EP2145700B1 - Beheizter Hochdruckreiniger mit Brennerluft-Aufladung - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen beheizten Hochdruckreiniger, der mit einem flüssigen oder gasförmigen Brennstoff, insbesondere Öl- oder Gas, beheizten Brenner arbeitet. Bei derartigen beheizten Hochdruckreinigern ist im Innenraum des Gehäuses ein Wärmetauscher vorhanden, der in der Regel als mehrfach gewundene Rohrschlange ausgebildet ist, die von dem unter Hochdruck befindlichen Wasser durchsetzt ist.
• Der Wärmetauscher wird von einer Brennerflamme durchsetzt, und die Brennerflamme arbeitet in einen Abgaskamin, wo das Brenngas aus dem Gehäuse abgeführt wird.
• Es ist bekannt, eine Gebläseeinheit für eine Hochdruckpumpe im Gehäuse des Hochdruckreinigers anzuordnen, ebenso wie eine Gebläseeinheit für den Betrieb des Brenners.
• Die beiden Gebläseeinheiten sind jedoch nicht luftschlüssig miteinander verbunden, und man hat bisher den Luftstrom, den das Gebläse für die Hochdruckeinheit erzeugte, einfach aus dem Gehäuse ohne weitere Verwendung ausgelassen. Es wurde sogar in manchen bekannten Anwendungsfällen in Kauf genommen, dass das Gebläse für die Versorgung des Brenners Unterdruck im Gehäuse vorfindet und daher mit schlechtem Wirkungsgrad arbeitet, weil eine entsprechende Luftmenge zum Ansaugen nicht zur Verfügung stand.
• Deshalb bestand der Nachteil, dass ein solcher bekannter beheizter Hochdruckreiniger nicht in großen Höhen einsetzbar war, denn wegen des verminderten Luftdrucks war nur eine wesentlich geringere Luftmenge vorhanden, die zu Störungen in der Brennerflamme führten. Das Brennergebläse konnte nicht genügend Sauerstoff der Brennerflamme zuführen.
• Damit bestand das Problem des geringen Wirkungsgrades, und es wurden in unerwünschter Weise hohe CO-Werte und hohe NOx-Werte erzeugt.
• Bedingt durch die Tatsache, dass die beiden Gebläseeinheiten von der Hochdruckeinheit und der Brennereinheit vollkommen unabhängig voneinander arbeiteten, musste auch die Gebläseeinheit für die Brennereinheit sehr groß dimensioniert werden, um auch die entsprechende Luftmenge für den Betrieb des Hochdruckreinigers in großen Höhen zur Verfügung zu stellen.
• Damit bestand der Nachteil einer relativ großen Baugröße des Gebläsemotors und insgesamt des Gebläses für die Brennereinheit und ferner ein großes Raumvolumen für das Gehäuse des Hochdruckreinigers.
• Die DE 4209267 C1 offenbart ein Hochdruckreinigungsgerät mit sämtlichen Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruches 1, jedoch fehlt ein zweites Gebläse zur Verbesserung der Betriebssicherheit.
• Die DE 19752293 C1 offenbart ein Heizgerät mit einem Brenner mit mehrstufigem Verdichter zur Brennerluft-Aufladung, jedoch ist die Anordnung des Brenners und der Verdichter, sowie die genaue Luftführung im Gehäuse zur Verbesserung der Betriebssicherheit nicht näher beschrieben.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen beheizten Hochdruckreiniger der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass auch ein Betrieb in größeren Höhen (oberhalb des Meeresspiegels) möglich ist, ohne dass Mangelversorgung der Brennerflamme durch eine ungenügende Gebläseleistung des Brennergebläses zu befürchten ist, dass das Gehäuse kleiner gebaut werden kann, mit höherer Effizienz arbeitet und insbesondere auch weniger CO und NOx abgibt.
• Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gekennzeichnet.
• Es ist vorgesehen, dass die Hochdruckeinheit mit dem darin angeordneten Gebläse in einer ersten Gehäusekammer angeordnet ist und dass diese erste Gehäusekammer luftschlüssig mit der zweiten Gehäusekammer verbunden ist, in welcher der Brenner mit dem dazugehörenden Brennergebläse angeordnet ist. Erfindungsgemäß wird demzufolge eine Serienschaltung zwischen dem Gebläse der Hochdruckeinheit und dem Gebläse des Brenners vorgenommen, so dass das Gebläse der Hochdruckeinheit zusätzlich den Einlassdruck oder Ansaugdruck am Gebläse des Brenners erhöht, so dass dieses Gebläse sozusagen durch das Gebläse der Hochdruckeinheit aufgeladen und einen wesentlich stärkeren Luftstrom mit höherem Druck gegen die Brennerflamme richtet.
• Es handelt sich also sozusagen um eine Brennerluft-Aufladung, die erfindungsgemäß durch das Gebläse der Hochdruckeinheit erfolgt.
• Unter dem Begriff "luftschlüssige Verbindung" der beiden Gehäusekammern zwischen der Gehäusekammer der Hochdruckeinheit und der Gehäusekammer für den Brenner und den Wärmetauscher gibt es verschiedene Möglichkeiten, die alle von der vorliegenden Erfindung umfasst sein sollen.
• Es ist hierbei nicht lösungsnotwendig, dass die beiden Gehäusekammern durch Rohre oder durch andere luftführende Elemente luftschlüssig miteinander verbunden sind.
• Es reicht durchaus aus, die beiden Gehäusekammern luftschlüssig frei im Innenraum eines gemeinsamen Gehäuses anzuordnen und in der Gehäusekammer der Hochdruckeinheit ein derartig starkes Gebläse anzuordnen, dass dieses Gebläse einen wesentlichen Überdruck im gesamten Gehäuse des Hochdruckreinigers erzeugt. Dieser Überdruck ist beispielsweise 50 bis 200 mbar über dem atmosphärischen Druck, und hieraus ergibt sich, dass erfindungsgemäß im Wesentlichen der gesamte Innenraum des Gehäuses des Hochdruckreinigers durch das Gebläse der Hochdruckeinheit unter einen Überdruck gesetzt wird, und dieser Überdruck wird an der Ansaugseite des Brennergebläses bereits schon aufgenommen, von dem Brennergebläse verdichtet und gegen die Brennerflamme geführt.
• Durch den Betrieb des Gehäuses unter Überdruck ist es deshalb erstmals möglich, das Gerät in hohen Höhen zu betreiben, weil auch in großen Höhen eine genügende Menge von Ansaugluft von der Hochdruckeinheit in den Innenraum des Gehäuses angesaugt wird, selbst wenn das Gerät in hohen Höhen betrieben wird.
• Durch diese technische Lehre ergibt sich der wesentliche Vorteil, dass nun durch die Aufladung des Brennergebläses aufgrund eines Überdrucks im Innenraum des Gehäuses das Brennergebläse selbst kleiner dimensioniert werden kann und insbesondere auch der Antriebsmotor kleiner und leichter ausgebildet sein kann. Weiterer Vorteil ist - bedingt durch die erfindungsgemäße Brenneraufladung -, dass weniger CO-Schadstoffe und weniger NOx-Schadstoffe erzeugt werden.
• Darüber hinaus ist auch ein sicheres Starten des Brenners auch bei niedrigeren Temperaturen gewährleistet, weil bei niedrigeren Temperaturen das verbrannte Öl schwerflüssiger wird und hierdurch nur noch eine ungenügende Zerstäubung an der Brennerdüse stattfindet. Selbst bei einer ungenügenden Zerstäubung, die bei niedrigeren Temperaturen stattfindet, wird dennoch ein zündfähiges Gemisch erzeugt, denn aufgrund der erfindungsgemäßen Aufladung des Brennergebläses wird eine große Menge von Brennerluft dem schlecht zerstäubten Ölnebel zugeführt, der dennoch deshalb gut durchzündet und eine stabile Brennerflamme bildet.
• Dies gilt im Übrigen auch bei Normaltemperaturen, wenn sich beispielsweise die Viskosität des verbrannten Öls ändert, weil auch bei nur ungenügend zerstäubtem Ölnebel eine sichere Durchzündung der Brennerflamme gewährleistet wird, weil die Brennerluft in großem Überschuss und mit Überdruck zugeführt wird.
• Es wird auch ein besserer Wärmeübertragungswirkungsgrad an dem Wärmetauscher erzielt, weil der von der Brennerflamme durchsetzte Wärmetauscher nun erfindungsgemäß enger gewickelt werden kann, weil der Luftdurchgang durch den Wärmetauscher - der gewöhnlich als gewickelte Wärmetauscherschlange ausgebildet ist - verstärkt ist, weil der Auftreffdruck (p4) auf die Oberfläche des Wärmetauschers erfindungsgemäß stark erhöht ist, weil dieser Druck p4 aus der Serienschaltung der beiden Gebläsedrücke der Gebläse des Hochdruckreinigers und des Brennergebläses erzeugt ist.
• Es kann deshalb ein Wärmetauscher mit sehr engen Wicklungen und hohem Luftwiderstand gewickelt werden, der einen ausgezeichneten Wärmeübertragungsgrad aufweist, weil eine größere Luftmenge unter größerem Druck (p4) auf die Oberfläche des Wärmetauschers auftrifft und diesen durchsetzt.
• Im Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.
• Es zeigen:

Figur 1:

schematisiert einen Querschnitt durch einen beheizten Hochdruckreiniger

Figur 2:

das Druckdiagramm im Innenraum des Hochdruckreinigers

• In der beigefügten Figur 1 sind die Druckverhältnisse und die Luftmengen wie folgt dargestellt: $$\begin{array}{lll}{\mathrm{Q}}_{\mathrm{1}}\mathrm{>}{\mathrm{Q}}_{\mathrm{2}}& \mathrm{\Delta }{\mathrm{p}}_{\mathrm{A}}\mathrm{=}{\mathrm{p}}_{\mathrm{2}}\mathrm{-}{\mathrm{p}}_{\mathrm{1}}& \mathrm{\Delta }{\mathrm{p}}_{\mathrm{B}}\mathrm{=}{\mathrm{p}}_{\mathrm{4}}\mathrm{-}{\mathrm{p}}_{\mathrm{3}}\\ & {\mathrm{p}}_{\mathrm{4}}\mathrm{=}\mathrm{\Delta }{\mathrm{p}}_{\mathrm{A}}\mathrm{+}\mathrm{\Delta }{\mathrm{p}}_{\mathrm{B}}& \\ & \mathrm{\to }{\mathrm{p}}_{\mathrm{4}}\mathrm{>}\mathrm{Stand\; der\; Technik}& \end{array}$$

  
• Die oben genannten Verhältnisse werden nun anhand der Zeichnungen näher erläutert.
• Das Gehäuse 1 des Hochdruckreinigers ist ein in sich geschlossener Gehäusekasten, der mehrere Luftein- und -auslässe aufweist. So ist z. B. an einer Seite ein Lufteinlass 2 vorgesehen, der durch ein Gitter abgeschlossen ist, über den der Luftstrom 14 Q₁ in Pfeilrichtung 15 von einer Hochdruck-Einheit angesaugt wird.
• Die Hochdruckeinheit ist hierbei in einer separaten Gehäusekammer 8 im Gehäuse 1 angeordnet, die vorderseitig und rückseitig offen ist, und ist gebildet aus einem Kühllultgebläse 13, welches von einem Motor 12 angetrieben wird, der eine Hochdruckpumpe 11 antreibt.
• Die Hochdruckpumpe 11 hat einen Wasseranschluss 32, bei dem der linke Pfeil denEintritt des Kaltwassers auf der Niedrigdruckseite und der rechte Pfeil den Austritt des Hochdruckkaltwassers zeigt.
• Dieses Hochdruckkaltwasser der Hochdruckpumpe 11 wird an den Wasseranschluss 33 des Wärmetauschers 27 zugeführt.
• Am anderen Wasseranschluss 33 verlässt das aufgeheizte und unter Hochdruck stehende Heißwasser den Wärmetauscher 27.
• Rämlich getrennt von der ersten *Gehäusekammer 8, welche die Hochdruckeinheit, bestehend aus den Teilen 11, 12, 13 aufnimmt, ist eine zweite Gehäusekammer 9 vorgesehen, die der Beheizung des Kaltwassers dient.
• In dieser Gehäusekammer 9 ist der motor 21 angeordnet, der das Brennergebläse 22 antreibt, welches in der eingezeichneten Pfeilrichtung unter dem Druck p₄ einen Luftstrom gegen den Wäsmetauscher 27 richtet und die den Wärmetauscher 27 durchsetzende Brennerflamme 26 mit Sauestoff versorgt.
• Zu diesem Zweck ist unterhalb des Wärmetauschers 27 ein Brenner 24 angeordnet, der die Brennerflamme 26 im Wärmetauscher 27 erzeugt.
• Wichtig ist nun, dass der von dem Gebläse 13 angesaugte Luftstrom Q1 in der Gehäusekammer 8 verdichtet wird und unter dem höheren Druck p₂ den Auslass der Gehäusekammer 8 verlässt und teilweise - aufgrund des bestehenden Überdrucks in Pfeilrichtung 17 nach unten in einen Wasserablauf 4 abgelenkt wird.
• Ein zweiter Teil dieses Überdrucks wird in Pfeilrichtung 18 aus dem Luftauslass 3 aus dem Gehäuse 1 wieder abgelassen.
• Wichtig ist jedoch, dass der Druck p₂ so groß gewählt ist, dass dennoch im Gehäuse 1 ein Überdruck vorliegt, so dass an der Einlassseite der Gehäusekammer 9 der Druck p₃ weit über dem atmosphärischen Druck liegt, so dass an der einlassseitigen Gehäusekammer 9 das dort angeordnete Gebläse 22 einen Überdruck vorfindet und damit einen höheren Druck p₄ erzeugen kann.
• Es handelt sich also um eine Luftaufladung der Brennerluft durch die luftschlüssige Verbindung der beiden Gehäusekammern 8, 9.
• Die Auslassseite der Gehäusekammer 8, welche die Hochdruckeinheit aufnimmt, ist also mit der Einlassseite oder Ansaugseite der Gehäusekammer 9 mit dem Brenner und dem Wärmetauscher luftschlüssig verbunden.
• Ein Teil der Luftmenge Q₂, die an der Einlassseite der Gehäusekammer 9 auftritt, wird noch in Pfeilrichtung 29 in den Innenraum 10 des Gehäuses 1 abgeleitet, wo es als Kühlluftstrom nach oben in einen Luftauslass 6 ausströmt, welcher den Abgaskamin 5 ringsum kühlt.
• Gleiches gilt auch für den Luftauslass 7, der als ringförmiger Auslass den Abgaskamin 5 umgibt, um eine umlaufende Kühlung des Abgaskamins 5 im Gehäuse 1 zu ermöglichen.
• Aus der Gehäusekammer 9, in der der Brenner arbeitet, entströmt die durch die Verbrennung erzeugte Luft Q₂ als Luftstrom 19 unter dem Druck p₅.
• Es wird noch darauf hingewiesen, dass der Luftstrom Q₂ am Ausgang der Gehäusekammer 8 in Pfeilrichtung 16 in den Einlass der Gehäusekammer 9 einströmt.
• Die Einströmung erfolgt hierbei in Pfeilrichtung 20 unter dem Druck p₃.
• Die unter Überdruck stehende und verdichtete Luftmenge Q₂ strömt nun unter erhöhtem Druck p₄ in Pfeilrichtung 23 durch den Wärmetauscher 27 hindurch und versorgt die Brennerflamme 26 mit einem entsprechenden Sauerstoff angereicherten Luftstrom.
• Ein Teil der Luftmenge Q₁ strömt auch in den übrigen Innenraum 10 des Gehäuses in Pfeilrichtung 25 in den vorher erwähnten Luftauslass 7.
• Die Ausströmung der Luftmenge Q₂ im Abgaskanal wird mit Pfeilrichtung 28 bezeichnet.
• Anhand der Figur 2 werden nun die in Figur 1 erwähnten Druckverhältnisse näher erläutert.
• Bei Position 34 ist atmosphärischer Druck und weil am Lufteinlass 2 ein Luftführungsgitter vorhanden ist, wird in die Einlassseite der Gehäusekammer 8 ein niedrigerer Druck p₁ eingelassen.
• Durch das Gebläse 13 wird der Druck p₁ auf den Druck p₂ erhöht, wie dies bei Position 35 in Figur 2 dargestellt ist.
• Dies ist der Druck p₃, der an der Einlassseite der Gehäusekammer 9 angesaugt wird (Position 36). Wichtig ist nun, dass dieser Druck p₃ von dem weiteren Gebläse 22 auf den Druck p₄ verdichtet wird, wie dies bei Position 31 erkennbar ist.
• Somit wird insgesamt der Aufladedruck 30 der Brennerflamme zugeführt und als Druck p₅ wieder aus dem Gehäuse 1 über den Abgaskamin 5 entlassen, wo er atmosphärischen Druck einnimmt.
• Es ist gut erkennbar, dass sich ein wesentlicher Vorteil gegenüber dem Stand der Technik ergibt, denn beim Stand der Technik wurde lediglich ein einziger Druck durch ein einziges Gebläse 22 erzeugt und nicht eine Hintereinanderschaltung von mehreren Druckstufen, die zu einem erhöhten Auslassdruck am Brennergebläse führt und damit zu einer besseren Versorgung der Brennerflamme.
Zeichnungslegende

1

Gehäuse

2

Lufteinlass

3

Luftauslass

4

Wasserablauf

5

Abgaskamin

6

Luftauslass

7

Luftauslass

8

Gehäusekammer (HD-Einheit)

9

Gehäusekammer (Brenner)

10

Innenraum

11

HD-Pumpe

12

Motor

13

Kühlluftgebläse

14

Luftstrom

15

Pfeilrichtung

16

Pfeilrichtung

17

Pfeilrichtung

18

Pfeilrichtung

19

Luftstrom

20

Pfeilrichtung

21

Motor

22

Brennergebläse

23

Pfeilrichtung

24

Brenner

25

Pfeilrichtung

26

Brennerflamme

27

Wärmetauscher

28

Pfeilrichtung

29

Pfeilrichtung

30

Aufladedruck

31

Position

32

Wasseranschluss

33

Wasseranschluss

34

Position

35

Position

36

Position

Claims (6)

1. Beheizter Hochdruckreiniger mit einem Gehäuse (1), beinhaltend eine Hochdruckpumpe (11) zur Erzeugung von Hochdruck-Nutzwasser, welche durch ein mittels Gebläsemotor (12) betriebenes KühlluftPumpengebläse (13) mittels einer ersten Luftmenge (Q₁) gekühlt wird, und beinhaltend einen mit einem flüssigen oder gasförmigen Brennstoff, insbesondere Öl- oder Gas, beheizten Brenner (24) mit Abgaskamin (5) zum Erwärmen des Hochdruck-Nutzwassers in einem Wärmetauscher (27), wobei der Gebläsemotor (12) auch für Luftzufuhr mittels einer zweiten Luftmenge (Q₂) bei Überdruck (30) für eine Brennerflamme (26) des Brenners (24) sorgt, und wobei die Hochdruckpumpe (11) mit Kühlluft-Pumpengebläse (13) und zugehörigem Gebläsemotor (12) in einer ersten Gehäusekammer (8) des Gehäuses (1) angeordnet ist und der Brenner (24) mit Brennergebläse (22) in einer zweiten Gehäusekammer (9) des Gehäuses (1) angeordnet ist, wobei die beiden Gehäusekammern (8, 9) luftschlüssig miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Gehäusekammer (9) ein mittels Gebläsemotor (21) betriebenes Brennergebläse (22) angeordnet ist, welches für Luftzufuhr der zweiten Luftmenge (Q₂) bei Überdruck (30) für eine Brennerflamme (26) des Brenners (24) sorgt, wobei die beiden Gebläse (13, 22) hintereinander in Serie angeordnet sind und dass ein Teil der ersten Luftmenge (Q₁) des Kühlluft-Pumpengebläses (13), der an der Einlassseite der Gehäusekammer (9) auftritt, als Kühlluftstrom nach oben in einen ringförmigen Luftauslass (6, 7) ausströmt, welcher den Abgaskamin (5) ringsum kühlt, aus dem die durch die Verbrennung erzeugte zweite Luftmenge (Q₂) entströmt.
2. Beheizter Hochdruckreiniger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennergebläse (22) stromabwärts des Kühlluft-Pumpengebläses (13) für die Hochdruckpumpe (11) angeordnet ist.
3. Beheizter Hochdruckreiniger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Überdruck (30) der Brennerluft 50 bis 200 mbar über dem atmosphärischen Druck liegt.
4. Beheizter Hochdruckreiniger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Wesentlichen der gesamte Innenraum des Gehäuses (1) unter Überdruck steht.
5. Beheizter Hochdruckreiniger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gehäusekammern (8, 9) luftschlüssig frei im Innenraum des gemeinsamen Gehäuses (1) angeordnet sind.
6. Beheizter Hochdruckreiniger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gehäusekammern (8, 9) durch Rohre oder durch andere Luft führende Elemente luftschlüssig miteinander verbunden sind.

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