AT6972U1 - Kleinfeuerungsanlage oder ofen für rieselfähige brennstoffe, insbesondere holzpellets, mit automatischer brennkammerentschlackung - Google Patents

Abstract

Kleinfeuerungsanlage oder Ofen für rieselfähige Brennstoffe, insbesondere Holzpellets, gekennzeichnet durch eine wesentliche Komfort-, Wirtschaftlichkeits- und Sicherheitssteigerung gegenüber dem Stand der Technik, sowie durch den universellen Einsatz als Wohnraum- oder Kellergerät. Die Erfindung umfasst die feuerfeste, ""heiße"" Brennkammer mit strömungstechnisch optimierter, getrennter, modulierender Primär- und Sekundärluftzufuhr, geregelt über Temperatursensor, voreinstellbarem Sekundärluftdeckel und Saugzugventilator. Die Erfindung umfasst weiters eine gezielte Flugaschen - Rezirkulation über eine kegelförmige ausgeführte Ausbrandzone mit aufgesetzter, glatter Brennkammer-Gußabdeckung, kombiniert mit einer automatischen Brennkammerentaschung bzw. Entschlackung durch automatisch schwenkbaren, temperaturbeständigen Kammrost mit seitlich-vertikal angeordneten Luftleitblechen in Halbschalenform (Restglutentschlackungsschaufeln) für einen langen, wartungsfreien Betrieb. Die spezielle Rauchgasführung über die beidseitig eingebauten, glatten Wärmetauscherflächen mit integriertem Rauchgaskanal, die von vorne zugänglich und daher einfach zu reinigen sind, sind ebenso unverwechselbar.

Description

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   Die Erfindung betrifft eine Kleinfeuerungsanlage oder Ofen zur Verfeuerung von rieselfähi- gen Brennstoffen, insbesondere Holzbrennstoffen (z. B. Holzpellets gem. ÖNORM M 7135), welche aus einem eingebauten Brennstoffvorratsbehälter über eine Rückbrand hemmende Zuführungsvorrichtung in eine feuerfeste, "heisse" Brennkammer (z. B. Schamottebeton) mit unten befindlichem, geteiltem und schwenkbarem Kammrost, welcher auch zur automatischen und periodischen Entaschung und Entschlackung dient, befördert und dort mit Hilfe einer elektrischen Zündeinrichtung und geeigneter Luftzufuhr kontrolliert über eine spezielle Feuerungsautomatik mit Temperatursensor und elektronischer Verbrennungsregelung verbrannt wird. 



  Kleinfeuerungsanlagen oder Öfen dieser Art wurden bisher hauptsächlich als Zusatzheizung zu bestehenden Zentralheizungssystemen (Hauptheizung) im Wohnraum aufgestellt, wobei das Design (als Wohnmöbel) und die Flammensicht über ein feuerfestes Sichtfenster (romantische Flamme) wichtiger waren, als eine effiziente, wartungsarme und automatische Feuerung. Die Feuerungsregelung bzw. Verbrennungssteuerung bestehender Systeme (für Holzpellets oder Scheitholz) ist dementsprechend schwach, die meisten Systeme verfügen nur über eine einfache Thermostatsteuerung, d. h. Ein-Aus-Betrieb je nach Betriebstemperatur. 



  Eine Verbrennungsoptimierung über diverse technische Komponenten (z.B. Luftmengen- überwachung, Lambdasonde sonstiges) ist auch heute noch eher selten anzutreffen. Aber auch 

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 bei diesen verbesserten Heizsystemen bleibt der Wartungs- und Reinigungsaufwand durch die fehlende automatische Entaschung und Entschlackung relativ hoch und der Praxiswirkungs- grad deshalb gering. Die Reinigung bzw. Entaschung oder Entschlackung der Verbrennungs- zone (z.B. Brennschale oder Brennkammer) muss bei Dauerbetrieb ca. alle 2 bis 3 Tage durchgeführt werden. Die Reinigung der Sichtscheibe ebenso. Zudem ist die Gerätesteuerung auf die Grundfunktionen des Gerätes (Wärmeerzeugung, Sicherheitsabschaltung) begrenzt. 



   Eine selbst lernende oder adaptive Verbrennungslogik mit modulierender, aussentemperatur- abhängiger Leistungsregelung zur Optimierung der Wirtschaftlichkeit (d. h. höherer Praxis- wirkungsgrad), des Emissionsverhaltens (d. h. geringste Abgase auch im Dauerbetrieb) und der Wartungsintervalle (d. h. hoher Komfort durch geringen Wartungs- und Reinigungsauf- wand) ist für Öfen dieser Art bislang nicht im Einsatz. 



