EP3176517B1 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von wärme - Google Patents

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EP3176517B1
EP3176517B1 EP16020471.5A EP16020471A EP3176517B1 EP 3176517 B1 EP3176517 B1 EP 3176517B1 EP 16020471 A EP16020471 A EP 16020471A EP 3176517 B1 EP3176517 B1 EP 3176517B1
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EP
European Patent Office
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fuel
fuels
combustion
heat
solid
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EP16020471.5A
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EP3176517A1 (de
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Andreas Fuss
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Individual
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Publication of EP3176517A1 publication Critical patent/EP3176517A1/de
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Publication of EP3176517B1 publication Critical patent/EP3176517B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/0063—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters using solid fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C1/00—Combustion apparatus specially adapted for combustion of two or more kinds of fuel simultaneously or alternately, at least one kind of fuel being either a fluid fuel or a solid fuel suspended in a carrier gas or air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/0027—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters using fluid fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/22—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/32—Heat sources or energy sources involving multiple heat sources in combination or as alternative heat sources
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H2230/00—Solid fuel fired boiler
    • F24H2230/02—Solid and fluid fuel fired boilers

Definitions

  • the invention relates to a method for generating heat and a device with which the method can be carried out.
  • the method and the device are preferably used to generate heat for hot water preparation and the heating of buildings.
  • operating materials are understood to mean substances and forms of energy from which heat can be generated by physical or chemical processes.
  • the following substances or mixtures of substances can therefore serve as operating materials, as well as electricity and the energy contained in the solar radiation spectrum: fossil fuels such as crude oil, natural gas, lignite, hard coal and peat, regenerative fuels such as wood and geothermal energy.
  • fossil fuels such as crude oil, natural gas, lignite, hard coal and peat
  • regenerative fuels such as wood and geothermal energy.
  • substances or substance mixtures can also be used as operating materials, with the help of which energy can be reversibly stored and released again in the form of thermal energy without a combustion process being involved.
  • zeolites and hygroscopic salts or salt mixtures as well as generally heat transfer fluids.
  • water, aqueous liquids and oils, so-called thermal oils are used as operating materials in a wide variety of heat generating devices.
  • WO 2010/072 830 A1 describes a two-fuel burner for solid fuels and fluid fuels, consisting of a solid fuel burner which has a fire bowl and a swiveling fluid-fuel burner.
  • the fluid-fuel burner is designed to be pivotable between a rest position located on the edge of the combustion chamber and the extended operating position, in which it extends over the brazier of the solid-fuel burner, and the entire flame area and the hot combustion gases during operation of the fluid-fuel -Burner are directed away from the fire bowl so that it is not damaged.
  • CH 385 888 A discloses a steam generating device with water preheater and air preheater in the flue gas shaft, which is heated with residues, for example garbage or rubbish. Furthermore, an oil burner is provided in the wall of the combustion chamber opposite the filling shaft, which promotes the burnout in the case of hardly combustible residues. This oil burner is used exclusively to support combustion in the case of non-combustible fuels.
  • FR 2 733 303 A1 describes a boiler which is preferably operated with natural gas and which is also suitable for the incineration of household waste.
  • the boiler according to FR 2 733 303 A1 contains at least two burners for a "staged", ie spatially separate, combustion of the fluid fuel.
  • the waste materials to be incinerated are placed between these two incineration zones. This waste incineration zone is thus located between the two combustion zones of the two burners.
  • the device in FR 2 733 303 A1 another shredder to shred the waste.
  • the dependency on a single usable fuel represents a not insignificant factor of uncertainty with regard to the reliability of the heat generating device can be used in an optimal way throughout the year without restriction.
  • so-called alternating fire boilers allow solid or liquid fuels to be used, but only one or the other;
  • structural changes must be made to the relevant heat generating device, such as replacing the furnace door with an oil burner with one with openings for firing with logs.
  • so-called two-chamber boilers are known in the prior art, which have two separate combustion chambers, for example one for solid fuels and one for liquid fuels. Disadvantages of this are, on the one hand, the complicated structure (high material consumption, complicated flue gas routing), on the other hand, a separate ignition device is required for each fuel, which is also very expensive.
  • the object of the present invention is to provide a method and a device with which it is possible to provide heat, inter alia, for hot water preparation and room heating, without being restricted in the choice of operating media, in particular the fuels. This eliminates the prior art limitation of choosing the Having to restrict the heat generating device to an operating medium, in particular a fuel, has been overcome.
  • the object of the invention furthermore comprises significantly improving the user-friendliness of devices for generating heat that can use several fuels / operating media.
  • the method according to the invention and the device according to the invention thus make it possible to use fuels in any physical state, depending on which fuel is currently available, both in combination with one another and independently of one another.
  • the method according to the invention can be carried out independently of the device according to the invention.
  • the method according to the invention is preferably carried out in the device according to the invention.
  • FIG Fig. 1 The device according to the invention is described below with reference to FIG Fig. 1 is described in more detail with reference to the exemplary embodiment shown schematically therein, without limiting the device according to the invention to this exemplary embodiment.
  • the fuels which can be used according to the invention are shown in FIG Fig. 1 not shown.
  • a device according to the invention for generating heat is a device in which the method according to the invention can be carried out in at least one embodiment or in a combination of at least two embodiments. It comprises a combustion chamber 100 and a feed device for at least one fuel.
  • Fig. 1 are exemplary three feeding devices 1a, 1b and shown schematically for fuels 1c, is to be assumed as an example for the further description that feeding means is adapted 1a for gaseous fuels, feeding means 1b (lumpy) for liquid fuels and supply device 1c for solid fuels, so that in the combustion chamber 100 at least one combustion process can take place.
  • the device according to the invention has at least one supply device 2 for combustion air, at least one discharge device 3a for the exhaust gases produced by the at least one combustion process, and optionally at least one discharge device 3b for the ashes and produced by the at least one combustion process at least one igniter to 5 wherein at least one of the fuel can be ignited with the at least one ignition device.
  • the at least one supply device 2 for combustion air can be structurally combined with one or more supply devices 1a , 1b or 1c for fuels, so that combustion air and fuel are supplied through at least one common, suitably designed, supply device. All feed devices are usually connected to suitable conveyor devices in each case, and these in turn with corresponding storage devices, which, however, for the sake of clarity in Fig. 1 is not shown.
  • the feed devices 1a , 1b and 1c each have at least one suitably designed and dimensioned outlet opening through which the respective fuel enters the combustion chamber.
  • the relevant details of the feed devices 1a , 1b and 1c as well as the conveying devices required for transporting the fuels are shown in Fig. 1 not shown for the sake of clarity.
  • the person skilled in the art knows numerous possibilities for conveying the fuels as well as design possibilities for the outlet openings which can be used according to the invention.
  • a combustion chamber is understood to mean that space region within the combustion chamber 100 which cannot be clearly delimited in which the at least one combustion process takes place.
