[0001] Die Erfindung betrifft einen Brenner mit einer Verdampferkammer der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.
[0002] Ein solcher Verdampferbrenner ist ausgelegt für die Verbrennung von flüssigen Brennstoffen wie handelsüblichem Heizöl verschiedener Qualität oder Kerosin und eignet sich insbesondere für Heizungsanlagen von Wohnbauten, aber auch von Nichtwohnbauten, bei denen eine eher geringe Heizleistung im Bereich von wenigen Kilowatt ausreicht. Die vom Brenner beim Verbrennen des Brennstoffs erzeugte Wärme heizt beispielsweise Wasser in einem Heizkessel auf. Bei einem Verdampferbrenner wird der flüssige Brennstoff unter Wärmeeinwirkung verdampft, mit Luft vermischt und dann verbrannt.
[0003] Ein Verdampferbrenner der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art ist aus der WO 00/12 935 bekannt. Der Verdampferbrenner ist unterhalb des Heizkessels angeordnet. Dieser Brenner weist eine Verdampferkammer auf, deren Innenraum durch einen Boden und eine zylinderförmige Wand begrenzt ist. Die Verdampferkammer wird beim Start des Brenners elektrisch vorgeheizt. Sobald die Flamme brennt, erfolgt dann eine Beheizung der Verdampferkammer durch die an der Verdampferkammer vorbeiströmenden heissen Verbrennungsgase, was mittels eines Umlenkkragens erreicht wird. Sobald die Verdampferkammer eine vorbestimmte Temperatur erreicht hat, was mittels eines Temperaturfühlers überwacht wird, kann die elektrische Heizung ausgeschaltet werden.
Innerhalb der Verdampferkammer befindet sich ein rotierendes Mischrad, das die zugeführte Luft verwirbelt und mit dem an der Wand der Verdampferkammer verdampften Brennstoff vermischt.
[0004] Aus der WO 2004/109 183 ist ein weiterer Verdampferbrenner mit einer gleichen Verdampferkammer bekannt. Dieser Verdampferbrenner ist als Sturzbrenner ausgeführt und wird oben am Heizkessel montiert. Die Flamme brennt unterhalb der Verdampferkammer. Die aufsteigenden heissen Verbrennungsgase heizen die Verdampferkammer direkt auf.
[0005] Aus der EP 1 162 403 ist ein Brenner mit einer Verdampferkammer bekannt, deren Innenraum durch einen Boden und eine Wand mit mehrfach abgestuften Flächen begrenzt ist.
[0006] Diese bekannten Verdampferbrenner sind als modulierende Brenner konzipiert, d.h. ihre Heizleistung kann in einem vorbestimmten Arbeitsbereich stufenlos gesteuert werden. Der Arbeitsbereich beträgt typischerweise etwa 5 bis 15 kW. Es gibt jedoch auch Verdampferbrenner mit einer Heizleistung von 3-9 kW oder 10-30 kW.
[0007] Bei diesen Brennern können sich an der Wand der Verdampferkammer und am Mischrad im Laufe der Zeit Ablagerungen, insbesondere eine Schicht aus Koks, bilden, die daher rührt, dass Brennstoffanteile mit einem höheren Siedepunkt an der Wand zurückbleiben und nicht verdampfen oder auf dem Mischrad kondensieren.
[0008] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bildung einer solchen Koksschicht zu verhindern.
[0009] Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.
[0010] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und anhand der Zeichnung näher erläutert.
<tb>Fig. 1<sep>zeigt einen als Sturzbrenner ausgelegten Verdampferbrenner mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Verdampferkammer, und
<tb>Fig. 2<sep>zeigt im Schnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Verdampferkammer.
