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(11) | EP 3 693 663 A1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG |
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| (54) | PELLETBRENNER |
| (57) Die Erfindung betrifft einen Pelletbrenner (6) mit verstellbarer Primärluft (4) und
einer Vorrichtung zum Ascheaustrag, mit einem Brennraum (9), in dessen unterstem Bereich,
dem Brennerboden, zumindest eine Eintrittsöffnung für die Primärluft (4) und die Vorrichtung
zum Ascheaustrag ausgebildet ist. Zur Verbesserung der Regelung der Primärluft und zum Verbessern des Ascheaustrags ist vorgesehen, dass die Vorrichtung zum Ascheaustrag eine Trommel (8) ist, die um eine nicht mehr als 20° gegen die Horizontale geneigte Drehachse drehbar gelagert ist; dass die Trommel eine Öffnung im untersten Bereich des Brennraums (2) im Wesentlichen verschließt, und dass zwischen der Trommel (8) und den Kanten der Öffnung jeweils ein Spalt (7) zum Austrag der Asche verbleibt, durch den auch Primärluft (4) in den Brennraum eintritt. In Ausgestaltungen ist die Trommel (8) über den Umfang mit unterschiedlichem Radius versehen, und/oder weist Bohrungen (8) auf und/oder weist die Trommeloberfläche Warzen auf. |
[0001] Die Erfindung betrifft einen Pelletbrenner mit verstellbarer Primärluft entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.
[0002] Derartige Pelletbrenner werden verwendet, um durch die Verstellung der Primärluft, die dem Brennstoff möglichst von unten zugeführt wird, unterschiedliche Betriebszustände wie Anbrennen, Hochleistung, Glut halten, etc. zu ermöglichen. In zahlreichen Ausgestaltungen ist es auch vorgesehen, Sekundärluft und sogar weitere Luftströme geregelt anzuwenden, wobei Regelungen der einzelnen Ströme verwendet werden, die äußerst komplex sein können.
[0003] Eine andere, bei jedem Ofen vorzunehmende Tätigkeit, ist das Austragen der Asche aus dem untersten Bereich des Brennraumes. Dafür gibt es verschiedene Lösungen, von der klassischen Aschenlade für händische Entnahme bis zur Austragschnecke in einer passenden Rinne.
[0004] Das bringt es mit sich, dass Primärluft und Ascheaustrag konkurrierend den Platz an der tiefsten Stelle beanspruchen und dabei noch diametral entgegengesetzte Bewegungsrichtung haben, was inhärent zu Beeinträchtigungen führt.
[0005] Es besteht somit ein Bedarf an einer Vorrichtung bzw. Konstruktion, die diese Konflikte zumindest deutlich verringert, im Idealfall löst, und es ist Ziel und Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen die dies ohne merkliche Mehrkosten und unter großer Zuverlässigkeit ermöglicht.
[0006] Erfindungsgemäß werden diese Ziele durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale erreicht, mit anderen Worten, es wird im untersten Bereich des Brennraumes, gegebenenfalls in seinem Boden, eine rechteckige, bevorzugt langrechteckige Öffnung vorgesehen, und es wird ein um seine horizontale Achse drehbarer kreiszylindrischer Brennerboden (Trommel, Walze) mit dieser Achse parallel zur Längsrichtung der Öffnung so vorgesehen, dass seine Erzeugenden Abstand von den Kanten der Öffnung haben (Spalt) und dass dieser Abstand so bemessen ist, dass er es ermöglicht, beim Drehen des Brennerbodens Asche auszutragen, Glut beiseite zu schieben und den Zutritt von Primärluft durch diesen Abstand zu ermöglichen.
[0007] Beim Drehen der Trommel wird somit immer Asche ausgetragen, durch den Spalt kann auf der Austragseite Primärluft wie im Stand der Technik zutreten, auf der anderen Seite wesentlich besser, das dort die Luftbewegung und die Gutbewegung gleichsinnig erfolgt.
[0008] In einer Ausgestaltung dieser Konzeption ist vorgesehen, dass auch die Primärluft geregelt werden kann, indem die Trommel über den Umfang zumindest zwei Bereiche mit unterschiedlichem Radius aufweist. Dadurch kann man durch entsprechende Justierung in Umfangsrichtung (Winkellage) und einem Übergang des Rotierens auf eine Hin-Her-Bewegung mehrere Spaltbreiten und damit unterschiedliche Primärluftzufuhren erreichen. Auch bei dieser Ausgestaltung kann die Primärluft durch den Spalt auf der "richtigen" Seite besser als im Stand der Technik in den Brennraum an idealer Stelle eintreten.
