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Heizkessel mit Brenner für flüssige oder gasförmige Brennst@ffe Stand
der Technik Es ist üblich, daß Heizkessel und Brenner getrennt, d. h.
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in verschiedenen Fabriken gefertigt werden. Dies hat zur Folge, daß
ein Heizkessel mit Brennern verschiedenster Ausführung und Fabrikate ausgerüstet
werden kann. Eine gemeinsame Konstruktion von Heizkesseln und Brennern - bs-Bereich
sonders im nichtindustriellen /- erfolgt somit nicht. Die Abstimmung der verschiedenen
Heizkesseltypen und Brennerausführungen erfolgt durch Versuche. Außerdem geben die
Herstellerfirmen von Heizkesseln und Brennern an ihre Kunden die in der Vergangenheit
mit den verschiedenen Typen gesammelten Erfahrungen weiter, anhand deren dann eine
Fachberatung zur Zusammenstellung von Heizkesseln und Brennern erfolgen kann.
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Zwar ist es auch schon bekannt, Heizkessel mit bereits angebauten
und betriebsfertig eingeregelten Brennern zu liefern, jedoch besteht auch bei diesen
vorbekannten Bauarten keine funktionelle Abhängigkeit von Heizkessel und Brenner,
d. h. jedes Aggregat ist auch an einem anderen Aggregat ohne weiteres verwendbar.
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Für den industriellen Bedarf sind allerdings Brenner bekannt, die
nur mit einer auf einen bestimmten Brenner abgestimmten Brennkammer funktionstüchtig
sind. Diese werden Kombustoren oder Halbkombustoren genannt. Die Leistung dieser
Einheiten wird nur zum Teil als Wärme eingesetzt, zum anderen Teil
werden
die Abgase als oxydierende, inerte oder reduzierende Atmosphären irgendeinem verfahrenstechnischen
Prozeß zugeführt. Die eigentliche Brennkammer, in diesem Fall eher als eine Reaktionskammer
zu bezeichnen, ist sehr klein.
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Die Luftzuführung erfolgt über einen getrennt aufgestellten Kompressor.
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Nun ist die Konstruktion von Kesseln und Brennern in der kleinen und
bisher in vollautomatischer Ausführung nicht bekannten Bauweise, soll sie kostengünstig
sein, recht schwierig. Insbesondere bei gußeisernen Heizkesseln ist die Einhaltung
eines wirtschaftlichen Leistungsgewichtes ebenfalls mit Schwierigkeiten verbunden.
Das liegt vor allem daran, daß die Volumina des Wärmeträgermediums im Vergleich
zur Leistung des betreffenden Heizkessels recht groß sein müssen. Auf der Wasserseite
ist die Geschwindigkeit der Wasserströmung nicht ohne weiteres zu erhöhen. Ebensowenig
können die wärmeübertragenden Flächen des nachgeschalteten Wärmetauschers beliebig
herabgesetzt werden.
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Bei Brennern und insbesondere bei -Ölbrennern liegen die Schwierigkeiten
vor allem auf dem Gebiet der Aufbereitung, d. h. der Verdüsung des Heizöls. Kleine
Mengen bedeuten kleine Düsenbohrungen, die leicht verstopfen können. Man wird deshalb
gezwungen sein, eine andere und teurere Art der Verdüsung einzusetzen und das Heizöl
zusätzlich gut zu filtern, wobei im Interesse der Filterstandzeiten diese Filter
größer als üblich sein müssen. Mit fallenden Leistungen, d. h. insbesondere für
den privaten Bereich - z. B. für Einfamilienhäuser - wird ein Brenner teurer.
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Diese Probleme lassen sich auch nicht mit der durch die DT-OS 25 54
810 vorbekannten Bauart lösen, bei welcher das Türblatt der Feuerraumtür des Heizkessels
als Grundplatte für den Brenner dient und auf der Innenseite der Feuerralumtür mit
Abstand von dieser eine Schutzplatte angeordnet ist,
so daß Türblatt
und Schutzplatte einen Kanal für die Frischluftzufuhr zum Brenner bilden. Insbesondere
ist auch bei dieser vorbekannten Bauart keine funktionelle Abstimmung von Brenner
und Heizkessel gegeben, d. h. beide Aggregate lassen sich ebenfalls auch mit anderen
Typen zusammenbauen.
