-
In
den letzten Jahren ist die Frage der stetigen Erwärmung der
Erdatmosphäre
durch die ungeheuren Mengen an Kohlendioxid, welche aus der Verbrennung
von fossilen Brennstoffen, wie Erdgas, Erdöl und Kohle gebildet werden,
immer mehr in den Mittelpunkt des Interesses der Allgemeinheit gerückt.
-
Es
ist seit langem bekannt, dass Pflanzen für ihr Wachstum und ihren Aufbau
im Wesentlichen Wasser und Kohlendioxid benötigen, und dass bei Verbrennung
von rezent gewachsenen Pflanzen zwar in gleicher Weise Kohlendioxid
produziert wird, wie bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe, dass aber
dieses Kohlendioxid von nachwachsenden Pflanzen wieder in ihr Gewebe
eingebaut wird, sodass bei einer nachhaltigen Nutzung von pflanzlichen Rohstoffen,
wie insbesondere Holz, Stroh u. dgl. bei gleichzeitiger Kultur dieser
Pflanzen letztlich eine ausgeglichene Kohlendioxid-Bilanz erreichbar
wäre, womit
das Problem des als wesentlichen Faktor für die Erwärmung der Atmosphäre erkannten,
immer mehr werdenden überschüssigen Kohlendioxids
aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe durch Einsatz von rezentem
pflanzlichen Material für
die Verbrennung zu lösen
wäre. Dementsprechend
ist in den letzten Jahren eine große Zahl von Vorschlägen für energieeffektiv
arbeitende, mit Pflanzenmaterial zu beschickende, Verbrennungsanlagen,
wie Öfen
und Heizkessel gemacht wurden, welche möglichst problemlos für den Betreiber
und ohne gesonderte Kontrolle mehr oder weniger letztlich automatisch
arbeiten sollen.
-
Im
Sinne der Vermeidung der Produktion von überschüssigem Kohlendioxid haben sich
Verbrennungsanlagen, also Heiz- und
Kesselanlagen, welche mit Holzpellets oder Pellets aus anderem pflanzlichem
Material als Brennstoff arbeiten besonders bewährt und auch schon in beträchtlichem
Maße durchgesetzt.
Mit der Pelletform dieser Brennstoffe ist die Problematik einer
kontinuierlichen und fein steuerbaren Zuführung eines festen Brennstoffs
in den Verbrennungsraum eines Ofens weitgehend gelöst.
-
Eine
nicht zu unterschätzende
Problematik stellen die insbesondere bei Verbrennung von festen Brennstoffen
von deren Verbrennungsabgasen aus dem eigentlichen Feuerungs- bzw.
Verbrennungsraum ausgetragenen feinen Asche- bzw. Flugascheteilchen
dar, die einerseits insbesondere aus Umweltgründen nicht aus den Abgaskaminen
der Verbrennungsanlagen entweichen dürfen und andererseits im Ofen
selbst und in dessen Wärmetauschern, Abzügen u. dgl.
zu unangenehmen und deren Heizeffektivität bzw. Heizenergieleistung
reduzierenden Ablagerungen führen
und daher von Zeit zu Zeit aus der Anlage und ins besondere aus deren
Wärmetauscheinheiten
entfernt werden müssten.
-
Es
wurde nun gefunden, dass durch ein regelmäßiges periodisches Ausblasen
der sich aus den Verbrennungsabgasen absetzenden Verbrennungsgasrückstände und
-stäube,
insbesondere von den Wärmetauscher-Austauschflächen bei
gleichzeitig günstiger
Konstruktion und Anordnung derselben das Problem der Ansammlung
der Rückstände und Sträube gelöst werden
kann.
-
Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist somit ein Farbstoff-, vorzugsweise
Pellet-, insbesondere Holzpelletverbrennungsofen bzw. ein derartiger Heizkessel
gemäß Oberbegriff
des Anspruches 1, welcher die im kennzeichnenden Teil dieses Anspruches
aufscheinenden Merkmale aufweist.