[0009] Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt bzw. zeigen, rein schematisch:
die Figs. 1-3 einen erfindungsgemäßen Pelletbrenner mit kreiszylindrischer Trommel in aufgerissener, perspektivischer Darstellung, im schematischen, perspektivischen Schnitt und das Detail im Bereich des Spaltes,
die Figs. 4-6 einen Pelletbrenner mit regelbarer Primärluft in Darstellungen entsprechend denen der Figs. 1-3 in einem ersten Betriebsmodus,
die Figs. 7-9 einen Pelletbrenner mit regelbarer Primärluft in Darstellungen entsprechend denen der Figs. 1-3 in einem zweiten Betriebsmodus,
die Figs. 10-12 eine Variante mit perforierter Trommel in Darstellungen entsprechend denen der Figs. 1-3 und
die Figs. 13-15 eine Ausgestaltung der Variante der Figs. 10-12.
[0010] Die Figs. 1-3 zeigen das Zuluftgehäuse 1 eines erfindungsgemäßen Pellet-Brenners 6' mit rotierendem Brennerboden 3. Der bewegliche Brennerboden 3 ist der Mantel eines Kreiszylinders (Walze, Trommel 8) mit horizontaler Achse, um die er in Richtung des Pfeiles R' (oder in der Gegenrichtung R, wobei üblicherweise kein Richtungswechsel vorgenommen wird) rotiert. Durch diese Bewegung, der Drehantrieb ist nicht dargestellt, wird Asche ausgetragen, durch die beiden Spalte 7 zwischen dem Brennerboden und dem unteren Rand des Brennergehäuses 2 und die Spalte entlang des Trommelmantels strömt Primärluft in das Brennergehäuse.
[0011] In der Darstellung der Figs. 1-9 ist die Walze bzw. Trommel 8 schematisch massiv dargestellt, dies aber nur, um den Abschluss des unteren Randes des Brennergehäuses deutlich zu machen, in der Praxis wird schon aus Gewichtsgründen ein Hohlzylinder als Trommel 8 verwendet werden. Die Wandstärke entspricht dabei vorteilhafterweise größenordnungsmäßig der Wandstärke des Brennergehäuses 2. Der Begriff Trommel oder Walze oder allgemein Zylinder wird nur zur Verdeutlichung der möglichen unterschiedlichen Proportionen, sonst aber synonym, verwendet, eine Walze ist dabei als länglich, eine Trommel als gestaucht anzusehen, die Wirkung ist stets die Gleiche.
[0012] Im Brennergehäuse 2 befinden sich Löcher für die Sekundärluft, durch die die Sekundärluft 5 in das Brennergehäuse eintritt. Das Brennergehäuse 2 ist mit dem Zuluftgehäuse 1 fest verbunden, beispielsweise verschraubt oder verschweißt. Diese Baugruppe ist, ebenso wie der nicht dargestellte Drehantrieb, passend im Pellet-Brenner 6 angeordnet.
[0013] In den Figs. 4-9 ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung der bewegliche Brennerboden 3 als "Profilwalze" 8 ausgeführt, das heißt, dass er in verschiedenen Umfangsabschnitten unterschiedlichen Radius aufweist; im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Abschnitte über jeweils den halben Umfang (π). Wie aus den relativen Längen der einzelnen Bauteile hervorgeht, könnte auch eine Dreiteilung vorgenommen werden.
[0014] Bedeutsam ist, dass die Rotation der Walze 8 in eine hin-her-gehende Bewegung geändert wird, um stets alle Bereiche der beiden Spalte 7 in ein und demselben Oberflächenbereich zu halten. Beim Umschalten wird die Trommel passend verdreht, dann erfolgt wieder die hin-her-gehende Bewegung, initiiert durch einen (nicht dargestellten) Drehantrieb.
[0015] In der Position entsprechend den Figs. 4-6 ist der Bereich des Umfangs mit großem Radius zum Brennergehäuse 2 gewandt, die Spalte 7 sind schmal, die Menge an zugeführter Primärluft 4 ist klein.
