Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizvorrichtung zum Erhitzen von strömenden Medien, die insbesondere zum Erhitzen von Leichtöl geeignet ist.
Um eine russfreie monoxydarme Verbrennung von Heizöl mit blauer Flamme zu erreichen, ist es erforderlich, den aus einer Zerstäuberdüse austretenden Brennstoffnebel intensiv mit der zugeführten Verbrennungsluft zu vermischen. Bei Öldruck- zerstäuberbrennern ist es dazu bereits bekannt, Stauscheiben als Mischvorrichtungen vorzusehen, die in zylindrische oder trichterartig erweiterte Brennermundstücke eingesetzt sind.
Diese Mischvorrichtungen stellen aber lediglich Flammenschikanen dar, mit denen zwar eine gute Vermischung des Brennstoffes mit der Verbrennungsluft zu erreichen ist, eine blaue Flamme kann damit jedoch nicht erzeugt werden, da die Zerstäubung des aus der Zerstäuberdüse austretenden Mediums nicht zu beeinflussen ist, eine russfreie Verbrennung ist mit den bekanntenBrennvorrichtungen somit nicht zu erzielen.
Die Zerstäubung kann jedoch verbessert werden, wenn das aus der Zerstäuberdüse austretende Medium vorgewärmt ist.
Ein dazu verwendbares Heizelement ist bereits bekannt geworden. Diese Heizvorrichtung besteht aus einer Vielzahl von kleinen, einander berührenden elektrisch leitenden Teilchen zum raschen Erhitzen von Gasen und Flüssigkeiten mittels elektrischer Energie. Die Teilchen sind hierbei aus miteinander verfilzten und an den Berührungstellen metallisch miteinander verbundenen Haaren, Nadeln, Stäbchen oder Whiskern gebildet, und der Filz ist mit Elektroden versehen oder innerhalb einer Induktionsspule angeordnet. Nach einer Weiterbildung sind die Heizelemente in Strömungsrichtung des zu erhitzenden Mediums hintereinander geschaltet und zwischen benachbarten Heizelementen sind Homogenisierungszonen angeordnet, in denen keine oder keine wesentliche Erwärmung des Mediums erfolgt.
Der zur Erwärmung des Mediums erforderliche Bauaufwand ist bei dieser vorbekannten Heizvorrichtung ausserordentlich gross, vor allem aber ist von Nachteil, dass das zu erhitzende Medium unmittelbar mit den Heizelementen in Berührung kommt, so dass eine Verkrakung des Mediums nicht auszuschliessen ist. Des weiteren ist eine Kontrolle der jeweiligen Mediumtemperatur nicht oder nur mit grossem zusätzlichem Aufwand möglich, eine Regelung der Wärmezufuhr ist daher mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden.
Es ist demnach Aufgabe der Erfindung, eine Heizvorrichtung zum Erhitzen von strömenden Medien, die insbesondere zum Erhitzen von Leichtöl verwendbar ist, zu schaffen, mittels der auf äusserst einfache Weise ein Erwärmen und Vergasen des zu verbrennenden Mediums zu erreichen ist, so dass zuverlässig auch eine nahezu stöchiometrische Flamme erreicht wird und somit eine absolut russfreie Verbrennung stattfindet. Die in dem Brennstoff vorhandenen Stickoxyde sollen dabei verbrannt und die Brennerflamme soll blau aufgelöst werden können, so dass mit geringem Bauaufwand ein wirtschaftlicher Betrieb einer Heizanlage gewährleistet ist. Des weiteren soll ein Einbau in herkömmliche Kessel ohne Schwierigkeiten und eine problemlose Regelung möglich sein.
Gemäss der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass ein mit Stahlwolle oder poröser Watte gefülltes, von dem zu erhitzenden Medium durchströmtes Behältnis vorgesehen ist, das von aussen aufheizbar ist.
Bei Verwendung der Heizvorrichtung zum Erhitzen von Leichtöl ist es angebracht, das die Stahlwolle oder poröse Watte aufnehmende Behältnis als Zuführungsrohr für das Medium auszubilden, an dessen dem Brennraum zugekehrt vorzusehendem Ende eine Zerstäuberdüse angeordnet ist.