-
Der
neue Ofen zeichnet sich neben hoher Heizwertausbeute, insbesondere
dadurch aus, dass er mehrteilig aufgebaut ist und somit modulartig
auf eine jeweils gegebene Heizaufgabe abstellbar ist, und dass im
Falle einer Störung
ein Austausch einzelner Segmente des Wärmetauschers ermöglicht ist.
-
Die
Ansprüche
2 bis 6 betreffen nacheinander eine für den angestrebten Zweck günstige Blasluftrohrform,
eine vorteilhafte grundsätzliche
Anordnung der Einblasöffnungen,
nämlich
an bzw. in den Innenkanten der Blasluftrohre, eine bevorzugte Art der
Anordnung derselben in den genannten Innenkanten, eine günstige Form
der Einblasöffnungen und
ein bevorzugter Weise einzusetzendes Metallmaterial für die Blasluftrohre.
-
Es
soll an dieser Stelle darauf verwiesen werden, dass die Blasluftrohre,
um Undichtheit und Austreten von Verbrennungsabgasen im Betrieb
und von Flugasche und -staub aus der Wärmetauscheinheit bei deren
Säuberung
mit Blasluft zu vermeiden, mittels hitzefester Dichtungsstreifen
bzw. Dichtungsmasse allseitig an die Wärmetauschersegmente angeschlossen
sind, und dass der Einsatz dieser Dichtungselemente auch für alle anderen
Spalten, Öffnungen,
Schlitze u. dgl. vorgesehen ist.
-
Im
Sinne geringster Anforderungen bei der Überwachung der Pelletverbrennungsanlage
und ihres automatischen Betriebs über lange Zeit sowohl bei der
kontinuierlichen Lieferung von jeweils gewünschter Heizleistung als auch
bei der periodischen Säuberung
der Wärmeübergangs-
bzw. -austauschflächen
der Wärmetauscher
von Verbrennungsabgasrückständen und
-stäuben,
bis hin zur automatischen Entfernung der Verbrennungs- und der Flugasche
aus dem Ofen, hat sich eine Ausführungsform gemäß Anspruch
7 mit einer Steuerungseinrichtung erwiesen, welche alle für ein periodisches
Säubern der
Wärmetauschflächen von
den Verbrennungsascheteilchen ohne Belastung der Umwelt bei möglichst
kurzzeitigen Betriebsunterbrechungen durch Sperrung der Pelletzufuhr
und der Verbrennungsluftzufuhr in den Ofen, der Verbrennungsgasabzügen usw.
automatisch besorgt.
-
Der
Anspruch 8 betrifft noch ein ergänzendes
Merkmal der Ofen-Steuerungseinrichtung.
-
Die
Ansprüche
9 bis 11 betreffen nacheinander eine vorteilhafte Gestaltung der
Wärmeentzugspaneele
der Wärmetauschersegmente,
den Wärmeübergang
in das Wärmetauschmedium
fördernde Längsrippen
in den Wärmetauschkammern
der Wärmetauschersegmente
sowie eine besonders energie- bzw. wärmeübertragungs-effektive Führung des Wärmetauschmediums
durch die Wärmetauschersegmente.
-
Anhand
der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert:
Es zeigen die 1 und 2 eine
Längsschnitts- und
einen Querschnitts-Ansicht eines erfindungsgemäßen Pelletverbrennungsofen
und die 3 und 4a bis 4d in Schrägrissansicht und in weiteren
Ansichten eines der Wärmetauschersegmente
des neuen Pelletverbrennungsofens.
-
Bei
dem in den 1 und 2 in einer Längs- und
in einer Querschnittsansicht gezeigten Pelletverbrennungsofen 100 ist
in einem Ofengehäuse 8 mit
Standbeinen 81 ein hier etwa vasenartig geformter Verbrennungsraum 3 mit
tiefliegender Brennluftzuführung 31 mit
Brennluftzuführungsregelorgan 33,
Drehrost 32 und Temperatursensor 34 angeordnet.
