DE2804473C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung mit einem mit Primärluft gespeisten Brenner, der zum Eintrittsende eines Wärmetauschrohres gerichtet ist, welches in ein zu erhitzendes Medium eingetaucht ist und dessen Wand Wärme von den Verbren­ nungsgasen auf das Medium übertragen wird, wobei zwischen dem Brenner und dem Wärmetauschrohr eine Kammer vorgesehen ist, in welche Sekundärluft unter Druck zum Zutritt zur Flamme einge­ führt wird.

Bei einer Heizvorrichtung der genannten Art ist es erwünscht, einen Brenner hoher Intensität, d. h. einen Brenner mit einer Wärmeerzeugung von etwa 340 MJ/cm² Querschnittsfläche des Wärme­ tauschrohres, und ein Wärmetauschrohr kleinen Innendurchmessers, daß heißt einen Innendurchmesser, der nicht größer als etwa 10 cm ist, und großer Länge, das heißt ein Rohr mit einem Ver­ hältnis von Länge zu Durchmesser von wenigstens 25 : 1, zu ver­ wenden.

Eine Heizvorrichtung der eingangs genannten Art ist bekannt (DE-AS 23 41 722). Bei dieser bekannten Heizvorrichtung ist die zwischen dem Brenner und dem Wärmetauschrohr angeordnete Kammer von einem zylindrischen Mantel und einer inneren Brennkammer begrenzt, in die der in atmosphärischer Umgebung arbeitende Brenner unter Belassung eines axialen Abstandes koaxial ge­ richtet ist und die in ihrer Axialrichtung gleichbleibenden zylindrischen Querschnitt mit einem Innendurchmesser hat, der etwa dem Innendurchmesser des Wärmetauschrohres entspricht. Die Sekundärluft wird aus der Kammer ohne eine Beschleunigung der Strömung in Richtung gegen das Wärmetauschrohr an Einlaß­ öffnungen tangential in die Brennkammer eingeführt, wodurch auch das Maß oder die Länge der Verbrennung gesteuert werden soll. Hierdurch findet in der Brennkammer aber ein längeres Verweilen der Verbrennungsmedien statt, so daß die Verbrennung zum größten Teil in der Brennkammer und nur zu einem geringen Teil in dem Wärmetauschrohr stattfindet. Hierdurch ergibt sich eine vergleichsweise große Erhitzung der Brennkammer und dem­ gemäß ein vergleichsweise hoher Wärmeverlust über die brenner­ seitige Stirnwand. Zugleich stellt die Brennkammer ein Sicher­ heitsrisiko dar, da dieser sehr heiße Bauteil sich außerhalb des Behälters befindet, wo er unbeabsichtlich berührt werden oder einen Schaden erleiden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Heizvorrichtung der ein­ leitend genannten Art derart auszuführen, daß bei einem Wärme­ tauschrohr kleinen Durchmessers und großer Länge mit geringem Wärmeverlust ein Brenner hoher Intensität verwendet werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß die Kammer eine die Strömungsgeschwindigkeit der Sekundärluft in ihr in Richtung gegen das Eintrittsende des Wärmetauschrohres derart erhöhende Gestalt hat, daß bei stabiler Flamme am Brenner in dem Wärmetauschrohr ein größerer Anteil der Verbren­ nung als im Bereich der Kammer stattfindet.

Bei einer Heizvorrichtung gemäß der Erfindung ist die Strö­ mungsgeschwindigkeit in der zwischen dem Brenner und dem Wärme­ tauschrohr angeordneten Kammer niedrig genug, um am Brenner eine stabile Flamme zu schaffen. Gleichzeitig ergibt sich da­ durch, daß aufgrund der zunehmenden Geschwindigkeit der Sekun­ därluft in der Kammer der größte Teil der Verbrennung im Wärme­ tauschrohr stattfindet, eine nur geringe Erhitzung der Kammer, die praktisch nicht nachteilig ist, wobei gleichzeitig der Wärmeverlust vergleichsweise niedrig ist.

Eine bevorzugte Ausführungsform einer Heizvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer einen Mantel in Form eines kegelstumpfförmigen Ringkörpers aufweist, dessen Ende größeren Durchmessers den Brenner umgibt und eine größere Querschnittsfläche als das Wärmetauschrohr hat und dessen Ende kleineren Durchmesers mit dem Wärmetauschrohr verbunden ist. Der Mantel hat vorzugsweise einen eingeschlossenen Ge­ samtwinkel im Bereich von 20°.

Innerhalb des Mantels erstreckt sich vorzugsweise zwischen dem Brenner und dem Wärmetauschrohr eine mit Öffnungen für den Eintritt der Sekundärluft versehene Abschirmung. Hierbei kann durch Änderung der Abmessungen und der Vertei­ lung der Öffnungen entlang der Abschirmung die Menge oder die Geschwindigkeit der zutretenden Sekundärluft geändert werden.