   Durch die ständigen, energetischen Verbesserungen an Baukonstruktion, der Baustoffe und der Wärmedämmung von Wohnhäusern sinkt der notwendige Wärmebedarf linear. Niedrig- energiehäuser kommen heute mit einem Bruchteil der Energie aus, die noch vor Jahren für die 
Beheizung eines Wohnhauses notwendig war. Ein modernes Einfamilienhaus benötigt dem- entsprechend lediglich 3 bis 10 kW maximal installierte Heizleistung. Die durchschnittliche Heizleistung übers Jahr liegt sogar nur bei etwa 50 % (siehe z. B. EN 303-5 und andere Nor- men). Alle bekannten Zentralheizungskessel (Kellergeräte, zu unterscheiden von den Wohn- raumöfen) für den Brennstoff Holz arbeiten im Leistungsbereich über 12 bis 15 kW als kleins- te definierte Nennleistung, d. h. diese sind für den heutigen und künftigen Bedarf überdimen- sioniert.

   Auch fordert der Trend zum Niedrigenergie-Fertigteilhaus (oftmals ohne Keller) neue Heizlösungen im kleinsten Leistungsbereich. 



  Die vorliegende Erfindung verbindet die technischen Vorteile eines Kellergerätes (Vollauto- matik, geringster Wartungsaufwand, höchster Komfort, höchster Wirkungsgrad, Dauerfunkti- onalität etc. ) mit den Vorzügen von Wohnraumöfen (Flammensicht, Optik, geringer Platzbe- darf, niedrige Heizleistung etc.). 



  Sie schafft die Lösung für diese Grundüberlegungen - d. h. umweltfreundliche und effizientes Wohnraumheizsystem, Dauerbetrieb bei geringstem Wartungsaufwand, Eignung als vollwer- tiges Zentralheizungsgerät (Hauptgerät) mit entsprechender Regelungs- und Sicherheitstech- nik sowie Automatik - vor allem durch... 

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 a) eine feuerfeste Brennkammer (z.B. Feuerfestbeton.

   Schamottebeton), erfindungsgemäss gekennzeichnet durch die strömungstechnisch optimierte Brennkammergeometrie mit in- tegrierter Primärluftzufuhr knapp über und unter dem Feuerrost (6), sowie mit drallförmi- ger, vorgewärmter Sekundärluftzufuhr kurz vor einer Brennkammer-Verengungszone (3) zur besseren Durchmengung von Sauerstoff und Brenngasen und der anschliessend sich rasch erweiternden, glattwandigen Ausbrandzone (4,5) mit Durchmessererweiterung zur
Drosselung der Ausbrandgeschwindigkeit (besseres Emissionsverhalten) und zur Reduzie- rung von Flugasche bzw. für ein besseres Rückrutschen von Flugasche (Rezirkulation) in die Brennkammer (geringer Ascheanfall und vollständiger, emissionsarmer Ausbrand), sowie durch... b) die automatische und periodische Entaschung bzw.

   Entschlackung des Feuerrostes (6). erfindungsgemäss gekennzeichnet durch den geteilten, unter der Brennkammer befindli- chen und über einen Antriebsmechanismus schwenkbaren, temperaturbeständigen Kamm- rost (7,8) mit seitlich-vertikal angeordneten Luftleitblechen in Halbschalenform   (11,  
Restglutentschlackungsschaufeln), sowie durch... c) eine intelligente Geräte- und Verbrennungslogik, erfindungsgemäss gekennzeichnet durch adaptive Programmmodule sowie durch getrennte, modulierende Primär- und Sekundär- luftmengenzufuhr, dosiert über stufenlose Drehzahlregulierung des Saugzugventilator (17), geregelt über Temperatursensor (19) zur Messung der Verbrennungstemperatur und einem voreinstellbarem Sekundärluftdeckel (26) zur gezielten Aufspaltung des Luftstro- mes in Primär- und Sekundärluft. 



  Die spezielle Rauchgasführung über die beidseitig eingebauten, glatten   Wärmetauschertlä-   chen mit integriertem Rauchgaskanal, die von vorne zugänglich und daher einfach zu reinigen sind, sind ebenso unverwechselbar mit dem Gerät verbunden und sorgen für eine einfache Wartung und Reinigung. 



  Zusätzlich zu den o. a. Lösungen kann das Gerät mit zusätzlichen Regelungsmodulen für einen witterungsgeführten Betrieb, für   Pufferspeicher-/Boilerbetrieb.   sowie einer Zellradschleuse für die Rückbrandsicherung erweitert werden. 

