DE1626364C - Heizung fur gasformige oder flussige Brennstoffe, insbesondere Heizöl - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizung für sich in den Brennertopf über radiale Öffnungen seiner

gasförmige oder flüssige Brennstoffe, insbesondere Seitenwandung entlüftet, und eine die impulsweise

Heizöl mit einem Brennertopf, durch dessen Boden Brennstoffzufuhr zwangssteuernde Pumpe mit bei

der Brennstoff axial zuführbar ist, und mit einem in Überschreiten eines einstellbaren Gegendrucks sich

der Luftzuführung angeordneten durch Druckschwin- 5 öffnenden Düsen.

gungen infolge oszillierender Verbrennung Steuer- Durch die zwangsgesteuerte impulsweise Brennbaren Rückschlagventil. stoffzufuhr lassen sich Druckschwingungen beliebig

Bei oszillierender Verbrennung führen die Gas- kleiner Frequenz erregen, .ohne Rücksicht auf die teilchen nicht nur eine kontinuierliche Strömungs- Dimensionen und die Betriebstemperatur der Heibewegung durch die Heizung aus, sondern vollfüh- io zung. Die Druckschwingungen wirken nun nicht unren unter Wirkung der auftretenden Druckschwin- mittelbar auf das Rückschlagventil ein, um rein gegungen zugleich eine pulsierende Hin- und Herbe- genphasig zu den Druckschwingungen Schwingungen wegung. Zur Erhöhung der Wärmeübergangszahl der Luftmengenzufuhr zu bewirken, vielmehr wird infolge Verwirbelungen in der Grenzschicht der Strö- durch die kapazitive Wirkung der zwischen Brennmung und zur Vergleichmäßigung der Heizungstem- 15 kammer und Rückschlagventil geschalteten Luftkamperatur über die ganze Länge der Heizung ist es er- mer die Schwingung des geförderten Luftmengenstrowünscht, den Gasteilchen eine möglichst große Be- mes verzögert. Die Schwingung des Luftmengenstrowegungsamplitude bei ihrer schwingenden Hin- und mes verschiebt sich aus ihrer reinen Gegenphasigkeit Herbewegung zu geben. Zu diesem Zweck hat man in in der Art, daß das Maximum des Luftmengenstromes bekannten Heizungen stets den Resonanzfall ange- 20 in Richtung auf das nächste Maximum des Brennstrebt, wo die in der Heizung auftretenden Druck- kammerdruckes hingelangt. Als Folge davon verschwingungen der vom Bau und von der Betriebs- schiebt sich aber auch die impulsweise Wärmeenttemperatur bestimmten Eigenschwingung der Hei- wicklung mit ihren Maxima in entsprechender Weise zung entsprechen. Damit erhält man zwar beachtliche in die Maxima des Brennkammerdruckes hinein, so Bewegungsamplituden, doch ist der Resonanzbetrieb 25 daß ein Maximum der Wärmeentwicklung zeitlich einer Heizung mit beträchtlichen Nachteilen ver- weitgehend mit einem Maximum des Brennkammerbunden, druckes zusammenfällt. Da es nunmehr im Augen-

Ein Nachteil besteht zunächst darin, daß die blick des Druckmaximums zugleich zu einem Maxi-Eigenfrequenz der Heizung von deren Größe abhängt. mum in der Entbindung von weiterer Wärme kommt, Da aus Kosten- und Platzgründen die Heizungen 30 wird der Brennkammerdruck hierdurch weiter genicht zu lang sein dürfen, liegt die Eigenfrequenz steigert. Durch die erfindungsgemäße Zwangserregung verhältnismäßig hoch. Damit ist eine exakte Steue- kommt es somit bei jedem Druckmaximum über die rung einerseits schwierig und andererseits die Höhe entwickelten Wärmeimpulse im Bereich der Druckder zu erwartenden Bewegungsamplitude verhält- maxima zu einer schrittweisen Erhöhung der Drucknismäßig klein, weil diese umgekehrt proportional 35 maxima auf sehr hohe Werte. Dies führt wiederum der Eigenfrequenz ist. Zum Betrieb mit günstigeren zu entsprechend hohen Bewegungsamplituden bei der kleineren Frequenzen wären aber Heizungen extremer oszillierenden Verbrennung, ohne daß die Gesetze Länge erforderlich, was wirtschaftlich nicht tragbar der Resonanz beachtet zu werden brauchen,
wäre. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Da der Betrieb bei niedrigen Zwangserregungsfre-Eigenfrequenz entscheidend .von der Temperatur ab- 40 quenzen erfolgen kann, ergeben sich für die Gasteilhängig ist, weshalb die maßgebliche Betriebsfrequenz chen verhältnismäßig hohe Bewegungsamplituden, von dem Endbetriebszustand bestimmt wird, wo die welche sogar diejenigen des Resonanzfalls, der bei Temperatur ihre endgültige maximale Flöhe erreicht vorgegebener Heizungslänge wesentlich höhere Eigenhat. Da somit die Resonanzbedingungen beim An- frequenzen erfordert, um ein Vielfaches übersteigen, laufen der Heizung gerade nicht vorliegen, ist das 45 Darüber hinaus braucht auf die Betriebstemperatur Anfahrverhalten solcher Heizungen schlecht. Daraus und auf die Dimensionen der Heizung keine Rückfolgt der weitere Nachteil, daß sich derartige Hei- sieht genommen zu werden. Brenner vorgegebener zungen nicht durch kurzzeitiges Anschalten und Art können bei Heizungen verschiedener Dimen-Wiederabschalten zur Aufrechterhaltung einer ge- sionen gleichgut verwendet werden; denn eine bewiinschten Temperatur regeln lassen, da sie außerhalb 5° sondere Anpassung zwischen Brenner und Heizungsder Resonanzbedingung betrieben werden müßten. rohr unter Berücksichtigung von Resonanzbedin-Schließlich besteht ein weiterer Nachteil darin, daß gungen ist entbehrlich. Da es auf die Betriebstemcler Brenner und das Heizrohr exakt aufeinander ab- peratur der Heizung nicht ankommt, läßt sich die gestimmt sein müssen, um die Resonanzbedingung Heizung durch kurzes Anschalten und Wiederauszu erfüllen. Brenner vorgegebener Art können nicht 55 schalten auf beliebige aufrechtzuerhaltende Tembei Heizungen beliebiger Dimension verwendet peratur regeln. Das Anfahren der Heizung vom kalten werden. ' Zustand aus bietet keine Schwierigkeiten, weil durch Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine die Zwangserregung und die Einschaltung der ver-ITeizung der eingangs genannten Art zu entwickeln, zögernden Luftkammer er. bei jeder Betriebstemdie ohne im Resonanzbetrieb zu arbeiten, dennoch 60 peratur zur impulsweisen Wärmeentwicklung im Behohe Wärmeübergangszahlen und gleichmäßige Hei- reich, der Druckmaxima der Schwingung kommt,
zimgslemperaturen über ihre Länge aufweist und da- Zur feinen Zerstäubung des ürer.nstoiTs in einer bei betriebssicher durch Zu- und Abschaltung fein- Verbrennungskammer ist es bekannt, ein Röhrchen stufig regelbar ist. für die Zuleitung des Brennstoffes zu verwenden, aas Dies wird erfüidimgsgomäß im we:-:eni!iäiers jr- -j; -i udiaiem Abstand bezüglich- den Dimensionen der reicht durch eine in die Luftzuführung geschaltete, ."jroi.nknmmer angeordnet ist. Eine geschlossene, vom Rückschlagventil einerencis und vom Brenner- über rr.diale Öffnungen in der Brennertopfwand cn:- iopf andererends eingeschlossene Kammer, welche r.ifUwc Kammer, die zur Verzögerung der Impulse

dienen könnte, entsteht hier nicht, zumal Gebläseluft dabei nicht vorgesehen ist. Die Luft soll vielmehr selbsttätig im Resonanzfall in den Unterdruckintervallen in die Brennkammer einströmen, wie auch der Brennstoff ohne Unterdrucksetzung zu diesem Zeitpunkt angesaugt wird.

