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Verfahren und Anordnung zum Betreiben von Brennräumen
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von Heiz- und Feuerungsanlagen Die Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren zum Betreiben von über Zuleitungen mit Frischluft versorgten Brennräumen
von Heiz- und Feuerungsräumen sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.
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In herkömmlichen Heizungsanlagen werden verbreitet sogenannte Brenner
verwendet, welche in den Brennraum einer Heizungsanlage sowohl den Brennstoff als
auch die zu dessen Verbrennung benötigte Luft einspritzen bzw. einblasen. Hierbei
ist man bestrebt, die jeweils eingegebenen Brennstoff- und Frischluftmengen so zu
dosieren, daß ohne die Zuführung eines wesentlichen Luftüberschusses eine praktisch
vollkommene Verbrennung des Brennstoffes erreicht wird, denn erst durch vollständige
Oxidation des Brennstoffes wird die maximale Wärmemenge Ereigesetzt und werden unerwünschte
bzw. schädliche Rückstände vermieden, die als restliche Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid
in der Abluft enthalten sein können oder durch Verkrustung und Verrußung die Lebensdauer
des Brenners ebenso beeinträchtigen können wie den Wärmeübergang aus der Brennkammer
in das aufzuheizende Wasser der Heizungsanlage. Im Uberschuß beigegebene Frischluft
jedoch beeinträchtigt die Leistung der Heizungsanlage ebenfalls: Die bei der Oxidation
frei werdende Wärme hat zusätzlich weitere, für die Verbrennung an sich nicht benötigte
Frischluft zu erwärmen, so daß die Flammentemperatur gesenkt
und
damit die Ubertragung der Wärme gemindert werden und ein größerer Wärmeanteil mit
der warmen Abluft durch den Kamin abgeführt wird.
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Im Bestreben, die Verbrennung selbst zu verbessern, sind Brenner und
Brennräume entwickelt worden, bei denen durchweitgehende Durchmischung und Verwirbelung
der Frischluft und des Brennstoffes, durch Zusammenfassung der Flamme und dadurch
erreichte hohe Reaktionstemperaturen sowie gegebenenfalls durch erhöhten Druck die
Oxidation selbst beschleunigt wird; es ist jedoch auf diesem Wege nicht gelungen,
den hierbei zur weitgehend vollkommenen Verbrennung erforderlichen Luftüberschuß
in gewünschtem Maße abzusenken. Die Erfindung geht daher von der Aufgabe aus, ein
Verfahren zu finden und Anordnungen zu entwickeln, mit deren Hilfe mit nur ganz
geringen bzw. praktisch ohne Luftüberschuß eine vollkommene Verbrennung erreicht
wird, um hierdurch die aus einer gegebenen Kraftstoffmenge zur Nutzung erzielbare
Wärmemenge und damit den Wirkungsgrad des Verbrennungsvorganges zu steigern.
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Gelöst wird diese Aufgabe, indem der in der dem Brennraum zugeführten
Frischluft enthaltene Sauerstoff vor Erreichen des Brennraumes mindestens teilweise
in Ozon gewandelt wird.
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Durch diese Wandlung des zwei- in dreiatomigen Sauerstoff wird die
Affinität des Sauerstoffes derart gesteigert, daß eine vollkommene Verbrennung der
oxidationsfähigen Bestandteile des Brennstoffes praktisch ohne Luftüberschuß erreicht
wird. Damit wird die ganze, beim Oxidationsprozeß frei werdende Wärme erhalten,
ohne daß mit merklichem Luftüberschuß zu arbeiten ist, der durch Temperatursenkung
die Brenntemperatur erniedrigt und zusätzlich Wärme über den Kamin abführt und damit
den Wirkungsgrad der Feuerung verschlechtert.
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Des weiteren aber wird hierdurch auch vermieden, daß nicht völlig
verbrannte Produkte, bspw. Kohlenwasserstoffe oder
Kohlenmonoxid,
als Schadstoffe in die Atmosphäre treten oder, wie Ruß und Teere, sich am Brenner,
in der Brennkammer und in den Heizzügen absetzen und durch Beeinträchtigung des
Wärmeüberganges ihrerseits den Wirkungsgrad weiter reduzieren. Die Erfindung geht
dabei von der Erkenntnis aus, daß der übliche, in der Frischluft enthaltene zweiatomige
Sauerstoff nicht in der Lage war, auch nach sorgfältigem Durchmischen den Brennstoff
völlig zu verbrennen, und daß dieses nur durch mindestens teilweise Benutzung des
wesentlich affineren Ozons möglich ist. Zur Erzielung der Umsetzung Sauerstoffes
in Ozon hat es sich bewährt, die Frischluft über bzw. durch mit Hochspannung beaufschlagte
Gitterelektroden zu leiten, zwischen denen sich ein elektrisches Feld ausbildet,
dessen Feldstärke ausreicht, durch Stoßionisation und energiereiche geladene Teilchen
bewirkende Koronaentladungen Sauerstoffmoleküle zu spalten und Ozon zu bewirken.
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Zur Durchführung des Verfahrens hat sich eine Anordnung bewährt, bei
der in der Frischluftzuführung des Brennraumes einer Heiz- bzw. Feuerungsanlage
gegeneinander isoliert gehaltene, im Frischluftstrom stehende Gitterelektroden vorgesehen
sind, die alternierend mit den beiden Polen einer Hochspannungsquelle verbunden
sind. Mit Vorteil wird als Hochspannungsquelle ein netzgespeister Hochspannungstransformator
verwendet. Eine relativ einfache Ausführung ergibt sich, wenn in der Frischluftzuführung
querstehende Gitterelektroden angeordnet sind. Andererseits können Gitterelektroden
einander konzentrisch umschließen. Mit Vorteil wird eine ungerade Anzahl von Gitterelektroden
vorgesehen, wobei der die äußeren Gitterelektroden speisende Pol der Hochspannungsquelle
geerdet ist.
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Im einzelnen ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in
Verbindung mit diese darstellenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen hierbei:
Figur
1 ein Frischluftrohr mit quer angeordneten, scheiben-oder plattenförmigen Elektroden,
und Figur 2 eine Anordnung von Elektroden, die einander konzentrisch umschließen.
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In der Fig. 1 wird ein Zuführungsrohr 1 gezeigt; das zum Betriebe
den für das Ansaugen der Frischluft zugeordneten öffnungen eines üblichen ölbrenners
vorgesetzt wird. In dem mit rechteckigem Querschnitt ausgeführtem Frischluftrohr
1 sind Isolierplatten 2 vorgesehen, die, voneinander isoliert, Gitterelektroden
3 bis 9 tragen. Hierbei sind durch eine Brücke 10 die Gitterelektroden 3, 5, 7 und
9 miteinander verbunden, während die Gitterelektroden 4, 6 und 8 durch eine Brücke
11 miteinander verbunden sind. Die Gitterelektrode 3 weist zusätzlich einen Anschluß
12 auf, der mittels einer Erdleitung 13 geerdet und mit einem der Sekundäranschlüsse
des Hochspannungstransformators 14 verbunden ist, während dessen anderer über ein
Hochspannungskabel mit der Brücke 11 in Verbindung steht. Wird nun die Primärwicklung
des Hochspannungstransformators 14 an das übliche Lichtnetz gelegt, so bleiben jeweils
die Gitterelektroden 3, 5, 7 und 9 auf Erdpotential, während die über die Brücke
11 gespeisten Gitterelektroden 4, 6 und 8 auf bspw. 10 kV Wechselspannung gebracht
werden. Hierbei bildet sich zwischen den Elektroden ein dem kurzen Abstande derselben
entsprechendes elektrisches Feld aus, durch das die Frischluft des ölbrenners angesaugt
wird. Infolge der einsetzenden Glimmentladung werden hierbei 02-Moleküle ionisiert
und aus den Ionen 03-Moleküle, also Ozon, gebildet. Der Energiebedarf der Ionisation
wird hierbei aus der Glimmentladung gedeckt, und selbst diese Energie wird bei der
anschließenden Verbrennung als, wenn auch geringe, zusätzliche Wärme wiedergewonnen.
Als wesentlich aber zeigt sich, daß wegen der hohen Affinität des gebildeten Ozons
eine vollständige Verbrennung bereits bei minimalem Sauerstoffüberschuß erreicht
wird.
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Im vorliegenden Falle sind zwischen zwei Isolierplatten 2 gehaltene
Gitterelektroden 3 bis 9 gezeigt. Diese Elektroden können in Schlitze der Isolierplatten
eingelegt sein, sie können aber auch mit ihren Randbezirken ebenso wie die Brükken
10 und 11 in die Isolierplatten eingebettet sein. Ferner können anstelle der im
Schnitt gezeigten zwei Isolierplatten deren vier, nämlich ein weiterer vor und ein
weiterer hinter der Zeichenebene, vorgesehen sein, und gleichermaßen kann ein entsprechender,
die Gitterelektroden allseitig umgebender Rahmen angeordnet sein. Ein solcher Rahmen
kann auch so ausgebildet sein, daß die Gitterelektroden achsparallel, in der Figur
1 wäre dies bspw. horizontal, angeordnet sein, so daß die vom ölbrenner angesaugte
Frischluft das gebildete elektrische Feld,zwischen den Elektroden durchstreichend
passiert.
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Es hat sich jedoch bewährt, auch in diesem Falle als Gitter aufgebaute
Elektroden zu verwenden, da die Glimmentladung nicht nur durch die Distanz der Elektroden,
sondern im wesentlichen durch die entlang der Oberflächen der Drähte anstehende
Feldstärke bestimmbar ist.
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Ein abgeändertes Ausführungsbeispiel ist anhand der Fig. 2 erläutert.
pie Frischluft wird hier, gegebenenfalls aus dem Freien, über ein Zuleitungsrohr
15 der dargestellten Anordnung zugeführt. Das Zuleitungsrohr 15 ist in eine zentrale
Öffnung einer Kunststoff scheibe 16 geführt, der eine weitere Kunststqff scheibe
17 gegenübersteht, die in ihrem Randbereiche mit Schlitzöffnungen 18 ausgestattet
ist. Die Kunststoffscheiben sind durch ein diese gemeinsam umfassendes Mantelrohr
19 miteinander verbunden, das sich über die Kunststoff scheibe 17 hinaus erstreckt
und zu einem Befestigungsstutzen 20 zur Verbindung mit den Ansaugöffnungen für Frischluft
eines blbrenners verjüngt. Zwischen den Kunststoffscheiben 16 und 17 sind, jeweils
mit ihren Randbereichen in die Kunststoffscheiben eingebettet oder in Nute derselben
eingeschoben, rohrförmige, einander konzentrisch umschließende Gitterelektroden
21 bis 23
angeordnet. Die Gitterelektroden 21 und 23 sind durch
eine Brücke miteinander verbunden, die bis zu einem Anschlußelement 25 geführt ist,
während die Gitterelektrode 22 mit einem Anschlußelement 24 elektrisch verbunden
ist. Zum Gebrauche werden die beiden Pole der verwendeten Hochspannungsquelle, zweckmäßig
wiederum einem netzgespeisten Hochspannungstransformator, mit den Anschlußelementen
23 und 24 verbunden.
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Mit dem Speisen der Gitterelektroden 21 bis 23 durch eine Hochspannungsquelle
bildet sich zwischen den Gitterelektroden ein starkes elektrostatisches Feld aus,
und in den Bereichen größter Krümmung der Gitterdrähte setzt eine Koronaentladung
ein.
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Über das Zuleitungsrohr angesaugte Frischluft passiert die zentrale
Öffnung der Kunststoff scheibe 16 und tritt mit radialer Komponente durch die konzentrisch
angeordneten Gitterelektroden 21 bis 23 und das zwischen diesen ausgebildete starke
elektrostatische Entladungsfeld durch, wobei die Ionisierung der Sauerstoffmoleküle
und anschließende Bildung von Ozon erfolgen. Die mit Ozon angereicherte Luft verläßt
die zwischen den Kunststoffscheiben 16 und 17 gebildete Kammer durch die Schlitzöffnungen
18 und wird über den Stutzen 20 dem Ölbrenner zugeführt, der damit entsprechend
der vorliegenden Erfindung mit Ozon enthaltender Frischluft als Verbrennungsluft
versorgt wird, so daß die gewünschte vollständige Verbrennung eintritt.
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Auch bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist ein andersgerichteter
Durchsatz der Gitterelektroden möglich, und auch hier läßt sich die Zahl der Gitterelektroden
beliebig variieren.
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Die Feldstärke wird durch Wahl der Ausgangsspannung der Hochspannungsquelle,durch
den Abstand der Gitterelektroden sowie auch durch Wahl der Stärke der für die Gitterelektroden
eingesetzten Drähte so eingestellt, daß die gewünschte Ionisierung erreicht wird.
In an sich bekannter Weise kann der von den Gitterelektroden aufgenommene Strom
durch einen zwischengeschalteten Widerstand begrenzt werden, und es ist auch möglich,
von der im Interesse der Sicherheit empfohlenen Erdung der jeweils
außen
liegenden Gitterelektroden abzugehen. Des weiteren hat es sich bewährt, die Anordnungen
zur Ozonisierung der angesaugten Frischluft von ölbrenner nicht getrennt aufzubauen
und den ölbrenner vorzusetzen, sondern bereits bei der Erstellung der Ölbrenner
für eine Anordnung zum Ozonisieren Sorge zu tragen und diese in den Brenner zu integrieren.
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In jedem dieser Fälle ergibt sich das gewünschte Ziel, durch Ozonisierung
der angesaugten Frischluft die Affinität des enthaltenen Sauerstoffes zu erhöhen,
so daß praktisch ohne Sauerstoffüberschuß eine vollständige Verbrennung des Brennstoffes
erreicht wird und sowohl der zugeführte Brennstoff mit höchstem Wirkungsgrad ausgenutzt
als auch unerwünschte Teiloxidationsprodukte vermieden werden.
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