[0016] In der Position entsprechend den Figs. 7-9 ist der Bereich des Umfangs mit kleinem Radius zum Brennergehäuse 2 gewandt, die Spalte 7 sind breit, die Menge an zugeführter Primärluft 4 ist groß.
[0017] Betreffend diese beiden Begriffe: Groß-Klein ist zu sagen, dass sie nur aufeinander Bezug nehmen.
[0018] Da die Steuerung der hin-her-Bewegung keine aufwendige Angelegenheit ist, stellt sie kein Hindernis für eine entsprechende Adaption bei der Herstellung oder dem Betrieb dar, auch die damit verbundenen Kosten sind gering.
[0019] Vorteile des beweglichen, insbesondere des gestuften Brennerbodens:
- Die Asche wird permanent aus dem Brenner gefördert, ohne dass der Ofen für den Reinigungsvorgang abgestellt werden muss.
- Durch die ständige Bewegung der Walze wird eine Verklumpung bzw. eine Versinterung der Aschenrückstände im Brenner stark reduziert.
- Durch die ständige Bewegung der Walze kann das Glutbett im Brenner immer auf einem "gleichbleibenden Niveau" gehalten werden. Dies kann sich besonders positiv auf die Eimissionen des Abgases, auf die Feinstaubkonzentration im Abgas und den Wirkungsgrad und des Ofens auswirken.
- Durch ein gleichbleibendes Glutbett können im Glutbett stabile Temperaturbedingungen geschaffen werden.
- Wenn die Walze als Profilwalze ausgeführt ist, kann durch die unterschiedlichen Durchmesserbereiche der Spalt zwischen dem Brennergehäuse und dem beweglichen Brennerboden verändert werden. Durch die Veränderung des Spaltes kann die Primärluftmenge und die Geschwindigkeit der Primärluft verändert werden, das sich vor allem in Tellastbetrieb des Pelletofens sehr positiv auf die Emissionen auswirkt.
- Die Profilwalze hat nicht nur eine Reinigungsfunktion sondern auch eine Funktion für die Primärluftregelung, d.h. das Verhältnis zwischen der Sekundärluft (Löcher im Brennergehäuse) und der Primärluft kann je nach Betriebszustand des Ofens, automatisch während des Betriebes verändert werden.
[0020] Die Öffnung im Brennerboden kann, wie abgebildet, einfach durch die unteren Enden der Seitenwände des Brennergehäuses gebildet werden, was einfach und kostengünstig ist. Es ist selbstverständlich möglich, das Brennergehäuse 2 mit einem üblichen Boden und diesen mit einer passender Öffnung zu versehen, wobei dieser Restboden entsprechend geneigt ist, um die Asche zur Öffnung und damit zum beweglichen Brennerboden 3 zu führen. Die unteren Ränder der Seitenwände können in beiden Fällen konturiert sein, das heißt, sie können gewellt oder im Zick-Zack verlaufen, und/oder aus der Ebene gebogen sein, um den Ascheaustrag und den Lufteintritt positiv zu beeinflussen.
[0021] Die Breite bzw. Höhe der Spalten 7 kann vom Fachmann in Kenntnis der Erfindung und des Brenners leicht bestimmt werden, sie liegt bevorzugt zwischen ca. 0,4 mm und ca. 6 mm bewegen. Ist der Spalt zu klein wird die Asche nicht richtig ausgetragen und die Luftzufuhr ist nicht ausreichend, ist des Spalt zu groß, dann könnten noch nicht restlos verbrannte Pellets in den darunterliegenden Aschebehälter fallen. Die beiden Grenzen können mit wenigen Versuchen genau ermittelt werden.
[0022] Ausgestaltungen der Trommel im Hinblick auf ihre Form sind möglich: Sie könnte kegelig ausgeführt sein, was durch axiale Verschiebung eine einfache und gegebenenfalls stufenlose Veränderung der Spaltbreite ermöglicht. Die Trommel könnte auch kugelige oder ellipsoide Form (Tonnen- oder Fassform) haben, besonders dann, wenn der Pelletofen eine sehr kleine Heizleistung (z.B. bis 4 KW) hat und dadurch klein ist. Die Form der Ausnehmung im Brennraum 2 ist entsprechend anzupassen.
