AT528543A1 - Zündvorrichtung, Zündvorrichtung-System und Verbrennungsanlage für feste Biomassebrennstoffe und ein Verfahren zum Zünden von festen Biomassebrennstoffen - Google Patents

Abstract

Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Zündvorrichtung für feste Biomassebrennstoffe in Verbrennungs- und Vergasungsanlagen. Die Zündvorrichtung umfasst zumindest zwei Elektroden zum Erzeugen eines Lichtbogens, mit dem die Biomassebrennstoffe entzündet werden können. Außerdem umfasst sie einen Bewegungsmechanismus zum Ein- und Ausfahren der beiden Elektroden in und aus einem Brennraum.

Description

Beschreibung

ZÜNDVORRICHTUNG, ZÜNDVORRICHTUNG-SYSTEM UND VERBRENNUNGSANLAGE FÜR FESTE BIOMASSEBRENNSTOFFE UND EIN VERFAHREN ZUM ZUNDEN VON FESTEN BIOMASSEBRENNSTOFFEN

[0001] Die Erfindung betrifft eine Zündvorrichtung, ein Zündvorrichtung-System und eine Verbrennungsanlage für feste Biomassebrennstoffe und ein Verfahren zum Zünden von festen Biomassebrennstoffen.

[0002] Solche Zündvorrichtungen und Zündvorrichtungssysteme werden insbesondere in Verbrennungsanlagen für feste Biomassebrennstoffe eingesetzt, wie sie z.B. Holzpellet-Heizungen darstellen.

[0003] Solche feste Biomassebrennstoffe, im folgenden auch Pellets genannt, zeichnen sich dadurch aus, dass sie initial angezündet werden müssen, wobei sich dieses Anzünden aufwendiger gestaltet als beispielsweise bei Gas in Gasheizungen. Hierfür muss dem festen Biomassebrennstoff eine ausreichend große Menge an Energie zugeführt werden.

[0004] Ein solcher Zündvorgang, mit dem die festen Biomassebrennstoffe angezündet werden, kann sich, anders als z.B. bei Gasheizungen, über einen längeren Zeitraum von 5 bis 15 Minuten erstrecken.

[0005] Es sind Zündvorrichtungen bekannt, bei dem ein bestimmter Anteil des Verbrennungsluftstroms auf ein ausreichendes Temperaturniveau erwärmt wird. Dieser Anteil wird als Zündungsluft bezeichnet. Mittels konvektiver Wärmeübertragung wird die Zündenergie von der Zündungsluft auf die Brennstoffpartikel des Biomassebrennstoffes übertragen. Die daraus resultierende Erwärmung der Brennstoffpartikel verursacht ihre Trocknung und den Ausstoß von volatilen brennbaren Bestandteilen. Beim Erreichen des Flammpunktes des gasförmigen Gemisches erfolgt die spontane Entzündung und somit endet die Zündungsperiode. Luftheizelemente, die in solchen Zündvorrichtungen angewendet werden, verfügen über einen durchschnittlichen elektrischen Nenn-Leistungsbereich zwischen 300-1000 W. Diese Anlangen werden im folgenden Zündluftvorrichtungen genannt.

[0006] Hier ist es nachteilig, dass die Zündungsdauer mit bis zu 20 Minuten von Nutzern als lang empfunden wird, eine hohe elektrische Nennleistung (typischerweise über 1000W) und ein hoher Einschaltstrom (typischerweise über 10 A) benötigt werden. Weitere Nachteile bestehen in einer hohen Umweltbelastung, da durch die Zündungsluft nicht vollständig verbrannte Schadstoffe in die Umwelt gelangen, sowie in einer geringen Effizienz des Zündungsprozesses, d. h. es wird viel Energie aufgewendet, von der nur ein Bruchteil in die Erwärmung der festen Biomassebrennstoffpartikel übergeht.

[0007] Bei bisherigen Systemen hat sich gezeigt, dass ein hohe Einschaltstrom zu einer anfänglich hohen Leistungsaufnahme führt, die nach einiger Zeit auf die Nennleistung absinkt. Der Widerstand des Heizelements steigt im Betrieb an, wodurch die Leistung sich stabilisiert. Der Anstieg von Temperatur und Widerstand hängt vom Wärmeübertragungssystem ab, wodurch die reale Zündenergie höher ist als üblicherweise theoretisch berechnet wird.

[0008] Somit ist der Energiebedarf in den ersten Sekunden höher und nimmt dann abnimmt. Diese Stabilisationsphase macht einen signifikanten Teil der gesamten Zündenergie aus. Unter realen Bedingungen dauert es länger, bis die Nennleistung erreicht wird, was zu einem höheren Energieverbrauch führt. Herkömmliche Heizelemente benötigen somit bei kalten Systemen oder Systeme mit höheren Temperaturverlusten mehr Zeit, um die Nennleistung zu erreichen.

[0009] Beispielsweise kann der Einschaltstrom innerhalb von 60 Sekunden vom vierfachen Wert des Nennstroms auf den Nennstrom sinken. Dabei macht die Energie, die während dieser Einschaltphase verbraucht wird, etwa ein Drittel der gesamten Energie aus, die in diesen 60 Sekunden benötigt wird.

[0010] Des Weiteren erfolgt die Erwärmung des Verbrennungsluftstromes zumeist in eng verbau-

2134

ten Bereichen, um die konvektive Wärmeübertragung auf die Verbrennungsluft zu erhöhen. Gleichzeitig wird die heiße Zündungsluft durch enge Kanäle der Brennerbaugruppe geleitet, die aus metallischen Baumaterialien bestehen müssen, um die hohen thermischen Kapazitäten auszuhalten (zumeist Kesselstahl). Diese Bauteile befinden sich oft beim Start des Zündungsprozesses auf einem geringen Temperaturniveau gegenüber der Heizungszündungsluft. Diese Metallteile sind beim Start des Zündungsprozesses kalt, also auf Raumtemperatur, wodurch der erwärmte Luftstrom, welcher die Brennstoffpartikel erwärmen soll, wieder abgekühlt wird. Hierdurch wird die Zündungsdauer verlängert und mehr Zündungsenergie benötigt, um den Brennstoff anzuzünden.

[0011] Des Weiteren werden die Brennstoffpartikel vorwiegend durch die Konvektionswärme der heißen Zündungsluft erhitzt. Hierbei kann aufgrund der physikalischen Limitation der Luftgeschwindigkeit und Verweildauer der Luft an den Brennstoffpartikeln nicht die gesamte Energie der Zündungsluft auf die Brennstoffpartikel übertragen werden. Hierdurch wird ein Teil der Zündungsenergie in die Umwelt freigesetzt. Aufgrund dieser Limitation der Energieübertragung wird die Zündungsdauer verlängert und es wird mehr Zündungsenergie benötigt, um den Brennstoff zu zünden.

[0012] In der PL69347Y1 ist eine Vorrichtung mit Elektroden zur Erzeugung eines Lichtbogens offenbart, um festen Brennstoffe anzuzünden. Zum Einstellen des Lichtbogens ist eine Elektrode beweglich.

[0013] Aus den Dokumenten WO2023173152A1, US20100261128A1, U0US4881472, EP1359372A2 geht jeweils eine Verbrennungsvorrichtung hervor, in der zwei Elektroden starr in einer Brennkammer angeordnet sind, um einen Brennstoff anzuzünden.

[0014] Die DE102007041156A1 beschreibt ein Kohlebecken mit einer mechanischen Einrichtung zur kontinuierlichen Entfernung von Asche und Rückständen, wobei der Boden des Kohlebeckens rotiert, um die Rückstände in Richtung eines Entleerungskanals zu bewegen.

[0015] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zündvorrichtung zu schaffen, die energieeffizient und schnell ist, ohne die Umwelt zu belasten.

[0016] Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen bilden den Gegenstand der Unteransprüche.

[0017] Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Zündvorrichtung für feste Biomassebrennstoffe in Verbrennungs- und Vergasungsanlagen. Die Zündvorrichtung umfasst zumindest zwei Elektroden zum Erzeugen eines Lichtbogens, mit dem die Biomassebrennstoffe entzündet werden können. Außerdem umfasst sie einen Bewegungsmechanismus zum Ein- und Ausfahren der beiden Elektroden in und aus einem Brennraum.

[0018] Der Zündbereich bei einem Lichtbogen ist kleiner als der Zündbereich, wie er bei Systemen aus dem Stand der Technik mit einem Zündluftstrom (Zündluftvorrichtungen) entsteht, da hier eine Zündlanze ausgebildet wird. Bei einer Lichtbogenanzündung ist der Zündbereich auf den Bereich um den Lichtbogen beschränkt.

[0019] Durch den Bewegungsmechanismus kann der Zündbereich des Lichtbogens in einem vorbestimmten Bereich frei positioniert werden und damit ein ähnliches und sogar ein größeres Volumen abdecken, wie es bei den bekannten Zündluftvorrichtungen der Fall ist.

[0020] Ferner ist die Leistung über den gesamten Bereich, in der die Elektroden verfahren werden, gleich. Bei Zündluftvorrichtungen gibt es hier ein Gefälle der Zündleistung, da die Heizleistung vom Eingang des Heizluftstroms wegweisend abfällt. Dies ist zum Teil dadurch verursacht, dass die Heizleistung eben auf dem Weg immer mehr an das anzuzündende Material abgegeben wird, selbst dann, wenn dieses bereits entzündet ist. Dies kann so weit führen, dass die weiter weg liegenden Brennstoffe hierdurch nicht angezündet werden können.

[0021] Die Zündvorrichtung weist eine sehr hohe Stabilität des Zündvorgangs auf, da der erzeugte Lichtbogen eine sehr hohe Temperatur, oft mehrere 1000 °C, erzeugt, was zu einer sehr

zuverlässigen und schnellen Zündung des Biomassebrennstoffs führt.

