CH694972A5 - Vormischender Brenner mit einem zylindrischen Flammenhalter sowie Heizkessel mit einem solchen Brenner. - Google Patents

Description

  



   Die Erfindung bezieht sich auf einen vormischenden Brenner der im  Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art sowie auf einen Heizkessel  mit einem solchen Brenner gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 6.                                                              



   Solche Brenner werden vorteilhaft in Heizkesseln für Wohn- und Nichtwohnbauten  verwendet, mit denen Raumwärme und warmes Brauchwasser erzeugt werden.  Dabei wird meist als Brennstoff leichtes Heizöl verwendet. 



   Ein Brenner der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art ist  aus DE-U1-20 2004 000 399 bekannt. Um die Stabilität der Flamme des  Brenners zu verbessern, wurde hier vorgeschlagen, um den Flammenhalter  einen Mantel zu legen, der die direkte Wärmeabstrahlung vom Ort der  Flamme auf die Innenwand des Heizkessels verhindert. 



   Ein Brenner, bei dem diese Massnahme erfolgreich einsetzbar ist,  war zuvor in WO-A1-00/12935 offenbart worden. 



   Aus EP-A2-0 794 384 ist ein Strahlungsschild bekannt, durch den erreicht  werden soll, dass die Zündung des Brenners verbessert wird und Pfeifgeräusche  zu vermeiden, die durch Schwingungen der Flamme hervorgerufen werden.                                                          



   Es hat sich gezeigt, dass die durch den Mantel gemäss DE-U1-202 004  000 399 erwarteten Vorteile zwar erreicht werden, dass aber gleichzeitig  unerwünschte Nebenwirkungen auftreten. Durch den Mantel ergibt sich,  dass die Flammentemperatur am Flammenhalter deutlich erhöht ist,  was insoweit sehr nachteilig ist, weil dadurch der unerwünschte Gehalt  an Stickoxiden NO x  in den Abgasen erhöht wird. Die Bildung grösserer  Mengen von Stickoxiden NO x  ist auch ein Index einer nicht optimalen  Verbrennung. Ausserdem hat sich gezeigt, dass es zur Bildung von  Russ und von Kohlenmonoxid kommt, was offenbar damit zusammenhängt,  dass sich die Flamme, die bei dieser Art des Brenners mit einem zylindrischen  Flammenhalter ein Flammenteppich ist, nach dem Brennerstart am zunächst  kalten Mantel stark abkühlt. Die Verbrennung ist dadurch nicht vollständig.

                                                      



     Die erhöhte Flammentemperatur während des Betriebs führt ausserdem  zu einer erhöhten Temperatur im Innenraum des Flammenhalters, woraus  eine Neigung zur Selbstzündung resultieren kann, was ebenfalls problematisch  ist. Weist der Mantel, wie in der genannten Schrift gezeigt, Öffnungen  für die Zünd-elektrode und eine Ionisationssonde auf, so bildet sich  an diesen Durchführungen eine scharfe Flammenspitze von der Art eines  Jets, was an der Wandung des Heizkessels zu unerwünschten lokalen  Überhitzungen führt. 



   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brenner zu schaffen,  dessen Betriebsverhalten hinsichtlich der vorstehend genannten Probleme  verbessert ist. 



   Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des  Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus  den abhängigen Ansprüchen. 



   Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der  Zeichnung näher erläutert.      Es zeigen:     Fig. 1 einen  Schnitt eines Brenners,     Fig. 2 ein Schema mit masslichen Gestaltungsrichtlinien  im Hinblick auf eine Anordnung des Brenners in einem Heizkessel,     Fig. 3 einen Schnitt einer besonderen Ausführungsform eines  Mantels und     Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Mantels.  



   In der Fig. 1 ist ein Brenner 1 gezeigt, wobei dieses Ausführungsbeispiel  einen Sturzbrenner zeigt, bei dem die Aufbereitung des zur Verbrennung  kommenden Gemisches aus Brennstoff und Luft oberhalb des Flammenraumes  erfolgt und bei dem die Flamme von oben nach unten brennt. Solche  Sturzbrenner sind insbesondere für Niedertemperaturkessel geeignet.  Weil der Brenner 1 oben im Heizkessel angeordnet ist, kann kein Kondensat  in den Brenner 1 eindringen und dessen Funktion beeinträchtigen.  Es sei hier aber betont, dass die nachfolgend geschilderte erfindungsgemässe  Lehre nicht auf diese Brennerbauart beschränkt ist. 



