[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.
The invention relates to an evaporator burner for liquid fuels according to the preamble of claim 1.
Such evaporator burners are advantageously used in furnaces for residential and non-residential buildings. It is used as fuel light fuel oil.
An evaporator burner of the type mentioned in the preamble of claim 1 is known from WO-A1-00 / 12 935. The fuel oil is supplied to an evaporator chamber where it is evaporated and then this fuel oil vapor is mixed with air.
In the operation of such evaporator burners is observed that it may happen that a small part of the fuel oil coked. The coking residues in the evaporator chamber and in adjacent zones of the burner interfere with the further function when the amount of coking residue exceeds a certain level.
One of the causes of the malfunction is that the coking residues in the evaporator chamber hinder the heat transfer from the evaporator chamber to the heating oil.
The invention has for its object to modify a vaporizer burner so that the formation of coking residues is largely avoided.
The above object is achieved by the features of claim 1. Advantageous developments emerge from the dependent claims.
Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing.
Show:
<Tb> FIG. 1 <sep> a section of an evaporation device of an evaporator burner
<Tb> FIG. 2 <sep> is a view of an atomizer disk,
<Tb> FIG. 3 <sep> a section through this atomizer disk,
<Tb> FIG. 4 <sep> a surface structuring of the atomizer disk,
<Tb> FIG. 5 <sep> a section of the evaporation device with an advantageous embodiment of an evaporator chamber and
<Tb> FIG. 6 <sep> a detail of the inner wall of the evaporator chamber.
In Fig. 1, an evaporation device 1 of a burner is shown, which consists of an evaporator chamber 2 with an integrated in the housing electrical heater 3, from a Zerstäuberscheibe 4, a mixing wheel 5 and an oil supply 6. In this case, the atomizer disk 4 and the mixing wheel 5 are arranged on a shaft 7, which is driven by a motor, not shown, and also drives a fan for promoting the combustion air required, which is also not shown. The supplied by the oil supply 6 fuel oil drips onto the atomizing disk 4 rotating with the shaft 7 and is thrown from this by the centrifugal force on the inner wall of the evaporator chamber 2, where the fuel oil evaporates.
This fuel oil vapor is mixed by means of the mixing wheel 5 with the air entering from above, and this mixture of fuel oil vapor and air is fed to a flame holder, not shown, but known from WO-A1-00 / 12 935.
Shown in Fig. 1, the arrangement in a tumble burner, in which the burner is installed from above into the boiler, in which the preparation of the mixture of Heizöldampfund air above the flame holder, and in which the flame from above to burns down in the combustion chamber of the boiler.
For the function of the burner, it is of great importance that the fuel oil is completely evaporated in the evaporator chamber 2 and that no coking residues are formed on the inner wall of the evaporator chamber 2.
The evaporation of the fuel oil on the inner wall of the evaporator chamber 2 is significantly influenced by how large are the drops of fuel oil, which are thrown away from the rotating atomizer disk 4 in the direction of the inner wall of the evaporator chamber 2. The drops of heating oil should be as small as possible.
To achieve this, the atomizer disk 4 according to the invention is particularly designed. 2, the inventive design of the atomizer disk 4 is shown in a view in the Fig. 3 as a section. According to the invention, the atomizing disk 4 has a plate 10 which is arranged coaxially with respect to its vertically arranged axis of rotation A and has a horizontal inner surface 11 and an outer surface 12 inclined upwards. The inclination angle alpha is 10 to 20 degrees.
At least the outer surface 12, but advantageously also the inner surface 11, has a structuring S. The structuring S advantageously consists of embossed grooves 14, which for example extend radially. In FIG. 2, this is drawn for reasons of clarity only for a portion of the surface, however, the entire surface is provided with such structuring S.
This inventive embodiment of the atomizer disk 4 on the one hand causes that from the oil supply 6 (Fig.
1) dripping oil enters the grooves 14 on the plate 10 and then moves due to the rotation of the atomizer disk 4 by the acting centrifugal force in the grooves 14 against the outer edge of the atomizer disk 4, ie on the inner surface 11 to the outside to the outer surface 12 and then on this outer surface 12 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, by the viscosity of the fuel oil, then by the shape of the grooves 14, by the speed of the shaft 7 dependent centrifugal force, and, in the region of the upwardly inclined outer surface 12 of Ratio of centrifugal to gravity.
Due to the inventive design of the atomizer disk 4, the oil droplets reach an optimum size, which has the consequence that the fuel oil evaporates completely and without residue on the inner wall of the evaporator chamber 2 (FIG. At the same time, the oil drops are uniformly distributed over the entire circumference of the atomizer disk 4, so that they impinge evenly distributed on the inner wall of the evaporator chamber 2. Thus, no local accumulations of large quantities of fuel oil arise. This effect also contributes to the prevention of coking.
The sum of the individual effects prevents the formation of coking residues.
In modulating operated burners, so those with variable power, the speed of the shaft 7 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 7 is large. It then follows that the centrifugal force acting on the edge of the atomizing disk 4 is greater. Although then the amount of heating oil reaching the atomizing disk 4 is greater, no large drops of oil are produced by the embodiment according to the invention. Even with a large heat output, this guarantees that the evaporation takes place completely.
4, an advantageous embodiment of the structuring S of the surface of the atomizer disk 4 is shown.
Here are several intersecting grooves 14 on the surfaces 11, 12 impressed, so that elevations 15 arise, which have approximately pyramidal shape, the base area depends on the crossing angle. In the example shown, the base has the shape of a rhombus. If the grooves 14 cross each other at an angle of 90 degrees, the elevations 15 have the shape of pyramids with a square base. At the inner edge of the inner surface 11 and at the outer edge of the outer surface 12, the elevations 15 consist only of parts of the pyramidal structure.
This structuring design improves the distribution of the oil drops that are thrown away from the atomizer disk 4.
A further improvement of the safety against the formation of coking residues can be achieved in an advantageous manner that the evaporator chamber 2 is particularly designed, as shown in Fig. 5. The illustration largely corresponds to that of FIG. 1. The difference is that the lateral inner wall of the evaporator chamber 2 heated by the electric heater 3, here denoted by the reference numeral 20, is not smooth as in FIG. 1, but has a structuring. The total surface Aeff of the structured surface is significantly larger than the unstructured surface Aglatt.
If the total surface area Aeff is, for example, 50% greater than the surface Aglatt, it is achieved that the thickness of the aforementioned film of fuel oil on the inner wall 20 is only two-thirds as large, because the amount of fuel oil on the larger surface Aeff distributed. For example, if the total surface Aeff is twice as large as the surface Aglatt, it is achieved that the thickness of the aforementioned film of fuel oil on the inner wall 20 is only half as large. This facilitates evaporation and prevents the formation of coking residues. Due to the larger surface area Aeff the evaporation is faster, because the heat transfer from the surface Aeff is better.
FIG. 6 shows a particularly advantageous structuring.
It shows a detail of the inner wall 20 in section, the position of which is shown in Fig. 5 in a circle labeled VI. With 20 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 2, 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 20, 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.
By the invention and its advantageous embodiments it is achieved that coking residues can not arise. This enables economical and trouble-free burner operation.