  • This combustion chamber approximately encompasses that space area within the combustion chamber 100 which is covered by the supply devices 1a , 1b , 1c , and 2 , possibly the ignition device 5 , the discharge devices 3a and possibly 3b as well as the at least one support surface 6 on which the at least one solid fuel during of the combustion process rests on, is incompletely delimited.
  • the at least one support surface 6 is only required if at least one solid fuel is used. What has been said above with regard to the support surface 6 also applies analogously to the at least one discharge device 3b .
  • the ignition device 5 does not necessarily have to be arranged on the edge or in the vicinity of the edge of the combustion chamber. It can also be located at least partially inside or outside the combustion chamber.
  • the support surface 6 from the prior art, which can be used according to the invention.
  • the following may be mentioned by way of example: grids, gratings, perforated plates and the like.
  • the bottom of the combustion chamber 100 can also form the support surface 6 in sections or completely.
  • the ignition device 5 is arranged on at least one outlet nozzle of the feed device 1b for liquid fuels, so that the liquid fuel used in each case is ignited with the ignition device 5.
  • gaseous fuels supplied with the supply device 1a ignite automatically at the flame in the combustion chamber that is fed by the liquid fuel.
  • solid fuels that are fed in: these too are ignited by the respective burning liquid fuel.
  • any fuels with an ignition device optimized for a fuel to ignite automatically It is obvious to the person skilled in the art that the inventive concept is not restricted to the current exemplary embodiment, but also applies to any other analogous arrangement.
  • an ignition device 5 that can be used for gaseous fuels in the vicinity of the at least one outlet nozzle of the feed device 1a for gaseous fuels and thus to ignite the liquid fuels and the solid fuels by the respective burning gaseous fuel.
  • ignition devices 5 for solid fuels these usually not being arranged in the vicinity of the outlet opening of the feed device 1c .
  • Numerous ignition devices which can be used according to the invention are known to the person skilled in the art from the prior art. Examples include: electrical and piezoelectric ignition devices for gaseous and liquid fuels, matches, fire lighters, hot air ignition devices and the like for igniting solid fuels.
  • the ignition device 5 can be operated both manually and automatically.
  • the ignition device 5 used in each case can either be permanently fixed on or in the combustion chamber 100 , or be detachable and refastenable on or in the combustion chamber 100 , or can be temporarily inserted into the combustion chamber 100 independently of the combustion chamber 100 to achieve the desired Carry out ignition process.
  • the device according to the invention comprises at least one device 4 for dissipating the useful heat generated.
  • the person skilled in the art is familiar with numerous devices for dissipating useful heat, so-called heat exchangers, which can be used according to the invention.
  • Fig. 1 is an example of the execution as a heating coil, so a spiral bent pipe in which a heat transfer medium circulates, symbolized.
  • the device 4 for dissipating the useful heat can of course also be at least partially integrated into the wall and / or the ceiling and / or the floor of the combustion chamber 100 , as is the case with the so-called articulated boilers made of cast iron segments.
  • the invention further comprises a method for generating heat, the heat being generated by at least one combustion process, which is characterized in that fuels of any aggregate state are burned to generate the heat without structural changes having to be made to the device, in which the at least one combustion process takes place in order to switch from one fuel to another fuel or to change the mixing ratio of the fuel combination.
  • “Fuels” in the context of the present disclosure are understood to mean all solid, liquid or gaseous substances or substance mixtures, which can be burned in air or in other oxygen-containing gas mixtures with the development of heat, the combustion proceeding automatically after ignition until the fuel is largely completely burned. Substances or substance mixtures whose combustion can only take place with sufficient additional combustion, ie joint combustion with an independently combustible fuel, are therefore not considered fuel in the sense of this disclosure.
  • a “combustion process” is understood to mean both the combustion of a pure substance and the combustion of a substance mixture or a mixture of fuels.
  • Variant 1 is characterized in that at least three fuels of different physical state are burned individually one after the other and in any order. Variant 1 thus represents the sequential use of different fuels.
  • Variant 2 is characterized in that at least three fuels of different physical states are burned together. Variant 2 thus represents the simultaneous, ie simultaneous, use of different fuels.
  • the decision The choice of fuel can be made as desired - both depending on local direct availability and depending on the current purchase prices of the fuels.
  • This decision-making and thus the setting of the desired process parameters, i.e. the current operating mode can take place both manually and automatically, for example controlled by a microcontroller or a microprocessor-based computer system, for example a personal computer (PC). That is, the method is carried out according to the invention both in its entirety and in parts, both manually and automatically.
  • the combined implementation that is to say in parts manual and in parts automated, is also according to the invention.
  • the method according to the invention can be used universally. It is very particularly preferably used for the preparation of hot water and / or the heating of rooms, that is to say buildings and building complexes. However, it can of course also be used to provide process heat, for example in the chemical industry or other manufacturing industries. This means that the heat generated can not only be dissipated using water as a heat storage medium and / or heat transport medium, as is usual in the area of hot water generation and the provision of space heating.
  • the method according to the invention also includes the transfer of the heat generated to an aqueous or non-aqueous, liquid, solid or gaseous heat storage medium or heat transport medium, the heat storage medium and / or the heat transport medium being selected from the list comprising thermal oils, salt solutions, molten salts, ionic liquids, molten metals and solids, the term “solids” including all solids which are stable at the temperatures and other ambient conditions prevailing in the context of the at least one combustion process. Other environmental conditions include the ambient pressure and the chemical composition of the surrounding atmosphere. The combustion gases themselves also represent a heat transport and / or heat storage medium.
  • the invention does not relate to combustion devices and combustion methods as e.g. B. be used in the field of residual or waste incineration (for example fluidized bed and fixed bed reactors), since there the various combustible substances, especially the residual or waste, cannot continue to burn independently of each other after ignition. It is therefore not a matter of fuels according to the present disclosure, but only of combustible substances. In addition, the actual task of such devices and methods is not to generate heat, but to dispose of residual or waste materials. Furthermore, the invention also does not relate to devices and methods in which at least one of the fuels is at least partially part of a product manufactured in the context of the method. An example of this is the use of scrap tires in cement production.
  • the combustible parts of the old tires are used to generate heat for the production of the cement clinker, and the ash part of the old tires becomes part of the cement clinker.
  • Another difference of the invention disclosed here is that the heat generated in cement production is used in the device itself and is not dissipated from the device in order to use it for other purposes.
  • the invention also does not relate to crematorial incineration devices.
  • Fig. 1 shows schematically an embodiment of the device according to the invention by way of example. The drawing is not to scale.
  • Fig. 2 shows an example of a flow chart by means of which the method according to the invention can be carried out.
  • the individual process steps or process / operating states are symbolically represented by geometric figures (ellipses, rectangles, diamonds) and provided with reference symbols.
  • the time sequences and / or effects of the individual process steps or process / operating states are indicated by arrows and explained in more detail in the description.
  • the method according to the invention begins with the introduction of a first fuel (1st fuel inlet, 10 ), which is monitored by means of appropriate sensors (fuel monitoring, 20 ) in order to avoid overdosing.
  • a first fuel (1st fuel inlet, 10 )
  • fuel monitoring, 20 the fuel is monitored by means of appropriate sensors (fuel monitoring, 20 ) in order to avoid overdosing.
  • fuel ignition, 30 the fuel is ignited (fuel ignition, 30 ), which according to the invention can be carried out both manually and automatically by means of the ignition device 5.
  • the central operating state (combustion mode, 40 ) of the method is reached.
  • the combustion operation is monitored by means of suitable sensors that include at least one sensor (combustion operation monitoring "or" combustion monitoring ", 50 ).
  • Suitable sensors for this are known to the person skilled in the art As soon as the first fuel burns stably, further fuels can be introduced directly into the combustion chamber (2nd fuel inlet, 60 ; further fuel inlet (s), 70 ), which is usually controlled or respectively controlled by the combustion monitor 50 is regulated. According to the invention, external information such as the fill levels of the fuel storage container, current market prices of fuels, etc. can also be used to make decisions, indicated by the broken arrow " ext .”. In the exemplary embodiment disclosed here, it is not specified which fuel is used as "ignition fuel", ie which fuel is primarily ignited by ignition device 5 and then ignites the other fuels that can be metered in.
  • ignition fuel ie which fuel is primarily ignited by ignition device 5 and then ignites the other fuels that can be metered in.
  • the inventive concept provides that any fuel can be used for this, regardless of whether it is solid, liquid or gaseous.
  • the implementation of the invention with a plurality of ignition devices 5 also falls within the scope of the invention; however, for reasons of cost it is usually preferred to opt for a "pilot fuel” and design the device accordingly.
  • Preferred ignition fuels are liquid and gaseous fuels.
  • the process is usually terminated by interrupting the supply of combustion air and / or the one or more fuels currently being used.
  • the method can be carried out manually / manually as well as automated / program-controlled using mechanical and / or electronic computing devices such as microcontrollers (including the peripherals required for operation), complete data processing systems such as personal computers or industrial control systems.
  • the integration of the dissipation of useful heat and combustion products is in Fig. 2 not explicitly shown, since the person skilled in the art is familiar with corresponding devices / methods which can be used according to the invention.
  • combustion operation monitoring 50 does not necessarily only - as in FIG Fig. 2 - monitors the metering of the at least two further fuels, but can also monitor the metering of the first fuel 20 , which represents a further simplified embodiment of the invention.
  • the present invention allows a previously unknown flexibility and user-friendliness to use a wide variety of fuels in a single device for generating heat without having to make structural changes to change the fuel. In addition, it enables several fuels to be used at the same time.

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Description

    Technisches Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung von Wärme sowie eine Vorrichtung, mit Hilfe derer das Verfahren durchgeführt werden kann. Das Verfahren und die Vorrichtung werden bevorzugt zur Erzeugung von Wärme für die Warmwasserbereitung und die Beheizung von Gebäuden eingesetzt.
    • Stand der Technik
  • Für die Wärmeerzeugung generell sowie für die Beheizung von Gebäuden und für die Bereitung von Warmwasser gibt es zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen, die die unterschiedlichsten Betriebsstoffe verwenden. Unter Betriebsstoffen werden im Rahmen dieser Offenbarung Substanzen und Energieformen verstanden, aus denen durch physikalische oder chemische Prozesse Wärme erzeugt werden kann. Als Betriebsstoffe können daher die folgenden Substanzen oder Substanzgemische dienen sowie zusätzlich elektrischer Strom und die im solaren Strahlungsspektrum enthaltene Energie: fossile Brennstoffe wie Erdöl, Erdgas, Braunkohle, Steinkohle und Torf, regenerative Brennstoffe wie beispielsweise Holz sowie Erdwärme. Neben den vorgenannten Betriebsstoffen können auch Substanzen oder Substanzgemische als Betriebsstoffe verwendet werden, mit Hilfe derer Energie reversibel gespeichert und in Form von Wärmeenergie wieder freigesetzt werden kann, ohne daß dabei ein Verbrennungsprozeß beteiligt ist. Dazu zählen beispielsweise Zeolithe und hygroskopische Salze oder Salzmischungen sowie allgemein Wärmeträgerflüssigkeiten. Darüber hinaus werden auch Wasser, wässrige Flüssigkeiten sowie Öle, sog. Thermoöle, als Betriebsstoffe in den unterschiedlichsten Wärmeerzeugungsvorrichtungen eingesetzt.
  • In der Offenlegungsschrift WO 2010/072 830 A1 wird ein Zwei-Brennstoff-Brenner für Festbrennstoffe und fluide Brennstoffe, bestehend aus einem Festbrennstoff-Brenner, der eine Feuerschale aufweist und einem schwenkbaren Fluid-Brennstoff-Brenner beschrieben. Der Fluid-Brennstoff-Brenner ist schwenkbar zwischen einer am Rande der Brennkammer befindlichen Ruheposition und der ausgefahrenen Betriebsposition ausgeführt, bei der er sich über die Feuerschale des Feststoff-Brenners erstreckt, und der gesamte Flammenbereich und die heißen Verbrennungsgase während des Betriebs des Fluid-Brennstoff-Brenners von der Feuerschale weg gerichtet sind, damit diese nicht beschädigt wird.
  • In der Offenlegungsschrift GB 2 446 954 A wird offenbart, daß die Flamme eines Fluid-Brenners im wesentlichen vom Ort der Feststoffverbrennung weg gerichtet ist. Nur ein kleiner Teil der Flamme wird mittels einer "Flammen-TransferVorrichtung" auf den Festbrennstoff hingelenkt, um diesen zu entzünden. Weiterhin lehrt die GB 2 446 954 A explizit, daß es vorteilhaft ist, den kleinen Teil der Fluid-Brenner-Flamme nur auf einen kleinen Teil des Festbrennstoffes zu richten, damit in der Anzündphase des Festbrennstoffs möglichst wenig Kohlenmonoxid (CO) entsteht.
  • In der Patentschrift CH 385 888 A wird eine Dampferzeugungsvorrichtung mit Wasservorwärmer und Luftvorwärmer im Rauchgasschacht offenbart, die mit Rückständen beheizt wird, beispielsweise Müll oder Kehricht. Weiterhin ist in der Wand des Verbrennungsraums gegenüber dem Einfüllschacht ein Ölbrenner vorgesehen, der bei schwer brennbaren Rückständen den Ausbrand fördert. Dieser Ölbrenner dient ausschließlich der Verbrennungsunterstützung im Falle schwer brennbarer Brennstoffe.
