DE10321069B3

DE10321069B3 - Vorrichtung zum Trocknen von Biomasse

Info

Publication number: DE10321069B3
Application number: DE2003121069
Authority: DE
Inventors: Hans-Erich Schilling
Original assignee: LUDWIG SCHILLING KG
Current assignee: LUDWIG SCHILLING KG
Priority date: 2003-05-10
Filing date: 2003-05-10
Publication date: 2004-09-09
Anticipated expiration: 2023-05-11

Abstract

Bei einer Gebäude-Vorrichtung zum Trocknen von Biomasse Holz-Hackschnitzeln, mit einem überdachten beheizbaren Verdunstungsareal, wird ein energiesparender Betrieb, bei dem ein Trocknungsvorgang genauer als bei herkömmlichen Vorrichtungen steuerbar ist, dadurch erreicht, dass das Verdunstungsareal von einer geschlossenen Decke gebildet ist, die mit mindestens einem von einem Heizmedium durchflossenen Rohrsystem thermisch verbunden ist, wobei über dem Verdunstungsareal ein Dach mit zwei auf unterschiedlichem Höhenniveau im Wesentlichen zueinander parallel angeordneten Kanten vorgesehen ist, wobei sowohl im Bereich der unteren als auch der oberen Kante offene, eine freie Luftzirkulation unter das Dach sicherstellende Areale vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gebäude-Vorrichtung zum Trocknen von Biomasse wie Holz-Hackschnitzel, Fruchtschalen o.ä., mit einem überdachten beheizbaren Verdunstungsareal.

Vorrichtungen der eingangs genannten Art werden im Stand der Technik verwendet, um die Biomasse für einen späteren Verbrennungsvorgang zu trocknen. Die bekannten Vorrichtungen weisen jedoch zum einen den Nachteil auf, dass sie unnötig viel Energie verbrauchen. Zum anderen ist ein präzise steuerbarer Trocknungsvorgang, bei dem der Restfeuchtigkeitsgehalt der getrockneten Biomasse vorgebbar ist, mittels der bekannten Trocknungsvorrichtungen nicht ermöglicht.

Aus US 4,069,593 ist eine Treibhaus-Struktur mit einem transparenten äußeren Gehäuse und einem darin angeordneten inneren Gehäuse zum sammeln von Sonnenenergie bekannt, bei der unterhalb des inneren Gehäuses angeordnete Materialien mittels Sonnenenergie gepflegt und getrocknet werden.

Aus FR 1,518,884 ist ein Verfahren zum Trocknen von Biomasse bekannt, bei dem jeweils ein Teil der Biomasse von einem ersten Behältnis in ein zweiten Behältnis transportiert wird und auf dem Transportweg mit Luft ventiliert wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Trocknen von Biomasse zu schaffen, die einen energiesparenden kostengünstigen Betrieb ermöglicht und mittels derer ein Trocknungsvorgang genauer als bei herkömmlichen Vorrichtungen steuerbar ist.

Für eine Vorrichtung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Verdunstungsareal von einer eine Bodenfläche bildenden geschlossenen Decke gebildet ist, die mit mindestens einem von einem Heizmedium durchflossenen Rohrsystem thermisch verbunden ist, wobei über dem Verdunstungsareal ein Dach mit zwei auf unterschiedlichem Höhenniveau im wesentlichen zueinander parallel angeordneten Kanten vorgesehen ist, wobei sowohl im Bereich der unteren als auch der oberen Kante offene, eine freie Luftzirkulation unter das Dach sicherstellende Areale vorgesehen sind.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird durch die Merkmalskombination, dass das Verdunstungsareal von einer eine Bodenfläche bildenden geschlossenen Decke gebildet ist, die mit mindestens einem von einem Heizmedium durchflossenen Rohrsystem thermisch verbunden ist, wobei über dem Verdunstungsareal ein Dach mit zwei auf unterschiedlichem Höhenniveau im wesentlichen zueinander parallel angeordneten Kanten vorgesehen ist, wobei sowohl im Bereich der unteren als auch der oberen Kante offene, eine freie Luftzirkulation unter das Dach sicherstellende Areale vorgesehen sind, erreicht, dass eine Vorrichtung geschaffen ist, bei der sich permanent ein Kamineffekt einstellt, der eine Entlüftung von durch einen Trocknungsprozess befeuchtete Luft ermöglicht. Dabei wird durch die spezielle Anordnung de Daches bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zusätzlich zu einer durch Wirkung des Kamineffektes erzeugten Vertikalbewegung von Luftmassen eine in horizontaler Richtung erfolgende Bewegungskomponente der von dem Dach geleiteten Luftmassen erzeugt, die einen Abtransport von oberhalb des beheizbaren Verdunstungsareals angesammelter Feuchtluft sicherstellt.

Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung zielt darauf ab, die Biomasse in einen vordefinierten Feuchtigkeitsbereich zu bringen. Dieser Feuchtigkeitsbereich ist nach unten abgegrenzt durch einen Feuchtigkeitsbereich in dem zuviel Wasser in den Hackschnitzeln enthalten ist, so dass ihr Brennwert unnötig niedrig bemessen ist und ist nach oben abgegrenzt durch einen Feuchtigkeitsbereich in dem die Hackschnitzel so trocken sind, dass ein Verbrennungsprozess nur mehr vergleichsweise schlecht steuerbar ist, da die Hackschnitzel ungewünscht schnell verbrennen.

Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass im Bereich der oberen Kante des Daches mindestens ein Lüftungsschlitz vorgesehen ist. Eine Ausführungsform mit derartigen Lüftungsschlitzen wird insbesondere bevorzugt, wenn eine entsprechende geschlossene Frontseite des Gebäudes der Vorrichtung vorgesehen ist, wie die beispielsweise der Fall ist, wenn an der Frontseite Wärmeelemente, insbesondere Paneele mit Photovoltaik-Elementen zur Stromerzeugung vorgesehen sind.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die untere Kante des Daches freischwebend ausgebildet ist. Die untere Kante des Daches ist dabei vorzugsweise im wesentlichen bis zum Verdunstungsareal heruntergezogen, um eine möglichst effektive Kaminwirkung zu erzielen.

Das Dach kann eben oder auch gebogen ausgebildet sein. Bei einer gebogenen Ausführung entsprechend dem Profil der Oberfläche einer Tragfläche eines Flugzeuges wird eine laminare Luftströmung oberhalb des Daches erreicht, die eine den Kamineffekt unterstützende Luftbewegung bewirkt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass das Heizmedium von einer Pumpeneinrichtung getrieben durch das geschlossen ausgebildete Rohrsystem zirkuliert. Die Pumpeneinrichtung ist dabei gemäß einer wichtigen Ausführungsform mit einer Steuerungseinrichtung verbunden, die die Pumpeneinrichtung in einem intermittierten Betrieb steuert. Dies bringt den Vorteil einer Energieminimierung für ein Trocknen der Biomasse mit sich, da ein Trocknungsprozess von Biomasse nicht linear verläuft, sondern nach einer Initialerwärmung im wesentlichen zumindest zeitabschnittsweise von alleine weiterläuft.

Begründung dafür ist darin zu sehen, dass jede Biomasse in einem nicht unwesentlichen Ausmaß Zucker bzw. Zellulose enthält, der bei Erwärmung innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereiches in einen Gärungsprozess eingeht, wobei dieser Gärungsprozess sich exotherm, d.h. wärmeerzeugend vollzieht, so dass ein einmal eingeleiteter Gärungsprozess einen neuen Vorgang darstellt, der durch sich selbst zu einer weiteren Erwärmung der Biomasse beiträgt. Da dieser Gärungsprozess sich nur innerhalb eines Temperaturbereiches vollzieht, besteht die Möglichkeit, dass er bei Unterbrechung einer externen Wärmezufuhr wieder in sich zusammenbricht, so dass eine erneute Erwärmung der Biomasse durch Energiezufuhr von außen notwendig wird. Daraus begründet sich das wichtige erfindungsgemäße Konzept, die Biomasse nur zeitabschnittsweise zu erwärmen.

Die Steuerungseinrichtung der Pumpeneinrichtung ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorzugsweise so steuerbar, dass ein aktiver Betrieb und eine daran anschließende Betriebsunterbrechung gleich lange Zeitabschnitte aufweisen. Dabei kann ein aktiver Betrieb und eine anschließende Betriebsunterbrechung eine Länge von etwa 120 Minuten aufweisen.