Bei εnderen Heizungen, die ebenfalls keine den Rückschlagventilen nachgeschaltete Luftkammer vor dem Br.jnnertopf aufweisen, ist es zwar bekannt, zur Vermeidung vorzeitiger Entzündung die Reaktionspartner zeitlich hintereinander durch eine mechanische, von den Eigenschwingungen gesteuerte Einrichtung in den Brennraum eintreten zu lassen, doch liegt das Maximum des Luftzutritts im Gegensatz zur Lehre der Erfindung gerade in Gegenphase zu den Druckschwingungen bei einem Minimum des Druckes und eilt im übrigen der Brennstoffzufuhr vor. • Bei einem Bunsenbrenner ist es zur besseren Durchmischung der Komponenten bekannt, im Mischbereich einen Reaktionspartner teilweise durch Pulsationen in einen kontinuierlich strömenden anderen ι Reaktionspartner einzuleiten, doch ist es dabei durch ' Zuleitung des ersten Reaktionspartners durch nachgeschaltete zusätzliche öffnungen erwünscht, die Wirkungen der Pulsation in der Brennzone praktisch zu beseitigen, um eine gleichmäßige Verbrennung zu erhalten. Eine oszillierende Verbrennung ist uner-. wünscht.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in vereinfachter Darstellung veranschaulicht, und zwar zeigen die

F i g. 1 bis 3 jeweils ein Ausführungsbeispiel einer Heizung im Längsschnitt.

Die Brennstoffzufuhr erfolgt durch eine von einem Motor 4 antreibbare Pumpe 5, die zweckmäßig für flüssigen Brennstoff, insbesondere Heizöl, als Einzylinderkolbenpumpe und für gasförmigen Brennstoff als Membranpumpe ausgebildet ist und in jedem Fall durch die Hubzahl die Erregerfrequenz des Schwingungssystems der Heizung bestimmt. Die Pumpendruckleitung 6 mündet in eine Brennereinrichtung, die im Boden 8 einer topfförmigen Brennkammer 9 , angeordnet ist und eine Einspritzdüse? mit einem Organ aufweist, das in den Pausen zwischen den Einspritzimpulsen die Düsenöffnung zur Brennkammer absperrt. Bei flüssigen Brennstoffen werden zweckmäßig Zapfendüsen verwendet, die erst bei einem gewünschten einstellbaren Einspritzdruck den Brennstoffweg freigeben, so daß der flüssige Brennstoff unter der Wirkung dieses Öffnungsdruckes zerstäubt wird. Die Brennkammer 9 hat einen zylindrischen Mantel 10 mit radialen, der Einführung der Verbrennungsluft dienenden öffnungen 11, und ist an ihrem offenen Ende 12 flanschartig gegen ein die Brennkammer mit Abstand umgebendes rohrförmiges Gehäuse 13 abgestützt. In den rückwärtigen, nach vorn und hinten abgeschlossenen und mit einer dichten Durchführung 14 für die Brennstoffleitung 6 versehenen Teil 15 des Gehäuses 13 mündet die Druckleitung 16 eines Gebläses 17 mit eingebautem Rückschlagventil 18, das in Richtung des Raumes 15 zu öffnen ist. Der vordere offene Teil 19 des Gehäuses !3 bildet einen Brenn- und Heizgaskanal, der in ein ihn niantelartig umgebendes zweites Gehäuse 20 übergeht, dessen Ringraum 21 der weiteren Führung der Heizgase dient und in einen Abzug 22 mündet. In dem Ringkanul 21 werden die Gase zwecks Verlängerung des durch Pfeile bezeichneten Strömungsweges durch eine eingebaute Wendel 23 schraubenlinienförmig geführt. Auf seinem über der Brennkammer 9 liegenden Abschnitt' wirkt der Ringkanal 21 als Rekuperator zur Erwärmung der zwischen ihm und dem Brennkammermantel 10 strömenden Verbrennungsluft.