Zum Erhitzen des Behältnisses sind zweckmässigerweise Heizelemente in Form von elektrischen Heizkörpern vorzusehen, die ringförmig um dieses gewickelt oder achsparallel zu diesem angeordnet sind. Die Heizelemente können hierbei in einem das Behältnis umgebenden Wärmespeicher aus Aluminium eingebettet, z. B. eingegossen, werden und der Wärmespeicher kann, um Abstrahlungen zu vermeiden, mit einem Wärmeschutzmantel versehen werden.
Ferner ist es zur Selbstregelung vorteilhaft, in das Behältnis koaxial zu diesem ein ein- oder mehrteiliges Rohr einzusetzen, das in dem der Mediumsaustrittsöffnung des Behältnisses zugeordneten Bereich mit Durchbrechungen versehen und in dem ein Absperrventil angeordnet ist. Zur selbsttätigen Betätigung des Absperrventils kann hierbei des weiteren ein in das Rohr oder einem an diesem befestigten Zylinder eingesetzter, entgegen der Kraft einer Feder verschiebbarer Kolben vorgesehen werden, der z. B. mittels einer durch das Rohr hindurchgeführten Kolbenstange auf das Absperrventil einwirkt.
Wird gemäss der Erfindung zum Erhitzen von strömenden Medien, insbesondere von Leichtöl ein mit Stahlwolle oder poröser Watte gefülltes und von aussen aufheizbares Behältnis vorgesehen, so ist es möglich, das der Zerstäuberdüse zuströmende Medium unmittelbar vor dieser zur erhitzen und zu verdampfen, so dass das Medium als Dampf aus der Zerstäuberdüse austritt. Auf diese Weise ist eine sehr intensive Mischung mit der zugeführten Verbrennungsluft möglich, so dass eine Verbrennung des Gemisches mit blauer Flamme erfolgt.
Die Anteile von Stickoxyd, Monoxyd und anderen die Luft verunreinigenden Stoffen werden somit fast vollständig verbrannt, und die Flamme löst sich blau auf.
Der Bauaufwand, der erforderlich ist, um dies zu erreichen, ist äusserst gering, da lediglich das Zuführungsrohr für das Medium entsprechend auszugestalten ist. Da das mittels der vorschlagsgemässen Heizvorrichtung stark erhitzte bzw.
bereits in Dampf übergeführte Medium leicht beim Austritt aus derZerstäuberdüse vergast, findet somit eine russfreieVerbrennung statt und es ist ein stabiler Blaubrand gegeben. Dies wiederum ergibt einen geringeren Verbrauch als bei den bisher bekannten Brennern und eine bessere Energieausnutzung und einen wirtschaftlicheren Betrieb. Auch ist ein nachträglicher Einbau in bestehende Kessel ohne weiteres möglich, da lediglich die Düsenstangen auszuwechseln sind.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel, das nachfolgend im einzelnen erläutert ist, zu entnehmen.
Die in der Zeichnung im Schnitt dargestellte und mit 1 bezeichnete Heizvorrichtung zum Erhitzen von Heizöl besteht im wesentlichen aus einem mit einer Zerstäuberdüse 3 versehenen Ölzuführungsrohr 2, das in dem vom Öl durchströmten Ringraum 6 mit Stahlwolle 7 ausgefüllt ist, und um das Ölzu- führungsrohr 2 gewickelten Heizelementen 21, mittels denen die Stahlwolle 7 aufzuheizen ist. Über eine Leitung 4 strömt das Öl dem Ölzuführungsrohr 2 zu und tritt über Einlassöffnungen 8 in den Ringraum 6 ein, der durch ein in das Ölzu- führungsrohr 2 eingesetztes zweiteiliges und durch ein Distanzstück 10 gehaltenes Rohr 5, 5' gebildet ist.
Nach dem Durchströmen der Stahlwolle 7 kann das Öl oder Öldampf über in das Rohrteil 5' eingearbeitete radiale Durchbrechungen 9 in das Innere des Rohres 5, 5' gelangen und bei geöffnetem, der Zerstäuberdüse 3 zugeordnetem Absperrventil 11 aus dieser austreten.
