-
Brennertopf für flüssige Brennstoffe
-
Die Erfindung bezieht sich auf einen Brennertopf für flüssige Brennstoffe
mit einem Boden, einem zylindrischen Mantel, in dem sich auf mehreren Mantelkreisen
Öffnungen vorzugsweise in Form von in Reihen angeordneten Löchern für den Luftzutritt
befinden, sowie mit zumindest einem im Topfinnern eingelegten Brennerring, der im
Abstand von der Innenfläche des Mantels angeordnet ist. Gleichzeitig bezieht sich
die Erfindung auf ein Verfahren zur Anordnung der Löcher in dem Brennermantel.
-
Ein Brennertopf der eingangs genannten Art ist zum Beispiel dem DE-GM
71 39 671 zu entnehmen. Derartige Brennertöpfe werden ohne besondere Zuluftförderung
durch einen Lüfter oder ähnliches betrieben, und beispielsweise in Ölöfen und Ölkesseln
benutzt. Die zur Verbrennung notwendige Zuluft wird durch den vom Kamin erzeugten
Unterdruck, durch im zylindrischen Mantel auf mehreren Mantelkreisen befindlichen
Öffnungen, angesaugt.
Dabei sind die Löcher derart im Mantel angeordnet,
daß die Luftzufuhr in etwa tangential zu der Mantelinnenfläche verläuft. Diese Anordnung
hat den Vorteil, daß eine gute Verwirbelung zwischen den aufsteigenden Öldämpfen
und der eintretenden Luft im Randbereich erfolgen kann. Dieser Verbrennungszustand
läßt sich optimal nur für eine bestimmte Ölmenge und einen bestimmten Schornsteinzug
erreichen. In der Praxis kann ein bestimmter Schornsteinzug nicht definiert werden
und die Ölmenge wird entsprechend dem jeweiligen Wärmebedarf dosiert zugeführt.
Dies bedeutet beispielsweise, wenn ein hoher Schornsteinzug vorhanden ist, die benötigte
Ölmenge jedoch relativ gering ist, daß die Verbrennung einen hohen Luftüberschußanteil
aufweist, der wiederum einen schlechten Wirkungsgrad des Gesamtgerätes hervorruft.
Umgekehrt führt ein geringer Schornsteinzug, in Verbindung mit einer größeren Ö1-menge,
zur unvollständigen Verbrennung und damit zur CO-Bildung, die ebenfalls einen schlechten
Wirkungsgrad hervorruft und gleichzeitig erheblich zur Umweltverschmutzung beiträgt.
Wird eine größere Ölmenge einem bereits in Betrieb befindlichen heißen Brennertopf
zugeführt, kann diese sofort verdampfende Menge sich nicht vollständig mit der Zuluft
v-ermischen, ein Teil des Öldampfes geht unverbrannt in den Schornstein und führt
durch Kondensation an den Schornsteinwandungen zu Versottungserscheingungen und
gleichzeitig zur Energieverschwendung, da die in diesem Öl
vorhandene
Heizkraft nicht ausgenutzt wird. Bei Versuchen mußte man immer wieder feststellen,
daß besonders bei Brennertöpfen mit größerem Außendurchmesser und hoher Leistung,
wie sie vorzugsweise in Warmwassererzeugern und Warmluftgeräten verwendet werden,
unverbranntes Öl im Abgas vorhanden war. Herstellungstechnisch zeigen die eingangs
genannten Brennertöpfe die Schwierigkeit, daß die Löcher zunächst in die Mantelfläche
gestanzt werden, um diese zur Erzielung der gewünschten Strömungsrichtung der eintretenden
Luft zu verschränken. Diese Tätigkeit wird von Hand oder von einer Maschine Loch
für Loch durchgefiihlt, wodurch die Herstellung eines entsprechenden Brennertopfes
sehr zeit- und damit kostenaufwendig ist.