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  Der Ofen bzw. die Kleinfeuerung kann entweder als Luftgerät (reine Lufterwärmung, ohne Wasserwärmetauscher) zur Einzelraumbeheizung im Wohnraum (Etagengerät) alleine durch Abstrahlwärme verwendet werden. Der Ofen bzw. die Kleinfeuerung kann aber auch mit ei- nem Wasserwärmetauscher versehen als Kesselgerät einer Zentralheizung im Wohnraum (E- tagengerät) oder auch im Keller (Kellergerät) aufgestellt werden. Der Ofen bzw. die Kleinfeu- erung kann nachträglich auch mit einem separaten System zur automatischen Brennstoffzu- fuhr in den integrierten Brennstoffvorratsbehälter versehen werden. 



  Im Folgenden wird ein markantes Ausführungsbeispiel (Kesselgerät) anhand von Zeichnun- gen näher beschrieben. Das Luftgerät ist bis auf die Wärmetauscher gleich:    Fig. 1 Schnittzeichnung (seitlich, Längsschnitt) durch einen Ofen mit Wasserwärme-   tauscher (Kesselgerät), Ansicht Zellradschleuse, Temperatursensor Fig. 2 Schnittzeichnung (seitlich, Längsschnitt) durch einen Ofen mit Wasserwärme- tauscher (Kesselgerät), Ansicht Saugzugventilator Fig. 3 Schnittansicht und Ansicht Brennkammer Fig. 4 Diverse Ansichten Kammrost und Kammrostmechanik Fig. 5 Schnittzeichnung (vorne, Querschnitt) durch einen Ofen mit Wasserwärmetau- scher (Kesselgerät), Ansicht seitliche Wärmetauscher, Brennkammer 

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Legende zu den Zeichnungen 
1. Brennkammer (Brennbox) 2. Ausbrandbereich 3.

   Brennkammer-Verengungszone 4. kegelförmige Flammenaustrittszone 5. Brennkammer-Gussabdeckung 6. Feuerrost mit Kammrost (geteilt, schwenkbar) 7. Kammrost rechts 8. Kammrost links 9. Antrieb für Kammrost 
10. Antriebsachsen für Kammrost 
11. Luftleitblech, Entschlackungsschaufeln 
12. Entschlackungsschaufel rechts 
13. Entschlackungsschaufellinks 14. Zahnsegmente für gegensinnige Schwenkbewegung Kammrost   15.   Aschebox 
16. Rauchgasabzug 17. Saugzugventilator 18. elektrische Widerstandszündung 19. Temperatursensor 20. Schrägschnecke 21. Antrieb Schrägschnecke 22. Pellet-Vorratsbehälter 23. Fallschacht 24. Zellradschleuse 25. Kettentrieb Zellradschleuse 26. voreinstellbarer Sekundärluftdeckel 27. Primärlufteinlass 28. integrierte Primärluftkanäle 29. integrierte Sekundärluftkanäle 30. Luftkammern, Kammeraussparung 31.

   Rauchgasführung durch seitliche Wärmetauscher (nur bei Kesselgerät) 32. seitlicher Wärmetauscher rechts (nur bei Kesselgerät) 33. seitlicher Wärmetauscher links (nur bei Kesselgerät) 34. Wärmetauscher hinten (nur bei Kesselgerät) 35. Gerätetür, Fronttüre 36. Fülldeckel Pelletsbehälter

Claims (1)

1. Ansprüche Anspruch 1: Kleinfeuerungsanlage oder Ofen für die Aufstellung im Wohnraum oder Keller, ausgeführt als Luftgerät ohne Wasserwärmetauscher oder als Kesselgerät mit Wasserwärme- tauscher, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät mit einer Entaschungs- bzw. Entschla- ckungsautomatik über einen geteilten, nach unten schwenkbaren Kammrost (6,7, 8) mit seit- lich-vertikal angeordneten Leitblechen (Entschlackungsschaufeln, 11,12, 13) unterhalb einer feuerfesten Brennkammer (1) ausgestattet ist.

   Anspruch 2 : oder Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der geteilte Kammrost (7,8) periodisch und bei Bedarf automatisch über die Regelungstech- nik angesteuert und betätigt wird und mit einer gegensinnigen, nach unten gerichteten Schwenkbewegung etwaige Schlacke und sonstige Verunreinigungen aufbricht und aus der Brennkammer in eine darunter befindliche Auffangbox (Aschebox, 15) entleert.

