DE202005012279U1

DE202005012279U1 - Vormischender Brenner mit einem zylindrischen Flammenhalter sowie Heizkessel mit einem solchen Brenner

Info

Publication number: DE202005012279U1
Application number: DE200520012279
Authority: DE
Original assignee: Toby AG
Current assignee: GLUTZ AG, CH
Priority date: 2004-10-22
Filing date: 2005-08-04
Publication date: 2005-10-20
Anticipated expiration: 2015-08-05
Also published as: CH694972A5

Abstract

Brenner (1) für flüssige Brennstoffe, bei dem der zur Verbrennung zugeführte flüssige Brennstoff verdampft oder zerstäubt wird, und der verdampfte oder zerstäubte Brennstoff mit Luft gemischt wird, bei dem das Brennstoff-/Luft-Gemisch dem Innenraum eines zylindrischen Flammenhalters (10) zuführbar ist, wobei die zylindrische Mantelfläche des Flammenhalters (10) von einem zylindrischen Mantel (15) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Mantel (15) in seiner zylindrischen Fläche Öffnungen (16; 33) aufweist, durch die die heißen Verbrennungsgase hindurchtreten und so direkt zur Innenwand (30) eines Heizkessels strömen können, um die Wärme auf die Innenwand (30) des Heizkessels abzugeben.

Description

Vormischender Brenner mit einem zylindrischen Flammenhalter sowie Heizkessel mit einem solchen Brenner
Die Erfindung bezieht sich auf einen vormischenden Brenner der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art sowie auf einen Heizkessel mit einem solchen Brenner gemäß dem Oberbegriff des Anspruch 6.
Solche Brenner werden vorteilhaft in Heizkesseln für Wohn- und Nichtwohnbauten verwendet, mit denen Raumwärme und warmes Brauchwasser erzeugt werden. Dabei wird meist als Brennstoff leichtes Heizöl verwendet.
Ein Brenner der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art ist aus DE-U1-20 2004 000 399 bekannt. Um die Stabilität der Flamme des Brenners zu verbessern, wurde hier vorgeschlagen, um den Flammenhalter einen Mantel zu legen, der die direkte Wärmeabstrahlung vom Ort der Flamme auf die Innenwand des Heizkessels verhindert.
Ein Brenner, bei dem diese Maßnahme erfolgreich einsetzbar ist, war zuvor in WO-A1-00/12935 offenbart worden.
Aus EP-A2-0 794 384 ist ein Strahlungsschild bekannt, durch den erreicht werden soll, dass die Zündung des Brenners verbessert und Pfeifgeräusche zu vermeiden, die durch Schwingungen der Flamme hervorgerufen werden.
Es hat sich gezeigt, dass die durch den Mantel gemäß DE-U1-20 2004 000 399 erwarteten Vorteile zwar erreicht werden, dass aber gleichzeitig unerwünschte Nebenwirkungen auftreten. Durch den Mantel ergibt sich, dass die Flammentemperatur am Flammenhalter deutlich erhöht ist, was insoweit sehr nachteilig ist, weil dadurch der unerwünschte Gehalt an Stickoxiden NO_x in den Abgasen erhöht wird. Die Bildung größerer Mengen von Stickoxiden NO_x ist auch ein Index einer nicht optimalen Verbrennung. Außerdem hat sich gezeigt, dass es zur Bildung von Ruß und von Kohlenmonoxid kommt, was offenbar damit zusammenhängt, dass sich die Flamme, die bei dieser Art des Brenners mit einem zylindrischen Flammenhalter ein Flammenteppich ist, nach dem Brennerstart am zunächst kalten Mantel stark abkühlt. Die Verbrennung ist dadurch nicht vollständig.
Die erhöhte Flammentemperatur während des Betriebs führt außerdem zu einer erhöhten Temperatur im Innenraum des Flammenhalters, woraus eine Neigung zur Selbstzündung resultieren kann, was ebenfalls problematisch ist. Weist der Mantel, wie in der genannten Schrift gezeigt, Öffnungen für die Zündelektrode und eine Ionisationssonde auf, so bildet sich an diesen Durchführungen eine scharfe Flammenspitze von der Art eines Jets, was an der Wandung des Heizkessels zu unerwünschten lokalen Überhitzungen führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brenner zu schaffen, dessen Betriebsverhalten hinsichtlich der vorstehend genannten Probleme verbessert ist.
Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen: 1 einen Schnitt eines Brenners,
2 ein Schema mit maßlichen Gestaltungsrichtlinien im Hinblick auf eine Anordnung des Brenners in einem Heizkessel,
3 einen Schnitt einer besonderen Ausführungsform eines Mantels und
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Mantels.
In der 1 ist ein Brenner 1 gezeigt, wobei dieses Ausführungsbeispiel einen Sturzbrenner zeigt, bei dem die Aufbereitung des zur Verbrennung kommenden Gemisches aus Brennstoff und Luft oberhalb des Flammenraumes erfolgt und bei dem die Flamme von oben nach unten brennt. Solche Sturzbrenner sind insbesondere für Niedertemperaturkessel geeignet. Weil der Brenner 1 oben im Heizkessel angeordnet ist, kann kein Kondensat in den Brenner 1 eindringen und dessen Funktion beeinträchtigen. Es sei hier aber betont, dass die nachfolgend geschilderte erfindungsgemäße Lehre nicht auf diese Brennerbauart beschränkt ist.
Der Aufbau eines solchen Brenners 1 ist teilweise aus WO-A1-00/12935 bekannt. Bei einem solchen Brenner 1 treibt ein elektrischer Motor 2 eine Welle 3 an, auf der Rotoren 4 als Teil eines Gebläses 5 befestigt sind. Auf der gleichen Welle 3 sind auch ein Zerstäuberbecher 5 und ein Mischrad 6 befestigt, die innerhalb einer Verdampferkammer 7 angeordnet sind, die mittels einer in deren Gehäuse integrierten elektrischen Heizung 8 wenigstens beim Brennerstart beheizbar ist. Unterhalb der Verdampferkammer 7, bei einem Brenner nach WO-A1-00/12935 oberhalb der Verdampferkammer 7, schließt sich ein Flammenhalter 10 an, dessen zylindrischer Mantel aus zwei ineinander liegenden Lochblechen gebildet ist, nämlich einem äußeren Lochblech 11 und einem inneren Lochblech 12. Am der Verdampferkammer 7 gegenüber liegenden Ende ist der Flammenhalter 10 durch einen Boden 13 verschlossen. Nicht dargestellt sind hier eine Zündelektrode und eine Sonde einer Ionisationsmesseinrichtung, die beide in der Nähe der Mantelfläche des Flammenhalters 10 angeordnet sind, wie dies in WO-A1-00/12935 gezeigt ist. Die Mantelfläche des Flammenhalters 10 ist jener Ort, an dem die Flamme entsteht.
Die Mantelfläche des Flammenhalters 10 ist, wie in DE-U1-20 2004 000 399 gezeigt, von einem Mantel 15 umgeben. Der Mantel 15 umschließt die gesamte Mantelfläche des Flammenhalters 10 sowie einen Teil der Verdampferkammer 7. Durch diesen Mantel 15 wird erreicht, dass die Flamme am Flammenhalter 10 unter allen Betriebsbedingungen stabil brennt. Die vom Flammenhalter 10 abgestrahlte Wärme trifft auf die Innenwand des Mantels 15, der wie der Flammenhalter 10 aus hitzebeständigem Stahlblech besteht. Nach dem Entstehen der Flamme am Flammenhalter 10 wird der Mantel 15 sehr schnell aufgeheizt, weil dessen Wärmekapazität außerordentlich klein ist, im Vergleich zur Wärmekapazität des Heizkessels geradezu unbedeutend klein. Somit spielt es für die Stabilität der Flamme keine Rolle, welche Temperatur die Innenwand des Heizkessels aufweist. Die Flamme brennt durch die Wirkung des Mantels 15 wenige Sekunden nach ihrem Entstehen vollkommen stabil, unabhängig davon, wie groß die Temperatur des Heizkessels ist.
Der Mantel 15 hat aber den eingangs erwähnten Nachteil, dass die Flammentemperatur am Flammenhalter 10 deutlich erhöht ist, was insoweit sehr nachteilig ist, weil dadurch der unerwünschte Gehalt an Stickoxiden NO_x in den Abgasen erhöht wird.
Erfindungsgemäß weist der Mantel 15 in seiner zylindrischen Fläche Öffnungen auf, durch die die heißen Verbrennungsgase hindurchtreten und so direkt zur Innenwand eines Heizkessels strömen können, um die Wärme auf die Innenwand des Heizkessels abzugeben. Die direkte Wärmeabstrahlung vom Flammenhalter 10 zur Innenwand des Heizkessels wird zwar nicht vollkommen verhindert, jedoch wird durch die Öffnungen im Mantel 15 ein guter Kompromiss erzielt zwischen der Verhinderung der Rückwirkung der kalten Heizkesselwand auf den Flammenhalter 10 und der Wärmeabgabe vom Flammenhalter 10 auf den Heizkessel erzielt.
Nach einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung besteht der Mantel 15 aus einem gelochten Blech, so dass die vorgenannten Öffnungen gebildet sind durch Löcher 16 im Mantel 15. Vorteilhaft ist es, wenn der Flächenanteil von Löchern 16 wenigstens 25 % und maximal 50 % der Gesamtfläche ausmacht und der Durchmesser der Löcher 16 zwischen 1 und 4 mm beträgt. Dadurch wird erreicht, dass der Mantel 15 für die direkte Wärmeabstrahlung vom Flammenhalter 10 auf die Innenwand des Heizkessels immer noch ein bedeutendes Hindernis darstellt, so dass die Wärmeabstrahlung vom Flammenhalter 10 von der Temperatur der Innenwand des Heizkessels kaum abhängig ist. Durch die Löcher 16 kann aber das heiße Abgas zur Innenwand des Heizkessels hindurchtreten, so dass das heiße Abgas die latente Wärme durch unmittelbaren Kontakt mit der Innenwand des Heizkessels auf diese Innenwand übertragen kann. Zusätzlich wirkt die Wärmeabstrahlung vom Flammenhalter 10 auf die Innenwand des Heizkessels, aber eben in einem erheblich geringerem Ausmaß als dann, wenn der Mantel 15 nicht vorhanden wäre.
In der 1 ist außerdem gezeigt, dass um den oberen Bereich des Flammenhalters 10 ein Umlenkkragen 18 gelegt ist. Die Funktion dieses Umlenkkragens 18 ist in WO-A1-00/12935 detailliert beschrieben. Bei einem in WO-A1-00/12935 gezeigten Brenner, der von unten in einen Heizkessel eingebaut wird, ist er unverzichtbar. Bei einem Sturzbrenner, wie er hier gezeigt ist, ist er an sich entbehrlich, weil eine Umlenkung des heißen Abgases nicht erzwungen werden muss, denn sie findet wegen der geringeren spezifischen Dichte des heißen Abgases ganz von selbst statt, indem das heiße Abgas am oberen Teil des Flammenhalters 10 ohnehin aufwärts strömt und so die Verdampferkammer 7 erwärmt. Aus diesen Gründen ist der Umlenkkragen 18 beim Gegenstand des DE-U1-20 2004 000 399 nicht gezeigt, weil er dort nicht erforderlich ist.
Durch die vorteilhafte Gestaltung des Mantels 15 mit den Löchern 16 wird nun aber bewirkt, dass gegenüber DE-U1-20 2004 000 399 die Flammentemperatur deutlich abgesenkt wird. Um trotzdem eine genügende Aufheizung der Verdampferkammer 7 zu erreichen, ist also der Umlenkkragen 18 vorteilhaft. Unverzichtbar ist er aber nicht, denn die Verdampferkammer 7 besitzt wie erwähnt in ihrem Gehäuse eine integrierte elektrische Heizung 8. Durch das Vorhandensein des Umlenkkragens 18 wird nun aber erreicht, dass die elektrische Heizung 8 früher abgeschaltet werden kann.
Eine aus WO-A1-00/12935 bekannte Zündelektrode und eine daraus ebenfalls bekannte weitere Elektrode einer Ionisationsmesseinreichung können in der dort gezeigten Weise am Flammenhalter 10 plaziert sein und liegen dabei wegen der größeren Durchmessers des Mantels 15 innerhalb dieses Mantels 15, so dass im Mantel 15 die in DE-U1-20 2004 000 399 gezeigten Öffnungen im Mantel 15 bei der Ausführung des Mantels 15 gemäß 1 nicht nötig sind. Damit wird auch die Bildung der eingangs erwähnten Jets verhindert.
In der 2 ist schematisch gezeigt, wie sich die Durchmesser von Flammenhalter 10, Mantel 15 zum Durchmesser eines Heizkessels verhalten, wenn der Brenner 1 bestimmungsgemäß in einen Heizkessel eingebaut wird. Ein Teil einer Innenwand 30 eines solchen Heizkessel ist in der 2 dargestellt. Diese Innenwand 30 ist zylindrisch und hat einen Durchmesser D_K. Konzentrisch dazu sind der Flammenhalter 10 mit einem Außendurchmesser D_F und der Mantel 15 mit einem Durchmesser D_M angeordnet. Es ist vorteilhaft, wenn das Verhältnis Außendurchmesser D_F des Flammenhalters 10 zu Durchmesser D_K des Heizkessels etwa 1 zu 3 beträgt. Vorteilhaft ist weiter, wenn das Verhältnis Durchmesser D_M des Mantels 15 zu Durchmesser D_K des Heizkessels etwa 2 zu 3 bis 5 zu 6 beträgt. Dadurch wird eine optimale Flammenbildung und eine optimale Wärmeabgabe auf den Heizkessel sowohl bei Minimallast als auch bei Nennlast erreicht.
In der 3 ist eine besondere Ausführungsform des Mantels 15 gezeigt. Der Mantel 15 besteht hier aus einzelnen konischen Ringen 32, die mit Abstand übereinander gestapelt sind, und zwar so, dass der eine Ring 32 teilweise innerhalb des benachbarten Rings 32 liegt. Dadurch wird erreicht, dass zwischen den Ringen 32 Spalten 33 existieren, durch die die heißen Verbrennungsgase ungehindert strömen können, wie dies mit punktierten Linien mit Pfeil beispielhaft dargestellt ist. Gleichzeitig wird die direkte Wärmeabstrahlung vom Flammenhalter 10 zur Innenwand 30 (2) des Heizkessels verhindert. Damit wird die in DE-U1-20 2004 000 399 dargestellte Wirkung erreicht, gleichzeitig werden aber die eingangs erwähnten Probleme vermieden. Insoweit ist die Lösung gemäß 3 besonders vorteilhaft, wenngleich sie fertigungstechnisch aufwendig ist.
In der 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt. Hier besteht der Mantel 15 aus zwei ineinanderliegenden Teilen, nämlich einem inneren Mantel 15.1 und einem äußeren Mantel 15.2. In den Mänteln 15.1 und 15.2 sind wie beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 Löcher 16 vorhanden. Die Löcher 16 sind im inneren Mantel 15.1 gegenüber den Löchern 16 im äußeren Mantel 15.2 versetzt. Hier wird nun die direkte Wärmeabstrahlung vom Flammenhalter 10 zur Innenwand 30 (2) des Heizkessels praktisch vollständig verhindert, dass dieses Ausführungsbeispiel den Vorteil der einfachen Herstellbarkeit eines Mantels 15 mit Löchern 16 gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 1 verbindet mit dem Vorteil der völligen Unterbindung der direkten Wärmeabstrahlung vom Flammenhalter 10 auf die Innenwand 30 (2) des Heizkessels.