-
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Brennertopf
der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß sichergestellt ist, daß sowohl
bei kleinster als auch bei größter Brennerstellung, weitestgehend unabhängig von
einem durch den Schornstein gebildeten Unterdruck, eine vollständige Verbrennung
der Öldämpfe erfolgt, so daß demzufolge kein unverbranntes Öl in die Abgase gelangen
kann. Außerdem soll der C02-Gehalt wesentlich erhöht werden, wodurch der Wirkungsgrad
des ölbeheizten Geräts optimiert und damit Energie eingespart wird. Schließlich
soll erzielt werden, daß durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Brennertopfes
eine einfachere und zeitsparende Herstellung möglich wird, um einen kostengünstigen
Brennertopf zur Verfügung stellen zu können.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei Brennerringe
im Abstand zueinander und jeweils im Abstand zu der Innenfläche des Mantels angeordnet
sind, daß das Profil des oberen Brennerrings V-förmig und das Profil des unteren
Brennerrings U-förmig ausgebildet ist, wobei die Brennerringe jeweils von Lochreihen
umgeben sind.
-
Durch die erfindungsgemäße Lehre hat man im Gegensatz zu dem deutschen
Gebrauchsmuster 71 39 671 erneut den Gedanken aufgegriffen, anstelle eines einzigen
Brennerringes zwei Brennerringe oder Flammleitringe in den Brennertopf anzuordnen.
Dabei hat man jedoch die Brennerringe derart ausgestaltet, daß die eintretende Luft
einerseits eine vollständige Verwirbelung, sowohl im Randbereich als auch in der
Mitte des Brennertopfes, mit den aufsteigenden Öldämpfen herbeiführt, andererseits
durch Wirbelbildung einen Luftüberschuß vermeidet, so daß auch bei den zuvor beschriebenen
Extrembedingungen eine vollständige Verbrennung und damit eine Energieeinsparung
erfolgt und darüberhinaus die Umweltverschmutzung reduziert wird. Dieses Ergebnis
war vor vornherein nicht zu erwarten und daher überraschend. Die gute Verwirbelung
ist möglicherweise dadurch zu erklären, daß nicht nur die Brennerringe unterschiedliche
Formen aufweisen, was an und für sich bekannt ist, sondern daß insbesondere der
untere Brennerring U-förmig ausgebildet ist. Verstärkt wird
die
Wirkung des unteren Brennerrings durch die V-förmige Ausgestaltung des oberen Brennerringes.
Dieser besteht vorzugsweise aus drei konzentrisch angeordneten Abschnitten, von
denen die inneren Abschnitte zueinander und zum Brennertopfradius einen Winkel einschließen.
Mit anderen Worten zeigen Abschnitte des oberen Brennerrings einen Anstellwinkel
zu dem Brennerradius, so daß auf diese Flächen auftreffende Zuluft abgelenkt und
zum Topfinneren geführt wird, wodurch erkennbar auch im Mittenbereich des Brennertopfes
eine gute Verwirbelung erzielt wird.
-
Eine gute Vermischung zwischen Öldampf und Zuluft hat sich dann gezeigt,
wenn der dem Brennertopfinnern zugewandte Abschnitt zum Brennertopfradius einen
Winkel zwischen 200 und 150, vorzugsweise von 180 umschließt.
-
Des weiteren hat sich herausgestellt, daß besonders gute Verbrennungsergebnisse
erzielt werden, wenn die Breite jedes der äußeren Abschnitte des oberen Brennerrings
in etwa gleich und ihre Summe geringer als die halbe Breite des inneren Abschnitts
ist. Dabei verläuft der äußere Abschnitt vorzugsweise parallel oder nahezu parallel
zum Brennertopfboden.
-
Der untere Brennertopfring, der - wie erwähnt - U-förmig ausgebildet
ist, besteht aus einem parallel zum Brennertopfboden verlaufenden Bodenabschnitt
mit zwei parallel zueinander angeordneten, nach oben gerichteten Schenkeln. Die
Optimierung der Verwirbelung
wird dann erreicht, wenn der Abstand
zwischen den Schenkeln 5 bis 6-fach größer als die jeweilige Schenkelhöhe ist.
