AT10295U1 - Kleinfeuerungsanlage für die kombinierte feuerung von rieselfähigen und festen brennstoffen, insbesondere holzpellets und stückholz - Google Patents

Description

2 AT 010 295 U1

Die Erfindung betrifft eine Kleinfeuerungsanlage zur wechselweise, kombinierten Verteuerung von rieselfähigen und festen Brennstoffen, insbesondere Holzbrennstoffen (z.B. Holzpellets gern. ÖNORM M 7135 und Stückholz) mit automatischer Umstellung und Betriebsfortführung bei Wechsel zwischen den beiden Brennstoffarten Holzpellets und Stückholz (kontinuierlicher Wechselbetrieb).

Der Kessel weist für den Stückholzbetrieb einen Füllraum samt untenliegendem, konischem Schamottbunker (Brennbunker) für die Ausgasung des Brennstoffes bzw. Bildung der Grundglut (Primärverbrennung) und darin eingelegten, wechselbaren Edelstahl-Feuerrost aus, durch welchen die Primärverbrennung (Brenngase), unterstützt durch den Saugeffekt (Unterdrück) eines im hinteren Bereich des Kessels befindlichen, Drehzahl geregelten Saugzuggebläses vertikal nach unten in die Nachverbrennungskammer geführt erfolgt. Die Brenngase werden in der Nachverbrennungskammer mit Sekundärluft zu einem brennbaren Gasgemisch vermengt und verbrannt, wobei die entstehenden Abgase (Rauchgase) wieder unterstützt durch den Saugeffekt des Saugzuggebläses über einen im hinteren Teil des Kessels befindlichen Wärmetauscher, welcher als Rohrbündel- oder Flächenwärmetauscher ausgeführt sein kann, in den Rauchgasstutzen und weiters in den Kamin abgeführt werden.

Der Kessel weist für den Betrieb mit rieselfähigem Brennstoff (z.B. Pellets) eine seitlich, neben dem Schamottbunker des Stückholzbereiches befindliche schamottierte Hohlbrennkammer mit einem an der untersten Stelle integriertem Edelstahl-Kipprost aus. Seitlich angeschlossen an die Hohlbrennkammer und knapp über dem Edelstahl-Kipprost kann ein Schneckenfördersystem angeschlossen werden, welches den rieselfähigen Brennstoff aus einem nebenstehendem Vorratsbehälter oder aus einem separaten Lagerraum mittels eigener Förderschnecke in die Hohlbrennkammer, auf den Edelstahl-Kipprost zur Ausgasung und anschließenden Verbrennung befördert. Die für die Ausgasung des Brennstoffes notwendige Primärluft wird von unten über den Edelstahl-Kipprost nach oben zum Brennstoff zugeführt. Eine elektrische Widerstands-Glühzündung oder ein Heißluftzündgebläse sorgen für die Erreichung der notwendigen Zündtemperatur und für die Zündung. Die dabei entstehenden Brenngase werden zuerst wieder mit Unterstützung des Saugeffektes des Saugzugventilators vertikal in den oberen Bereich der Hohlbrennkammer transportiert und dort mit Sekundärluft, welche über integrierte Einlassöffnungen in der Hohlbrennkammer tangential zugeführt wird, zu einem brennbaren Gasgemisch vermengt und in Folge verbrannt. Die Flamme wird dann seitlich über einen konischen Auslasskanal der Hohlbrennkammer in den neben liegenden Füllraum-Stückholzbereich des Kessels geführt. Befindet sich im Füllraum Stückholz, so wird dieses mit der Pelletsflamme entzündet und der Pelletsbetrieb automatisch eingestellt.

Befindet sich kein Stückholz im Füllraum, so wird die Pelletsflamme weiter über den Edelstahl-Feuerrost vertikal nach unten in die Nachverbrennungskammer geführt und dort nochmals mit Luft unterstützt nachverbrannt. Die dabei entstehenden Abgase (Rauchgase) werden wie im Stückholzbetrieb über einen nachgeschalteten Wärmetauscher in den Rauchgasstutzen und weiter in den Kamin abgeführt.

Der grundsätzliche Vorteil eines derartigen Kombikessels liegt darin, dass man zwei unterschiedliche Brennstoffe, nämlich Stückholz (fest, nicht rieselfähig) und Holzpellets (rieselfähig) ohne manuellen Eingriff wechselweise, kombiniert und für beide Brennstoffe gleichermaßen effizient verbrennen kann. Ist das im Füllraum befindliche Stückholz nach einer Dauer von ca. 4-7 Stunden abgebrannt, so erkennt die adaptive, selbst lernende Logik des Kessels eigenständig die Notwendigkeit der Umschaltung auf den automatischen Pelletsbetrieb.

