[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Brenner der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.
[0002] Solche Brenner werden vorteilhaft in Heizungsanlagen von Wohn- und Nichtwohnbauten verwendet. Die vom Brenner beim Verbrennen des Brennstoffs erzeugte Wärme heizt beispielsweise Wasser in einem Heizkessel auf. Neben Brennern für flüssige Brennstoffe wie Schweröl, Heizöl extra leicht oder Kerosin existieren Brenner für gasförmige Brennstoffe wie Erdgas. Letztere zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass ihre Wärmeerzeugung über einen grossen Leistungsbereich regelbar ist, was in der Fachwelt mit Modulierbarkeit bezeichnet wird. Ausserdem haben Gasbrenner günstige Werte hinsichtlich Schadstoffemission.
[0003] Ein Brenner der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art ist aus der WO-A1-00/12 935 bekannt. Er ist zur Verbrennung von Heizöl extraleicht geeignet.
Angeordnet ist ein derartiger Brenner im unteren Bereich des Heizkessels.
[0004] Um die Verluste beim Betrieb des Heizkessels möglichst niedrig zu halten, um also eine optimale Energieausbeute zu erhalten, sind Heizkessel als sogenannte kondensierende Kessel gestaltet worden, bei denen das Abgas kondensiert wird, so dass die Kondensationswärme des Abgases genutzt werden kann. Die Kesseltemperatur ist dabei nur so hoch, wie unbedingt nötig.
Wenn beispielsweise aufgrund der herrschenden Witterung für den Betrieb der Heizung eine Vorlauftemperatur von 30 Grad Celsius ausreicht, so hat der Kessel diese Temperatur.
[0005] Kommt in einem solchen Heizkessel ein Brenner der in WO-A1-00/12 935 genannten Art zum Einsatz, so tritt das Problem auf, dass das anfallende Kondensat auf den Brenner tropfen kann, was den Brennerbetrieb empfindlich stört.
[0006] Um dieses Problem zu umgehen, sind sogenannte Sturzbrenner entwickelt worden, die von oben in den Heizkessel eingebaut werden. Ein solcher Sturzbrenner ist aus DE-A1-40 11 691 bekannt. Aus dieser Schrift ist jedoch nur eine Lösung für den Fall erkennbar, dass der Brennstoff ein brennbares Gas ist.
Wie ein Brenner für flüssige Brennstoffe gestaltet sein muss, damit er als Sturzbrenner wirkt, ist auch nicht andeutungsweise erkennbar.
[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brenner für flüssige Brennstoffe zu schaffen, der zum Einbau in einen kondensierenden Kessel geeignet ist.
[0008] Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
[0009] Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
[0010] Es zeigen:
<tb>Fig. 1<sep>eine Schnittzeichnung eines erfindungsgemässen Brenners,
<tb>Fig. 2<sep>Details einer Verdampferkammer,
<tb>Fig. 3<sep>Details einer Strukturierung der Innenwand der Verdampferkammer,
<tb>Fig. 4<sep>einen Schnitt einer Verdampfungseinrichtung,
<tb>Fig. 5<sep>eine Ansicht einer Zerstäuberscheibe,
<tb>Fig. 6<sep>einen Schnitt der Zerstäuberscheibe,
<tb>Fig. 7<sep>ein Schema einer Strukturierung der Zerstäuberscheibe,
<tb>Fig. 8<sep>ein Schema mit einem Mantel um einen Flammenhalter und
<tb>Fig. 9<sep>eine Variante dazu.
[0011] In der Fig. 1 ist ein Brenner 1 gezeigt. Dieser weist einen elektrischen Motor 2 auf, auf dessen Welle 3 zwei Rotoren 4 befestigt sind, die Teile eines nicht in allen Einzelheiten dargestellten Gebläses 5 sind. Dieses Gebläse 5 fördert die zur Verbrennung benötigte Luft. Unterhalb des Gebläses 5 ist eine Verdampferkammer 6 angeordnet, in deren Gehäuse eine elektrische Heizeinrichtung 7 integriert ist. Im Innenraum der Verdampferkammer 6 sind eine Zerstäuberscheibe 8 und ein Mischrad 9 angeordnet, die beide auf der Welle 3 befestigt sind und somit wie die Rotoren 4 durch den elektrischen Motor 2 angetrieben werden. Unterhalb der Verdampferkammer 6 ist ein zylindrischer Flammenhalter 10 angeordnet, an dessen Mantelfläche die Flamme entsteht.
Die Zufuhr des Heizöls zur Zerstäuberscheibe 8 ist hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht mit eingezeichnet.
[0012] Die zuvor beschriebenen Elemente sind aus der WO-A1-00/12 935 an sich bekannt. Der dort beschriebene Brenner ist jedoch für kondensierende Kessel nicht geeignet, weil er unten in den Heizkessel eingebaut wird. In einem kondensierenden Kessel würde Kondensat auf den Brenner tropfen und dessen Funktion empfindlich stören. Erfindungsgemäss ist der Brenner 1 als Sturzbrenner gestaltet, bei dem unterhalb des Gebläses 5 die Verdampferkammer 6 angeordnet ist, in deren Innenraum die Zerstäuberscheibe 8 und unterhalb dieser das Mischrad 9 angeordnet sind. Unterhalb der Verdampferkammer 6 ist der zylindrische Flammenhalter 10 angeordnet.