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Im übrigen baut diese Konstruktion nach außen verhältnismäRig groß,
wobei die äußeren Abmessungen noch durch eine Brenner und Antriebsmotor abdeckende
Schutzhaube vergrößert werden.
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Eine Reduzierung der Herstellkosten gegenüber üblichen Heizkesseln
und Brennern ist ebenfalls nicht gegeben. Außerdem sind die Heizungsräume in der
Regel sehr klein, so daß die Wartungsarbeiten an in den Heizungsraum hineinragenden
Brennern relativ schwierig und demgemäß teuer sind.
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Aufgabe Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Heizkessel
mit Brenner für flüssige oder gasförmige Brennstoffe, insbesondare für den nichtindustriellen
Bereich - vornehmlich zum Beheizen privater Häuser - zu schaffen, wobei beide Aggregate
in ihren Funktionen aufeinander abgestimmt sein sollen, um einen optimalen Wirkungsgrad
zu ermöglichen. Der erfindungsgemäß angestrebte Heizkessel mit Brenner soll im übrigen
relativ kompakt bauen und eine gute Qualität der Verbrennung ermöglichen.
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Lösung Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 wiedergegebenen Merkmale
gelöst.
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Einige Vorteile Durch die Erfindung wird zunächst die Möglichkeit
eröffnet, auf ein vom Heizkessel separates Luftgehäuse für den Brenner vollkommen
zu verzichten, da dieses Luftgehäuse Bestandteil des Heizkessels selbst ist. Infolgedessen
baut ein Heizkessel mit Brenner gemäß der Erfindung sehr kompakt, da-das Luftgehäuse
nicht mehr - wie üblich - an einer Stirnseite des Heizkessels außen übersteht.
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Geht man davon aus, daß üblicherweise etwa 25 bis 30 Prozent der Kosten
eines Brenners auf das Luftgehäuse entfallen, so lassen sich bei Anwendung der Erfindung
auch die Herstellkosten erheblich reduzieren.
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Da bei einer erfindungsgemäß ausgestalteten Heizkesselanlage der Brenner
mit seinem Luftgehäuse und seinem Gebläse ftir die Förderung der Verbrennungsluft
in dem Kessel selbst angeordnet sind, ergibt sich gegenüber herkömmlichen Bauarten
eine erhebliche Geräuschdämpfung, so daß eine Kesselanlage gemäß der Erfindung auch
umweltfreundlich ist.
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Durch diese Ausgestaltung ergibt sich auch eine günstige konstrutive
Gestältung des Brenners selbst, da die Kanäle für die Heranführung der Verbrennungsluft
ohne weiteres so angeordnet werden können, daß die angesaugte Frischluft an der
schwer zu isolierenden Stirnseite des Heizkessels und an dem beispielsweise außerhalb
des Kessels angeordneten Antriebsmotor für das Gebläse des Brenners vorbeistrecht,
so daß die Motorleistung wirkungsvoll ausgenutzt werden kann. Die an der Stirnseite
des Heizkessels vorbeiströmende Kaltluft nimmt im übrigen sonst die größtenteils
durch Strahlung verlorengehende Wärme auf und wird durch die Frischluft wieder in
die Brennkammer eingebracht.
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Die auf diese Weise vorgewärmte Verbrennungsluft verbessert die Qualität
der Verbrennung erheblich.
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Weitere Anspruche Anspruch 2 beschreibt eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung.
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Bei Ausgestaltung gemäß Anspruch 3 ergibt sich eine konstraktiu mit
einfachen Mitteln zu verwirklichende Ausführung.
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Gemäß Anspruch 4 wird das Luftgehäuse des Brenners in einem Arbeitsgang
mit der Herstellung des betreffenden Kesselgliedes gefertigt.
