DE102009043681B4

DE102009043681B4 - Brenner für flüssigen Brennstoff

Info

Publication number: DE102009043681B4
Application number: DE200910043681
Authority: DE
Inventors: Konrad Ritter; Dr. Klausmann Werner
Original assignee: Viessmann Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Viessmann Werke GmbH and Co KG
Priority date: 2009-10-01
Filing date: 2009-10-01
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2029-10-02
Also published as: DE102009043681A1

Abstract

Brenner für flüssigen Brennstoff, umfassend eine Verdampfungs- und Mischkammer (1), in der der Brennstoff verdampft und mit Luft vermischt wird und die mit einer als Halter für eine Brennerflamme ausgebildeten Brenneroberfläche (2) versehen ist, wobei dieser zur Abfuhr von Wärme aus der Brennerflamme ein Wärmetauscher (3) zugeordnet ist, wobei der Verdampfungs- und Mischkammer (1) zum Aufheizen der Luft eine mit dem Wärmetauscher (3) thermisch verbundene Luftführungs- und Aufheizkammer (4) vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (3) die Brenneroberfläche (2) trichterartig umschließend und sich von der Luftführungs- und Aufheizkammer (4) ausgehend in Axialrichtung erweiternd ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner für flüssigen Brennstoff gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein Brenner für flüssigen Brennstoff der eingangs genannten Art ist nach der WO 1997/49952 A1 bekannt. Dieser besteht aus einer Verdampfungs- und Mischkammer, in der der Brennstoff verdampft und mit Luft vermischt wird und die mit einer als Halter für eine Brennerflamme ausgebildeten Brenneroberfläche versehen ist, wobei dieser zur Abfuhr von Wärme aus der Brennerflamme ein Wärmetauscher zugeordnet ist, wobei der Verdampfungs- und Mischkammer zum Aufheizen der Luft eine mit dem Wärmetauscher thermisch verbundene Luftführungs- und Aufheizkammer vorgeschaltet ist. Die Luftführungs- und Aufheizkammer ist bei dieser Lösung als schraubenförmig gewendeltes Rohr ausgebildet.
Ferner wird auf die EP 1 110 033 B1 hingewiesen. Bei dieser Lösung wird die als kalte Frischluft zugeführte Verbrennungsluft in der Verdampfungs- und Mischkammer erhitzt, und zwar entweder (beim Brennerstart) über eine elektrische Heizeinrichtung oder (während des stationären Betriebs) über den besagten Wärmetauscher, der Wärme aus dem heißen Abgas an die Verdampfungskammer überträgt. Weiterhin ist bei dieser Lösung ein Zerstäuberorgan (so genannter Drehzerstäuber) vorgesehen, mit dem der flüssige Brennstoff an die heiße Wand der Verdampfungskammer geschleudert wird, um dort zu verdampfen.
So genannte Verdampfungsbrenner sind in verschiedenen Bauweisen bekannt. Verwiesen wird beispielsweise noch auf die DE 35 26 866 A1 , bei der ebenfalls rückgeführtes heißes Abgas zur Gemischvorwärmung und Brennstoffverdampfung genutzt wird.
Weiterhin wird auf die DE 10 2008 019 532 B3 verwiesen, in der ein Wärmetauscher zur Vorheizung der Primärluft offenbart ist, welcher als Kreisringfläche ausgebildet ist und gegenüber einer als Kreisringfläche ausgebildeten Brenneroberfläche angeordnet ist. Dabei setzt der Aufbau dieses Brenners eine zweite Brenneroberfläche voraus.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brenner für flüssigen Brennstoff der eingangs genannten Art zu verbessern, und zwar insbesondere hinsichtlich der Gemischaufbereitung.
Diese Aufgabe wird mit einem Brenner für flüssigen Brennstoff der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Nach der Erfindung ist also vorgesehen, dass der Wärmetauscher die Brenneroberfläche trichterartig umschließend und sich von der Luftführungs- und Aufheizkammer ausgehend in Axialrichtung erweiternd ausgebildet ist.
Mit anderen Worten wird im Vergleich zur EP 1 110 033 B1 nicht direkt die Verdampfungs- und Mischkammer mit dem heißen Abgas, sondern eine dafür speziell geschaffene Luftführungs- und Aufheizkammer beheizt, und zwar mit dem Vorteil, dass die Verbrennungsluft bereits so heiß in die Verdampfungs- und Mischkammer geleitet werden kann, dass der flüssige Brennstoff dort direkt und ohne Wandberührung (oder auch Zerstäubung) verdampfen kann. Diese Maßgabe führt dazu, dass prinzpiell weniger bewegte Bauteile erforderlich sind und dass insgesamt weniger Masse (Wände der Verdampfungs- und Mischkammer) aufgeheizt werden müssen, was letztlich insbesondere zu einem besseren Kaltstartverhalten des Brenners führt. Darüber hinaus kann auf die aus der EP 1 110 033 B1 bekannten Abgasleiteinrichtungen verzichtet werden.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Der erfindungsgemäße Brenner für flüssigen Brennstoff einschließlich seiner vorteilhaften Weiterbildungen gemäß der abhängigen Patentansprüche wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigt
1 im Schnitt den erfindungsgemäßen Brenner mit vorgeschalteter Luftführungs- und Aufheizkammer; und
2 perspektivisch den Brenner gemäß 1.
Der in den 1 und 2 dargestellte Brenner für flüssigen Brennstoff besteht aus einer Verdampfungs- und Mischkammer 1, in der der Brennstoff verdampft und mit Luft vermischt wird und die mit einer als Halter für eine Brennerflamme ausgebildeten Brenneroberfläche 2 versehen ist, wobei dieser zur Abfuhr von Wärme aus der Brennerflamme ein Wärmetauscher 3 zugeordnet ist und wobei der Verdampfungs- und Mischkammer 1 zum Aufheizen der Luft eine mit dem Wärmetauscher 3 thermisch verbundene Luftführungs- und Aufheizkammer 4 vorgeschaltet ist.
Wie 1 zeigt, ist dabei besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Luftführungs- und Aufheizkammer 4 einen ersten und einen zweiten Raumbereich 5, 6 aufweist, wobei der Wärmetauscher 3 an den ersten Raumbereich 5 der Luftführungs- und Aufheizkammer 4 und die Verdampfungs- und Mischkammer 1 an den zweiten Raumbereich 6 der Luftführungs- und Aufheizkammer 4 angrenzend ausgebildet ist.
Weiterhin dient der die Wärme vom Abgas an die Luft übertragende Wärmetauscher 3 als Luftumlenkung vom ersten zum zweiten Raumbereich 5, 6, d. h. die Luft für die Verbrennung strömt gemäß der in 1 eingezeichneten Pfeile zunächst durch den ersten Raumbereich 5, wird dann am Wärmetauscher 3 unter Wärmeaufnahme umgelenkt und gelangt dann in den zweiten Raumbereich 6. Am Boden der topfartigen Verdampfungs- und Mischkammer 1 ist ein Vlies 8 zur flächigen Verteilung des Brennstoffs vorgesehen, d. h. der Brennstoff wird über die dargestellte Leitung zum Vlies 8 transportiert und verteilt sich dann auf dem Vlies 8. Gleichzeitig strömt auch bereits heiße Luft durch das Vlies 8 (durch entsprechend ausgebildete Luftdurchgangsöffnungen 7) und bewirkt die Verdampfung des Brennstoffs. Zur weiteren Luftversorgung sind zusätzliche Luftdurchgangsöffnungen 7 an einer Wandung der Verdampfungs- und Mischkammer 1 vorgesehen.
Um eine ausreichende Wärmemenge bereitstellen zu können, ist vorgesehen, dass der Wärmetauscher 3 die Brenneroberfläche 2 mindestens teilweise umschließend ausgebildet ist, wobei der Halter für die Brennerflamme zylinderförmig ausgebildet ist und eine die Brenneroberfläche 2 bildende Zylindermantelfläche aufweist. Weiterhin ist vorgesehen, dass die Zylindermantelfläche aus einem gelochten Metallblech 9 und einem das Metallblech 9 umschließenden Drahtgewebe 10 gebildet und der zylinderförmig ausgebildete Halter für die Brennerflamme an seinem verdampfungs- und mischkammerabgewandten Ende verschlossen ausgebildet ist.
Wie insbesondere 2 zeigt, weist der Wärmetauscher 3 eine kranzförmig die Zylindermantelfläche umschließende Wärmetauscherwand 11 auf, die einerseits an die Brenneroberfläche 2 und andererseits an die Luftführungs- und Aufheizkammer 4 angrenzend ausgebildet ist. Dabei umschließt der Wärmetauscher 3 die Brenneroberfläche 2 trichterartig, wobei sich dieser Trichter von der Luftführungs- und Aufheizkammer 4 ausgehend in Axialrichtung gesehen erweitert.
Weiterhin ist vorgesehen, dass der Wärmetauscher 3 als Gussteil ausgebildet ist. Dies hat sich fertigungstechnisch als günstig herausgestellt, wobei besonders bevorzugt vorgesehen ist, dass der Wärmetauscher 3 und die Verdampfungs- und Mischkammer 1 als einstückiges Bauteil ausgebildet sind.
Da der Wärmetauscher 3 erst Wärme an die Luft übertragen kann, wenn der Brenner bereits läuft, ist für den Start des Brenners vorzugsweise im zweiten Raumbereich 6 der Luftführungs- und Aufheizkammer 4 ein Heizelement 12 angeordnet. Dieses ist besonders bevorzugt elektrisch regelbar ausgebildet und wird ausgeschaltet, sobald über das heiße Abgas genug Wärme an den Wärmetauscher 3 abführbar ist. Wie sich aus 1 ergibt, umschließt das Heizelement 12 die Verdampfungs- und Mischkammer 1 ringförmig, was zu einem gleichmäßigen Wärmeeintrag führt.
Wie bereits erläutert, ist in den 1 und 2 ein Brenner mit einem Vlies 8 zum Eintrag des Brennstoffs in die Verdampfungs- und Mischkammer 1 dargestellt. Alternativ kann in der Verdampfungs- und Mischkammer 1 aber auch (was nicht dargestellt ist) ein üblicher Drehzerstäuber für den flüssigen Brennstoff angeordnet sein.
Bezugszeichenliste