[0022] Die Lichtbogenentzündung, insbesondere in Kombination mit dem Bewegungsmechanismus, ermöglicht eine präzise Kontrolle des Zündortes. Es lässt sich hierdurch sehr exakt einstellen, wo die Initialzündung beginnen soll. Des Weiteren lässt sich präzise der Zündzeitpunkt und die Zündenergie über den fließenden Strom kontrollieren. Dies führt zu einer besseren Verbrennungskontrolle.

[0023] Es wird nahezu die gesamte Energie des Lichtbogens an den Biomassebrennstoff übergeben, wodurch es zu einer Anzündung kommt. Durch Verfahren oder Abschalten des Lichtbogens, braucht keine Energie an bereits entzündete Biomasse abgegeben zu werden. Dadurch ist die Zündvorrichtung sehr effizient.

[0024] Die Zündenergie kann durch Einstellen des Stroms leicht an die Erfordernisse des spezifischen Brennstoffs und des Betriebszustands angepasst werden.

[0025] Die hohen Temperaturen des Lichtbogens fördern eine vollständige Verbrennung des Brennstoffs, was zu einer besseren Energieausbeute und einer geringeren Emission führt.

[0026] Durch die effektive Verbrennung wird die Bildung von Kohlenmonoxid (CO), verbrannten Kohlenwasserstoffen (HC) und Feinstaubpartikel reduziert.

[0027] Die Zündvorrichtung hat durch den Lichtbogenanzünder nur wenige mechanische Teile und ist somit weniger anfällig für Verschleiß. Dadurch, dass durch den Bewegungsmechanismus die Elektroden aus einem Brennraum herausgefahren werden können, sind die Elektroden auch nicht dauerhaft höheren Temperaturen ausgesetzt, was zu einer verlängerten Lebensdauer führt.

[0028] Die Zündvorrichtung kann in einer Vielzahl unterschiedlicher Verbrennungs- und Vergasungsanlagen eingesetzt werden, da durch die Anpassung des Zündstroms und durch den Bewegungsmechanismus die Stelle exakt mit der richtigen Energie angesteuert werden kann. Bei bisherigen Systemen könnte es sein, dass zu überdimensionierte Zündvorrichtungen in sehr kleinen Verbrennungsanlagen die Umgebung des Heizelementes und sogar die Brennkammerwände beschädigen können, da die Zündlufttemperatur zu energiereich ist und die Dimensionen der Abstandselemente zu klein sind, um empfindlichere Teile zuverlässig abzuschirmen.

[0029] Es kann auch vorkommen, dass Heizelemente aus dem Stand der Technik beschädigt werden, wenn sie zu nah an Biomassebrennstoff angeordnet werden.

[0030] Auf der anderen Seite ist es auch denkbar, dass unterdimensionierte Zündvorrichtungen aus dem Stand der Technik nicht genügend Leistung erbringen. Bei sehr großen Verbrennungsanlagen kann dann nicht genügend Energie aufgewendet werden, um die entsprechende Biomasse anzuzünden. Alternativ wird die Biomasse nur im Randbereich angezündet, wodurch es zu einer ungewollten Flammenverteilung kommen kann.

[0031] Bei einigen Zündvorrichtungen aus dem Stand der Technik können aufgrund von engen Raumbegrenzungen die Heizelemente in der Nähe des Brennraums platziert werden. Hier könnten glühende Partikel und/oder Aschepartikel zu den Heizelementen gelangen und diese beschädigen.

[0032] In der vorliegenden Zündvorrichtung braucht, wenn überhaupt, eine kleinere Öffnung als im Stand der Technik üblich, so dass es unwahrscheinlicher ist, dass glühende oder verbrannte Partikel dort eindringen können.

[0033] Die vorliegende Zündvorrichtung kann durch das Bewegen der Elektroden jedoch bei einer Vielzahl an unterschiedlichen Verbrennungsanlagen die optimale Anzündstelle finden.

[0034] Die vorliegende Zündvorrichtung ist auch flexibel bezüglich des Brennstoffs. Dieser kann je nach Dichte und Material sowie Pelletgröße variieren. Je nachdem, welche Brennstoffart verwendet wird, kann die Zündvorrichtung einfach justiert werden, um höhere oder niedrigere Brennpunkte zu erreichen.

[0035] Bei bisherigen Zündvorrichtungen konnte es passieren, dass eine Zündvorrichtung nur für

4134

bestimmte Brennstoffmaterialien geeignet war, und bei anderen keine ausreichende Energieübertragung bewältigt wurde bzw. es nur zu einer unzureichenden Entzündung kam.

[0036] Durch die mechanische Bewegung der Elektroden können auch Ablagerungen und Verunreinigungen entfernt werden, die sich im Laufe der Zeit auf den Elektroden ablagern.

[0037] Die beiden Elektroden können am Ort der Lichtbogenerzeugung einen Abstand aufweisen, der zumindest 1 mm, vorzugsweise zumindest 5 mm und insbesondere vorzugsweise ZzUmindest 2 cm breit ist. Die beiden Elektroden können einen Abstand aufweisen, der maximal 3 cm ist, vorzugsweise maximal 2 cm und insbesondere vorzugsweise maximal 1 cm breit ist.

[0038] Je kleiner der Abstand ist, desto geringer ist die Energie, die benötigt wird, um einen Lichtbogen zu erzeugen. Die Durchbruchspannung und der Widerstand des Lichtbogens wird geringer. Dadurch erhöht sich der Strom und die Elektroden werden heißer.

[0039] Bei größeren Abständen muss dann zwar mehr Energie aufgewendet werden, aber durch den dadurch entstehenden größeren Lichtbogen, kann auch eine größere Fläche des Biomassebrennstoffes angezündet werden.

[0040] Ein solcher Abstand hat sich als optimal herausgestellt, als Kompromiss zwischen der Größe der Kontaktfläche mit dem Biomassebrennstoff, welcher durch den Abstand variiert wird, und der benötigten Energie, die aufgewandt werden muss, damit ein solcher Lichtbogen entsteht.

[0041] Die Zündvorrichtung kann eine Luftstromvorrichtung aufweisen, welche einen Luftstrom erzeugen kann, mit dem ein erzeugter Lichtbogen von dem Bewegungsmechanismus wegweisend auf die Biomassebrennstoffe geblasen werden kann.

[0042] Man kann diesen Lichtbogen direkt auf den Brennstoff lenken, wodurch eine effizientere Übertragung der Wärmeenergie auf den Brennstoff ermöglicht wird. Dies kann dann zu einer schnelleren und zuverlässigen Zündung führen.

[0043] Durch den Luftstrom kann auch aktiv verhindert werden, dass Biomassebrennstoff und andere Partikel in die Zündvorrichtung selbst gelangen, da diese durch den Luftstrom von der Öffnung weggedrückt werden.

[0044] Ferner kann ein gezielter Luftstrom sicherstellen, dass ausreichend Sauerstoff zur Verfügung steht, um eine vollständige Verbrennung zu fördern, wodurch wiederum die Emission von Kohlenmonoxid und verbrannten Kohlenwasserstoffen reduziert wird.

[0045] Durch den Luftstrom wird auch einen Rauchaustritt, bzw. ein Austritt von heißen Gasen durch die Zündvorrichtung verhindert.

[0046] Der Luftstrom kann auch eine kühlende Wirkung auf die Elektroden haben, wodurch sich deren Temperatur senkt, und ein möglicher Verschleiß reduziert wird. Hierdurch können die Lebensdauer der Elektroden verlängert und Wartungskosten reduziert werden. Zugleich wird Wärme an den Luftstrom abgegeben, wodurch der Biomassebrennstoff getrocknet wird, und das Anzünden unterstützt wird.

[0047] Des Weiteren sind gekühlte Elektroden weniger anfällig für Überhitzung und Erosion, was zu einer stabileren Lichtbogenbildung und dadurch zu einer zuverlässigen Zündung führt.

[0048] Durch den Luftstrom können Ablagerungen und Partikel von der Elektrodenoberfläche weggeblasen werden, was die Zündbedingungen verbessert und das Risiko von Kurzschlüssen verringert. Der Luftstrom kann angepasst werden, um die Zündung verschiedener Brennstoffe zu optimieren, was die Flexibilität und Vielseitigkeit des Zündsystems erhöht.

[0049] Durch die Steuerung des Luftstroms kann die Zündenergie noch präziser geregelt werden, um den spezifischen Anforderungen des Brennstoffs unter Betriebsbedingungen gerecht zu werden.

[0050] Grundsätzlich ist jedoch der Luftstrom vom Verbrennungsluftstrom aus dem Stand der Technik zu unterscheiden, da der Verbrennungsluftstrom deutlich stärker ist, d. h. mehr Luftpartikel pro Querschnitt enthält als der hier vorgestellte Lichtbogenluftstrom. Der Lichtbogenluftstrom

muss lediglich den Lichtbogen bewegen, während der Verbrennungsluftstrom aus dem Stand der Technik hohe Mengen an Energie transportiert und weiter in den Brennraum transportieren muss.

[0051] Die Luftstromvorrichtung kann ein Wärmeelement umfassen, um den Brennstoff vorzutrocknen und/oder die Ausgasung zu unterstützen.

[0052] Das Wärmeelement ist hierbei im Luftstromkanal integriert, sodass die durchströmende Luft erwärmt wird. Die erwärmte Luft erreicht dann den Brennstoff. Das Wärmeelement kann beispielsweise ein Heizdraht, ein Heizband und/oder ein keramisches Heizelement sein.

[0053] Ein Temperaturregelungssystem steuert hierbei die Temperatur des Wärmeelements.

[0054] Die Leistung ist hierbei deutlich geringer als die aus dem Stand der Technik bekannten Anzündungsluftströme und beträgt in der Regel nicht mehr als 200 W, vorzugsweise maximal 100 W, und insbesondere maximal 60 W.

[0055] Durch das Vorwärmen der Luft kann feuchter oder nasser Brennstoff getrocknet werden, was die Zündfähigkeit erhöht, da trockener Brennstoff leicht anzuzünden ist.

[0056] Außerdem fördert das Erwärmen des Brennstoffs die Ausgasung von flüchtigen und leicht entzündbaren Komponenten, was eine schnellere und effizientere Zündung bewirkt.