-
Die Funktionstüchtigkeit des erfindungsgemäßen Brennertopfes hängt
auch entscheidend von der Anordnung und Ausgestaltung der in dem Mantel des Brennertopfes
angeordneten Löcher ab. So werden überaus gute Verbrennungsergebnisse erzielt, wenn
der Durchmesser eines jeden Loches unterhalb des oberen Brennerringes gleich oder
nahezu gleich ist. Vorzugsweise sollte in Bezug auf sämtliche Löcher der Durchmesser
eines Loches im Vergleich zu einem unterhalb von diesem angeordneten Loch gleich
oder größer sein.
-
Nach der erfindungsgemäßen Lehre ist es angebracht, daß zwischen den
Brennerringen zwei Reihen von Löchern angeordnet sind, wobei die Summe aller Lochflächen
einer Reihe von der Summe aller Lochflächen der anderen Reihe um weniger als 10
% abweicht. Aber auch die Summe aller Lochflächen der unmittelbar oberhalb des oberen
beziehungsweise unmittelbar unterhalb des unteren Brennerrings angeordneten Reihen
von Löchern beeinflußt den Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Brennertopfes nicht
unwesentlich. Daher sollte deren Summe jeweils gleich oder nahezu gleich sein. Bei
der Uberprüfung hinsichtlich des Zugbedarfs, der Rußbildung, des Regelbereichs und
hinsichtlich der Optimierung des Wirkungsgrades hat sich herausgestellt,
daß
der Brennertopf vorzugsweise fünf Reihen von Löchern aufweist, von denen die Summe
der Lochflächen der obersten Reihe größer als die Summe der Lochflächen jeder anderen
Reihe von Löchern ist.
-
Damit die Zuluft unter gewünschten Winkel zum Brennerradius in dem
Brennertopf eindringen kann, sind die Lochreihen zum Teil in Sicken, vorzugsweise
in Außensicken angeordnet. Dabei sind die Löcher innerhalb der Sicken derart vorgesehen,
daß die Normalen der Löcher auf die Mittelachse des Brennertopfes 'gerichtet sind
und mit Ausnahme der untersten Reihe von Löchern parallel zum Brennertopfboden oder
zum oberen Bereich des Brennertopfs orientiert verlaufen. Um den Anstellwinkel der
Abschnitte des oberen Brennerringes in Bezug auf den Brennerradius zur Verwirbelung
der Zuluft auszunutzen, ist vorzugsweise die Normale jedes der unmittelbar oberhalb
des oberen Brennerrings angeordneten Löcher parallel zum Brennertopf orientiert.
-
Um ein einfaches Anordnen der Löcher in der Mantelfläche und eine
gewünschte Einstellung der Löchernormalen zum Brennerradius herbeizuführen, ohne
daß eine aufwendige, von Hand oder von einer Maschine durchzuführende Verschränkung
der Löcher erfolgen muß, werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die Löcher
in Reihen in die Mantelfläche gestanzt und anschließend Sicken, vorzugsweise Außensicken
im Bereich der Lochreihen zur Erzielung einer gewünschten Orientierung der Lochnormalen
gebildet.
-
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung.
-
Es zeigen: Fig. 1 einen Teilschnitt des erfindungsgemäßen Brennertopfes,
Fig. 2 eine ausschnittsweise Ansicht des Brennertopfes nach Fig. 1, Fig. 3 eine
Draufsicht auf einen im oberen Bereich des Brenertopfs angeordneten Brennerring,
Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie A - B von Fig.
-
3, Fig. 5 einen im unteren Bereich des Brennertopfs angeordneten
Brennerring und Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie A - B von Fig.
-
5.
