Beschreibung

Titel ölvormischbrenner

Die Erfindung betrifft einen ölvormischbrenner nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Derartige ölvormischbrenner besitzen ein zylindrisches Brennelement mit einer Brenneroberfläche auf der äußeren Mantelfläche. Um eine zentrale öldüse befindet sich in der Regel eine Verteilkammer für den entstehenden ölnebel, damit dieser gleichmäßig von innen her die Brenneroberfläche erreicht. In die Verteilkammer gelangt Verbrennungsluft über mindestens eine Einströmöffnung im Bereich der öldüse, welche an einem Düsenstock mit ölvorwärmer befestigt ist. Stromaufwärts der öldüse befindet sich ein Verbrennungsluftkanal mit Verbindung zu einem Gebläse.

Insbesondere bei Gasbrennern, die modulierend betrieben werden, also bei denen der Leistungsbereich zwischen einem geringen Anteil der Maximalleistung und der Maximalleistung gesteuert werden kann, haben sich die sogenannten Vormischbrenner durchgesetzt. Bei diesen Brennern wird der Brennstoff und die zu dessen Verbrennung erforderliche Verbrennungsluft von der Flamme örtlich getrennt vermischt und dann verbrannt. Dazu wird meist ein zylindrisches Brennelement als Flammenhalter eingesetzt, der für das Brennstoff- /Luft-Gemisch durchlässig ist und einen Innenraum umschließt, dem das Brennstoff-/Luft- Gemisch zugeführt wird. Mit dieser Technologie lassen sich kleine Flammen mit guten Abgaswerten, relativ kleine Flammenhalter und große Modulationsbereiche verwirklichen.

Das Grundprinzip eines ölvormischbrenners ist die Vermischung von fein zerstäubtem öl mit vorgewärmter Luft. Durch dieses Prinzip ist es möglich, dass sich zum Beispiel eine sogenannte kalte Flamme bildet, so dass der Brennstoff über eine Oberfläche verbrannt werden kann. Die Oberflächenverbrennung ist allerdings auch ohne kalte Flamme möglich. Generell ist das Erwärmen von Luft auf Grund der geringen Wärmekapazität relativ schwierig, weil dazu entweder ein effektiver Wärmeübergang über eine Wand auf den Luftstrom und/oder hohe Wandtemperaturen notwendig sind.

Ein ölvormischbrenner ist zum Beispiel aus der DE 10 2006 000 174 Al bekannt. Dabei wird die Tatsache genutzt, dass heiße Luft das öl verdampft und somit ein Gasgemisch gebildet werden kann, welches wie bei einem Gas-Vormischbrenner durch den Flammhalter hindurch tritt und abbrennt. Durch die Zumischung von Abgas zur Verbrennungsluft zur Luftvorwärmung wird zudem die Bildung von Stickoxiden verringert und dadurch soll sich auch das Anlaufverhalten verbessern, weil der Betriebspunkt relativ schnell erreicht wird. Die Verbrennungsluft wird zur Wärmeaufnahme durch eine mindestens abschnittsweise über eine Brenneroberfläche ragende, von der Brennerflamme beabstandete Leiteinrichtung geführt und in einer Düse in der Leiteinrichtung beschleunigt, damit das Abgas aus dem Brennraum angesaugt und mit der Luft vermischt werden kann.

Auch die DE 26 43 293 Al beschreibt einen solchen Kanal für die Verbrennungsluft, der als Zylinder um den hinteren Bereich eines Brennstabes bzw. Brennelementes angeordnet ist. Da für die Vermischung und die Verbrennungsreaktion ein bestimmter Mindestbrennele- mentdurchmesser erforderlich ist, kann dieser Aufbau allerdings zu einem gegenüber bekannten Bauformen insgesamt relativ großen Feuerraum führen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem ölvormischbrenner die Verbrennungsqualität und die Robustheit, besonders im Hinblick auf Modulationsfähigkeit, zu optimieren.

Erfindungsgemäß wurde dies mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Der ölvormischbrenner ist dadurch gekennzeichnet, dass das Brennelement in oder unterhalb der Brenneroberfläche einen integrierten Luftwärmetauscher für die Vorwärmung der Verbrennungsluft aufweist.