Trotz der verhältnismäßig kleinen Heizfläche des Rekuperators ergeben sich gute Wärmeleistungen, da

ίο durch die Gasdruckschwingungen die Wärmedurchgangszahlen wesentlich gegenüber stationärer Strömung erhöht sind. Die Wendel 23 kann so dimensioniert werden, daß die Eigenfrequenz des von Brennkammer und Gaskanal gebildeten Schwingungssystems in die Nähe der Einspritzfrequenz kommt. Auf diese Weise läßt sich eine hohe Druckamplitude erzielen, die für die beabsichtigte Verbesserung des Wärmeübergangs wünschenswert ist.

Bei der Heizung nach der F i g. 1 wird die erzeugte Wärme vom Außenmantel 20 des Gaskanals 21 abgeführt. Sie kann daher als Wärmestrahler arbeiten, z. B. als öl- oder gasgefeuertes Strahlrohr für industrielle Anlagen, z. B. Trockenanlagen. Wird das Rohr von außen mit Luft angeblasen, wobei etwa zur Verbesserung des Wärmeüberganges zusätzliche Rippenheizflächen außen aufgebracht sein können, so wirkt es als Lufterhitzer.

Bei der Ausführung nach der Fig. 2 wird die erzeugte Wärme zur Erhitzung oder Verdampfung einer Flüssigkeit benutzt. Zu diesem Zweck sind das Gehäuse 13 und das Gehäuse 20 mit einem Doppelmantel 24 bzw. 25 zur Aufnahme der Flüssigkeit.ausgerüstet.

Bei der Ausführung nach der F i g. 3 ist an die Brennkammer 9 ein System einer einzelnen Rohrschlange oder mehrerer parallelgeschalteter Rohrschlangen 26 angeschlossen, die von den Verbrennungsgasen durchströmt werden. Die Schlange dient der Beheizung von Arbeits- oder Trockenräumen; sie kann aber auch als Strahlungsheizfläche oder zur Erwärmung von Flüssigkeitsbädern dienen. Die abgekühlten Abgase werden in einen koaxial die Brennkammer 9 umgebenden Ringraum 21 zurückgeführt, um durch den Abzug 22 auszutreten. Der Ringraum 21 dient wieder als Rekuperator zur Vorwärmung der Verbrennungsluft. Die Ausführung nach der F i g. 3 zeigt weiter eine andere Ausführung und Anordnung des Rückschlagventils 18, das hier hinter der Brennkammer 9 parallel zu dessen Boden 8 angeordnet ist.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Heizung für gasförmige oder flüssige Brennstoffe, insbesondere Heizöl, mit einem Brennertopf, durch dessen Boden der Brennstoff axial zuführbar ist, und mit einem in der Luftzuführung angeordneten durch Druckschwingungen infolge oszillierender Verbrennung steuerbaren Rückschlagventil, gekennzeichnet durch eine in die Luftzuführung (16) geschaltete, vom Rückschlagventil (18) eincrends und vom Brennertopf (9) andererends eingeschlossene Kammer (15), welche sich in den Brennertopf (9) über radiale öffnungen (M) seiner Seitenwandung (10) entlüftet, und eine die impulsweise Brennstoffzufuhr zwangssteuernde Pumpe (5) mit bei Überschreiten eine;; cinstellbarenGegendrucks sich öffnenden Diisen(7).

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen