DE3614440A1 - Heizungsgeraet mit nachbrenner - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Heizungsgerät mit Nachbrenner, in dem sich ein Brennerraum mit darin angeordnetem Brenner befindet.

Heizungsgeräte unterschiedlichster Bauart sind all­ gemein bekannt und sie dienen beispielsweise in Form eines Heizkessels der Erwärmung und der Er­ hitzung eines Heizmediums, das durch die Schwer­ kraft oder eine Umwälzpumpe in einen Heizkreislauf eingespeist wird und über ein System von Heizkör­ pern seine Wärme abgibt. Die hierfür erforderliche Energie wird über einen im Brennerraum befindlichen Brenner entwickelt, der über eine Zuführungsleitung mit Gas oder Öl gespeist wird. In Aufbau und Funk­ tion unterscheidet man verschiedene Brennertypen, von denen der atmosphärische und der Gebläsebren­ ner die bekanntesten sind. Der atmosphärische Bren­ ner ist dadurch charakterisiert, daß die zur Ver­ brennung benötigte Luft durch den natürlichen Auf­ trieb angesaugt wird und mit dem aus dem Brenner ausströmenden Heizmedium vermischt und gezündet wird. Eine wesentlich bessere Auswertung des Brenn­ stoffes läßt sich durch Gebläsebrenner erreichen, bei welchem die Verbrennungsluft durch ein Geblä­ serad an die den Brennstoff zerstäubende Düse her­ angeführt wird, wo das Öl-Luft-Gemisch mit Hilfe eines durch Elektroden erzeugten Funkens gezündet wird. Das vornehmliche Ziel der Entwicklung von Heizkesseln besteht darin, die in Form des Brenn­ stoffes zugeführte Energie möglichst vollständig und rückstandsfrei in Wärme umzuwandeln. Einer der hierfür aus dem Stande der Technik bekannten Vorschläge besteht darin, die vom Brenner ab­ strömenden und mit Abgasen durchsetzte Flammen­ front auf einen als Spiegel wirkende Platte zu richten, hierdurch eine Reflexion zu bewirken, die zu Turbulenzen und damit zu einer besseren Durchmischung und folglich auch vollständigeren Verbrennung mit gleichzeitiger Senkung der Ab­ gastemperatur führt. Als nachteilig ist anzuse­ hen, daß sie durch die hohen Beanspruchungen recht schnell verschleißt und ausgetauscht werden muß, weshalb sich dieser Vorschlag in der Praxis nicht durchgesetzt hat.

Ausgehend hiervon hat sich die Erfindung die Ver­ besserung und Weiterentwicklung der in Heizungsgerät angeordneten Brenner dahingehend zur Aufgabe ge­ macht, daß eine wesentlich vollständigere Ver­ brennung möglich wird.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß da­ durch, daß ein Nachbrenner in Form eines Hohl­ zylinders im Abstand zum Brenner und in Strö­ mungsrichtung der Abgase angeordnet ist und der sich über den gesamten Strömungsquerschnitt er­ streckt und daß im Hohlzylinder Öffnungen ange­ bracht sind. Durch die Tatsache, daß sich der Hohlzylinder über den gesamten Strömungsquer­ schnitt erstreckt, sind die vom Brenner abge­ henden Flammen und Abgase zum Passieren des Hohlzylinders gezwungen und werden innerhalb des Volumens des Hohlzylinders gehalten und können sich nicht wie im Stande der Technik im gesamten Brennerraum ausbreiten. Aus Grün­ den der Kontinuität besitzt deshalb das durch­ strömende Gas eine höhere Geschwindigkeit und bildet folglich einen niederen statischen Druck aus, der bewirkt, daß durch die Öffnungen im Hohlzylinder Luft von außen angesaugt wird, die beim Passieren eine Verwirbelung erfährt, was eine bessere Durchmischung des im Inneren des Zylinders befindlichen Gases zur Folge hat. Des weiteren erwärmt sich der Zylinder während des Betriebes und gibt diese Wärme zum Teil an die von außen einströmende Luft als auch an kühlere Teile des durchströmenden Mediums ab. Beide Maßnahmen - sowohl das Zuführen von Frischluft von außen als auch die zusätzli­ che Erwärmung, die bei bestimmter Einstellung so weit gehen kann, daß große Teile des Zylinders glü­ hen und dadurch noch nicht verbrannte Brennstoff- Luft-Gemische zünden - bedingen eine wesent­ lich bessere und vollständigere Verbren­ nung des Brennstoffes. Die Folge sind hö­ here Energieausbeute bei gleicher Brennstoff­ menge bzw. geringeren Energiebedarf, schad­ stoffärmere Zusammensetzung der Abgase, bessere Abgaswerte und insbesondere höheren Kohlen­ dioxydgehalt sowie weitgehende Rußfreiheit und Selbstreinigung des Brennerraumes. Die soeben beschriebenen erfindungsgemäßen Verbesserungen und Weiterentwicklungen von Heizkesseln eignen sich sowohl für gasförmigen als auch flüßigen, insbesondere ölförmigen Brennstoff. Darüber hinaus sind sie sowohl für atmosphärische als auch Gebläsebrenner einsetzbar, wobei Unter­ schiede im physikalischen Ablauf und der Funktion des Brennvorganges gegeben sind, die im folgenden im einzelnen noch beschrieben werden.