-
Ein Brennertopf 10 besteht aus einem ringförmigen Brennerboden 12,
auf dem ein Brennermantel 14 aufgesetzt ist. Flüssiger Brennstoff, beispielsweise
leichtes Heizöl, tritt über eine Zuleitung 16 ein. Im nicht dargestellten Teil der
Zuleitung befindet sich ein Regelventil zur Einstellung der Menge des zufließenden
Brennstoffes
und damit auch zur Einstellung der Heizleistung im bestimmten Regelbereich. Bei
Inbetriebnahme wird der Brennertopf gezündet. Nachfließender Brennstoff verdampft
und mischt sich mit durch Öffnungen im Mantel 14 eintretender Luft. Das Gemisch
brennt dann als Heizflamme je nach Stellung des Regelventils im oder über dem Brennertopf
10. Die Öffnungen im Mantel 14 werden durch Löcher 26, 28, 30, 32, 34 gebildet,
die auf Mantelkreisen in Form von Lochreihen angeordnet sind. Die Lochdurchmesser
einer jeden Lochreihe sind üblicherweise gleichbleibend und die Löcher haben regelmäßige
Abstände zueinander. Die Verteilung und Größe der Löcher sowie der Verlauf deren
Normalen zum Brennerradius ist von wesentlicher Bedeutung für das Betriebsverhalten
des Brennertopfs in einem Ofen.
-
Das bedeutet, daß der Rußwert in den Abgasen, die Brennergeräusche,
die Heizleistung und der Regelbereich, bezogen auf die Topfgröße, ein hoher CO2-Gehalt,
die Rückstandsbildung im Brennertopf sowie das Verhindern bei Vorliegen von unverbranntem
Öl im Abgas davon abhängen. Des weiteren ist der Fig. 1 zu entnehmen, daß zwei Brennerringe
18 und 20 in einem Abstand a zu dem Brennermantel 14 und im Abstand zueinander im
Inneren des Brennertopfes 10 angeordnet sind. Dabei ist das Profil des oberen Brennerringes
18 V-förmig und das Profil des unteren Brenneringes 20 U-förmig ausgebildet. Die
Brennerringe 18 und 20 liegen auf in das Brennertopfinnere hineinragenden Vorsprüngen
in Form von zum Beispiel Stiften oder Nieten
22 beziehungsweise
24 auf.
-
Der obere Brennerring 18 besteht aus drei Abschnitten 46, 48 und 50.
Dies ist insbesondere den Fig. 3 und 4 zu entnehmen. Der innere Abschnitt 46 beschreibt
vorzugsweise zu dem Brennertopfradius einen Winkel von 18°. Die Breite des inneren
Abschnitts 46 ist so gewählt, daß sie doppelt so groß ist, wie die Summe der Breiten
der äußeren Abschnitte 48 und 50. Dabei sind die letzteren Abschnitt 48 und 50 derart
ausgebildet, daß der äußere Abschnitt parallel oder nahezu parallel zum Brennertopfradius
verläuft, wohingegen der mittlere Abschnitt gleichfalls einen Winkel zu diesem umschließt.
Damit der Brennerring 18 auf den Halterungen 22 gut aufliegen kann, sind an der
Unterseite des Brennerringes spezielle Profile 52 eingelassen, die gewährleisten,
daß der Brennerring 18 sicher auf den Halterungen 22 aufliegt.
-
Der untere Brennerring 20 ist - wie bereits erwähnt - U-förmig ausgebildet.
Dies ist insbesondere den Fig. 5 und 6 gut zu entnehmen. Der Brennerring weist alf
einer Peripherie zusätzliche Ausnehmungen 16 auf, die erforderlich sind, um den
Brennerring 20 von oben über die Halterung 22 in den Bereich der unteren Halterung
24 einlegen zu können. Die U-förmige Gestaltung des unteren Brennerrings 20 wird
durch einen Bodenbereich 54 mit zwei parallel zueinander angeordneten nach oben
gerichteten Schenkeln 56 und 58 gebildet. Um eine gute Verwirbelung der einströmenden
Zuluft
mit den aufsteigenden Öldämpfen zu erzielen, ist der Abstand zwischen den Schenkeln
56 und 58 fünf bis sechsmal größer als die jeweilige Schenkelhöhe 56 beziehungsweise
58.