   Der Aufbau eines solchen Brenners 1 ist teilweise aus WO-A1-00/12  935 bekannt. Bei einem solchen Brenner 1 treibt ein elektrischer  Motor 2 eine Welle 3 an, auf der Rotoren 4 als Teil eines Gebläses  5 befestigt sind. Auf der gleichen Welle 3 sind auch ein    Zerstäuberbecher  5 und ein Mischrad 6 befestigt, die innerhalb einer Verdampferkammer  7 angeordnet sind, die mittels einer in deren Gehäuse integrierten  elektrischen Heizung 8 wenigstens beim Brennerstart beheizbar ist.  Unterhalb der Verdampferkammer 7, bei einem Brenner nach WO-A1-00/12  935 oberhalb der Verdampferkammer 7, schliesst sich ein Flammenhalter  10 an, dessen zylindrischer Mantel aus zwei ineinander liegenden  Lochblechen gebildet ist, nämlich einem äusseren Lochblech 11 und  einem inneren Lochblech 12.

   Am der Verdampferkammer 7 gegenüberliegenden  Ende ist der Flammenhalter 10 durch einen Boden 13 verschlossen.  Nicht dargestellt sind hier eine Zündelektrode und eine Sonde einer  Ionisationsmesseinrichtung, die beide in der Nähe der Mantelfläche  des Flammenhalters 10 angeordnet sind, wie dies in WO-A1-00/12 935  gezeigt ist. Die Mantelfläche des Flammenhalters 10 ist jener Ort,  an dem die Flamme entsteht. 



   Die Mantelfläche des Flammenhalters 10 ist, wie in DE-U1-202 004  000 399 gezeigt, von einem Mantel 15 umgeben. Der Mantel 15 umschliesst  die gesamte Mantelfläche des Flammenhalters 10 sowie einen Teil der  Verdampferkammer 7. Durch diesen Mantel 15 wird erreicht, dass die  Flamme am Flammenhalter 10 unter allen Betriebsbedingungen stabil  brennt. Die vom Flammenhalter 10 abgestrahlte Wärme trifft auf die  Innenwand des Mantels 15, der wie der Flammenhalter 10 aus hitzebeständigem  Stahlblech besteht. Nach dem Entstehen der Flamme am Flammenhalter  10 wird der Mantel 15 sehr schnell aufgeheizt, weil dessen Wärmekapazität  ausserordentlich klein ist, im Vergleich zur Wärmekapazität des Heizkessels  geradezu unbedeutend klein. Somit spielt es für die Stabilität der  Flamme keine Rolle, welche Temperatur die Innenwand des Heizkessels  aufweist.

   Die Flamme brennt durch die Wirkung des Mantels 15 wenige  Sekunden nach ihrem Entstehen vollkommen stabil, unabhängig davon,  wie gross die Temperatur des Heizkessels ist. 



   Der Mantel 15 hat aber den eingangs erwähnten Nachteil, dass die  Flammentemperatur am Flammenhalter 10 deutlich erhöht ist, was insoweit  sehr nachteilig ist, weil dadurch der unerwünschte Gehalt an Stickoxiden  NO x in den Abgasen erhöht wird. 



   Erfindungsgemäss weist der Mantel 15 in seiner zylindrischen Fläche  Öffnungen auf, durch die die heissen Verbrennungsgase hindurchtreten  und so direkt zur Innenwand eines Heizkessels strömen können, um  die Wärme auf die Innenwand des Heizkessels    abzugeben. Die direkte  Wärmeabstrahlung vom Flammenhalter 10 zur Innenwand des Heizkessels  wird zwar nicht vollkommen verhindert, jedoch wird durch die Öffnungen  im Mantel 15 ein guter Kompromiss erzielt zwischen der Verhinderung  der Rückwirkung der kalten Heizkesselwand auf den Flammenhalter 10  und der Wärmeabgabe vom Flammenhalter 10 auf den Heizkessel erzielt.                                                           



   Nach einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung besteht der Mantel  15 aus einem gelochten Blech, so dass die vorgenannten Öffnungen  gebildet sind durch Löcher 16 im Mantel 15. Vorteilhaft ist es, wenn  der Flächenanteil von Löchern 16 wenigstens 25% und maximal 50% der  Gesamtfläche ausmacht und der Durchmesser der Löcher 16 zwischen  1 und 4 mm beträgt. Dadurch wird erreicht, dass der Mantel 15 für  die direkte Wärmeabstrahlung vom Flammenhalter 10 auf die Innenwand  des Heizkessels immer noch ein bedeutendes Hindernis darstellt, so  dass die Wärmeabstrahlung vom Flammenhalter 10 von der Temperatur  der Innenwand des Heizkessels kaum abhängig ist.