[0011] Die Fig. 1 zeigt einen Vertikalschnitt durch die für das Verständnis der Erfindung nötigen Teile eines als Sturzbrenner ausgelegten Verdampferbrenners. Der Verdampferbrenner umfasst eine Verdampferkammer 1, ein Gebläse 2, einen elektrischen Motor für den Antrieb des Gebläses 2, einen Zerstäuberbecher 3, ein Mischrad 4 und einen Flammenhalter 5. Die Flamme brennt an der Aussenwand des Flammenhalters 5. Das Gebläse 2 umfasst zwei Rotoren 7 und 8, die auf einer vom Motor angetriebenen Antriebswelle 6 befestigt sind. Die Rotoren 7, 8 fördern Frischluft in die Verdampferkammer 1. Der Flammenhalter 5 enthält einen Deckel und sitzt auf der Verdampferkammer 1 auf. Die Verdampferkammer 1 ist eine zum Flammenhalter 5 hin offene Kammer mit einem Boden 12 und einer Seitenwand 13.
Der vom Boden 12 und der Seitenwand 13 der Verdampferkammer 1 umschlossene Raum bildet eine Misch- und Verdampferzone. In die Wand der Verdampferkammer 1 ist eine elektrische Heizeinrichtung 14 integriert. Der Zerstäuberbecher 3 und das Mischrad 4 sind bei diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls auf der Antriebswelle 6 befestigt, d.h. der Zerstäuberbecher 3, das Mischrad 4 und die Rotoren 7, 8 des Gebläses 2 rotieren miteinander mit der gleichen Geschwindigkeit. Der Zerstäuberbecher 3 und das Mischrad 4 könnten aber auch separat angetrieben werden. Eine Brennstoffpumpe 15 fördert flüssigen Brennstoff durch eine Brennstoffleitung 16, die in den Zerstäuberbecher 3 hineinragt. Der geförderte Brennstoff fliesst oder tropft auf die innere Wand des Zerstäuberbechers 3.
Wegen der Drehung des Zerstäuberbechers 3 fliesst der Brennstoff unter der Wirkung der Zentrifugalkraft gegen den äusseren Rand des Zerstäuberbechers 3, wird vom Rand weggeschleudert und trifft auf die Innenwand der Verdampferkammer 1. Gleichzeitig wird durch die Rotoren 7, 8 des Gebläses 2 Frischluft gefördert. Ein gewisser Anteil der Frischluft strömt aussen am Zerstäuberbecher 3 entlang direkt in die Verdampferkammer 1, ein anderer Anteil der Frischluft gelangt durch Öffnungen im Boden des Zerstäuberbechers 3 in das Innere des Zerstäuberbechers 3 und zum Mischrad 4. Das rotierende Mischrad 4 dient dazu, die zugeführte Frischluft in die Verdampferkammer 1 umzuleiten, zu verwirbeln und mit dem verdampften Heizöldampf zu vermischen.
Ein solcher Verdampferbrenner kann wie dargestellt als Sturzbrenner ausgeführt sein, er kann aber auch für jede andere Einbaulage, beispielsweise auch eine horizontale Einbaulage, konzipiert sein. Er eignet sich für die Verwendung mit kondensierenden Kesseln wie mit Kesseln anderer Bauart.
[0012] Der Zerstäuberbecher 3 ist mit Vorteil als wellenförmige Fläche gestaltet. Der über die Brennstoffleitung 16 zugeführte Brennstoff fliesst oder tropft in ein Wellental 9, wandert infolge der Zentrifugalkraft nach aussen auf ein Wellenmaximum 10 und zu einem tiefer als das Wellenmaximum 10 gelegenen Rand 11.
[0013] Die Innenwand der Verdampferkammer 1 ist durch einen Boden 12 und eine an den Boden 12 angrenzende Seitenwand 13 begrenzt. Die Seitenwand 13 endet an einem Vorsprung 18, auf dem der Flammenhalter 5 sitzt. Der Boden 12 ist eine ebene Fläche, die Seitenwand 13 ist bei diesem Ausführungsbeispiel erfindungsgemäss als gekrümmte Fläche ausgebildet. Vom Boden 12 aus gesehen ist die Seitenwand 13 eine konvexe Fläche, die sich bis zum Vorsprung 18 hinzieht. Dadurch ergibt sich ein stufenloser Übergang vom Boden 12 zur Seitenwand 13 und weiter bis zum Vorsprung 18, d.h. der Übergang vom Boden 12 zur Seitenwand 13 ist abgerundet. Die Verdampferkammer 1 enthält somit weder Ecken noch Kanten.