Alternativ ist die Steuerungseinrichtung der Pumpeneinrichtung bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung so steuerbar, dass ein aktiver Betrieb und eine daran anschließende Betriebsunterbrechung unterschiedlich lange Zeitabschnitte aufweisen. Dabei kann ein aktiver Betrieb eine Länge von etwa 60 Minuten aufweisen und eine anschließende Betriebsunterbrechung eine Länge von etwa 30 Minuten aufweisen.

Die Steuerungseinrichtung enthält vorzugsweise einen programmgesteuerten Mikroprozessor.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass das Rohrsystem direkt in der geschlossenen Decke verlegt ist, deren Oberfläche von dem Verdunstungsareal gebildet ist. Die Decke ist dabei vorzugsweise von Beton gebildet, wobei das Rohrsystem vorzugsweise innerhalb der Decke in einer Ebene mäandrierend ausgelegt ist. Das Heizmedium kann dabei beispielsweise von Wasser gebildet sein.

Gemäß einer weiteren wichtigen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass im Bereich der Außenfläche des Gebäudes mindestens teilweise Paneele mit Photovoltaik-Elementen vorgesehen sind. Die Paneele sind dabei vorzugsweise drehbar angeordnet, um ihre Flächen dem Sonnenstand folgend ausrichten zu können.

Die Biomasse ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorzugsweise von Holz und Rinde enthaltenden Holz-Hackschnitzeln gebildet. Alternativ kann die Biomasse von Fruchtschalen wie Orangenschalen und/oder Nussschalen o.ä. gebildet sein.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird im folgenden anhand einer bevorzugten Ausführungsform erläutert, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt ist. Darin zeigen:
1 eine erste bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Ansicht von schräg oben;
2 die in 1 dargestellte bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Ansicht von schräg hinten;
3 die in 1 dargestellte bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit an den Sonnenstand adaptiert gedrehten Paneelen in einer seitlichen Frontansicht;
4 die in den 1 bis 3 dargestellte bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit geschlossenen Paneelen in einer Seitenansicht.
Die in den 1 bis 4 dargestellte erfindungsgemäße Gebäude-Vorrichtung 100 zum Trocknen von Biomasse enthält ein überdachtes beheizbares Verdunstungsareal 200, das von einer eine Bodenfläche bildenden geschlossenen Decke 210 gebildet ist, die mit mindestens einem von beheiztem Wasser als Heizmedium durchflossenen herkömmlichen Rohrsystem thermisch verbunden ist, wobei über dem Verdunstungsareal 200 ein Dach 220 mit zwei auf unterschiedlichem Höhenniveau im wesentlichen zueinander parallel angeordneten Kanten 221, 222 vorgesehen ist, wobei sowohl im Bereich der unteren Kante 222 als auch der oberen Kante 221 offene, eine freie Luftzirkulation unter das Dach 220 sicherstellende Areale vorgesehen sind.
Im Bereich der oberen Kante 221 des Daches 220 mindestens ist ein Lüftungsschlitz 223 vorgesehen, wobei die untere Kante 222 des Daches 220 freischwebend ausgebildet ist. Die untere Kante 222 des Daches 220 ist im wesentlichen bis zum Verdunstungsareal 200 heruntergezogen, steht dabei jedoch so hoch, dass eine Person ohne sich zu bücken die untere Kante 222 unterschreiten kann.
Das Dach 220 ist gebogen ausgebildet und weist dabei das Profil einer Oberkante einer Tragfläche auf. Dadurch wird eine laminare Luftströmung oberhalb des Daches 220 erreicht, die eine den Kamineffekt unterstützende Luftbewegung bewirkt.
Das Heizmedium ist von einer nicht dargestellten herkömmlichen Pumpeneinrichtung getrieben und zirkuliert durch das geschlossen ausgebildete Rohrsystem, wobei die Pumpeneinrichtung mit einer nicht dargestellten elektronischen Steuerungseinrichtung verbunden ist, die die Pumpeneinrichtung in einem intermittierten Betreib steuert. Die Steuerungseinrichtung steuert die Pumpeneinrichtung in einer Weise, dass ein aktiver Betrieb und eine daran anschließende Betriebsunterbrechung gleich lange Zeitabschnitte von etwa 120 Minuten aufweisen. Die Steuerungseinrichtung enthält zu diesem Zweck einen programmgesteuerten Mikroprozessor.
Das Rohrsystem ist innerhalb der geschlossenen Decke 210 verlegt, deren Oberfläche von dem Verdunstungsareal 200 gebildet ist, wobei die Decke 210 von Beton gebildet ist. Das Rohrsystem ist dabei innerhalb der Decke 210 in einer Ebene mäandrierend ausgelegt.
Im Bereich einer Außenfläche 300 der Gebäudevorrichtung sind Paneele 310 mit Photovoltaik-Elementen vorgesehen, die Strom liefern, der zur zusätzlichen Beheizung des in dem Rohrsystem geführten Heizmediums Verwendung findet. Die Paneele 310 sind drehbar angeordnet, um ihre Flächen dem Sonnenstand folgend ausrichten zu können.
Die Biomasse ist von Holz und Rinde enthaltenden Holz-Hackschnitzeln gebildet.
Das oben erläuterte Ausführungsbeispiel der Erfindung dient lediglich dem Zweck eines besseren Verständnisses der durch die Ansprüche definierten erfindungsgemäßen Lehre, die als solche durch das Ausführungsbeispiel nicht eingeschränkt ist.