   Durch die Löcher  16 kann aber das heisse Abgas zur Innenwand des Heizkessels hindurchtreten,  so dass das heisse Abgas die latente Wärme durch unmittelbaren Kontakt  mit der Innenwand des Heizkessels auf diese Innenwand übertragen  kann. Zusätzlich wirkt die Wärmeabstrahlung vom Flammenhalter 10  auf die Innenwand des Heizkessels, aber eben in einem erheblich geringeren  Ausmass als dann, wenn der Mantel 15 nicht vorhanden wäre. 



   In der Fig. 1 ist ausserdem gezeigt, dass um den oberen Bereich des  Flammenhalters 10 ein Umlenkkragen 18 gelegt ist. Die Funktion dieses  Umlenkkragens 18 ist in WO-A1-00/12 935 detailliert beschrieben.  Bei einem in WO-A1-00/12 935 gezeigten Brenner, der von unten in  einen Heizkessel eingebaut wird, ist er unverzichtbar. Bei einem  Sturzbrenner, wie er hier gezeigt ist, ist er an sich entbehrlich,  weil eine Umlenkung des heissen Abgases nicht erzwungen werden muss,  denn sie findet wegen der geringeren spezifischen Dichte des heissen  Abgases ganz von selbst statt, indem das heisse Abgas am oberen Teil  des Flammenhalters 10 ohnehin aufwärts strömt und so die Verdampferkammer  7 erwärmt. Aus diesen Gründen ist der Umlenkkragen 18 beim Gegenstand  des DE-U1-202 004 000 399 nicht gezeigt, weil er dort nicht erforderlich  ist. 



   Durch die vorteilhafte Gestaltung des Mantels 15 mit den Löchern  16 wird nun aber bewirkt, dass gegenüber DE-U1-202 004 000 399 die  Flammentemperatur deutlich    abgesenkt wird. Um trotzdem eine genügende  Aufheizung der Verdampferkammer 7 zu erreichen, ist also der Umlenkkragen  18 vorteilhaft. Unverzichtbar ist er aber nicht, denn die Verdampferkammer  7 besitzt wie erwähnt in ihrem Gehäuse eine integrierte elektrische  Heizung 8. Durch das Vorhandensein des Umlenkkragens 18 wird nun  aber erreicht, dass die elektrische Heizung 8 früher abgeschaltet  werden kann. 



   Eine aus WO-A1-00/12 935 bekannte Zündelektrode und eine daraus ebenfalls  bekannte weitere Elektrode einer Ionisationsmesseinreichung können  in der dort gezeigten Weise am Flammenhalter 10 -platziert sein und  liegen dabei wegen des grösseren Durchmessers des Mantels 15 innerhalb  dieses Mantels 15, so dass im Mantel 15 die in DE-U1- 202 004 000  399 gezeigten Öffnungen im Mantel 15 bei der Ausführung des Mantels  15 gemäss Fig. 1 nicht nötig sind. Damit wird auch die Bildung der  eingangs erwähnten Jets verhindert. 



   In der Fig. 2 ist schematisch gezeigt, wie sich die Durchmesser von  Flammenhalter 10, Mantel 15 zum Durchmesser eines Heizkessels verhalten,  wenn der Brenner 1 bestimmungsgemäss in einen Heizkessel eingebaut  wird. Ein Teil einer Innenwand 30 eines solchen Heizkessel ist in  der Fig. 2 dargestellt. Diese Innenwand 30 ist zylindrisch und hat  einen Durchmesser D K . Konzentrisch dazu sind der Flammenhalter  10 mit einem Aussendurchmesser D F  und der Mantel 15 mit einem Durchmesser  D M  angeordnet. Es ist vorteilhaft, wenn das Verhältnis Aussendurchmesser  D F  des Flammenhalters 10 zu Durchmesser D K  des Heizkessels etwa  1 zu 3 beträgt. Vorteilhaft ist weiter, wenn das Verhältnis Durchmesser  D M  des Mantels 15 zu Durchmesser D K  des Heizkessels etwa 2 zu  3 bis 5 zu 6 beträgt.

   Dadurch wird eine optimale Flammenbildung und  eine optimale Wärmeabgabe auf den Heizkessel sowohl bei Minimallast  als auch bei Nennlast erreicht. 