In den unteren Bereich des Verbrennungsraums 3 mündet weiters
eine von einem in das Ofengehäuse 8 integrierten
Pelletspeicher 2 aus kontinuierlich mit Holzpellets hp
beschickbare Pelletzuführung 22, wobei
die Geschwindigkeit der Pellet-Zuführung mittels Pelletzuführungs-Regelorgan 21,
wie z.B. mit einem mittels 90°-Drehmotor
schließ-
oder öffenbarem Drehschieber,
durch welchen die Pellets schwerkraft-gefördert in den Verbrennungsraum 3 fließen, oder
aber beispielsweise mittels einer Zellradschleuse tatsächlich in
der Zuführgeschwindigkeit
regelbar ist.
-
Die
Einbringung der Pellets hp in den Pelletspeicher 2 erfolgt
aus einem hier nicht näher
gezeigten Pelletlager, z.B. mittels Förderschnecke, deren Zuführungsrate,
z. B. mittels Niveauanzeigesensoren 23 zur Ermittlung des
Höchst-
und Tiefstandes der Pellets (hp) im Pelletspeicher 2 steuerbar
ist. Die bei der Verbrennung der Pellets hp im Verbrennungsraum 3 gebildeten
heißen
Verbrennungsabgase vag steigen durch die im wesentlichen vertikale
Verbrennungsabgasabführung 35 oberhalb
des Verbrennungsraums 3 auf. Dieselben gelangen nach Durchlauf
einer hier zweistufigen Wärmetauschereinheit 4 nach
oben und werden mittels eines oberhalb der Wärmetauschereinheit 4 angeordneten
Sauggebläses 62 angesaugt
und schließlich
an der während des
Betriebs des Ofens 100 offen gehaltenen Abzugssperrklappe 61 vorbei
durch den Abgasabzug 6 abgeführt.
-
Die
Wärmetauscheinheit 4 ist
mit zwei übereinander
angeordneten, von dem heißen
und dort zunehmend abzukühlenden
Verbrennungsabgasen vag von unten nach oben durchströmten Wärmetauschersektionen
I und II gebildet, welche beide gemeinschaftlich von – hier insgesamt
vier – sich über die
volle Länge
der ebengenannten Sektionen I und II außen erstreckenden, hier vierkantigen
Blasluftrohren 45 aus Edelstahl flankiert werden, durch
welche in dieselbe jeweils über
einen z.B. mittigen Einlass 450 unter Druck stehende Blasluft
bl für
eine damit durchzuführende
Säuberung
des Wärmetauscher-Innenraums und insbesondere
der in denselben ragenden und von den Verbrennungsabgasen intensiv
umspülten
Wärmeentzugspaneele 42 von
den sich dort absetzenden Verbrennungsabgasaschen u. dgl. Zwischen
den hier insgesamt vier – insbesondere
aus 2 ersichtlichen – Blasluftzuführungsrohren 45 sind,
also etwa von denselben flankiert, die beiden Wärmetauschersektionen I, II
angeordnet, deren jede mit – hier
nicht ganz genau sichtbaren – jeweils vier
tortenstückartig,
also etwa jeweils etwa zylindersektorförmig ausgebildeten, in den 3 und 4 näher im Detail
gezeigten Wärmetauschersegmenten 40 gebildet
ist. Diese Wärmetauschersegmente 40 weisen
in ihrem Inneren eine jeweils nach außen durch eine etwa zylindersektormantelförmige Außenwandung 402,
nach innen, also zur Verbrennungsabgasführung 35 hin, durch
eine ebenfalls zylindersektorförmige
Innenwandung 401 und jeweils seitlich durch Radialwandungen 403 umgrenzte,
von Wärmeträgermedium
wtm durchströmte
Wärmetauschkammern 41 auf.
-
Von
der soeben genannten Innenwandung 401 ragen – hier nicht
ganz detailliert sichtbare – wechselweise übereinander
angeordnete Wärmeentzugspaneele 42 nach
innen hin in die Verbrennungsabgasführung 35 oberhalb
des eigentlichen Verbrennungsraums 3.
