EP1972853A1 - Ignition devices and their application and method for igniting a solid fuel - Google Patents
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- EP1972853A1 EP1972853A1 EP07006041A EP07006041A EP1972853A1 EP 1972853 A1 EP1972853 A1 EP 1972853A1 EP 07006041 A EP07006041 A EP 07006041A EP 07006041 A EP07006041 A EP 07006041A EP 1972853 A1 EP1972853 A1 EP 1972853A1
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- F23Q7/00—Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs
- F23Q7/02—Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs for igniting solid fuel
- F23Q7/04—Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs for igniting solid fuel with fans for transfer of heat to fuel
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft Zündeinrichtungen, umfassend ein Schutzrohr und mindestens ein elektrisches Heizelement in dem Schutzrohr, sowie deren Verwendung. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Zünden von festem Brennstoff, insbesondere zum Zünden von nachwachsenden Brennstoffen wie Pellets, Hackschnitzeln oder Scheiten aus Holz oder sonstiger Biomasse wie Mais, Getreide und dergleichen. Derartige nachwachsende Energieträger erfreuen sich in den letzten Jahren im Hinblick auf ihre ökologische Bedeutung aufgrund einer erfreulichen Kohlendioxidbilanz wachsender Beliebtheit.The invention relates to ignition devices, comprising a protective tube and at least one electric heating element in the protective tube, as well as their use. The invention further relates to a method for igniting solid fuel, in particular for igniting renewable fuels such as pellets, wood chips or logs of wood or other biomass such as corn, cereals and the like. Such renewable energy sources have become increasingly popular in recent years in view of their ecological importance due to a pleasing carbon dioxide balance.
Zündeinrichtungen der oben genannten Art sind hinreichend bekannt. So offenbart
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Zündeinrichtung und ein Verfahren zum Zünden von festem, schwer enttlammbarem Brennstoff, insbesondere nachwachsenden Brennstoffen wie Pellets, Hackschnitzeln oder Scheiten aus Holz und ähnlichem bereitzustellen, so dass das Zünden schneller erfolgen kann.It is an object of the invention to provide an ignition device and a method for igniting solid, difficult to ignite fuel, in particular renewable fuels such as pellets, wood chips or logs made of wood and the like, so that the ignition can be done faster.
Die Aufgabe wird hinsichtlich der Zündeinrichtung durch eine Zündeinrichtung gemäß Anspruch 1 oder gemäß Anspruch 3 gelöst. Die schnellere Zündung des Brennstoffs wird aufgrund einer besonders geringen Masse und/oder einer erhöhten Zündtemperatur der Zündeinrichtung erreicht.The object is achieved with regard to the ignition device by an ignition device according to claim 1 or according to
Die erste erfindungsgemäße Zündeinrichtung zum Zünden von festem Brennstoff, insbesondere zum Zünden von nachwachsenden Brennstoffen wie Pellets, Hackschnitzeln oder Scheiten aus Holz, umfasst ein Schutzrohr und mindestens ein elektrisches Heizelement in dem Schutzrohr, wobei das mindestens eine Heizelement ein keramisches Trägerrohr und mindestens einen, auf eine Keramikfolie gedruckten, elektrischen Heizleiter aufweist, wobei die Keramikfolie derart um das Trägerrohr gewickelt und mit diesem versintert ist, dass der mindestens eine Heizleiter zwischen der Keramikfolie und dem Trägerrohr angeordnet ist, wobei das Trägerrohr derart im Schutzrohr angeordnet ist, dass ein Luftstrom durch das Trägerrohr hindurch leitbar ist.The first inventive ignition device for igniting solid fuel, in particular for igniting renewable fuels such as pellets, wood chips or logs, comprising a protective tube and at least one electric heating element in the protective tube, wherein the at least one heating element, a ceramic support tube and at least one, on a ceramic film printed, electrical heating conductor, wherein the ceramic film is wound around the support tube and sintered with this, that the at least one heat conductor between the ceramic film and the support tube is arranged, wherein the support tube is arranged in the protective tube, that an air flow through the Carrier tube is passed through.
Das mindestens eine Heizelement, das in der erfindungsgemäßen ersten Zündeinrichtung enthalten ist, weist eine nur sehr geringe Masse auf, die beim Aufheizen des Heizelements besonders schnell und energiesparend erhitzt werden kann. Es können dauerhaft hohe Zündtemperaturen im Bereich von 1000°C bis 1200°C erreicht werden, so dass eine hohe Strahlungsenergie von der ersten Zündeinrichtung abgestrahlt wird und den festen Brennstoff erhitzt. Beim Hindurchleiten des Luftstroms durch das Trägerrohr des mindestens einen Heizelements erhitzt sich die Luft stark und heizt den festen Brennstoff weiter auf, sobald der erhitzte Luftstrom auf den festen Brennstoff trifft. Dies führt zu einer besonders schnellen und energiesparenden Zündung des festen Brennstoffs, wobei die Zeitspanne zur Zündung um etwa % kürzer ist als bei herkömmlichen Zündeinrichtungen. Durch die Gestaltung der Zündeinrichtung wird ein gebündelter Wärmeeintrag auf die durch die Zündeinrichtung strömende Luft erreicht, was zu einer derart großen Zündzeitverkürzung führt. So kann eine Zündung insbesondere innerhalb von etwa 30 bis 60 Sekunden erfolgen. Dadurch ist der Energieverbrauch zum Zünden des Brennstoffs und die Emission von Rauch, Ruß und Schadgasen, die z. B. beim Zünden von Holz entstehen, deutlich reduziert. Während Holz nur schwelt und nicht brennt, rußt und raucht es nämlich allgemein sehr stark.The at least one heating element, which is contained in the first ignition device according to the invention, has a very low mass, which heats up particularly quickly and energy-saving when heating the heating element can be. Permanently high ignition temperatures in the range from 1000 ° C. to 1200 ° C. can be achieved, so that a high radiation energy is radiated from the first ignition device and heats the solid fuel. When passing the air flow through the support tube of the at least one heating element, the air heats up strongly and heats up the solid fuel as soon as the heated air flow strikes the solid fuel. This leads to a particularly fast and energy-saving ignition of the solid fuel, wherein the time for ignition is about% shorter than in conventional ignition devices. The design of the ignition device, a bundled heat input is achieved on the air flowing through the ignition device, resulting in such a large Zündzeitverkürzung. In particular, ignition can take place within about 30 to 60 seconds. As a result, the energy consumption for igniting the fuel and the emission of smoke, soot and harmful gases, the z. B. arise when igniting wood, significantly reduced. While wood only smolders and does not burn, it generally smokes and smokes very strongly.
