AT510438A4 - Brenner für feste brennstoffe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Brenner für feste Brennstoffe, insbesondere für Holzpellets, mit einem Brennertopf (1), welcher Öffnungen (2) in einem zentralen Dom (3) zur Zufuhr von Primärluft aus einer Primärluftleitung (5) und Umfangsöffnungen (6) zur Zufuhr von Sekundärluft aus einer Sekundärluftleitung (7) aufweist. Erfindungsgemäß ist direkt in der Primärluftleitung (5) ein elektrisches Zündelement (8) mit zumindest einem im wesentlich U-förmigen Rohrheizkörper (9) angeordnet, dessen parallele Schenkel (S) ausgehend von einer brennraumseitigen Rohrkrümmung (K) längs der Achse (5') der Primärluftleitung (5) ausgerichtet sind.

Description

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Die Erfindung betrifft einen Brenner für feste Brennstoffe, insbesondere für Holzpellets, mit einem Brennertopf, welcher Öffnungen in einem zentralen Dom zur Zufuhr von Primärluft aus einer Primärluftleitung und Umfangsöffnungen zur Zufuhr von Sekundärluft aus einer Sekundärluftleitung aufweist.

Feuerungen für feste Brennstoffe, wie beispielsweise Holzpellets, weisen meist einen Brennertopf oder einen Feuerungsrost auf, in welchem bzw. auf welchem im Wesentlichen kontinuierlich die Brennstoffstückchen zugeführt und verbrannt werden. Weiters weisen derartige Brenner Zufuhreinrichtungen für Primär- und Sekundärluft sowie eine Zündeinrichtung für die Pellets auf.

Es sind bereits unterschiedliche Zündeinrichtungen bekannt geworden, wobei neben direkt auf die Pellets einwirkenden Widerstandsheizungen auch Lichtbogenzündeinrichtungen und Heißluftzündungen eingesetzt werden.

So ist aus der DE 203 21 670 Ul ein Brenner für Pelletsbrennstoffe bekannt, bei welchem die Pellets über ein Brenn stoffrohr zugeführt werden und auf einen schrägstehenden Gitterrost fallen, der in Richtung einer Zündöffnung geneigt ausgeführt ist. Die Zündöffnung erlaubt den Durchfluss von Primärluft und den Einschub eines Zünders, so dass der elektrische Lichtbogen, der vom Zünder erzeugt wird, die festen Brennstoffelemente auf dem Gitterrost erreichen kann.

Aus der DE 601 08 951 T2 ist eine Vorrichtung für die Verbrennung von körnigem Festbrennstoff, beispielsweise Holzmehl-Pellets, Spänen und Ähnlichem bekannt, bei welcher die Pellets über eine Zuführeinrichtung in eine topfförmige Brennkammer gelangen, die von einer Luftführungskammer umgeben ist. In diese Luftführungskammer mündet ein Gebläse, wobei ein Teiliuftstrom eine Zündeinrichtung mit einer Zündspule durchströmt und danach über randseitige Öffnungen in die topfförmige Brennkammer eintritt. Sobald die Zündspule eine Temperatur von ca. 750 - 800°C erreicht hat, startet das Gebläse, sodass Luft zunächst in das Luftführungsgehäuse und danach in das Gehäuse der Zündeinrichtung einströmt und durch die Zündspule erhitzt wird. Danach gelangt die heiße Luft in den topfförmigen Brennraum und entzündet die Pellets.

Schließlich zeigt die EP 0 945 676 Bl einen Brenner für feste Brennstoffe, bei welchem der Brennstoff von oben her zugeführt wird und im topfförmigen Brennraum Öffnungen zur Zufuhr von Primärluft und Sekundärluft vorgesehen sind. Die Primärluft gelangt über einen zentralen Dom mit Luftöffnungen direkt in den topfförmigen Brenner, wobei die Primärluftleitung am zentralen Dom angeschlos- - 2 - sen ist und eine zentrale Zündluftleitung aufnimmt, die die von einer Heißluftquelle erwärmte Zündluft zum Starten des Brenners über die Öffnungen im zentralen Dom zuführt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Brenner der oben beschriebenen Art so weiterzubilden, dass eine kompakte, energieeffiziente Zündung realisiert werden kann, wobei der Zündvorgang beschleunigt und die Betriebssicherheit erhöht werden soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass direkt in der Primärluftleitung ein elektrisches Zündelement mit zumindest einem im wesentlich U-förmigen Rohrheizkörper angeordnet ist, dessen parallele Schenkel längs der Achse der Primärluftleitung ausgerichtet sind.