[0023] In einer Ausgestaltung, die in den Figs.10-12 dargestellt ist, ist die Walze 8 als Hohlwalze, ähnlich einem Rohr, ausgeführt und weist radiale Löcher bzw. Bohrungen 10 am Mantel aufweisen, durch die zusätzliche Primärluft, angedeutet durch die Pfeile, strömt. Hier gibt es die (nicht dargestellte) Möglichkeit, durch eine zweite, innere Hohlwalze mit passend angeordneten Bohrungen, durch eine Relatiwerdrehung zwischen den beiden Walzen die Menge dieser zusätzlichen Primärluft auf einfache Weise zu regeln. Es wird im Text von Bohrungen gesprochen, die Art der Herstellung der Öffnungen ist aber völlig egal.
[0024] Die Figs. 13-15 zeigen eine Ausgestaltung, der Variante entsprechend den Figs. 10-12, die aber auch auf die anderen Varianten der Erfindung angewandt werden kann: Auf der Oberfläche der Trommel 8 sind Vorsprünge ausgebildet, sogenannte Warzen 11, durch die es bei der Bewegung der Trommel 8 zu einem Mischvorgang in der am beweglichen Boden 3 aufliegenden Glut kommt. Je nach der gewählten Höhe der Warzen 11 über der sonstigen Trommeloberfläche sind für diese Warzen Ausnehmungen am unteren Rand des Brennergehäuses 2 vorzusehen oder nicht.
[0025] Die Form und Ausbildung der Warzen kann in weiten Grenzen frei gewählt werden, so kann bei Trommeln mit Löchern bzw. Bohrungen 10 beim Herstellen derselben das Material so aufgebogen werden, dass die Warzen aus diesem Material bestehen. Es ist klar, dass derartige Warzen auch an Trommeln ohne Bohrungen 10 und selbst an Volltrommeln vorgesehen werden können. Kombinationen mit Vertiefungen in der Trommeloberfläche sind möglich, wenn auch derartige Vertiefungen zum Verfüllen mit Material neigen.
[0026] Die axiale Länge des beweglichen Brennerbodens 3 ist zumindest gleich lang wie die Länge der Öffnung im Brennraum in dieser Richtung, um auch an diesen Kanten einen passenden Abschluss zu erreichen. Ein Überstand von einigen Millimetern bis zu wenigen Zentimetern stellt die einfachste und zuverlässigste Art eines Abschlusses dar.
[0027] Es kann die Trommel oder Walze 8 unabhängig von eventuellen Stufen im Radius oder Bohrungen 10 auch über Erhebungen (Warzen) verfügen, durch die bei der Drehbewegung die Durchmischung der Glut gefördert wird. Die Höhe dieser Warzen wird nur durch die Spalthöhe begrenzt, soferne nicht eine entsprechende Konturierung des Randes für deren Durchtritt vorgenommen wird, sie können in Reihen oder Gruppen angeordnet sein.
[0029] Es kann somit der bewegliche Brennerboden 3 zumindest abschnittweise aus einem weitgehend frei bestimmbaren Rotationskörper bestehen, seine Rotationsachse verläuft im Wesentlichen horizontal, kann aber, speziell bei konischem Brennerboden, auch schräg verlaufen, wobei bis zu 20° gegen die Horizontale möglich sind. Aus Kostengründen und wegen der einfacheren Herstellung wird in der Praxis zumeist eine Form gewählt werden, die den in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nahe kommt.
[0030] Der Antrieb und die Steuerung ist für den Fachmann in Kenntnis der Erfindung kein Problem, ebenso die zu verwendenden Materialien und Lager, etc..
[0031] In der Beschreibung und den Ansprüchen werden die Begriffe "vorne", "hinten", "oben", "unten" und so weiter in der landläufigen Form und unter Bezugnahme auf den Gegenstand in seiner üblichen Gebrauchslage, gebraucht. Das heißt, dass der Brennerboden 3 im Brennraum 2 "unten" ist und die Rauchgase im Brennraum 2 "nach oben" strömen. Quer zu einer Richtung meint im Wesentlichen eine um 90° dazu gedrehte Richtung.