Dazu ist im Brennelement eine Verteileinrichtung unterhalb der Brenneroberfläche vorgesehen, welche zwischen einer zur Brenneroberfläche gerichteten Wand und einer Innenwand mindestens einen integrierten Kanal als Luftwärmetauscher ausbildet, und mit einer Vielzahl von Durchtrittsöffnungen für das zu verbrennende öl-/Luft-Gemisch versehen ist. Diese durchgreifen den Kanal und sind luftseitig abgedichtet.

In einer ersten Ausführungsform ist ein Verteilzylinder als Verteileinrichtung vorgesehen, welcher zwischen einer zur Brenneroberfläche gerichteten Wand und einer Innenwand ei-

nen Ringraum mit mindestens einem integrierten Kanal als Luftwärmetauscher ausbildet. Die aus dem Verbrennungsluftkanal austretende, zu erwärmende Verbrennungsluft wird über mindestens eine die Verteilkammer unterhalb der Brenneroberfläche durchgreifende Leitung bis an die von der öldüse entfernte Stirnseite des Brennelementes geführt, gelangt dort in den mindestens einen Kanal als Luftwärmetauscher in der Verteileinrichtung, strömt in Richtung öldüsennaher Stirnseite zurück und tritt dort als vorgewärmte Verbrennungsluft im Bereich um die öldüse in die Verteilkammer ein.

Vorteilhafterweise besteht die Verteileinrichtung aus einem glatten Blech und einem zugeordneten geprägten Blech. Dabei liegen die Prägungen auf dem zugeordneten Blech auf, und die Bleche sind an diesen Stellen miteinander verschweißt. In diesem Bereich der Schweißung, also an den Schweißpunkten, ist jeweils eine Durchtrittsöffnung für das öl- /Luft-Gemisch angebracht. Dies kann fertigungstechnisch in einer Ebene erfolgen, beispielsweise durch Ausstanzen, so dass danach die doppelte Blechlage in die zylindrische Form gebracht wird.

Bei einer zweiten Ausführungsform weist die Verteileinrichtung unterhalb der Brenneroberfläche mehrere parallele, gerade in Längsrichtung oder spiralförmig gewendelt verlaufende Kanäle als Luftwärmetauscher auf. Dabei wird die Verbrennungsluft, ausgehend vom Verbrennungsluftkanal, durch einen Teil der Kanäle bis an die von der öldüse entfernte Stirnseite des Brennelementes geleitet, dort umgelenkt, strömt durch einen anderen Teil der Kanäle zur öldüsennahen Stirnseite zurück und tritt dort als vorgewärmte Verbrennungsluft im Bereich um die öldüse in die Verteilkammer ein.

Für den Fall, dass die Verteileinrichtung mehrere parallele, gerade in Längsrichtung verlaufende Kanäle als Luftwärmetauscher aufweist, sind immer zwei benachbarte Kanäle an der von der öldüse entfernten Stirnseite miteinander verbunden. Dann wird die Verbrennungsluft jeweils durch den ersten Kanal bis an die von der öldüse entfernte Stirnseite des Brennelementes geleitet, dort in den benachbarten Kanal umgelenkt, strömt durch diesen zur öldüsennahen Stirnseite zurück und tritt dort als vorgewärmte Verbrennungsluft im Bereich um die öldüse in die Verteilkammer ein. Wenn die Verteileinrichtung mehrere parallele, spiralförmig gewendelt verlaufende Kanäle als Luftwärmetauscher aufweist, sind ebenfalls immer zwei benachbarte Kanäle an der von der öldüse entfernten Stirnseite miteinander verbunden. Auch dabei wird die Verbrennungsluft jeweils durch den ersten Kanal bis an die von der öldüse entfernte Stirnseite des Brennelementes geleitet und dort in den benachbarten Kanal umgelenkt.

Bei einer dritten Ausführungsform wird der Luftwärmetauscher durch mehrere parallele, in Längsrichtung verlaufende Rohre gebildet. Ausgehend vom Verbrennungsluftkanal wird dabei die Verbrennungsluft durch einen Teil der Rohre bis an die von der öldüse entfernte Stirnseite des Brennelementes geleitet. Dort erfolgt eine Umlenkung, und durch einen anderen Teil der Rohre das Zurückströmen zur öldüsennahen Stirnseite. Dort tritt die vorgewärmte Verbrennungsluft im Bereich um die öldüse in die Verteilkammer ein.

Einerseits kann dabei die zu erwärmende Verbrennungsluft über mindestens ein die Verteilkammer durchgreifendes Rohr bis an die von der öldüse entfernte Stirnseite des Brennelementes geführt werden, wird dort in einem stirnseitigen Verteilraum in mehrere unterhalb der Brenneroberfläche angeordnete Rohre als Luftwärmetauscher umgelenkt, strömt über diese in Richtung öldüsennaher Stirnseite zurück und tritt dort als vorgewärmte Verbrennungsluft im Bereich um die öldüse in die Verteilkammer ein. Andererseits kann die Verteileinrichtung aber auch mehrere parallele, in Längsrichtung verlaufende Rohre als Luftwärmetauscher aufweisen. Speziell in diesem Fall sind immer zwei benachbarte Rohre an der von der öldüse entfernten Stirnseite so miteinander verbunden, dass die Verbrennungsluft jeweils durch das erste Rohr bis an die von der öldüse entfernte Stirnseite des Brennelementes geleitet und dort in das benachbarte Rohr umgelenkt wird. Durch dieses strömt die Verbrennungsluft zur öldüsennahen Stirnseite zurück und tritt dort in die Verteilkammer ein.

Das Brennelement besitzt vorzugsweise eine zylindrische Brenneroberfläche, und mehrere parallele, in Längsrichtung verlaufende Rohre sind auf einem gemeinsamen Teilkreis unterhalb der Brenneroberfläche als Luftwärmetauscher angeordnet. Diese dienen als Träger für die Brenneroberfläche.

Die parallelen Rohre auf einem gemeinsamen Teilkreis sind mit einem Abstand zueinander angeordnet. Dieser bildet jeweils eine streifenartige Durchtrittsöffnung für das öl-/Luft- Gemisch. Alternativ dazu können die parallelen Rohre auf einem gemeinsamen Teilkreis aber auch aneinander anliegen. Dabei weist dann mindestens jedes zweite Rohr mehrere definierte Prägungen auf der Außenseite auf, welche als Durchtrittsöffnung für das öI-/ Luft- Gemisch dienen. über den Abstand zwischen zwei parallelen Rohren und/oder die Tiefe der Prägungen wird somit der Durchtrittsquerschnitt definiert.

Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen werden bei ölvormischbrennern sowohl die Verbrennungsqualität als auch die Robustheit verbessert. Insbesondere für modulierenden Betrieb ist die erfindungsgemäße Anordnung mit dem integrierten Luftwärmetauscher vor-

teilhaft. Dies trifft für Brenner mit einem zylindrischen Brennelement genauso zu wie für Flächenbrenner mit einer horizontalen Brenneroberfläche und dem erfindungsgemäßem Aufbau. Die Flamme brennt an bzw. in der Brenneroberfläche, so dass dabei Energie aus der Flamme ausgekoppelt und zur Erwärmung der Verbrennungsluft genutzt wird. Damit kann eine elektrische Luftvorwärmung während des stationären Brenner- Betriebszustandes entfallen.

Ein bedeutender Vorteil der erfindungsgemäß integrierten Luftvorwärmungsfunktion ist, dass mit zunehmender Brenneroberfläche, beispielsweise bei einem Brennelement für größere Leistungsbereiche, auch die Wärmetauscheroberfläche in gleichem Maße wächst. Damit bleibt die angestrebte Lufttemperatur konstant. Außer als am Brennelement selbst sind somit an der Peripherie keine konstruktiven änderungen für die Darstellung unterschiedliche Brenner- Leistungsgrößen nötig. Der sonstige Brenneraufbau bleibt genauso erhalten wie Anforderungen an den umgebenden Feuerraum.

Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Es zeigt einen ölvormisch- brenner mit einem zylindrischen Brennelement und einem Luftwärmetauscher:

Fig. 1: in einem vertikalen Halbschnitt in Längsrichtung,

Fig. 2: in einem horizontalen Längsschnitt durch den integrierten Luftwärmetauscher,

Fig. 3: in einem vertikalen Querschnitt durch eine Verteileinrichtung und

Fig. 4: in einer perspektivischen Schnittdarstellung in einer Ausführung mit mehreren parallelen Rohren.

Der ölvormischbrenner besteht im Wesentlichen aus einem zylindrischen Brennelement 1, mit einer Brenneroberfläche 2 auf der äußeren Mantelfläche, einer Verteilkammer 3 unterhalb der Brenneroberfläche 2, einer zentralen öldüse 4, und einem an ein stromaufwärts angeordnetes Gebläse angeschlossenen Verbrennungsluftkanal 5.

Das Brennelement 1 besitzt einen integrierten Luftwärmetauscher für die Vorwärmung der Verbrennungsluft auf, welcher gemäß Fig. 1 aus einem Verteilzylinder als Verteileinrichtung direkt unterhalb der Brenneroberfläche 2 besteht. Zwischen einer zur Brenneroberfläche 2 gerichteten Wand und einer Innenwand wird dabei einen ringförmigen integrierten Kanal 6 als Luftwärmetauscher ausgebildet. Den Kanal 6 durchgreift eine Vielzahl von luftseitig ab-

gedichteten Durchtrittsöffnungen 7 für das zu verbrennende öl-/Luft-Gemisch aus der Verteilkammer 3.

Die zu erwärmende Verbrennungsluft wird über mindestens eine die Verteilkammer 3 unterhalb der Brenneroberfläche 2 durchgreifende Leitung 8 bis an die von der öldüse 4 entfernte Stirnseite des Brennelementes 1 geführt, gelangt dort in den Kanal 6, strömt in Richtung öldüsennaher Stirnseite zurück und tritt dort als vorgewärmte Verbrennungsluft im Bereich um die öldüse 4 in die Verteilkammer 3 ein.

Gemäß Fig. 2 sind unterhalb der Brenneroberfläche 2 mehrere parallele, gerade in Längsrichtung verlaufende Kanäle 9, 9' als Luftwärmetauscher vorgesehen. Dabei sind immer zwei benachbarte Kanäle 9, 9' an der von der öldüse 4 entfernten Stirnseite miteinander verbunden. Ausgehend vom Verbrennungsluftkanal 5 wird die Verbrennungsluft jeweils durch den ersten Kanal 9 bis an die von der öldüse 4 entfernte Stirnseite des Brennelementes 1 geleitet und dort in den benachbarten Kanal 9' umgelenkt. Durch diesen strömt sie zur öldüsennahen Stirnseite zurück und tritt dort als vorgewärmte Verbrennungsluft im Bereich um die öldüse 4 in die Verteilkammer 3 ein.

Fig. 3 zeigt die aus einem glatten Blech an der Oberseite und einem zugeordneten geprägten Blech an der Unterseite bestehende Verteileinrichtung. Die Prägungen liegen auf dem zugeordneten Blech auf, die Bleche sind an diesen Stellen miteinander verschweißt, und im Bereich der Schweißung ist jeweils eine Durchtrittsöffnung 7 für das öl-/Luft-Gemisch angebracht.

Gemäß Fig. 4 besteht der Luftwärmetauscher aus mehreren parallelen, in Längsrichtung verlaufenden Rohren 10, 10' auf einem gemeinsamen Teilkreis. Dabei sind immer zwei benachbarte Rohre 10, 10' an der von der öldüse 4 entfernten Stirnseite miteinander verbunden. Die Verbrennungsluft wird jeweils durch das erste Rohr 10 bis an die von der öldüse 4 entfernte Stirnseite geleitet, dort in das benachbarte Rohr 10' umgelenkt, strömt durch dieses zur öldüsennahen Stirnseite zurück und tritt dort als vorgewärmte Verbrennungsluft im Bereich um die öldüse 4 in die Verteilkammer 3 ein. Die Rohre 10, 10' sind unterhalb der Brenneroberfläche 2 angeordnet und dienen als Träger für die Brenneroberfläche 2. Sie weisen einen Abstand zueinander auf, welcher jeweils eine streifenartige Durchtrittsöffnung 11 für das öl-/Luft-Gemisch darstellt.