[0014] Die Seitenwand 13 ist mit Vorteil ein Teil der Aussenfläche eines Torus, die im Querschnitt ein Kreisbogen 17 ist, wie dies in der Fig. 1 dargestellt ist. Der Krümmungsradius des Kreisbogens 17 beträgt beispielsweise 16 mm. Der Kreisbogen 17 erstreckt sich über einen Winkel [phi], der bevorzugt grösser als 90[deg.] ist.
[0015] Die Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Verdampferkammer 1 im Schnitt, bei dem die Seitenwand 13 einen geraden Abschnitt 19 enthält. Der Übergang vom Boden 12 zum geraden Abschnitt 19 der Seitenwand 13 ist ein erster Kreisbogen 20, der durch einen ersten Krümmungsradius R1 charakterisiert ist. Der Übergang vom geraden Abschnitt 19 zum Vorsprung 18 ist ein zweiter Kreisbogen 21, der durch einen zweiten Krümmungsradius R2 charakterisiert ist.
[0016] Der erste Krümmungsradius R1, der zweite Krümmungsradius R2 und die Länge L des geraden Abschnitts 19 werden entsprechend den Platzverhältnissen festgelegt.
[0017] Das in der Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der Verdampferkammer 1, bei dem die Seitenwand 13 keinen geraden Abschnitt aufweist, bietet bei gleicher Aussengeometrie der Verdampferkammer 1 den Vorteil, dass die kleinste Entfernung zwischen der Seitenwand 13 und dem Mischrad 4 grösser ist als bei dem in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel. Bei einer herkömmlichen Verdampferkammer mit rechteckförmigem Querschnitt beträgt die kleinste Entfernung zwischen der Seitenwand 13 und dem Mischrad 4 höchstens etwa 4.5 mm. Bei einer Verdampferkammer 1 gemäss der Erfindung beträgt die kleinste Entfernung zwischen einem beliebigen Punkt auf dem Mischrad 4 und einem beliebigen Punkt auf der Seitenwand 13 mehr als 5 Millimeter, typischerweise mehr als 8 Millimeter.
Bereits eine kleine Zunahme der kleinsten Entfernung zwischen der Seitenwand 13 und dem Mischrad 4 führt dazu, dass in diesem Bereich mehr Luft zirkuliert und damit zu einer Reduzierung der Ablagerungen.
[0018] Der Vorteil der erfindungsgemässen Verdampferkammer ist, dass sich für die Strömung der Luft keine Toträume ergeben, weil bei allen Ausführungsbeispielen die Seitenwand 13 vom Boden 12 bis zum Vorsprung 18 hin stufenlos ausgebildet ist. Bei den herkömmlichen Verdampferkammern bilden sich in Ecken und hinter Kanten Wirbel, und die Strömung der Luft ist dort annähernd null. Dadurch wird die Wärme, die von der Verdampferkammer nach innen abgegeben wird, schlecht abgeführt, was zu einer höheren Temperatur des Mischrads 4, der Verdampferkammer und der umgebenden Luft führt. Heisse Öldämpfe bilden an solchen Stellen langkettige Kohlenwassermoleküle, die sich als Koks ablagern, der sich nur schwer wieder auflöst oder verdampft oder verbrennt. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass das Mischrad 4 eine grössere Distanz zur Verdampferkammer 1 hat.
Dadurch gelangen weniger Öldämpfe an das Mischrad 4 und die Temperatur des Mischrads 4 ist tiefer. Beide Effekte führen dazu, dass das Mischrad 4 weniger versottet.
The invention relates to a burner with an evaporator chamber referred to in the preamble of claim 1 Art.
