DE3042307C2 - Einsatz für Öfen oder Heizkessel - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Einsatz für öfen oder Heizkessel, die mit einem Zerstäubungsbrenner für flüssiges Brenngut, insbesondere Heizöl, sowie mit einem zwischen Brennerdüse und Einsatz angeordneten Mischrohr ausgerüstet sind, wobei der Einsatz aus einem Rohr besteht, dessen Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser des Mischrohres ist, und an dessen dem Mischrohr abgewandten Rohrende eine ringförmige Umlenkscheibe befestigt ist die eine zentrale Öffnung aufweist, und deren Außendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Rohres, wobei an dem dem Mischrohr zugewandten Rohrende eine weitere ringförmige Umlenkscheibe befestigt ist, deren Außendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Rohres, daß die Innendurchmesser 5s beider Umlenkscheiben jeweils kleiner sind als der Innendurchmesser des Rohres, daß zwischen der dem Rohr zugewandten Innenfläche jeder Umlenkscheibe und der Stirnfläche der Rohrenden Durchlaßöffnungen vorgesehen sind, und daß das Rohr und die Umlenkscheiben aus Keramik hoher Temperaturwechselbeständigkeit bestehen.

Ein derartiger, im Hauptpatent 30 17 050 beschriebener Einsatz ermöglicht eine kontrollierte Nachverbrennung eines Teils der Verbrennungsgase, indem am Ausgangsende des Einsatzes an der Umlenkscheibe gestaute Gase an der Außenseite des Rohres zurückgeführt und vor der vorderen Umlenkscheibe wieder nach innen eingesaugt werden. Dadurch erfolgt eine quantitative Verbrennung aller brennbaren Bestandteile, eine Reduzierung der Rußzahl und eine Erhöhung des Anteils an Kohlendioxyd unter weitgehender Vermeidung des Auftretens von Kohlenwasserstoffen,

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Einsatz gemäß dem Hauptpatent dahingehend zu verbessern, daß im gesamten Einsatz thermisch bedingte Spannungen infolge unterschiedlicher Temperaturen wßitestgehend vermiedeL werden, um sowohl die Haltbarkeit des Einsatzes einerseits als auch den Prozeß der Nachverbrennung zu optimieren.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Einsatz der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung vorgesehen, daß das Rohr von beiden Rohrenden zu seiner Mitte hin tonnenförmig radial nach außen erweitert ist

Überraschenderweise erhält man durch diese spezielle geometrische Ausgestaltung des Rohres im Betrieb eine über die gesamte Rohrlänge etwa pleichhohe Glühtemperatur, so daß Wärmespannungen weitestgehend vermieden werden. Darüber hinaus ergibt sich, in erster Linie durch die Verringerung der Flammengeschwindigkeit in der mittleren erweiterten Zone des Rohres, eine längere Verweildauer der etwaigen nichtvergasten Brennstofftröpfchen und somit eine größere Wahrscheinlichkeit, daß sie bis zum Austritt vollkommen vergast werden und damit auch vollständig einer Verbrennung zugeführt werden.

In besonders einfacher Weise kann vorgesehen sein, daß das Rohr aus zwei Kegelstümpfen besteht wobei gegebenenfalls im mittleren Bereich das Rohr zylindrisch sein kann. Die zylindrische Ausbildung im mittleren Bereich hat dabei insbesondere im Hinblick auf die Verlängerung der vorstehend angesprochenen »Verweilzone« mit geringerer Flammengeschwindigkeit besondere Vorteile.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel sowie an Hand der Zeichnung näher erläutert werden, die eine teilweise geschnittene Draufsicht auf einen Einsatz zeigt

Mit 101 ist ein U-förmiger Träger bezeichnet der zur Auflage und Fixierung eines aus zwei Umlenkscheiben 10 und 11 und einem Rohr 7 bestehenden Einsatzes 6 dient. Der Einsatz wird bündig oder in geringem Abstand vom Ende des Brenners, insbesondere eines Mischrohrs, so in einen Kesselraum hineingestellt, daß die Flammenlängsachse wenigstens angenähert mit der Längsachse des Einsatzes zusammenfällt

Der Einsatz 6 besteht aus feuerfester Keramik mit guter Wärmeleitfähigkeit, insbesondere Siliziumkarbid oder einer Mischkeramik aus Siliziumkarbid mit zusätzlichen Anteilen an Siliziumoxyd SiO₁ AI2O3, MgO, Fe2Ü3 sowie gegebenenfalls noch geringe Anteile CaO, Na₂O und TiO₂.

Das Rohr 7 umfaßt zwei kegelstumpfförmige Rohrabschnitte 7a und 7b, die entweder mit ihren erweiterten Enden direkt aneinanderstoßen, oder aber, wie in der Figur dargestellt durch ein zylindrisches Zwischenstück 7c voneinander getrennt sind.

Der linke Rohrabschnitt 7a bildet eine Expansionszone für die Flamme, wobei der Durchmesser des sich daran anschließenden nahezu oder völlig zylindrisch ausgebildeten Abschnitts 7c wesentlich größer ist als derjenige des nicht gezeigten Mischrohrs des Brenners, z. B. annähernd doppelt so groß. Der Rohrabschnitt 7b, der konisch oder tonnenförmig sich zu dem Mischrohr abgelegenen Ende hin verjüngt bildet eine Verdichtungszone für die Flamme. Der Durchmesser des

Rohres en dem dem Mischrohr abgelegenen Ende 9 ist zweckmäßig kleiner als derjenige am Ende 8, das dem Mischrohr zugewandt ist. Dadurch tritt dort eine hohe !Flammenkonzentration und damit eine intensive Ml· äichung der Bestandteile und eine sehr gute rußfreie Verbrennung auf.