  • In der Offenlegungsschrift FR 2 733 303 A1 wird ein Heizkessel beschrieben, der vorzugsweise mit Erdgas betrieben wird, und darüber hinaus auch für die Verbrennung von Haushaltsabfällen geeignet ist. Der Heizkessel gemäß FR 2 733 303 A1 enthält zumindest zwei Brenner für eine "gestufte", d.h. räumlich getrennte, Verbrennung des fluiden Brennstoffs. Zwischen diese beiden Verbrennungszonen werden die zu verbrennenden Abfallstoffe platziert. Diese Abfallverbrennungszone befindet sich somit zwischen den beiden Verbrennungszonen der beiden Brenner. Weiterhin weist die Vorrichtung in FR 2 733 303 A1 noch einen Schredder auf, um die Abfallstoffe zu zerkleinern.
  • Bis vor wenigen Jahrzehnten wurden nahezu ausschließlich fossile Energieträger sowie vereinzelt Holz und Elektrizität als Betriebsmittel eingesetzt. Im Zuge der Erkenntnis, daß die fossilen Energieträger endlich sind und die mit ihrer Verbrennung einhergehende CO2-Anreicherung in der Erdatmosphäre ebenfalls schädlich ist ("Treibhauseffekt"), werden regenerative, nachhaltige Betriebsstoffe vermehrt eingesetzt. Im Zuge des aus Gründen der Nachhaltigkeit gebotenen Umbaus unserer Energie- und Wärmeversorgung ist es eine unvermeidliche Entwicklung, daß die Vielfalt an Betriebsstoffen für die Erzeugung von Wärme, insbesondere von Warmwasser und Raumheizung, zunimmt. Die bis vor wenigen Jahrzehnten bestehende nahezu vollständige Monopolstellung der fossilen Energieträger wird durch die aktuelle Entwicklung aufgebrochen und es ist absehbar, daß es zukünftig keine weitere derartige Monopolstellung irgendeines einzelnen Energieträgers mehr geben wird.
  • Regenerative Energieträger als Betriebsmittel für Wärmeerzeugungsvorrichtungen für die Wärmeerzeugung allgemein sowie die Warmwasserbereitung und Wohnraumbeheizung insbesondere sind jedoch oftmals regional nur saisonal verfügbar, was die ganzjährige Versorgung erschwert. Eine ganzjährige Versorgung mit einem favorisierten regenerativen Energieträger führt somit zwangsläufig zu Transportkosten, die die ökologische Bilanz verschlechtern. Zudem stellt die Abhängigkeit von einem einzigen einsetzbaren Betriebsstoff einen nicht unwesentlichen Unsicherheitsfaktor hinsichtlich Ausfallsicherheit der Wärmeerzeugungsvorrichtung dar. Andere regenerative Betriebsmittel, wie beispielsweise die Erdwärmenutzung mittels Wärmepumpen, weisen zum Beispiel je nach Jahreszeit unterschiedliche Effizienz (Wirkungsgrade) auf, so daß sie unter Umständen ebenfalls nicht uneingeschränkt ganzjährig in optimaler Weise anwendbar sind.
  • Im Stand der Technik wird dem versucht zu begegnen, indem jeweils zwei zueinander passende Betriebsmittel miteinander kombiniert werden. Beispielsweise Solarthermie mit Erdgas oder Erdwärme mit Heizöl. Dies entschärft die Problematik zwar ein wenig, aber infolge der sehr verschiedenartigen Betriebsmittel bestehen immer noch einige Kombinationen, die bislang nicht oder nur sehr umständlich miteinander kombinierbar sind. Insbesondere unter den Brennstoffen gibt es im Stand der Technik bislang noch keine Möglichkeit, sie miteinander zu kombinieren, bzw. in einer einzigen Vorrichtung zu verwenden, ohne daß manuelle Eingriffe vorgenommen werden müssen. Beispielsweise erlauben es sogenannte Wechselbrandkessel, Festbrennstoffe oder Flüssigbrennstoffe zu verwenden, aber nur jeweils den einen oder den anderen; beim Umstieg von dem einen Brennstoff auf den anderen müssen an der betreffenden Wärmeerzeugungsvorrichtung bauliche Veränderungen vorgenommen werden, wie zum Beispiel der Austausch der Ofentür mit Ölbrenner gegen eine solche mit Öffnungen zur Befeuerung mit Scheitholz. Weiterhin sind im Stand der Technik sogenannte Zweikammerkessel bekannt, die zwei separate Brennkammern aufweisen, zum Beispiel eine für Festbrennstoffe und eine für Flüssigbrennstoffe. Nachteilig daran sind zum einen der komplizierte Aufbau (hoher Materialverbrauch, komplizierte Rauchgasführung), zum anderen wird hier für jeden Brennstoff eine eigene separate Zündvorrichtung benötigt, was ebenfalls sehr kostspielig ist. Die Schaffung der Möglichkeit, das jeweils aktuell verwendete Betriebsmittel möglichst frei und ohne Beschränkung je nach saisonalem Anfall oder aktuellem Einkaufspreis auswählen zu können, bzw. den Wechsel von einem Brennstoff auf einen anderen automatisiert und ohne manuellen Eingriff durchzuführen, stellt daher einen besonderen Vorteil für den Betrieb einer Wärmeerzeugungsvorrichtung dar, sowohl unter Kostenaspekten als auch hinsichtlich der betriebsmittelverfügbarkeitsbedingten Ausfallsicherheit und der Anwenderfreundlichkeit.
    • Aufgabe
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung bereitzustellen, womit es möglich ist, Wärme unter anderem für die Warmwasserbereitung sowie Raumheizung zur Verfügung zu stellen, ohne dabei in der Wahl der Betriebsmittel, insbesondere der Brennstoffe, eingeschränkt zu sein. Dadurch wird die im Stand der Technik bestehende Einschränkung, sich bei der Wahl der Wärmeerzeugungsvorrichtung auf ein Betriebsmittel, insbesondere einen Brennstoff, beschränken zu müssen, überwunden. Die Aufgabe der Erfindung umfasst weiterhin, die Anwenderfreundlichkeit von Vorrichtungen zur Wärmeerzeugung, die mehrere Brennstoffe/Betriebsmittel verwenden können, deutlich zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Die abhängigen Ansprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglichen es somit, Brennstoffe beliebigen Aggregatzustandes zu verwenden, je nachdem welcher Brennstoff gerade verfügbar ist, und zwar sowohl in Kombination miteinander als auch unabhängig voneinander. Insbesondere das erfindungsgemäße Verfahren kann unabhängig von der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt werden. Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren jedoch in der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt.
    • Beschreibung
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 1 anhand des darin schematisch gezeigten Ausführungsbeispiels näher beschrieben, ohne daß damit eine Begrenzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf dieses Ausführungsbeispiel verbunden ist. Der Übersichtlichkeit halber sind die erfindungsgemäß verwendbaren Brennstoffe in Fig. 1 nicht dargestellt.
  • Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung von Wärme ist eine Vorrichtung, in der das erfindungsgemäße Verfahren in wenigstens einer Ausführungsart oder in einer Kombination mindestens zweier Ausführungsarten durchgeführt werden kann. Sie umfasst eine Brennkammer 100 sowie eine Zuführungseinrichtung für mindestens einen Brennstoff. In Fig. 1 sind beispielhaft drei Zuführungseinrichtungen 1a, 1b und 1c für Brennstoffe schematisch dargestellt, wobei für die weitere Beschreibung beispielhaft angenommen werden soll, daß Zuführungseinrichtung 1a für gasförmige Brennstoffe ausgelegt ist, Zuführungseinrichtung 1b für flüssige Brennstoffe und Zuführungseinrichtung 1c für feste (stückige) Brennstoffe, so daß in der Brennkammer 100 mindestens ein Verbrennungsprozeß stattfinden kann.
  • Für die Verbrennung der Brennstoffe und Erzeugung der Wärme weist die erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens eine Zuführungseinrichtung 2 für Verbrennungsluft, mindestens eine Abführungseinrichtung 3a für die durch den mindestens einen Verbrennungsprozeß entstehenden Abgase, und gegebenenfalls mindestens eine Abführungseinrichtung 3b für die durch den mindestens einen Verbrennungsprozeß entstehenden Aschen und mindestens eine Zündvorrichtung 5 auf, wobei mit der mindestens einen Zündvorrichtung 5 mindestens einer der Brennstoffe entzündbar ist. Die mindestens eine Zuführungseinrichtung 2 für Verbrennungsluft kann baulich mit einer oder mehreren Zuführungseinrichtungen 1a, 1b oder 1c für Brennstoffe kombiniert sein, so daß Verbrennungsluft und Brennstoff durch mindestens eine gemeinsame, in geeigneter Weise ausgeführte, Zuführungseinrichtung zugeführt werden. Alle Zuführungseinrichtungen sind üblicherweise mit jeweils geeigneten Fördereinrichtungen verbunden, und diese wiederum mit entsprechenden Bevorratungseinrichtungen, was jedoch der Übersichtlichkeit halber in Fig. 1 nicht dargestellt ist.
  • Die Zuführungseinrichtungen 1a, 1b und 1c weisen jeweils mindestens eine geeignet gestaltete und dimensionierte Austrittsöffnung auf, durch die der jeweilige Brennstoff in den Brennraum eintritt. Die betreffenden Details der Zuführungseinrichtungen 1a, 1b und 1c sowie die für den Transport der Brennstoffe erforderlichen Fördereinrichtungen sind in Fig. 1 der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt. Dem Fachmann sind aus dem Stand der Technik zahlreiche Fördermöglichkeiten für die Brennstoffe sowie Ausgestaltungsmöglichkeiten für die Austrittsöffnungen bekannt, die erfindungsgemäß verwendet werden können. Als Brennraum wird derjenige nicht scharf abgrenzbare Raumbereich innerhalb der Brennkammer 100 verstanden, in dem der mindestens eine Verbrennungsprozeß stattfindet. Näherungsweise umfasst dieser Brennraum denjenigen Raumbereich innerhalb der Brennkammer 100, der von den Zuführungseinrichtungen 1a, 1b, 1c, und 2, ggf. der Zündvorrichtung 5, den Abführungseinrichtungen 3a und gegebenenfalls 3b sowie der mindestens einen Auflagefläche 6, auf der der mindestens eine Festbrennstoff während des Verbrennungsprozesses aufliegt, unvollständig umgrenzt wird. Dabei ist zu beachten, daß die mindestens eine Auflagefläche 6 nur benötigt wird, wenn mindestens ein Festbrennstoff verwendet wird. Das vorstehend bezüglich Auflagefläche 6 Gesagte gilt auch analog für die mindestens eine Abführungseinrichtung 3b. Weiterhin ist zu beachten, daß die Zündvorrichtung 5 nicht zwingend am Rand oder in der Nähe des Randes des Brennraumes angeordnet sein muß. Sie kann sich zumindest teilweise auch innerhalb oder ausserhalb des Brennraumes befinden. Dem Fachmann sind aus dem Stand der Technik zahlreiche Ausgestaltungsmöglichkeiten der Auflagefläche 6 bekannt, die erfindungsgemäß verwendet werden können. Beispielhaft seien genannt: Roste, Gitterroste, Lochbleche u. a. m. Auch der Boden der Brennkammer 100 kann erfindungsgemäß abschnittsweise oder vollständig die Auflagefläche 6 bilden.
  • Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist die Zündvorrichtung 5 an mindestens einer Austrittsdüse der Zuführungseinrichtung 1b für flüssige Brennstoffe angeordnet, so daß mit der Zündvorrichtung 5 der jeweils verwendete flüssige Brennstoff entzündet wird. Nachdem der flüssige Brennstoff entzündet ist, entzünden sich mit der Zuführungsreinrichtung 1a zugeführte gasförmige Brennstoffe automatisch an der durch den flüssigen Brennstoff genährten Flamme im Brennraum. Das gleiche gilt auch für zugeführte feste Brennstoffe: Auch diese werden durch den jeweils brennenden flüssigen Brennstoff entzündet. Auf diese Art und Weise ist es möglich, mit einer für einen Brennstoff optimierten Zündvorrichtung beliebige Brennstoffe automatisch zu zünden. Es ist für den Fachmann offensichtlich, daß der erfinderische Gedanke nicht auf das aktuelle Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern für jede andere analoge Anordnung auch gilt. Beispielsweise ist es gleichermaßen bevorzugt, eine für gasförmige Brennstoffe verwendbare Zündvorrichtung 5 in der Nähe der mindestens einen Austrittsdüse der Zuführungseinrichtung 1a für gasförmige Brennstoffe anzuordnen und so die flüssigen Brennstoffe sowie die festen Brennstoffe durch den jeweils brennenden gasförmigen Brennstoff zu entzünden. Das Gesagte gilt ebenfalls für die Verwendung von Zündvorrichtungen 5 für feste Brennstoffe, wobei diese üblicherweise nicht in der Nähe der Austrittsöffnung der Zuführungseinrichtung 1c angeordnet sind. Dem Fachmann sind aus dem Stand der Technik zahlreiche Zündvorrichtungen bekannt, die erfindungsgemäß verwendet werden können. Beispielhaft seien genannt: elektrische sowie piezoelektrische Zündvorrichtungen für gasförmige und flüssige Brennstoffe, Streichhölzer, Feueranzünder, Heißluft-Zündvorrichtungen und dergleichen mehr für die Entzündung von Festbrennstoffen. Der Betrieb der Zündvorrichtung 5 kann sowohl manuell als auch automatisiert erfolgen. Die jeweils verwendete Zündvorrichtung 5 kann entweder dauerhaft fest an bzw. in der Brennkammer 100 montiert sein, oder abnehmbar und wiederbefestigbar an bzw. in der Brennkammer 100 montiert sein, oder unabhängig von der Brennkammer 100 zeitweise in die Brennkammer 100 eingeführt werden, um den gewünschten Zündvorgang durchzuführen.
  • Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens eine Vorrichtung 4 zur Abführung der erzeugten Nutzwärme. Auch hier sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik zahlreiche Vorrichtungen zur Abführung der Nutzwärme, sogenannte Wärmetauscher bekannt, die erfindungsgemäß verwendet werden können. In Fig. 1 ist beispielhaft die Ausführung als Heizschlange, also eines spiralig gebogenen Rohres, in dem ein Wärmeträgermedium zirkuliert, symbolisiert dargestellt. Die Vorrichtung 4 zur Abführung der Nutzwärme kann natürlich auch mindestens teilweise in die Wandung und/oder die Decke und/oder den Boden der Brennkammer 100 integriert sein, wie dies bei den sogenannten, aus gußeisernen Segmenten gefertigten, Gliederkesseln der Fall ist.
  • Erfindungswesentlich sind ganz besonders die folgenden Merkmale:
    1. a) Die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält nicht nur eine Zuführungseinrichtung für Brennstoffe, wie es im Stand der Technik üblich ist, sondern drei Zuführungseinrichtungen 1a, 1b, 1c für drei Brennstoffe (fest, flüssig, gasförmig).
    2. b) Die Zuführungseinrichtungen 1a, 1b, 1c, 2, sowie die Auflagefläche 6 für Festbrennstoffe sind so geformt dimensioniert und zueinander angeordnet, daß der Verbrennungsprozeß jedes Brennstoffs in dem im wesentlichen gleichen räumlichen Bereich der Brennkammer, dem Brennraum, erfolgt, wodurch sichergestellt wird, daß jeder aktuell gerade brennende Brennstoff jeden anderen zudosierten Brennstoff entzündet.
    3. c) Es müssen keine baulichen Veränderungen an der Vorrichtung vorgenommen werden, um von einem Brennstoff auf einen anderen Brennstoff zu wechseln oder das Mischungsverhältnis der Brennstoffkombination zu verändern.
  • Die Erfindung umfasst weiterhin ein Verfahren zur Erzeugung von Wärme, wobei die Erzeugung der Wärme durch mindestens einen Verbrennungsprozeß erfolgt, der dadurch gekennzeichnet ist, daß Brennstoffe beliebigen Aggregatzustandes zur Erzeugung der Wärme verbrannt werden, ohne daß dafür bauliche Veränderungen an der Vorrichtung vorgenommen werden müssen, in der der mindestens eine Verbrennungsprozeß erfolgt, um von einem Brennstoff auf einen anderen Brennstoff zu wechseln oder das Mischungsverhältnis der Brennstoffkombination zu verändern.
  • Unter "Brennstoffen" im Sinne der vorliegenden Offenbarung werden dabei alle festen, flüssigen oder gasförmigen Substanzen oder Substanzgemische verstanden, die in Luft oder in sonstigen sauerstoffhaltigen Gasmischungen unter Wärmeentwicklung verbrannt werden können, wobei die Verbrennung nach erfolgter Entzündung selbständig fortschreitet bis der Brennstoff weitgehend vollständig verbrannt ist. Als Brennstoff im Sinne dieser Offenbarung gelten also solche Substanzen oder Substanzgemische nicht, deren Verbrennung nur mit ausreichender Zufeuerung, d.h. gemeinsamer Verbrennung mit einem selbständig brennbaren Brennstoff stattfinden kann. Unter einem "Verbrennungsprozeß" wird im Rahmen dieser Offenbarung sowohl die Verbrennung einer Reinsubstanz als auch die Verbrennung eines Substanzgemisches bzw. einer Mischung von Brennstoffen verstanden.
  • Die erfindungsgemäße Verwendung von mindestens drei Brennstoffen unterschiedlichen Aggregatzustandes, beziehungsweise gleicher oder unterschiedlicher Zusammensetzung, zur Erzeugung von Wärme in einer Vorrichtung, ohne die Vorrichtung für einen Wechsel des Brennstoffs oder des Mischungsverhältnissen von mindestens drei Brennstoffen baulich verändern zu müssen, kann in zwei Varianten durchgeführt werden. Variante 1 ist dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei Brennstoffe unterschiedlichen Aggregatzustandes jeweils alleine nacheinander und in beliebiger Reihenfolge verbrannt werden. Variante 1 stellt somit die sequenzielle Verwendung verschiedener Brennstoffe dar. Variante 2 ist dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei Brennstoffe unterschiedlichen Aggregatzustandes gemeinsam verbrannt werden. Variante 2 stellt somit die simultane, also gleichzeitige, Verwendung verschiedener Brennstoffe dar. Infolge dieser beiden grundsätzlichen Varianten der Verfahrensführung bietet das erfindungsgemäße Verfahren die besondere Möglichkeit, Wärme sehr flexibel unter Nutzung der aktuell jeweils am besten verfügbaren Energieträger, insbesondere Brennstoffe, bereitzustellen. Die Entscheidung zur Brennstoffwahl kann dabei beliebig erfolgen - sowohl in Abhängigkeit von lokaler direkter Verfügbarkeit, als auch in Abhängigkeit von den jeweils aktuellen Einkaufspreisen der Brennstoffe. Diese Entscheidungsfindung und damit die Einstellung der gewünschten Verfahrensparameter, also der aktuellen Betriebsweise, kann sowohl manuell als auch automatisiert, etwa gesteuert durch einen Mikrocontroller oder ein mikroprozessorbasiertes Computersystem, beispielsweise Personal-Computer (PC) erfolgen. Das heißt, das Verfahren wird erfindungsgemäß sowohl in Gänze als auch in Teilen sowohl manuell als auch automatisiert durchgeführt. Auch die kombinierte Durchführung, also in Teilen manuell und in Teilen automatisiert, ist erfindungsgemäß.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist universell einsetzbar. Es wird ganz besonders bevorzugt verwendet für die Bereitung von Warmwasser und/oder die Beheizung von Räumen, also Gebäuden und Gebäudekomplexen. Es kann aber natürlich auch verwendet werden für die Bereitstellung von Prozeßwärme, beispielsweise in der chemischen Industrie oder anderen produzierenden Gewerben. Das heißt, die erzeugte Wärme kann nicht nur - wie im Bereich der Warmwasser-erzeugung und der Bereitstellung von Raumwärme üblich - mittels Wasser als Wärmespeichermedium und/oder Wärmetransportmedium abgeführt werden. Vielmehr umfasst das erfindungsgemäße Verfahren auch die Übertragung der erzeugten Wärme auf ein wässriges oder nichtwässriges, flüssiges, festes oder gasförmiges Wärmespeichermedium oder Wärmetransportmedium, wobei das Wärmespeichermedium und/oder das Wärmetransportmedium ausgewählt sind aus der Liste umfassend Thermoöle, Salzlösungen, Salzschmelzen, Ionische Flüssigkeiten, Metallschmelzen und Feststoffe, wobei der Begriff "Feststoffe" alle Feststoffe umfasst, die bei den im Rahmen des mindestens einen Verbrennungsprozesses herrschenden Temperaturen und sonstigen Umgebungsbedingungen stabil sind. Als sonstige Umgebungsbedingungen seien beispielhaft der Umgebungsdruck und die chemische Zusammensetzung der umgebenden Atmosphäre genannt. Auch die Verbrennungsgase an sich stellen somit ein Wärmetransport- und/oder Wärmespeichermedium dar.