Such an evaporator burner is designed for the combustion of liquid fuels such as commercial fuel oil of various qualities or kerosene and is particularly suitable for heating systems of residential buildings, but also of non-residential buildings, where a rather low heating power in the range of a few kilowatts is sufficient. The heat generated by the burner when burning the fuel, for example, heats water in a boiler. In an evaporator burner, the liquid fuel is vaporized under heat, mixed with air and then burned.
An evaporator burner of the type mentioned in the preamble of claim 1 is known from WO 00/12 935. The evaporator burner is located below the boiler. This burner has an evaporator chamber whose interior is delimited by a bottom and a cylindrical wall. The evaporator chamber is electrically preheated at the start of the burner. As soon as the flame burns, the evaporator chamber is then heated by the hot combustion gases flowing past the evaporator chamber, which is achieved by means of a deflecting collar. Once the evaporator chamber has reached a predetermined temperature, which is monitored by means of a temperature sensor, the electric heater can be turned off.
Within the evaporator chamber is a rotating mixing wheel which swirls the supplied air and mixes it with the fuel vaporized on the wall of the evaporator chamber.
From WO 2004/109 183 another evaporator burner with a same evaporator chamber is known. This evaporator burner is designed as a tumble burner and is mounted on top of the boiler. The flame burns below the evaporator chamber. The rising hot combustion gases heat the evaporator chamber directly.
From EP 1 162 403 a burner with an evaporator chamber is known, whose interior is bounded by a bottom and a wall with multi-stepped surfaces.
These known evaporator burners are designed as modulating burners, i. Their heating power can be steplessly controlled in a predetermined work area. The working range is typically about 5 to 15 kW. However, there are also evaporator burners with a heating power of 3-9 kW or 10-30 kW.
In these burners can on the wall of the evaporator chamber and the mixing wheel over time deposits, especially a layer of coke, form, which stems from the fact that remaining fuel particles with a higher boiling point on the wall and does not evaporate or on the Condense mixing wheel.
The invention has for its object to prevent the formation of such a coke layer.
The stated object is achieved according to the invention by the features of claim 1.
The invention will be explained in more detail by means of embodiments and with reference to the drawing.
<Tb> FIG. 1 <sep> shows a designed as a tumble burner evaporator burner with a first embodiment of an inventive evaporator chamber, and
<Tb> FIG. 2 <sep> shows in section a further embodiment of an inventive evaporator chamber.
Fig. 1 shows a vertical section through the necessary for the understanding of the invention parts of a designed as a tumble burner evaporator burner. The evaporator burner comprises an evaporator chamber 1, a blower 2, an electric motor for driving the blower 2, an atomizer cup 3, a mixing wheel 4 and a flame holder 5. The flame burns on the outer wall of the flame holder 5. The blower 2 comprises two rotors 7 and 8, which are mounted on a drive shaft 6 driven by the motor. The rotors 7, 8 convey fresh air into the evaporator chamber 1. The flame holder 5 contains a lid and rests on the evaporator chamber 1. The evaporator chamber 1 is a flame holder 5 towards the open chamber with a bottom 12 and a side wall thirteenth
The enclosed by the bottom 12 and the side wall 13 of the evaporator chamber 1 space forms a mixing and evaporator zone. In the wall of the evaporator chamber 1, an electric heater 14 is integrated. The atomizer cup 3 and the mixing wheel 4 are also mounted on the drive shaft 6 in this embodiment, i. the atomizing cup 3, the mixing wheel 4 and the rotors 7, 8 of the fan 2 rotate together at the same speed. The atomizer cup 3 and the mixing wheel 4 could also be driven separately. A fuel pump 15 delivers liquid fuel through a fuel line 16, which projects into the atomizer cup 3. The conveyed fuel flows or drips onto the inner wall of the atomizer cup 3.
