EP2530421B1

EP2530421B1 - Method for reducing fuel deposits on a heat exchanger

Info

Publication number: EP2530421B1
Application number: EP12169030.9A
Authority: EP
Inventors: Soeren Pfitzer; Dietmar Steiner; Datong Wu; Pedro Da Silva
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-05-30
Filing date: 2012-05-23
Publication date: 2017-09-20
Anticipated expiration: 2032-05-23
Also published as: EP2530421A3; DE102011102811A1; EP2530421A2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung von Brennstoffablagerungen an einem Wärmetauscher, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a method for reducing fuel deposits on a heat exchanger, according to the preamble of claim 1.

Verbrennungsheizanlagen mit Wärmekraftmaschinen sind aus dem Stand der Technik bekannt, um thermische Energie in mechanische Energie umzuwandeln. Dabei werden die gewöhnlich als externe Verbrennungsmotoren (z. B. ein Stirlingmotor) ausgebildeten Wärmekraftmaschinen zum Beispiel für Mikro-Kraftwärmekopplungsanwendungen (KWK-Anlagen) eingesetzt. Ein solcher externer Verbrennungsmotor lässt sich auch mit erneuerbaren Energien betreiben. Die Biomasse-Verbrennung (z. B. eine Pellet-Verbrennung) spielt hierbei eine wichtige Rolle.Combustion heat engines with heat engines are known in the art to convert thermal energy into mechanical energy. In this case, the heat engines usually designed as external combustion engines (eg a Stirling engine) are used, for example, for micro cogeneration applications (CHP plants). Such an external combustion engine can also be operated with renewable energies. Biomass combustion (eg pellet combustion) plays an important role here.

Um thermische Energie zu erzeugen und in mechanische Energie umzuwandeln, ist wenigstens ein Wärmetauscher vorgesehen, der in einem Strömungskanal von einem heißen Rauchgasstrom umströmt wird, wodurch eine Wärmeübertragung vom Rauchgasstrom auf den Wärmetauscher erfolgt.To generate thermal energy and convert it into mechanical energy, at least one heat exchanger is provided, which is flowed around in a flow channel of a hot flue gas stream, whereby a heat transfer from the flue gas stream to the heat exchanger takes place.

Allgemein kann eine Wärmeübertragung mittels Konvektion, Wärmeleitung (Konduktion) und Wärmestrahlung (Radiation) erfolgen. Unter Konvektion ist ein Transport von erwärmten Teilchen von einer Wärmequelle (zum Beispiel Brenner) zu einer Wärmesenke (zum Beispiel Wärmetauscher) zu verstehen. Die Wärmeübertragungsleistung auf den Wärmetauscher ist sehr hoch. Zu einer Wärmeleitung kommt es aufgrund einer Temperaturdifferenz, die insbesondere durch Gitterschwingungen zu einem Wärmefluss innerhalb eines Materials ohne einen Transport von Teilchen führt. Sie kann nicht durch einen luftleeren Raum erfolgen, da hier keine Materiestrukturen (Gitterstrukturen) vorhanden sind. Wärmestrahlung (Flammstrahlung und Festkörperstrahlung) hingegen ist eine elektromagnetische Strahlung, die auch eine Wärmeübertragung durch ein Vakuum erlaubt. Sie verlangt lediglich die Möglichkeit zur Ausbreitung von elektromagnetischen Wellen.In general, a heat transfer by means of convection, heat conduction (conduction) and heat radiation (radiation) take place. By convection is meant a transport of heated particles from a heat source (eg burner) to a heat sink (eg heat exchanger). The heat transfer performance to the heat exchanger is very high. Thermal conduction occurs due to a temperature difference which, in particular due to lattice vibrations, leads to heat flow within a material without transport of particles. It can not be done through a vacuum, since there are no material structures (lattice structures). Heat radiation (flame radiation and solid state radiation), on the other hand, is electromagnetic radiation that also allows heat transfer through a vacuum. It only requires the possibility of propagation of electromagnetic waves.

Bei einer Verbrennung in einer Verbrennungseinrichtung, z. B. ein Brenner in einer Brennkammer, werden neben der Wärme unter anderem gasförmige und/oder staubförmige, organische oder anorganische Komponenten (mineralische Aerosole) aus dem Brennstoff freigesetzt, die gemeinsam mit dem Verbrennungsabgas den Rauchgasstrom bilden. An dem umströmten Wärmetauscher, der beispielsweise als Stirling-Erhitzerkopf eines Stirlingmotors ausgebildet sein kann, setzen sich diese Partikel ab, beispielsweise als K₂O, CaO, K₂SO₄, K₂CO₃. Aufgrund der Partikelablagerungen kann ein Verschmutzungsproblem am Wärmetauscher und infolgedessen eine verschlechterte Wärmeübertragung auftreten und der Wirkungsgrad des Wärmetauschers (der KWK-Anwendung) kann nach kurzer Betriebszeit stark abnehmen. Besonders kritisch ist hierbei der Einsatz von Biomasse (z.B. Pellets) als Brennstoff, da diese vor allem bei einem Start und einem Stopp der Verbrennung (Brennerstart, Brennerstopp) sehr viele anorganische Partikel freisetzt.In a combustion in a combustion device, for. As a burner in a combustion chamber, in addition to the heat, inter alia, gaseous and / or dust-like, organic or inorganic components (mineral aerosols) released from the fuel, which together with the combustion exhaust gas Form flue gas stream. At the flow around the heat exchanger, which may be formed, for example, as a Stirling heater head of a Stirling engine, these particles settle, for example as K ₂ O, CaO, K ₂ SO ₄ , K ₂ CO ₃ . Due to the particulate deposits, a problem of fouling on the heat exchanger and, consequently, deteriorated heat transfer can occur, and the efficiency of the heat exchanger (the CHP application) may decrease sharply after a short period of operation. Particularly critical here is the use of biomass (eg pellets) as a fuel, since it releases a large number of inorganic particles, especially at a start and stop the combustion (burner start, burner stop).

Bei Geräten mit hoher Leistung, so zum Beispiel bei DE 10 2006 001 299 A1 , wird eine Strömungsgeschwindigkeit des Rauchgasstroms so weit erhöht, dass Ablagerungen am Wärmetauscher reduziert werden. Dafür wird ein leistungsstarkes Gebläse eingesetzt, was zu einem hohen Eigen-Stromverbrauch der Verbrennungseinrichtung führt. Bei Geräten mit kleiner Leistung, z. B. etwa 1 kW, ist diese Lösung wegen des hohen Stromverbrauchs nicht wirtschaftlich praktikabel. Hinzu kommen Schwingungs- und Geräuschprobleme, wodurch Materialermüdungen auftreten können und die Lösung nicht für geräuschsensible Aufstellungsorte geeignet ist.For devices with high performance, such as at DE 10 2006 001 299 A1 , a flow rate of the flue gas stream is increased so much that deposits on the heat exchanger can be reduced. For a powerful blower is used, resulting in a high self-power consumption of the combustion device. For devices with low power, z. B. about 1 kW, this solution is not economically feasible because of the high power consumption. In addition, there are vibration and noise problems, which can cause material fatigue and the solution is not suitable for noise sensitive sites.

Andere Ausgestaltungen sehen eine indirekte Beheizung eines Wärmetauschers vor. Hier erfolgt die Wärmeübertragung von dem Rauchgasstrom auf den Wärmetauscher ausschließlich über Konduktion und Wärmestrahlung. Es gibt keine direkte Berührung zwischen Rauchgas und Wärmetauscher, wodurch die Verschmutzung (Partikelablagerung) und Korrosion am Wärmetauscher verhindert werden kann. Ist die effektive Oberfläche des Wärmetauschers jedoch zu klein für die Wärmeübertragung, kann die Wärmeübertragungsleistung aufgrund des fehlenden konvektiven Wärmeübertragungsanteils zu gering sein. Deshalb sind große Oberflächen für die Wärmeübertragung vorzusehen, was große Bauteilabmessungen, hohen Materialverbrauch und hohe Kosten zur Folge hat. Eine solche indirekte Beheizung des Wärmetauschers ist deshalb ebenfalls oft nicht praktikabel.Other embodiments provide for indirect heating of a heat exchanger. Here, the heat transfer from the flue gas stream to the heat exchanger takes place exclusively via conduction and heat radiation. There is no direct contact between flue gas and heat exchanger, which can prevent contamination (particulate buildup) and corrosion on the heat exchanger. However, if the effective surface area of the heat exchanger is too small for heat transfer, the heat transfer efficiency may be too low due to the lack of convective heat transfer rate. Therefore, large surfaces are to be provided for heat transfer, resulting in large component dimensions, high material consumption and high costs. Such indirect heating of the heat exchanger is therefore often not practicable.