Bei bekannten Zentralheizungskesseln kann die Umschaltung nicht automatisch durchgeführt werden. Manuelle Eingriffe sind dort nicht zu vermeiden, wie z.B. dass die Pelletsbrennkammer zuerst aus dem Füllraumbereich zur Gänze entfernt werden muss, oder dass man nicht zu jeder Zeit Stückholz heizen kann, da zuerst der Betrieb mit Pellets abgeschlossen sein muss und umgekehrt. Meist sind diese bekannten Heizkessel nur auf einen Brennstoff optimiert, der 3 AT 010 295 U1 zweite Brennstoff ist daher nur im Notbetrieb mit geringer Effizienz verwendbar. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Heizgerät zu entwickeln, dass diese Nachteile eliminiert, sodass eine hohe Effizienz (hoher Wirkungsgrad) und niedrige Emissionen (Schadstoffe) bei beiden Brennstoffen gleichermaßen und auf Dauer gegeben sind, dass kein manueller Eingriff beim Wechsel der Betriebsart „Stückholz“ auf „Pellets“ notwendig ist und dass beide Brennstoffe automatisch entzündet werden.

Die vorliegende Erfindung verbindet die technischen Vorteile eines Spezial-Pelletheizkessels mit den technischen Vorteilen eines Spezial-Holzvergaser-Stückholzheizkessels. Diese Aufgabe wird vor allem durch die spezielle, feuerfeste Kombi-Brennkammer (z.B. Feuerfestbeton, Schamottebeton) gelöst, erfindungsgemäß gekennzeichnet durch die strömungstechnisch optimierte Geometrie der Pellets-Hohlbrennkammer im Ausbrandbereich und dem nebenbei angeschlossenen flachen, konischen Brennbunker im Stückholzbereich. Die Primärluftzufuhr in der Hohlbrennkammer erfolgt über einen selbst reinigenden Edelstahl-Kipprost vertikal von unten. Durch den Selbstreinigungseffekt beim Kippen bleiben die Luftschlitze im Kipprost stets frei, sodass genügend Luft für die Ausgasung zugeführt werden kann. Die Sekundärluft für die Verbrennung der Pellets wird über integrierte Kanäle der Hohlbrennkammer geführt und dadurch vorgewärmt und drallförmig über tangentiale Einlassöffnungen in den oberen Ausbrandbereich der Hohlbrennkammer zugeführt. Die Flamme wird anschließend über einen schrägen Kanal direkt in den Füllraum des Kessels gelenkt. Im Stückholzbetrieb wird die Primärluft über separate Einlassschlitze knapp über den Brennbunker zugeführt und sorgt hier für die Ausgasung des Brennstoffes. Die Brenngase werden dann - unterstützt durch den Saugeffekt des Drehzahl geregelten Saugzugventilators im hinteren Bereich des Kessels, der die Schwel- und Abgase stabil durch den Kessel bis in den Kamin führt - vertikal nach unten in die Nachbrennkammer geführt und dort mit genau dosierter Sekundärluft für einen geregelten Ausbrand vermengt und verbrannt. Die im Rauchgasstutzen befindliche Lambdasonde des Gerätes erkennt den Restsauerstoffgehalt des Rauchgases und lässt dadurch Rückschlüsse auf die Qualität und Effizienz der Verbrennung zu. Mit Hilfe des Restsauerstoffgehaltes übernimmt die Regelungslogik die permanente Kontrolle, Abstimmung und Anpassung der Sauerstoffmenge in der Sekundärluft. Die Lambdasonde (02-Regler) könnte erfindungsgemäß aber auch durch eine andere, geeignete Komponente (z.B. CO-Regler) ersetzt werden, welche den gleichen Effekt auf die Einstellung der Sekundärluft erzielen würde. Die Sauerstoffmengendosierung für Primär- und Sekundärluft, sowohl im Stückholz- als auch im Pelletsbetrieb (d.h. 4 getrennte Betriebszustände) erfolgt über nur zwei getrennte Multifunktionsstellklappen. Bei bekannten Geräten ist jeweils eine Klappe für die Primärluftzufuhr, als auch für die Sekundärluftzufuhr erforderlich. Würde man dann auch noch zwei Brennstoffe heizen, wären das insgesamt 4 Stellklappen. Die hier verwendete Multifunktionsklappe übernimmt die Dosierung für jeweils zwei Betriebsarten gleichzeitig, sodass nur 2 Klappen erforderlich sind.

Eine intelligente Geräteregelung und Verbrennungslogik, gekennzeichnet durch adaptive (selbst lernende) Programmmodule sowie durch getrennte, modulierende Primär- und Sekundärluftmengenzufuhr (sowohl im Pellets- als auch im Stückholzbetrieb), dosiert die Luftmengen über zwei Multifunktionsstellklappen und über eine stufenlose Drehzahlregulierung des Saugzugventilators.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes entnimmt man der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise veranschaulicht. Es zeigen

Fig. 1 einen Zentralheizungskessel in Forderansicht im Schnitt Fig. 2 einen Zentralheizungskessel in Seitenansicht im Schnitt

Legende zu den Zeichnungen 1.