Due to the rotation of the atomizer cup 3, the fuel flows under the action of the centrifugal force against the outer edge of the atomizer cup 3, is thrown off the edge and impinges on the inner wall of the evaporator chamber 1. At the same time 2 fresh air is conveyed by the rotors 7, 8 of the blower. A certain proportion of the fresh air flows outside the atomizer cup 3 along directly into the evaporator chamber 1, another portion of the fresh air passes through openings in the bottom of the atomizer cup 3 into the interior of the atomizer cup 3 and the mixing wheel 4. The rotary mixing wheel 4 serves to supply To redirect fresh air into the evaporator chamber 1, to swirl and to mix with the evaporated fuel oil vapor.
Such an evaporator burner can be designed as a tumble burner as shown, but it can also be designed for any other installation position, for example, a horizontal mounting position. It is suitable for use with condensing boilers as well as boilers of other types.
The atomizer cup 3 is advantageously designed as a wave-shaped surface. The fuel supplied via the fuel line 16 flows or drips into a wave trough 9, migrates outwards due to the centrifugal force to a shaft maximum 10 and to a lower edge 10 than the shaft maximum 11.
The inner wall of the evaporator chamber 1 is bounded by a bottom 12 and an adjacent to the bottom 12 side wall 13. The side wall 13 terminates at a projection 18 on which the flame holder 5 is seated. The bottom 12 is a flat surface, the side wall 13 is formed according to the invention in this embodiment as a curved surface. Seen from the bottom 12, the side wall 13 is a convex surface that extends to the projection 18. This results in a stepless transition from the bottom 12 to the side wall 13 and further to the projection 18, i. the transition from the bottom 12 to the side wall 13 is rounded. The evaporator chamber 1 thus contains neither corners nor edges.
The side wall 13 is advantageously a part of the outer surface of a torus, which is a circular arc 17 in cross section, as shown in FIG. The radius of curvature of the circular arc 17 is for example 16 mm. The circular arc 17 extends over an angle [phi] which is preferably greater than 90 [deg.].
Fig. 2 shows another embodiment of the evaporator chamber 1 in section, in which the side wall 13 includes a straight portion 19. The transition from the bottom 12 to the straight portion 19 of the side wall 13 is a first circular arc 20 characterized by a first radius of curvature R1. The transition from the straight portion 19 to the projection 18 is a second circular arc 21 characterized by a second radius of curvature R2.
The first radius of curvature R1, the second radius of curvature R2 and the length L of the straight portion 19 are determined according to the space conditions.
Illustrated embodiment of the evaporator chamber 1, in which the side wall 13 has no straight section, offers the same external geometry of the evaporator chamber 1 has the advantage that the smallest distance between the side wall 13 and the mixing wheel 4 is greater than in the embodiment shown in FIG. In a conventional evaporator chamber having a rectangular cross-section, the smallest distance between the side wall 13 and the mixing wheel 4 is at most about 4.5 mm. In an evaporator chamber 1 according to the invention, the smallest distance between any point on the mixing wheel 4 and any point on the side wall 13 is more than 5 millimeters, typically more than 8 millimeters.
Even a small increase in the smallest distance between the side wall 13 and the mixing wheel 4 causes more air circulates in this area and thus to a reduction of deposits.
The advantage of the inventive evaporator chamber is that there are no dead spaces for the flow of air, because in all embodiments, the side wall 13 is formed from the bottom 12 to the projection 18 towards continuously. In the conventional evaporator chambers, vortices are formed in corners and behind edges, and the flow of the air is approximately zero there. Thereby, the heat that is discharged from the evaporator chamber to the inside, poorly dissipated, resulting in a higher temperature of the mixing wheel 4, the evaporator chamber and the surrounding air. Hot oil vapors form long-chain hydrocarbons at such sites, which deposit as coke, which is difficult to dissolve, evaporate or burn. Another advantage is that the mixing wheel 4 has a greater distance to the evaporator chamber 1.
As a result, less oil vapor reaches the mixing wheel 4 and the temperature of the mixing wheel 4 is lower. Both effects cause the mixing wheel 4 scoffs less.