[0032] Es soll noch darauf hingewiesen werden, dass in der Beschreibung und den Ansprüchen Angaben wie "unterer Bereich" eines Brennraums, Reaktors, Filters, Bauwerks, oder einer Vorrichtung oder, ganz allgemein, eines Gegenstandes, die untere Hälfte und insbesondere das untere Viertel der Gesamthöhe bedeutet, "unterster Bereich" das unterste Viertel und insbesondere einen noch kleineren Teil; während "mittlerer Bereich" das mittlere Drittel der Gesamthöhe (Breite - Länge) meint. All diese Angaben haben ihre landläufige Bedeutung, angewandt auf die bestimmungsgemäße Position des betrachteten Gegenstandes.
[0033] In der Beschreibung und den Ansprüchen bedeutet "im Wesentlichen", wenn keine andere Eingrenzung erwähnt ist, eine Abweichung von bis zu 10 % des angegebenen Wertes, wenn es physikalisch möglich ist, sowohl nach unten als auch nach oben, ansonsten nur in die sinnvolle Richtung, bei Gradangaben (Winkel und Temperatur) sind damit ± 10° gemeint.
[0034] Alle Mengenangaben und Anteilsangaben, insbesondere solche zur Abgrenzung der Erfindung, soweit sie nicht die konkreten Beispiele betreffen, sind mit ± 10 % Toleranz zu verstehen, somit beispielsweise: 11 % bedeutet: von 9,9 % bis 12,1%. Bei Bezeichnungen wie bei: "ein Lösungsmittel" ist das Wort "ein" nicht als Zahlwort, sondern als unbestimmter Artikel oder als Fürwort anzusehen, wenn nicht aus dem Zusammenhang etwas anderes hervorgeht.
[0035] Der Begriff: "Kombination" bzw. "Kombinationen" steht, soferne nichts anderes angegeben, für alle Arten von Kombinationen, ausgehend von zwei der betreffenden Bestandteile bis zu einer Vielzahl oder aller derartiger Bestandteile, der Begriff: "enthaltend" steht auch für "bestehend aus".
[0036] Die in den einzelnen Ausgestaltungen und Beispielen angegebenen Merkmale (Bohrungen, Warzen, radiale Abstufungen, konische-zylindrische Mantelform, etc.) und Varianten können mit denen der anderen Beispiele und Ausgestaltungen frei kombiniert und insbesondere zur Kennzeichnung der Erfindung in den Ansprüchen ohne zwangläufige Mitnahme der anderen Details der jeweiligen Ausgestaltung bzw. des jeweiligen Beispiels verwendet werden
Bezugszeichenliste:
| 01 | Zuluftgehäuse | 07 | Spalt |
| 02 | Brennergehäuse | 08 | Trommel, Walze |
| 03 | Brennerboden | 09 | Brennraum |
| 04 | Primärluft | 10 | Bohrung(en) |
| 05 | Sekundärluft | 11 | Warze(n) |
| 06 | Pellet-Brenner | R, R' | Drehrichtung |
1. Pelletbrenner (6) mit verstellbarer Primärluft (4) und einer Vorrichtung zum Ascheaustrag,
mit einem Brennraum (9), in dessen unterstem Bereich, dem Brennerboden zumindest eine
Eintrittsöffhung für die Primärluft (4) und die Vorrichtung zum Ascheaustrag ausgebildet
ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Ascheaustrag ein beweglicher Brennerboden (3), bevorzugt eine
Walze oder eine Trommel (8) ist, der um eine nicht mehr als 20° gegen die Horizontale
geneigte Drehachse drehbar gelagert ist und mit einem Drehantrieb verbunden ist; dass
der bewegliche Brennerboden (3) eine Öffnung im untersten Bereich des Brennraums (2)
im Wesentlichen verschließt, dass zwischen dem beweglichen Brennerboden (3) und den
Kanten der Öffnung jeweils ein Spalt (7) zum Austrag der Asche verbleibt, durch den
auch Primärluft (4) in den Brennraum eintritt.
2. Pelletbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Brennerboden (3) eine Walze oder Trommel (8) ist, die über ihren Umfang
zumindest zwei Bereiche mit unterschiedlichem Radius aufweist.
3. Pelletbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Brennerboden (3) auf der dem Brennerraum (2) zugewandten Seite Erhebungen,
Warzen (11) aufweist.
4. Pelletbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spalten (7) eine Breite zwischen 0,4 mm und 6 mm aufweisen.
5. Pelletbrenner nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die unteren Ränder des Brennergehäuses (2) konturiert sind.