-
Durch
die Wärmetauschkammern 41 wird das
gegebenenfalls unter Druck stehende Wärmeträgermedium wtm geführt, und
zwar so, dass beispielsweise zwei einander benachbarte Wärmetauschersegmente 40 der
Sektion I von den unteren Einströmöffnungen 47 her
mit z.B. aus einer Heizanlage zurückfließenden Wärmetauschmedium wtm versorgt werden,
welches bei den oberen Mediumsöffnungen 47 wieder
austritt und durch einen Übergangskopf 411 wieder
bei den unteren Mediumsöffnungen 47 der
beiden darüber
angeordneten, wieder einander seitlich benachbarten Wärmetauschersegmente 40 der
Sektion II eintritt, dieselben nach oben hin durchströmt und bei
deren oberen Mediumsöffnungen 47 wieder
austritt und mittels Umlenkkopf 410 zu den beiden anderen,
einander seitlich benachbarten Wärmetauschersegmenten 40 der
Sektion II gelenkt, dort oben eintretend dieselben abwärts strömt und wieder über den
schon oben genannten Übergangskopf 411 durch
die beiden anderen Wärmetauschersegmente 40 der
Sektion I der Wärmetauscheinheit 4 strömt und dieselben über die
jeweils beiden unteren Mediumsöffnungen 47 und
den dortigen Verteilerkopf 410 in Richtung Heizkörper od.
dgl. verlässt.
-
Sowohl
das Regel- und Sperrorgan 33 für die Brennluftzuführung 31 in
den Verbrennungsraum 3 als auch die Abgasabzugs-Sperrklappe 61 im
Abgasabzug 6, weiters ein nicht näher gezeigtes Schalt- und Regelorgan
für das
Verbrennungsgasabzugs-Sauggebläse 62 sowie
auch das Pelletzuführungsregelorgan 21 sind
mit einer Steuerungseinheit 7 datenflussverbunden. Soll
nun eine Säuberung
der Wärmetauschsegmente 40 und
insbesondere von deren Wärmeentzugspaneelen 42 mittels
unter Druck stehender Blasluft bl erfolgen, was üblicherweise ein bis zweimal
pro 24 Stunden günstig
ist, so sorgt diese Steuerungseinheit 7 für das Schließen der
Abgasabzugsklappe 61, des Brennluftregelorgans 33 sowie
des Pelletzuführungsregelorgans 21 und
für ein
Abschalten des Abgasabzugs-Sauggebläses 62,
sodass beim Säubern
mittels Blasluft bl kein im Ofen aufgewirbelter Staub nach außen dringen
kann.
-
Eingeschaltet
wird hingegen – nach
Abkühlung
des Verbrennungsraums 3 bzw. des gesamten Ofens 100 – durch
die Steuerungseinheit 7 ein nicht gezeigter Blasluftkompressor,
mittels welchem unter Druck stehende Blasluft bl z.B. durch Blasluftzuführungen 450 in
die hier vierkantigen Blasluftrohre 45 der Wärmetauschereinheit 4 eingebracht
wird. Die Blasluft bl gelangt von dort aus durch in die Innenkanten 452 der
Blasluftrohre 45 eingeschnittene Blasluftöffnungen 451 und
durch den Zwischenraum 44 zwischen den Radialwandungen 403 von
einander benachbarten Wärmetauschersektoren 40 in
den von den vier Wärmetauschsegmenten 40 umschlossenen
Abgasabführungs-Innenraum 35 und
zu den in denselben ragenden Wärmeentzugspaneelen 43 und
bläst unter
hohem Druck die in dem genannten Innenraum 35 und insbesondere
auf den Wärmeentzugspaneelen 42 abgelagerten
Verbrennungsabgasrückstände und
-stäube
weg, wobei dieselben aufgenebelt und teilweise in Richtung abwärts in die
Brennkammer 3 und gegebenenfalls auch in die Aschenlade 35 gelangen
können.