  • Folgende Vorrichtungen bzw. Verfahren sind vom Umfang der Erfindung ausgenommen:
    Die Erfindung bezieht sich nicht auf Verbrennungsvorrichtungen und Verbrennungsverfahren, wie sie z. B. im Bereich der Reststoff- bzw. Abfallverbrennung eingesetzt werden (beispielsweise Wirbelschicht- und Festbett-Reaktoren), da dort die verschiedenen brennbaren Stoffe, insbesondere die Rest- bzw. Abfallstoffe, nach Entzündung nicht verfahrensgemäß unabhängig voneinander weiterbrennen können. Es handelt sich dabei also nicht um Brennstoffe gemäß vorliegender Offenbarung, sondern lediglich um verbrennbare Stoffe. Zudem besteht bei derartigen Vorrichtungen und Verfahren die eigentliche Aufgabe nicht darin, Wärme zu erzeugen, sondern Rest- bzw. Abfallstoffe zu entsorgen. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auch nicht auf Vorrichtungen und Verfahren, bei denen mindestens einer der Brennstoffe zumindest teilweise Bestandteil eines im Rahmen des Verfahrens hergestellten Produktes wird. Als Beispiel dafür sei die Verwendung von Altreifen in der Zementproduktion genannt. Hierbei werden die brennbaren Anteile der Altreifen zur Wärmeerzeugung für die Herstellung des Zementklinkers verwendet, und der Ascheanteil der Altreifen wird dabei Bestandteil des Zementklinkers. Ein weiterer Unterschied der hier offenbarten Erfindung besteht zudem darin, daß bei der Zementproduktion die erzeugte Wärme in der Vorrichtung selbst zur Verwendung gelangt, und nicht aus der Vorrichtung abgeführt wird, um sie anderweitig zu nutzen. Die Erfindung bezieht sich auch nicht auf Verbrennungsvorrichtungen in Krematorien.
  • In den Zeichnungen und der schriftlichen Beschreibung sind die einzelnen Merkmale der Erfindung mit Bezugsziffern bezeichnet, ohne daß damit eine Beschränkung der Erfindung verbunden ist, und wobei gleiche Bezugsziffern in den Zeichnungen und der schriftlichen Beschreibung sowie den Ansprüchen durchwegs auf gleiche Merkmale verweisen.
  • Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und den Zeichnungen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1a: Zuführungseinrichtung für gasförmige Brennstoffe
    • 1b: Zuführungseinrichtung für flüssige Brennstoffe
    • 1c: Zuführungseinrichtung für feste Brennstoffe
    • 2: Zuführungseinrichtung für Verbrennungsluft
    • 3a: Abführungseinrichtung für Verbrennungsgase
    • 3b: Abführungseinrichtung für Aschen
    • 4: Vorrichtung zur Abführung der Nutzwärme
    • 5: Zündvorrichtung
    • 6: Auflagefläche für feste Brennstoffe
    • 10: Verfahrenszustand bzw. Verfahrensschritt "Einleitung eines ersten Brennstoffs"
    • 20: Verfahrenszustand bzw. Verfahrensschritt "Brennstoffüberwachung"
    • 30: Verfahrenszustand bzw. Verfahrensschritt "Brennstoffzündung"
    • 40: Verfahrenszustand bzw. Verfahrensschritt "Brennbetrieb"
    • 50: Verfahrenszustand bzw. Verfahrensschritt "Brennbetriebsüberwachung" resp. "Verbrennungsüberwach ung"
    • 60: Verfahrenszustand bzw. Verfahrensschritt "Einleitung eines zweiten Brennstoffs"
    • 70: Verfahrenszustand bzw. Verfahrensschritt "Einleitung mindestens eines weiteren Brennstoffs"
    • 100: erfindungsgemäße Vorrichtung
    Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Fig. 1 zeigt schematisch beispielhaft eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Zeichnung ist nicht maßstäblich ausgeführt.
  • Fig. 2 zeigt beispielhaft ein Flußdiagramm anhand dessen das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann. Die einzelnen Verfahrensschritte bzw. Verfahrens-/Betriebszustände sind symbolisch durch geometrische Figuren (Ellipsen, Rechtecke, Rauten) dargestellt und mit Bezugszeichen versehen. Die zeitlichen Abfolgen und/oder Wirkungen der einzelnen Verfahrensschritte bzw. Verfahrens-/Betriebszustände sind durch Pfeile gekennzeichnet und in der Beschreibung näher erläutert.