Die Verwendung eines Trägerrohres, insbesondere mit kreisringförmigem Querschnitt, zum Aufbau des mindestens einen Heizelements der ersten Zündeinrichtung garantiert eine hohe mechanische Stabilität und Festigkeit und gleichzeitig ein geringes Einbaugewicht im Vergleich zu einem massiven Zündstab. Im Vergleich zu flachen Heizelementen ist die Bruchgefahr durch die vorteilhafte rohrförmige Gestaltung des Heizelements deutlich reduziert. Auch "heiße Zonen" in der Zündeinrichtung werden durch die hohe mechanische Stabilität des Trägerrohrs geduldet, während z. B. flächige Heizelemente eine vollkommen gleichmäßige Temperaturverteilung über die Heizelementfläche erfordern.The use of a carrier tube, in particular with an annular cross-section, for the construction of the at least one heating element of the first ignition device guarantees a high mechanical stability and strength and at the same time a low installation weight in comparison to a solid ignition rod. Compared to flat heating elements, the risk of breakage is significantly reduced by the advantageous tubular design of the heating element. Even "hot zones" in the ignition device are tolerated by the high mechanical stability of the support tube while z. B. flat heating elements require a completely uniform temperature distribution over the Heizelementfläche.
Die Aufgabe wird für die Zündeinrichtung weiterhin durch eine zweite Zündeinrichtung zum Zünden von festem Brennstoff gelöst, insbesondere zum Zünden von nachwachsenden Brennstoffen wie Pellets, Hackschnitzeln oder Scheiten aus Holz, umfassend ein Schutzrohr und mindestens ein elektrisches Heizelement in dem Schutzrohr, wobei das mindestens eine Heizelement ein keramisches Trägerelement und mindestens einen, auf eine Keramikfolie gedruckten, elektrischen Heizleiter aufweist, wobei die Keramikfolie derart um das Trägerelement gewickelt und mit diesem versintert ist, dass der mindestens eine Heizleiter zwischen der Keramikfolie und dem Trägerelement angeordnet ist, wobei das Trägerelement und die Keramikfolie des mindestens einen Heizelements jeweils aus mindestens 50% Al2O3 gebildet sind, wobei das Trägerelement und die Keramikfolie weniger als 500 ppm an Verunreinigungen umfassend Alkalien (z.B. Natrium, Kalium, Lithium), Erdalkalien (z.B. Kalzium, Magnesium) und Glasphasen (z.B. SiO2) aufweisen, und wobei das mindestens eine Heizelement derart im Schutzrohr angeordnet ist, dass ein Luftstrom durch die Zündeinrichtung hindurch leitbar ist. Bevorzugt weisen das Trägerelement und die Keramikfolie weniger als 100 ppm, insbesondere weniger als 30 ppm an Verunreinigungen auf.The object is further solved for the ignition device by a second ignition device for igniting solid fuel, in particular for igniting renewable fuels such as pellets, wood chips or logs made of wood, comprising a protective tube and at least one electrical heating element in the protective tube, wherein the at least one heating element a ceramic carrier element and at least one, printed on a ceramic film, electrical heating conductor, wherein the ceramic film is wrapped around the carrier element and sintered with this, that the at least one heating conductor between the ceramic film and the carrier element is arranged, wherein the carrier element and the ceramic film each of the at least one heating element is formed from at least 50% Al 2 O 3 , the carrier element and the ceramic film containing less than 500 ppm of impurities comprising alkalis (eg sodium, potassium, lithium), alkaline earths (eg calcium, magnesium) and glass phases ( For example, SiO 2 ), and wherein the at least one heating element is arranged in the protective tube such that an air flow through the ignition device is passed through. The carrier element and the ceramic film preferably have less than 100 ppm, in particular less than 30 ppm of impurities.
Das mindestens eine Heizelement, das in der erfindungsgemäßen zweiten Zündeinrichtung enthalten ist, kann aufgrund der Auswahl von an Alkalien, Erdalkalien und Glasphasen besonders gering verunreinigtem Material zur Bildung des Trägerelements und der Keramikfolie dauerhaft bei sehr hohen Zündtemperaturen verwendet werden. Bei derart hohen Temperaturen tritt bei den üblichen, weitaus höheren Gehalten an derartigen Verunreinigungen ansonsten relativ schnell eine elektrochemische Korrosion im Übergangsbereich zwischen der heißen Zone des Heizleiters und der kälteren Zone, in welchen sich die elektrischen Zuleitungen befinden, auf, so dass ein wirtschaftlicher Langzeitbetrieb herkömmlicher Zündeinrichtungen mit Heizelementen auf Basis von Al2O3 bei Temperaturen im Bereich von 900 bis 1200°C bisher nicht möglich war. So können auch mit dieser zweiten Zündeinrichtung dauerhaft hohe Zündtemperaturen im Bereich von 900°C bis 1200°C erreicht werden, Es wird eine hohe Strahlungsenergie von der zweiten Zündeinrichtung abgestrahlt, die den festen Brennstoff schnell erhitzt. Beim Hindurchleiten eines Luftstroms durch die zweite Zündeinrichtung erhitzt sich die Luft stark und heizt den festen Brennstoff weiter auf, sobald der erhitzte Luftstrom auf den festen Brennstoff trifft. Dies führt auch hier zu einer besonders schnellen und energiesparenden Zündung des festen Brennstoffs, wobei die Zeitspanne zur Zündung auch hier um etwa % kürzer ist als bei herkömmlichen Zündeinrichtungen. So kann eine Zündung insbesondere innerhalb von etwa 30 bis 60 Sekunden erfolgen. Der Energieverbrauch zum Zünden des Brennstoffs und die Emission von Rauch, Ruß und Schadgasen, die z. B. beim Zünden von Holz entstehen, ist auch hier deutlich reduziert.The at least one heating element, which is contained in the second ignition device according to the invention can be used permanently at very high ignition temperatures due to the selection of alkali, alkaline earth and glass phases particularly low contaminated material to form the support member and the ceramic film. At such high temperatures occurs at the usual, much higher levels of such impurities otherwise relatively quickly electrochemical corrosion in the transition region between the hot zone of the heat conductor