   Anspruch 3 : Kleinfeuerungsanlage oder Ofen nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch eine feuerfeste Brennkammer (1) aus Schamottebeton oder einer Keramiklegierung mit integ- rierten Primärluftkanälen (28) und durch Brennkammeraussparungen (Kanäle, Luftkammern, 30) an der Brennkammerrückwand sowie an den beiden Seitenwänden und an der Vorder- wand, über welche die Sekundärluft vorgewärmt und gleichmässig verteilt bis an die integrier- ten Sekundärluftkanäle (29) im oberen Bereich der Brennkammer (1) gelangt.

   Anspruch 4 : oder Ofen nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeich- net, dass eine Verengungszone (3) im oberen Brennkammerbereich die Strömungsgeschwin- digkeit der Brenngase aus der Primärverbrennung drosselt und in Folge für eine bessere Durchmengung und Verbrennung (Sekundärverbrennung) mit der drallförmig dazuströmen- den, vorgewärmten Verbrennungsluft (Sekundärluft, Sekundärluftkanäle, 29) sorgt.

   Anspruch 5 : oder Ofen nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeich- net, dass eine kegelförmig ausgebildete Flammenauustrittszone (4) mit anschliessender eben- falls kegelförmig ausgebildeter Brennkammer-Gussabdeckung (5) mit glatter Oberfläche nach Sekundärluftzufuhr in der Brennkammer für eine Rückführung der sich abscheidenden Flug- asche in den Verbrennungsprozess sorgt. <Desc/Clms Page number 7>

   Anspruch 6: Kleinfeuerungsanlage oder Ofen nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeich- net, dass die Verbrennungsluftzufuhr lediglich über 1 Saugzugventilator aber getrennt nach Ausgasungsluft (Primärluft) und Ausbrandluft (Sekundärluft) erfolgt, wobei die Primärluftzu- fuhr über einen Ansaugkanal (Primärlufteinlass, 27) und weiter über den Feuerrost (6) und die Sekundärluftzufuhr über eine voreinstellbare Luftklappe (26) sowie weiter über Luftkammern bzw. Brennkammeraussparungen (30) und schliesslich über integrierte Sekundärluftkanäle (29) in die Brennkammer (1) erfolgt.

   Anspruch 7 : oder Ofen nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeich- net, dass die Primärluft für die Ausgasung am Feuerrost (Primärverbrennung) sowohl von unten über Luftschlitze des Feuerrostes (6,7, 8) als auch seitlich von oben über integrierte Luftkanäle (28) auf den Feuerrost zugeführt wird.

   Anspruch 8 : oder Ofen nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeich- net, dass eine Brennstoffrutsche (Fallschacht, 14) in der Brennkammer ausgespart wurde, über die der Brennstoff auf den Feuerrost (6) zugeführt wird.

   Anspruch 9 : oder Ofen nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeich- net, dass die heissen Rauchgase unterstützt von einem Saugzugventilator (17) nach Austritt aus der Brennkammer und nach dem Ausbrandbereich seitlich (rechts und links) über Rauchgas- führungskanäle (31), welche in Wasser führenden Wärmetauscherflächen (32,33) integriert sind, nach unten bis hin zum Rauchgasabzug (16) geführt werden.

   Anspruch 10 : oder Ofen nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeich- net, dass die beiden seitlichen, glatten Wärmetauscherflächen (32,33) von vorne über die Gerätetür (Fronttüre, 35) zugänglich und einfach zu reinigen sind.

   Anspruch 11: Kleinfeuerungsanlage oder Ofen nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeich- net, dass die Zündung des Brennstoffes automatisch über eine elektrische Widerstandszün- dung (18) erfolgt.

   Anspruch 12 : oder Ofen nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeich- net, dass eine Zellradschleuse (24) als rückbrandsichere Einrichtung zwischen der Brennstoff- <Desc/Clms Page number 8> rutsche (Fallschacht, 23) und der Schrägschnecke (20) eingebaut ist - oder nachträglich eingebaut werden kann - welche über einen Kettentrieb (25) direkt mit der Schrägschnecke verbunden ist und von dieser angetrieben wird.

   Anspruch 13: Kleinfeuerungsanlage oder Ofen nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsluftmengenregulierung über die gemessene Verbrennungstemperatur im Brennraum bzw. im Ausbrandbereich (2) mit Hilfe eines Thermosensors (Temperatursensor, 19) und damit verbundener, entsprechender Drehzahlanpassung des Saugzugventilators (17) erfolgt.

   Anspruch 14: Kleinfeuerungsanlage oder Ofen nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftmengenverteilung zwischen angesaugter Primärluft und Sekundärluft nur durch einen voreinstellbaren Sekundärluftdeckel (26) erfolgt, welcher den Ansaugwiderstand bzw. den Durchlassquerschnitt im Sekundärluftkanal entsprechend verändert.