Der größte Teil
des bei diesem Ein- und Abblasevorgang abgetragenen und aufgewirbelten
feinen Abgasrückstandspulver
wird durch eine etwa am unteren Beginn der Wärmetauscheinheit 4 und
eine in dem Abgasabzug 6 vor der Abzugssperrklappe 61 positionierte
bzw. abgesetzte Saugleitung 301, 601, z.B. durch
einen Abscheidezyklon, abgesaugt.
-
Mittels
weiter nicht näher
gezeigten Absaugeinrichtungen können
weiters auch die Asche und die Abgasrückstände und -stäube aus der Aschenlade 35 ausgetragen
werden.
-
In
die Wärmetauschkammern 41 der
Wärmetauschersegmente 40 ragen,
ausgehend von deren Innenwandung 401 mit den anderseitig
wegragenden Wärmeentzugspaneelen 43 längsverlaufende
Wärmeübertragungsrippen 48 für einen
innigen Kontakt mit dem durch die Wärmetauschkammer 41 fließenden Wärmetauschmedium
wtm. Mittig weisen die Wärmeentzugspaneele 42 Ausnehmungen 43 auf,
welche bei jeweils vier zusammengesetzten Wärmetausch segmenten 40 insgesamt
einen hier kreisrunden Durchgangsöffnungskanal 430 für die Abgasabführung freilassen.
-
Die 3 und 4a bis 4d zeigen – bei sonst gleichbleibenden
Bezugszeichenbedeutungen – in Schrägansicht
sowie in verschiedenen weiteren Ansichten eines der Wärmetauschsegmente 40,
von welchen jeweils insgesamt vier etwa tortenstückartig seitlich aneinander
liegend aneinandergefügt
die beiden Wärmetauschsektionen
I und II bilden. Diese Wärmetauschersegmente 40 sind
vorteilhafterweise aus Gusseisen gefertigt und weisen zwischen jeweils etwa
viertelkreisförmiger
Außenwandung 402 und ebensolcher
von derselben beabstandeten Innenwandung 401 angeordnete,
etwa hohlzylindersegment-artige, vom Wärmetauschmedium durchströmbare Wärmetauschkammern 41 auf.
Innenseitig, also zur Verbrennungsabgasführung 35 hin, ragen – jeweils übereinander
im Abstand voneinander angeordnet – von der soeben genannten
Innenwandung 401 im Wesentlichen waagrecht nach innen die
Wärmeentzugspaneele 42 weg,
welche hier jeweils schräg
aufsteigend im wesentlichen linear bzw. eben sind und oberseitig
Abgasrückstands-Sammelrinnen 421 aufweisen.
Die Wärmeentzugspaneele 42 jedes der
vier Wärmetauschsegmente 40,
welche gemeinsam eine der beiden Wärmetauschersektionen I bzw. II
bilden, greifen jeweils mit ihren Seitenbereichen ineinander, so
dass etwa im Raum zwischen den oberen Endbereichen der Wärmeentzugspaneele
eines der Wärmetauschersegmente 40 der
untere Bereich der Wärmeentzugspanee le 42 des
benachbarten Wärmetauschersegments 40 angeordnet
ist.
-
Ober-
und unterseitig ist je eine verengende Krümmung des Wärmetauschsegments 40 vorgesehen,
in welche hier jeweils zwei Einlauföffnungen bzw. Auslauföffnungen
für von
bzw. zu einem wie zu 1 und 2 beschriebenen
Verteilerkopf 410 an jedem der Enden der Wärmetauscheinheit 4 bzw.
zu und von einem Übergangskopf 411 zwischen
den beiden Wärmetauscher-Sektionen I, II für Zu- und/oder
Abführung
des Wärmetauschmediums
wtm münden.
Vier solcher Wärmetauschsegmente 40 bilden
tortenstückartig
mit ihren Radialwandungen 403 seitlich aneinandergrenzend
zusammengesetzt insgesamt je eine der Wärmetauschersektionen I und
II.