Schließlich ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel und das Wärmetauschrohr durch nach außen gerichtete Flansche mitein­ ander verbunden sind, die zum Schutz der Behälterwand gegen Wärme an der Wand einer Öffnung eines Behälters für das zu erhitzende Medium anbringbar sind.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielswei­ se erläutert.

Fig. 1 ist eine seitliche Schnittansicht einer Heizvorrich­ tung,

Fig. 2 ist eine in vergrößertem Maßstab gehaltene seitliche Schnittansicht des Brenners und der ihm nachgeordneten Kammer der Heizvorrichtung gemäß Fig. 1.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung weist einen Behälter 10 auf, der bis etwa zur Höhe 11 mit einer zu erhitzenden Flüssigkeit gefüllt werden kann. Unter dem Flüssigkeitsspiegel ist ein Wärmetauschrohr 12, welches bei dem dargestellten Beispiel U-Gestalt hat, in dem Behälter 10 an­ geordnet, und seine beiden Enden befinden sich in Ausrichtung mit jeweils einer zugehörigen Öffnung in einer Wand des Be­ hälters 10. Eine Gasbrennereinrichtung hoher Intensität, die allgemein mit 13 bezeichnet ist, ist außerhalb des Behälters 10 in Verbindung mit einem Ende des Wärmetauschrohres 12 ange­ ordnet. Das andere Ende des Wärmetauschrohres 12 steht mit einem Abzug 14 außerhalb des Behälters 10 über eine eine Saug­ wirkung hervorrufene Einrichtung 15 in Verbindung, die eben­ falls außerhalb des Behälters 10 angeordnet ist. Das Wärme­ tauschrohr 12 und die Brennereinrichtung 13 sowie das Rohr 12 und die eine Saugwirkung hervorrufene Einrichtung 15 sind je­ weils miteinander verbunden und an der Behälterwand mittels sich radial erstreckender Flansche 16 bzw. 17 befestigt, durch welche ein flüssigkeitsdichter Abschluß mit der Behälter­ wand gebildet wird. Die Flanschverbindung 16 dient weiterhin dazu, die Behälterwand gegen die Wärme der Brennereinrichtung 13 und des Eintrittsendes des eingetauchten Wärmetauschrohres 12 zu schüt­ zen. Wenn der Behälter 10 aus einem gegen Wärme besonders emp­ findlichen Material besteht, beispielsweise aus glasfaserver­ stärktem Kunststoffmaterial, kann die radiale Erstreckung der Flansche 16 vergrößert werden, oder sie können durch eine re­ lativ dünne Metallmembran ersetzt werden (nicht dargestellt). Es kann auch ein nicht dargestellter Kragen oder Bund mit sich radial erstreckenden Rippen zur Wärmeabgabe zwischen der Brennereinrichtung 13 und der Behälterwand vorgesehen sein.

Die Brennereinrichtung 13 weist einen Gasbrenner 18 auf, der am Ende eines Gaseintrittsrohres 19 angebracht ist und als Flächenbrenner ausgebildet ist. Der Brenner 18 ist mit nicht dargestellten Luftzutrittsöffnungen versehen, durch welche hindurch Primärluft zugelassen wird, die mit von dem Rohr 19 kommendem Gas gemischt wird. Das Gemisch wird stromabwärts des Brenners 18 gezündet, wo rund um den Brenner 18 zutretende Sekundärluft der Flamme zugeführt wird.

Sekundärluft wird in eine zwischen dem Brenner 18 und dem Wärmetauschrohr 12 vorgesehene Kammer 20′ eingeführt, die von einem Mantel 20 in Form eines kegelstumpfförmigen konischen Ringkörpers umgeben ist, dessen Ende kleineren Durchmessers etwa den gleichen Durchmesser wie das Wärmetauschrohr 12 hat und mit diesem über die Flanschverbindung 16 verbunden ist, während das Ende größeren Durchmessers des Mantels 20 den Brenner 18 gleichachsig umgibt. Die Gestalt des Mantels 20 ist so berechnet, daß sich in der Kammer 20′ eine zunehmende Erhöhung der Geschwindigkeit der hinzutretenden Sekundärluft von einem relativ niedrigen Wert nahe dem Brenner 18 zu einem relativ hohen Wert nahe dem Zutrittsende des Wärmetauschrohres 12 er­ gibt. Die Anordnung ist so getroffen, daß nahe dem Brenner 18 die Geschwindigkeit der Sekundärluft niedrig genug ist, um ein Abreißen der Flamme zu verhindern und das Aufrechterhalten eine stabilen Flamme zu gewährleisten, wobei durch die zu­ nehmende Beschleunigung der Sekundärluft in Richtung gegen das Wärmetauschrohr 12 gewährleistet wird, daß das Brennmittelge­ misch in das Wärmetauschrohr 12 geführt wird, bevor in dem Mantel 20 ein großer Anteil der Verbrennung stattgefunden hat. Hierdurch ist gewährleistet, daß der größere Teil der Verbren­ nung in dem Wärmetauschrohr 12 stattfindet, mit dem Ergebnis, daß der Mantel 20 nur einem relativ kleinen Teil der Wärmeabgabe des Brenners 18 ausgesetzt ist. Der Mantel 20 ist in jedem Fall durch die eintretende Sekundärluft gekühlt, so daß es möglich ist, daß die Brennereinrichtung 13 außerhalb des Behälters 10 arbeitet, ohne außen eine hohe Tempe­ ratur mit sich daraus ergebendem Wärmeverlust zu erreichen.