Der Sturzbrenner ist also hinsichtlich der horizontalen Anordnung von Gebläse 5, Verdampferkammer 6 und Flammenhalter 10 gespiegelt. Darin erschöpft sich aber die Erfindung nicht, denn dies löst die gestellte Aufgabe noch nicht. So ist es erfindungswesentlich, dass die Verdampferkammer 6 eine durch Strukturmerkmale vergrösserte Oberfläche ihrer Innenwand 11 aufweist, was nachfolgend beschrieben wird. Vorteilhaft ist zusätzlich im unteren Teil der Innenwand 11 ein Mittel zum Auffangen einer begrenzten überschüssigen Heizölmenge vorhanden.
Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist dieses Mittel eine umlaufende Rinne 12 am unteren Teil der Innenwand 11.
[0013] Durch die durch Strukturmerkmale vergrösserte Oberfläche der Innenwand 11 der Verdampferkammer 6 wird erreicht, dass die Verdampfung des Heizöls verbessert wird, weil sich die gegebene Heizölmenge auf eine grössere Fläche verteilt, also einen dünneren Film bildet. Die Verdampfung des Heizöls erfolgt damit vollständig, so dass es ausgeschlossen ist, dass Tropfen von Heizöl unter der Wirkung der Schwerkraft in den Flammenhalter 10 fallen und von dort allenfalls auf den Boden des Heizkessels, wo sich das Kondensat sammelt. Damit ist ausgeschlossen, dass das Kondensat durch Heizöl kontaminiert wird.
[0014] Einen Beitrag zur Verhinderung einer solchen Kontamination leistet auch die Anordnung des Mischrads 9 unterhalb der Zerstäuberscheibe 8.
An sich wird das Heizöl durch die Rotation der Zerstäuberscheibe 8 auf die Innenwand 11 der Verdampferkammer 6 geschleudert. Sollte aber vom Rand der Zerstäuberscheibe 8 ein Tropfen des Heizöls nach unten fallen, so würde er auf das Mischrad 9 fallen. Da dieses Mischrad 9 die gleiche Drehzahl hat wie die Zerstäuberscheibe 8, der Durchmesser des Mischrades 9 aber grösser ist als der Durchmesser der Zerstäuberscheibe 8, folgt daraus, dass die auf das Heizöl wirkende Zentrifugalkraft am Rand des Mischrades 9 noch grösser ist, so dass das Heizöl auch vom Mischrad 9 unter allen Umständen auf die Innenwand 11 der Verdampferkammer 6 geschleudert wird. Damit wird eine ausserordentlich grosse Sicherheit erreicht, dass keine Heizöltropfen in den Flammenhalter 10 fallen können. Eine nochmalige Erhöhung der Sicherheit bietet die umlaufende Rinne 12.
Durch alle diese Massnahmen wird vollkommen ausgeschlossen, dass das sich am Boden des Heizkessels sammelnde Kondensat durch Heizöl kontaminiert wird. Durch die erfindungsgemässen Merkmale ist es überhaupt erst möglich, einen Brenner für flüssige Brennstoffe zu schaffen, der unter Beachtung der geltenden Vorschriften in kondensierenden Kesseln eingebaut und betrieben werden kann.
[0015] In WO-A1-00/12 935 ist näher ausgeführt, dass die elektrische Heizeinrichtung 7 nur bis einige Zeit nach dem Brennerstart in Betrieb sein muss. Dort dient ein Umlenkkragen dazu, einen Teil des Abgases vom Flammenhalter 10 nach unten umzuleiten, um die Verdampferkammer 6 zu beheizen.
Beim hier beschriebenen Brenner 1 ist ein solcher Umlenkkragen nicht erforderlich, weil die am Flammenhalter 10 entstehende Wärme, nämlich das heisse Abgas, ganz von selbst aufsteigt und so die Verdampferkammer 6 beheizt.
[0016] Zu den erfindungswesentlichen Merkmalen gehört die Strukturierung der Innenwand 11 der Verdampferkammer 6. Ein Ausführungsbeispiel der Verdampferkammer 6 mit einer solchen Strukturierung ist in der Fig. 2 gezeigt. Die Darstellung entspricht weitgehend jener der Fig. 1, jedoch sind in Fig. 2 Details der Strukturierung gezeigt, die bei der Fig. 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen worden waren. So ist aus der Fig. 2 erkennbar, dass die durch die elektrische Heizung 7 beheizte seitliche Innenwand 11 der Verdampferkammer 6 nicht glatt ist, sondern eben eine Strukturierung aufweist.
Durch diese Strukturierung ist die Gesamtoberfläche Aeff der strukturierten Oberfläche deutlich grösser als die unstrukturierte Oberfläche Aglatt im Falle einer glatten Innenwand 11, wie sie aus WO-A1-00/12 935 bekannt ist. Die umlaufende Rinne 12 ist auch hier gezeigt.
[0017] Ist die Gesamtoberfläche Aeff beispielsweise um 50% grösser als die Oberfläche Aglatt, so wird dadurch erreicht, dass die Dicke des zuvor erwähnten Films von Heizöl auf der Innenwand 11 nur zwei Drittel so gross ist, weil sich die Menge des Heizöls auf die grössere Oberfläche Aeff verteilt. Ist die Gesamtoberfläche Aeff doppelt so gross wie die Oberfläche Aglatt, so wird dadurch erreicht, dass die Dicke des zuvor erwähnten Films von Heizöl auf der Innenwand 11 nur halb so gross ist. Das erleichtert die Verdampfung und verhindert auch das Entstehen von Verkokungsrückständen.
Wegen der grösseren Oberfläche Aeff verläuft die Verdampfung schneller, denn der Wärmeübergang von der Oberfläche Aeff ist besser. Damit verdampft das Heizöl auf der Innenwand 11 vollständig.