Um das Öl beim Durchströmen der Stahlwolle 7 erhitzen oder verdampfen zu können, sind die um das ÖIzuführungs- rohr 2 gelegten Heizelemente 21 vorgesehen. Die Heizelemente 21 sind hierbei in einem Wärmespeicher 22, z. B. aus Aluminium, eingegossen, und dieser ist mit einem Wärmeschutzmantel 23 umgeben, um die Abstrahlungsverluste gering zu halten. Wird den Heizelementen 21 somit elektrische Energie zugeführt, so wird das Ölzuführungsrohr 2 und die Stahlwolle 7 aufgeheizt. Von diesen wiederum wird die Wärmeenergie an das durchströmende Öl übertragen, ohne dass dieses mit den Heizelementen 21 unmittelbar in Berührung kommt. Den noch ist eine starke Erhitzung bzw. eine Überführung in Dampf des durchströmenden Öles gewährleistet.
Damit der Zerstäuberdüse 3 erst Öl zufliesst, wenn dieses eine bestimmte Temperatur erreicht hat, ist dieser das Absperrventil 11 vorgeschaltet, das aus einem durchbohrten Ventilkörper 12 mit angeformter Schneide 13 und einer verschiebbaren Platte 14 besteht. Die Platte 14 ist über eine durch das Rohr 5, 5' hindurchgeführte Stange 15 mit einem in einem ortsfesten Gehäuse 17 eingesetzten Kolben 18 verbunden, der entgegen der Kraft einer Feder 19 verschiebbar ist. Sobald sich in dem Ringraum 16 zwischen dem Rohr 5, 5' und der Stange 15 ein Druck aufgebaut hat, dessen auf den Kolben 17 einwirkende Kraft grösser ist als die Gegenkraft der Feder 19, wird der Kolben 17 und mit diesem die Platte 14 nach rechts verschoben, so dass das Absperrventil 11 geöffnet ist und erhitztes Öl oder Öldampf aus der Zerstäuberdüse 3 austreten kann.
The invention relates to a heating device for heating flowing media, which is particularly suitable for heating light oil.
In order to achieve soot-free, low-monoxide combustion of heating oil with a blue flame, it is necessary to intensively mix the fuel mist emerging from an atomizer nozzle with the supplied combustion air. In the case of oil pressure atomizer burners, it is already known to provide baffle plates as mixing devices which are inserted into burner mouthpieces that are cylindrical or expanded in the manner of a funnel.
These mixing devices only represent flame baffles, with which a good mixing of the fuel with the combustion air can be achieved, but a blue flame cannot be generated because the atomization of the medium emerging from the atomizer nozzle cannot be influenced, a soot-free combustion cannot be achieved with the known burning devices.
However, atomization can be improved if the medium emerging from the atomizer nozzle is preheated.
A heating element that can be used for this purpose has already become known. This heating device consists of a large number of small, electrically conductive particles in contact with one another for the rapid heating of gases and liquids using electrical energy. The particles are formed from hairs, needles, rods or whiskers that are matted together and metallically connected to one another at the contact points, and the felt is provided with electrodes or arranged within an induction coil. According to a further development, the heating elements are connected one behind the other in the flow direction of the medium to be heated, and homogenization zones are arranged between adjacent heating elements, in which no or no substantial heating of the medium occurs.
The construction effort required to heat the medium is extremely high in this known heating device, but the main disadvantage is that the medium to be heated comes into direct contact with the heating elements, so that caking of the medium cannot be ruled out. Furthermore, a control of the respective medium temperature is not possible or only possible with great additional effort, a regulation of the heat supply is therefore associated with considerable difficulties.
It is therefore the object of the invention to provide a heating device for heating flowing media, which can be used in particular for heating light oil, by means of which heating and gasification of the medium to be burned can be achieved in an extremely simple manner, so that reliably a an almost stoichiometric flame is reached and thus an absolutely soot-free combustion takes place. The nitrogen oxides present in the fuel should be burned and the burner flame should be able to dissolve blue, so that economical operation of a heating system is guaranteed with little construction effort. Furthermore, installation in conventional boilers should be possible without difficulties and problem-free regulation.
According to the invention, this is achieved in that a container filled with steel wool or porous wadding, through which the medium to be heated flows and which can be heated from the outside, is provided.
When using the heating device for heating light oil, it is advisable to design the container receiving the steel wool or porous wadding as a supply pipe for the medium, at the end of which an atomizer nozzle is arranged facing the combustion chamber.
To heat the container, it is useful to provide heating elements in the form of electrical heating elements, which are wound around the container in a ring or arranged axially parallel to it. The heating elements can be embedded in a heat accumulator made of aluminum surrounding the container, e.g. B. poured, and the heat accumulator can be provided with a thermal jacket to avoid radiation.
Furthermore, it is advantageous for self-regulation to insert a one-part or multi-part tube into the container coaxially with the container, which tube is provided with openings in the area associated with the medium outlet opening of the container and in which a shut-off valve is arranged. For the automatic actuation of the shut-off valve, a piston inserted into the tube or a cylinder attached to it and displaceable against the force of a spring can also be provided, which z. B. acts on the shut-off valve by means of a piston rod passed through the tube.
If, according to the invention, a container filled with steel wool or porous wadding and heatable from the outside is provided for heating flowing media, in particular light oil, then it is possible to heat and vaporize the medium flowing to the atomizer nozzle immediately in front of it, so that the medium as steam emerges from the atomizer nozzle. In this way, a very intensive mixture with the supplied combustion air is possible, so that the mixture is burned with a blue flame.
The proportions of nitrogen oxide, monoxide and other substances polluting the air are thus almost completely burned, and the flame dissolves blue.
The construction effort required to achieve this is extremely low, since only the supply pipe for the medium has to be designed accordingly. Since the heating device according to the proposal is strongly heated or
Medium that has already been converted into steam is easily gasified when it emerges from the atomizer nozzle, so soot-free combustion takes place and there is a stable blue edge. This in turn results in a lower consumption than with the previously known burners and a better energy utilization and a more economical operation. Subsequent installation in existing boilers is also easily possible, since only the nozzle rods have to be replaced.
Further details of the invention can be found in the exemplary embodiment shown in the drawing, which is explained in detail below.
The heating device for heating fuel oil, shown in section in the drawing and denoted by 1, consists essentially of an oil supply pipe 2 provided with an atomizer nozzle 3, which is filled with steel wool 7 in the annular space 6 through which the oil flows, and around the oil supply pipe 2 wound heating elements 21, by means of which the steel wool 7 is to be heated. The oil flows via a line 4 to the oil supply pipe 2 and enters the annular space 6 via inlet openings 8, which is formed by a two-part pipe 5, 5 ′ inserted into the oil supply pipe 2 and held by a spacer 10.
After flowing through the steel wool 7, the oil or oil vapor can reach the interior of the pipe 5, 5 'via radial openings 9 machined into the pipe part 5' and exit when the shut-off valve 11 assigned to the atomizing nozzle 3 is open.
In order to be able to heat or vaporize the oil as it flows through the steel wool 7, the heating elements 21 placed around the oil supply pipe 2 are provided. The heating elements 21 are in this case in a heat accumulator 22, for. B. made of aluminum, and this is surrounded by a heat protective jacket 23 to keep the radiation losses low. If electrical energy is thus supplied to the heating elements 21, the oil supply pipe 2 and the steel wool 7 are heated. From these, in turn, the thermal energy is transferred to the oil flowing through without it coming into direct contact with the heating elements 21. Strong heating or conversion into steam of the oil flowing through is still guaranteed.
So that the atomizer nozzle 3 only flows in oil when it has reached a certain temperature, this is preceded by the shut-off valve 11, which consists of a pierced valve body 12 with an integrally formed cutting edge 13 and a movable plate 14. The plate 14 is connected via a rod 15 passed through the tube 5, 5 ′ to a piston 18 which is inserted in a stationary housing 17 and can be displaced against the force of a spring 19. As soon as a pressure has built up in the annular space 16 between the tube 5, 5 'and the rod 15, the force acting on the piston 17 is greater than the counterforce of the spring 19, the piston 17 and with it the plate 14 to the right moved so that the shut-off valve 11 is open and heated oil or oil vapor can escape from the atomizer nozzle 3.