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Besteht der Heizkessel aus Stahlblech, so gibt Anspruch 5 für die
Herstellung des Luftgehäuses in dem betreffenden Heizkessel eine beispielsweise
Lehre zum technischen und planmäBigen Handeln.
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Bei Ausgestaltung nach Anspruch 6 können auch Kanäle für die Zufuhr
der Verbrennungsluft in den Wandungen des Kessels angeordnet werden.
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Aus Anspruch 7 ist eine Ausführungsform zu entnehmen, bei we:lcher
mit elnfachen Mitteln eine Leitfläche hergestellt wird, durch welche die angesaugte
Kaltluft in wirksamer Weise die an der Stirnseite des betreffenden Heizkessels sonst
verlorengehende Strahlungswärme aufnehmen und der BrennS zzzer weder zuführen kann.
Dabei läßt sich die LeXtrt'lächs aus einer aus Blech bestehenden Platte herstellen,
die im Abstand des Radialgebläses zwischen Motor und Gebläse des Brenners angeordnet
ist und eine solche Form und Abmessungen aufweist, daß die wärmemäßig nicht isolierte
Stirnseite des Heizkessels weitgehend von der angesaugten Kaltluft gestrichen wird.
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Die Auszührungsforin gemäß Anspruch 8 ermöglicht die drlokseitige
Regelung der Verbrennungsluft, was günstig ist.
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Diese Regelung wird durch eine entsprechende Verdrehung des Flammrohres
erreicht. Dadurch wird ein mehr oder weniger großer Teil der Ausnehmung freigegeben.
Der zu Anfang der Öffnung der Ausnehmung freigegebene Luftspalt tangiert am kreisförmigen
Querschnitt der Ausblasöffnung des Luftgehäuses des Brenners, so daß die Verbrennungsluft
innerhalb des Ausblasrohres in Rotation gebracht wird. Die Rotationsgeschwindigkeit
ist bei kleinster Luftleistung am
höchsten, da durch die druckseitige
Regelung bedingt die Austrittsgeschwindigkeiten am größten sind und eben in diesem
Zustand die Strömungsrichtung tangential zum Ausblasrohr des Luftgehäuses des Brenners
angeordnet ist.
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Je mehr die Ausnehmung des Flammrohres geöffnet wird, desto mehr nähert
sich die Luftströmung der Achse des Ausblaskanals, wodurch die Rotationsgeschwindigkeit
der Luft mehr und mehr stetig abnimmt. Etwa bei Zweidrittel freigegebener Ausnehmung
ist keine Rotation der Verbrennungsluft mehr vorhanden. In diesem Fall nähert sich
die Luftleistung ihrem Maximum.
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Eine rotierende Strömung verändert schlagartig der. Rotationsdurchmesser
beim Austritt in die Brennkammer. Dieser Rotationsdurchmesser nimmt hierbei schlagartig
zu und reißt die axial zur Strömung austretenden, verdüsten Ölpartikel mit sich.
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Dadurch ergibt sich eine kurze Flamme. Eine Luftströmung ohne Rotation
-nimmt die Öltröpfchen in axialer Richtung indessen erheblich weiter mit, wodurch
die Flamme länger wird. Heizkessel geringer Leistung verfügen über kürzere Brennkammern-*
Die Breiinkammerlänge nimmt mit der Leistung des Heizkessels zu.
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Um flächenmäßig auftretende thermische Überbeanspruchungen der Brennkammer
zu vermeiden, muß die Flammenlänge dieser Brennkammer angepaßt sein, damit die Brennammerwände
auf ihrer gesamten Länge gleichmäßig von der Flamme bestrahlt werden können. Diese
Forderung läßt sich bei der erfindungsgemäß vrorgeschlagenen AusfUhrungsform in
einfacher Weise und optimal erfüllen. Voraussetzung ist jedoch, daß die Strömungsrichtung
der Verbrennungsluft vom Gebläse um einen Winkel von ca. 90 Grad umgelenkt wird.
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Die unproblematische Beeinflussung der Flammenlänge gemäß der Erfindung
ist besonders vorteilhaft bei Gußkesseln, weil die Kesselleistung durch die Anzahl
der Kesselglieder bestimmt wird.
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Das vordere Glied mit der eingezogenen Spirale bleibt in allen Fällen
gleich, lediglich die Brennkammer wird mit zunehmender Leistung verlängert.
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Das Flammrohr ragt bei der Erfindung vollständig in die beströmte
Luftspirale hinein. Die Ausnehmung wird in der Pegel rechteckförmig ausgeführt.
Wird das Flammrohr um seine
Achse gedreht, so erfolgt eine mehr
oder weniger große über deckung dieses rechteckförmigen Querschnittes der Ausnehmung,
wobei mehr oder weniger Verbrennungsluft zum Flammrohr durchgelassen wird. Dabei
kann noch die Rotationsrichtung von links nach rechts geändert werden, nämlich dann,
wenn durch eine Rechtsdrehung des Flammrohres die Drosselung auf der anderen Seite
erfolgt.
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Besonders vorteilhaft ist auch eine Ausführungsform nach Anspruch
9, bei welcher durch axiale Bewegung des Flammrohres die Mischgeschwindigkeit im
Ringspalt zwischen Flammrohr und Stauscheibe stufenlos geändert werden kann.
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Das Flammrohr erfüllt somit bei der Erfindung zwei Aufgaben, zun einen
läßt sich durch Drehen des Flammrohres in der beschriebenen Weise die Zufuhr der
Verbrennungsluft und auch die Art der Zufuhr - Rotationseffekt oder nicht - stufenlos
ändern, zum andern ist es durch pedale Verschiebung des Flanmrohres auch möglich,
die beschriebene Anderung der Mischgesch--indigkeiten einzustellen.
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In der Zeichnung ist die Erfindung - teils schematisch -an einem Ausführungsbeispel
veranschaulicht. Es zeigen: Fig. 1 einen Gliederheizkessel mit einem Brenner in
erfiniungsgemäßen Ausgestaltung; Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II - II der
Fig. 1 und Fig. 3 eine Explosionszeichnung in ausschnittsweiser perspektivischer
Darstellung, in größerem Maßstab.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung in Anwendung auf einen insgesamt
mit dem Bezugszeichen 1 bezeichneten Gliederheizkessel veranschaulicht, dessen einzelne
Kesselglieder aus Gußeisen bestehen. Es steht dem jedoch auch nichts im Wege, den
Erfindungsgedanken (Aufgabe und Lösung) bei aus Stahlblechen
gebildeten
Heizkesseln anzuwenden.
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Das Bezugszeichen 2 bezeichnet das vordere Heizkesselglied, in dessen
Wandungen ein übliches spiralförmig ausgestaltetes Luftgehäuse 3 eines Radialgebläses
4 eines Brenners unmittelbar mit eingeformt, also beim Gießen des vorderen Heizkesselgliedes
2 unmittelbar mit hergestellt ist.
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Demgemäß bildet das Lurtgehäuse 3 des Brenners ein materialmäßig einstückiges
Teil des vorderen Heizkesselgliedes 2.
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Luftgehäuse 3 und Radialgebläse 4 befinden sich somit innerhalb des
Heizkessels 1. Wegen der hier vorhandenen, verhältnismäßig großen Massen ist der
nach außen abgestrahlte Schall verhältnismäßig gering.
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Das Bezugszeichen 5 bezeichnet einen Antriebsmotor, der durch die
Welle 6 mit dem Radialgebläse 4 verbunden ist.
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Am freien Ende des Antriebsmotors 5 ist eine Ölpumpe 7 angeordnet,
die über einen Düsenstock 8 Heizöl in den lediglich schematisch angedeuteten Feuerraum
S fördert.
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Der Düsenstock 8 ist koaxial zu einem Flammrohr 10 angeordnet, das
bei 11 eine düsenförmige Einschnürung aufweist Das Bezugszeichen 12 bezeichnet eine
mit dem Düsenstock 8 gekuppelte Stauscheibe, die in bekannter Weise ausgebildet
sein kann. Das Flammrohr 10 ist in Richtung seiner Langsachse nach beiden Seiten
verschiebbar und arretierbar angeordnet, was aus der Zeichnung im einzelnen allerdings
nicht hervorgeht. Dadurch läßt sich der Düsenspalt zwischen Einschnürung 11 und
Stauscheibe 12 zumindest werksseitig entsprechend der jeweils gewünschten Mischgeschwindigkeit
im Ringspalt zwischen Flammrohr und Stauscheibe einstellen.