[0018] In der Fig. 3 ist eine ganz besonders vorteilhafte Strukturierung gezeigt. Sie zeigt ein Detail der Innenwand 11 im Schnitt, deren Lage in der Fig. 2 in einem Kreis mit der Bezeichnung III gezeigt ist. Mit 11 ¾ ist hier die vor der Strukturierung glatte Oberfläche der Innenwand mit der Oberfläche Aglatt bezeichnet und als gestrichelte Linie dargestellt. In diese ursprüngliche glatte Innenwand sind Nuten 21 eingestochen, die unsymmetrisch V-förmig sind. Dadurch entstehen Zähne 22 mit Flanken 23 und 24. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Flanken 23 und 24 unterschiedliche Neigungen auf.
Vorteilhaft schliessen die Flanken 23, 24 einen Winkel von etwa 60 deg. ein, sind also relativ spitz. Die Zähne 22 sind also spitzkantig, was einen bemerkenswerten Vorteil bringt. Ein Teil der auf die Innenwand 20 auftreffenden Tröpfchen des Heizöls wird auf diese Spitzen der Zähne 22 auftreffen, wobei die Tröpfchen zerteilt werden.
[0019] Die Neigung der Flanken 23, 24 hat zudem den Vorteil, dass entstehende Spritzer von auf diese Flanken 23, 24 auftreffenden Tröpfchen des Heizöls mit grosser Wahrscheinlichkeit nicht in das Innere der Verdampferkammer 6 gelenkt werden, weil der Rückprallwinkel mit dem Auftreffwinkel auf die Flanken 23, 24 korreliert.
[0020] Beim angegebenen Winkel von 60 deg. ist die Oberfläche Aeff, die gebildet ist von der Gesamtheit aller Flanken 23, 24, etwa 80% grösser als die ursprünglich glatte Oberfläche Aglatt.
Gegenüber dem Stand der Technik bedeutet dies eine deutliche Vergrösserung der Innenwand 11 mit der Folge, dass die Verdampfung des Heizöls so verbessert ist, dass Verkokungsrückstände auch nicht als Folge unzureichender Verdampfung entstehen können. Der Abstand von Zahnspitze zu Zahnspitze beträgt vorteilhaft etwa 1 mm. In Abhängigkeit vom Winkel, hier 60 , ergibt sich dann eine Zahnhöhe Z, die etwa 0,65 mm beträgt.
[0021] Hinsichtlich der Verdampfung des Heizöls auf der Innenwand 11 spielt es auch eine Rolle, wie gross die Öltropfen sind, die von der Zerstäuberscheibe 8 her auf der Innenwand 11 auftreffen. Eine Verbesserung der Verdampfung des Heizöls wird erreicht, wenn die Öltropfen relativ klein sind.
[0022] In der Fig. 4 ist die Verdampfungseinrichtung des Brenners 1 nochmals im Detail gezeigt.
Hier ist die Verdampferkammer 6 mit der in deren Gehäuse integrierten elektrischen Heizung 7 gezeigt, in deren Innenraum die Zerstäuberscheibe 8 und das Mischrad 9, beide befestigt auf der Welle 3, rotieren. Hier ist nun auch die Ölzufuhr dargestellt, die mit der Bezugszahl 28 bezeichnet ist. Bezeichnet sind hier auch am Mischrad 9 vorhandene Flügel 29, die die intensive Vermischung der Luft mit dem verdampften Heizöl bewirken. Das mittels der Ölzufuhr 28 zugeführte Heizöl tropft auf die mit der Welle 3 rotierende Zerstäuberscheibe 8 und wird von dieser durch die Zentrifugalkraft auf die Innenwand 11 der Verdampferkammer 6 geschleudert, wo das Heizöl verdampft. Dieser Heizöldampf wird mittels des Mischrades 9 mit der von oben eintretenden Luft gemischt und dieses Gemisch aus Heizöldampf und Luft wird dem Flammenhalter 10 (Fig. 1) zugeführt.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist hier die Strukturierung der Innenwand 11 der Verdampferkammer 6 nicht dargestellt, ebenso nicht die Rinne 12 (Fig. 1).
[0023] Für die Funktion des Brenners ist es dabei von grosser Bedeutung, dass das Heizöl in der Verdampferkammer 6 vollständig verdampft wird und dass auf der Innenwand der Verdampferkammer 6 keine Verkokungsrückstände entstehen. Die Verdampfung des Heizöls auf der Innenwand 11 der Verdampferkammer 6 wird massgeblich davon beeinflusst, wie gross die Tropfen des Heizöls sind, die von der rotierenden Zerstäuberscheibe 8 in Richtung auf die Innenwand 11 der Verdampferkammer 6 weggeschleudert werden. Die Tropfen des Heizöls sollen möglichst klein sein.
[0024] Um dies zu erreichen, ist die Zerstäuberscheibe 8 in vorteilhafter Weise besonders ausgestaltet.
In der Fig. 5 ist diese vorteilhafte Ausgestaltung der Zerstäuberscheibe 8 in einer Ansicht gezeigt, in der Fig. 6 als Schnitt. Die Zerstäuberscheibe 8 weist vorteilhaft einen koaxial zu ihrer senkrecht angeordneten Rotations-Achse A angeordneten Teller 30 auf, der eine waagerecht liegende inneren Fläche 31 und eine nach aussen, oben geneigte äussere Fläche 32 aufweist. Der Neigungswinkel alpha beträgt 10 bis 20 Grad. Mindestens die äussere Fläche 32, vorteilhaft aber auch die innere Fläche 31, weist eine Strukturierung S auf. Die Strukturierung S besteht vorteilhaft aus eingeprägten Rillen 34, die beispielsweise radial verlaufen.
In der Fig. 5 ist dies aus Gründen der Übersichtlichkeit nur für einen Teilbereich der Oberfläche gezeichnet, jedoch ist die ganze Oberfläche mit einer solchen Strukturierung S versehen.
