DE10109694B4 - Beheizungsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Beheizungsvorrichtung, vornehmlich für Industrieofenanlagen, mit mindestens einem Beheizungsteil (5), der eine Brennkammer (2a, 2b, 2c) mit im wesentlichen vertikal ausgerichteter Mittelachse (M) aufweist, wobei die Brennkammer (2) einen oberen Bereich (2b) und einen unteren sich kegelförmig nach unten erweiternden Bereich (2a, 2c) aufweist, der unmittelbar in eine Ofenkammer (4) mündet, mit einem mit Gas-, Öl- oder ähnlichem betriebenen Brenner (1), dessen Brennerflamme (FL) axial oder leicht winklig geneigt (W4, M1) zur im wesentlichen vertikal ausgerichteten Mittelachse (M) in den oberen Bereich (2b) hineingeleitet ist, und wobei die erzeugten Heißgase der Brennerflamme (FL) eine abwärts zum Eintritt in die Ofenkammer (4) hineingerichtete Strömung erhalten, mit mindestens einer Zuleitung (3) für Sekundärluft (SL) die mehr oder weniger tangential quer zur Mittelachse (M) in die kegelförmige Erweiterung der Brennkammer (2a, 2c) einmündet und die auf den äußeren Bereich der Brennerflamme (FL) hingerichtet ist.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein vorzugsweise mit Gas oder Öl als Brennstoff beheiztes System, vornehmlich für die Verwendung bei Industrieofenanlagen zur Erwärmung von Bauteilen oder Gegenständen aus Metall, Keramik bzw. Glas.
• Die neue Vorrichtung geht dabei von einem Stand der Technik aus, wie er z. B. aus der DE 30 35 906 A1 oder auch der WO 97/07362 bereits bekannt ist. Bei diesen bekannten Systemen sind jeweils auf der Oberseite der Ofenkammern die eigentlichen Beheizungsvorrichtungen als Körper mit zylindrischem Innenraum domartig aufgesetzt, so daß die vom Brenner erzeugten Heißgase eine nach unten gerichtete wirbelförmige Strömung erhalten, die sich angeblich mit einer kegelstumpfförmigen Begrenzung in den Ofeninnenraum hin fortpflanzen und diesen um die zu erwärmenden Werkstücke herum gleichmäßig beaufschlagen soll. Es liegt bereits rein technisch gesehen auf der Hand, daß dies ohne zusätzliche Strömungsleiteinrichtungen o. dgl. niemals zufriedenstellend realisierbar ist.
• Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Mängel der bekannten Systeme hinsichtlich der gleichmäßigen Wärmeverteilung durch geeignete bauliche Maßnahmen an den Brennkammern in einfacher und überzeugender Weise zu beseitigen.
• Gelöst wird diese Aufgabe dabei durch die im Hauptanspruch angegebenen technischen Merkmale und baulichen Anordnungen, wobei in den Unteransprüchen spezielle Ausgestaltungsmerkmale und weitere Alternativen zur Lösung der eingangs gestellten Aufgabe aufgeführt sind.
• Die Zeichnung zeigt weitestgehend schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das zudem anhand dieser im folgenden noch näher erläutert ist.
• Im einzelnen zeigen:
• 1 eine neue Brennkammer im Längsschnitt und
• 2 einen Querschnitt zu 1 gemäß der Linie AB
• In der Darstellung nach 1 sitzt ein domartiges Beheizungsteil 5 mit kopfseitigem Brenner 1 über nicht dargestellte Befestigungsmittel luftdicht auf der oberen Begrenzungswand 4a einer Ofenkammer 4 der eingangs beschriebenen Art; durch eine entsprechende Wandöffnung 4a' gelangen die Heizgase der Brennerflamme FL wie aus dem Stand der Technik bekannt mit abwärts gerichteter Strömung in die Ofenkammer 4 und damit zu den dort befindlichen Werkstücken bzw. sonstigen Teilen.
• Das grundlegend Neue und zugleich der erfinderische Vorschlag liegt bei einer derartigen Beheizungsvorrichtung nun darin, daß der Innenraum 2c der Brennkammer 2a, 2b in seinem zum Eintritt in die Ofenkammer 4 hin offenen Bereich 2a kegelförmig erweitert ausgebildet und die Flamme FL des Brennen 1 axial M in den oberen Bereich 2b der Brennkammer 2a, 2b hineingeleitet ist, wobei zusätzlich ein oder mehrere Zuleitungen 3 bzw. 6 für Sekundärluft SL in den Brennkammerinnenraum 2c einmünden, deren Luftstrom SL jeweils auf die Brennerflamme FL hin gerichtet ist. Dabei ist es in spezieller baulicher Ausgestaltung noch von großer Wichtigkeit, daß der Sekundärluftstrom SL bzw. dessen Zuleitungen 3 bzw. 6 mehr oder weniger tangential W2 bzw. W3 auf den äußeren Bereich der Brennerflamme FL zu verlaufen.
• Eine besonders günstige Bauweise zur Lösung der mit der Erfindung gestellten Aufgabe ergibt sich dabei, wenn der dem Brenner 1 benachbarte Bereich 2b der Brennkammer 2a einen zylindrischen gerundeten Schachtquerschnitt aufweist, der in die kegelförmige Erweiterung 2a des Brennkammerinnenraumes 2c übergeht und die Sekundärluftzufuhr SL über mindestens einen mehr oder weniger tangential W2 in den kegeligen Brennkammerinnenraum 2c einmündenden Luftkanal 3 erfolgt, zudem der oder die Sekundärluftkanäle 3 in ihrer Höhenlage bzw. Horizontalebene H sowie ihrem Eintrittswinkel in die Brennkammer 2a variabel und somit an alle gewünschten Betriebszustände anpaßbar sind. Der besondere Vorteil einer solchen Ausgestaltung liegt vor allem darin, daß die tangential zuströmende, u. U. erwärmte und druckgeregelte, sekundäre Brennluft SL die eigentliche Brennflamme FL umfaßt und somit eine der guten Vermischung von Brennerflamme FL und Sekundärluft SL dienliche, rotierende Strömung erzeugt, welche zudem eine geordnete, lebhafte Nachverbrennung bewirkt, die sich über den Brennkammerkegel 2a bis in die Ofenkammer hinein mit entsprechendem Drall Y abwärts fortsetzt.
• In Verbindung damit, daß als weitere neue Maßnahme noch vorgeschlagen wird, daß als Alternative die Mittelachse M1 des Brenners 1 bzw. dessen Flamme FL geneigt bzw. leicht winklig W4 zur vertikalen Mittelachse M der Brennkammer 2a bis 2c verlaufen und diese Achse M1 zudem außermittig bzw. mit seitlichem Versatz X zur Brennkammermittelachse M liegen kann, läßt sich die neue Beheizungsvorrichtung in Verbindung mit der Wahl bzw. auslegungsgemäßen Varianz der Sekundärlufteinströmwinkel W2 und W3 an alle in der Praxis erforderlichen Betriebsverhältnisse leicht anpassen; auch Anzahl und Querschnitt der Sekundärluftkanäle 3 spielen hierbei eine ebenso nicht unbedeutende Rolle wie auch die Anordnung und Ausgestaltung der Einlaßstutzen 3a und Lufteinlauftrichter 3b. Wichtigstes Merkmal jedoch ist immer die den jeweiligen Betriebserfordernissen baulich anpaßbare Winkel-, und Durchmesserausgestaltung der Brennkammer 2a bzw. 2c, samt deren axialer Bauhöhe.
• Zur Vervollständigung der gesamten neuen Beheizungsvorrichtung besitzt diese zudem noch einen die Brennkammer 2a, 2b, 2c samt Sekundärluftkanälen 3, 3a, 3b umschließenden Sekundärluftverteilungskasten 5a sowie je nach Bedarfsfall die Zuordnung von regelbaren Luft- und/oder Temperatursteuerklappen o. ä. zu der Sekundärluftführung SL.
• Letztlich ist es auch noch denkbar, daß der Sekundärluftzustrom über Leitungen 6 o. ä. durch den zylindrischen Schachtteil 2b hindurch erfolgt und zwar ebenfalls je nach gewünschtem Betriebszustand oder Anwendungsfall mehr oder weniger tangential zur Brennerflamme FL.
• Die vorstehend vornehmlich für die Verwendung bei Industrieofenanlagen zur Erwärmung eines Gutes oder Mediums in einer Kammer o. ä. beschriebene Beheizungsvorrichtung ist jedoch nicht auf derartige Anwendungsfälle beschränkt, sondern das neue System kann gleichermaßen als separate oder integrierte Baugruppe in Verbindung mit entsprechenden Öfen, Wärmetauschern etc. zum Einsatz kommen, zur Beheizung bzw. Warmwasserbereitung von Gebäuden aller Art, Fabrikanlagen oder bei der Durchführung technischer bzw. chemischer Prozesse in entsprechenden Anlagensystemen.