1: Verdampfungs- und Mischkammer
2: Brenneroberfläche
3: Wärmetauscher
4: Luftführungs- und Aufheizkammer
5: erster Raumbereich
6: zweiter Raumbereich
7: Luftdurchgangsöffnung
8: Vlies
9: Metallblech
10: Drahtgewebe
11: Wärmetauscherwand
12: Heizelement

Claims

Brenner für flüssigen Brennstoff, umfassend eine Verdampfungs- und Mischkammer (1), in der der Brennstoff verdampft und mit Luft vermischt wird und die mit einer als Halter für eine Brennerflamme ausgebildeten Brenneroberfläche (2) versehen ist, wobei dieser zur Abfuhr von Wärme aus der Brennerflamme ein Wärmetauscher (3) zugeordnet ist, wobei der Verdampfungs- und Mischkammer (1) zum Aufheizen der Luft eine mit dem Wärmetauscher (3) thermisch verbundene Luftführungs- und Aufheizkammer (4) vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (3) die Brenneroberfläche (2) trichterartig umschließend und sich von der Luftführungs- und Aufheizkammer (4) ausgehend in Axialrichtung erweiternd ausgebildet ist.
Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftführungs- und Aufheizkammer (4) einen ersten und einen zweiten Raumbereich (5, 6) aufweist.
Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (3) an den ersten Raumbereich (5) der Luftführungs- und Aufheizkammer (4) angrenzend ausgebildet ist.
Brenner nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfungs- und Mischkammer (1) an den zweiten Raumbereich (6) der Luftführungs- und Aufheizkammer (4) angrenzend ausgebildet ist.
Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Luftführungs- und Aufheizkammer (4) und der Verdampfungs- und Mischkammer (1) Luftdurchgangsöffnungen (7) vorgesehen sind.
Brenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftdurchgangsöffnungen (7) wahlweise in einem Vlies (8) für den flüssigen Brennstoff und/oder an einer Wandung der Verdampfungs- und Mischkammer (1) vorgesehen sind.
Brenner nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (3) als Luftumlenkung vom ersten zum zweiten Raumbereich (5, 6) ausgebildet ist.
Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (3) als Abgas-Luft-Wärmetauscher ausgebildet ist.
Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (3) die Brenneroberfläche (2) mindestens teilweise umschließend ausgebildet ist.
Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter für die Brennerflamme zylinderförmig ausgebildet ist und eine die Brenneroberfläche (2) bildende Zylindermantelfläche aufweist.
Brenner nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylindermantelfläche aus einem gelochten Metallblech (9) und einem das Metallblech (9) umschließenden Drahtgewebe (10) gebildet ist.
Brenner nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zylinderförmig ausgebildete Halter für die Brennerflamme an seinem verdampfungs- und mischkammerabgewandten Ende verschlossen ausgebildet ist.
Brenner nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (3) eine kranzförmig die Zylindermantelfläche umschließende Wärmetauscherwand (11) aufweist.
Brenner nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscherwand (11) einerseits an die Brenneroberfläche (2) und andererseits an die Luftführungs- und Aufheizkammer (4) angrenzend ausgebildet ist.
Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (3) als Gussteil ausgebildet ist.
Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (3) und die Verdampfungs- und Mischkammer (1) als einstückiges Bauteil ausgebildet sind.
Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise im zweiten Raumbereich (6) der Luftführungs- und Aufheizkammer (4) ein Heizelement (12) angeordnet ist.
Brenner nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (12) elektrisch regelbar ausgebildet ist.
Brenner nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (12) die Verdampfungs- und Mischkammer (1) ringförmig umschließend ausgebildet ist.
Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verdampfungs- und Mischkammer (1) ein Vlies (8) zur flächigen Verteilung des Brennstoffs vorgesehen ist.
Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verdampfungs- und Mischkammer (1) ein Drehzerstäuber für den flüssigen Brennstoff angeordnet ist.