Pellets-Hohlbrennkammer

Claims (15)

1. 4 AT 010 295 U1
2. 2. Brennbunker für Stückholz
3. 3. Kipprost in Hohlbrennkammer
4. 4. Sekundärluft-Einlassöffnungen Hohlbrennkammer
5. 5. Schrägkanal (Flammenführung) 6. Füllraum für Stückholz
6. 7. Primärluft-Einlassschlitze für Stückholz
7. 8. Einschubkanal (Pelletszufuhr über Schneckenfördersystem)
8. 9. Nachbrennkammer
9. 10. Rauchgasabsaugkanal
10. 11. Multifunktionsluftklappe Sekundärluft
11. 12. Edelstahl-Feuerrost für Stückholz
12. 13. Multifunktionsluftklappe Primärluft
13. 14. Hebelkonstruktion zur Wärmetauscherreinigung
14. 15. Lambdasonde
15. 16. Saugzugventilator 17. Wärmetauscherflächen Ansprüche: 1. Kleinfeuerungsanlage mit Wasserwärmetauscher (Kesselgerät) zur kombinierten, wechselnd aktiven, leistungsmodulierenden Verteuerung von rieselfähigen festen (z.B. Holzpellets gern. ÖNORM M 7135) und nicht rieselfähig, festen Holzbrennstoffen {z.B. Stückholz) dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät rieselfähige Holzbrennstoffe in einer Hohlbrennkammer (1) samt Kipprost (3) und Stückholz in einem separaten Brennbunker (2) mit unterem Abbrand verbrennen kann, dass das Gerät den jeweils aktuellen Brennstoff über fortlaufend erhobene Messdaten (welche über Sensoren zur Messung der Brennkammertemperaturen sowie des 02-Restgehaltes im Abgas ermittelt werden) mit Hilfe einer adaptiven Regelungstechnik erkennt und unterscheidet, danach die geforderten Verbrennungsparameter elektronisch aufbereitet und damit die Aktoren des Gerätes (z.B. Luftklappen, Saugzugventilator) entsprechend regelt, dass keine manuelle Bedienung bzw. kein manuelles Umschalten bei Wechsel zwischen beiden Brennstoffarten - außer dem Nachlegen von Stückholz - erforderlich ist, dass in jedem Betriebszustand Stückholz in den Füllraum (6) eingelegt werden kann, welches mit der in der Hohlbrennkammer (1) erzeugten Flamme automatisch gezündet wird, dass nach Zündung des Stückholzes der Pelletsabbrand in der Hohlbrennkammer (1) solange gestoppt bleibt, bis das gesamte eingelegte Stückholz vollständig abgebrannt ist, danach die in der Hohlbrennkammer (1) befindlichen Pellets über eine elektrische Zündeinrichtung über den Zündkanal wieder automatisch zünden und solange abbrennen, bis wieder Stückholz in den Füllraum (6) eingelegt wird. 2. Kleinfeuerungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftmengendosierung sowohl in der Primärzone für beide Brennstoffe, als auch in der Sekundärzone für beide Brennstoffe jeweils nur mit einer einzigen Motor betriebenen Mehrfachklappe, der so genannten Multifunktionsklappe (11, 13), erfolgt. 3. Kleinfeuerungsanlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine feuerfeste Hohlbrennkammer (1) aus Schamottebeton oder einer Keramiklegierung mit Brennkammeraussparungen (Kanäle, Luftkammern) eingebaut ist, über welche die Sekundärluft für die Pelletsverbrennung vorgewärmt und gleichmäßig verteilt bis an die integrierten Sekundärluftkanäle (4) im oberen Bereich der Brennkammer (1) gelangt. 4. Kleinfeuerungsanlage nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein kegelförmig ausgebildeter, schräg nach oben in den Füllraum verlaufender Kanal (5) von der Pellets-Hohlbrennkammer in der Flammenaustrittszone für die Führung der Pelletsflamme in den Glutstock der Stückholzzone führt und dort zu einer automatischen Zündung des 5 AT010 295U1 lagernden Stückholzes führt. 5. Kleinfeuerungsanlage nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Nachverbrennungskammer (9) eine vertikale Wärmetauscherfläche (17) anschließt, ausgeführt als Rohrbündelwärmetauscher, welche mittels einzelnen Klappen, aufgehängt auf einer exzentrisch gelagerten Hebelkonstruktion, einzeln oder in Gruppen zur Veränderung der Rauchgasdurchflussmenge abgedeckt werden können. 6. Kleinfeuerungsanlage nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündung des rieselfähigen Brennstoffes automatisch über einen eigenen Zündkanal erfolgt, der mit einer elektrischen Widerstandszündung oder alternativ über ein Heißluftgebläse bestückt werden kann. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen