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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verfahren
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und eine Vorrichtung zur Verbesserung der Verbrennung von Heizöl in
Kleinverbrauchsanlagen und auf eine Heizungsanlage mit einer solchen Vorrichtung
zur Ausübung des Verfahrens unter Verwendung eines Zerstäubungsbrenners, wobei mittels
einer Ölpumpe Heizöl aus einem Vorratstank angesaugt und über eine Druckleitung
der Zerstäuberdüse des Zerstäubungsbrenners zugeführt wird und das geförderte überschüssige
Heizöl über einen Rücklauf wieder zurückgeführt wird.
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Zur Verbesserung der Verbrennung und damit zur Erhöhung des Wirkungsgrades
von Zerstäubungsbrennern für den Haushalt ist es bekannt, am Brenner besondere Mischrohr
vorzusehen, um eine blaubrennende Flamme zu erzielen. Hierbei treten jedoch Probleme
bei der Flammenüberwachung auf..
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Weiterhin ist es bekannt, nach dem Mischrohr eine Prallplatte vorzusehen,
die sich während des Betriebs aufheizt und dadurch die auftreffehden Heizölpartikel
besser vergasen sollen. Auch eine solche Anordung hat sich bisher auf dem Markt
nicht einführen können.
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Mit der vorliegenden Erfindung soll u.a. die Aufgabe gelöst werden,
mit einfachen Mitteln und ohne Eingriff in die bekannten Brenner oder Heizkessel
den Verbrennungsvorgang wesentlich zu verbessern und damit den feuerungstechnischen
Wirkungsgrad eines Ölzerstäubungsbrenners erheblich zu steigern.
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Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß das Heizöl aus dem Vorratstank
in einen Zwischenspeicher gesaugt und/oder gepumpt
wird, daß das
Heizöl im Zischenspeicher aufgeheizt und das aufgeheizte Heizöl über die Druckleitung
zur Zerstäuberdüse geleitet wird. Hierdurch wird das Heizöl auf eine Temperatur
erhitzt, die höher ist als die Lagertemperatur des Heizöls im Vorratstank. Dadurch
wird die Viskositzt des Heizöls erniedrigt und damit eine bessere Zerstäubung bei
gleichem oder sogar niedrigerem Öldruck erzielt.
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Die höhere Temperatur bedingt weiterhin eine bessere, scnellere Vergasung
des Heizöls. Messungen haben ergeben, daß dadurch der Heizölbedarf bis zu 30 % und
mehr gesenkt werden konnte.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sind nachfolgend anhand
der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele beschrieben.
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Fig. 1 zeigt eine Heizungsanlage mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Ausübung des Verfahrens nach der Erfindung und Fig. 2 zeigt eine als Injektor
ausgebildete Zulaufleitung.
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In Fig. 1 ist mit 1 ein Heizöl-Vorratstank bezeichnet. Dessen wegführende
Ölleitung 2 ist mit einer Zulaufarmatur 3 eines als Zwischenspeicher dienenden und
zweckmäßig nach Art eines Wärmetauschers ausgebildeten Behälters 4 verbunden. Das
Wort Behälter ist hier im weitesten Sinne auszulegen, da er auf jede mögliche Art
ausgebildet sein kann, um eine Flüssigkeit aufzunehmen. Beispielsweise kann er aüs
einem Rohrabschnitt oder einem Rohrsystem oder einer oder mehreren Rohrschlangen,
als zylindrischer oder Kugelbehälter oder dgl. bestehen. Der Behälter 4 ist mit
einer Ablaufarmatur 5 für Heizöl versehen, die mit einer Saugleitung 6 einer Ölpumpe
7 eines Ölzerstëubungsbrenners 8 verbunden ist.
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Die Rücklaufleitung 9 der Ölpumpe 7 ist an eine dritte lirmatur 10
für den Rücklauf des von der ölpumpe 7 geförderten
aber nicht durch
eine Druckleitung 11 durch die Zerstäuberdüse 12 des Zerstäubungsbrenners 8 gedrückten
Heizöls angeschlossen.
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Im Behälter 4 ist ein zweiter "Behälter" für ein flüssiges Heizmedium
vorgesehen, der im Beispiel die Form eines hohlen Durchflußkanals 13, nämlich die
Form einer Rohrschlange oder eines Mäanders besitzt. Im Prinzip kann auch der Behälter
4 im Behälter 13 vorgesehen sein und letzterer den orstaren umgabon. Wesentlich
ist, daß ein inniger Wärmeaustausch zwischen dem im Behälter 4 ( der ein erstes
Wärmetauschsystem bildet) bePindlichen Heizöl und dem im (ein zweites Wärmetauschsystem
bildenden) zweiten Behälter, nämlich hier den Durchflußkanal 13, befindlichen Heizmedium
-ein Wärmeaustausch möglich ist. Der Durchflußkanal 13 ist am Ende mit einer im
Behälter 4 angeordneten Zuflußarmatur 14 und einer Abflußarmatur 15 versehen.
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Der olzerstäubungsbrenner 8 ist an einem Warmwasser-Heizkessel 16
befestigt, dessen Warmwasser-Vorlauf 17 an die Zuflußarmatur 14 angeschlossen und
über den Durchflußkanal 13 geleitet ist. Die Abflußarmatur 15 ist mit dem Vorlaufeingang
18 eines Rücklaufmischers 19 , der in üblicher Weise an den Warmwasser-Rücklauf
20 des Heizkessels 16 und'der Heizkörper 21 angeschlossen ist, verbunden und in
dessen zu den Heizkörpern 21 führende Mischwasserleitung 22 ist eine Warmwasserumwälzpumpe
23 eingebaut. Letztere kann z.B.
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durch einen Raumtemperatur-Regler 24. gesteuert sein.
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Vorteilhaft kann anstelle des Durchflußkanals 13 bzw. des Heizsystems
des Zwischenspeichers 4 eine außen oder innen, zweckmäßig nach Art eines Tauchsieders
ausgebildete elektrische Heizung 25 vorgesehen sein. Diese ist vorteilhaft in Abhängigkeit
von der Heizöltemperatur im Behälter 4 durch durch einen vorzugsweise einstellbaren
Temperatur-Sollwertschalter oder -Regler über dessen erstes Kontaktpaar 27 26
ein
und ausschaltbar. Der Temperaturfühler 28 des Temperatur-Sollwertschaltel3 bzw.-
Reglers 26 ist an der Behälterwand außen angebracht oder ragt in den Behälter 4
hinein.
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Der Temperatur-Sollwertschalter bzw.- Regler 26 besitzt vorteilhaft
ein zweites Kontaktpaar 29, das im Stromkreis des Ölzerstäubungsbrenners 8, also
z.B. der Stromzuführung zu einer Steuereinheit 30 des Ulzerstäubungsbrenners 8 liegt.
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Die elektrische Heizung 25 ist vorzugsweise zusätzlich zu einer Heizung
durch flüssige Medien vorgesehen, also zusätzlich zum Durchflußkanal 13, und dient
lediglich bei Inbetriebsetzung der Heizungsanlage zur erstmaligen Aufheizung des
Heizöls im Behälter 4, solange das Warmwasser noch nicht die erforderliche Wärmeenergie
liefern kann, also zu kalt ist. In Ruhestellung ist das erste Kontaktpaar 27 geschlossen
und das Kontaktpaar 29 geöffnet.
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Zweckmäßig ist der Zwischenspeicher bzw. Behälter 4 mit einer Wärmeisolierung
31, z.B. aus Glaswolle oder einem heizölbeständigen Schaum-Kunststoff, umgeben.
Letztere kamn beispielsweise aus geschäumtem Polystyrol oder Polyurethan oder aus
einem geschäumten Polyäther, z.C. Polyäthylen, Polypropylen etc. bestehen.
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Der erfindungsgemäße Zwischenspeicher 4 für das zu erhitzende Heizöl
kann vorteilhaft am Ölzerstäubungsbrenner 8 angebaut oder in diesen integriert sein,
d.h. beispielsweise kann er einen Teil seines Gehäuses bilden.
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Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung
in einer Heizungsanlage gemäß der Erfindung ist folgende: Das im Heizöl-Vorratstank
1 befindliche Heizöl 32 hat z.B.
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im Winter je nach den herrschenden Außentemperaturen eine Lagertemperatur
von höchstens + 100 C ( beim Test 70 C) und kann bis zu erheblichen Minusgraden
absinksn. Hiedurch nimmt die Viskosität von leichtem Heizöl, wie es im Haushalt
verwendet wird
stark zu, zumal die Mineralölgesellschaften dem
leichten Heizöl immer mehr schwerere Heizöle oder Paraffine zumischen, sodaß die
Norm gerade noch eingehalten wird. Hierdurch wird auch die Vergasbarkeit des Heizöls
immer schwieriger.
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Dies fijhrt zwangsl Mufig zu schlechten feuerungstechnischen Wirkungsgraden.
Dem Ulzerstäubungsbrenner 8 wird bisher dieses hochviskose Heizöl niedriger Lagertemperatur
dshalb dauernd zugeführt, weil die Ölpumpe 7 infolge der Rückführung des überschüssigen,
geförderten Heizöls sofort wieder zum Vorratsbehälter 1 einen dauernden Kreislauf
des kalten Heizöls mit hoher Umpumpgeschwindigkeit verursacht. Durch die hohen Umiaufgeschwindigkeiten
wird bisher das innerhalb des Heizungsraums in den erwärm ben Leitungen stehende
Heizöl nach kurzer Zeit durch das Kalte aus dem Vorratstank 1 ersetzt und die Leitungen
stark abgekühlt.
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Demgegenüber wird gemäß der Erfindung beim erstmaligen Einschalten
des Ulzerstäubungsbrenners 8, falls keine elektrische Heizung 25 vorgesehen ist,
das auf Heizungsraum-Temperatur befindliche Heizöl nunmehr aus dem Zwischenspeicher
4 angesaugt und über die Druckleitung 11 der Zerstäuberdüse 12 zugeführt und zerstäubt
und anschließend im Mischrohr des Brenners und im Heizkessel 16 verbrannt. Dadurch
wird das Wasser im Heizkessel erwärmt. Das Warmwasser wird durch die Umwålzpumpe
23 durch den Durchflußkanal 13 gepumpt und dadurch das im Behälter 4 befindliche
Heizöl weiter erwärmt, bis schließlich die Vorlaufendtemperatur annähernd erreicht
ist.
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Dadurch wird die Viskosität des Heizöls des Behälters 4 stark gesenkt
und somit eine einwandfreie Vergasung erzielt.
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Die schnelle Aufheizunng des Heizöls im Behälter 4 ist nur deshalb
möglich, weil gemäß der Erfindung der Rücklauf des geförderten überschüssigen Heizöls
nicht wie üblich in den Vorratstank 1 zurückgepumpt wird sondern in den Zwischenspeicher
mit kleinem Vorratsvolumen von z.F3. 0,5 bis -10 Liter,
vorzugsweise
von 1 bis 5 Liter Inhalt. Natürlich können auch größere Zwischenspeicher angewendet
werden. Es wird daher immer nur die gleiche kleine Heizölmenge des Zwischenspeichers
4 mit der bekannt hohen Geschwindigkeit umgepumpt, für dessen Aufheizung nur eine
sehr kleine Wärmemenge erforderlich ist. Diese wird bei Normalbetrieb der Heizungsanlage
selbst entnommen und steht daher immer zur Verfügung, solange die Anlage in Betrieb
ist.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß das zu verbrennende
Heizöl auf eine praktisch konstante Temperatur aufgeheizt wird, da die Vorlauftemperatur
durch den Mischer und den Kesseithermostaten praktisch konstant bleibt, d.h.
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maximal um + 5 bis 10 % von der Warmwasser-Solltemperatur abueicht.
Der bei diesen Bedingungen einmal optimal eingestellte Brenner 8 kann also praktisch
immer unter diesen günstigen Bedingungen arbeiten.
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Ist eine elektrische Heizung 25 bzw. Zusatzheizung und der Temperaturregler
26 mit den beiden Kontaktpaaren 27 und 29 vorgesehen, so wird bei Inbetriebnahme
aus dem kalten Zustand zunächst beim Einlegen des Heizungsschalters 33 die elektrische
Heizung 25 an Spannung gelegt. Diese heizt das im Behälter 4 befindliche Heizöl
auf, bis der Temperatur-Regler 26 das Kontaktpaar 29 schließt. Dies geschieht beispielsweise
bei einer Temperatur zwischen 3 und 90° C.
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Damit läuft der Ulzerstäubungsbrenner 8 an, die Ölpumpe 7 saugt erhitztes
Heizöl an und die Verbrennung setzt ein.
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gleichzeitig oder etwas später wird das Kpntaktpaar 27 geöffnet und
damit die elektrische Heizung abgeschaltet. Die Heizungsanlage läuft dann weiter
wie oben beschrieben.
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Während des Betriebs des Ulzerstäubungsbrenners 8 wird im Behälter
4 ein Unterdruck erzeugt, der der verbrannten 01-menge entspricht. Diese geringe
ölmenge wird durch den Unterdruck aus dem Vorratstank 1 nachgesaurt, Falls die Saugleitung
nicht zu lang ist oder der tank zu iief liegt.
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In diesem Fall muß also der Behälter 4 den Unterdruck aushalten
können.
Bei längerer Entfernung des Vorratstanks 1 oder wenn dieser zu tief liegt; kann
es vorkommen, daß die Saugwirkung nicht ausreicht. In diesem Fall muß in der Zuleitung
von Vorratstank 1 zum Behälter 4 eine Druckpumpe vorgesehen werden und der Behälter
4 muß diesen Druck aushalten. Es empfiehlt sich daher einen Einheitsbehälter 4 herzustellen,
der sowohl einen auftretenden Unterdruck als auch einen möglichen Überdruck aushält.
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Um die Förderung von kaltem Heizöl aus dem Vorratstank 1 in den Behälter
4 zu verbessern, kann gemäß Fig.'2 die Rücklaufleitung 9 innerhalb oder außerhalb
des Behälters 4 spitzwinklig in die fülleitung 2 eingesetzt sein, sodaß sich ein
Injektor ergibt. Hierdurch erfolgt die Förderung zusätzlich wie bei einer Wasserstrahl
pumpe. Falls diese Anordnung außerhalb vorgesehen ist, braucht der Behälter 4 keinen
dritten Anschluß lo für den Rücklauf 9. Wie ersichtlich kann bei Anwendung der Erfindung
die relativ lange Rücklaufleitung von der Ölpumpe 7 zum Vorratstank 1 entfallen.
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Bei einer einfachen Versuchsanordnung wurden folgende Daten gemessen:
Test-Kessel Fabr. Fröhling, 20.000 WE.
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Düsengröße Öldruck Öldurchsatz Öl-t° Einschalt- Ruhezeit (bar) (l/h)
( 0 c) dauer (min) (min) ohne Erfindung 0,65 17 3,5 7 6-7 21-29 mit Erfindung 0,5
9 2,2-2,3 35-65 6-7 21-30 Die Verbennung war in beiden Fällen rußfrei. Aus der Tabelle
kann entnommen werden, daß bei Anwendung der Erfindung durch den niedrigeren notwendigen
Öldruck und eine kleinere Zerstäuberdüse der Ölverbrauch um rund 1/3 gesenkt werden
konnte.
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Bei einem Versuch mit höherer Heizöl temperatur bei gleicher Heizölsorte
änderten sich die Werte kaum noch. Durch die Erfindung ist es möglich, höherviskose
Heizöle, also z.B.
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auch schweres Heizöl, im Haushalt, u, zwar auch in alten Anlagen ,
zu verbrennen. Gegebenenfalls reicht zur Aufheizung auch der Warmwasserrücklauf
einer Warmwasserheizanlage oder
die Abwärme von anderen Energieverbrauchern
aus, z.8.
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die Solarwärme, um die erforderliche Heizöl temperatur im Behälter
4 zu erreichen.
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In sehr warmen Heizungsräumen kann bereits die Raumtemperatur zur
Temperierung des in diesem Raum untergebrachten Zwischenspeichers 4 ausreichen,
sodaß keine besondere Aufheizung durch ein flüssiges Heizmedium notwendig ist. In
diesem Fall ist natürlich keine Wärmeisolation 31 vorgesehen.
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Es ist weiter hervorzuheben, daß durch Anwendung der Erfindung praktisch
kein zusätzlicher Wartungsaufwand notwendig ist, da der Zwischenspeicher keinerlei
Verschleißteile aufweist,sowie beim Betrieb keine Fremdenergie braucht und wegen
Isolierung keinen Wärmeverlust hat.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann
der Zwischenspeicher 4 derart als Wärmetauscher ausgebildet sein, daß das eine Wärmetauschsystem
(4) für die Zwischenspeicherung und den Durchfluß des Heizöls, als mit einer Ablaufarmatur
5 und, falls kein Injektor vorgesehen ist, mit einer Armatur 10 für den Ölrücklauf
versehener Behälter und das andere Wärmetauschsystem z.B. aus Durchflußkanälen 13
für den Durchlaß von Warm- oder Heißluft besteht. Eine derartige Heizölerwärmung
ist zwckmäßig zur Verwendung heißer Abgase, z.B.
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der Rauchgase oder Heißluft von Brennöfen etc. geeignet, oder von
Heißluft, die vom ÖIzerstäubungsbrenner 8 erzeugt wird.
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Eine weitere zweckmäßige iterbildung der Erfindung bosteht darin,
daß, vorzugsweise wenn der Behälter 4 mit einer elektrischen Heizung 25 versehen
ist, der Behälter 4 neben dem Brenner 8 im Lufterhitzergehäuse sitzt und beim Betrieb
der Anlage bzw. des Brenners 8 von der Abstrahlwärme oder dem Luftstrom erwärmt
wird.
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