[0025] Diese vorteilhafte Ausgestaltung der Zerstäuberscheibe 8 bewirkt einerseits, dass das aus der Ölzufuhr 28 (Fig. 4) auf den Teller 30 tropfende Heizöl in die Rillen 34 gelangt und sich dann infolge der Rotation der Zerstäuberscheibe 8 durch die wirkende Zentrifugalkraft in den Rillen 34 gegen den äusseren Rand der Zerstäuberscheibe 8 bewegt, also auf der inneren Fläche 31 nach aussen zur äusseren Fläche 32 und dann auf dieser äusseren Fläche 32 gegen den Rand. Vom Rand werden dann Öltropfen weggeschleudert.
Die Grösse der Öltropfen wird bestimmt durch eine Reihe von Faktoren, nämlich einmal durch Viskosität des Heizöls, dann durch die Form der Rillen 34, durch die von der Drehzahl der Welle 3 (Fig. 4) abhängige Zentrifugalkraft, sowie, im Bereich der nach oben geneigten äusseren Fläche 32 vom Verhältnis der Zentrifugal- zur Schwerkraft. Durch die vorteilhafte Ausgestaltung der Zerstäuberscheibe 4 erreichen die Öltropfen eine optimale Grösse, was zur Folge hat, dass das Heizöl auf der Innenwand 11 (Fig. 2) der Verdampferkammer 6 (Fig. 1) vollständig und rückstandslos verdampft. Gleichzeitig werden die Öltropfen gleichmässig über den ganzen Umfang der Zerstäuberscheibe 8 verteilt, so dass sie auch auf der Innenwand 11 der Verdampferkammer 6 gleichmässig verteilt auftreffen. Somit entstehen keine lokalen Anhäufungen von grösseren Mengen von Heizöl.
Auch dieser Effekt leistet einen Beitrag an die Verbesserung der Verdampfung.
[0026] Bei modulierend betriebenen Brennern, also solchen mit veränderlicher Leistung, wird die Drehzahl der Welle 3 in gleicher Weise verändert wie die Ölzufuhr, die durch die Drehzahl einer Ölpumpe bestimmt ist. Bei grosser Heizleistung ist die Drehzahl der Welle 3 gross. Daraus folgt dann, dass die am Rand der Zerstäuberscheibe 8 wirkende Zentrifugalkraft grösser ist. Obwohl dann auch die auf die Zerstäuberscheibe 8 gelangende Menge von Heizöl grösser ist, entstehen durch die vorteilhafte Ausgestaltung keine grösseren Öltropfen. Auch bei grosser Heizleistung ist dadurch Gewähr geboten, dass die Verdampfung vollständig erfolgt.
[0027] In der Fig. 7 ist eine vorteilhafte Ausgestaltung der Strukturierung S der Oberfläche der Zerstäuberscheibe 8 gezeigt.
Hier sind sich mehrfach kreuzende Rillen 34 auf den Flächen 31, 32 eingeprägt, so dass Erhöhungen 35 entstehen, die etwa pyramidenförmige Gestalt haben, wobei deren Grundfläche vom Kreuzungswinkel abhängt. Im gezeigten Beispiel hat die Grundfläche die Gestalt eines Rhombus. Kreuzen sich die Rillen 34 unter einem Winkel von 90 Grad, so haben die Erhöhungen 35 die Gestalt von Pyramiden mit quadratischer Grundfläche. Am inneren Rand der inneren Fläche 31 und am äusseren Rand der äusseren Fläche 32 bestehen die Erhöhungen 35 nur aus Teilen der pyramidenförmigen Gebilde. Diese Gestaltung der Strukturierung verbessert die Verteilung der Öltropfen, die von der Zerstäuberscheibe 8 weggeschleudert werden.
[0028] In WO-A1-00/12 935 ist beschrieben, dass die elektrische Heizung 7 vor dem Brennerstart eingeschaltet wird.
Sobald der Brenner gestartet ist, entsteht am Flammenhalter 10 die Flamme. Es wurde schon erwähnt, dass die Verdampferkammer 6 dann durch aufsteigendes Abgas erhitzt wird. Deshalb kann dann die elektrische Heizung 7 auch beim hier beschriebenen erfindungsgemässen Brenner abgeschaltet werden. Es wurde zuvor schon erwähnt, dass es des in WO-A1-00/12 935 beschriebenen Umlenkkragens nicht bedarf.
[0029] Die Erhitzung der Verdampferkammer 6 durch die aufsteigenden Abgase ist aber relativ unbestimmt. Zwar ist auszuschliessen, dass die Verdampferkammer 6 durch die Abgase ungenügend geheizt wird, doch kann es vorkommen, dass die Verdampferkammer 6 zu stark erhitzt wird. Das kann im Hinblick auf die Verdampfung nachteilig sein.
Deshalb kann es vorteilhaft sein, durch besondere Massnahmen sicherzustellen, dass die Verdampferkammer 6 durch die Abgase genügend, aber nicht übermässig geheizt wird. In den Fig. 8 und 9 sind solche vorteilhaften Massnahmen gezeigt.
[0030] In den Fig. 8 und 9 sind Schemata mit der Verdampferkammer 6 und dem Flammenhalter 10 gezeigt. Die Verdampferkammer 6 ist unten an einer Bodenplatte 39 befestigt, die aus der Fig. 1 schon erkennbar, dort aber nicht bezeichnet ist. Sie liegt zwischen dem Gebläse 5 (Fig. 1) und der Verdampferkammer 6. Unten an die Verdampferkammer 6 schliesst der Flammenhalter 10 an. Nach der vorteilhaften Ausgestaltung ist der Flammenhalter 10 von einem Mantel 40 umgeben.
Im Zwischenraum zwischen dem Flammenhalter 10 und dem Mantel 40 brennt die Flamme.
[0031] Beim in der Fig. 8 gezeigten Ausführungsbeispiel für den Mantel 40 besteht dieser aus zwei entgegengesetzt angeordneten Kegelstumpf-Mantelflächen. Der Mantel 40 erweitert sich somit nach oben und nach unten. Durch die Berührungslinie der beiden Kegelstumpfmantelflächen ist die engste Stelle zwischen Flammenhalter 10 und Mantel 40 bestimmt. Jenes Abgas, das oberhalb dieser engsten Stelle vom Flammenhalter 10 abströmt, wird überwiegend den Weg nach oben, also in Richtung Verdampferkammer 6, nehmen und die Verdampferkammer 6 heizen. Jenes Abgas hingegen, das unterhalb dieser engsten Stelle vom Flammenhalter 10 abströmt, wird überwiegend den Weg nach unten nehmen.
Auf diese Weise lässt sich durch die Dimensionierung der beiden Kegelstumpf-Mantelflächen recht genau festlegen, welcher Anteil des Abgases in Richtung Verdampferkammer 6 strömt und diese erhitzt. Damit wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass festgelegt ist, wie stark die Verdampferkammer 6 erhitzt wird, was sich auf die Verdampfung an der Innenwand 11 (Fig. 1) der Verdampferkammer 6 positiv auswirkt.
[0032] Der Mantel 40 hat aber noch eine ausserordentlich bedeutsame positive Wirkung. Durch ihn wird die direkte Abstrahlung der Wärme vom Flammenhalter 10 auf die Innenwand des Heizkessels verhindert. Die Abstrahlung von Wärme vom Flammenhalter 10 auf die Innenwand des Heizkessels kann die Stabilität der Flamme beeinträchtigen, was nachteilig ist.
Es hat sich nämlich gezeigt, dass es für die Stabilität der Flamme des Brenners 1 nachteilig ist, wenn die Kesseltemperatur starken Schwankungen unterworfen ist. Dies kann insbesondere bei kondensierenden Niedertemperaturkesseln auftreten. Insbesondere dann, wenn die benötigte Leistung klein ist, wenn also pro Zeiteinheit wenig Brennstoff verbrannt wird, brennt die Flamme unter Umständen nicht stabil, so dass der Brenner 1 Schadstoffe emittieren könnte, ausgehen kann und dessen Steuerung auf Störung schaltet.
Eine nicht optimal brennende Flamme beeinträchtigt durchaus auch die zuvor geschilderte Aufheizung der Verdampferkammer 6 durch das Abgas, so dass so auch die Verdampfung negativ beeinträchtigt werden könnte.
[0033] Die vom Flammenhalter 10 abgestrahlte Wärme trifft auf die Innenwand des Mantels 40, der wie der Flammenhalter 10 aus hitzebeständigem Stahlblech besteht. Nach dem Entstehen der Flamme am Flammenhalter 10 wird der Mantel 40 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 40 wenige Sekunden nach ihrem Entstehen vollkommen stabil, unabhängig davon, wie gross die Temperatur des Heizkessels ist.
[0034] Der gleiche Effekt lässt sich auch beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 erreichen. Hier hat der Mantel 40 eine rein zylindrische Gestalt. Im Inneren des Mantels 40 ist ein Trennring 41 befestigt, dessen Aussendurchmesser dem Innendurchmesser des Mantels 40 entspricht, während der Innendurchmesser etwas grösser ist als der Aussendurchmesser des Flammenhalters 10. Durch diesen Trennring 41 wird in analoger Weise wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 8 eine Aufteilung der Teilströme nach oben und unten bewirkt. Die Lage des Trennrings 41 bestimmt dabei, wie gross der Teilstrom nach oben im Verhältnis zum Teilstrom nach unten ist.
Diese Lösung ist fertigungstechnisch erheblich günstiger als die Lösung nach Fig. 8.
[0035] Ein erfindungsgemäss gestalteter Brenner ist bei kondensierenden Kesseln einsetzbar, weil er in seiner Funktion durch sich bildendes Kondensat nicht beeinträchtigt werden kann und weil sichergestellt ist, dass das Kondensat nicht durch herabtropfendes Heizöl als flüssiger Brennstoff kontaminiert werden kann.
The invention relates to a burner referred to in the preamble of claim 1 Art.
Such burners are advantageously used in heating systems of residential and non-residential buildings. The heat generated by the burner when burning the fuel, for example, heats water in a boiler. In addition to burners for liquid fuels such as heavy oil, extra light fuel oil or kerosene burners exist for gaseous fuels such as natural gas. The latter are characterized in particular by the fact that their heat generation can be regulated over a large power range, which is referred to in the specialist world with modulability. In addition, gas burners have favorable pollutant emission values.
A burner referred to in the preamble of claim 1 is known from WO-A1-00 / 12 935. It is extra light for burning fuel oil.
Arranged is such a burner in the lower part of the boiler.
In order to keep the losses during operation of the boiler as low as possible, so as to obtain an optimal energy yield, heating boilers have been designed as so-called condensing boiler, in which the exhaust gas is condensed, so that the heat of condensation of the exhaust gas can be used. The boiler temperature is only as high as absolutely necessary.
If, for example due to the prevailing weather for the operation of the heating a flow temperature of 30 degrees Celsius is sufficient, the boiler has this temperature.
If in such a boiler, a burner of the type mentioned in WO-A1-00 / 12 935 used, so the problem arises that the accumulating condensate can drip on the burner, which disturbs the burner operation sensitive.
To avoid this problem, so-called tumble burners have been developed, which are installed from above into the boiler. Such a tumble burner is known from DE-A1-40 11 691. From this document, however, only one solution is apparent in the event that the fuel is a combustible gas.
How a burner for liquid fuels must be designed so that it acts as a fall burner, is not hinted at.
The invention has for its object to provide a burner for liquid fuels, which is suitable for installation in a condensing boiler.
The above object is achieved by the features of claim 1. Advantageous developments emerge from the dependent claims.
An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing.
[0010] In the drawings:
<Tb> FIG. 1 <sep> is a sectional drawing of a burner according to the invention,
<Tb> FIG. 2 <sep> Details of an evaporator chamber,
<Tb> FIG. 3 <sep> Details of a structuring of the inner wall of the evaporator chamber,
<Tb> FIG. 4 <sep> a section of an evaporation device,
<Tb> FIG. 5 <sep> is a view of an atomizer disk,
<Tb> FIG. 6 <sep> a section of the atomizer disk,
<Tb> FIG. 7 <sep> is a diagram of structuring the atomizer disk,
<Tb> FIG. 8 <sep> a scheme with a coat around a flame holder and
<Tb> FIG. 9 <sep> a variant to it.
In Fig. 1, a burner 1 is shown. This has an electric motor 2, on the shaft 3, two rotors 4 are fixed, which are parts of a fan 5 not shown in detail. This fan 5 promotes the air needed for combustion. Below the fan 5, an evaporator chamber 6 is arranged, in whose housing an electric heater 7 is integrated. In the interior of the evaporator chamber 6, an atomizer disc 8 and a mixing wheel 9 are arranged, both of which are mounted on the shaft 3 and thus driven by the electric motor 2 as the rotors 4. Below the evaporator chamber 6, a cylindrical flame holder 10 is arranged, on whose lateral surface the flame is formed.
The supply of fuel oil to the atomizer disk 8 is not shown here for reasons of clarity.
The elements described above are known from WO-A1-00 / 12 935 per se. However, the burner described there is not suitable for condensing boilers because it is installed in the bottom of the boiler. In a condensing boiler condensate would drip on the burner and disturb its function sensitive. According to the invention, the burner 1 is designed as a tumble burner, in which the evaporator chamber 6 is arranged below the blower 5, in whose interior the atomizer disk 8 and below this the mixing wheel 9 are arranged. Below the evaporator chamber 6, the cylindrical flame holder 10 is arranged.
The lintel burner is thus mirrored with respect to the horizontal arrangement of blower 5, evaporator chamber 6 and flame holder 10. But this does not exhaust the invention, because this does not solve the task yet. Thus, it is essential to the invention that the evaporator chamber 6 has an enlarged by structural features surface of its inner wall 11, which will be described below. Advantageously, in addition to the lower part of the inner wall 11, a means for collecting a limited excess amount of heating oil available.
In the embodiment shown, this means is a circumferential groove 12 at the lower part of the inner wall eleventh
Due to the structure of features enlarged surface of the inner wall 11 of the evaporator chamber 6 is achieved that the evaporation of the fuel oil is improved because the given quantity of fuel oil distributed over a larger area, that forms a thinner film. The evaporation of the fuel oil is thus complete, so that it is impossible that drops of fuel oil fall under the action of gravity in the flame holder 10 and from there at most to the bottom of the boiler, where the condensate collects. This excludes that the condensate is contaminated by fuel oil.
A contribution to the prevention of such contamination also makes the arrangement of the mixing wheel 9 below the atomizer disc. 8
As such, the fuel oil is spun on the inner wall 11 of the evaporator chamber 6 by the rotation of the atomizer disk 8. But if a drop of fuel oil fall from the edge of the atomizer disk 8, he would fall on the mixing wheel 9. Since this mixing wheel 9 has the same speed as the atomizer disk 8, but the diameter of the mixing wheel 9 is greater than the diameter of the atomizing disk 8, it follows that the centrifugal force acting on the fuel oil at the edge of the mixing wheel 9 is even greater, so that the Fuel oil is thrown from the mixing wheel 9 under all circumstances on the inner wall 11 of the evaporator chamber 6. This ensures an extraordinarily high level of security that no drops of heating oil can fall into the flame holder 10. A further increase in security provides the circumferential groove 12th
All of these measures completely eliminate the possibility that the condensate collecting at the bottom of the boiler is contaminated by heating oil. The inventive features it is even possible to create a burner for liquid fuels, which can be installed and operated in accordance with the applicable regulations in condensing boilers.
In WO-A1-00 / 12 935 is stated in more detail that the electric heater 7 only needs to be in operation until some time after the burner start. There, a Umlenkkragen serves to divert a portion of the exhaust gas from the flame holder 10 down to heat the evaporator chamber 6.
In the burner 1 described here, such Umlenkkragen is not required because the heat generated at the flame holder 10, namely the hot exhaust gas, rises completely by itself and thus heats the evaporator chamber 6.
Among the features essential to the invention is the structuring of the inner wall 11 of the evaporator chamber 6. An embodiment of the evaporator chamber 6 with such structuring is shown in FIG. The illustration corresponds largely to that of FIG. 1, but details of the structuring are shown in FIG. 2, which were omitted in FIG. 1 for reasons of clarity. Thus, it can be seen from FIG. 2 that the lateral inner wall 11 of the evaporator chamber 6 heated by the electric heater 7 is not smooth, but rather has a structuring.
As a result of this structuring, the total surface Aeff of the structured surface is significantly larger than the unstructured surface Aglatt in the case of a smooth inner wall 11, as is known from WO-A1-00 / 12,935. The circumferential groove 12 is also shown here.