and the colder zone in which the electrical leads are on, so that a economical long-term operation of conventional ignition devices with heating elements based on Al 2 O 3 at temperatures in the range of 900 to 1200 ° C was previously not possible. Thus, even with this second ignition permanently high ignition temperatures in the range of 900 ° C to 1200 ° C can be achieved, There is a high radiant energy radiated from the second ignition device, which heats the solid fuel quickly. When passing an air flow through the second ignition means, the air heats up strongly and heats up the solid fuel as soon as the heated air flow strikes the solid fuel. Here, too, leads to a particularly fast and energy-saving ignition of the solid fuel, wherein the time period for ignition here is shorter by about% than in conventional ignition devices. In particular, ignition can take place within about 30 to 60 seconds. The energy consumption for igniting the fuel and the emission of smoke, soot and harmful gases, the z. B. arise when igniting wood, is also significantly reduced here.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Zündeinrichtungen ist der im Vergleich zu herkömmlichen Zündeinrichtungen geringere Preis aufgrund der besonders einfach möglichen Herstellung und der kompakten Einbauform. So ist das Heizelement einer Zündeinrichtung herstellbar, indem ein Heizleiter in Dickschichttechnik auf die Keramikfolie gedruckt wird, die Keramikfolie um das Trägerrohr oder Trägerelement gewickelt wird und anschließend das Heizelement durch einfaches druckloses Sintern an Luft gebildet wird. Durch die Keramikfolie ist das Heizelement nach außen elektrisch isoliert und außerdem korrosions- und oxidationsbeständig. Es weist sehr gute mechanische Festigkeits- und Härtewerte auf. Aufgrund der sehr flexiblen Dickschichttechnik können die Leistungsbereiche des Heizelements in weiten Bereichen individuell eingestellt werden. Außerdem ist diese Technik miniaturisierbar. Das mindestens eine Heizelement wird in das Schutzrohr geschoben und dort mechanisch fixiert. Die elektrische Kontaktierung des mindestens einen Heizelements wird vorzugsweise mit keramischer Gussmasse bedeckt, dadurch elektrisch isoliert und vor schädlichen Umwelteinflüssen wie Staunässe oder hoher Luftfeuchte geschützt, die beispielsweise beim Durchleiten von normaler Umgebungsluft durch eine Zündeinrichtung auftreten können. Somit wird ein Kurzschluss zwischen den elektrischen Kontakten des mindestens einen Heizelements zuverlässig vermieden. Als keramische Gussmassen eignen sich temperaturwechselbeständige Hochtemperaturkleber, die gegebenenfalls unterschiedliche thermische Ausdehnungskoefl'izienten von Heizelement(en) und Schutzrohr ausgleichen können.Another advantage of the ignition devices according to the invention is the lower price compared to conventional ignition devices due to the particularly simple production and the compact installation form. Thus, the heating element of an ignition device can be produced by a heat conductor is printed in thick-film technology on the ceramic film, the ceramic film is wrapped around the support tube or support member and then the heating element is formed by simple pressureless sintering in air. Due to the ceramic film, the heating element is electrically insulated to the outside and also resistant to corrosion and oxidation. It has very good mechanical strength and hardness values. Due to the very flexible thick-film technology, the power ranges of the heating element can be adjusted individually within wide ranges. Besides, this technique is miniaturized. The at least one heating element is pushed into the protective tube and mechanically fixed there. The electrical contacting of the at least one heating element is preferably covered with ceramic casting material, thereby electrically insulated and protected from harmful environmental influences such as waterlogging or high humidity, which may occur, for example, when passing normal ambient air through an ignition device. Thus, a short circuit between the electrical contacts of the at least one heating element is reliably avoided. Suitable ceramic casting compounds are temperature change resistant high temperature adhesives, which may possibly compensate for different thermal expansion coefficients of heating element (s) and protective tube.
Eine Verwendung der erfindungsgemäßen Zündeinrichtungen zum Zünden von festem, schwer entflammbarem Brennstoff, insbesondere zum Zünden von nachwachsenden Brennstoffen wie Pellets, Hackschnitzeln oder Scheiten aus Holz sowie von Mais, Getreide und dergleichen, ist ideal, da eine Zündung besonders schnell, schadstoffarm und energiesparend erfolgen kann.Use of the ignition devices according to the invention for igniting solid, flame-retardant fuel, in particular for igniting renewable fuels such as pellets, wood chips and logs from corn and cereals and the like, is ideal because ignition can be done very quickly, low in pollutants and energy ,
Die Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch das Verfahren nach Anspruch 14 gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Zünden von festem Brennstoff, insbesondere zum Zünden von nachwachsenden Brennstoffen wie Pellets, Hackschnitzeln oder Scheiten aus Holz, ist durch folgende Schritte gekennzeichnet:
- Anordnen einer erfindungsgemäßen Zündeinrichtung an einer Brennkammer, in welcher sich fester Brennstoff befindet, derart dass ein erstes Ende des Schutzrohrs enthaltend das mindestens eine Heizelement und den mindestens einen Heizleiter an die Brennkammer angrenzt oder in diese hineinragt;
- Erhitzen des mindestens einen elektrischen Heizelements auf eine Temperatur von mindestens 900°C, wobei ein Luftstrom durch die Zündeinrichtung hindurch geleitet und erwärmt wird; und
- Erhitzen und Zünden des festen Brennstoffs durch Beaufschlagung des Brennstoffs mit dem erwärmten Luftstrom und einer vom mindestens einen Heizelement abgegebenen Strahlungsenergie, insbesondere innerhalb einer Zeitspanne von einer Minute. Insbesondere sind Zündzeiten von nur etwa 30 Sekunden ohne weiteres möglich.