Die US 4 373 453 A offenbart ein Verfahren zur Reduzierung von Ablagerungen an einem Wärmetauscher mit allen Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Dabei werden die Ablagerungen mit einem Luftstrom von einer zusätzlichen Pumpe entfernt. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Reduzierung von Ablagerungen an einem Wärmetauscher zu schaffen, der in einem Strömungskanal angeordnet ist, durch den ein Rauchgasstrom / Abgasstrom leitbar ist. Dabei sollte die Erfindung eine hohe und dauerhafte Wärmeübertragung bei kleiner Baugröße ermöglichen, ökologisch sein, wenig kosten und einfach umsetzbar sein. Zudem sollte die Lösung dazu geeignet sein, in einer Kraft-Wärme-Kopplungsanlage (KWK-Anlage) eingesetzt werden zu können.The US 4,373,453 A discloses a method for reducing deposits on a heat exchanger having all the features of the preamble of claim 1. The deposits are removed with an air flow from an additional pump. The invention is therefore based on the object to provide a method for reducing deposits on a heat exchanger, which is arranged in a flow channel through which a flue gas stream / exhaust gas stream is conductive. The invention should allow a high and permanent heat transfer in a small size, be ecological, cost less and easy to implement. In addition, the solution should be be suitable to be used in a combined heat and power plant (CHP plant) can.

Erfindungsgemäß wird dies mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.This is achieved with the features of claim 1 according to the invention. Advantageous developments can be found in the dependent claims.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung von Ablagerungen (z.B. Partikelablagerungen) an einem Wärmetauscher, der in einem Strömungskanal angeordnet ist. Durch den Strömungskanal ist ein Rauchgasstrom oder Abgasstrom leitbar. Es ist ein aktivierbares Trennmittel zur Trennung des Rauchgasstroms vom Wärmetauscher vorhanden, wobei

A) das Trennmittel aktiviert wird, wenn der Rauchgasstrom eine erhöhte Anzahl an Partikeln aufweist, sodass der Rauchgasstrom wenigstens teilweise vom Wärmetauscher getrennt strömt und somit diesen wenigstens teilweise nicht umströmt oder nicht berührt, und wobei
B) das Trennmittel deaktiviert wird, wenn ein Rauchgasstrom mit einer geringen Anzahl an Partikeln durch den Strömungskanal geleitet wird, sodass der Rauchgasstrom den Wärmetauscher umströmt oder berührt.

The invention relates to a method for reducing deposits (eg particle deposits) on a heat exchanger, which is arranged in a flow channel. Through the flow channel, a flue gas stream or exhaust gas flow can be conducted. There is an activatable release agent for separating the flue gas flow from the heat exchanger, wherein

A) the release agent is activated when the flue gas stream has an increased number of particles, so that the flue gas stream flows at least partially separated from the heat exchanger and thus at least partially does not flow around or touch, and wherein
B) the release agent is deactivated when a flue gas stream with a small number of particles is passed through the flow channel, so that the flue gas stream flows around or touches the heat exchanger.

Durch Aktivierung des Trennmittels wird der Rauchgasstrom vom Wärmetauscher getrennt, durch Deaktivierung des Trennmittels umströmt der Rauchgasstrom wieder den Wärmetauscher.By activating the release agent of the flue gas stream is separated from the heat exchanger, by deactivation of the release agent flows around the flue gas flow back to the heat exchanger.

Unter einem "Wärmetauscher, der in einem Strömungskanal angeordnet ist", ist ein Wärmetauscher zu verstehen, der ganz oder teilweise in einem Strömungskanal angeordnet ist oder eine Begrenzung des Strömungskanals darstellt, beispielsweise indem der Wärmetauscher einen Abschnitt einer Strömungskanalwand bildet. Die Begriffe Rauchgas und Abgas werden hier und im Folgenden synonym verwendet.By a "heat exchanger disposed in a flow channel" is meant a heat exchanger which is wholly or partially disposed in a flow channel or constitutes a boundary of the flow channel, for example by the heat exchanger forming a portion of a flow channel wall. The terms flue gas and exhaust gas are used synonymously here and below.

Ein solcher Rauchgasstrom kann in einer Verbrennungseinrichtung erzeugt werden. In diese wird üblicherweise Brennstoff und Verbrennungsluft eingebracht und der Brennstoff verbrannt. Die Verbrennungsflamme kann dabei bis in den Strömungskanal mit dem Wärmetauscher reichen, muss dies jedoch nicht zwingend. Je nach Betriebszustand der Verbrennungseinrichtung und dem Brennstoff führt der Rauchgasstrom dann unterschiedlich viele Partikel mit sich, die sich am Wärmetauscher ablagern können. Erfindungsgemäß wird dies mit dem Trennmittel wenigstens zum Teil verhindert.Such a flue gas stream can be generated in a combustion device. In this usually fuel and combustion air is introduced and burned the fuel. The combustion flame can reach into the flow channel with the heat exchanger, but this need not necessarily. Depending on the operating state of the combustion device and the fuel, the flue gas stream then carries a variable number of particles with it, which can be deposited on the heat exchanger. According to the invention, this is at least partially prevented by the release agent.

Die Anzahl an Partikeln im Rauchgasstrom im Strömungskanal kann direkt oder indirekt bestimmt werden. Insbesondere Lambdasonden sind geeignet dazu, die Qualität der Verbrennung und somit die Anzahl an Partikeln im Rauchgasstrom messtechnisch zu bestimmen. Erfindungsgemäß muss jedoch keine messtechnische Bestimmung erfolgen, sondern es kann in einer einfachen Ausgestaltungsvariante auch eine reine Annahme, Vermutung oder Antizipation der Partikelanzahl im Rauchgasstrom erfolgen.The number of particles in the flue gas stream in the flow channel can be determined directly or indirectly. In particular, lambda probes are suitable for metrologically determining the quality of the combustion and thus the number of particles in the flue gas flow. According to the invention, however, no metrological determination must be made, but in a simple embodiment variant, a pure assumption, presumption or anticipation of the number of particles in the flue gas flow can also take place.

Die Annahme einer erhöhten Anzahl an Partikeln im Rauchgasstrom kann zum Beispiel über die Kenntnis bestimmter Betriebszustände einer dem Wärmetauscher vorgelagerten Verbrennungseinrichtung erfolgen, in welcher der Rauchgasstrom erzeugt wird. Dabei sind insbesondere die Betriebszustände Brennerstart und/oder Brennerstopp sehr gute Indikatoren für eine erhöhte Anzahl an Partikeln im Rauchgasstrom. Bei einem Brennerstart läuft die Verbrennung noch nicht sauber ab, da insbesondere eine Nachverbrennung des Rauchgasstroms zumeist erst bei einer ausreichenden Temperatur des Rauchgasstroms möglich ist. So kann bei einem Brennerstart für einen bestimmten Zeitraum eine erhöhte Anzahl an Partikeln angenommen werden. Dementsprechend würde das Trennmittel für diesen Zeitraum aktiviert.The assumption of an increased number of particles in the flue gas stream, for example, on the knowledge of certain operating conditions of the heat exchanger upstream combustion device take place, in which the flue gas stream is generated. In particular, the operating conditions burner start and / or burner stop are very good indicators of an increased number of particles in the flue gas stream. In a burner start, the combustion is not yet clean, since in particular a post-combustion of the flue gas stream is usually possible only at a sufficient temperature of the flue gas stream. Thus, when starting a burner for a certain period of time, an increased number of particles can be assumed. Accordingly, the release agent would be activated for this period.

Gleiches gilt für einen Brennerstopp, bei dem die Verbrennung eines Brennstoffs entweder erstickt wird oder langsam ausklingt. Hierbei kommt es ebenfalls für einen bestimmten Zeitraum zu einer unsauberen Verbrennung mit einer erhöhten Anzahl an Partikeln im Rauchgasstrom. Auch für diesen Zeitraum kann also eine erhöhte Anzahl an Partikeln im Rauchgasstrom angenommen und das Trennmittel aktiviert werden.The same applies to a burner stop, in which the combustion of a fuel is either stifled or fades away slowly. This also leads to an unclean combustion with an increased number of particles in the flue gas stream for a certain period of time. For this period, so an increased number of particles can be assumed in the flue gas stream and the release agent can be activated.

Im Umkehrschluss kann davon ausgegangen werden, dass eine stabile stationäre Verbrennung zwischen einem Brennerstart und einem Brennerstopp sauber erfolgt, sodass hier angenommen werden kann, dass eine geringe Anzahl an Partikeln im Rauchgasstrom vorhanden ist. Für den Zeitraum einer stationären Verbrennung würde dementsprechend das Trennmittel deaktiviert. Bei ausgeschalteter Verbrennung besteht keine Gefahr von Partikelablagerungen am Wärmetauscher. Dementsprechend würde das Trennmittel hier deaktiviert.Conversely, it can be assumed that a stable stationary combustion takes place between a burner start and a burner stop clean, so that it can be assumed here that a small number of particles in the flue gas stream is present. Accordingly, for the period of stationary combustion, the release agent would be deactivated. When combustion is switched off, there is no risk of particle deposits on the heat exchanger. Accordingly, the release agent would be disabled here.

Idealerweise würde bei einer nicht-messtechnisch ermittelten Anzahl an Partikeln im Rauchgasstrom ein Signal der Verbrennungseinrichtung über deren Betriebszustand zur Aktivierung und Deaktivierung des Trennmittels eingesetzt. Die Zeiträume der unsauberen Verbrennung bei einem Brennerstart oder Brennerstopp könnten standardisiert vorgegeben werden, oder sie werden individuell für jede Verbrennungseinrichtung ermittelt und dann vorgegeben.Ideally, in the case of a non-metrologically determined number of particles in the flue gas flow, a signal of the incineration device would be used via its operating state for activating and deactivating the separating agent. The periods of dirty combustion at a burner start or burner stop could be standardized be determined individually for each combustion device and then given.

Zusätzlich könnte das Trennmittel auch bei weiteren Betriebszuständen der Verbrennungseinrichtung, insbesondere bei Störmeldungen und Notlaufprogrammen, aktiviert werden. Dabei kann es beispielsweise auch die Aufgabe einer Notkühlung des Wärmetauschers übernehmen.In addition, the release agent could also be activated in further operating states of the combustion device, in particular for fault messages and emergency programs. It may, for example, take on the task of emergency cooling of the heat exchanger.

Besonders vorteilhaft ist, dass durch das aktivierbare Trennmittel Ablagerungen am Wärmetauscher verringert werden, wodurch die Wärmeübertragung vom Rauchgasstrom auf den Wärmetauscher auch nach einer längeren Betriebsdauer nahezu unverändert ist. Eine besonders hohe Bedeutung hat dieser Vorteil bei einem Einsatz von erneuerbaren Brennstoffen und festen Brennstoffen, die eine sehr hohe Anzahl an Partikeln im Rauchgasstrom verursachen können.It is particularly advantageous that are reduced by the activatable release agent deposits on the heat exchanger, whereby the heat transfer from the flue gas stream to the heat exchanger is virtually unchanged even after a longer period of operation. This advantage is particularly important with the use of renewable fuels and solid fuels, which can cause a very high number of particles in the flue gas flow.

Da der Rauchgasstrom den Wärmetauscher bei deaktiviertem Trennmittel direkt umströmen kann, ist die erreichbare Wärmeübertragung bei deaktiviertem Trennmittel sehr hoch. Neben einer Wärmeleitung und Wärmestrahlung kann hier auch eine Konvektion zur Wärmeübertragung vom Rauchgasstrom auf den Wärmetauscher genutzt werden.Since the flue gas stream can flow around the heat exchanger directly with the release agent deactivated, the achievable heat transfer is very high when the release agent is deactivated. In addition to heat conduction and thermal radiation, convection for heat transfer from the flue gas stream to the heat exchanger can also be used here.

Die Zeitspannen einer stationären Verbrennung mit einer geringen Anzahl an Partikeln im Rauchgasstrom überwiegen bei den meisten Anwendungen deutlich, und somit ist auch die Wärmeübertragung über den gesamten Betriebszeitraum, d.h. die Summe der Zeiträume mit aktiviertem und mit deaktiviertem Trennmittel, sehr hoch. Dementsprechend wird pro Wärmeübertragungseinheit auf den Wärmetauscher nur eine geringe Menge Rauchgas benötigt, was einer hohen Effizienz entspricht und somit zum Schutze der Umwelt beiträgt.The periods of steady state combustion with a small number of particulates in the flue gas stream are well outweighed in most applications, and so heat transfer over the entire operating period, i.e., the heat transfer, is also significant. the sum of the periods with activated and deactivated release agent, very high. Accordingly, only a small amount of flue gas is required per heat transfer unit to the heat exchanger, which corresponds to a high efficiency and thus contributes to the protection of the environment.

Weiterhin kann der Wärmetauscher kompakt gestaltet sein, da seine volle Wärmeaufnahmefähigkeit auch noch nach längerer Betriebszeit zur Verfügung steht und nicht durch Brennstoffablagerungen beeinträchtigt wird. Er muss somit nicht überdimensioniert werden. Die kompakte Gestaltung stellt aufgrund eines geringen Materialverbrauchs auch einen ökologischen Mehrwert dar. Zudem kostet die Herstellung des Wärmetauschers dementsprechend wenig.Furthermore, the heat exchanger can be made compact, since its full heat capacity is available even after a long period of operation and is not affected by fuel deposits. He therefore does not have to be oversized. The compact design also represents an ecological added value due to the low material consumption. In addition, the production of the heat exchanger costs accordingly little.

Das Trennmittel und dessen Aktivierung können einfach und automatisiert gestaltet sein, wodurch die Kosten einer notwendigen Vorrichtung und deren Bedienungsaufwand gering sind. Selbst komplexere Ausgestaltungen sind aufgrund der Kosten für Brennstoff durch die hohe dauerhafte Effizienz des Verfahrens wirtschaftlich.The release agent and its activation can be simple and automated, thereby reducing the cost of a necessary device and their operation costs low are. Even more complex designs are economical due to the high fuel efficiency of the process.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Trennmittel ein Luftstrom ist. Ein solcher Luftstrom kann von einer Strömungsvorrichtung mit einem Strömungskanal und einem Strömungserzeuger bei einer Aktivierung des Trennmittels erzeugt werden. Der Luftstrom wird dann derart in den Strömungskanal des Rauchgasstroms eingebracht, dass er den Rauchgasstrom vom Wärmetauscher trennt. Er bildet gewissermaßen einen Schutzluftschleier zwischen Rauchgas und Wärmetauscher aus, sodass Partikel aus dem Rauchgasstrom wenigstens teilweise nicht zu Ablagerungen am Wärmetauscher führen können.In one embodiment of the invention it is provided that the release agent is an air flow. Such airflow may be generated by a flow device having a flow channel and a flow generator upon activation of the separation means. The air flow is then introduced into the flow channel of the flue gas flow in such a way that it separates the flue gas flow from the heat exchanger. It effectively forms a protective air curtain between flue gas and heat exchanger, so that particles from the flue gas stream at least partially can not lead to deposits on the heat exchanger.

Ein Luftstrom ist einfach aktivierbar oder erzeugbar, zum Beispiel durch einen Strömungserzeuger, ein Gebläse oder einen Ventilator. Dabei ist das Medium Luft in der Regel in nahezu unbegrenztem Maße verfügbar. Weiterhin ist die schnelle Aktivierbarkeit und Deaktivierbarkeit eines Luftstroms hervorzuheben, sodass auch bei einer plötzlichen Änderung der Partikelanzahl im Rauchgasstrom in sehr kurzer Zeit eine (De-)Aktivierung des Trennmittels erfolgen kann. Ein Strömungskanal und optional eine Düse für den Luftstrom werden außerdem durch diesen selbst von Verunreinigungen befreit, sodass ein solches Trennmittel sehr robust und verschleißfest ist.An air flow is easily activated or generated, for example by a flow generator, a blower or a fan. The medium of air is usually available in almost unlimited quantities. Furthermore, the rapid activation and deactivability of an air stream should be emphasized, so that even with a sudden change in the number of particles in the flue gas stream in a very short time a (de-) activation of the release agent can take place. A flow channel and optionally a nozzle for the air flow are also freed by the impurities themselves, so that such a release agent is very robust and wear-resistant.

Dazu ist Luft umweltfreundlich und kann über einfach gestaltbare Leitungen an den Bestimmungsort transportiert werden. Dabei ermöglicht der aktivierte (geförderte) Luftstrom eine Wärmeübertragung vom Rauchgasstrom auf den Wärmetauscher. Insbesondere kann eine Wärmeübertragung vom Rauchgasstrom auf den Wärmetauscher durch Wärmestrahlung auch bei aktiviertem Luftstrom erfolgen. Somit verbleibt bei einem aktivierten Trennmittel eine relativ hohe Wärmeübertragung und die Effizienz der Wärmeübertragung ist über den gesamten Betriebszeitraum besonders hoch.For this purpose, air is environmentally friendly and can be transported to the destination via easily configurable lines. The activated (conveyed) air flow enables a heat transfer from the flue gas flow to the heat exchanger. In particular, a heat transfer from the flue gas stream to the heat exchanger can be effected by thermal radiation even with activated air flow. Thus, with an activated release agent remains a relatively high heat transfer and the efficiency of heat transfer is particularly high over the entire operating period.

Es kann dabei vorgesehen sein, dass der Luftstrom mittels einer Vorwärmeinrichtung vorgewärmt wird. Die Vorwärmeinrichtung könnte beispielsweise ein Strömungskanal sein, der mit der Brennkammer oder dem Strömungskanal des Rauchgasstroms thermisch korrespondiert. Dieser Strömungskanal für den Luftstrom könnte durch die Brennkammer führen, wodurch der Luftstrom vorgewärmt würde. Eine weitere Möglichkeit wäre, die Vorwärmeinrichtung in Strömungsrichtung des Rauchgasstroms hinter dem Wärmetauscher auszubilden. Somit würde dem Rauchgasstrom erst hinter dem Wärmetauscher Wärme durch den Luftstrom entzogen.It may be provided that the air flow is preheated by means of a preheater. The preheating device could be, for example, a flow channel, which thermally corresponds with the combustion chamber or the flow channel of the flue gas stream. This flow channel for the air flow could pass through the combustion chamber, whereby the air flow would be preheated. Another possibility would be to form the preheater in the flow direction of the flue gas stream behind the heat exchanger. Thus, the flue gas stream would be withdrawn heat behind the heat exchanger through the air flow.

Ein erwärmter Luftstrom hat den wesentlichen Vorteil, dass die Wärmeübertragung auf den Wärmetauscher verbessert ist. Erst wenn der Luftstrom auf Temperaturen über der des Wärmetauschers hinaus erwärmt ist, kann er Wärme an den Wärmetauscher abgeben. Bei einem vorgewärmten Luftstrom entfällt wenigstens ein Großteil der durch eine direkte Berührung der sonst kalten Luft mit dem Rauchgas stattfindenden Erwärmung des Luftstroms. Somit kann der Luftstrom schon kurz nach Eintritt in den Strömungskanal des Rauchgasstroms Wärme an den Wärmetauscher übertragen.A heated air flow has the significant advantage that heat transfer to the heat exchanger is improved. Only when the air flow is heated to temperatures above that of the heat exchanger, it can give off heat to the heat exchanger. In the case of a preheated air stream, at least a majority of the heating of the air stream taking place by a direct contact of the otherwise cold air with the flue gas is eliminated. Thus, the air flow can transfer heat shortly after entering the flow channel of the flue gas stream to the heat exchanger.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der trennende Luftstrom als Verbrennungsluft für eine Verbrennung dient. Dies kann beispielsweise dann Anwendung finden, wenn der Rauchgasstrom noch Bestandteile unverbrannten oder unvollständig verbrannten Brennstoffs (beispielsweise brennbare Partikel, Rußpartikel) beinhaltet, die durch diesen zusätzlichen Verbrennungsluftstrom vollständig oxidiert werden. Hierdurch können Ablagerungen organischer Art vermieden oder reduziert werden. Eine Flamme einer Nachverbrennung des unverbrannten Brennstoffs bildet sich so in geringem Abstand zu der Wärmetauscheroberfläche aus, berührt aber wegen der trennenden Wirkung des Luftstroms den Wärmetauscher nicht.An advantageous embodiment of the method is characterized in that the separating air flow serves as combustion air for combustion. This may be used, for example, when the flue gas stream still contains unburned or incompletely combusted fuel components (for example combustible particles, soot particles) which are completely oxidized by this additional combustion air stream. As a result, deposits of organic nature can be avoided or reduced. A flame of afterburning of the unburned fuel is thus formed at a small distance from the heat exchanger surface, but does not touch the heat exchanger due to the separating effect of the air flow.

Um eine besonders gute Trennung zwischen dem Wärmetauscher und dem Rauchgasstrom zu erreichen, kann die Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms gleich oder höher sein als die Strömungsgeschwindigkeit des Rauchgasstroms. Der Luftstrom bleibt so sehr stabil in seiner Strömungsrichtung. Selbst bei Verwirbelungen des Rauchgasstroms und nicht parallel zum Luftstrom und Wärmetauscher strömendem Rauchgasstrom reißt der Luftstrom nicht ein, und die Trennung zwischen Rauchgasstrom und Wärmetauscher ist zuverlässig. Im Verhältnis zu einer hohen Strömungsgeschwindigkeit des gesamten Rauchgasstroms, wie sie vom Stand der Technik verwandt wird, muss nur eine kleine Menge - nämlich die des Luftstroms - auf eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit gebracht werden. Die hierfür benötigte Energie und somit der Eigenstromverbrauch des Verfahrens ist um ein Vielfaches geringer, wodurch die Effizienz des Verfahrens hoch und die Kosten gering sind. Selbst wenn einzelne Partikel durch Verwirbelungen vom Rauchgasstrom in den Luftstrom gelangen, werden diese durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms am Wärmetauscher vorbeitransportiert und können sich nicht auf diesem ablagern.In order to achieve a particularly good separation between the heat exchanger and the flue gas flow, the flow velocity of the air flow may be equal to or higher than the flow velocity of the flue gas flow. The air flow remains very stable in its flow direction. Even with turbulence of the flue gas flow and not parallel to the air flow and heat exchanger flowing flue gas flow of the air flow does not break, and the separation between flue gas flow and heat exchanger is reliable. In relation to a high flow rate of the entire flue gas flow, as used by the prior art, only a small amount - namely the air flow - must be brought to an increased flow rate. The energy required for this and thus the own power consumption of the process is many times lower, whereby the efficiency of the process is high and the costs are low. Even if individual particles pass through turbulence from the flue gas stream in the air stream, they are transported by the high flow velocity of the air flow to the heat exchanger and can not be deposited on this.

Der Luftstrom sollte wenigstens teilweise parallel zum Wärmetauscher strömen. Somit ist die Distanz in Strömungsrichtung, auf welcher der Luftstrom den Rauchgasstrom vom Wärmetauscher trennt, kurz. Außerdem kann er direkt mit dem Wärmetauscher in Kontakt stehen und wird dann auf der Seite des Wärmetauschers nicht durch Strömungen des Rauchgasstroms beeinflusst. Daraus folgend ist der Luftstrom idealerweise zur gesamten Oberfläche des Wärmetauschers parallel. Bei einer solchen Gestaltung kann schon eine relativ geringe Strömungsgeschwindigkeit ausreichen, um eine stabile Trennung zwischen Rauchgasstrom und Wärmetauscher zu erreichen. Ein Luftstrom mit geringer Strömungsgeschwindigkeit kann mit geringem Stromverbrauch eines Strömungserzeugers erzeugt werden. Der geringe Eigenstromverbrauch führt letztlich zu einer hohen Energieeffizienz über die gesamte Betriebszeit des Verfahrens.The airflow should flow at least partially parallel to the heat exchanger. Thus, the distance in the flow direction, on which the air flow separates the flue gas flow from the heat exchanger, short. In addition, it can be directly in contact with the heat exchanger stand and is then not influenced on the side of the heat exchanger by flows of the flue gas stream. As a result, the air flow is ideally parallel to the entire surface of the heat exchanger. In such a design, even a relatively low flow rate may be sufficient to achieve a stable separation between flue gas stream and heat exchanger. An air flow with a low flow velocity can be generated with low power consumption of a flow generator. The low own power consumption ultimately leads to high energy efficiency over the entire operating time of the process.

Das Verfahren kann weiterhin vorsehen, dass vorhandene Ablagerungen auf dem Wärmetauscher mit dem Luftstrom gelöst werden. Auch bei einer geringen Anzahl an Partikeln im Rauchgasstrom kann es zu Ablagerungen am Wärmetauscher kommen. Diese könnten bei einer Aktivierung des Luftstroms gelöst und abtransportiert werden. Hierfür kann die Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms auch höher sein, als es für die Trennung des Rauchgasstroms vom Wärmetauscher notwendig wäre. Eine kurzzeitige Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit ist zumeist ausreichend zur Ablösung der Partikel und der Gesamtverbrauch an elektrischer Energie zur Erzeugung des Luftstroms bleibt gering.The method may further provide that existing deposits are dissolved on the heat exchanger with the air flow. Even with a small number of particles in the flue gas stream, deposits can occur on the heat exchanger. These could be released and removed when the airflow is activated. For this purpose, the flow velocity of the air flow may also be higher than would be necessary for the separation of the flue gas flow from the heat exchanger. A short-term increase in the flow rate is usually sufficient for detachment of the particles and the total consumption of electrical energy to generate the air flow remains low.

Da alle Bauteile zur Einbringung des Luftstroms in den Strömungskanal des Rauchgasstroms ohnehin vorhanden sind, besteht grundsätzlich die Möglichkeit diese auch für zusätzliche Zwecke zu nutzen.Since all components for introducing the air flow into the flow channel of the flue gas stream are present anyway, it is basically possible to use them for additional purposes.

So könnte ein vorhandener Strömungskanal für den Luftstrom bei einer Wartung mit Druckluft durchspült und so der Wärmetauscher gereinigt werden. Ein solch starker Druckluftstrom könnte dann von einem externen Strömungserzeuger erzeugt werden. Der eigentliche Strömungserzeuger muss folglich nur die Leistung zur Erzeugung des Luftstroms (Schutzluftschleier) erbringen und ist kostengünstig.So an existing flow channel for the air flow could be flushed with a compressed air during maintenance and so the heat exchanger to be cleaned. Such a strong flow of compressed air could then be generated by an external flow generator. The actual flow generator must therefore provide only the power for generating the air flow (protective air curtain) and is inexpensive.

Alternativ besteht zum Beispiel auch die Möglichkeit bei einer sehr lange andauernden stationären Verbrennung den Luftstrom kurzzeitig zu aktivieren, um Brennstoffablagerungen zu lösen. Ein solcher Aktivierungszeitpunkt könnte zyklisch nach der Zeit, zyklisch während der Zeit der stationären Verbrennung, oder durch eine Bestimmung der Ablagerungen gewählt werden.Alternatively, for example, it is also possible for a very long-lasting stationary combustion to activate the air flow for a short time in order to dissolve fuel deposits. Such an activation time could be selected cyclically after the time, cyclically during the time of stationary combustion, or by a determination of the deposits.

Ein weiterer Einsatzzweck ist eine geregelte Zufuhr von Luft zum Rauchgasstrom während einer stationären Verbrennung, um eine Nachverbrennung durchzuführen. Die hierfür zu verwendende Strömungsgeschwindigkeit sollte jedoch so gering sein, dass der Luftstrom nicht den Rauchgasstrom vom Wärmetauscher trennt. Auf diese Weise lassen sich Schadstoffemissionen (z. B. Kohlenmonoxidemissionen) durch eine vollständige Verbrennung mittels des zusätzlich eingebrachten Luftstroms weiter reduzieren. Dabei bleibt die Wärmeübertragung vom Rauchgasstrom auf den Wärmetauscher durch Flammstrahlung und Konvektion hoch.Another purpose is a controlled supply of air to the flue gas stream during stationary combustion to perform an afterburning. The one for this However, the flow velocity used should be so low that the air stream does not separate the flue gas stream from the heat exchanger. In this way, pollutant emissions (eg carbon monoxide emissions) can be further reduced by complete combustion by means of the additionally introduced air flow. The heat transfer from the flue gas stream to the heat exchanger by flame radiation and convection remains high.

Eine andere Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das Trennmittel eine Klappe und einen Bypass aufweist, wobei die Klappe in Strömungsrichtung des Rauchgasstroms vor dem Wärmetauscher und der Bypass parallel zum Wärmetauscher angeordnet sind, wodurch der Rauchgasstrom in einer ersten Klappenstellung nicht vom Wärmetauscher getrennt ist und in einer zweiten Klappenstellung durch den Bypass geleitet und vom Wärmetauscher getrennt wird.Another embodiment of the method according to the invention provides that the separating means has a flap and a bypass, wherein the flap in the flow direction of the flue gas flow upstream of the heat exchanger and the bypass are arranged parallel to the heat exchanger, whereby the flue gas stream is not separated from the heat exchanger in a first flap position and passed through the bypass in a second flap position and separated from the heat exchanger.

Der Rauchgasstrom kommt folglich bei einer zweiten Klappenstellung nicht mit dem Wärmetauscher in Kontakt, sondern wird durch den Bypass geleitet. Dementsprechend kommt es zu keinen Partikelablagerungen auf dem Wärmetauscher. In der ersten Klappenstellung wird der Rauchgasstrom hingegen direkt über den Wärmetauscher geleitet, wodurch eine hohe Wärmeübertragung durch Konvektion, Flammstrahlung, Wärmeleitung und Wärmestrahlung vom Rauchgasstrom auf den Wärmetauscher erfolgen kann.The flue gas stream thus does not come into contact with the heat exchanger at a second flap position, but is passed through the bypass. Accordingly, there are no particle deposits on the heat exchanger. In the first flap position of the flue gas stream, however, is passed directly through the heat exchanger, whereby a high heat transfer by convection, flame radiation, heat conduction and heat radiation from the flue gas stream can take place on the heat exchanger.

Besonders bei Anwendungen mit langen Aktivierungszeiten und verhältnismäßig kurzen Deaktivierungszeiten des Trennmittels kann solch eine Klappe den Vorteil haben, dass sie derart ausgelegt werden kann, dass nur zu deren Verstellen Strom benötigt wird. In den erreichten Klappenstellungen hemmt sich die Klappe dann grundsätzlich selbst gegen ein Verstellen. Der Eigenstromverbrauch ist dann geringer als bei einem als Luftstrom ausgebildeten Trennmittel, zu dessen Erzeugung ein Strömungserzeuger während der gesamten Aktivierungszeit Strom verbraucht.Especially in applications with long activation times and relatively short deactivation times of the release agent, such a flap can have the advantage that it can be designed such that power is needed only to adjust it. In the achieved flap positions, the flap then inhibits itself in principle against an adjustment. The own power consumption is then lower than in a designed as an air flow separating agent, for the production of which a flow generator consumes power during the entire activation time.

In einer speziellen Ausführung ist der Wärmetauscher Bestandteil einer Kraft-Wärme-Kopplungsanlage, mittels der thermische Energie in mechanische Energie umgewandelt wird. Gerade solche Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK-Anlagen) haben häufig sehr lange Betriebszeiten pro Jahr. Schon kleine Effizienzvorteile haben dann einen erheblichen Einfluss auf den Brennstoffbedarf und schonen die Umwelt.In a special embodiment, the heat exchanger is part of a combined heat and power plant, by means of which thermal energy is converted into mechanical energy. Especially such combined heat and power plants (CHP plants) often have very long operating times per year. Even small efficiency advantages then have a significant impact on the fuel consumption and protect the environment.

Solche KWK-Anlagen sind häufig als externe Verbrennungsmotoren ausgebildet, deren bekanntester Vertreter der Stirlingmotor ist. Der Wärmetauscher eines Stirlingmotors wird auch Stirling-Erhitzerkopf genannt. Sofern diese KWKs als Blockheizkraftwerk betrieben werden, wird durch die erzeugte mechanische Energie Strom erzeugt. Durch die erfindungsgemäße Effizienzsteigerung amortisieren sich die Anschaffungskosten eines solchen Blockheizkraftwerks wesentlich schneller, da dauerhaft eine größere Menge Strom pro Brennstoffeinheit erzeugbar ist.Such CHP systems are often designed as external combustion engines, whose best known representative is the Stirling engine. The heat exchanger of a Stirling engine is also called Stirling heater head. If these CHPs are operated as combined heat and power plant, electricity is generated by the generated mechanical energy. Due to the efficiency increase according to the invention, the initial cost of such a combined heat and power plant amortized much faster because a larger amount of electricity per unit fuel is permanently generated.

Zusätzlich lässt sich mit dem erfindungsgemäßen Trennmittel bei Bedarf die Wärmeübertragung vom Rauchgasstrom auf den Wärmetauscher regulieren, z. B. bei einer Notabschaltung der Kraft-Wärme-Kopplungsanlage. Insbesondere könnte ein kühler Luftstrom und dessen Strömungsgeschwindigkeit genutzt werden, um den Wärmetauscher aktiv mit dem Luftstrom zu kühlen. Ein externer Verbrennungsmotor verringert so schnell seine Drehzahl und kommt zum Stillstand. Auch kann vorgesehen sein, dass ein als Klappe mit Bypass ausgeführtes Trennmittel, nur einen Anteil des Rauchgasstroms am Wärmetauscher vorbeileitet und den restlichen Anteil durch den Bypass. Hiermit kann die Drehzahl des externen Verbrennungsmotors ebenfalls verringert werden.In addition, can be with the release agent of the invention, if necessary, regulate the heat transfer from the flue gas stream to the heat exchanger, z. As in an emergency shutdown of the cogeneration plant. In particular, a cool airflow and its flow rate could be used to actively cool the heat exchanger with the airflow. An external combustion engine reduces its speed so quickly and comes to a standstill. It can also be provided that a partition designed as a flap with bypass, only a portion of the flue gas flow past the heat exchanger and the remaining portion through the bypass. Hereby, the speed of the external combustion engine can also be reduced.

Die Zeichnungen stellen Ausführungsbeispiele der Erfindung dar und zeigen in

Fig. 1: eine schematische Ansicht eines als Luftstrom ausgebildeten Trennmittels zwischen einem Wärmetauscher und einem Rauchgasstrom;
Fig. 2: ein Geschwindigkeitsprofil eines Luftstroms und eines Rauchgasstroms;
Fig.3: ein Diagramm einer mittleren Strömungsgeschwindigkeit eines als Luftstrom ausgebildeten Trennmittels zu den Zeitpunkten einer Aktivierung und Deaktivierung einer Brennkammer;
Fig. 4: eine schematische Ansicht eines als Luftstrom ausgebildeten Trennmittels zwischen einem als Stirling-Erhitzerkopf ausgebildeten Wärmetauscher und einem Rauchgasstrom;
Fig. 5: eine schematische Ansicht eines als Klappe mit Bypass ausgebildeten Trennmittels zwischen einem als Stirling-Erhitzerkopf ausgebildeten Wärmetauscher und einem Rauchgasstrom; und
Fig. 6: ein Diagramm mit mechanischen Leistungen eines Stirlingmotors ohne Luftstrom, mit Luftstrom und mit vorgewärmtem Luftstrom.

The drawings illustrate embodiments of the invention and show in FIG

Fig. 1: a schematic view of a formed as an air flow separating means between a heat exchanger and a flue gas stream;
Fig. 2: a velocity profile of an air stream and a flue gas stream;
Figure 3: a diagram of an average flow velocity of a designed as an air flow separating means at the times of activation and deactivation of a combustion chamber;
Fig. 4: a schematic view of a formed as an air flow separating means between a designed as a Stirling heater head heat exchanger and a flue gas stream;
Fig. 5: a schematic view of a designed as a flap with bypass separating means between a designed as a Stirling heater head heat exchanger and a flue gas stream; and
Fig. 6: a diagram with mechanical performances of a Stirling engine without air flow, with air flow and with preheated air flow.

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines als Luftstrom L ausgebildeten Trennmittels 30 zwischen einem Wärmetauscher 10 und einem Rauchgasstrom R. Der Wärmetauscher 10 ist in einem Strömungssignal 11 angeordnet, durch den der Rauchgasstrom R leitbar ist. In Strömungsrichtung des Rauchgasstrom R vor dem Wärmetauscher 10 befindet sich eine Verbrennungseinrichtung 19. Diese besteht aus einer Brennkammer 20 mit einem Strömungserzeuger 23. Weiterhin ist in Strömungsrichtung des Rauchgasstroms R vor dem Wärmetauscher 10 das Trennmittel 30 angeordnet. Dieses ist als Luftstrom L ausgebildet, zu dessen Erzeugung eine Strömungsvorrichtung 40 vorgesehen ist. Diese besteht aus einem Strömungskanal 41 und einem Strömungserzeuger 42. Wenigstens eine Seitenwand des Strömungskanals 41 korrespondiert mit einer Seitenwand des Strömungskanals 11 des Rauchgasstroms R und bildet so eine Vorwärmeinrichtung 50. Hierdurch ist eine Wärmeübertragung vom Rauchgasstrom R auf den Luftstrom L möglich, bevor der Luftstrom L in den Strömungskanal 11 geleitet wird. Bei einem Brennerstart wird eine Verbrennungsluft V und ein Brennstoff B in die Brennkammer 20 eingebracht und verbrannt, wodurch der Rauchgasstrom R erzeugt wird. Von der Brennkammer 20 strömt der Rauchgasstrom R nunmehr in den Strömungskanal 11 und passiert den Wärmetauscher 10. Fig. 1 shows a schematic view of a formed as an air flow L separating means 30 between a heat exchanger 10 and a flue gas stream R. The heat exchanger 10th is arranged in a flow signal 11, through which the flue gas stream R is passed. In the flow direction of the flue gas flow R in front of the heat exchanger 10 is a combustion device 19. This consists of a combustion chamber 20 with a flow generator 23. Furthermore, in the flow direction of the flue gas flow R before the heat exchanger 10, the release agent 30 is arranged. This is designed as an air flow L, for the generation of which a flow device 40 is provided. This consists of a flow channel 41 and a flow generator 42. At least one side wall of the flow channel 41 corresponds to a side wall of the flow channel 11 of the flue gas stream R, thus forming a preheater 50. This allows heat transfer from the flue gas stream R to the air stream L before the air flow L is passed into the flow channel 11. In a burner start, a combustion air V and a fuel B are introduced into the combustion chamber 20 and burned, whereby the flue gas flow R is generated. From the combustion chamber 20, the flue gas stream R now flows into the flow channel 11 and passes through the heat exchanger 10.

Je nach Betriebszustand der Verbrennungseinrichtung 19 können unterschiedlich viele Partikel P im Rauchgasstrom R enthalten sein. Sofern der Rauchgasstrom R eine erhöhte Anzahl an Partikeln P aufweist und/oder wenn eine erhöhte Anzahl an Partikeln P im Rauchgasstrom R anzunehmen ist, wird das Trennmittel 30 aktiviert. Hierdurch wird der Rauchgasstrom R durch den Luftstrom L vom Wärmetauscher 10 getrennt. Der Luftstrom L bildet dabei gewissermaßen einen Schutzluftschleier zwischen dem Wärmetauscher 10 und dem Rauchgasstrom R. Auf diese Weise werden Ablagerungen A am Wärmetauscher 10 verhindert. Wie in der Figur zu erkennen ist, strömt der Luftstrom L dabei parallel zum Wärmetauscher 10, insbesondere zu dessen in den Strömungskanal 11 ragenden Oberfläche. Die Trennung ist besonders gut, wenn die Strömungsgeschwindigkeit V_L des Luftstroms L größer ist als die Strömungsgeschwindigkeit V_R des Rauchgasstroms R.Depending on the operating state of the combustion device 19, different numbers of particles P can be contained in the flue gas flow R. If the flue gas flow R has an increased number of particles P and / or if an increased number of particles P in the flue gas flow R is assumed, the release agent 30 is activated. As a result, the flue gas stream R is separated from the heat exchanger 10 by the air flow L. The air flow L forms a sort of protective air curtain between the heat exchanger 10 and the flue gas stream R. In this way deposits A on the heat exchanger 10 are prevented. As can be seen in the figure, the air flow L flows parallel to the heat exchanger 10, in particular to its projecting into the flow channel 11 surface. The separation is particularly good when the flow velocity V _{L of} the air flow L is greater than the flow velocity V _{R of} the flue gas flow R.

Wenn ein Rauchgasstrom R mit einer geringen Anzahl an Partikeln P durch den Strömungskanal 11 geleitet wird und/oder wenn eine geringe Anzahl an Partikeln P im durch den Strömungskanal 11 geleiteten Rauchgasstrom R angenommen wird, erfolgt eine Deaktivierung des Trennmittels 30. Somit wird auch kein Luftstrom L erzeugt. Der Rauchgasstrom R kann nunmehr ungehindert am Wärmetauscher 10 vorbei strömen. Dies erlaubt eine sehr gute Wärmeübertragung vom Rauchgasstrom R auf den Wärmetauscher 10. Eine zum Wärmetauscher 10 gehörige Kraft-Wärme-Kopplungsanlage 100 kann so ihre maximale Leistung erbringen.If a flue gas stream R is passed through the flow channel 11 with a small number of particles P and / or if a small number of particles P in the guided through the flow channel 11 flue gas stream R is assumed, there is a deactivation of the release agent 30. Thus, no air flow L generated. The flue gas stream R can now flow unhindered past the heat exchanger 10. This allows a very good heat transfer from the flue gas stream R to the heat exchanger 10. A belonging to the heat exchanger 10 combined heat and power plant 100 can thus provide their maximum performance.

Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt eines Wärmetauschers 10, der in einem Strömungskanal 11 angeordnet ist. Durch diesen Strömungskanal 11 strömt ein Rauchgasstrom R, der von einer Verbrennungseinrichtung 19 in einer Brennkammer 20 erzeugt wird. Weiterhin ist ein Strömungskanal 41 vorgesehen, durch den ein Luftstrom L in den Strömungskanal 11 einströmt. Dabei wird der Luftstrom L vor dem Einströmen über eine Vorwärmeeinrichtung 50 vorgewärmt. Fig. 2 shows an enlarged section of a heat exchanger 10, which is arranged in a flow channel 11. Through this flow channel 11 flows a flue gas stream R, which is generated by a combustion device 19 in a combustion chamber 20. Furthermore, a flow channel 41 is provided, through which an air flow L flows into the flow channel 11. In this case, the air flow L is preheated by a preheater 50 before it flows in.

Im Strömungskanal 11 ist ein Strömungsgeschwindigkeitsprofil des Luftstroms L und des Rauchgasstroms R gezeigt. Dabei ist zu erkennen, dass die Strömungsgeschwindigkeit V_L des Luftstroms L deutlich größer ist als die Strömungsgeschwindigkeit V_R des Rauchgasstroms R. In unmittelbarer Nähe des Wärmetauschers 10 ist die Strömungsgeschwindigkeit V_L des Luftstroms L dabei sehr gering, da sie von dessen Oberfläche gebremst wird. Mit zunehmendem Abstand steigt sie jedoch stark an, bevor sie mit zunehmender Nähe zum Rauchgasstrom R von diesem verlangsamt wird. Die Strömungsgeschwindigkeit V_R des Rauchgasstroms R hingegen ist an der gegenüber des Wärmetauschers 10 liegenden Wand des Strömungskanals 11 sehr gering, steigt mit zunehmendem Abstand zu dieser Wand an und ist dann weitestgehend konstant. Mit zunehmender Nähe zum Luftstrom L steigt sie dann jedoch nochmals an.In the flow channel 11, a flow velocity profile of the air flow L and the flue gas flow R is shown. It can be seen that the flow velocity V _{L of} the air flow L is significantly greater than the flow velocity V _{R of} the flue gas R. In the immediate vicinity of the heat exchanger 10, the flow velocity V _{L of} the air flow L is very low, since it is braked by the surface , With increasing distance, however, it rises sharply before it is slowed down as the proximity to the flue gas flow R from it. By contrast, the flow velocity V _{R of} the flue gas flow _R is very low at the wall of the flow channel 11 located opposite the heat exchanger 10, increases with increasing distance from this wall and is then largely constant. However, with increasing proximity to the airflow L, it then rises again.

In Fig. 3 ist ein Diagramm dargestellt, auf dessen Abszisse die Zeit t und auf dessen Ordinate eine Strömungsgeschwindigkeit V_L eines als Luftstrom ausgebildeten Trennmittels gezeigt ist. Während eines stationären Brennerbetriebs ST ist der Luftstrom deaktiviert und die Strömungsgeschwindigkeit V_L dementsprechend null. Dies ist jedoch bei weiteren Betriebszuständen der Verbrennungseinrichtung nicht der Fall, insbesondere nicht bei einem Brennerstart ON oder einem Brennerstopp OFF. Sowohl bei einem Brennerstart ON als auch bei einem Brennerstopp OFF wird der Luftstrom für eine Vorlaufzeit t_V und eine Nachlaufzeit t_N aktiviert und die Strömungsgeschwindigkeit V_L ist größer als null. Dies ist insbesondere deshalb notwenig, da sowohl bei einem Brennerstart ON als auch bei einem Brennerstopp OFF eine erhöhte Partikelanzahl im Rauchgasstrom anzunehmen ist. Für diesen Zeitraum wird dementsprechend der Rauchgasstrom von einem Wärmetauscher im Strömungskanal getrennt. Im Rauchgasstrom enthaltende Partikel können sich somit nicht am Wärmetauscher absetzen und eine Brennstoffablagerung bilden.In Fig. 3 a diagram is shown, on whose abscissa the time t and on the ordinate a flow velocity V _L of a separator formed as an air flow is shown. During a stationary burner operation ST, the air flow is deactivated and the flow velocity V _{L is} accordingly zero. However, this is not the case with further operating states of the combustion device, in particular not with a burner start ON or a burner stop OFF. Both at a burner start ON and at a burner stop OFF the air flow for a lead time t _V and a follow-up time t _{N is} activated and the flow velocity V _L is greater than zero. This is necessary, in particular, since both with a burner start ON and with a burner stop OFF, an increased number of particles in the flue gas flow must be assumed. Accordingly, the flue gas stream is separated from a heat exchanger in the flow channel for this period. In the flue gas stream containing particles can thus not settle on the heat exchanger and form a fuel deposit.

Auch in Fig. 4 ist ein Wärmetauscher 10 in einem Strömungskanal 11 angeordnet. Dieser Wärmetauscher 10 gehört zu einer Kraft-Wärme-Kopplungsanlage 100, die als externer Verbrennungsmotor 110 ausgebildet ist. Insbesondere handelt es sich um einen Stirlingmotor 120 und der Wärmetauscher 10 ist ein Stirling-Erhitzerkopf 121.Also in Fig. 4 a heat exchanger 10 is arranged in a flow channel 11. This heat exchanger 10 is part of a combined heat and power plant 100, which is designed as an external combustion engine 110. In particular, it is a Stirling engine 120 and the heat exchanger 10 is a Stirling heater head 121.

Durch den Strömungskanal 11 strömt ein Rauchgasstrom R, der Partikel P mit sich führt. In Strömungsrichtung des Rauchgasstroms R vor dem Wärmetauscher 10 (also stromaufwärts des Wärmetauschers 10) ist eine Verbrennungseinrichtung 19 angeordnet. Diese besteht aus zwei Brennkammern 20, insbesondere einer primären Brennkammer 21 und einer sekundären Brennkammer 22. In beide Brennkammern 21, 22 wird Verbrennungsluft V eingebracht. Die in die primäre Brennkammer 21 eingebrachte primäre Verbrennungsluft V1 wird mit Brennstoff B verbrannt. Mittels der in die sekundäre Brennkammer 22 eingebrachten sekundären Verbrennungsluft V2 wird eine Nachverbrennung des aus der primären Brennkammer 21 strömenden Rauchgases R vorgenommen. Eine solche Nachverbrennung ist in der Regel erst möglich, wenn der Rauchgasstrom R, welcher aus der primären Brennkammer 21 in die sekundäre Brennkammer 22 strömt, heiß genug ist. Bei einem Brennerstart enthält der Rauchgasstrom R im Strömungskanal 11 daher solange eine hohe Anzahl an Partikeln P, bis die Nachverbrennung in der sekundären Brennkammer 22 stabil abläuft.Through the flow channel 11 flows a flue gas stream R, the particles P leads with it. In the flow direction of the flue gas flow R upstream of the heat exchanger 10 (ie upstream of the heat exchanger 10), a combustion device 19 is arranged. This consists of two combustion chambers 20, in particular a primary combustion chamber 21 and a secondary combustion chamber 22. In both combustion chambers 21, 22 combustion air V is introduced. The primary combustion air V1 introduced into the primary combustion chamber 21 is combusted with fuel B. By means of the introduced into the secondary combustion chamber 22 secondary combustion air V2, an afterburning of the flowing out of the primary combustion chamber 21 flue gas R is made. Such afterburning is usually possible only when the flue gas flow R, which flows from the primary combustion chamber 21 into the secondary combustion chamber 22, is hot enough. In a burner start, therefore, the flue gas flow R in the flow channel 11 contains a high number of particles P until afterburning in the secondary combustion chamber 22 is stable.

Auch bei einem Brennerstopp kommt es aufgrund des Erstickens der Verbrennung oder eines Brennstoffmangels zu einer erhöhten Anzahl an Partikeln P im Rauchgasstrom R. Diese Partikel P lagerten sich nach dem Stand der Technik regelmäßig an dem Wärmetauscher 10 ab und bildeten eine Brennstoffablagerung A. Erfindungsgemäß ist deshalb ein Trennmittel 30 vorgesehen. Dieses ist als Luftstrom L ausgebildet, der von einer Strömungsvorrichtung 40 erzeugt wird. Die Strömungsvorrichtung 40 weist hierfür einen Strömungskanal 41 und einen Strömungserzeuger (nicht abgebildet) auf. Wenigstens eine Seitenwand des Strömungskanals 41 korrespondiert mit einer Seitenwand des Strömungskanals 11 des Rauchgasstroms R und bildet so eine Vorwärmeinrichtung 50. Hierdurch ist eine Wärmeübertragung vom Rauchgasstrom R auf den Luftstrom L möglich, bevor der Luftstrom L in Strömungsrichtung des Rauchgasstroms R vor dem Wärmetauscher 10 in den Strömungskanal 11 geleitet wird. Im Strömungskanal 11 strömt der erwärmte Luftstrom L dann parallel zum Wärmetauscher 10. Hierdurch wird der Rauchgasstrom R vom Wärmetauscher 10 getrennt. Es können keine Partikel P bis zum Wärmetauscher 10 gelangen, sodass keine Ablagerungen A am Wärmetauscher 10 entstehen.Even with a burner stop due to the suffocation of the combustion or a lack of fuel to an increased number of particles P in the flue gas stream R. These particles P deposited according to the prior art regularly from the heat exchanger 10 and formed a fuel deposit A. According to the invention therefore a release agent 30 is provided. This is designed as an air flow L, which is generated by a flow device 40. The flow device 40 has for this purpose a flow channel 41 and a flow generator (not shown). At least one side wall of the flow channel 41 corresponds to a side wall of the flow channel 11 of the flue gas stream R, thus forming a preheater 50. This allows heat transfer from the flue gas stream R to the air stream L before the air flow L in the flow direction of the flue gas stream R before the heat exchanger 10 in the flow channel 11 is passed. In the flow channel 11, the heated air stream L then flows parallel to the heat exchanger 10. As a result, the flue gas stream R is separated from the heat exchanger 10. No particles P can reach the heat exchanger 10, so that no deposits A are formed on the heat exchanger 10.

In Strömungsrichtung des Rauchgasstroms R hinter dem Wärmetauscher 10 kann der Rauchgasstrom R für eine erneute Nachverbrennung zurück in die sekundäre Brennkammer 22 geführt werden (Abgasrückführung), oder aber er verlässt den Strömungskanal 11 in die Umwelt. Dabei werden Schadstoffemissionen E in die Umwelt abgegeben.In the flow direction of the flue gas flow R behind the heat exchanger 10, the flue gas stream R for re-incineration can be fed back into the secondary combustion chamber 22 (exhaust gas recirculation), or he leaves the flow channel 11 in the environment. Pollutant emissions E are released into the environment.

In Fig. 5 findet sich ein Wärmetauscher 10, der in einem Strömungskanal 11 angeordnet ist. Dieser gehört zu einer Kraft-Wärme-Kopplungsanlage 100, die als externer Verbrennungsmotor 110 ausgebildet ist. Insbesondere ist letzterer ein Stirlingmotor 120 und der Wärmetauscher 10 ein Stirling-Erhitzerkopf 121.In Fig. 5 there is a heat exchanger 10 which is arranged in a flow channel 11. This belongs to a combined heat and power plant 100, which is designed as an external combustion engine 110. In particular, the latter is a Stirling engine 120 and the heat exchanger 10 is a Stirling heater head 121.

Durch den Strömungskanal 11 strömt ein Rauchgasstrom R. In Strömungsrichtung des Rauchgasstroms R vor dem Wärmetauscher 10 ist eine Verbrennungseinrichtung 19 angeordnet. Diese besteht aus zwei Brennkammern 20, insbesondere einer primären Brennkammer 21 und einer sekundären Brennkammer 22. In beide Brennkammern 21, 22 wird Verbrennungsluft V eingebracht. Die in die primäre Brennkammer 21 eingebrachte primäre Verbrennungsluft V1 wird gemeinsam mit Brennstoff B verbrannt. Ein hieraus entstehender Rauchgasstrom R strömt von der primären Brennkammer 21 in die sekundäre Brennkammer 22, wo eine Nachverbrennung mit der sekundären Verbrennungsluft V2 erfolgt.A flue gas flow R flows through the flow channel 11. In the flow direction of the flue gas flow R in front of the heat exchanger 10, a combustion device 19 is arranged. This consists of two combustion chambers 20, in particular a primary combustion chamber 21 and a secondary combustion chamber 22. In both combustion chambers 21, 22 combustion air V is introduced. The primary combustion air V1 introduced into the primary combustion chamber 21 is combusted together with fuel B. A resulting flue gas stream R flows from the primary combustion chamber 21 into the secondary combustion chamber 22, where afterburning takes place with the secondary combustion air V2.

Weiterhin ist zwischen dem Wärmetauscher 10 und der Verbrennungseinrichtung 19 ein Trennmittel 30 vorgesehen. Das Trennmittel 30 weist eine Klappe 60 und einen Bypass 61 auf. In einer ersten Klappenstellung K1 der Klappe 60 ist der Rauchgasstrom R nicht vom Wärmetauscher 10 getrennt. Durch eine Aktivierung des Trennmittels 30 kann die Klappe 60 in eine zweite Klappenstellung K2 überführt werden. In dieser zweiten Klappenstellung K2 strömt der Rauchgasstrom R durch den Bypass 61 und wird erst hinter dem Wärmetauscher 10 zurück in den Strömungskanal 11 geleitet. Somit ist der Rauchgasstrom R vom Wärmetauscher 10 getrennt. Im Rauchgasstrom R mitgeführte Partikel P können sich somit nicht am Wärmetausch 10 absetzen und eine Ablagerung A bilden.Furthermore, a separating means 30 is provided between the heat exchanger 10 and the combustion device 19. The separating means 30 has a flap 60 and a bypass 61. In a first flap position K1 of the flap 60, the flue gas flow R is not separated from the heat exchanger 10. By activating the separating means 30, the flap 60 can be transferred to a second flap position K2. In this second flap position K2, the flue gas flow R flows through the bypass 61 and is only conducted behind the heat exchanger 10 back into the flow channel 11. Thus, the flue gas stream R is separated from the heat exchanger 10. In the flue gas flow R entrained particles P can thus not settle on the heat exchange 10 and form a deposit A.

Der Rauchgasstrom R kann im Anschluss zurück in die sekundäre Brennkammer 22 geführt werden, wo eine erneute Nachverbrennung erfolgen könnte. Alternativ kann der Rauchgasstrom R auch direkt an die Umgebung abgegeben werden. Hierbei werden regelmäßig auch Schadstoffemissionen E freigesetzt.The flue gas stream R can then be led back into the secondary combustion chamber 22, where a re-incineration could take place. Alternatively, the flue gas stream R can also be delivered directly to the environment. This pollutant emissions E are released regularly.

Fig. 6 veranschaulicht in einem Diagramm die Auswirkung eines als Luftstrom ausgebildeten Trennmittels auf die mechanische Leistung eines Stirlingmotors. Hierfür ist auf der Abszisse des Diagramms eine Zeit t und auf der Ordinate des Diagramms eine mechanische Leistung W der Kraft-Wärme-Kopplungsanlage / des Stirlingmotors abgebildet. Die mechanische Leistung W1 entspricht der mechanischen Leistung ohne ein erfindungsgemäßes Trennmittel. Bei einem ersten Brennerstart ON1 steigt die mechanische Leistung W1 stark und schnell an, was darauf zurückzuführen ist, dass der Rauchgasstrom in direkten Kontakt zum Wärmtauscher steht. Fig. 6 Fig. 3 is a graph showing the effect of an air-flow separating agent on the mechanical performance of a Stirling engine. For this purpose, a time t is plotted on the abscissa of the diagram and a mechanical power W of the cogeneration plant / Stirling engine is shown on the ordinate of the diagram. The mechanical power W1 corresponds to the mechanical performance without an inventive release agent. With a first burner start ON1 the rising Mechanical power W1 strong and fast, which is due to the fact that the flue gas flow is in direct contact with the heat exchanger.

W2 zeigt dagegen die mechanische Leistung eines Stirlingmotors, dessen Wärmetauscher mittels eines als (kalter) Luftstrom L ausgebildeten Trennmittels vom Rauchgasstrom R getrennt ist. Durch die Trennung des Rauchgasstroms vom Wärmetauscher wird die Wärmeübertragung verlangsamt. Sie erreicht zwar die gleiche mechanische Leistung wie die mechanische Leistung ohne Luftstrom W1, dies jedoch mit einer zeitlichen Verzögerung und insbesondere erst dann, wenn der Luftstrom deaktiviert wird.In contrast, W2 shows the mechanical performance of a Stirling engine whose heat exchanger is separated from the flue gas flow R by means of a separating means designed as a (cold) air flow L. By separating the flue gas flow from the heat exchanger, the heat transfer is slowed down. Although it achieves the same mechanical performance as the mechanical power without air flow W1, but with a time delay and in particular only when the air flow is deactivated.

Um die mechanische Leistung schneller zu erreichen, kann vorgesehen sein, dass der Luftstrom vorgewärmt wird. Dies ist als mechanische Leistung W3 dargestellt.In order to achieve the mechanical power faster, it can be provided that the air flow is preheated. This is shown as mechanical power W3.

Exemplarisch ist rechts von dem ersten Brennerstart ON1 ein beispielsweise zwanzigster Brennerstart ON20 gezeigt. Die mechanischen Leistungen W2 und W3 mit erfindungsgemäßem Luftstrom sind deckungsgleich zu denen des ersten Brennerstarts ON1.As an example, to the right of the first burner start ON1, for example, a twentieth burner start ON20 is shown. The mechanical powers W2 and W3 with inventive air flow are congruent with those of the first burner start ON1.

Dagegen erreicht die mechanische Leistung W1 des zwanzigsten Brennerstarts ohne den erfindungsgemäßen Luftstrom nicht mehr die mechanischen Leistungen W1 des ersten Brennerstarts ON1. Dies ist darauf zurückzuführen, dass sich am Wärmetauscher Partikel aus dem Rauchgasstrom abgelagert haben und eine Brennstoffablagerung bilden. Hierdurch wird die Wärmeübertragung vom Rauchgasstrom auf den Wärmetauscher verschlechtert und die mechanische Leistung W1 nimmt mit steigender Anzahl an Brennerstarts ON ab. Die von der Kraft-Wärme-Kopplungsanlage erzeugte mechanische Leistung sinkt somit im Verhältnis zur erzeugten Wärme und somit zur eingesetzten Brennstoffmenge. Bezugszeichenliste A Brennstoffablagerungen 10 Wärmetauscher B Brennstoff 11 Strömungskanal E Schadstoffemissionen 19 Verbrennungseinrichtung K1 erste Klappenstellung K2 zweite Klappenstellung 20 Brennkammer L Luftstrom 21 primäre Brennkammer ON Brennerstart 22 sekundäre Brennkammer OFF Brennerstopp 23 Strömungserzeuger P Partikel R Rauchgasstrom 30 Trennmittel ST stationäre Verbrennung t_V Vorlaufzeit 40 Strömungsvorrichtung t_N Nachlaufzeit 41 Strömungskanal V Verbrennungsluft 42 Strömungserzeuger V1 primäre Verbrennungsluft V2 sekundäre Verbrennungsluft 50 Vorwärmeinrichtung v_L Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms 60 Klappe v_R Strömungsgeschwindigkeit des Rauchgasstroms 61 Bypass W mechanische Leistung eines Stirlingmotors 100 Kraft-Wärme-Kopplungsanlage 110 externer Verbrennungsmotor W1 mechanische Leistung eines Stirlingmotors ohne Trennmittel 120 Stirlingmotor 121 Stirling-Erhitzerkopf W2 mechanische Leistung eines Stirlingmotors mit Luftstrom W3 mechanische Leistung eines Stirlingmotors mit vorgewärmtem Luftstrom By contrast, the mechanical power W1 of the twentieth burner start without the air flow according to the invention no longer reaches the mechanical powers W1 of the first burner start ON1. This is due to the fact that particles have been deposited on the heat exchanger from the flue gas stream and form a fuel deposit. As a result, the heat transfer from the flue gas stream is deteriorated to the heat exchanger and the mechanical power W1 decreases with increasing number of burner starts ON. The mechanical power generated by the combined heat and power plant thus decreases in proportion to the heat generated and thus to the amount of fuel used. LIST OF REFERENCE NUMBERS A fuel deposits 10 heat exchangers B fuel 11 flow channel e emissions 19 incinerator K1 first flap position K2 second flap position 20 combustion chamber L airflow 21 primary combustion chamber ON burner start 22 secondary combustion chamber OFF burner stop 23 flow generator P particle R Flue gas stream 30 release agent ST stationary combustion t _V lead time 40 flow device t _N Follow-up time 41 flow channel V combustion air 42 flow generator V1 primary combustion air V2 secondary combustion air 50 preheater v _L Flow velocity of the airflow 60 flap v _R Flow velocity of the flue gas stream 61 bypass W mechanical power of a Stirling engine 100 Cogeneration plant 110 external combustion engine W1 mechanical performance of a Stirling engine without release agent 120 Stirling engine 121 Stirling heater head W2 mechanical power of a Stirling engine with airflow W3 mechanical power of a Stirling engine with preheated airflow

Claims

Method for reducing deposits (A) on a heat exchanger (10) which is arranged in a flow duct (11) and through which a flue gas flow (R) can be guided, there being at least one activatable separating means (30) for separating the flue gas flow (R) from the heat exchanger (10),
characterized in that
A) the separating means (30) is activated if the flue gas flow (R) has an increased number of particles (P), with the result that the flue gas flow (R) at least in part does not flow around the heat exchanger (10), and

B) the separating means (30) being deactivated if a flue gas flow (R) with a low number of particles (P) is guided through the flow duct (11).
Method according to Claim 1, characterized in that the separating means (30) is an air flow (L).
Method according to Claim 2, characterized in that the air flow (L) is preheated by means of a preheating device (50).
Method according to either of Claims 2 and 3, characterized in that the air flow (L) serves as combustion air for a combustion, and a flame is formed around the heat exchanger as a result.
Method according to one of Claims 2 to 4, characterized in that the flow velocity (V_L) of the air flow (L) is greater than or equal to the flow velocity (V_R) of the flue gas flow (R).
Method according to one of Claims 2 to 5, characterized in that the air flow (L) flows at least in part parallel to the heat exchanger (10).
Method according to one of Claims 2 to 6, characterized in that existing deposits (A) on the heat exchanger (10) are detached by way of the air flow (L).
Method according to one of the preceding claims, characterized in that the separating means (30) has a flap (60) and a bypass (61) which are arranged upstream of the heat exchanger (10) or parallel to the heat exchanger (10), as a result of which the flue gas flow (R) is not separated from the heat exchanger (10) in a first flap position (K1), and is guided through the bypass (61) and is separated from the heat exchanger (10) in a second flap position (K2).
Method according to one of the preceding claims, characterized in that the heat exchanger (10) is a constituent part of a cogeneration plant (100), by means of which thermal energy is converted into mechanical energy.