[0057] Durch die Vortrocknung und Vorwärmung des Brennstoffs wird weniger Energie für die Verdampfung und Zündung benötigt, was die Gesamteffizienz des Systems erhöhen kann.

[0058] Trockener und vorgewärmter Brennstoff erzeugt weniger Asche und Rückstände, was die Reinigung und Wartung erleichtert. Das System kann durch die Nutzung eines Wärmeelements leicht an verschiedene Brennstoffe angepasst werden, da die optimalen Zündbedingungen für unterschiedliche Brennstoffe leichter zu erreichen sind.

[0059] Die Elektroden können eine Beschichtung aus einem nicht-oxidierenden Material aufweisen.

[0060] Alternativ können die gesamten Elektroden aus diesem nicht-oxidierenden Material bestehen.

[0061] Nicht-oxidierende Materialien sind widerstandsfähig gegenüber den chemischen Reaktionen mit Sauerstoff bei hohen Temperaturen, wie sie bei der Entstehung von Lichtbögen entstehen. Hierdurch wird die Bildung von Oxidationsschichten verhindert, die wiederum die Leistung der Elektroden beeinträchtigen könnten. Da Oxidationsschichten verhindert bzw. vermindert werden, bleiben die Elektrodenoberflächen glatt, was die Lebensdauer der Elektroden verlängern kann.

[0062] Darüber hinaus bleibt die elektrische Leitfähigkeit bei nicht-oxidierenden Materialien konstant, da die Oxidationsschichten eine isolierende Wirkung haben können, die den Stromfluss behindern könnten. Hierdurch wird eine konstante und zuverlässige Zündleistung gewährleistet.

[0063] Durch die erhöhte Zuverlässigkeit der Elektroden kommt es zu weniger Ausfällen und Störungen, außerdem wird eine Reinigung und Wartung seltener nötig sein.

[0064] Nicht-oxidierende Materialien können beispielsweise Platin, Iridium, Gold, Tantal, Nickel oder eine Legierung aus einem oder mehreren der oberen genannten Materialien sein.

[0065] Elektroden können auch eine Wolfram oder eine Wolfram-Legierung als Beschichtung aufweisen. Alternativ können Sie auch ganz aus Wolfram oder Wolfram-Legierung bestehen.

[0066] Wolfram hat einen sehr hohen Schmelzpunkt von ca. 3400 °C, was es zu einem vorteilhaften Material für Anwendungen macht, die hohe Temperaturen erfordern.

[0067] Wolfram-Legierungen behalten ihre mechanischen und elektrischen Eigenschaften auch bei sehr hohen Temperaturen bei, was ihre Leistung und Zuverlässigkeit verbessert.

[0068] Wolfram-Legierungen zeichnet sich durch eine hohe Zugfestigkeit und eine hohe Härte aus, sodass die Elektroden widerstandsfähig gegen mechanische Belastungen, Deformationen

sowie gegen Verschleiß und Abnutzung sind. Da die Elektroden zum Anzünden des Biomassebrennstoffs in den Brennstoff enthaltenden Bereich hineingesteckt werden müssen, entsteht hierbei eine entsprechende mechanische Belastung an den Elektroden. Harte Elektroden, die zum Beispiel aus Wolfram bzw. Wolfram-Legierungen bestehen, können diese Belastungen leichter tolerieren als Elektroden aus einem weicheren Material. Die thermische Ausdehnung von Wolfram und Wolfram-Legierungen ist gering, wodurch Spannungen und Verformungen reduziert sind. Dadurch bleibt der Abstand der beiden Elektroden zueinander über einen höheren Temperaturbereich gleich. Dies macht den Lichtbogen zuverlässig.

[0069] Die Elektroden können eine lösbare Befestigung aufweisen, so dass die Elektroden austauschbar sind.

[0070] Hierdurch ist es möglich, die Elektroden, sollten sie verbraucht, beschädigt oder abgenutzt sein, auszutauschen.

[0071] Da die Elektroden sich am ehesten abnutzen, zum Beispiel durch Verbrennung, kann durch ein Austauschen dieser Elektroden die Lebensdauer der gesamten Zündvorrichtung deutlich verlängert werden.

[0072] Die Elektroden können eine einstellbare Position relativ zueinander haben, um die Lichtbogenlänge zu variieren.

[0073] Hierzu können beide Elektroden unabhängig voneinander von einem Bewegungseinrichtung bewegt werden.

[0074] Hierbei kann der Bewegungsmechanismus jeder Elektrode diese entlang einer Richtung bewegen.

[0075] Es ist aber auch denkbar, dass der Bewegungsmechanismus einer der Elektrode oder jeder Elektrode eine Bewegung in zwei oder gar drei Dimensionen ausführen kann. Es sind hier auch Drehbewegungen vorstellbar.

[0076] Hierdurch können die Elektroden beliebig zueinander eingestellt werden.

[9077] Durch den Bewegungsmechanismus können die Elektroden einen konstanten Funkabstand halten, was eine gleichbleibende Zündleistung gewährleistet. Dies ist auch der Fall, wenn sich die Elektroden durch Verschleiß zum Beispiel verkürzen. Ein optimaler Funkabstand erzeugt eine zuverlässige Zündung und verbesserte Verbrennungseffizienz.

[0078] Die beweglichen Elektroden können die Zündenergie besser verteilen und die Bildung eines stabilen Lichtbogens fördern, was ebenso die Effizienz der Zündung erhöht.

[0079] Die beweglichen Elektroden können sich an unterschiedliche Betriebsbedingungen anpassen und so die Zündleistung unter variierenden Bedingungen optimieren. Dehnen sich die Elektroden zum Beispiel durch Hitze aus, kann deren Abstand angepasst werden, was die Zuverlässigkeit ebenfalls in wechselnden Umgebungen verbessert. Des Weiteren können Kurzschlüsse vermieden werden, da hierdurch sichergestellt werden kann, dass die Elektroden nicht zu nah beieinander liegen, selbst wenn es zu mechanischen Stößen oder Vibrationen kommt. Es kann auch immer ein gewisser Sicherheitsabstand zur Wand des Brennraums eingehalten werden.

[0080] Die Bewegung der Elektroden, z.B. durch Rotation der Elektroden, kann zum gleichmäßigeren Verschleiß der Elektrodenoberfläche führen, wodurch Hotspots und ungleichmäßiges Abbrennen verhindert werden, was wiederum die Lebensdauer der Elektroden verlängert.

[0081] Die Elektroden können durch eine Energiekette mit der Spannungsquelle verbunden sein.

[0082] Eine Energiekette ist ein mechanisches System, das dazu dient, flexible Leitungen, wie elektrische Kabel, sicher und effizient zu führen und zu schützen. Durch diese flexiblen Leitungen fließt der Strom für die Erzeugung des Lichtbogens. Die Energiekette umfasst eine Reihe von Kettengliedern, die miteinander verbunden sind, um eine flexible, aber dennoch robuste Struktur zu bilden, die zumindest in die Richtung bewegt werden kann, in der der Bewegungsmechanis-

7134

mus bewegbar ist.

[0083] Energieketten schützen die enthaltenden Kabel, insbesondere die Stromleitungen, vor mechanischen Schäden, wie Abrieb, Biegungen oder Verwicklungen, die durch die Bewegung der Elektroden verursacht werden könnten. Durch den Schutz der Kabel kann somit die Lebensdauer verlängert werden, was Wartungskosten reduziert und die Sicherheit erhöht.

[0084] Die Energiekette führt die Leitungen ordentlich und strukturiert, was die Wahrscheinlichkeit von Verwicklungen oder Verknotungen minimiert. Durch die geordnete Führung der Leitungen wird der verfügbare Raum effizient genutzt und somit Platz gespart.

[0085] Dennoch bleibt durch die Energiekette eine hohe Flexibilität erhalten, um die Bewegung zu ermöglichen.

[0086] Die Position der Elektroden kann durch integrierte Magnete und einem Reedsensor detektiert werden.

[0087] Kleine Magnete sind hierbei an einem beweglichen Teil des Bewegungsmechanismus befestigt. Die Magnete erzeugen ein konstantes magnetisches Feld, das je nach Position der Elektroden, d. h. wie weit sie verfahren sind, variiert. Der Reedsensor wird in der Nähe des Bewegungspfades des Bewegungsmechanismus angeordnet, wo der Sensor auf die Bewegung der Magnete reagieren kann. Der Reedsensor besteht aus zwei ferromagnetischen Zungen, die sich bei Anwesenheit eines Magnetfelds schließen und Öffnen, wenn das Magnetfeld entfernt wird. Wenn sich einer der Magnete dem Reedsensor nähert, schließt der Sensor einen Stromkreis, wodurch ein Signal generiert wird. Durch die Position und den Zustand des Reedsensors kann daraus die exakte Position der Elektroden bestimmt werden.

[0088] Reedsensoren bieten eine hohe Präzision bei der Erkennung der Position, da sie sehr empfindlich auf das Magnetfeld reagieren.

[0089] Kommen mehrere Magnete zum Einsatz, kann durch ein Abzählen der Magnete, welche am Reedsensor vorbeifahren, die Position mit großer Auflösung bestimmt werden.

[0090] Statt eines Reedsensors kann auch ein Hall-Sensor verwendet werden.

[0091] Grundsätzlich sind aber auch andere Positionsbestimmungsmechanismen vorstellbar, wie beispielsweise eine Kameraüberwachung, z.B. mit linearen Encoderstreifen, oder ein Ultraschall-Abstandssensor. Es ist auch denkbar, klassische oder kapazitive End-Schalter zu nutzen oder die Drehungen des Motors, insbesondere eines Schrittmotors, zu zählen.

[0092] Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Zündvorrichtungssystem mit einer Zündvorrichtung, wie sie zuvor beschrieben wurde, einer Hochspannungsquelle, und einer Steuereinheit zum Steuern einer Hochspannung und zum Steuern des Bewegungsmechanismus.