- Arranging an ignition device according to the invention on a combustion chamber in which solid fuel is located such that a first end of the protective tube containing the at least one heating element and the at least one heating conductor adjoins or projects into the combustion chamber;
- Heating the at least one electrical heating element to a temperature of at least 900 ° C, wherein an air flow is passed through the ignition device and heated; and
- Heating and igniting the solid fuel by applying the fuel with the heated air flow and a radiant energy emitted by the at least one heating element, in particular within a period of one minute. In particular, ignition times of only about 30 seconds are readily possible.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, schwer entflammbare feste Brennstoffe, wie nachwachsende Brennstoffe in Form von Pellets, Hackschnitzeln oder Scheiten aus Holz sowie Biomasse in Form von Mais, Getreide und dergleichen besonders schnell, schadstoffarm und energiesparend zu entzünden.The process according to the invention makes it possible to ignite flame-retardant solid fuels, such as renewable fuels in the form of pellets, wood chips or logs, as well as biomass in the form of corn, cereals and the like in a particularly fast, low-emission and energy-saving manner.
Zum Zünden leicht entflammbarer Brennstoffe, wie z. B. von Brenngasgemischen und gasförmigen oder flüssigen Brennstoffen sind Heizelemente der Materialkombination Al2O3/W bzw. Al2O3/Pt bereits bekannt und werden bis zu einer Temperatur von 800 °C an Luft dauerhaft eingesetzt.For igniting easily flammable fuels, such. B. of fuel gas mixtures and gaseous or liquid fuels heating elements of the material combination Al 2 O 3 / W or Al 2 O 3 / Pt are already known and are permanently used up to a temperature of 800 ° C in air.
Um derartige Heizelemente für die erfindungsgemäße erste Zündeinrichtung und somit in einem Temperaturbereich von mindestens 900°C in Luft dauerhaft nutzen zu können, ist es erforderlich, dass das Trägerrohr und insbesondere auch die Keramikfolie des mindestens einen Heizelements zu mindestens 50 % aus Al2O3 gebildet sind, wobei das Trägerrohr und insbesondere auch die Keramikfolie im Hinblick auf eine optimale Haltbarkeit des Heizelements weniger als 500 ppm an Verunreinigungen umfassend Alkalien (z.B. Natrium, Kalium, Lithium), Erdalkalien (z.B. Kalzium, Magnesium) und Glasphasen (z.B.In order to permanently use such heating elements for the first ignition device according to the invention and thus in a temperature range of at least 900 ° C in air, it is necessary that the support tube and in particular the ceramic foil of the at least one heating element to at least 50% Al 2 O 3 are formed, wherein the support tube and in particular the ceramic film with respect to an optimal durability of the heating element less than 500 ppm of impurities comprising alkalis (eg sodium, potassium, lithium), alkaline earths (eg calcium, magnesium) and glass phases (eg
SiO2) aufweisen. Bevorzugt weisen das Trägerrohr und die Keramikfolie weniger als 100 ppm, insbesondere weniger als 30 ppm an Verunreinigungen auf.SiO 2 ). The carrier tube and the ceramic foil preferably have less than 100 ppm, in particular less than 30 ppm of impurities.
Es hat sich insbesondere als vorteilhaft erwiesen, wenn das Trägerrohr oder das Trägerelement und die Keramikfolie des mindestens einen Heizelements jeweils vollständig aus Al2O3 gebildet sind, wobei das Al2O3 weniger als 500 ppm an Verunreinigungen umfassend Alkalien (z.B. Natrium, Kalium, Lithium), Erdalkalien (z.B. Kalzium, Magnesium) und Glasphasen (z.B. SiO2) aufweist. Zur Stabilisierung des Al2O3 - Korngefüges, insbesondere zur Vermeidung von Riesenkomwachstum, ist ein MgO-Gehalt bis zu 300 ppm tolerierbar.It has proved particularly advantageous if the carrier tube or the carrier element and the ceramic foil of the at least one heating element are each formed completely from Al 2 O 3 , wherein the Al 2 O 3 less than 500 ppm of impurities comprising alkalis (eg sodium, potassium , Lithium), alkaline earths (eg calcium, magnesium) and glass phases (eg SiO 2 ). In order to stabilize the Al 2 O 3 grain structure, in particular to avoid gigantism growth, an MgO content of up to 300 ppm is tolerable.
Das in Kombination dazu eingesetzte Heizleitermaterial ist bevorzugt glasphasenfrei und weist ebenso geringe Mengen an Alkalien oder Erdalkalien auf. Es wird erreicht, dass die Zündeinrichtung dauerhaft und zuverlässig bei Temperaturen oberhalb 900°C betrieben werden kann, ohne dass es zu einer elektrochemischen Korrosion im Bereich der Kontaktierung des Heizleiters kommt. Somit ist ein Betrieb eines Heizelements mit einem Trägerrohr bzw. Trägerelement und einer Keramikfolie aus Al2O3 bei 1000°C unter Gleichspannung oder bis zu 1200°C unter Wechselspannung dauerhaft möglich.The heat conductor material used in combination is preferably glass phase-free and also has small amounts of alkalis or alkaline earths. It is achieved that the ignition device can be permanently and reliably operated at temperatures above 900 ° C, without causing electrochemical corrosion in the contacting of the heating element. Thus, an operation of a heating element with a support tube or support member and a ceramic foil of Al 2 O 3 at 1000 ° C under DC voltage or up to 1200 ° C under AC voltage permanently possible.
Es hat sich bewährt, wenn das Trägerelement der zweiten Zündeinrichtung als ein Trägerstab, insbesondere mit kreisförmigem Querschnitt, ausgebildet und das mindestens eine Heizelement derart im Schutzrohr angeordnet ist, dass es von Luft umströmbar ist.It has proven useful if the carrier element of the second ignition device is designed as a carrier rod, in particular with a circular cross section, and the at least one heating element is arranged in the protective tube such that air can flow around it.
Es hat sich weiterhin bewährt, wenn das Trägerelement der zweiten Zündeinrichtung als ein Trägerrohr, insbesondere mit kreisringförmigem Querschnitt, ausgebildet ist und derart im Schutzrohr angeordnet ist, dass ein Luftstrom durch das Trägerrohr hindurch leitbar istIt has also proven useful if the carrier element of the second ignition device is designed as a carrier tube, in particular with an annular cross-section, and is arranged in the protective tube such that an air flow through the carrier tube can be conducted
Es hat sich bewährt, wenn das Trägerrohr eines Heizelements der ersten oder zweiten Zündeinrichtung einen Innendurchmesser im Bereich von 5 bis 35 mm aufweist. Der durch das Trägerrohr hindurch leitbare Luftstrom ist dadurch ausreichend groß und wird zudem schnell und zuverlässig auf hohe Temperaturen erhitzt.It has proven useful if the support tube of a heating element of the first or second ignition device has an inner diameter in the range of 5 to 35 mm. The air flow which can be conducted through the carrier tube is therefore sufficiently large and is also heated quickly and reliably to high temperatures.
Dabei hat es sich bewährt, wenn ein Luftstrom im Bereich von 5 bis 100000 cm3/min durch eine erfindungsgemäße Zündeinrichtung hindurch geleitet wird. Die optimale Menge an hindurch zu leitender Luft kann im Hinblick auf die jeweiligen örtlichen Gegebenheiten in einfacher Weise experimentell ermittelt werden.It has proven useful if an air flow in the range of 5 to 100000 cm 3 / min is passed through an ignition device according to the invention. The optimum amount of air to be passed through can easily be determined experimentally with regard to the respective local conditions.
Im Trägerrohr eines Heizelements und/oder zwischen dem Schutzrohr und dem mindestens einem Heizelement können weiterhin Leitbleche oder andere, die Luftströmung in eine bestimmte Richtung lenkende Einbauten angeordnet sein, welche die Verweilzeit des Luftstroms in der Zündeinrichtung verlängern. So kann beispielsweise mittels eines Leitblechs der Luftstrom spiralförmig durch ein Trägerrohr geführt und somit noch stärker erhitzt werden.In the support tube of a heating element and / or between the protective tube and the at least one heating element further baffles or other, the air flow in a certain direction directing internals may be arranged, which extend the residence time of the air flow in the ignition device. Thus, for example, by means of a guide plate, the air flow can be guided spirally through a carrier tube and thus heated even more.
Es ist bevorzugt, wenn mindestens zwei Heizelemente im Schutzrohr angeordnet sind, so dass die Heizleistung erhöht ist und die erforderliche Zündtemperatur noch schneller erreicht werden kann. Auf diese Weise lassen sich auch besonders schwer entflammbare Brennstoffe, wie z. B. Hackschnitzel mit hoher Feuchte, ausschließlich durch den heißen Luftstrom entzünden.It is preferred if at least two heating elements are arranged in the protective tube, so that the heating power is increased and the required ignition temperature can be reached even faster. Let that way also particularly flame retardant fuels such. B. Wood chips with high humidity, ignite exclusively by the hot air flow.
Insbesondere ist es bevorzugt, im Schutzrohr drei oder mehr Heizelemente anzuordnen. Dabei werden im Hinblick auf eine einfache und unkomplizierte Ansteuerung der Zündeinrichtung vorzugsweise gleiche Heizelemente im Schutzrohr eingesetzt. Allerdings ist es auch möglich, unterschiedliche Heizelemente, beispielsweise im Hinblick auf das Heizfeitermaterial, einzusetzen. So können bei Verwendung unterschiedlicher Heizleitermaterialien die unterschiedlichen Temperaturkoeffizienten der Materialien ausgenutzt werden, um ein bestimmtes Temperatur-Zeit-Profil beim Erhitzen der Zündeinrichtung einzustellen,In particular, it is preferable to arrange three or more heating elements in the protective tube. In this case, in view of a simple and uncomplicated control of the ignition preferably equal heating elements are used in the protective tube. However, it is also possible to use different heating elements, for example with regard to the Heizfeitermaterial. Thus, when using different Heizleitermaterialien the different temperature coefficients of the materials can be exploited to set a specific temperature-time profile when heating the ignition device,
Es hat sich bewährt, wenn das Schutzrohr und/oder das Trägerrohr des mindestens einen Heizelements oder die Trägerrohre der mindestens zwei Heizelemente mit einem Gebläse verbunden ist/sind. Ein derartiges Gebläse erzeugt den gewünschten Luftstrom durch die Zündeinrichtung hindurch in Richtung Brennkammer. Allerdings kann der Luftstrom beispielsweise auch dadurch erzeugt werden, dass Luft aus der Brennkammer abgesaugt wird und gleichzeitig ein freier Zutritt von Luft durch das Schutzrohr und/oder die Trägerrohre hindurch in die Brennkammer ermöglicht wird.It has proven useful if the protective tube and / or the carrier tube of the at least one heating element or the carrier tubes of the at least two heating elements is / are connected to a fan. Such a fan generates the desired air flow through the ignition device in the direction of the combustion chamber. However, the air flow can also be generated, for example, by sucking air out of the combustion chamber and at the same time allowing free access of air through the protective tube and / or the carrier tubes into the combustion chamber.
Weiterhin hat es sich bewährt, wenn mehrere Heizelemente, jeweils mit einem Trägerrohr, strömungstechnisch in Reihe nacheinander geschaltet sind, so dass der Luftstrom das Trägerrohr eines ersten Heizelements durchströmt und anschließend noch mindestens ein weiteres Trägerrohr eines zweiten Heizelements durchströmt, bevor der erwärmte Luftstrom aus der Zündeinrichtung austritt. Ein Trägerstab eines Heizelements kann mit einem System an U-förmigen Kanälen versehen sein, die zumindest einen Teil des Luftstroms einströmen und am gleichen Ende des Trägerstabes wieder ausströmen lassen, um anschließend zwischen dem Schutzrohr und dem mindestens einen Heizelement in Richtung Brennkammer zu strömen,Furthermore, it has proven useful if several heating elements, each with a support tube, are fluidly connected in series, so that the air flow flows through the support tube of a first heating element and then at least another carrier tube of a second heating element flows through before the heated air flow from the Ignition device exits. A support rod of a heating element can with a System be provided on U-shaped channels, which flow at least a portion of the air flow and at the same end of the support rod to flow out again, then to flow between the protective tube and the at least one heating element in the direction of the combustion chamber,
Wird ein Heizelement mit einem durchströmbaren Trägerrohr verwendet, so hat es sich bewährt, wenn dieses derart im Schutzrohr angeordnet ist, dass es weiterhin von Luft weitgehend umströmbar ist. Bei einer derartigen Anordnung strömt somit ein Luftstrom durch das jeweilige Trägerrohr und weiterhin ein Luftstrom im Zwischenraum zwischen Schutzrohr und dem mindestens einen Heizelement. Die abstrahlende Oberfläche ist somit vergrößert. Beide Luftströme erhitzen sich am mindestens einen Heizelement und treffen auf den zu entflammenden Brennstoff.If a heating element with a flow-through support tube is used, then it has proven useful if it is arranged in the protective tube in such a way that air can still largely flow around it. In such an arrangement thus flows an air flow through the respective support tube and further an air flow in the space between the protective tube and the at least one heating element. The radiating surface is thus enlarged. Both air streams heat up at least one heating element and meet the fuel to be ignited.
Es ist aber genauso möglich, dass der Zwischenraum zwischen dem mindestens einen, ein durchströmbares Trägerrohr aufweisenden Heizelement und dem Schutzrohr mit einem wärmeisolierenden Material ausgefüllt ist. Der Wärmeeintrag ins Innere des jeweiligen Trägerrohrs und damit auf die hindurch strömende Luft wird dadurch nochmals erhöht. Es resultiert eine Erhöhung der Temperatur im Trägerrohr um bis zu 300°C im Vergleich zu einer Ausführung ohne wärmeisolierendes Material. Als wärmeisolierendes Material haben sich insbesondere Fasermatten, poröse Leichtbausteine oder Keramik, Vakuumformteile und dergleichen bewährt.But it is equally possible that the space between the at least one, a flow-through support tube having heating element and the protective tube is filled with a heat-insulating material. The heat input into the interior of the respective support tube and thus to the air flowing through it is further increased. The result is an increase in the temperature in the support tube by up to 300 ° C compared to a version without heat-insulating material. As heat-insulating material in particular fiber mats, porous lightweight bricks or ceramic, vacuum moldings and the like have proven.
Vorzugsweise ist der mindestens eine Heizleiter des mindestens einen Heizelements aus einem Refraktärmetall, wie Wolfram, Platin, Molybdän oder Molybdändisilizid, aus einem elektrisch leitfähigen Keramik-Metall-Komposit oder aus einem elektrisch leitfähigen Keramikmaterial gebildet. Durch den positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstands von beispielsweise Wolfram oder Platin ist ein damit gebildetes Heizelement quasi selbstbegrenzend. Keramik-Metall-Komposite bzw. Mischungen aus Keramik- und Metallpulvem, wie beispielsweise Mischungen von 60 Vol,-% Al2O3 -Pulver mit 40 Vol.-% Wolfram-, Molybdän- oder Platinpulver, haben sich zur Bildung eines Heizleiters bewährt. Im Hinblick auf die Lebensdauer der Zündeinrichtung ist insbesondere ein glasphasenfreies Heizleitermaterial mit besonders geringem Gehalt (insbesondere < 100 ppm) an Alkalien und Erdalkalien bevorzugt.The at least one heating conductor of the at least one heating element is preferably formed from a refractory metal, such as tungsten, platinum, molybdenum or molybdenum disilicide, from an electrically conductive ceramic-metal composite or from an electrically conductive ceramic material. By the positive temperature coefficient of resistance of, for example, tungsten or platinum, a heating element thus formed quasi self-limiting. Ceramic-metal composites or mixtures of ceramic and Metallpulvem, such as mixtures of 60 vol .-% Al 2 O 3 powder with 40 vol .-% tungsten, molybdenum or platinum powder, have proven to form a heat conductor , With regard to the life of the ignition device, in particular a glass-phase-free heating conductor material having a particularly low content (in particular <100 ppm) of alkalis and alkaline earths is preferred.
Der Heizleiter bzw. seine heiße Zone erstreckt sich vorzugsweise über mehr als die Hälfte der Länge des jeweiligen Heizelements.The heating conductor or its hot zone preferably extends over more than half the length of the respective heating element.
Es hat sich bewährt, wenn das Schutzrohr aus einem Metall oder einer Metall-Legierung, insbesondere mit einer Einsatztemperatur im Bereich von 900 bis 1200°C gebildet ist. Insbesondere eignen sich nicht-rostende Cr-Stähle, Warmarbeitsstähle oder hitzebeständige Stähle als Material für das Schutzrohr. Zwar ist auch die Verwendung eines keramischen Schutzrohrs möglich, jedoch weisen keramische Schutzrohre eine höhere Bruchanfälligkeit und zudem üblicherweise eine höhere Masse auf, die sich gegebenenfalls negativ auf die erreichbare Zündgeschwindigkeit auswirkt.It has proven useful if the protective tube is formed of a metal or a metal alloy, in particular with an operating temperature in the range of 900 to 1200 ° C. In particular, non-corrosive Cr steels, hot work steels or heat resistant steels are suitable as the material for the thermowell. Although the use of a ceramic protective tube is possible, but ceramic protective tubes have a higher susceptibility to breakage and also usually a higher mass, which may have a negative effect on the achievable ignition speed.
Zum Erreichen einer schnellen Zündung des Brennstoffs hat sich bewährt, wenn das mindestens eine elektrische Heizelement auf eine Temperatur im Bereich von 1000 bis 1200°C erhitzt wird. Kurzzeitig können Temperaturen an der Zündeinrichtung bis zu 1400°C erreicht werden. Dabei ist insbesondere ein Wechselstrom betrieb des mindestens einen Heizelements bevorzugt, um eine hohe Lebensdauer des Heizelements zu gewährleisten.To achieve a rapid ignition of the fuel has proven effective when the at least one electric heating element is heated to a temperature in the range of 1000 to 1200 ° C. Temperatures at the ignition device can be reached up to 1400 ° C for a short time. In particular, an AC operation of the at least one heating element is preferred in order to ensure a long service life of the heating element.
Es hat sich bewährt, wenn das erste Ende des Schutzrohrs, enthaltend das mindestens eine Heizelement und den mindestens einen Heizleiter, möglichst nahe am zu zündenden Brennstoff angeordnet wird. Insbesondere hat es sich bewährt, wenn der Abstand zwischen Brennstoff und Zündeinrichtung ≤ 1 cm gewählt wird oder die Zündeinrichtung sogar in den festen Brennstoff eintauchend angeordnet wird. In diesem Fall zündet der Brennstoff noch schneller, als wenn ein Abstand zwischen Brennstoff und Zündeinrichtung vorhanden ist.It has proven useful if the first end of the protective tube, containing the at least one heating element and the at least one heating conductor, is arranged as close as possible to the fuel to be ignited. In particular, it has proven useful if the distance between the fuel and the ignition device ≤ 1 cm is selected or the ignition device is even immersed immersed in the solid fuel. In this case, the fuel ignites even faster than if a distance between the fuel and ignition device is present.
Das erste Ende des Schutzrohrs, enthaltend das mindestens eine Heizelement und den mindestens einen Heizleiter, kann nach dem Zünden des festen Brennstoffs automatisch aus oder von der Brennkammer entfernt werden. Das Zündelement kann aber nach Zünden des Brennstoffs auch in oder an der Brennkammer verbleiben. Auf die Lebensdauer der Zündeinrichtung hat ein Verbleiben in oder an der Brennkammer, wobei Verbrennungsgase in das Schutzrohr eintreten können, keinen wesentlichen negativen Einfluss.The first end of the protective tube containing the at least one heating element and the at least one heating conductor may be automatically removed from or from the combustion chamber after the solid fuel has been ignited. However, the ignition element may also remain in or on the combustion chamber after ignition of the fuel. On the life of the ignition device has a remaining in or on the combustion chamber, which combustion gases can enter the protective tube, no significant negative impact.
Die
- Figur 1a
- eine Zündeinrichtung im Längsschnitt;
- Figur 1 b
- die Zündeinrichtung aus
Figur 1 a im Querschnitt A - A'; Figur 2- im Schnittbild eine in eine Brennkammer eingebaute Zündeinrichtung;
Figur 3- im Schnittbild eine weitere in eine Brennkammer eingebaute Zündeinrichtung;
Figur 4- eine Zündeinrichtung mit drei Heizelementen im Querschnitt; und
Figur 5- eine weitere Zündeinrichtung mit drei Heizelementen im Querschnitt.
- FIG. 1a
- an ignition device in longitudinal section;
- Figure 1 b
- the ignition from
FIG. 1 a in cross section A - A '; - FIG. 2
- in the sectional view of a built-in combustion chamber ignition device;
- FIG. 3
- in the sectional view of another built in a combustion chamber ignition device;
- FIG. 4
- an ignition device with three heating elements in cross section; and
- FIG. 5
- another ignition device with three heating elements in cross section.
Die in den Figuren dargestellten Zündeinrichtungen und deren Einbausituation sind nur beispielhaft aus einer Fülle von weiteren Ausführungsmöglichkeiten gewählt. Der Fachmann ist in Kenntnis der erfindungsgemäßen Zündeinrichtung ohne weiteres in der Lage, eine Anpassung der Zündvorrichtung an die örtlichen Einsatzgegebenheiten und den Einsatzzweck vorzunehmen, ohne dabei erfinderisch tätig zu werden.The ignition devices shown in the figures and their installation situation are chosen only by way of example from a wealth of other possible embodiments. The expert is aware of the ignition device according to the invention readily able to make an adjustment of the ignition device to the local conditions of use and the purpose, without being inventive act.
Claims (19)
dadurch gekennzeichnet,
dass das mindestens eine Heizelement (3) ein keramisches Trägerrohr (3a) und mindestens einen, auf eine Keramikfolie (3b) gedruckten, elektrischen Heizleiter (4) aufweist, wobei die Keramikfolie (3b) derart um das Trägerrohr (3a) gewickelt und mit diesem versintert ist, dass der mindestens eine Heizleiter (4) zwischen der Keramikfolie (3b) und dem Trägerrohr (3a) angeordnet ist, wobei das Trägerrohr (3a) derart im Schutzrohr (2) angeordnet ist, dass ein Luftstrom durch das Trägerrohr (3a) hindurch leitbar ist.Ignition device (1) for igniting solid fuel (8), in particular for igniting wood pellets, wood chips or logs, comprising a protective tube (2) and at least one electrical heating element (3) in the protective tube (2),
characterized,
that the at least one heating element (3) printed, a ceramic carrier tube (3a) and at least one, a ceramic film (3b), electrical heating conductor (4), wherein the ceramic film (3b) in such a way around the carrier tube (3a) is wound, and with this is sintered, that the at least one heat conductor (4) between the ceramic film (3b) and the support tube (3a) is arranged, wherein the support tube (3a) is arranged in the protective tube (2), that an air flow through the support tube (3a) can be passed through.
dadurch gekennzeichnet,
dass das Trägerrohr (3a) und die Keramikfolie (3b) des mindestens einen Heizelements (3) jeweils aus mindestens 50% Al2O3 gebildet sind, wobei das Trägerrohr (3a) und die Keramikfolie (3b) weniger als 500 ppm an Verunreinigungen umfassend Alkalien, Erdalkalien und Glasphasen aufweisen.Ignition device according to claim 1,
characterized,
that the carrier tube (3a) and the ceramic film (3b) of the at least one heating element (3) are each formed of at least 50% Al 2 O 3, wherein the carrier tube (3a) and the ceramic film (3b) comprising less than 500 ppm of impurities Alkalis, alkaline earths and glass phases respectively.
dadurch gekennzeichnet,
dass das mindestens eine Heizelement (3) ein keramisches Trägerelement und mindestens einen, auf eine Keramikfolie (3b) gedruckten, elektrischen Heizleiter (4) aufweist, wobei die Keramikfolie (3b) derart um das Trägerelement gewickelt und mit diesem versintert ist, dass der mindestens eine Heizleiter (4) zwischen der Keramikfolie (3b) und dem Trägerelement angeordnet ist, wobei das Trägerelement und die Keramikfolie (3b) des mindestens einen Heizelements (3) jeweils aus mindestens 50% Al2O3 gebildet sind, wobei das Trägerelement und die Keramikfolie (3b) weniger als 500 ppm an Verunreinigungen umfassend Alkalien, Erdalkalien und Glasphasen aufweisen, und wobei das mindestens eine Heizelement (3) derart im Schutzrohr (2) angeordnet ist, dass ein Luftstrom durch die Zündeinrichtung (1) hindurch leitbar ist.Ignition device (1) for igniting solid fuel (8), in particular for igniting wood pellets, wood chips or logs, comprising a protective tube (2) and at least one electrical heating element (3) in the protective tube (2),
characterized,
in that the at least one heating element (3) has a ceramic carrier element and at least one electrical heating conductor (4) printed on a ceramic film (3b), wherein the ceramic film (3b) is wound around and sintered with the carrier element such that the at least a heating conductor (4) is arranged between the ceramic film (3b) and the carrier element, wherein the carrier element and the ceramic film (3b) of the at least one heating element (3) are each formed from at least 50% Al 2 O 3 , wherein the carrier element and the Ceramic film (3b) less than 500 ppm of impurities comprising alkalis, alkaline earths and glass phases, and wherein the at least one heating element (3) in the protective tube (2) is arranged so that an air flow through the ignition device (1) can be passed therethrough.