   In der Fig. 3 ist eine besondere Ausführungsform des Mantels 15 gezeigt.  Der Mantel 15 besteht hier aus einzelnen konischen Ringen 32, die  mit Abstand übereinander gestapelt sind, und zwar so, dass der eine  Ring 32 teilweise innerhalb des benachbarten Rings 32 liegt. Dadurch  wird erreicht, dass zwischen den Ringen 32 Spalten 33 existieren,  durch die die heissen Verbrennungsgase ungehindert strömen können,  wie dies mit punktierten Linien mit Pfeil beispielhaft dargestellt  ist. Gleichzeitig wird die direkte Wärmeabstrahlung vom Flammenhalter  10 zur Innenwand 30 (Fig. 2) des Heizkessels verhindert. Damit wird  die in DE-U1-202 004 000 399 dargestellte Wirkung erreicht,    gleichzeitig  werden aber die eingangs erwähnten Probleme vermieden. Insoweit ist  die Lösung gemäss Fig. 3 besonders vorteilhaft, wenngleich sie fertigungstechnisch  aufwendig ist. 



   In der Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt. Hier  besteht der Mantel 15 aus zwei ineinanderliegenden Teilen, nämlich  einem inneren Mantel 15.1 und einem äusseren Mantel 15.2. In den  Mänteln 15.1 und 15.2 sind wie beim ersten Ausführungsbeispiel gemäss  Fig. 1 Löcher 16 vorhanden. Die Löcher 16 sind im inneren Mantel  15.1 gegen-über den Löchern 16 im äusseren Mantel 15.2 versetzt.  Hier wird nun die direkte Wärmeabstrahlung vom Flammenhalter 10 zur  Innenwand 30 (Fig. 2) des Heizkessels praktisch vollständig verhindert,  dass dieses Ausführungsbeispiel den Vorteil der einfachen Herstellbarkeit  eines Mantels 15 mit Löchern 16 gemäss dem Ausführungsbeispiel nach  Fig. 1 verbindet mit dem Vorteil der völligen Unterbindung der direkten  Wärmeabstrahlung vom Flammenhalter 10 auf die Innenwand 30 (Fig.  2) des Heizkessels.

Claims (7)

1. Brenner (1) für flüssige Brennstoffe, bei dem der zur Verbrennung zugeführte flüssige Brennstoff verdampft oder zerstäubt wird, und der verdampfte oder zerstäubte Brennstoff mit Luft gemischt wird, bei dem das Brennstoff-/Luft-Gemisch dem Innenraum eines zylindrischen Flammenhalters (10) zuführbar ist, wobei die zylindrische Mantelfläche des Flammenhalters (10) von einem zylindrischen Mantel (15) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Mantel (15) in seiner zylindrischen Fläche Öffnungen (16; 33) aufweist, durch die die heissen Verbrennungsgase hindurchtreten und so direkt zur Innenwand (30) eines Heizkessels strömen können, um die Wärme auf die Innenwand (30) des Heizkessels abzugeben.

2.

Brenner (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen gebildet sind durch Löcher (16) im Mantel (15), wobei der Flächenanteil von Löchern (16) wenigstens 25% und maximal 50% der Gesamtfläche des Mantels (15) ausmacht.

3. Brenner (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Löcher (16) zwischen 1 und 4 mm beträgt.

4. Brenner (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (15) zusammengesetzt ist aus einem inneren Mantel (15.1) und einem äusseren Mantel (15.2), wobei die Löcher (16) im inneren Mantel (15.1) gegenüber den Löchern (16) im äusseren Mantel (15.2) versetzt sind.

5.

Brenner (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (15) besteht aus konischen Ringen (32), die mit Abstand übereinander gestapelt sind, und zwar so, dass der eine Ring (32) teilweise innerhalb des benachbarten Rings (32) liegt, so dass zwischen den Ringen (32) die Öffnungen darstellende Spalten (33) vorhanden sind, durch die die heissen Verbrennungsgase hindurchtreten.

6. Heizkessel mit einem Brenner (1) gemäss einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einem zylindrischen Wärmetauscher, dessen zylindrische Innenwand (30) einen Durchmesser D K aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (15) einen Durchmesser D M aufweist und dass das Verhältnis Durchmesser D M des Mantels (15) zu Durchmesser D K des Heizkessels etwa 2 zu 3 bis 5 zu 6 beträgt.

7.

Heizkessel gemäss Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Flammenhalter (10) einen Aussendurchmesser D F aufweist und dass das Verhältnis Aussendurchmesser D F des Flammenhalters (10) zu Durchmesser D K des Heizkessels etwa 1 zu 3 beträgt.