Claims

Brenner (1) für flüssige Brennstoffe, bei dem der zur Verbrennung zugeführte flüssige Brennstoff verdampft oder zerstäubt wird, und der verdampfte oder zerstäubte Brennstoff mit Luft gemischt wird, bei dem das Brennstoff-/Luft-Gemisch dem Innenraum eines zylindrischen Flammenhalters (10) zuführbar ist, wobei die zylindrische Mantelfläche des Flammenhalters (10) von einem zylindrischen Mantel (15) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Mantel (15) in seiner zylindrischen Fläche Öffnungen (16; 33) aufweist, durch die die heißen Verbrennungsgase hindurchtreten und so direkt zur Innenwand (30) eines Heizkessels strömen können, um die Wärme auf die Innenwand (30) des Heizkessels abzugeben.
Brenner (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen gebildet sind durch Löcher (16) im Mantel (15), wobei der Flächenanteil von Löchern (16) wenigstens 25 % und maximal 50 % der Gesamtfläche des Mantels (15) ausmacht.
Brenner (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Löcher (16) zwischen 1 und 4 mm beträgt.
Brenner (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (15) zusammengesetzt ist aus einem inneren Mantel (15.1) und einem äußeren Mantel (15.2), wobei die Löcher (16) im inneren Mantel (15.1) gegenüber den Löchern (16) im äußeren Mantel (15.2) versetzt sind.
Brenner (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (15) besteht aus konischen Ringen (32), die mit Abstand übereinander gestapelt sind, und zwar so, dass der eine Ring (32) teilweise innerhalb des benachbarten Rings (32) liegt, so dass zwischen den Ringen (32) die Öffnungen darstellende Spalten (33) vorhanden sind, durch die die heißen Verbrennungsgase hindurchtreten.
Heizkessel mit einem Brenner (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einem zylindrischen Wärmetauscher, dessen zylindrische Innenwand (30) einen Durchmesser D_K aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (15) einen Durchmesser D_M aufweist und dass das Verhältnis Durchmesser D_M des Mantels (15) zu Durchmesser D_K des Heizkessels etwa 2 zu 3 bis 5 zu 6 beträgt.
Heizkessel gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Flammenhalter (10) einen Außendurchmesser D_F aufweist und dass das Verhältnis Außendurchmesser D_F des Flammenhalters (10) zu Durchmesser D_K des Heizkessels etwa 1 zu 3 beträgt.