DE3231211C2 - Einrichtung für eine Brennkammer mit einem Öl- oder Gasbrenner - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung für eine Brennkammer mit einem Öl- oder Gasbrenner, bei welcher feuerfestes Speichermaterial in Form von Steinen, Platten o.dgl. in der Brennkammer zur wenigstens teilweisen Umgebung der Brennerflamme aufgestellt bzw. angeordnet ist. Zur Verbesserung des Wärmehaushaltes einer solchen z.B. für Heizungsanlagen bestimmten Brennereinrichtung ist nach der Erfindung vorgesehen, daß das Speichermaterial aus der Brennerflamme zugewandten Innenschicht mit hoher Wärmeleitfähigkeit und guter Temperaturwechselbeständigkeit und einer von der Brennerflamme abgewandten Außenschicht mit niedriger Wärmeleitfähigkeit und hoher Wärmespeicherfähigkeit aufweist.

Description

zeiten werden mit der erfindungsgemäßen Lösung verlängert und dadurch der Öl- und Gasverbrauch verringert Trotz Senkung der Abgastemperatur wird eine vollständigere Verbrennung erzielt. Der feuerungstechnische Wirkungsgrad wird damit erhöht

Das Speichermaterial kann vorzugsweise als kastenförmiger oder rohrförmiger Einsatz ausgebildet sein, in welchen die Brennerflamme hineinragt und seitlich vollständig und vorzugsweise in gleichem Abstand von dem Speichermaterial umgeben ist

Der Einsatz besteht praktischerweise aus Einzelplatten oder kasten- oder rohrförmigen Ringen, die den nachträglichen Einbau in eine Brennerkammer einfach gestalten.

Die einzelnen Ringe eines Einsatzes können aus Einzelplatten oder Einzelsegmenten, z. B. einer ¹A, V2 oder sonstigen Teilung bestehen, die hinreichend kleine und daher !eicht handhabbare Bauteile darstellen.

Die Wandungen des Speichermaterials können mit Durchbrüchen versehen sein. Diese Durcnbrüche dienen im entsprechenden Fall der willkürlich veränderbaren Abgasführung, um die günstigstmögliche Abgastemperatur zu erreichen, sowie der Ausbildung einer größeren wärmeabgebenden Fläche der Speichermasse.

Die Innenschicht des Speichermaterials kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorzugsweise aus SiC bestehen oder SiC aufweisen und die Außenschicht aus hochtonerdehaltigem Material bestehen. Diese Zweischichtkombination aus relativ gut wärmeleitendem und relativ schlecht wärmeleitendem Material hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen.

Zur weiteren Verbesserung der durch das erfindungsgemäße Speichermaterial erzielten Wirkungen kann das Speichermaterial auf der Außenfläche seiner Außenschicht und/oder Innenschicht oberflächenvergrößernde Strukturen, z. B. Rippen, aufweisen.

Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigt

F i g. 1 und F i g. 2 schematisch in Schrägansicht (teilweise weggebrochen) zwei Ausführungsformen einer die Erfindung aufweisenden Brenneranlage,

F i g. 3 schematisch in Schrägansicht eine Ausführungsform einer Ausstellung des Zweischichtenmaterials zu einem kastenförmigen Einsatz nach der Erfindung,

Fig.4 schematisch im Schnitt eine Brenneranordnung mit einer erfindungsgemäßen Speichermaterialeinrichtung mit rohrförmigen! Einsatz,

F i g. 5 schematisch in Schrägansicht eine als rohrförmigen Einsatz ausgebildete Speichereinrichtung nach der Erfindung,

F i g. 6 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Temperaturverlaufes bei intermittierendem Betrieb der Brenneranordnung mit und ohne erfindungsgemäßer Einrichtung,

F i g. 7 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Wärmetauschflächenvcrgrößerung und der daraus resultierenden Gewinnung von Wärmeenergie für das beheizte Medium, und

F i g. 8 und F i g. 9 weitere platten- und ringförmige Einsatzelemente mit strukturierter Oberfläche zur Verwendung im Rahmen der Erfindung.