In einer bevorzugten Weiterbildung sind an den Öffnungen nach innen weisende Lamellen am Zylin­ der angebracht, die zur Folge haben, daß in den hierdurch definierten Bereichen der effektive und zur Verfügung stehende Strömungsquerschnitt erniedrigt, folglich die Geschwindigkeit des dort befindlichen Gases erhöht und der Unter­ druck hierdurch verstärkt wird. Die Folge ist ein verstärktes Ansaugen von Luft und zu­ sätzlich die Erzeugung von Turbulenzen. Die Lamelle kann als einstückiges Element einer größeren Anzahl an Öffnungen zugeordnet wer­ den oder als Einzelteil jeweils einer einzigen Öffnung.

Von Vorteil ist, wenn zumindest ein Teil der Öffnungen auf einem Kreis entlang dem Mantel des Zylinders befindlich ist, da sich dann bei der später noch im einzelnen beschriebenen Ein­ stellung des Brenners auf ein Glühen des Zylin­ ders in einem Randbereich durch die durch die Öffnungen einströmende Frischluft eine Kühlung des Zylindermantels erfolgt und deshalb bei einer kreisförmigen Anordnung eine Ausbreitung des Glühzustandes des Zylinders über die ge­ samte Länge unterbunden wird.

Die bisher beschriebenen Maßnahmen beziehen sich sowohl auf einen atmosphärischen als auch einen Gebläsebrenner. In der konkreten Weiterbildung ei­ nes atmosphärischen Brenners wird vorgeschlagen, den Durchmesser des Hohlzylinders so zu wählen, daß eine Querchnittsveränderung innerhalb des Brennraumes dem abströmenden Gas dargeboten wird. Die am Brenner entstehenden Flammen und Abgase bewegen sich in Abströmrichtung auf den Hohlzy­ linder zu, werden auf Grund der Kontinuitätsbe­ dingung im Bereich des Hohlzylinders beschleu­ nigt, bilden einen statischen Unterdruck aus und saugen hierdurch von außen Frischluft an, die mitverbrannt wird. Die Anreicherung von Frisch­ luft bedingt eine vollständigere und damit bes­ sere Verbrennung. Unabhängig oder zusätzlich hier­ von kann dies auch dadurch erreicht werden, daß auf dem Zylinder auslaßseitig eine Platte mit zentraler Öffnung aufgebracht ist, die die Ver­ weildauer erhöht sowie Turbulenzen und damit ei­ ne verbesserte Durchmischung und folglich auch Verbrennung bewirkt.

