CH696212A5 - Verdampferbrenner für flüssige Brennstoffe. - Google Patents

Description

  [0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Verdampferbrenner für flüssige Brennstoffe gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Solche Verdampferbrenner werden vorteilhaft in Feuerungen für Wohn- und Nichtwohnbauten verwendet. Dabei wird als Brennstoff leichtes Heizöl verwendet.

[0003] Ein Verdampferbrenner der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art ist aus der WO-A1-00/12 935 bekannt. Das Heizöl wird einer Verdampferkammer zugeführt, in der es verdampft und dann dieser Heizöldampf mit Luft gemischt wird.

[0004] Beim Betrieb solcher Verdampferbrenner wird beobachtet, dass es vorkommen kann, dass ein kleiner Teil des Heizöls verkokt. Die Verkokungsrückstände in der Verdampferkammer und in benachbarten Zonen des Brenners beeinträchtigen die weitere Funktion, wenn die Menge der Verkokungsrückstände ein gewisses Mass überschreitet.

   Eine der Ursachen für die Funktionsstörungen ist dabei, dass die Verkokungsrückstände in der Verdampferkammer den Wärmeübergang von der Verdampferkammer auf das Heizöl behindern.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verdampferbrenner so zu modifizieren, dass die Entstehung von Verkokungsrückständen weitestgehend vermieden wird.

[0006] Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

[0007] Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

[0008] Es zeigen:
<tb>Fig. 1<sep>einen Schnitt einer Verdampfungseinrichtung eines Verdampferbrenners


  <tb>Fig. 2<sep>eine Ansicht einer Zerstäuberscheibe,


  <tb>Fig. 3<sep>einen Schnitt durch diese Zerstäuberscheibe,


  <tb>Fig. 4<sep>eine Oberflächenstrukturierung der Zerstäuberscheibe,


  <tb>Fig. 5<sep>einen Schnitt der Verdampfungseinrichtung mit einer vorteilhaften Ausgestaltung einer Verdampferkammer und


  <tb>Fig. 6<sep>ein Detail der Innenwand der Verdampferkammer.

[0009] In der Fig. 1 ist eine Verdampfungseinrichtung 1 eines Brenners gezeigt, die aus einer Verdampferkammer 2 mit einer in deren Gehäuse integrierten elektrischen Heizung 3, aus einer Zerstäuberscheibe 4, einem Mischrad 5 und einer Ölzufuhr 6 besteht. Dabei sind die Zerstäuberscheibe 4 und das Mischrad 5 auf einer Welle 7 angeordnet, die von einem nicht dargestellten Motor angetrieben wird und auch ein zur Förderung der Verbrennungsluft erforderliches Gebläse antreibt, das gleichfalls nicht dargestellt ist. Das mittels der Ölzufuhr 6 zugeführte Heizöl tropft auf die mit der Welle 7 rotierende Zerstäuberscheibe 4 und wird von dieser durch die Zentrifugalkraft auf die Innenwand der Verdampferkammer 2 geschleudert, wo das Heizöl verdampft.

   Dieser Heizöldampf wird mittels des Mischrades 5 mit der von oben eintretenden Luft gemischt, und dieses Gemisch aus Heizöldampf und Luft wird einem nicht dargestellten, aber aus WO-A1-00/12 935 bekannten Flammenhalter zugeführt.

[0010] Gezeigt ist in der Fig. 1 die Anordnung bei einem Sturzbrenner, bei dem der Brenner von oben in den Heizkessel eingebaut ist, bei dem die Aufbereitung des Gemisches aus Heizöldampfund Luft oberhalb des Flammenhalters erfolgt, und bei dem die Flamme von oben nach unten im Brennraum des Heizkessels brennt.

[0011] Für die Funktion des Brenners ist es dabei von grosser Bedeutung, dass das Heizöl in der Verdampferkammer 2 vollständig verdampft wird und dass auf der Innenwand der Verdampferkammer 2 keine Verkokungsrückstände entstehen.

   Die Verdampfung des Heizöls auf der Innenwand der Verdampferkammer 2 wird massgeblich davon beeinflusst, wie gross die Tropfen des Heizöls sind, die von der rotierenden Zerstäuberscheibe 4 in Richtung auf die Innenwand der Verdampferkammer 2 weggeschleudert werden. Die Tropfen des Heizöls sollen möglichst klein sein.

