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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 den zentralen Dom speisenden Primärluftleitung und Umfangsöffnungen zur Zufuhr von Sekundärluft aus einer Sekundärluftleitung aufweist.
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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.
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Es sind bereits unterschiedliche Zündeinrichtungen bekannt geworden, wobei neben direkt auf die Pellets einwirkenden Widerstandsheizungen auch Lichtbogenzündeinrichtungen und Heißluftzündungen eingesetzt werden.
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So ist aus der
DE 203 21 670 U1 ein Brenner für Pelletsbrennstoffe bekannt, bei welchem die Pellets über ein Brennstoffrohr 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.
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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 Teilluftstrom eine Zündeinrichtung mit einer Zündspule durchströmt und danach über randseitige Öffnungen in die topfförmige Brennkammer eintritt. Sobald die Zündspule eine Temperatur von ca. 750°C–800°C erreicht hat, startet das Gebläse, so dass 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.
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Die
EP 0 945 676 B1 zeigt 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 angeschlossen ist und eine zentrale Zündluftleitung aufnimmt, die die von einer Heißluftquelle erwärmte Zündluft zum Starten des Brenners über die Öffnungen im zentralen Dom zuführt.
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Aus der
GB 2 062 824 A ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entzünden fester Brennstoffe (Kohle) bekannt, wobei hier die Kohle über eine Förderschnecke von unten in einen Brennertopf eingebracht wird. In den Brennertopf mündet eine Primärluftleitung mit einem ersten Ventilator und wird über Bohrungen in das Innere des Brennertopfs geführt. Bei der Zündvorrichtung handelt es sich um eine von der Primärluftleitung separierte Vorrichtung mit einer Zuführleitung und einem zweiten Ventilator, wobei in der Zuführleitung für die Zündluft ein Heizelement angeordnet ist.
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Aus der
GB 2 241 323 A ist ein Feuerrost für eine offene Feuerstelle für Kohle bekannt, wobei an den Feuerrost an eine spezielle Zündluftzuleitung eine in einem aufsteckbaren Gehäuse angeordnete Zündvorrichtung aufsteckbar ist. Diese Zündvorrichtung wird nur während der Zündphase benötigt und kann nach dem Entzünden der festen Brennstoffe wieder entfernt werden. Die Primärluft kann bei dem offenen Feuerrost unabhängig von der Zündluftzufuhr von allen Seiten zutreten. Ein ähnlicher Feuerrost einer offenen Feuerstelle ist aus der
GB 2 061 486 A bekannt.
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In der
DE 1 825 229 U werden Heizelemente zur Zündung des Öls von Ölbrennern mit elektrisch aufheizbaren Glühkörpern beschrieben. Die Glühkörper können stabförmig, U-förmig oder rohrförmig ausgestaltet sein.
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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.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass direkt in der Primärluftleitung ein elektrisches Zündelement mit zumindest einem im Wesentlichen U-förmigen Rohrheizkörper angeordnet ist, dessen parallele Schenkel längs der Achse der Primärluftleitung ausgerichtet sind.
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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.
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Die Rohrheizkörper können sehr kompakt ausgeführt werden, typische Einbaumaße weisen eine Länge von 120 mm 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).
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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.
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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.
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Die Erfindung wird in der Folge anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsvarianten näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen erfindungsgemäßen Brenner samt Zündelement in einem Längsschnitt;
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2 das elektrische Zündelement des Brenners gemäß 1 in einer um 90° gedrehten Ansicht, außerhalb der Primärluftleitung;
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3 das elektrische Zündelement des Brenners gemäß 1 in einer Explosionsdarstellung;
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4 einen U-förmigen Rohrheizkörper des elektrischen Zündelements;
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5 ein Halbschalenelement des Zündelements in einer Draufsicht;
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6 das Halbschalenelement gemäß 5 in einer Seitenansicht;
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7 das Halbschalenelement gemäß 5 in einer dreidimensionalen Ansicht;
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8 ein Rippenblech des Zündelements in einer ebenen Ausgangsform;
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9 das Rippenblech gemäß 8 mit unterschiedlich abgekanteten Rippen;
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10 das Rippenblech gemäß 9 in einer dreidimensionalen Ansicht;
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11 eine Schnittdarstellung des Rohrheizkörpers samt Halbschalenelementen und Rippenblechen; sowie
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12 eine Ausführungsvariante des elektrischen Zündelements in einer Explosionsdarstellung.
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Der in 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.
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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 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.
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Im dargestellten Beispiel sind die beiden U-förmigen Rohrheizkörper 9 so angeordnet, dass deren durch die parallelen Schenkel S aufgespannten Teilungsebenen ε1 und ε2 (stehen in 1 normal auf die Bildebene) zueinander parallel angeordnet sind.
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In der 2 sowie in der Explosionsdarstellung gemäß 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.
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Die Rohrheizkörper 9 (siehe 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, so dass 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 0,3 mm erhöht werden), wodurch die Lebensdauer der Rohrheizkörper weiter erhöht wird.
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Zur Erhöhung der Heizleistung sind an jedem U-förmigen Rohrheizkörper 9 in der Teilungsebene ε1 bzw. ε2 zusammenstoßende Halbschalenelemente 10 angeordnet (siehe 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.
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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.
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Zur weiteren Vergrößerung der Oberfläche sind die Halbschalenelemente 10 im Bereich der Rohrkrümmung der Rohrheizkörper 9 mit von der Teilungsebene ε1 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.
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Erfindungsgemäß sind jeweils an der vom Rohrheizkörper abgewandten Seite der Halbschalenelemente 10 Rippenbleche 14 angeordnet, deren Rippen 16, 17 zur Teilungsebene ε1 bzw. ε2 unterschiedliche Winkel aufweisen und gegebenenfalls unterschiedlich lang sind. 8 zeigt das ebene Rippenblech 14 nach dem Ausstanzen bzw. Ausschneiden, wobei in den 9 und 10 das Rippenblech nach dem Abkanten der einzelnen Rippen 16, 17 in unterschiedliche Raumrichtungen dargestellt ist.
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Die Rippenbleche 14 werden bevorzugt durch Rollnaht- oder Punktschweißung an den Halbschalenelementen 10 befestigt.
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In Strömungsrichtung der Primärluft ergibt sich nach dem Zusammenbau aller Elemente die in 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. 55.500 mm2) erzielt werden, so dass eine hohe Leistung (1.000 W) in einem kleinem Volumen (ca. 320 cm3) übertragen werden kann.
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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 3). Der Verdrängungskörper 18 kann radial abstehende Flansche 21 aufweisen, die sich an der Innenwand der Primärluftleitung 5 abstützen,
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Bei der in 12 dargestellten Ausführungsvariante weist die Zündeinrichtung 8 einen zentralen U-förmigen Rohrheizkörper 9 auf, an welchen in einer Teilungsebene ε1 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.