If the total surface Aeff, for example, by 50% larger than the surface Aglatt, it is achieved that the thickness of the aforementioned film of fuel oil on the inner wall 11 is only two thirds so large, because the amount of fuel oil on the larger surface Aeff distributed. If the total surface Aeff is twice as large as the surface Aglatt, it is achieved that the thickness of the aforementioned film of heating oil on the inner wall 11 is only half as large. This facilitates the evaporation and also prevents the formation of coking residues.
Because of the larger surface Aeff the evaporation is faster, because the heat transfer from the surface Aeff is better. Thus, the fuel oil evaporates on the inner wall 11 completely.
In Fig. 3, a very particularly advantageous structuring is shown. It shows a detail of the inner wall 11 in section, the position of which is shown in Fig. 2 in a circle with the name III. With 11 ¾ here is the smooth surface of the inner wall before the structuring with the surface Aglatt designated and shown as a dashed line. In this original smooth inner wall grooves 21 are inserted, which are asymmetrical V-shaped. This results in teeth 22 with flanks 23 and 24. In the illustrated embodiment, the flanks 23 and 24 have different inclinations.
Advantageously, the flanks 23, 24 close an angle of about 60 °. one, so are relatively sharp. The teeth 22 are therefore sharp-edged, which brings a remarkable advantage. A portion of the fuel oil droplets impinging on the inner wall 20 will strike these tips of the teeth 22, splitting the droplets.
The inclination of the flanks 23, 24 also has the advantage that resulting splashes of these flanks 23, 24 impinging droplets of fuel oil are not likely to be directed into the interior of the evaporator chamber 6, because the rebound angle with the impact angle on the Flanks 23, 24 correlated.
At the specified angle of 60 deg. is the surface Aeff, which is formed by the totality of all flanks 23, 24, about 80% larger than the original smooth surface Aglatt.
Compared to the prior art, this means a significant increase in the inner wall 11, with the result that the evaporation of the fuel oil is improved so that coking residues can not arise as a result of insufficient evaporation. The distance from tooth tip to tooth tip is advantageously about 1 mm. Depending on the angle, here 60, then results in a tooth height Z, which is about 0.65 mm.
With regard to the evaporation of the heating oil on the inner wall 11, it also plays a role, how big are the oil drops that impinge on the inner wall 11 from the atomizer disk 8 ago. An improvement in the evaporation of the fuel oil is achieved when the oil drops are relatively small.
4, the evaporation device of the burner 1 is shown again in detail.
Here, the evaporator chamber 6 is shown with the integrated in the housing electric heater 7, in the interior of the atomizer disk 8 and the mixing wheel 9, both mounted on the shaft 3, rotate. Here now also the oil supply is shown, which is designated by the reference numeral 28. Mentioned here are also on the mixing wheel 9 existing wings 29, which cause the intensive mixing of the air with the evaporated fuel oil. The heating oil supplied by means of the oil supply 28 drips onto the atomizing disk 8 rotating with the shaft 3 and is thrown from it by the centrifugal force onto the inner wall 11 of the evaporator chamber 6, where the heating oil evaporates. This fuel oil vapor is mixed by means of the mixing wheel 9 with the air entering from above, and this mixture of fuel oil vapor and air is supplied to the flame holder 10 (FIG. 1).
For reasons of clarity, the structuring of the inner wall 11 of the evaporator chamber 6 is not shown here, nor is the channel 12 (FIG. 1).
For the function of the burner, it is of great importance that the fuel oil is completely evaporated in the evaporator chamber 6 and that no coking residues are formed on the inner wall of the evaporator chamber 6. The evaporation of the fuel oil on the inner wall 11 of the evaporator chamber 6 is significantly influenced by how large are the drops of fuel oil, which are thrown away from the rotating atomizer disk 8 in the direction of the inner wall 11 of the evaporator chamber 6. The drops of heating oil should be as small as possible.
To achieve this, the atomizer disk 8 is designed in an advantageous manner.
In Fig. 5, this advantageous embodiment of the atomizer disk 8 is shown in a view in the Fig. 6 as a section. The atomizer disk 8 advantageously has a plate 30 which is arranged coaxially to its vertically arranged rotation axis A and has a horizontal inner surface 31 and an outer surface 32 inclined outwards. The inclination angle alpha is 10 to 20 degrees. At least the outer surface 32, but advantageously also the inner surface 31, has a structuring S. The structuring S advantageously consists of embossed grooves 34, which for example extend radially.
For reasons of clarity, this is drawn for only a partial area of the surface in FIG. 5, but the entire surface is provided with such a structuring S.
This advantageous embodiment of the atomizer disk 8, on the one hand, causes the fuel oil dripping from the oil supply 28 (FIG. 4) onto the plate 30 into the grooves 34 and then due to the rotation of the atomizer disk 8 by the acting centrifugal force in the grooves 34 moves against the outer edge of the atomizer disk 8, that is on the inner surface 31 to the outside to the outer surface 32 and then on this outer surface 32 against the edge. From the edge then oil drops are thrown away.
The size of the oil droplets is determined by a number of factors, namely the viscosity of the fuel oil, then the shape of the grooves 34, the centrifugal force dependent on the speed of the shaft 3 (Figure 4), and the upwards direction inclined outer surface 32 from the ratio of centrifugal to gravity. Due to the advantageous embodiment of the atomizer disk 4, the oil droplets reach an optimum size, with the result that the fuel oil evaporates completely and without residue on the inner wall 11 (FIG. 2) of the evaporator chamber 6 (FIG. At the same time, the oil droplets are evenly distributed over the entire circumference of the atomizer disk 8, so that they impinge on the inner wall 11 of the evaporator chamber 6 evenly distributed. Thus, no local accumulations of large quantities of fuel oil arise.
This effect also contributes to the improvement of the evaporation.
In modulating operated burners, ie those with variable power, the speed of the shaft 3 is changed in the same way as the oil supply, which is determined by the speed of an oil pump. At high heat output, the speed of the shaft 3 is large. It then follows that the centrifugal force acting on the edge of the atomizing disk 8 is greater. Although then the amount of heating oil reaching the atomizing disk 8 is greater, the advantageous embodiment does not produce any large oil droplets. Even with a large heat output, this guarantees that the evaporation takes place completely.
In Fig. 7 shows an advantageous embodiment of the structuring S of the surface of the atomizer disk 8 is shown.
Here are several intersecting grooves 34 on the surfaces 31, 32 impressed, so that elevations 35 arise, which have approximately pyramidal shape, the base of which depends on the crossing angle. In the example shown, the base has the shape of a rhombus. When the grooves 34 cross each other at an angle of 90 degrees, the protuberances 35 have the shape of square-shaped pyramids. At the inner edge of the inner surface 31 and at the outer edge of the outer surface 32, the elevations 35 consist only of parts of the pyramidal structure. This structuring design improves the distribution of oil droplets thrown away from the atomizer disk 8.
In WO-A1-00 / 12 935 it is described that the electric heater 7 is turned on before the burner start.
As soon as the burner is started, the flame is produced at the flame holder 10. It has already been mentioned that the evaporator chamber 6 is then heated by ascending exhaust gas. Therefore, the electric heater 7 can then be turned off even in the inventive burner described here. It has already been mentioned that the deflection collar described in WO-A1-00 / 12 935 does not require it.
However, the heating of the evaporator chamber 6 by the rising exhaust gases is relatively undetermined. Although it is excluded that the evaporator chamber 6 is heated insufficiently by the exhaust gases, but it may happen that the evaporator chamber 6 is heated too much. This can be disadvantageous in terms of evaporation.
Therefore, it may be advantageous to ensure by special measures that the evaporator chamber 6 is sufficiently, but not excessively heated by the exhaust gases. In FIGS. 8 and 9, such advantageous measures are shown.
Schemes with the evaporator chamber 6 and the flame holder 10 are shown in FIGS. 8 and 9. The evaporator chamber 6 is attached to the bottom of a bottom plate 39, which is already recognizable from Fig. 1, but there is not designated. It lies between the fan 5 (FIG. 1) and the evaporator chamber 6. The flame holder 10 adjoins the evaporator chamber 6 at the bottom. According to the advantageous embodiment, the flame holder 10 is surrounded by a jacket 40.
In the space between the flame holder 10 and the jacket 40, the flame burns.
In the embodiment shown in FIG. 8 for the jacket 40, this consists of two oppositely arranged truncated cone lateral surfaces. The jacket 40 thus widens upwards and downwards. The narrowest point between the flame holder 10 and jacket 40 is determined by the contact line of the two truncated cone lateral surfaces. That exhaust gas which flows off the flame holder 10 above this narrowest point will predominantly travel upwards, ie in the direction of the evaporator chamber 6, and heat the evaporator chamber 6. By contrast, that exhaust gas which flows out from the flame holder 10 below this narrowest point will predominantly take the path downwards.
In this way, the dimensioning of the two truncated cone lateral surfaces makes it possible to determine quite precisely which portion of the exhaust gas flows in the direction of the evaporator chamber 6 and heats the latter. This is achieved in an advantageous manner that is determined how much the evaporator chamber 6 is heated, which has a positive effect on the evaporation of the inner wall 11 (Fig. 1) of the evaporator chamber 6.
But the jacket 40 still has an extremely significant positive effect. By him the direct radiation of heat from the flame holder 10 is prevented on the inner wall of the boiler. The radiation of heat from the flame holder 10 on the inner wall of the boiler can affect the stability of the flame, which is disadvantageous.
It has been shown that it is detrimental to the stability of the flame of the burner 1, when the boiler temperature is subject to strong fluctuations. This can occur in particular in condensing low-temperature boilers. In particular, when the required power is small, so if little fuel is burned per unit time, the flame may not burn stable, so that the burner 1 could emit pollutants, can go out and its control switches to fault.
A flame which does not burn optimally also completely impairs the above-described heating of the evaporator chamber 6 by the exhaust gas, so that the evaporation could also be adversely affected.
The radiated heat from the flame holder 10 impinges on the inner wall of the shell 40, which consists of the flame holder 10 made of heat-resistant steel. After the emergence of the flame on the flame holder 10, the jacket 40 is heated very quickly, because its heat capacity is extremely small compared to the heat capacity of the boiler downright insignificant. Thus, it does not matter for the stability of the flame, which temperature has the inner wall of the boiler.
The flame burns through the action of the jacket 40 a few seconds after their emergence completely stable, regardless of how large the temperature of the boiler is.
The same effect can be achieved in the embodiment of FIG. 9. Here, the jacket 40 has a purely cylindrical shape. In the interior of the shell 40, a separating ring 41 is fixed, whose outer diameter corresponds to the inner diameter of the shell 40, while the inner diameter is slightly larger than the outer diameter of the flame holder 10. By this separating ring 41 is in a manner analogous to the embodiment of FIG. 8, a division causes the partial flows up and down. The position of the separating ring 41 determines how large the partial flow is upwards in relation to the partial flow.
This solution is considerably less expensive to produce than the solution according to FIG. 8.
An inventively designed burner can be used in condensing boilers, because it can not be impaired in its function by forming condensate and because it is ensured that the condensate can not be contaminated by dripping fuel oil as a liquid fuel.