Die Tatsache, daß kein sehr heißer Bauteil außerhalb des Be­ hälters 10 vorhanden ist, stellt auch ein Sicherheitsmerkmal der Vorrichtung dar. Der Mantel 20 hat einen eingeschlossenen Gesamtwinkel von 20°.

Der Brenner 18 weist eine kegelstumpfförmige Abschirmung 21 auf, die das Eintreten der Sekundärluft verzögert und die gleichach­ sig in dem Mantel 20 in umgekehrt konischer Beziehung zu diesem angeordnet ist. Von dem Ende größeren Durchmessers der Abschir­ mung 21 erstreckt sich eine mit Öffnungen 23 versehene Abschir­ mung 22 in Form einer Hülse zum Eintrittsende des Wärmetausch­ rohres 12, so daß die Sekundärluft die Flamme durch die Öffnun­ gen 23 in der Hülse 22 erreicht. Es ist ersichtlich, daß, falls erforderlich, das Ausmaß oder die Geschwindigkeit des Zutretens von Sekundärluft zur Flamme geändert werden kann, indem die Ab­ messungen und Verteilung der Öffnungen 23 entlang der Länge der Hülse 22 geändert werden.

Es ist zu verstehen, daß durch die Saugwirkung der Einrichtung 15 eine erzwungene Strömung der zur Brennereinrichtung 13 tre­ tenden Primärluft und Sekundärluft hervorgerufen wird und auch die Bewegung der Verbrennungsgase entlang der Länge des Wärmetauschrohres 12 unterstützt wird. Diese kann aber auch durch eine nicht dargestellte Einrichtung ersetzt werden, mittels welcher stromauf des Brenners 18 Druckluft in den Man­ tel 20 eingeführt wird. Es kann auch eine Kombination von Druck­ wirkung und Saugwirkung angewendet werden, um die Verbrennungs­ luft unter Druck einzuführen und die Verbrennungsgase entlang der Länge des Wärmetauschrohres 12 vorzubewegen.

Der Mantel 20 ist vorzugsweise mit einem Schalldämpfer verbunden, der bei 34 in Fig. 2 schematisch angedeutet und stromaufwärts des Brenners 18 angeordnet ist.

Um den Wärmeaustausch zwischen den Verbrennungsgasen und der Wand des Wärmetauschrohres 12 zu unterstützen, kann ein ebener Me­ tallstreifen 35, der um seine Achse verdreht ist, wenigstens in einem Endteil des Wärmetauschrohres 12 angeord­ net werden, wodurch die Verbrennungsgase gezwungen werden, innerhalb des Wärmetauschrohres 12 einem schraubenlinienför­ migen Weg zu folgen.

Claims (5)

1. Heizvorrichtung mit einem mit Primärluft gespeisten Brenner (18), der zum Eintrittsende eines Wärmetauschrohres (12) gerichtet ist, welches in ein zu erhitzendes Medium einge­ taucht ist und von dessen Wand Wärme von den Verbrennungsgasen auf das Medium übertragen wird, wobei zwischen dem Brenner (18) und dem Wärmetauschrohr (12) eine Kammer (20′) vorgesehen ist, in welche Sekundärluft unter Druck zum Zutritt zur Flamme eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (20′) eine die Strömungsgeschwindigkeit der Sekun­ därluft in ihr in Richtung gegen das Eintrittsende des Wärmetausch­ rohres (12) derart erhöhende Gestalt hat, daß bei stabiler Flam­ me am Brenner (18) in dem Wärmetauschrohr (12) ein größerer Anteil der Verbrennung als im Bereich der Kammer (20′) stattfindet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (20′) einen Mantel (20) in Form eines kegel­ stumpfförmigen Ringkörpers aufweist, dessen Ende größeren Durch­ messers den Brenner (18) umgibt und eine größere Querschnitts­ fläche als das Wärmetauschrohr (12) hat und dessen Ende kleineren Durchmessers mit dem Wärmetauschrohr (12) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (20) einen eingeschlossenen Gesamtwinkel im Bereich von 20° hat.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß sich innerhalb des Mantels (20) zwischen dem Brenner (18) und dem Wärmetauschrohr (12) eine mit Öffnungen (23) für den Eintritt der Sekundärluft versehene Abschirmung (22) er­ streckt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (20) und das Wärmetauschrohr (12) durch nach außen gerichtete Flansche (16) miteinander verbunden sind, die an der Wand einer Öffnung eines Behälters (10) für das zu erhitzende Medium anbringbar sind.