Für einen Gebläsebrenner, der sich charakte­ risiert durch ein Gebläse, welches die zu ver­ brennende Luft in ausreichender Menge dem Brenn­ raum zur Verfügung stellt und bei dem die entste­ hende Flamme in einem Rohr - dem sog. Flamm- bzw. Brennrohr - geführt ist, wird durch die Erfindung vorgeschlagen, den Hohlzylinder im Bereich des Auslasses des Flammrohres und im Abstand hierzu anzubringen und den Brenner so einzustellen, daß der Hohlzylinder wenigstens am auslaßseitigen Rand - das ist der dem Flammrohr gegenüberliegende Bereich - glüht. Die Zufuhr von Luft unmittelbar zu Beginn des Hohlzylinders wird dadurch möglich, daß dieser im Abstand zum Flammrohr angebracht ist. Im Brennraum befindliche und deshalb vorgewärmte Luft kann dann angesaugt werden, was zum einen die Drosselung der Leistung des Gebläses und an­ dererseits durch die Vorwärmung eine wesentliche Verbesserung und auch vollständigere Verbrennung erlaubt. Am Auslaß des Nachbrenners ausströmende und unverbrauchte Luft bzw. Luft-Brennstoff-Ge­ misches strömt dann außerhalb des Hohlzylinders in den Innenraum zurück und kann dem Ver­ brennungsprozeß erneut zugeführt werden. Durch das weitere Merkmal des aus­ laßseitigen Glühens des Hohlzylinders wer­ den noch nicht verbrauchte Brennstoff-Luft- Gemische gezündet, was wesentlich zur vollstän­ digen Verbrennung beiträgt. Um dieses Ziel zu erreichen, wird man in aller Regel eine lang­ strahlige Düse einsetzen, durch die eine ent­ sprechende Erhitzung bis zum Glühen nur an der Auslaßseite vornehmbar ist. Dies erweist sich auch unter dem Gesichtspunkt als Vor­ teil, daß mit Abschalten des Brenners nach wie vor Wärme freigesetzt und an den Heiz­ kreislauf abgegeben wird, weshalb sich die Schaltzeiten zugunsten der Stillstandzeiten verschieben.

Als wesentliche Vorteile des entsprechenden Ge­ bläsebrenners ist anzusehen, daß eine weitge­ hend vollständige Verbrennung (blaue Verbren­ nung) möglich wird. Sie bietet eine optimale Energieausnutzung, deshalb einen geringeren Ölverbrauch, optimale Abgaswerte, einen besonders hohen Kohlendioxyd­ gehalt und damit im Ergebnis einen besseren Wirkungsgrad. Die Verbrennung selbst ist weit­ gehend rückstands- und rußfrei. In der prakti­ schen Erprobung hat sich gezeigt, daß durch die Zufuhr vorgewärmter Luft die Leistung des Ge­ bläses etwa um 30% reduzierbar wird. Das opti­ male Ergebnis des durch den erfindungsgemäßen Nachbrenners erzielbaren Ergebnisses wird nicht allein durch die Benutzung vorgewärmter Luft sondern auch durch die zusätzliche, im Rand­ bereich des Hohlzylinders vorgenommene Zündung bedingt.

Zur Erzielung einer hohen Lebensdauer, zur Ver­ meidung des Verschleisses der Zentrierelemente ist es sinnvoll und in der Praxis auch sehr leicht zu realisieren, wenn der Brenner so eingestellt ist, daß der Hohlzylinder bis zu den auf dem Kreis liegenden Öffnungen glüht. Diese Forderung ist insofern leicht einzuhalten, da durch die Öffnungen vergleichsweise kühle Luft von außen angesaugt und diesen Bereichen des Hohlzylinders deshalb ständig Wärme entzogen wird, so daß sich eine Ausbreitung des Glühvor­ ganges bis über den Kreis hinaus durch ent­ sprechende Einstellung leicht vermeiden und unterbinden läßt.

In einer speziellen Ausgestaltung und ohne Beschränkung der Allgemeinheit empfiehlt sich die Verwendung eines Hohlzylinders aus Metall, der über radial angebrachte Schrauben zen­ trierbar ist. Der Hohlzylinder wird dann auf einen Auslaßstutzen, auf das Flammrohr odgl. endseitig aufgeschoben und durch Betätigen der Schrauben zentriert, wobei im Falle des Gebläsebrenners gleichzeitig ein Durch­ laß zwischen Hohlzylinder und Flammrohr zur Zufuhr von Verbrennungsluft freibleibt.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 9 bewirkt eine längere Verweildauer der abströmenden Rauch­ gase im Brennerraum und damit eine verbesserte Wärmeabgabe.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung lassen sich dem nachfolgenden Be­ schreibungsteil entnehmen, in dem an Hand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung in prinzipienhafter Darstellung und in Seitenansicht wiedergegeben ist.