Der gute Wirkungsgrad dieses Einsatzes 6 ist u.a. dadurch erklärbar, daß in der Expansionszone die Flammengeschwindigkeit verkleinert wird, wodurch noch nicht vergaste Brennstofftröpfchen länger der Flammentemperatur und der vom Rohr 7 abgestrahlten Temperatur ausgesetzt und somit bis zum Austritt vollkommen vergast werden. Hierdurch wird bereits die Flammentemperatur erhöht, weil eine bessere Verbrennung stattfindet Unterstütz/ wird dieser Prozeß durch die Rezirkulation eines Teils der Flammengase vom Ausgang durch die öffnungen 20' zwischen dem Rohrende 9 und der Innenseite der Umlenkscheibe 11 entlang der Außenwand des Rohres 7 und das Ansaugen durch die öffnungen 20 zwischen dem Eingang 8 des Rohres 7 und der Innenseite der mischrohrseitigen Umlenkscheibe 10. Dadurch wird einerseits der Verbrennung Heißgas zugeführt, was den Vergasungsprozeß der feinen Brennstofftröpfchen weiter fördert Außerdem wird auf diese Art und Weise gerade dt-r Teil der Rauchgase einer zweiten Nachverbrennung zugeführt, der bei unvollständiger Verbrennung die meisten nicht verbrannten Bestandteile enthält

Bei Versuchen an Einsätzen für ölbrenner von Heizanlagen in Ein- und Zweifamilienhäusern wurde als günstiger Winkel für den Rohrabschnitt 7a ein Bereich von 8° bis 12°, vorzugsweise etwa 10° ermittelt, während der Winkel des Rohrabschnittes 7b im Bereich zwischen etwa 10° und 15°, vorzugsweise bei 12° liegen sollte. Dabei hat es sich weiter als günstig erwiesen, wenn die Verdichtungszone möglichst lang ist_r d. h, die Verdichtung nicht schlagartig eintritt, da sonst ein zu großer Staueffekt eintritt, der wiederum ungünstige Ergebnisse mit sich bringt Andererseits ist die Baulänge des Einsatzes durch die Länge der Heizkesselräume begrenzt, wobei zwischen dem Ausgang des Einsatzes 6 und der Heizkesselraum-Rückwand aus feuerungstechnischen und aerodynamischen Gründen ein genügender Freiraum zu erhalten ist Es hat sich aus diesem Grund als besonders günstig erwiesen, den ersten Rohrabschnitt 7a kürzer zu gestalten als den zweiten Rohrabschnitt 7b, und zwar in einem solchen Ausmaß, daß selbst die Summe der Längen der Rohrabschnitte 7a und 7c noch kleiner ist als die Länge des Rohrabschnitts

is 7b.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn der Durchmesser des Randes 67 der Eingangsseite 8 des Rohres 7 etwa dem Durchmesser des mittleren Drittels 68 des Rings der Umlenkscheibe 10 entspricht Es hat sich gezeigt

daß dann dort ein hoher Unterdruck und damit eine sehr gute Ansaugwirkung erreicht wird, die eine gute Rezirkulation garantiert

Der Einsatz 6 liegt auf den beiden ScheiJceln 51 und 52 eines U-förmigen Trägers oder Blechs auf, die durch ein U-Blech fest miteinander verbunden sind. An den Enden der Schenkeln 51, 52 sind nach oben stehende Laschen 53, 58' vorgesehen, wobei jeweils an einem Ende eine nach innen weisende verbiegbare Zunge 60 angeformt ist Letztere dient zur Längsfixierung des Einsatzes 6 unter Ausgleich von Längstoleranzen. Mit 48 ist ein über die Umlenkscheiben lfr und 11 mit abgewinkelten Enden 50,50' greifendes Verriegelungselement bezeichnet welches in Nuten 49, 49' der Umlenkscheiben eingreift

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche;

   t. Einsatz Für öfen oder Heizkessel, die mit einem Zerstäubungsbrenner für flüssiges Brenngut, insbesondere Heizöl, sowie mit einem zwischen Brennerdüse und Einsatz angeordneten Mischrohr ausgerüstet sind, wobei der Einsatz aus einem Rohr besteht, dessen Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser des Mischrohres ist und an dessen dem Mischrohr abgewandten Rohrende (9) eine ringförmige Umlenkscheibe (11) befestigt ist, die eine zentrale Öffnung aufweist, und deren Außendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Rohres (7), wobei an dem dem Mischrohr zugewandten Rohrende (8) eine weitere ringförmige Umlenkscheibe (10) befestigt ist, deren Außendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Rohres (7), daß die Innendurchmesser beider Umlenkscheiben (10, 11) jeweils kleiner sind als der Innendurchmesser des Rohres (7), daß zwischen der dem Rohr (7) zugewan&en Innenfläche jeder Umlenkscheibe (10, 11) und der Stirnfläche" der Rohrenden (8, 9) Durchlaßöffnungen (20, 20') vorgesehen sind, und daß das Rohr (7) und die Umlenkscheiben (10, 11) aus Keramik hoher Temperaturwechselbeständigkeit bestehen, nach Patent Nr. 30 17 050, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (7) von beiden Rohrenden (8, 9) zu seiner Mitte hin tonnenförmig radial nach außen erweitert ist

   Z Einsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (7) aus zwei Kegelstümpfen (7a, Tb) besteht

   3. Einsatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dai. Rohr (7) in seinem mittleren Bereich zylindrisch ist