Insbesondere ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Zündeinrichtung zumindest zwei U-förmige Rohrheizkörper aufweist, deren durch die parallelen Schenkel aufgespannten Teilungsebenen zueinander parallel angeordnet sind. Durch den erfindungsgemäßen Aufbau wird ein äußerst kompakter Aufbau erzielt, mit welchem die erhitzte Luft in unmittelbarer Umgebung des zentralen Doms des Brennertopfs erzeugt und eingesetzt wird. Die Primärluft wird auf ca. 500°C erhitzt und über die im Brennertopf befindlichen Pellets geleitet. Die Verbrennungsluft wird beispielsweise durch ein Saugzuggebläse im Abgasweg über die Primärluftleitung in den zentralen Dom des Brennertopfs zugeführt.

Die Rohrheizkörper können sehr kompakt ausgeführt werden, typische Einbaumaße weisen eine Länge von 120 bis 180 mm und ein Innendurchmesser der Primärluftleitung von ca. 50 mm auf, wobei zwei in Serie geschaltete Rohrheizkörper zu je 500 Watt eingesetzt werden können. Die Luftmenge beim Zündvorgang beträgt ca. 6 m3/h (am Beginn bei Raumtemperatur) und ca. 3,5 m3/h (vor dem Zünden der Pellets bei einer Lufttemperatur von ca. 500°C).

Erfindungsgemäß können die Halbschalenelemente und/oder die Rippenbleche eine durch Sandstrahlen, Prägen, Walzen oder Bürsten strukturierte Oberfläche aufweisen, um den Wärmeübergang zu verbessern. Weites kann eine matte oder dunkle Oberfläche dieser Elemente für einen optimalen Wärmeübergang sorgen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann die Zündeinrichtung einen zentralen U-förmigen Rohrheizkörper aufweisen, an welchen in einer Teilungsebene zusammenstoßende Gusskörper angeordnet sind, deren Oberfläche durch nach außen ragende Fortsätze vergrößert ist. Die Fortsätze können stachelartige oder kegelige Erhebungen bilden, welche an den Innendurchmesser der Primärluftleitung angepasst sind. - 3 -

Die Erfindung wird in der Folge anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsvarianten näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Brenner samt Zündelement in einem Längsschnitt,

Fig. 2 das elektrische Zündelement des Brenners gemäß Fig. 1 in einer um 90° gedrehten Ansicht, außerhalb der Primärluftleitung,

Fig. 3 das elektrische Zündelement des Brenners gemäß Fig. 1 in einer Explosionsdarstellung,

Fig. 4 einen U-förmigen Rohrheizkörper des elektrischen Zündelements,

Fig. 5 ein Halbschaleneiement des Zündelements in einer Draufsicht,

Fig. 6 das Halbschalenelement gemäß Fig. 5 in einer Seitenansicht,

Fig. 7 das Halbschalenelement gemäß Fig. 5 in einer dreidimensionalen Ansicht,

Fig. 8 ein Rippenblech des Zündelements in einer ebenen Ausgangsform,

Fig. 9 das Rippenblech gemäß Fig. 8 mit unterschiedlich abgekanteten Rippen,

Fig. 10 das Rippenblech gemäß Fig. 9 in einer dreidimensionalen Ansicht,

Fig. 11 eine Schnittdarstellung des Rohrheizkörpers samt Halbschalenelementen und Rippenblechen, sowie

Fig. 12 eine Ausführungsvariante des elektrischen Zündelements in einer Explosionsdarstellung.

Der in Fig. 1 dargestellte Brenner für feste Brennstoffe, insbesondere für Holzpellets, weist einen Brennertopf 1 auf, der im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und von oben mit einer nicht weiter dargestellten Zuführeinrichtung mit Pellets beschickt wird. Die Pellets fallen auf eine zentrale Erhebung bzw. einen zentralen Dom 3, welcher von einer kegelstumpfförmigen Innenwand 4 umgeben ist. Der zentrale Dom 3 weist eine Vielzahl von Öffnungen 2 zur Zufuhr von Primärluft auf, welche von einer Primärluftleitung 5 gespeist werden. Weiters weist der Brennertopf 1 Umfangsöffnungen 6 zur Zufuhr von Sekundärluft aus einer Sekundärluftleitung 7 auf.

Erfindungsgemäß ist nun das elektrische Zündelement 8 direkt in der Primärluftleitung 5 angeordnet und reicht bis in den Bereich der zentralen Achse 1 des Brennertopfs 1'. Die Zündeinrichtung 8 weist im dargestellten Beispiel zwei U-förmige Rohrheizkörper 9 auf, deren parallele Schenkel S ausgehend von einer - 4 - brennraumseitigen Rohrkrümmung K längs der Achse 5' der Primärluftleitung 5 ausgerichtet sind. Je nach Leistungsanforderung wäre es auch möglich, nur einen U-förmigen Rohrheizkörper oder auch drei derartige Rohrheizkörper übereinander vorzusehen.

Im dargestellten Beispiel sind die beiden U-förmigen Rohrheizkörper 9 so angeordnet, dass deren durch die parallelen Schenkel S aufgespannten Teilungsebenen bi und ε2 (stehen in Fig. 1 normal auf die Bildebene) zueinander parallel angeordnet sind.

In der Fig. 2 sowie in der Explosionsdarstellung gemäß Fig. 3 ist ein erfindungsgemäßes Zündelement 8 bestehend aus zwei Rohrheizkörpern 9 und allen Zusatzelementen zur Erhöhung der wirksamen Oberfläche und Verbesserung des Strömungsverhaltens der Primärluft dargestellt. Insbesondere sind das die in den folgenden Abbildungen näher dargestellten Halbschalenelemente 10, Rippenbleche 14 sowie der Verdrängungskörper 18 samt Eintrittsblende 20. Das Zündelement 8 wird in die Primärluftleitung 5 eingeschoben und kann mit Hilfe des Haltewinkels 19 befestigt werden.

Die Rohrheizkörper 9 (siehe Fig. 4), welche in herkömmlicher Weise aus einem Hüllrohr mit einer innenliegenden Heizdrahtwendel bestehen, die in ein hitzebeständiges, pulverförmiges Material (beispielsweise Magnesiumoxid) eingebettet sind, werden U-förmig gekrümmt sodass die elektrischen Anschlüsse 15 in eine Richtung zeigen. Danach können die Rohrheizkörper durch eine Druckbeaufschlagung nachverdichtet werden, um eine längere Lebensdauer zu erreichen. Durch eine Serienschaltung von zwei Rohrheizkörpern 9 kann der Heizdraht der Heizdrahtwendel dicker ausgeführt werden (beispielsweise kann der Durchmesser von 0.25 mm auf 0,3mm erhöht werden), wodurch die Lebensdauer der Rohrheizkörper weiter erhöht wird.

Zur Erhöhung der Heizleistung sind an jedem U-förmigen Rohrheizkörper 9 in der Teilungsebene bi bzw. ε2 zusammenstoßende Halbschalenelemente 10 angeordnet (siehe Fig. 5 bis 7), die zumindest im Bereich der parallelen Schenkel radial nach außen und nach innen ragenden Flansche 11, 12 aufweisen, die nach der Montage der Halbschalenelemente miteinander verschweißt werden.

An Stelle der beiden Schenkel S eines U-förmigen Rohrheizkörpers 9 können auch zwei stabförmige Heizpatronen eingesetzt werden, welche an einem Ende beide elektrischen Anschlüsse aufweisen.

Zur weiteren Vergrößerung der Oberfläche sind die Halbschalenelemente 10 im Bereich der Rohrkrümmung der Rohrheizkörper 9 mit von der Teilungsebene εα - 5 - bzw. ε2 im Winkel zwischen 40 bis 60 Grad abstehenden Rippen 13 ausgestattet. Zur besseren Wärmeleitung kann zwischen dem Rohrheizkörper 9 und den Halbschalenelementen 10 eine Metallpaste aufgetragen sein.

Erfindungsgemäß sind jeweils an der vom Rohrheizkörper abgewandten Seite der Halbschalenelemente 10 Rippenbleche 14 angeordnet, deren Rippen 16, 17 zur Teilungsebene ει bzw, ε2 unterschiedliche Winkel aufweisen und gegebenenfalls unterschiedlich lang sind. Fig. 8 zeigt das ebene Rippenblech 14 nach dem Ausstanzen bzw. Ausschneiden, wobei in den Fig. 9 und 10 das Rippenblech nach dem Abkanten der einzelnen Rippen 16, 17 in unterschiedliche Raumrichtungen dargestellt ist.

Die Rippenbleche 14 werden bevorzugt durch Rollnaht - oder Punktschweißung an den Halbschalenelementen 10 befestigt.

In Strömungsrichtung der Primärluft ergibt sich nach dem Zusammenbau aller Elemente die in Fig. 11 dargestellte Ansicht des Heizelementes (nur ein Rohrheizkörper dargestellt), eingepasst in den strichliert dargestellten Innendurchmesser von 51 mm. Bei einer Gesamtlänge von ca. 160 mm kann bei geringem Gewicht (ca. 450 g) eine große wirksame Oberfläche (ca. 55500 mm2) erzielt werden, sodass eine hohe Leistung (1000 W) in einem kleinem Volumen (ca. 320 cm3) übertragen werden kann.

Zur Optimierung der Primärluftströmung längs des Zündelementes 8 ist im ersten brennerseitigen Drittel des Zündelements 8 zwischen den Schenkeln der zwei U-förmigen Rohrheizkörper 9 ein den Strömungsquerschnitt vermindernder Verdrängungskörper 18 mit einer Eintrittsblende 20 angeordnet (siehe beispielsweise Fig. 3). Der Verdrängungskörper 18 kann radial abstehende Flansche 21 aufweisen, die sich an der Innenwand der Primärluftleitung 5 abstützen,

Bei der in Fig. 12 dargestellten Ausführungsvariante weist die Zündeinrichtung 8 einen zentralen U-förmigen Rohrheizkörper 9 auf, an welchen in einer Teilungsebene ει zusammenstoßende Gusskörper 22 angeordnet sind, deren Oberfläche durch nach außen ragende Fortsätze 23 vergrößert ist. Die kegelstumpfförmigen Erhebungen füllen den Raum bis zur inneren Oberfläche der Primärluftleitung 5 aus und weisen durch deren Verteilung optimale Anströmverhältnisse für die Primärluft auf. Die beiden Gusskörper 22 weisen eine U-förmige Nut auf, die den Rohrheizkörper 9 aufnehmen. Die Gusskörper 22 weisen im brennerseitigen Drittel des Zündelementes 8 nach dem Zusammenbau fluchtende Öffnungen 24 auf, in welchen ein den Strömungsquerschnitt vermindernder Verdrängungskörper 18 angeordnet ist.

Claims (13)

1. - 6 - PATENTANSPRÜCHE 1. Brenner für feste Brennstoffe, insbesondere für Holzpellets, mit einem Brennertopf (1), welcher Öffnungen (2) in einem zentralen Dom (3) zur Zufuhr von Primärluft aus einer Primärluftleitung (5) und Umfangsöffnungen (6) zur Zufuhr von Sekundärluft aus einer Sekundärluftleitung (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass direkt in der Primärluftleitung (5) ein elektrisches Zündelement (8) mit zumindest einem im wesentlich U-förmigen Rohrheizkörper (9) angeordnet ist, dessen parallele Schenkel (S) längs der Achse (51) der Primärluftleitung (5) ausgerichtet sind.
2. 2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündeinrichtung (8) zumindest zwei U-förmige Rohrheizkörper (9) aufweist, deren durch die parallelen Schenkel (S) aufgespannten Teilungsebenen (ει, £2) zueinander parallel angeordnet sind.
3. 3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die U-förmigen Rohrheizkörper (9) durch eine Druckbeaufschlagung nachverdichtet sind.
4. 4. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass am U-förmigen Rohrheizkörper (9) in der Teilungsebene (ει, ε2) zusammenstoßende Halbschalenelemente (10) angeordnet sind, die zumindest im Bereich der parallelen Schenkel radial nach außen und nach innen ragende Flansche (11, 12) aufweisen.
5. 5. Brenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbschalenelemente (10) im Bereich einer brennraumseitigen Rohrkrümmung (K) der Rohrheizkörper (9) von der Teilungsebene (ei, ε2) im Winkel von 40 bis 60 Grad abstehende Rippen (13) aufweisen.
6. 6. Brenner nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils an der vom Rohrheizkörper (9) abgewandten Seite der Halbschalenelemente (10) Rippenbleche (14) angeordnet sind, deren Rippen (16. 17) zur Teilungsebene (ει, ε2) unterschiedliche Winkel im aufweisen und gegebenenfalls unterschiedlich lang sind.
7. 7. Brenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippenbleche (14) durch Rollnaht- oder Punktschweißung an den Halbschalenelementen (10) befestigt sind. - 7 -
8. 8. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten brennerseitigen Drittel des Zündelements (8) zwischen den Schenkeln der U-förmigen Rohrheizkörper (9) ein den Strömungsquerschnitt vermindernder Verdrängungskörper (18) mit einer Eintrittsblende (20) angeordnet ist.
9. 9. Brenner nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängungskörper (18) radial abstehende Flansche (21) aufweist, die sich an der Innenwand der Primärluftleitung (5) abstützen.
10. 10. Brenner nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Rohrheizkörper (9) des Zündelements (8) elektrisch in Serie geschaltet sind.
11. 11. Brenner nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbschalenelemente (10) und/oder die Rippenbleche (14) eine durch Sandstrahlen, Prägen, Walzen oder Bürsten strukturierte Oberfläche aufweisen.
12. 12. Brenner nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Zündeinrichtung (8) einen zentralen U-förmigen Rohrheizkörper (9) aufweist, an welchen in einer Teilungsebene (ει) zusammenstoßende Gusskörper (22) angeordnet sind, deren Oberfläche durch nach außen ragende Fortsätze (23) vergrößert ist.
13. 13. Brenner nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass die Gusskörper (22) im brennerseitigen Drittel des Zündelementes (8) fluchtende Öffnungen (24) aufweisen, in weichen ein den Strömungsquerschnitt vermindernder Verdrängungskörper (18) angeordnet ist.

    2010 09 30 Lu/St