[0093] Die Hochspannungsquelle umfasst zumindest einen Transformator mit einer Primärwicklung für die Niederspannungsquelle, zum Beispiel 12 V, und einer Sekundärwicklung, die so konstruiert ist, dass die Hochspannung erzeugt wird. Die Windungsverhältnisse zwischen Primär und Sekundärwicklung bestimmen das Spannungsverhältnis.

[0094] Es können auch noch Hochspannungskondensatoren vorhanden sein, die die elektrische Energie speichern, damit diese die Energie zur gegebenen Zeit wieder abgegeben, z.B. um die Ausgangsspannung zu glätten und zu stabilisieren.

[0095] Die Steuereinheit kann einen MOSFET-Schalter oder einen Power-MOSFET-Schalter oder ein Relais umfassen, mit dem die Spannungen zum Erzeugen des Lichtbogens geschaltet werden können.

[0096] MOSFETs (Metalloxid-semiconductor field-effekt-transistors) können sehr schnell schalten, im Bereich von Nanosekunden oder Mikrosekunden, wodurch die Initialzündung des Lichtbogens effizient geschaltet werden kann. Die hohe Schaltgeschwindigkeit reduziert Energieverluste, die während des Schaltens auftreten, wodurch die Gesamteffizienz des Systems erhöht wird. MOSFETs haben eine sehr hohe Eingangsimpedanz, sodass sie mit nur geringem Steuer-

strom betrieben werden können. Dies erleichtert die Ansteuerung und reduziert die Belastung der Steuerungselektronik. Darüber hinaus sind MOSFETs robust gegenüber elektrischen Störungen und Spannungsüberschlägen, was ihre Lebensdauer verlängert.

[0097] PowerMOSFETs sind dazu ausgelegt, hohe Spannungen und Ströme zu schalten, wodurch die hohen Energieimpulse, welche für Lichtbögen nötig sind, direkt geschaltet werden können.

[0098] Alternativ können auch ein IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), ein TRIAC (Triode for Alternating Current) oder ein sonstiger Transistor genutzt werden. Es ist auch denkbar, eine Triode, also eine Elektroröhre, zu nutzten.

[0099] Die Steuereinheit kann einen programmierbaren Mikrocontroller aufweise, um Betriebsparameter des Lichtbogens anzupassen.

[00100] Die Betriebsparameter können umfassen: - Elektrodenabstand, - Elektrodenposition, - Spannungsstärke, - Stromfrequenz, - Lichtbogendauer, - Luftstromstärke, und/oder - Luftstromtemperatur.

[00101] Hierdurch können eine Vielzahl unterschiedlicher Verbrennungsanlagen und Brennstoffarten verwendet werden, ohne jeweils ein neues System für jeden Anwendungsfall bereitstellen zu müssen.

[00102] So kann z.B. der Elektrodenabstand auf die Größe der Biomassepellets angepasst werden, wodurch auch die Spannungsstärke und ggf. die Stromfrequenz angepasst werden muss. Der Elektrodenabstand kann durch ein individuelles Einstellen erfolgen, wenn beide Elektroden separat voneinander bewegbar sind, oder es wird ein Abstandshalter mit der vorgegeben Länge ausgewählt.

[00103] Je nach Feuchtigkeit der Biomassepellets kann auch die Luftstromtemperatur angepasst werden, um einen Trocknungseffekt zu verstärken.

[00104] Eine weitere Regung betrifft die Bewegung der Elektroden. Es hat sich gezeigt, dass es vorteilhaft sein kann, nach Erreichen der Zündposition, als der Position, an der die Zündung erfolgen kann, die Elektroden leicht vor und zurückzubewegen. Hierdurch kann der Biomassebrennstoff lokal nachrücken und dadurch verdichtet werden, wodurch die Wahrscheinlichkeit eines Kontaktes zwischen einem erzeugten Lichtbogen und dem Biomassebrennstoff erhöht wird.

[00105] Des Weiteren ist es denkbar, dass die Dauer geregelt wird, wie lange ein Lichtbogen gezündet wird.

[00106] Betriebsparameter, welche Einfluss auf die Lichtbogenerzeugung haben, können u.a. folgende sein:

- Energie (W),

- Frequenz (f),

- Leistung (P),

- Induktivität (L),

- Pulszeit (1),

- Strom (Spitze) (Ip), und/oder

- Versorgungsspannung (V).

[00107] Wobei es folgenden Zusammenhalt gibt:

2W APPS [

[00108] Die Frequenz kann zwischen 10 und 200 kHz liegen, insbesondere über 20 kHz, da hierdurch die Frequenzen nicht durch einen Menschen hörbar sind und Schallemissionen reduziert werden.

[00109] Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Verbrennungsanlage für Biomassebrennstoffe, insbesondere Holzpellets, umfassend: - ein Zündvorrichtung-System, wie es oben beschrieben wurde.

[00110] Die Verbrennungsanlage kann des Weiteren umfassen:

- einen Fördermechanismus zum Zuführen des Biomassebrennstoffes in die Verbrennungsanlage,

- eine Verbrennungskammer, in der die Biomassebrennstoffe unter Sauerstoffzufuhr verbrannt werden,

- eine Vergasungskammer, die mit der Verbrennungskammer verbunden ist und in der die bei der Verbrennung entstehenden Gase unter reduzierter Sauerstoffzufuhr zu Synthesegas umgewandelt werden,

- ein Abgassystem zum Ableiten der bei der Verbrennung und Vergasung entstehenden Abgase, - eine Steuerungseinheit zur Regelung insbesondere der Zuführung, Verbrennung und/oder Vergasung, und

- eine Wärmeübertragungseinheit zur Nutzung der bei der Verbrennung und Vergasung entstehenden Wärmeenergie.

[00111] Die Steuereinheit kann die Zündung steuern und die Verbrennung regeln, so dass sie stabil ist, bzw. in einer Modulation abläuft oder ausbrennt. Auch können Sicherheitsaspekte geregelt werden, wie Notfallsituationen.

[00112] Die Steuereinheit kann Regelungsalgorithmen nutzen, wobei konstante und sensorabhängige, variable Parameter vorgesehen sein können.

[00113] Grundsätzlich kann die Steuereinheit im Bezug zu der Verbrennung die Brennstoffzufuhr durch Regelung des Massendurchfluss, den Abgasventilator durch Regelung der Drehzahl, die Entaschung durch Regelung der Motoren und Aktuatoren, die Luftzufuhr durch Regelung der Ventile, und/oder die Rezirkulation durch Regelung eines Ventils steuern.

[00114] Die Sauerstoffzufuhr kann eine einfache Luftzufuhr, eine mit Sauerstoff angereicherte Luft oder eine Zufuhr mit reinem Sauerstoff umfassen.

[00115] Steuerparameter, welche durch Sensoren gemessen werden können, sind beispielsweise:

- Abgasventilator-Drehzahl,

- Brennkammer-Temperatur,

- Kaminrohr-Temperatur, -O2 Konzentration und/oder -Emissionskonzentration z.B. CO,

- Brennstoffzufuhr-Drehzahl,

- Brennkammer-Unterdruck,

- Luftzufuhr (Primär, Sekundär und Tertiär) -Geschwindigkeit durch ein Anemometer oder

Differenzdrucksensor.

[00116] Die Modulationsteuerung kann mit der Variation des Brennstoff-Massen-Durchflusses und der Regelung der Luftzufuhr und/oder dem Verhältnis der Luftströme erfolgen.

[00117] Zudem kann die Steuerung auch die Zündung durch ein Aktivieren der Zündvorrichtung steuern.

[00118] Die Steuerung kann Schalter an Türen, bzw. Klappen und den Unterdruck im Brennraum überwachen, um sicherzustellen das keine Tür, bzw. Klappe im Betrieb geöffnet ist. Das kann auch während des Zündvorganges erfolgen, da es für einen Benutzer gefährlich sein kann, wenn

er zum Zeitpunkt der Zündung in die Brennkammer greift.

[00119] Die Steuereinheit kann z.B. anhand der Geschwindigkeit der Verbrennung die Geschwindigkeit der Zuführung erhöhen oder die Verbrennung drosseln, z.B. indem die Zuluft reduziert wird. Darüber kann auch die Vergasung gesteuert werden.

[00120] Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren zum Zünden von festen Biomassebrennstoffen in Verbrennungs- und Vergasungsanlagen mit einer Zündvorrichtung, wie sie zuvor beschrieben wurde, wobei folgende Schritte durchgeführt werden:

- Ausfahren der beiden Elektroden in den Brennraum,

- Erzeugung eines Lichtbogens zwischen den Elektroden, um den festen Biomassebrennstoff anzuzünden und

- Einfahren der beiden Elektroden aus dem Brennraum.

[00121] Durch das Hinein- und Herausfahren der Elektroden in bzw. aus dem Brennraum kann exakt der gewünschte Ort des Anzündens erreicht werden. Dies ist meistens der Mittelpunkt des Brennraums.

[00122] Durch das Einfahren der Elektroden aus dem Brennraum, können die Elektroden aus dem Hitzebereich herausgenommen werden, wodurch sich deren Lebensdauer verlängert.

[00123] Die Lichtbogendauer kann zumindest 5 Sekunden, vorzugsweise zumindest 15 Sekunden und insbesondere vorzugsweise zumindest 25 Sekunden lang sein.

[00124] Hierdurch ist sichergestellt, dass der Zeitraum ausreicht, um die Biomasse anzuzünden.

[00125] Es kann ein Luftstrom erzeugt werden, mit dem der erzeugte Lichtbogen von dem Bewegungsmechanismus weg zeigend auf die Biomassebrennstoffe geblasen werden kann.

[00126] Hierdurch kann der Lichtbogen in direkten Kontakt mit der Biomassebrennstoff kommen.

[00127] Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher erläutert.

[00128] Die Zeichnungen zeigen schematisch: [00129] Figur 1 eine Holzpellet-Verbrennungsanlage in offener Teilansicht,

[00130] Figur 2a eine Zündvorrichtung im eingefahrenen Zustand in einer perspektivischen Seitenansicht,

[00131] Figur 2b die Zündvorrichtung der Fig. 2a im ausgefahrenen Zustand in einer perspektivischen Seitenansicht,

[00132] Figur 3 die Zündvorrichtung der Fig. 2a im eingefahrenen Zustand in einem Querschnitt,

[00133] Figur 4 die Zündvorrichtung der Fig. 2a im ausgefahrenen Zustand in einem Querschnitt,

[00134] Figur 5a-c die Zündvorrichtung der Fig. 2a im Querschnitt in einer Teilansicht, [00135] Figur 6 die Spitze der Zündvorrichtung im Querschnitt in einer Teilansicht,

[00136] Figur 7 ein Schaltdiagramm für ein Hochspannungsmodul,

[00137] Figur 8a-d ein Verfahren zum Anzünden von Biomassebrennstoff in offener Teilansicht,

[00138] Figur 9 ein Schaltdiagramm des Verfahrens zum Anzünden von Biomassebrennstoff,

[00139] Figur 10 ein Weg eines Luftstromes in der Zündvorrichtung in einer Teilansicht, [00140] Figur 11 die Wirkung des Luftstromes auf einen Lichtbogen,

[00141] Figur 12 die Lage einer Energiekette in der Zündvorrichtung in einer Teilansicht,

11734

[00142] Figur 13a eine Zündvorrichtung eines zweiten Ausführungsbeispiels im eingefahrenen Zustand in einer perspektivischen schrägen Seitenansicht,

[00143] Figur 13b die Zündvorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels im eingefahrenen Zustand in einer perspektivischen Seitenansicht,

[00144] Figur 13c die Zündvorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels im ausgefahrenen Zustand in einer Holzbellet-Verbrennungsanlage in einer perspektivischen Seitenansicht,

[00145] Figur 13d die Zündvorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels im ausgefahrenen Zustand in einer perspektivischen Seitenansicht,

[00146] Figur 14a die Zündvorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels im eingefahrenen Zustand in einer perspektivischen Seitenansicht,

[00147] Figur 149 die Zündvorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels im ausgefahrenen Zustand in einer perspektivischen Seitenansicht,

[00148] Figur 14c die Zündvorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels im eingefahrenen Zustand in einer perspektivischen Seitenansicht,

[00149] Figur 14d die Zündvorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels im eingefahrenen Zustand in einer perspektivischen halboffenen Seitenansicht,

[00150] Figur 15a die Zündvorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels im eingefahrenen Zustand in einer zweiten perspektivischen Seitenansicht,

[00151] Figur 15b die Zündvorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels im eingefahrenen Zustand in einer zweiten perspektivischen halboffenen Seitenansicht,

[00152] Figur 15c die Zündungslanze des zweiten Ausführungsbeispiels in einer perspektivischen Seitenansicht,

[00153] Figur 15d die Zündungslanze des zweiten Ausführungsbeispiels in einer perspektivischen halboffenen Seitenansicht,

[00154] Figur 15e die Zündungslanze des zweiten Ausführungsbeispiels in einer zweiten perspektivischen halboffenen Seitenansicht,

[00155] Figur 16a die Zündungslanze des zweiten Ausführungsbeispiels in einer Seitenansicht,

[00156] Figur 16b die Zündungslanze des zweiten Ausführungsbeispiels als Querschnitt,

[00157] Figur 16c die Zündungslanze des zweiten Ausführungsbeispiels in einer halboffenen Sicht von unten,

[00158] Figur 16d die Zündungslanze des zweiten Ausführungsbeispiels in einer halboffenen Seitenansicht,

[00159] Figur 162 die Zündungslanze des zweiten Ausführungsbeispiels in einer halboffenen Draufsicht,

[00160] Figur 16f die Zündungslanze des zweiten Ausführungsbeispiels in einer halboffenen, vergrößerten Sicht von unten, und

[00161] Figur 17 ein Schaltdiagramm für eine Zündvorrichtung.

[00162] Die Holzpellet-Verbrennungsanlage 1 (siehe Fig. 1) umfasst ein Pelletlager 3, in dem Holzpellets 2, im Folgenden auch Pellets 2 genannt, gelagert werden, die den Biomassebrennstoff darstellen und verbrannt werden, ein Förderungssystem 4, um die Pellets 2 aus dem Pelletlager 3 abzutransportieren, ein Abgassystem 5 zum Abführen von Rauchgasen, die bei der Verbrennung entstehen, einen Wasser- oder Luftkreislauf (nicht dargestellt), um erzeugte Wärme abzutransportieren, einen Wärmetauscher 6, um die durch die Verbrennung erzeugte Wärme auf

12734

ein Heizmedium wie Wasser oder Luft zu übertragen, einen Aschebehälter 7, in dem die Asche, die durch die Verbrennung der Pellets 2 entsteht, aufgefangen wird und eine Brennkammer 8, in der die eigentliche Verbrennung der Pellets 2 stattfindet und einen Brennraum 8 darstellen. Die Pellets 2 werden vom Förderungssystem 4 aus dem Pelletlager 3 in die Brennkammer 8 geleitet und dort bis zu einer vorbestimmten Höhe aufgefüllt. Hier werden die Pellets 2 entzündet und verbrannt.

[00163] Des Weiteren umfasst die Holzpellet-Verbrennungsanlage 1 eine Steuerungseinheit 9 zur Überwachung und Steuerung der Verbrennungsanlage 1. Die Steuerungseinheit 9 regelt den Betrieb des Fördersystems und die eigentliche Verbrennung, zum Beispiel durch die Ansteuerung der Temperatur.

[00164] Die Brennkammer 8 umfasst eine Brennkammerwand 10 aus hitzebeständigem Material wie Schamotte oder Keramik, um den hohen Temperaturen während der Verbrennung standzuhalten und die Wärme zu speichern, und einen Brennkammerboden 11, der als Rost ausgebildet sein kann oder mehrere Löcher aufweist, durch den die Pelletasche fallen kann. Der Brennkammerboden 11 besteht aus hitzebeständigem Material und sorgt für eine ausreichende Luftzufuhr von unten in die Brennkammer 8.

[00165] Die Holzpellet-Verbrennungsanlage 1 umfasst auch eine Primärluftzufuhr 12, die in die Brennkammer 8 durch den Brennkammerboden 11 eingeblasen wird. Die Primärluftzufuhr 12 versorgt das Feuer in der Brennkammer 8 mit der notwendigen Luft für die primäre Verbrennung der Holzpellets 2.

[00166] Die Holzpellet-Verbrennungsanlage 1 weist eine Zündvorrichtung 13 auf, welche an der Brennkammer 8 derart angeordnet ist, dass diese durch die Brennkammerwand 10 geht. Die Position kann vorzugsweise derart gewählt sein, dass die Achse der Zündvorrichtung 13 das Zentrum eines Haufens von Holzpellets 2 in der Brennkammer 8 schneidet und dass die Achse im Wesentlichen radial zur Brennkammerwand 10 ist. Hierdurch kann die Zündvorrichtung 13 das Zentrum anzünden. Die radiale Anordnung führt dazu, dass das Zentrum auf kürzestem Weg erreicht wird und so Material gespart wird.

[00167] Die Zündvorrichtung 13 umfasst eine Schutzabdeckung 14, zum Schutz außerhalb der Brennkammer 8, einen Montageflansch 15 zum Befestigen der Zündvorrichtung 13 an der Brennkammerwand 10 und ein Montagerohr 16, welches die Zündvorrichtung 13 von der Brennkammerwand 10 abgrenzt und, je nach Ausführungsform, in die Brennkammer 8 reinragen kann (siehe Figur 2a).

[00168] Die Zündvorrichtung 13 umfasst des Weiteren eine Zündungslanze 17, welche im Ruhezustand in dem Montagerohr 16 angeordnet ist und aus diesem in die Brennkammer 8 herausfahrbar ist und mit dem die Pellets 2 angezündet werden (Figur 2b).

[00169] Die Schutzabdeckung 14 der Zündvorrichtung 13 schützt einen Lüfter 18, ein Regelungsund Hochspannungsmodul 19, zum Regeln von Hochspannungen und einen Getriebemotor 20, mit dem die Zündungslanze 17 rein und rausfahrbar ist.

[00170] Das Regelungs- und Hochspannungsmodul 19 kann einen Hochspannungsstrom erzeugen, welcher über erstes isoliertes Stromkabel 21 und ein zweites isoliertes Stromkabel 22 an die Zündungslanze 17 geleitet wird. Das erste isolierte Stromkabel 21 ist mit einem u-förmigen Leitelement 23 elektrisch verbunden. Das Leitelement 23 kann auch v-förmig oder Omega-förmig sein. Durch die Form kann das Leitelement 23 die Zündungslanze 17 führen (Figur 3).

[00171] Des Weiteren regelt das Regelungs- und Hochspannungsmodul 19 den Lüfter 18 und den Getriebemotor 20 und kommuniziert mit der Steuerungseinheit 9.

[00172] Die Zündungslanze 17 umfasst einen Hauptkörper 24, welcher als eine langgestreckte hohle isolierende Röhre ausgebildet ist (Figur 4). Die Röhre ist aus einer Keramik ausgebildet, die besonders gute isolierende Eigenschaften aufweist.

[00173] Auf der Mantelfläche und in die Brennkammer 8 weisende Stirnfläche des Hauptkörpers 24 ist als äußere Beschichtung eine erste Elektrode 25 ausgebildet. Die in die Brennkammer 8

13734

reinzeigenden Stirnfläche der ersten Elektrode 25 bildet eine erste Elektrodenspitze 26 (Figur 5aC).

[00174] Die erste Elektrode 25 ist durch eine daran angeordnetes Führungselement 27 mit dem Leitelement 23 und somit über das isolierte Stromkabel 21 mit dem Regelungs- und Hochspannungsmodul 19 elektrisch verbunden.

[00175] Das Führungselement 27 greift in das Leitelement 23 ein und sorgt dafür, dass unabhängig von der Position des Hauptkörpers 24 die erste Elektrode 25 mit dem Regelungs- und Hochspannungsmodul 19 elektrisch verbunden ist.

[00176] Die Zündungslanze 17 umfasst des Weiteren eine langgestreckte stangenförmige zweite Elektrode 28, welche im Querschnitt zentral über die gesamte Länge innerhalb des Hauptkörpers 24 angeordnet ist und eine pilzarte zweite Elektrodenspitze 29 aufweist, die in die Brennkammer 8 reinzeigt. Die erste Elektrode 25 bildet somit eine äußere Elektrode und die zweite Elektrode 28 bildet eine innere Elektrode.

[00177] Die zweite Elektrodenspitze 29 kann auch andere Formen aufweisen und auch als Stab oder abgerundeter Stab ausgebildet sein.

[00178] Die zweite Elektrode 28 ist über vier isolierende stangenförmige Abstandshalter 30, die zwischen der ersten Elektrodenspitze 26 und der zweiten Elektrodenspitze 29 angeordnet sind, fest mit der ersten Elektrode 25 verbunden. Die Abstandshalter 30 haben eine Länge von 5 mm. Die Abstandshalter 30 sind aus einem Material mit einer hohen Durchschlagsfestigkeit gefertigt. Die sind z.B. Polyethylenterephthalat (PET) mit einer Durchschlagsfestigkeit von 20 bis 25 kV/mm, Polymethylmethacrylat (Acryl-/Plexiglas) mit ca. 30 kV/mm, Hartporzellan mit 30 bis 35 kV/mm, oder Quarzglas mit 25 bis 40 kV/mm. Andere Materialien sind hier aber auch denkbar.

[00179] Der geringste Abstand zwischen der ersten Elektrode 25 und der zweiten Elektrode 28 beträgt 3 mm.

[00180] Die Abstandshalter 30 können ein Eindringen von Pellets 2 in den Zwischenraum zwischen der zweiten Elektrode 28 und dem Hauptkörper 24 unterdrücken (Figur 6).

[00181] Die erste Elektrode 25 und die zweite Elektrode 28 bilden zusammen eine Lichtbogenerzeugungsstelle 31, wobei ein Lichtbogen 32 zwischen der ersten Elektrodenspitze 26 der ersten Elektrode 25 und der zweiten Elektrodenspitze 29 der zweiten Elektrode 28 entstehen kann. Entsprechend ist der kürzeste Abstand zwischen der ersten Elektrode 25 und der zweiten Elektrode 28 zwischen der ersten Elektrodenspitze 26 und der zweiten Elektrodenspitze 29.

[00182] Um die zweite Elektrode 28 herum ist eine Gewindestange 33 angeordnet, derart, dass das Gewinde der Gewindestange 33 in ein Gewinde einer Gewindemutter 34 eingreifen. Die Gewindemutter 34 ist fest dem Hauptkörper 24 verbunden.

[00183] Die zweite Elektrode 28 kann sich frei innerhalb der Gewindestange 33 drehen und vorund zurückbewegen. Die zweite Elektrode 28 ist über eine Kontaktfeder 35 elektrisch mit der Gewindestange 33 verbunden.

[00184] Das Material der zweiten Elektrode 28 und der Gewindestange 33 werden derart gewählt, dass es zu keiner Kaltverschmelzung kommt.

[00185] Die Bauteile der Zündungslanze 17, d.h. die Hauptkörper 24, die erste Elektrode 25, die zweite Elektrode 28, das Führungselement 27, die Gewindemutter 34, die Abstandshalter 30 und die Kontaktfeder 35, sind fest miteinander verbunden und bilden einen Maschinenteil.

[00186] Die Getriebemotor 20 kann über ein Getriebe 36 eine Drehbewegung an die Gewindestange 33 übertragen. Das Ausgangsdrehmoment des Getriebes 36 wird von einer Ausgangsachse des Getriebes 36 durch eine hochspannungsisolierende Kupplung 37 auf die Gewindestange 33 übertragen.

[00187] Die Gewindestange 33 dreht sich dabei innerhalb der Gewindemutter 34. Da die Gewindemutter 34 überträgt die Kraft auf den Hauptkörper 24 und damit auf die erste Elektrode 25 und

14134

das Führungselement 27.

[00188] Da das Führungselement 27 in das in das Leitelement 23 eingreift einen Schienenmechanismus bildet, wird eine Rotation der Zündungslanze 17 selbst verhindert.

[00189] Es wird eine lineare Bewegung des Hauptkörpers 24 und damit auch der ersten Elektrode 25 erreicht, wobei sich die lineare Bewegung über die Abstandshalter 30 auch auf die zweite Elektrode 28 überträgt.

[00190] Hierdurch kann die Zündungslanze 17 in die Brennkammer 8 herein- und herausgefahren werden.

[00191] Die Gewindestange 33 ist elektrisch über eine Kontakttrommel 38, mit dem zweiten isolierten Stromkabel 22 verbunden. Dadurch ist die zweite Elektrode 28 über die Kontaktfeder 35, der Gewindestange 33, der Kontakttrommel 38 und dem der zweiten isolierten Stromkabel 22 mit dem Regelungs- und Hochspannungsmodul 19 verbunden.

[00192] Somit sind sowohl die erste Elektrode 25 als auch die zweite Elektrode 28 unabhängig voneinander elektrisch mit dem Regelungs- und Hochspannungsmodul 19 verbunden. Mechanisch sind sie jedoch durch die Abstandshalter 30 verbunden.

[00193] Das Regelungs- und Hochspannungsmodul 19 umfasst einen einstellbares Signalgenerators 39, z.B. auf Basis des Bauteils mit der Bezeichnung 1C555 (siehe Figur 7). Das Signalgenerator 39 liefert als Ausgang ein Rechtecksignal mit hoher Frequenz von ca. 40 kHz. Das Signal wird an einen Power-MOSFET 40, z.B. einen mit der Vertriebsbezeichnung IRFP460, geleitet.

[00194] Durch die Schaltung des Power-MOSFET 40 wird eine 12 V DC Versorgungsspannung von einer Versorgungsspannungsquelle 41 durch eine Diode 42 über einen Hochspannungstransformator 43 geschaltet. Der Hochspannungstransformator 43 umfasst einem Ferit Kern mit 6 Primär- und 400 Sekundärwicklungen von Enameldraht mit der Stärke von 0.25 mm. Der Hochspannungstransformator 43 liefert Hochspannungs-Wechselstrom von ca. 25 kV, der zu der ersten Elektrode 25 und der zweiten Elektrode 28 isoliert geleitet wird. Hierdurch bildet sich zwischen den Elektroden ein Kontinuierliches Lichtbogen 32. Ein Volt-Ampere Meter 44 ist in Serie mit der ersten Elektrode 25 und der zweiten Elektrode 28 geschaltet, um den Stromverbrauch bei der Funktion zu messen. Der Lüfter 18 wird mittels eines einstellbares Spannungsmodul 45 betrieben. Die Lufteinsaugung erfolgt durch den Kühlkörper 41.

[00195] Im Folgenden wird ein zweites Ausführungsbeispiel (Figuren 13-16) beschrieben, wobei gleiche Elemente wie beim ersten Ausführungsbeispiel mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Für gleiche Elemente gelten die oben angeführten Erläuterungen, sofern nachfolgend nichts anderes hierzu ausgeführt ist.

[00196] Beim zweiten Ausführungsbeispiel ist wiederum eine Holzpellet-Verbrennungsanlage 1 wie im ersten Ausführungsbeispiel vorgesehen. Der Hauptunterschied zwischen dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel liegt in der Zündvorrichtung 13.

[00197] Die Zündvorrichtung 13 weist ebenfalls eine Schutzabdeckung 14, einen Montageflansch 15 und ein Montagerohr 16 auf.

[00198] Ein Getriebemotor 20 bewegt eine Zündungslanze 17 in die Brennkammer 8.

[00199] Die Zündungslanze 17 umfasst einen keramischen Hauptkörper 24, wobei der Hauptkörper 24 im Querschnitt torbogenförmig ausgebildet ist. An der flachen kurzen Seite des Hauptkörpers 24 umfasst der Hauptkörper 24 eine Zahnstange 49, in die ein Zahnrad 50 des Getriebemotors 20 eingreift, um die Zündungslanze 17 nach vorne schieben zu können.

[00200] Eine erste Elektrode 25 und eine zweite Elektrode 28 sind parallel zueinander angeordnet. Diese Anordnung ist anders als im ersten Ausführungsbeispiel, wo die erste Elektrode eine äußere Elektrode war und die zweite Elektrode eine innere Elektrode.

[00201] In der parallelen Anordnung werden die erste Elektrode 25 und die zweite Elektrode 28 von einer Ausstülpung 51 des Hauptkörpers 24 beabstandet. Die Ausstülpung 51 dient auch als

Isolator zwischen der ersten Elektrode 25 und der zweiten Elektrode 28.

[00202] Unterhalb der Ausstülpung 51 ist ein Hohlraum 52 angeordnet, durch den ein Luftstrom 47 strömen kann.

[00203] Die erste Elektrode 25 und die zweite Elektrode 28 sind über eine Steckverbindung an das erste isolierte Stromkabel 21 bzw. das zweite isolierte Stromkabel 22 angeschlossen.

[00204] Eine erste Elektrodenspitze 26 und eine zweite Elektrodenspitze 29 können von der Ausstülpung 51 leicht weg und zueinander gebogen sein (siehe Figur 15E).

[00205] Im Folgenden werden verschiedene Parametereinstellungen für die Lichtbogenerzeugung definiert, welche z.T. simuliert wurden.

Fall 1 Fall 2 Fall 3 Fall 4 Fall _5

Leistung 10 4 20 13 5.5 W Frequenz 40 100 20 40 40 kHz Takt Zeit 2.50E-05 |1.00E-05 |5.00E-05 |2.50E-05 |2.50E-05 |s Duty Cycle 80 80 80 90 60 % ON Zeit 2.00E-05 |8.00E-06 |4.00E-05 |2.25E-05 |1.50E-05 |s Energie 2.50E-04 |4.00E-05 |1.00E-03 |3.25E-04 |1.38E-04 |J Korrektur 25 25 25 25 25 % Energie (Korr) 3.13E-04 |5.00E-05 |1.25E-03 _ |4.06E-04 |1.72E-04 |J Induktivität (P) 88 88 88 88 88 uH Strom (P) 2.67 1.07 5.33 3.04 1.98 A Spannung (P) 11.73 11.73 11.73 11.88 11.60 V Induktivität (S) 330 330 330 330 330 mH Strom (S) 0.039 0.016 0.078 0.044 0.029 A OFF Zeit FET 5.00E-07_ |5.00E-07 |5.00E-07 |5.00E-07 |5.00E-07 Is Spannung (S) 25690 10276 51381 29292 19053 V

[00206] Das Berechnungsmodell ergibt, dass für den Fall 1 mit der Versorgungs-Spannung von 12 V die Leistung 10 W, Frequenz 40 kHz, der Duty Cycle (DC) 80 %, der Strom 2.67 A, und die Ausgangsspannung ca. 25 kV sind.

[00207] Im Fall 2 ist die Frequenz auf 100 kHz gestellt. Um die 12 V konstant zu halten, fällt die Leistung auf 4 W und der Strom auf ca. 1 A und die Ausgangsspannung auf 10 kV.

[00208] Im Fall 3, wo die Frequenz auf 20 kHz reduziert ist, geht die Leistung auf 20 W, der Strom auf 5 A und die Ausgangsspannung auf 50 kV. Daher kann mit der Frequenz die Energiedichte des Lichtbogens und deren Spannung geregelt werden.

[00209] Im Fall 4 ist der DC auf 90 % gestellt. Als Folge erhöht sich die Leistung auf 13 W, der Strom auf 3 A und die Ausgangsspannung auf ca. 30 kV.

[00210] Im Fall 5 wird der DC weiter reduziert. Hierdurch wird die Leistung reduziert und die Ausgangsspannung fällt auf 19 kV. Daher ist auch der DC ein Einfluss-Parameter für die Lichtbogen-Energiedichte und die Ausgangsspannung.

[00211] Der Transformator kann in der Primärspule eine Induktivität von 88 mH + 10% sowie einen Spulenwiderstand von 180 mQ aufweisen und in der Sekundärspule eine Induktivität von 330 mH + 10 % und einem Spulenwiderstand von 450 Q.

[00212] Das Verfahren beginnt mit Schritt S1 (Figur 8a und 9).

16 / 34

[00213] Im nächsten Schritt (S2) wird die Zündungslanze 17 ausgefahren (Figur 8b). Hierbei dreht sich der Getriebemotor 20 und dadurch auch die Gewindestange 33. Die Rotationsbewegung wird in eine lineare Bewegung umgesetzt, sodass die Zündungslanze 17 sich in Richtung des Zentrums der Brennkammer 8 vorschiebt. Die Bewegung hört auf, sobald die zweite Elektrodenspitze 29 in etwa das Zentrum der Holzpellets 2 innerhalb der Brennkammer 8 erreicht hat.

[00214] Alternativ kann die Lichtbogenerzeugungsstelle 31 auch etwas über den Mittelpunkt des Haufens der Pellets 2 hinausbewegt werden, um später beim Zurückziehen der Zündungslanze 17 durch das Zentrum zu gehen und die Pellets 2 des gesamten Weges anzuzünden.

[00215] Durch das Herausfahren kann die Lichtbogenerzeugungsstelle 31 an die vorbestimmte Position gefahren werden, um an der vorteilhaftesten Stelle innerhalb der Brennkammer 8 die Pellets 2 zu entzünden.

[00216] Anschließend werden die Holzpellets 2 angezündet (Schritt S3) (Figur 8b).

[00217] Hierbei erzeugt das Regelungs- und Hochspannungsmodul 19 eine Hochspannung, derart, dass zwischen ersten Elektrodenspitze 26 und der zweiten Elektrodenspitze 29 ein Lichtbogen 32 entsteht. Dieser Lichtbogen 32 steht in unmittelbarer Nähe oder im Kontakt zu den Holzpellets 2. Dadurch überträgt sich die Wärmeenergie des Lichtbogens 32 auf die Holzpellets 2 und erzeugt eine starke Erwärmung, wodurch brennbare Stoffe freigesetzt werden. Sobald diese brennbaren Stoffe den Flammpunkt erreichen und genügend Sauerstoff vorhanden ist, entzünden sich diese brennbaren Stoffe. Der Lichtbogen 32 kann als Zündquelle für die aus dem Pellets 2 ausgetretene brennbare Gasmischung agieren. Die brennenden Gase unterstützen nun den weiteren Zündprozess, sodass sich das Feuer vom Zündungspunkt ausgehend ausbreitet.

[00218] So wird mit im Vergleich zu Zündluftvorrichtungen mit wenig Energie die Pellets 2 angezündet.

[00219] Es folgt Schritt S4, in dem die Zündungslanze 17 eingefahren wird (Figur 8c). Hierbei wird, ähnlich wie bei Schritt S2, der Getriebemotor 20 in Rotation versetzt, jedoch in die entgegengesetzte Richtung, sodass die daraus entstehende lineare Bewegung ebenfalls entgegengesetzt verläuft. Die Zündungslanze 17 wird hierbei zurück in das Montagerohr 16 eingeschoben. Der Lichtbogen 32 kann während des Vorgangs teilweise noch bestehen, sodass eine größere Menge an Holzpellets 2 angezündet wird. Die Hochspannung wird dann gestoppt, um den Lichtbogen 32 zu löschen, wenn die Lichtbogenerzeugungsstelle 31 einen vordefinierten Wert vor der Brennkammerwand 10 erreicht. Alternativ kann auch nach einer vorgegebenen festen Zeit die Hochspannung stoppen.

[00220] Das Verfahren endet mit Schritt S5 (Figur 8d).

[00221] In einer alternativen Ausführungsform kann die Zündvorrichtung 13 eine Luftstromeinheit 46 umfassen, die innerhalb der Schutzabdeckung 14 angeordnet ist (Figur 10).

[00222] Die Luftstromeinheit 46 erzeugt einen Luftstrom 47, der durch einen Eingang der Zündvorrichtung 13 am Regelungs- und Hochspannungsmodul 19 vorbeigeführt wird, wobei dieser dadurch gekühlt wird. Der Luftstrom 47 wird weiter nach vorne zwischen der ersten Elektrode 25 und der zweiten Elektrode 28 nach vorne zur Lichtbogenerzeugungsstelle 31 geführt. Der Luftstrom 47 ist dabei so stark, dass ein entstandener Lichtbogen 32 nach außen gedrückt wird und dadurch leichter Holzpellets 2 anzünden kann (Figur 11).

[00223] Des Weiteren sorgt der Luftstrom 47 dafür, dass genügend Sauerstoff an der Lichtbogenerzeugungsstelle 31 zugeführt wird, um die Anzündung zu begünstigen.

[00224] Ein dritter Vorteil ist, dass der Luftstrom 47 verhindert, dass Holzpellets 2 und Rauchgase in die Zündungslanze 17 zwischen der ersten Elektrode 25 und der zweiten Elektrode 28 gelangen, wodurch ein Kurzschluss entsteht oder die Zündungslanze 17 beschädigt werden könnte.

[00225] Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Luftstrom 47 durch ein Wärmemodul (nicht dargestellt) zu erwärmen, um die Holzpellets 2 durch den Luftstrom 47 vorzuwärmen und/oder zu

17734

trocknen. Ein Anzünden wird hierdurch erleichtert.

[00226] Eine Möglichkeit besteht darin, dass die Abwärme des Regelungs- und Hochspannungsmoduls 19 eine solche Erwärmung erwirkt.

[00227] Alternativ können hierzu Heizdrähte oder Heizbänder genutzt werden. Die Leistung eines solchen Wärmemoduls liegt im Bereich von einigen zehn Watt, z.B. 50 W.

[00228] Eine zusätzliche Möglichkeit besteht darin, dass ein Zünden der Holzpellets 2 durch einen Sensor detektiert wird, zum Beispiel durch einen Infrarotsensor, welcher auf Wärme reagiert, sodass der Lichtbogen 32 nach Erkennen einer solchen Zündung nach einer vorbestimmten Zeit automatisch abgestellt wird und/oder dass die Zündungslanze 17 zurückgefahren wird, wie es in Schritt S4 beschrieben ist.

[00229] In einer alternativen Ausführungsform werden das erste isolierte Stromkabel 21 und das zweite isolierte Stromkabel 22 innerhalb einer Energiekette 48 geführt, wodurch diese geschützt sind (Figur 12).

[00230] Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass Magnete an der Energiekette 48 angeordnet sind und ein Reedsensor (nicht dargestellt) in der Zündungslanze 17 die Position der integrierten Magneten der Energiekette 48 feststellt und die Messwerte an das Regelungs- und Hochspannungsmodul 19 leitet. Hierdurch ist es möglich, die Position der Zündungslanze 17 und dadurch der Lichtbogenerzeugungsstelle 31 zu bestimmen.

[00231] Eine alternative Version der Elektrodenanordnung ist die parallele Anordnung der ersten Elektrode 25 und der zweiten Elektrode 28. Hierdurch kann ein Abstand zwischen diesen leichter angepasst werden, sofern eine entsprechende Motorisierung vorhanden ist.

[00232] In einer alternativen Ausführungsform kann der Lüfter 18 als Pumpe ausgeführt sein. Eine Pumpe umfasst eine Rückstopp-Funktion, so dass Rauch und heiße Luft nicht unerwünscht aus der Brennkammer 8 durch die Zündvorrichtung 13 entweichen kann.

[00233] Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass das der Luftstrom 47 durch eine Wärmeeinheit (nicht dargestellt) erwärmt wird.

[00234] Diese Wärmeeinheit kann direkt beim Lüfter 18, beim Hochspannungsmodul 19 oder als Teil der Zündlanze 17 angeordnet sein.

[00235] Der Hauptkörper 24 kann gemäß einer alternativen Ausführungsform aus einem keramischen Material ausgebildet sein. Keramisches Material weist eine sehr gute konvektive Wärmeübertragung aus, wodurch durch eine Wärmeeinheit erwärmte Luft auch die Pellets 2 durch die Keramik erwärmen kann. Des Weiteren ist keramisches Material ein sehr guter Isolator, welcher auch nur wenig Feuchtigkeit absorbiert.

[00236] Eine weitere Möglichkeit besteht darin, Parameter des Motors, z.B. den Motorstrom, zu überwachen. Eine Veränderung des Motorstroms kann Rückschlüsse auf eine Veränderung des Widerstands geben, den die Zündlanze 17 z.B. durch die Pellets 2 erfährt. Daraus lässt sich wiederum ableiten, wo die Spitze der Zündlanze ist.

[00237] Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Regelungs- und Hochspannungsmodul 19 eine Anzünd-Erkennungsmodul umfassen, mit dem eine Entzündung der Pellets 2 erkannt werden. So kann beispielsweise der Lichtbogen in einem vorbestimmten Intervall erloschen und wieder gezündet werden. Sind die Pellets 2 entzündet, sind sie von einer Flamme umgeben, die ein Plasma ist. Ein Plasma hat einen deutlich reduzierten Widerstand als Luft, so dass bei einer erneuten Zündung des Lichtbogens der Initialstrom deutlich größer ist. Überschreitet dieser Initialstrom ein vorstimmten Schwellwert, gelten die Pellets 2 als angezündet.

[00238] Das Regelungs- und Hochspannungsmodul 19 kann gemäß einer alternativen Ausführungsform ein Aktuatormodul 53, welches neben dem Getriebemotor 20 auch einen Read-Sensor 54 umfasst, steuern. (Siehe Figur 17) Es kann aber auch die Zündlanze 17 gesteuert werden mit einem Lufteinlass 55 in die Zündungslanze 17, dem Heizelement 56 und/oder einer Temperaturüberwachung 57 für die erste Elektrode 25 und die zweite Elektrode 28.

18 / 34

[00239] Das Regelungs- und Hochspannungsmodul 19 kann gemäß eines Ausführungsbeispiels einen Mikrocontroller 58 umfassen, zum Beispiel einen ESP 32 $S2 Mini. Dieser steuert innerhalb des Regelungs- und Hochspannungsmoduls 19 ein Ha-Bridge-Modul 59 für die Drehrichtungsregelung und Drehzahl des Getriebemotors 20 innerhalb des Aktuatormoduls 53. Des Weiteren regelt der Mikrocontroller 58 den Lüfter 18, einen Optokoppler 60 für den Lüfter 18, ein Leistungsregelungsmodul 61 für das Heizelement 56, ein Temperatursteuerungsmodul 20 für die Temperaturüberwachung 57 sowie den Signalgenerator 39, den Power-MOSFET 40 und den Transformator 43 für die erste Elektrode 25 und die zweite Elektrode 28.

[00240] Eine weitere Möglichkeit besteht darin, Aerosole in die Zündungslanze 17 einzubringen, die dann mit dem Luftstrom 47 in die Brennkammer 8 transportiert werden und dort eine Zündung beschleunigen.

[00241] Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann die Überwachung auch die Motordrehzahl überwachen, zum Beispiel, um daraus einen Widerstand bzw. eine Belastung des Motors abzuleiten, was wiederum Rückschlüsse auf das Vorhandensein der Pellets 2 sein kann. Es können auch Vorrichtungen vorliegen, die den Luftstrom 47 steuern und kontrollieren, den Hochspannungstransformator 43 steuern und kontrollieren sowie die Temperatur in der Brennkammer 8 und/oder des Luftstroms 47. Es könnte auch sinnvoll sein, Umgebungsparameter wie Luftfeuchte und Temperatur bzw. Brennstoffparameter wie die Feuchte der Pellets 2 zu messen und für die Einstellung der Zündungsparameter zu berücksichtigen.

BEZUGSZEICHEN

1 Holzpellet-Verbrennungsanlage 32 Lichtbogen

2 Holzpellets 33 Gewindestange

3 Pelletlager 34 Gewindemutter

4 Förderungssystem 35 Kontaktfeder

5 _ Abgassystem 36 Getriebe

6 Wärmetauscher 37 Kupplung

7 Aschebehälter 38 Kontakttrommel

8 Brennkammer 39 Signalgenerator

9 Steuerungseinheit 40 Power-MOSFET

10 Brennkammerwand 41 Versorgungsspannungsquelle 11 Brennkammerboden 42 Diode

12 Primärluftzufuhr 43 Hochspannungstransformator 13 Zündvorrichtung 44 Volt-Ampere Meter

14 Schutzabdeckung 45 einstellbares Spannungsmodul 15 Montageflansch 46 Luftstromeinheit

16 Montagerohr 47 Luftstrom

17 Zündungslanze 48 Energiekette

18 Lüfter 49 Zahnstange

19 Regelungs- und Hochspannungsmo- 50 Zahnrad

dul 51 Ausstülpung

20 Getriebemotor 52 Hohlraum

21 erstes isoliertes Stromkabel 53 Aktuatormodul

22 zweites isoliertes Stromkabel 54 Reed-Sensor

23 Leitelement 55 Lufteinlass

24 Hauptkörper 56 Heizelement

25 erste Elektrode 57 Temperaturüberwachung

26 erste Elektrodenspitze 58 Mikrokontroller

27 Führungselement 59 H Bridge Modul

28 zweite Elektrode 60 Optokoppler

29 zweite Elektrodenspitze 61 Leistungsregelung

30 Abstandshalter 62 Temperatursteuerungsmodul

31 Lichtbogenerzeugungsstelle

Claims (15)

Patentansprüche

1. Zündvorrichtung (13) für feste Biomassebrennstoffe in Verbrennungs- und Vergasungsanlagen umfassen zumindest zwei Elektroden (20, 23) zum Erzeugen eines Lichtbogens (32), mit dem die Biomassebrennstoffe entzündet werden können, und einen Bewegungsmechanismus zum Ein- und Ausfahren der beiden Elektroden (20, 23) in und aus einen Brennraum (8).

2. Zündvorrichtung (13) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündvorrichtung (13) eine Luftstromvorrichtung aufweist, welcher einen Luftstrom (47) erzeugt werden kann, mit dem ein erzeugter Lichtbogen (32) von dem Bewegungsmechanismus wegweisend auf die Biomassebrennstoffe geblasen werden kann.

3. Zündvorrichtung (13) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftstromvorrichtung ein Wärmeelement umfasst, um den Brennstoff vorzutrocknen und/oder die Ausgasung zu unterstützen.

4. Zündvorrichtung (13) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (20, 23) eine Beschichtung aus einem nicht-oxidierenden Material, vorzugsweise Wolfram oder eine Wolframlegierung, aufweisen und/oder aus einem solchen nicht-oxidierenden Material ausgebildet sind.

5. Zündvorrichtung (13) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (20, 23) eine lösbare Befestigung aufweisen, so dass die Elektroden austauschbar sind.

6. Zündvorrichtung (13) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (20, 23) eine einstellbare Position relativ zueinander haben, um die Lichtbogenlänge zu variieren.

7. Zündvorrichtung (13) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (20, 23) durch eine Energiekette (48) mit der Spannungsquelle verbunden ist.

8. Zündvorrichtung (13) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Position der Elektroden (20, 23) durch integrierte Magnete und einem Reed-Sensor detektiert wird.

9. Zündvorrichtung-System mit einer Zündvorrichtung (13) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und einer Hochspannungsquelle und einer Steuereinheit (19) zum Steuern einer Hochspannung und zum Steuern des Bewegungsmechanismus.

10. Zündvorrichtung-System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (19) ein MOSFET-Schalter oder einen Power-MOSFET (40) umfasst, mit dem die Spannungen zum Erzeugen des Lichtbogens (32) geschaltet werden können.

11. Zündvorrichtung-System nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (19) einen programmierbaren Mikrocontroller aufweise, um Betriebsparameter des Lichtbogens (32) anzupassen.

12. Verbrennungsanlage (1) für Biomassebrennstoffe, insbesondere Holzpellets (2), umfassend: - ein Zündvorrichtung-System nach einem der Ansprüche 9 bis 11.

13. Verbrennungsanlage (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsanlage (1) weiterhin umfasst: - einen Fördermechanismus zum Zuführen des Biomassebrennstoffes in die Verbrennungsanlage (1), - eine Verbrennungskammer, in der die Biomassebrennstoffe unter Sauerstoffzufuhr verbrannt werden, - eine Vergasungskammer, die mit der Verbrennungskammer verbunden ist und in der die bei der Verbrennung entstehenden Gase unter reduzierter Sauerstoffzufuhr zu Synthesegas umgewandelt werden, - ein Abgassystem (5) zum Ableiten der bei der Verbrennung und Vergasung entstehenden Abgase, - eine Steuerungseinheit (9) zur Regelung insbesondere der Zuführung, Verbrennung und/oder Vergasung, und - eine Wärmeübertragungseinheit zur Nutzung der bei der Verbrennung und Vergasung entstehenden Wärmeenergie.

14. Verfahren zum Zünden von festen Biomassebrennstoffen in Verbrennungs- und Vergasungsanlagen mit einer Zündvorrichtung (13) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei folgende Schritte durchgeführt werden:

- Ausfahren der beiden Elektroden (20, 23) in den Brennraum (8),

- Erzeugen eines Lichtbogens (32) zwischen den Elektroden, um den festen Biomassebrennstoff anzuzünden, und

- Einfahren der beiden Elektroden (20, 23) aus den Brennraum (8).

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Luftstrom (47) erzeugt wird, mit dem der erzeugte Lichtbogen (32) von dem Bewegungsmechanismus wegweisend auf die Biomassebrennstoffe blasen kann.

Hierzu 12 Blatt Zeichnungen