-
Wie bereits mehrmals ausgeführt worden ist, ist mit von ausschlaggebender
Bedeutung für die Verwirbelung und demzufolge für den Wirkungsgrad des ölbeheizten
Geräts die Anordnung der Löcher in der Mantelfläche.
-
Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, weist der erfindungsgemäße Brennertopf
10 fünf Lochreihen auf, in denen die Löcher 26 beziehungsweise 28 beziehungsweise
30 beziehungsweise 32 beziehungsweise 34 angeordnet sind.
-
Die Normalen der entsprechenden Löcher sind mit den Bezugszeichen
126, 128, 130, 132 und 134 bezeichnet.
-
Die Normalen der Löcher 26, 28, 30 und 34 beschreiben zu dem Brennertopfradius
einen Winkel. Um die entsprechende Orientierung der Normalen zu erzielen, sind die
Löcher auf Sicken, im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 auf Außensicken 36, 38, 40,
44 angeordnet.
-
Dadurch wird auf einfache Weise der Einstellwinkel der Lochnormalen
eingerichtet. Mit Ausnahme der Löcher 26 der untersten Lochreihe beschreiben die
oberen auf Sicken 38, 40, 44 angeordneten Normalen 128, 130, 134 der Löcher 28,
30 und 34 einen Winkel zum Brennerradius, der positiv orientiert ist, also zur oberen
Öffnung des Brennertopfes 10 hinweist. Dagegen weisen die Normalen 126 der unteren
Löcher 26 in Richtung auf
den Brennertopfboden 42.
-
Nachstehend wird ein praktisch erprobtes Ausführungsbeispiel beschrieben.
-
Es handelt sich um einen Brennertopf mit einem Außendurchmesser von
178 mm und einer Gesamthöhe h von 158 mm. Die Brennerringe 18 und 20 sind im Abstand
a = 2,12 mm von der Innenfläche des Brennermantels 14 angeordnet. Der Brennertopf
10 besteht aus insgesamt fünf Lochreihen, deren Abstand vom oberen Rand des Brennertopfes
10 wie folgt gewählt ist: Lochreihe 11 (Löcher 26) = 106,28 mm Lochreihe 12 (Löcher
28) = 80,98 mm Lochreihe 13 (Löcher 30) = 58,68 mm Lochreihe 14 (Löcher 32) = 40,40
mm Lochreihe 15 (Löcher 34) = 22,10 mm Die Anzahl der Löcher pro Lochreihe beläuft
sich auf: 11 = 30 Stück mit Durchmesser 2,0 mm 12 = 19 Stück mit Durchmesser 2,0
mm 13 = 18 Stück mit Durchmesser 2,0 mm 14 = 19 Stück mit Durchmesser 2,5 mm 15
= 88 Stück mit Durchmesser 2,9 mm
Daraus ergibt sich die Summe
aller Loch flächen in mm2 von: 2 11 = 94,20 mm 12 = 59,66 mm 2 13 = 56,52 mm 2 14
= 93,29 mm 15 = 581,68 mm² Die Brennerringe 18 und 20 haben folgende Maße: Unterer
Brennerring 20: Außendurchmesser = 172 mm Innendurchmesser = 115 mm Höhe der Schenkel
= 5 mm Der obere Brennerring 18 weist gleichfalls einen äußeren Durchmesser von
172 mm auf, wohingegen der innere Durchmesser 122 mm beträgt. Die Höhe des Brennerringes
im Bereich des inneren Abschnitts 46 beläuft sich auf maximal 7 mm, wobei die Höhe
des Brennerrings 18 im mittleren Abschnitt (48)3 mm mißt.
-
Leerseite