte Beschreibung des Ausführungsbeispiels

[0021] In den Fig. 1 bis 4 ist eine Einzelfeuerstätte 10 in Gestalt eines Kachelofen-Einsatzes als Heizgerät veranschaulicht, das ein quaderförmiges Gehäuse 12 mit einem darin angeordneten Brennraum 14 umfasst. Der Brennraum 14 ist ebenfalls im Wesentlichen quaderförmig gestaltet und an seinem Brennraumboden 16, seinen Seitenwänden 18 sowie seiner Rückwand 20 mit flammfestem Schamottmaterial in Plattenform ausgekleidet. In einer zugehörigen Vorderwand 22 des Brennraums 14 ist eine im Wesentlichen rechteckige Brennraumtüre 24 verbaut, mittels der der Brennraum 14 wahlweise geöffnet und verschlossen werden kann. So kann ein zu verbrennender Brennstoff, wie insbesondere Brennholz als Stückgut auf den Brennraumboden 16 gestapelt und dort verbrannt werden.

[0022] An der Oberseite des Brennraums 14 befindet sich eine Brennraumdecke 26 zum Ableiten von Abgas aus dem Brennraum 14, wobei eine Verbrennungsluft von außerhalb des Brennraums 14 durch eine Luftführungseinrichtung 28 unten in den Brennraum 14 geleitet und mittels einer Abgasabführeinrichtung 30 oben aus dem Brennraum 14 abgeleitet wird.

[0023] Zu der Luftführungseinrichtung 28 gehört eine im Wesentlichen rohrförmige Luftleitung 32, deren stirnseitiges Ende mittels einer Anschlusseinrichtung 34 an einen im Wesentlichen quaderförmigen Luftführungskasten 36 angekoppelt ist. Der Luftführungskasten 36 befindet sich unterhalb des Brennraumbodens 16.

[0024] Von dem Luftführungskasten 36 führt ein erster Luftführungskanal 38 zu einem ersten Luftauslass 40 in den Brennraum 14 hinein, der sich nahe dem unteren und/oder oberen Bereich der Brennraumtüre 24 befindet. Die untere Luftzufuhr dient dabei insbesondere zur Kühlung der Brennraumtüre 24. Die obere Luftzufuhr dient zum Zuführen weiteren Sauerstoffs zum Brenngas. Ferner zweigt von dem Luftführungskanal 38 oder wahlweise von dem Luftführungskasten 36 selbst ein zweiter Luftführungskanal 42 ab, der zu einem zweiten Luftauslass 44 nahe dem Brennraumboden 16 an eine dortige Bodenfläche 46 geführt ist. Mit den derartigen Luftführungskanälen 38 und 42 wird Verbrennungsluft in den Brennraum 14 geführt, deren Sauerstoff zur Verbrennung des Brennstoffs benötigt wird.

[0025] Ein dabei entstehendes Abgas wird mittels einer zur Abgasabführeinrichtung 30 gehörenden Abgashaube 48 abgeführt. Diese Abgashaube 48 befindet sich oberseitig vom Brennraum 14 bzw. an der Oberseite des Brennraums 14 und umfasst einen Nachbrennraum 50, der nach oben hin mittels eines kreisrunden Abgasaustritts 52 offen gestaltet ist.

[0026] Auf den Abgasaustritt 52 sind aufeinander folgend zwei Wärmetauscher 54 aufgesetzt, die je mit einem rohrförmigen, äußeren Rippenzylinder 56 und einem darin innenseitig angeordneten, im Wesentlichen waagrechten Umlenkblech 58 gestaltet sind. In Strömungsrichtung des Abgases nachfolgend ist dann ein Krümmer 60 auf den oberen der beiden Wärmetauscher 54 aufgesetzt, wobei der Krümmer 60 seitlich in einem Kaminrohranschluss 62 mündet.

[0027] In der Abgashaube 48 ist oberseitig vom Brennraum 14 ferner ein erstes, plattenförmiges Deckenelement 64 weitgehend waagrecht ausgerichtet angeordnet. Das Deckenelement 64 ragt innenseitig bis an die Abgashaube 48 und weist mittig eine rechteckige Öffnung 66 auf, die für die aus dem Brennraum 14 aufsteigenden Abgase frei zu durchströmen ist. Über der Öffnung 66 befindet sich in der Abgashaube 48 ferner ein zweites, ebenfalls plattenförmiges Deckenelement 68, das in Form eines Streifens bzw. Balkens quer durch das Innere der Abgashaube 48 ragt und dabei die von oben betrachtete Querschnittsfläche der Öffnung 66 überdeckt. Dieses Deckenelement 68 bildet für das aufsteigende Abgas eine Umlenkfläche, so dass das Abgas nicht direkt und gerade nach oben aufsteigen kann, sondern um diese Umlenkfläche herum strömen muss und sich dabei insbesondere vermischt.

[0028] Der Abgasaustritt 52 der Abgashaube 48 ist mit einem plattenförmigen Katalysator 70 besetzt, der sich über die Querschnittsfläche des Abgasaustritts 52 hinweg erstreckt, so dass jenes Abgas, dass durch den Abgasaustritt 52 in die Wärmetauscher 54 strömen möchte, durch den Katalysator 70 hindurch strömen muss. Dabei ist der Katalysator 70 mittels eines kreisrunden Halterings 72 am Umfang des Abgasaustritts 52 gehalten, wobei dies mittels eines Bajonettverschlusses 74 geschieht, der zwischen dem Haltering 72 und dem Außenumfang des Katalysators 72 gebildet ist. Durch ein kurzes Drehen des Katalysators 70 in dem Haltering 72 kann dieser dort also weitgehend fluiddicht montiert und demontiert werden.