1

Brenner

1a

Befestigungsflansch

2a

Brennkammer (kegeliger Bereich)

2b

Brennkammer (zylindrischer Bereich)

2c

Brennkammerinnenraum

3

Sekundärluftkanal

3a

Einlaßstutzen

3b

Einlaßtrichter

4

Ofenkammer

4a

obere Begrenzungswand 4a' Öffnung

5

domartiger Beheizungsaufsatz

5a

Sekundärluftkasten

5b

Sekundärluftstutzen

6

Sekundärluftzuleitung (alternativ)

AW

Wandabstand zwischen Pos. 3b und 5

DR

Drallrichtung

FL

Brennerflamme

H

Höhenlage und Ebene der Sekundärluftkanäle (Pos. 3)

M

vertikale Mittelachse von Pos. 2c bzw. 5

SL'

Alternative von SL

SL

Sekundärluftzustrom SL'' Alternative von SL

W1

Winkel des kegeligen Brennkammerbereichs (2a)

W2

tangentialer Einströmwinkel der Sekundärluft (SL bzw. SL')

W3

evt. Neigung der tangentialen Sekundärluftkanäle (3) zur Horizontalebene (H)

W4

evt. Neigungswinkel von M als M1

X

außermittiger Versatz von M bzw. M1

Y

Drall der Heißgase FL + SL

Claims (7)

1. Beheizungsvorrichtung, vornehmlich für Industrieofenanlagen, mit mindestens einem Beheizungsteil (5), der eine Brennkammer (2a, 2b, 2c) mit im wesentlichen vertikal ausgerichteter Mittelachse (M) aufweist, wobei die Brennkammer (2) einen oberen Bereich (2b) und einen unteren sich kegelförmig nach unten erweiternden Bereich (2a, 2c) aufweist, der unmittelbar in eine Ofenkammer (4) mündet, mit einem mit Gas-, Öl- oder ähnlichem betriebenen Brenner (1), dessen Brennerflamme (FL) axial oder leicht winklig geneigt (W4, M1) zur im wesentlichen vertikal ausgerichteten Mittelachse (M) in den oberen Bereich (2b) hineingeleitet ist, und wobei die erzeugten Heißgase der Brennerflamme (FL) eine abwärts zum Eintritt in die Ofenkammer (4) hineingerichtete Strömung erhalten, mit mindestens einer Zuleitung (3) für Sekundärluft (SL) die mehr oder weniger tangential quer zur Mittelachse (M) in die kegelförmige Erweiterung der Brennkammer (2a, 2c) einmündet und die auf den äußeren Bereich der Brennerflamme (FL) hingerichtet ist.
2. Beheizungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennermittelachse (M1) außermittig bzw mit seitlichem Versatz (X) zur Brennkammermittelachse (M) liegt.
3. Beheizungsvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Brenner (1) benachbarte Bereich (2b) der Brennkammer (2a) einen zylindrischen gerundeten Schachtquerschnitt aufweist, der in die kegelförmige Erweiterung (2a) des Brennkammerinnenraumes (2c) übergeht.
4. Beheizungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Sekundärluftkanäle (3) in ihrer Höhenlage bzw Horizontalebene (H) sowie ihrem Eintrittswinkel (W3) in die Brennkammer (2a) variabel gestaltbar sind.
5. Beheizungsvorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, gekennzeichnet durch einen die Brennkammer (2a, 2b, 2c) samt Sekundärluftkanälen (3, 3a, 3b) umschließenden Sekundärluftverteilungskasten (5a).
6. Beheizungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärluftzustrom über Leitungen (6) oä durch den zylindrischen Schachtteil (2b) hindurch erfolgt.
7. Beheizungsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Zuordnung von regelbaren Luft- und/oder Temperatursteuerklappen oä zu der Sekundärluftführung (SL).