Die Brennereinrichtung gemäß Fig. 1 hat eine Brennkammer 1 und einen davor angeordneten Brenner 2. In der Brennkammer 1 befindet sich eine Aufstellung zweischichtiger Platten aus einem feuerfesten Speichermaterial 3. Das Speichermaterial 3 bildet einen jedenfalls brennerseitig offenen kastenförmigen Einsatz 11, in welchen die Brennerflamme 4 hineinragt Das Speichermaterial 3 besitzt eine der Brennerflarnme 4 zugewandte Innenschicht 9 und eine von (ier Brennerflamme 4 abgewandte Außenschicht 10. Die Innenschicht 9 besteht aus einem keramischen feuerfesten Material relativ hoher Wärmeleitfähigkeit und guter Temperaturwechselbeständigkeit Die Außenschicht 10 besteht aus einem keramischen feuerfesten Material relativ niedriger Wärmeleitfähigkeit und damit hoher Wärmespeicherfähigkeit Die dem Brenner 2 abgewandte Seite des von dem Speichermaterial 3 gebildeten kastenförmigen Einsatzes 11 kann, wie aus Fig.3 ersichtlich, von einer weiteren stehenden Platte abgeschlossen sein. Die in F i g 2 veranschaulichte Brennereinrichtung stimmt mit derjenigen nach F i g. 1 weitgehend überein. Der Einsatz 11 ist in diesem Fall jedoch rohrförmig statt wie nach F i g. 1 kastenförmig ausgebildet Der rohrförmige Einsatz 11 besteht aus Einzelsegmenten 16. Gemäß Fi g. i und 2 ist in dem der Brennkammer 1 zugeordneten Verbindungsrohr 5 zum Kamin 6 eine bei Abschaltung des Brenners 2 selbsttätig schließende Abgasklappe 7 angeordnet, die ein Entweichen der in dem Speichermaterial 3 gespeicherten Wärme in den Stillstandszeiten verhindert.

Der Kamin 6 weist ferner einen Zugregler 12 auf, der eine Zugbegrenzung im Rauchrohr ergibt, den Brennkammerdruck stabilisiert und in der warmluftlosen Still-Standszeit eine Kamindurchlüftung zuläßt. Bei elektromechanisch gesteuertem Zugregler ist eine Zwangsdurchlüftung gegeben.

F i g. 4 zeigt im Schnitt im wesentlichen die Brennereinrichtung gemäß F i g. 2 mit rohrförmigen! Einsatz 11, in dem der Ständer 13 höhenverstellbar in der Brennkammer 1 gehalten ist, so daß er auf die richtige Höhe in Beziehung auf die Brennerflamme 4 eingestellt werden kann.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig.5 bildet das feuerfeste zweischichtige Speichermaterial 3 aus Einzelsegmenten 16 zu Ringen zusammengesetzt einen rohrförmigen Einsatz 11, der ebenfalls auf Ständern 13 höhenverstellbar gehalten ist. Der Ständer 13 ist in den Ringauflagestäben 15 teleskopartig längenveränderbar gehalten, zur Anpassung an die jeweilige Brennkammertiefe. Die der Brennerflamme 4 abgewandte hintere öffnung des rohrförmigen Einsatzes 11 kann von einem Deckel 14 verschlossen sein. Die Einzelsegmente 16 sind beispielsweise an den jeweiligen Ringen zusammengeklebt oder durch irgendeine andere Arretierungsform zusammengehalten. Die Segmente können eine '/«, V2 oder sonstige Teilung bilden. Der rohrförmige Einsatz 11 kann axial einteilig sein, oder aus mehreren Ringen bestehen. Einzelne oder alle Ringe können zur willkürlichen Abgaslenkung Durchbrüche 17 in der Wandung aufweisen.