[0029] Der Katalysator 70 ist mit seinem Haltering 72 insbesondere in den Fig. 5 bis 8 veranschaulicht. Demgemäß weist der Katalysator 70 einen im Wesentlichen kreisrunden, durchbrochenen Katalysatorrahmen 76 auf, auf dem insgesamt vier plattenförmige Katalysatorelemente 78 aufgelegt sind, Die Katalysatorelemente 78 sind mit je einem Elementrahmen 80 an dem Katalysatorrahmen festgelegt, wobei der jeweilige Elementrahmen 80 das zugehörige Katalysatorelement 78 von oben her an dessen äußerem Rand übergreift und dann mittels Klemmhaken 82 an dem Katalysatorrahmen 76 arretiert ist (siehe insbesondere Fig. 7).

[0030] Jedes Katalysatorelement 78 weist die Form von Im Wesentlichen einem Viertelkreis-Segmentauf, wobei im Zentrum bzw. im Bereich der Mitte des zugehörigen Kreises das Segment gekürzt ist, so dass nach Anordnung auf dem Katalysatorrahmen 76 in dessen Mitte eine Restfläche 84 frei bleibt. Die Restfläche 84 weist eine im Wesentlichen quadratische Öffnungskontur 86 auf (siehe Fig. 5), derart, dass an dieser ein Werkzeug (nicht dargestellt) zum Montieren und Demontieren des Katalysators 70 drehmomentübertragend eingesetzt werden kann.

Bezugszeichenliste

[0031] 

10

Einzelfeuerstätte

12

Gehäuse

14

Brennraum

16

Brennraumboden

18

Seitenwand

20

Rückwand

22

Vorderwand

24

Brennraumtüre

26

Brennraumdecke

28

Luftführungseinrichtung

30

Abgasabführeinrichtung

32

Luftleitung

34

Anschlusseinrichtung

36

Luftführungskasten

38

erster Luftführungskanal

40

erster Luftauslass

42

zweiter Luftführungskanal

44

zweiter Luftauslass

46

Bodenfläche

48

Abgashaube

50

Nachbrennraum

52

Abgasaustritt (Querschnittsfläche)

54

Wärmetauscher

56

Rippenzylinder

58

Umlenkblech

60

Krümmer

62

Kaminrohranschluss

64

erstes Deckenelement

66

Öffnung

68

zweites Deckenelement

70

Katalysator

72

Haltering

74

Bajonettverschluss

76

Katalysatorrahmen

78

Katalysatorelement

80

Elementrahmen

82

Klemmhaken

84

Restfläche

86

Öffnungskontur

Ansprüche

1. Einzelfeuerstätte (10) zum Verbrennen von Brennstoff, wie Brennholz, mit einem Brennraum (14) zum Aufnehmen des Brennstoffs, wobei der Brennraum (14) oberseitig von einer Abgashaube (48) zum Abführen von Abgas aus dem Brennraum (14) begrenzt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Abgashaube (48) ein plattenförmiger Katalysator (70) angeordnet ist, der sich mit seiner Plattenfläche quer zum Strömungsweg von durch die Abgashaube (48) abströmendem Abgas erstreckt und von dem Abgas zu durchströmen ist.

2. Einzelfeuerstätte nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator (70) mit seiner Plattenfläche im Wesentlichen waagrecht ausgerichtet ist.

3. Einzelfeuerstätte nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass von dem Katalysator (70) mit dessen Plattenfläche an dessen Einbauort im Wesentlichen die gesamte Querschnittsfläche der Abgashaube (48) überdeckt ist.

4. Einzelfeuerstätte nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass von dem Katalysator (70) mit dessen Plattenfläche an dessen Einbauort gezielt eine Restfläche der Querschnittsfläche der Abgashaube (48) nicht überdeckt und stattdessen von Abgas frei durchströmbar gestaltet ist.

5. Einzelfeuerstätte nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Restfläche (84) mit einer Öffnungskontur gestaltet ist, deren Form zum Ansetzen eines Montagewerkzeugs für den Katalysator angepasst ist.

6. Einzelfeuerstätte nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator (70) aus mindestens einem Katalysatorelement (78) gebildet ist, das an einem Katalysatorrahmen (76) gehaltert ist.

7. Einzelfeuerstätte nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Katalysatorelement (78) aus einem keramischen Schwammmaterial gebildet ist.

8. Einzelfeuerstätte nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator (70), insbesondere der Katalysatorrahmen (76), mittels eines Bajonettverschlusses (74) in der Abgashaube (48) ortsfest anzubringen ist.

9. Einzelfeuerstätte nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Katalysator (70), insbesondere räumlich unter dem Katalysator (70), ein das Abgas umlenkendes Deckenelement (68) angeordnet ist.

10. Einzelfeuerstätte nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung des Abgases hinter dem Katalysator (70), insbesondere räumlich über dem Katalysator (70), mindestens ein Wärmetauscher (54)angeordnet ist.

Zeichnung