Claims

Gebäude-Vorrichtung zum Trocknen von Biomasse, mit einem überdachten beheizbaren Verdunstungsareal, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdunstungsareal von einer eine Bodenfläche bildenden geschlossenen Decke gebildet ist, die mit mindestens einem von einem Heizmedium durchflossenen Rohrsystem thermisch verbunden ist, wobei über dem Verdunstungsareal ein Dach mit zwei auf unterschiedlichem Höhenniveau im wesentlichen zueinander parallel angeordneten Kanten vorgesehen ist, wobei sowohl im Bereich der unteren als auch der oberen Kante offene, eine freie Luftzirkulation unter das Dach sicherstellende Areale vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der oberen Kante des Daches mindestens ein Lüftungsschlitz vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Kante des Daches freischwebend ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem oder mehr der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Kante des Daches im wesentlichen bis zum Verdunstungsareal heruntergezogen ist.
Vorrichtung nach einem oder mehr der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dach entsprechend dem Profil der Oberfläche einer Flugzeug-Tragfläche gebogen ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem oder mehr der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizmedium von einer Pumpeneinrichtung getrieben durch das geschlossen ausgebildete Rohrsystem zirkuliert.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpeneinrichtung mit einer Steuerungseinrichtung verbunden ist, die die Pumpeneinrichtung in einem intermittierten Betrieb steuert.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung die Pumpeneinrichtung so steuert, dass ein aktiver Betrieb und eine daran anschließende Betriebsunterbrechung gleich lange Zeitabschnitte aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein aktiver Betrieb und eine anschließende Betriebsunterbrechung eine Länge von etwa 120 Minuten aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung die Pumpeneinrichtung so steuert, dass ein aktiver Betrieb und eine daran anschließende Betriebsunterbrechung unterschiedlich lange Zeitabschnitte aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein aktiver Betrieb eine Länge von etwa 60 Minuten aufweist und eine anschließende Betriebsunterbrechung eine Länge von etwa 30 Minuten aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung einen programmgesteuerten Mikroprozessor enthält.
Vorrichtung nach einem oder mehr der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrsystem in der geschlossenen Decke verlegt ist, deren Oberfläche von dem Verdunstungsareal gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Decke von Beton gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrsystem innerhalb der Decke in einer Ebene mäandrierend ausgelegt ist.
Vorrichtung nach einem oder mehr der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizmedium von Wasser gebildet ist.
Vorrichtung nach einem oder mehr der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Außenfläche des Gebäudes mindestens teilweise Paneele mit Photovoltaik-Elementen vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass, die Paneele drehbar angeordnet sind, um ihre Flächen dem Sonnenstand folgend ausrichten zu können.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Biomasse von Holz und Rinde enthaltenden Holz-Hackschnitzeln gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Biomasse von Fruchtschalen gebildet ist.