dadurch gekennzeichnet,
dass das Al2O3 weniger als 100 ppm, insbesondere weniger als 30 ppm an Verunreinigungen aufweist.Ignition device according to claim 2 or 3,
characterized,
that the Al 2 O 3 less than 100 ppm, especially less than 30 ppm of impurities.
dadurch gekennzeichnet,
dass das Trägerelement als ein Trägerstab ausgebildet und dass das mindestens eine Heizelement (3) derart im Schutzrohr angeordnet ist, dass es von Luft umströmbar ist.Ignition device according to claim 3 or 4,
characterized,
that the carrier element is designed as a carrier rod and that the at least one heating element (3) is arranged in the protective tube, that it can be flowed around by air.
dadurch gekennzeichnet,
dass das Trägerelement als ein Trägerrohr (3a) ausgebildet ist und derart im Schutzrohr (2) angeordnet ist, dass ein Luftstrom durch das Trägerrohr (3a) hindurch leitbar ist.Ignition device according to claim 3 or 4,
characterized,
that the carrier element as a carrier tube (3a) is formed and arranged in the protective tube (2) that an air current through the carrier tube (3a) can be passed therethrough.
dadurch gekennzeichnet,
dass das Trägerrohr (3a) einen Innendurchmesser im Bereich von 3 bis 35 mm aufweist.Ignition device according to one of claims 1, 2 or 6,
characterized,
that the carrier tube (3a) has an internal diameter in the range of 3 to 35 mm.
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens zwei Heizelemente (3) im Schutzrohr (2) angeordnet sind.Ignition device according to one of claims 1 to 7,
characterized,
in that at least two heating elements (3) are arranged in the protective tube (2).
dadurch gekennzeichnet,
dass das Schutzrohr (2) und/oder das Trägerrohr (3a) des mindestens einen Heizelements (3) oder die Trägerrohre (3a) der mindestens zwei Heizelemente (3), mit einem Gebläse verbunden ist/sind.Ignition device according to one of claims 1 to 8,
characterized,
in that the protective tube (2) and / or the carrier tube (3a) of the at least one heating element (3) or the carrier tubes (3a) of the at least two heating elements (3) is / are connected to a fan.
dadurch gekennzeichnet,
dass das mindestens eine Heizelement (3) derart im Schutzrohr (2) angeordnet ist, dass es weiterhin von Luft umströmbar ist.Ignition device according to one of claims 1 to 4 or 5 to 9,
characterized,
in that the at least one heating element (3) in the protective tube (2) is arranged that it is still flowed around by air.
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Zwischenraum (6) zwischen dem mindestens einen Heizelement (3) und dem Schutzrohr (2) mit einem wärmeisolierenden Material (9) ausgefüllt ist.Ignition device according to one of claims 1, 2, 6 or 8,
characterized,
that an intermediate space (6) between the at least one heating element (3) and the protective tube (2) with a heat insulating material (9) is filled.
dadurch gekennzeichnet,
dass der mindestens eine Heizleiter (4) aus einem Refraktärmetall, insbesondere aus Wolfram, Platin, Molybdän oder Molybdändisilizid, aus einem elektrisch leitfähigen Keramik-Metall-Komposit oder aus einem elektrisch leitfähigen Keramikmaterial gebildet ist.Ignition device according to one of claims 1 to 11,
characterized,
the at least one heating conductor (4) is formed of a refractory metal, in particular from tungsten, platinum, molybdenum or molybdenum disilicide, from an electrically conductive ceramic-metal composite or from an electrically conductive ceramic material.
dadurch gekennzeichnet,
dass das Schutzrohr (2) aus einem Metall oder einer Metall-Legierung gebildet ist.Ignition device according to one of claims 1 to 12,
characterized,
in that the protective tube (2) is formed from a metal or a metal alloy.
dadurch gekennzeichnet,
dass das mindestens eine elektrische Heizelement (3) auf eine Temperatur im Bereich von 900 bis 1200°C erhitzt wird.Method according to claim 94,
characterized,
that the at least one electric heating element (3) is heated to a temperature in the range of 900 to 1200 ° C.
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Luftstrom im Bereich von 5 bis 100000 cm3/min durch die Zündeinrichtung (1) hindurch in die Brennkammer (7) geleitet wird.Method according to one of claims 14 or 15,
characterized,
that an air flow in the range of 5 to 100000 cm 3 / min is passed through the ignition device (1) into the combustion chamber (7).
dadurch gekennzeichnet,
dass das erste Ende des Schutzrohrs (2), enthaltend das mindestens eine Heizelement (3) und den mindestens einen Heizleiter (4), in den festen Brennstoff (8) eintauchend angeordnet wird.Method according to one of claims 14 to 16,
characterized,
in that the first end of the protective tube (2) containing the at least one heating element (3) and the at least one heating conductor (4) is placed immersed in the solid fuel (8).
dadurch gekennzeichnet,
dass das erste Ende des Schutzrohrs (2), enthaltend das mindestens eine Heizelement (3) und den mindestens einen Heizleiter (4), nach dem Zünden des festen Brennstoffs (8) automatisch von oder aus der Brennkammer (7) entfernt wird.Method according to one of claims 14 to 17,
characterized,
in that the first end of the protective tube (2) containing the at least one heating element (3) and the at least one heating conductor (4) after ignition the solid fuel (8) is automatically removed from or from the combustion chamber (7).
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