Aus dem zeitlichen Verlauf der Brennkammertemperatur Γ gemäß F i g. 6 bei intermittierendem Betrieb des Brenners 2 einmal mit (ausgezogene Linie) und einmal ohne (gestrichelte Linie) der erfindungsgemäßen Einrichtung ergibt sich eine wesentliche Verlängerung der Stillstandszeiten und dadurch Verringerung des Öl- bzw. Gasverbrauches mit der erfindungsgemäßen Einrichtung. Die entsprechenden Zeitanteile der Brennerlaufzeit und Stillstandszeit sind unterschiedlich und hängen von der Auslegung der Heizungsanlage und dem jeweiligen Wärmebedarf ab. Die Temperaturspitzen bei den Kurven liegen auf gleicher Höhe. Die Dauer der

Ji L. I,,.,

Betriebszeit ist jedoch bei dem Betrieb mit der erfindungsgemäßen Einrichtung etwa um 20% niedriger als bei Betrieb ohne die erfindungsgemäße Einrichtung.

Wie aus F i g. 7 ersichtlich, bewirkt der erfindungsgemäße Einsatz eine Wärmeaustauschvergrößerung vom Bereich L\ auf den Bereich L\ und L₂ mit einer Gewinnung von Wärmeenergie für das beheizte Medium.

F i g. 8 zeigt plattenförmige Einsatzelemente zur Verwendung bei der Zusammenstellung eines kastenförmigen Einsatzes 11, die als Rippen 8 ausgebildete oberflächenvergrößernde Strukturen aufweisen und zwar gemäß F i g. 8a nur auf der Außenfläche der Innenschicht 9 des Speichermaterials 3, gemäß F i g. 8b auch auf der Außenfläche der Außenschicht 10. F i g. 9 zeigt entsprechende ringförmig ausgebildete Einsatzelemente. Möglich ist auch eine Ausführung, bei weicher die oberflächenvergrößernden Strukturen nur auf der Außenfläche der Außenschicht 10 angeordnet sind.

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Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

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Claims (8)

1 2 und andererseits auch eine günstigere Nachverbren- Patentansprüche: nung innerhalb der Brennkammer zu erreichen, wird dort erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Brenn-

1. Einrichtung für eine Brennkammer mit einem kammer aufgerauhte Oberflächen hat und e^!n aus kera-01- oder Gasbrenner, bei welcher feuerfestes kera- 5 mischem Material mit mindestens 50% Faseranteil bemisches Speichermaterial in Form von Steinen, Plat- stehendes selbsttragendes Formteil ist Die sich hierbei ten oder dergleichen in der Brennkammer zur we- ergebende rauhe Oberflächenstruktur bewirkt an der nigstens teilweisen Umgebung der Brennerflamme Außenseite der heißen Brennkammer eine intensivere aufgestellt bzw. angeordnet ist, wobei das Speicher- Verwirbelung der Rauchgasströmung, während an der material doppelschichtig ausgebildet ist und die der io Innenseite aufgrund der rauhen Struktur eine wesent-Brennerflamme abgewandte Außenschicht aus kera- lieh intensivere Reflektion der Wärmestrahlung erfolgt, mischem feuerfestem Material niedriger Wärmeleit- Der in dem DE-GM 75 08 394 beschriebene Gegenfähigkeit und hoher Wärmespeicherfähigkeit be- stand betrifft einen Wärmespeichereinsatz für ölfeuesteht, dadurch gekennzeichnet, daß das rungsanlagen, insbesondere ölbefeuerte Zentralhei-Speichermaterial (3) der der Brennerflamme (4) zu- 15 zungskessel, der durch eine Blech-Schweißkonstruktion gewandten keramischen Innenschicht (9) eine ge- gekennzeichnet ist, deren allseitig geschlossene Hohlgenüber der Außenschicht (10) hohe Wärmeleitfä- räume mit Kieselsäure gefüllt sind und deren Blechteile higkeit aufweist. in der Mitte der Schweißkonstruktion auf der einen Sei-

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- te derselben eine Spitze bilden, die von mehreren zeichnet, daß das Speichermaterial (3) als kastenför- 20 Flammkanälen symmetrisch umgeben ist Die Wände miger oder rohrförmiger Einsatz (11) ausgebildet dieses Einsatzes bestehen aus einer keramischen feuer- oder zu einem solchen zusammengestellt ist festen Schicht

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch Solche bekannten Einrichtungen dienen der Einspagekennzeichnet, daß der Einsatz (11) aus Einzelplat- rung von Energieverlusten des Heizkessels. Sie haben ten oder aus mehreren kasten- oder rohrförmigen 25 jedoch in der Praxis bisher nur unbefriedigende Ergeb-Ringen besteht. nisse geliefert. Insbesondere hat sich auch der Nachteil

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn- gezeigt, daß der Brenner eine zu hohe Temperatur einzeichnet, daß die Ringe des Einsatzes (11) aus Einzel- nimmt.

platten oder Einzelsegmenten (16) bestehen. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin,

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn- 30 eine Brennereinrichtung zu schaffen, die einerseits enerzeichnet, daß die Einzelplatten, Einzelsegmente oder giesparend ist und andererseits eine Überhitzung des Ringe durch Verkleben, formschlüssige Arretierung Brenners vermeidet. | und/oder loses Zusammenstellen miteinander ver- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, * bunden sind. daß das Speichermaterial der der Brennerflamme zuge-

6. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- 35 wandten keramischen Innenschicht eine gegenüber der zeichnet, daß der Einsatz (11) einstückig ausgebildet Außenschicht hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist.

'^st· Messungen und Berechnungen haben gezeigt, daß die

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, erfindungsgemäße Lösung insbesondere in Verbindung dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungen des mit einer dicht schließenden Abgasklappe und einem Speichermaterials (9,10) mit Durchbrüchen (17) ver- 40 Zugregler oder in Verbindung mit einem elektromechasehen sind. nisch gesteuerten Zugregler (somit kann man auf die

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn- Wärmestauklappe verzichten) bei niedriger Vorlaufzeichnet, daß die mit Durchbrüchen (17) versehenen temperatur und geringer Auslastung des Kessels beson-Einzelplatten, Einzelsegmente oder Ringe durch ihre ders wirksam ist.

Stellanordnung eine willkürlich festgelegte Abgas- 45 Die Innenschicht nimmt die von der Brennerflamme lenkung hervorrufen. abgestrahlte Wärmeenergie auf und leitet sie relativ

schnell an die Außenschicht weiter, wo die Wärmeener-

gie wirksam gespeichert wird. Durch das Wärmespeichermaterial wird die vorhandene Wärmetauschfläche 50 vergrößert. Bei Abschalten der Brennerflamme kühlt

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung für die Innenseite des Speichermaterials relativ schnell aus, eine Brennkammer mit einem Öl- oder Gasbrenner, bei während der größte Teil der Wärme in der Außenweicher feuerfestes keramisches Speichermaterial in schicht des Speichermaterials gespeichert wird. Eine Form von Steinen, Platten oder dergleichen in der Überhitzung des Brenners wird dadurch vermieden. Die Brennkammer zur wenigstens teilweisen Umgebung 55 Energieeinsparungen werden insbesondere bewirkt der Brennerflamme aufgestellt bzw. angeordnet ist, wo- durch eine mögliche Verkleinerung der Brennerdüse bei bei das Speichermaterial doppelschichtig ausgebildet ist gleicher Wärmeabgabe in Verbindung mit dem Spei- und die der Brennerflamme abgewandte Außenschicht chervermögen des Speichermaterials. Die Abgastempeaus keramischem feuerfestem Material niedriger War- ratur steigt nach einem Brennerstart langsam an, was [gleitfähigkeit und hoher Wärmespeicherfähigkeit be- 60 bei intermittierendem Betrieb einer Absenkung der Ab^stent· gastemperatur und daraus folgend einer Erhöhung des

In der DE-OS 31 44 744 ist ein Heizkessel beschrie- Wirkungsgrades gleichkommt Während der Stillstandsben mit einer innerhalb desselben angeordneten heißen zeiten wird die gespeicherte Wärme in der Brennkam-Brennkammer, die sich unter Bildung eines Ringraumes mer abgegeben und kommt weitgehend dem zu beheizwischen Kesselwandung und Brennkammer an der In- 65 zenden Medium zugute. Die durch die Erfindung bcnenseite der Kesselwandung abstützt. Um einerseits wirkten Vorteile kommen insbesondere bei vergleichsden Wärmeübergang zwischen der Außenseite der weise niedriger Vorlauftemperatur und niedriger Ausla-Brennkammer und der Kesselwandung zu verbessern stung der Brenneranlage zur Geltung. Die Stillstands-