[0012] Um dies zu erreichen, ist die Zerstäuberscheibe 4 erfindungsgemäss besonders ausgestaltet. In der Fig. 2 ist die erfindungsgemässe Ausgestaltung der Zerstäuberscheibe 4 in einer Ansicht gezeigt, in der Fig. 3 als Schnitt. Die Zerstäuberscheibe 4 weist erfindungsgemäss einen koaxial zu ihrer senkrecht angeordneten Rotations-Achse A angeordneten Teller 10 auf, der eine waagerecht liegende innere Fläche 11 und eine nach aussen oben geneigte äusseren Fläche 12 aufweist. Der Neigungswinkel alpha  beträgt 10 bis 20 Grad.

   Mindestens die äussere Fläche 12, vorteilhaft aber auch die innere Fläche 11, weist eine Strukturierung S auf. Die Strukturierung S besteht vorteilhaft aus eingeprägten Rillen 14, die beispielsweise radial verlaufen. In der Fig. 2 ist dies aus Gründen der Übersichtlichkeit nur für einen Teilbereich der Oberfläche gezeichnet, jedoch ist die ganze Oberfläche mit einer solchen Strukturierung S versehen.

[0013] Diese erfindungsgemässe Ausgestaltung der Zerstäuberscheibe 4 bewirkt einerseits, dass das aus der Ölzufuhr 6 (Fig.

   1) auf den Teller 10 tropfende Heizöl in die Rillen 14 gelangt und sich dann infolge der Rotation der Zerstäuberscheibe 4 durch die wirkende Zentrifugalkraft in den Rillen 14 gegen den äusseren Rand der Zerstäuberscheibe 4 bewegt, also auf der inneren Fläche 11 nach aussen zur äusseren Fläche 12 und dann auf dieser äusseren Fläche 12 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 14, durch die von der Drehzahl der Welle 7 abhängige Zentrifugalkraft, sowie, im Bereich der nach oben geneigten äusseren Fläche 12 vom Verhältnis der Zentrifugal- zur Schwerkraft.

   Durch die erfindungsgemässe Ausgestaltung der Zerstäuberscheibe 4 erreichen die Öltropfen eine optimale Grösse, was zur Folge hat, dass das Heizöl auf der Innenwand der Verdampferkammer 2 (Fig. 1) vollständig und rückstandslos verdampft. Gleichzeitig werden die Öltropfen gleichmässig über den ganzen Umfang der Zerstäuberscheibe 4 verteilt, so dass sie auch auf der Innenwand der Verdampferkammer 2 gleichmässig verteilt auftreffen. Somit entstehen keine lokalen Anhäufungen von grösseren Mengen von Heizöl. Auch dieser Effekt leistet einen Beitrag an die Verhinderung von Verkokungen.

   In der Summe der Einzeleffekte wird die Bildung von Verkokungsrückständen verhindert.

[0014] Bei modulierend betriebenen Brennern, also solchen mit veränderlicher Leistung, wird die Drehzahl der Welle 7 in gleicher Weise verändert wie die Ölzufuhr, die durch die Drehzahl einer Ölpumpe bestimmt ist. Bei grosser Heizleistung ist die Drehzahl der Welle 7 gross. Daraus folgt dann, dass die am Rand der Zerstäuberscheibe 4 wirkende Zentrifugalkraft grösser ist. Obwohl dann auch die auf die Zerstäuberscheibe 4 gelangende Menge von Heizöl grösser ist, entstehen durch die erfindungsgemässe Ausgestaltung keine grösseren Öltropfen. Auch bei grosser Heizleistung ist dadurch Gewähr geboten, dass die Verdampfung vollständig erfolgt.

[0015] In der Fig. 4 ist eine vorteilhafte Ausgestaltung der Strukturierung S der Oberfläche der Zerstäuberscheibe 4 gezeigt.

   Hier sind sich mehrfach kreuzende Rillen 14 auf den Flächen 11, 12 eingeprägt, so dass Erhöhungen 15 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 14 unter einem Winkel von 90 Grad, so haben die Erhöhungen 15 die Gestalt von Pyramiden mit quadratischer Grundfläche. Am inneren Rand der inneren Fläche 11 und am äusseren Rand der äusseren Fläche 12 bestehen die Erhöhungen 15 nur aus Teilen der pyramidenförmigen Gebilde.

   Diese Gestaltung der Strukturierung verbessert die Verteilung der Öltropfen, die von der Zerstäuberscheibe 4 weggeschleudert werden.

[0016] Eine weitere Verbesserung der Sicherheit gegen das Entstehen von Verkokungsrückständen kann in vorteilhafter Weise dadurch erreicht werden, dass die Verdampferkammer 2 besonders gestaltet wird, wie dies in der Fig. 5 gezeigt ist. Die Darstellung entspricht weitgehend jener der Fig. 1. Der Unterschied besteht darin, dass die durch die elektrische Heizung 3 beheizte seitliche Innenwand der Verdampferkammer 2, hier mit der Bezugszahl 20 versehen, nicht wie in Fig. 1 glatt ist, sondern eine Strukturierung aufweist. Dabei ist die Gesamtoberfläche Aeff der strukturierten Oberfläche deutlich grösser als die unstrukturierte Oberfläche Aglatt.

   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 20 nur zwei Drittel so gross ist, weil sich die Menge des Heizöls auf die grössere Oberfläche Aeff verteilt. Ist die Gesamtoberfläche Aeff beispielsweise doppelt so gross wie die Oberfläche Aglatt, so wird dadurch erreicht, dass die Dicke des zuvor erwähnten Films von Heizöl auf der Innenwand 20 nur halb so gross ist. Das erleichtert die Verdampfung und verhindert das Entstehen von Verkokungsrückständen. Wegen der grösseren Oberfläche Aeff verläuft auch die Verdampfung schneller, denn der Wärmeübergang von der Oberfläche Aeff ist besser.

[0017] In der Fig. 6 ist eine ganz besonders vorteilhafte Strukturierung gezeigt.

   Sie zeigt ein Detail der Innenwand 20 im Schnitt, deren Lage in der Fig. 5 in einem Kreis mit der Bezeichnung VI gezeigt ist. Mit 20 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.

[0018] 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 2 gelenkt werden, weil der Rückprallwinkel mit dem Auftreffwinkel auf die Flanken 23, 24 korreliert.

[0019] 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 20 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.

[0020] Durch die Erfindung und ihre vorteilhaften Ausgestaltungen wird erreicht, dass Verkokungsrückstände nicht entstehen können. Damit wird ein wirtschaftlicher und störungsfreier Brennerbetrieb ermöglicht.

Claims (9)

1. Verdampferbrenner für flüssige Brennstoffe, mit einer Verdampfungseinrichtung (1), die aus einer Verdampferkammer (2) und einer darin rotierenden Zerstäuberscheibe (4) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerstäuberscheibe (4) einen koaxial zu ihrer senkrecht angeordneten Rotationsachse A angeordneten Teller (10) aufweist, der eine waagerecht liegende inneren Fläche (11) und eine nach aussen oben geneigte äusseren Fläche (12) aufweist, wobei mindestens die äussere Fläche (12) eine Strukturierung S aufweist.

2. Verdampferbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel alpha der äusseren Fläche (12) 10 bis 20 Grad beträgt.

3. Verdampferbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung S gebildet ist durch eingeprägte Rillen (14).

4. Verdampferbrenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen (14) auf dem Teller (10) etwa radial verlaufen.

5. Verdampferbrenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf der inneren und der äusseren Fläche (11, 12) sich mehrfach kreuzende Rillen (14) eingeprägt sind.

6. Verdampferbrenner nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine beheizbare Innenwand (20) der Verdampferkammer (2) eine Strukturierung der Oberfläche aufweist, wobei die Gesamtoberfläche Aeff der strukturierten Oberfläche grösser ist als die die strukturierte Oberfläche umhüllende imaginäre Oberfläche Aglatt.

7. Verdampferbrenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung der Oberfläche gebildet ist von Nuten (21), wobei die jeweilige Nut im Querschnitt V-förmig ist und die Flanken der jeweiligen Nut unterschiedliche Neigungswinkel aufweisen.

8. Verdampferbrenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanken (23, 24) der jeweiligen Nut (21) einen Winkel von etwa 60 deg. einschliessen.

9. Verdampferkammer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei der jeweiligen Nut die erste Flanke (23) etwa 45 deg. nach aussen unten fallend und die zweite Flanke (24) etwa 15 deg. nach aussen oben steigend geneigt sind.