Hierbei handelt es sich um einen Gebläsebren­ ner, bei dem auf einem Flammrohr 1 und zwar im Bereich seines Auslasses ein Hohlzylinder 2 auf­ gebracht ist. Dessen Befestigung erfolgt dabei in der Weise, daß am Endbereich nach innen zu an einer Lasche 3 Schrauben 4 in radialer Rich­ tung eingebracht sind, die einerseits ein Zen­ trieren des Hohlzylinders 2 auf dem Flammrohr 1 gestatten und gleichzeitig einen Zwischenraum 5 freilassen, der es ermöglicht, daß Verbren­ nungsluft von außen entsprechend den Pfeilen 6 in das Innere des Hohlzylinders 2 einlaßseitig einströmt. Der Hohlzylinder 2 selbst weist etwas rechts von der Mitte Öffnungen 7 auf, die entlang einem in einem Schnitt des Zylin­ ders verlaufenden Kreis angeordnet sind. Jedem dieser Öffnungen 7 ist eine Lamelle 8 zugeord­ net, die von innen her am Hohlzylinder 2 be­ festigt ist und deshalb nur in gestrichelter Darstellung widergegeben sind. Sie tragen da­ für Sorge, daß im Bereich der Öffnungen 7 ein Unterdruck entsteht, der die Luft von außen in Richtung der Pfeile 9 ansaugt und das Ge­ misch zusätzlich verwirbelt. Beide Maßnahmen tragen zu einer Verbesserung der Verbrennung bei.

Die hier soeben beschriebenen Teile befinden sich im Brennraum 10 des Heizkessels, so daß die entsprechend der Pfeile 6, 9 angesaugte Luft vorgewärmt ist, was eine niedrigere Gebläseleistung erfordert und der optimalen Verbrennung dienlich ist. Zum Teil stammt diese angesaugte Luft aus den am Auslaß 11 des Hohl­ zylinders 2 ausströmenden, unverbrannten Ga­ sen, die auf Grund Ihrer vergleichsweise nied­ rigen Temperatur nicht ohne weiteres sofort abströmen. Dabei kann die außerhalb des Hohl­ zylinders 2 zurückgeführte Luft selbstver­ ständlich auch unverbrannte Brennstoffreste enthalten, die dann erwärmt erneut der im Inneren des Flammrohres 1 sowie des Hohlzylin­ ders 2 stattfindenden Verbrennung zugeführt werden.

Im Ergebnis ist ein erfindungsgemäßer Gebläse­ brenner gezeigt, der ein Höchtsmaß an Vollstän­ digkeit der Verbrennung aufweist und deshalb optimale Energieausnutzung, also einen hohen Wirkungsgrad, günstige Abgaswerte, insbeson­ dere einen hohen Kohlendioxydgehalt sowie weit­ gehende Rußfreiheit mit sich bringt.

Claims (9)

1. Heizungsgerät mit Nachbrenner, in dem sich ein Brennerraum mit darin angeordnetem Brenner be­ findet, dadurch gekennzeich­ net, daß als Nachbrenner ein Hohlzylinder 2 im Abstand zum Brenner und in Strömungsrichtung der Abgase angeordnet ist und der sich über den gesamten Strömungsquerschnitt erstreckt und daß im Hohlzylinder 2 Öffnungen 7 angebracht sind.

2. Heizungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Öff­ nungen 7 nach innen weisende Lamellen 8 am Hohlzylinder 2 angebracht sind.

3. Heizungsgerät nach Anspruch 2, gekenn­ zeichnet durch auf einem Kreis liegende Öffnungen 7.

4. Heizungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem atmosphärischen Brenner der Hohl­ zylinder 2 eine Querschnittsverengung bildet.

5. Heizungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine auf den Hohlzylinder 2 auslaßseitig aufge­ brachte Platte mit zentraler Öffnung.

6. Heizungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Gebläsebrenner der Hohlzylinder 2 im Bereich des Auslasses des Flammrohres 1 und im Abstand hierzu angebracht ist und der Brenner so eingestellt wird, daß der Hohlzylinder 2 wenigstens am auslaßseitigen Rand glüht.

7. Heizungsgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohl­ zylinder 2 bis zu den in dem Kreis liegenden Öffnungen glüht.

8. Heizungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen Hohlzylinder 2 aus Metall, der überra­ dial angebrachte Schrauben 4 zentrierbar ist.

9. Heizungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlzylinder 2 innerhalb des Brennerraumes von einem oder mehreren, an einer Stirnseite ver­ schloßenen Zylindern koaxial umgeben ist.