    • Ausführungsbeispiele
  • Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung wurde vorstehend bereits anhand von Fig. 1 beschrieben. Nachfolgend wird die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielhaft und unter Zuhilfenahme von Fig. 2 anhand der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit drei Brennstoffen unterschiedlichen Aggregatzustandes beschrieben.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren beginnt mit der Einleitung eines ersten Brennstoffs (1. Brennstoffeinleitung, 10), die mittels entsprechender Sensorik (Brennstoffüberwachung, 20) überwacht wird, um eine Überdosierung zu vermeiden. Wenn sich ausreichend Brennstoff in der Brennkammer 100 befindet, wird der Brennstoff gezündet (Brennstoffzündung, 30), was erfindungsgemäß sowohl manuell als auch automatisiert mittels Zündvorrichtung 5 erfolgen kann. Mit erfolgter Zündung ist der zentrale Betriebszustand (Brennbetrieb, 40) des Verfahrens erreicht. Der Brennbetrieb wird mittels geeigneter Sensorik, die mindestens einen Sensor umfasst, überwacht (Brennbetriebsüberwachung" resp. "Verbrennungs-überwachung", 50). Dafür geeignete Sensoren sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt. Im Falle der teilweisen oder vollständigen manuellen Durchführung übernimmt der Beobachter die Funktion eines entsprechenden Sensors. Sowie der erste Brennstoff stabil brennt, können weitere Brennstoffe direkt in die Brennkammer eingeleitet werden (2. Brennstoffeinleitung, 60; weitere Brennstoffeinleitung(en), 70), was üblicherweise durch die Verbrennungs-überwachung 50 gesteuert bzw. geregelt wird. Dazu können erfindungsgemäß auch externe Informationen wie z.B. Füllstände der Brennstoffvorratsbehälter, aktuelle Marktpreise der Brennstoffe u. a. m. zur Entscheidungsfindung herangezogen werden, angedeutet durch den unterbrochenen Pfeil "ext.". Es ist im hier offenbarten Ausführungsbeispiel nicht festgelegt, welcher Brennstoff als "Zündbrennstoff" verwendet wird, d.h., welcher Brennstoff primär durch die Zündvorrichtung 5 entzündet wird und dann seinerseits die anderen zudosierbaren Brennstoffe entzündet. Der erfinderische Gedanke sieht vor, daß dafür jeder beliebige Brennstoff verwendet werden kann, egal ob fest, flüssig oder gasförmig. Auch die Ausführung der Erfindung mit mehreren Zündvorrichtungen 5 fällt in den Schutzbereich der Erfindung; allerdings ist es üblicherweise aus Kostengründen bevorzugt, sich für einen "Zündbrennstoff" zu entscheiden und die Vorrichtung entsprechend auszuführen. Bevorzugte Zündbrennstoffe sind flüssige und gasförmige Brennstoffe. Die Beendigung des Verfahrens erfolgt üblicherweise durch Abbruch der Zuführung der Verbrennungsluft und/oder des einen, bzw. der mehreren gerade eingesetzten Brennstoffe. Das Verfahren kann sowohl manuell/händisch durchgeführt werden als auch automatisiert/programmgesteuert unter Verwendung von mechanischen und/oder elektronischen Recheneinrichtungen wie Mikrocontrollern (inklusive der für den Betrieb erforderlichen Peripherie), vollständigen Datenverarbeitungssystemen wie Personal Computern oder industriellen Steuerungssystemen. Die Integration der Abführung der Nutzwärme sowie der Verbrennungsprodukte ist in Abb. 2 nicht explizit gezeigt, da dem Fachmann entsprechende Vorrichtungen/Verfahren bekannt sind, die erfindungsgemäß verwendbar sind.
  • Weiterhin sei noch angemerkt, daß die Brennbetriebsüberwachung 50 nicht zwingend nur - wie in Fig. 2 gezeigt - die Zudosierung der mindestens zwei weiteren Brennstoffe überwacht, sondern auch die Überwachung der Zudosierung des ersten Brennstoffs 20 übernehmen kann, was eine weitere vereinfachte Ausführungsvariante der Erfindung darstellt.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung gestattet in bis dato unbekannter Flexibilität und Anwenderfreundlichkeit die Nutzung unterschiedlichster Brennstoffe in einer einzigen Vorrichtung zur Erzeugung von Wärme, ohne für den Brennstoffwechsel bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Darüber hinaus ermöglicht sie die gleichzeitige Verwendung mehrerer Brennstoffe.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Erzeugung von Wärme, wobei die Erzeugung der Wärme durch mindestens einen Verbrennungsprozeß innerhalb eines Brennraumes innerhalb einer Brennkammer (100) erfolgt,
    dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei Brennstoffe unterschiedlichen Aggregatzustandes, gasförmig, flüssig und fest, zur Erzeugung der Wärme verbrannt werden, ohne daß dafür bauliche Veränderungen an der Vorrichtung, welche eine Zündvorrichtung (5) enthält, vorgenommen werden müssen, in der der mindestens eine Verbrennungsprozeß erfolgt, um von einem Brennstoff auf einen anderen Brennstoff zu wechseln oder um das Mischungsverhältnis der Brennstoffkombination zu verändern, und wobei einer der Brennstoffe durch die Zündvorrichtung (5) entzündet wird und dann seinerseits die anderen beiden Brennstoffe entzündet.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei Brennstoffe unterschiedlichen Aggregatzustandes jeweils alleine nacheinander und in beliebiger Reihenfolge verbrannt werden.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei Brennstoffe unterschiedlichen Aggregatzustandes gemeinsam verbrannt werden.
  4. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren für die Bereitung von Warmwasser und/oder die Beheizung von Räumen verwendet wird.
  5. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erzeugte Wärme auf ein wässriges oder nichtwässriges, flüssiges, festes oder gasförmiges Wärmespeichermedium oder Wärmetransportmedium übertragen wird, wobei das Wärmespeichermedium und/oder das Wärmetransportmedium ausgewählt sind aus der Liste umfassend Thermoöle, Salzlösungen, Salzschmelzen, Ionische Flüssigkeiten, Metallschmelzen und Feststoffe, wobei der Begriff "Feststoffe" alle Feststoffe umfasst, die bei den im Rahmen des mindestens einen Verbrennungsprozesses herrschenden Temperaturen, Drucken und chemischen Zusammensetzungen der umgebenden Atmosphäre stabil sind.
  6. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren manuell durchgeführt wird.
  7. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren automatisiert durchgeführt wird.
  8. Vorrichtung zur Erzeugung von Wärme, eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens gemäß mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche oder einer beliebigen Kombination von Verfahren gemäß vorangegangener Ansprüche, umfassend
    - eine Brennkammer (100),
    - eine Zuführungseinrichtung (1a) für mindestens einen der Brennstoffe, so daß in der Brennkammer (100) mindestens ein Verbrennungsprozeß stattfinden kann,
    - mindestens eine Zuführungseinrichtung (2) für Verbrennungsluft,
    - mindestens eine Abführungseinrichtung (3a) für die durch den mindestens einen Verbrennungsprozeß entstehenden Abgase,
    - mindestens eine Vorrichtung (4) zur Abführung der erzeugten Nutzwärme,
    - mindestens eine Zündvorrichtung (5), wobei mit der mindestens einen Zündvorrichtung (5) mindestens einer der Brennstoffe entzündbar ist,
    - sowie - wobei mindestens ein Festbrennstoff in der Brennkammer (100) verbrennbar ist -
    i) mindestens eine Auflagefläche (6), auf der der mindestens eine Festbrennstoff während des Verbrennungsprozesses aufliegt, und
    ii) mindestens eine Abführungseinrichtung (3b) für die durch den mindestens einen Verbrennungsprozeß entstehenden Aschen,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    a) die Vorrichtung mindestens zwei weitere Zuführungseinrichtungen (1b und 1c) für jeweils mindestens einen der weiteren Brennstoffe aufweist und
    b) die Zuführungseinrichtungen (1a, 1b, 1c, 2) sowie die Auflagefläche (6) für Festbrennstoffe so geformt, dimensioniert und zueinander angeordnet sind, daß der Verbrennungsprozeß jedes Brennstoffs in dem im wesentlichen gleichen räumlichen Bereich der Brennkammer (100) erfolgt, wodurch sichergestellt wird, daß jeder aktuell gerade brennende Brennstoff jeden anderen zudosierten Brennstoff entzündet und
    c) keine baulichen Veränderungen an der Vorrichtung vorgenommen werden, um von einem Brennstoff auf einen anderen Brennstoff zu wechseln oder das Mischungsverhältnis der Brennstoffkombination zu verändern.
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