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Das Flammrohr 10 verlauft mit seiner Längsachse parallel zur Längsachse
des Radialgebläses 4s durchdringt demgemäß das spiralförmige Luftgehäuse 3 rechtwinklig
und ragt vollständig
in die sich ausbildende Luftspirale der geförderten
Verbrennungsluft hinein. Weiterhin läßt insbesondere die Fig. 3 erkennen, daß das
Flammrohr 10 auf seinem in dieser Luftspirale, d. h. im Luftgehäuse 3 befindlichen
Längenabschnitt auf einem Teil seines Umfanges eine rechteckförmige Ausnehmung 13
aufweist, die innerhalb des Luftgehäuses den Ubertritt der Luftströmung in das Flammrohr
10 gestattet. Hierzu ist das Flammrohr 10 um seine Längsachse nach beiden Richtungen
drehbar ausgebildet. Dadurch erfolgt eine mehr oder weniger große Überdeckung des
rechteckförmigen Ausschnittes 13 mit den Wandungen des Luftgehäuses 3. Bei geringer
Öffnung der Ausnehmung 13 strömt die vom Radialgebläse 4 geförderte Verbrennungsluft
etwa tangential in das Flammrohr 10 ein, wodurch sie in Rotation gerät. Die Rotationsgeschwindigkeit
ist bei geringer Öffnung der Ausnehmung 13 am höchsten, während sie bei voll geöffneter
Ausnehmung 13 praktisch nicht mehr vorhanden ist. Tritt die rotierende Verbrennungsluft
in den Feuerraum 9 aus, so nimmt ihr Durchmesser schlagartig zu. Die verdüsten Ölpartikelchen
werden mitgerissen. Daraus resultiert eine 1rZe Flamme. Eine Luftströmung ohne RotationseSxekt
nimmt die Tröpfchen in axialer Richtung mit, wodurch die Flamme entsprechend länger
wird. Durch Drehen des Flammrohres läßt sich somit die Flamme entweder breiter und
damit kürzer ausgestalten oder länger einstellen. Demgemäß kann durch einfaches
Drehen des Flammrohres in die eine oder andere Richtung die Flainmenlänge und Breite
so eingestellt werden, daß die gesamte Brennkammer optimal "ausgeleuchtet" ist.
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Auch Kessel mit kürzeren Brennkammern wie sie in der Regel für Haushaltszwecke
verwendet werden, lassen sich hierdurch in einfacher Weise so einstellen, daß thermische
Überbeanspruchungen der Brennkammerwandungen mit Sicherheit ausgeschlossen sind.
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Das Bezugszeichen 14 bezeichnet eine Leitfläche, die als Platte ausgebildet
und im Abstand von der äußeren Stirnfläche
des vorderen Heizkesselgliedes
2 durch mehrere Distanzhalter 15 angeordnet ist, Zwischen den Distanzhaltern 15
und der Leitfläche 14 ist genügend Raum zum Ansaugen von Frischluft, die somit teilsweise
am Motors aber auch an der praktisch ungekühlten, nach außen weisenden Stirnfläche
des vorderen Heizkesselgliedes 2 vorbei streichen und dort die Strahlungswärme aufnehmen
kanne Infolgedessen ist die durch das Radialgebläse 4-dem Brenner zugeführte Frischluft
bereits vorgewärmt, was sich entsprechend günstig auf die Verbrennung auswirkt.
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Mit 16 ist ein Abgasstutzen beseichnetS an den ein nicht dargestellter
Abgassammelkanal angeschlossen ist0 Die in der Zeichnung und in den Ansprüchen beschriebenen
und aus der Zeichnung entnehmbaren Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebigen
Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein0