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Ölvorwärmer für Heizöl und Ölvorwärmsystem
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Die Erfindung betrifft einen Ölvorwärmer, bei dem das einem Brenner
zuzuführende Heizöl durch einen Wärmeträger und/oder eine elektrische Heizeinrichtung
auf eine mittels eines Thermostaten eingestellte Temperatur erwärmt wird, und auf
ein Ölvorwärmsystem, bei dem dieser Ö1-vorwärmer Verwendung findet.
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Um eine bessere Verbrennung des Heizöls in einem Zerstäubungsbrenner
zu erreichen, kann das Heizöl der Brennerdüse erwärmt zugeführt werden. Durch die
Vorwärmung des Heizöls wird dessen Viskosität erhöht, so daß auch sehr kleine Brennerdüsen
noch störungsfrei betrieben werden können.
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aus lem deutschen Gebrauchsmuster 8 L 08 34 L i U eine Vorrichtung
zur Erwärmung von heizöl bekannt.
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Bei dieser Vorrichtung wird das zu er-wärinende Heizo; zunächst in
einen Vorratsbehälter geführt, in den eine Rohr schlange und eine Ileizeinrichtung
eintauchen. Beim Kaltstart hat diese bekannte Einrichtung den Nachteil, daß zunächst
eine erhebliche Menge kaltes Heizöl durch eine elektrische Zusatzheizung auf Betriebstemperatur
gebracht werden muß.
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Ist die Betriebstemperatur erreicht und wird die Erwärmung des Heizöls
über den Heizwasserkreislauf vorgenommen, so ist eine Ieinregul terung der Öltenliveratur
bei dieser Vorrichtung nicht mehr möglich.
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Insbesondere kann die gewünschte Betriebstemperatur für das Heizöl
dann nicht erreicht werden, wenn die Temperatur des Heizwassers unter dieser Betriebstemperatur
liegt.
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Der erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ö1-vorwärmer zu schaffen,
der auch in der Startphase des Brenners eine gute Verbrennung gewährleistet, er
ein schnelles Aufheizen des Heizöls auf die gewünschte Betriebstemperatur ermöglicht
und diese Betriebstemperatur im weiteren Betrieb mit nur geringen Toleranzen einhält.
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Die Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Ölvorwärmer der eingangs
genannten Gattung dadurch erhalten, daß der Ölvorwäriner wenigstens in zwei Kammern
unterteilt ist; daß durch beide Kammern das zu erwärmende Heizöl in einem Wärmetauschelement
hindurchgeführt ist; und daß in der ersten Kammer der Wärmeträger den dort befindlichen
Teil des Wärmeaustauschelementes umgibt, während in der zweiten Kammer die elektrische
Heizeinrichtung angeordnet ist.
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Dieses Zweikammersystem hat den großen Vorteil, daß auch bei niedriger
Temperatur des Wärmeträgers das zunächst nicht auf Betriebstemperatur aufgeheizte
Heizöl in der anderen Kammer elektrisch nachgeheizt werden kann, ohne dai3 der in
dr ersten Kammer befindliche Wärmeträger dieser erektrischen Nachheizung in nennenswerter
Weise entgegenwirkt. In líeizunysanlagell wird als Wärmeträger üblicherweise das
Heizwasser verwendet, welches beim erfindungsgemäßen Vorwärmgerät schon bei niedrigen
Temperaturen eine entsprechende Vorwärmung des Jjeizöls bewirken kaiin.
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Die elektrische Nachheizung bringt dann das Iieizöl auf die gewünschte
Betriebstemperatur. Dies ist ein besonderer Vorteil gegenüber den bekannten Ölvorwärmern,
da bei diesen eine thermische Entkopplung zwischen Wärmeträger und elektrischer
Heizeinrichtung nicht vorhanden ist. Bei den bekannten Geräten würde deshalb ein
Wärmeträger mit niedriger Temperatur der elektrischen Nachheizuny entgegenwirken.
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Das Wärmetauschelement kann bei dem erfindungsgemäßen Ölvorwärmer
aus einer durch beide Kammern hindurchgeführten Rohrschlange bestehen. Vorzuysweise
wird der größere Teil der Rohr schlange in der ersten Kammer angeordnet sein, wo
der Wärmeträger beziehungsweise das Heizwasser die Rohrschlange umgibt. Dabei ist
die Rohr schlange so angeordnet, daß das zu erwarmende heizöl in der Rohr schlange
gegen die Strömungsrichtung des Warmeträgers fließt.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die elektrische Heizeinrichtung
ein Heizstab oder eine Eleizschlange ist, die zusammen mit dem in der zweiten Kammer
befindlichen Wär'netauc1ielement von einen Medium hoher Wärmeleitfähigkeit umgeben
ist. Als Medium wird hier vorzugsweise Trafoöl verwendet, da es eine hohle WärmeleitFähigkeit
aufweist und gleichzeitig elektrisch isolierend wirkt.
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Die bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß die beiden Kammern in
einem gemeinsamen, rohrförmigen Gehäuse angeordnet sind. Auf diese Weise wird ein
kompaktes Gerät erhalten, welches günstige Bedingungen für die Montaye ergibt.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der Ö1-vorwärmer so ausgebildet
sein, daß die zweite Kammer eine in die erste Kammer eingesetzte verschlossene Hülse
ist, die konzentrisch im Gehäuse des Ölvorwärmers angeordnet ist. Die Anschlüsse
der elektrischen Heizeinrichtung ragen bei dieser Ausführungsform an einer Stirnseite
des Ölvorwärmers heraus.
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teine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung erhält
man dadurch, daß die elektrische Heizeinrichtung mittels einer Schraubverbindung
in die zweite Kammer eingesetzt ist. Sollte die elektrische IIeizung einmal defekt
sein, so kann sie mühelos ausgetauscht werden.
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Der erfindungsgemäße Ölvorwärmer kann in einen Ölvorwärmsystem so
verwendet werden, daß in der Startphase der Öldruck unter dem normalen Betriebsdruck
gehalten wird und der Brenner so lange gesperrt bleiht, bis eine vorgegebene Ö3-temperatur
erreicht ist, und daß der Brenner dann gezündet wird, wobei der Öldruck mit einer
Zeitvetzogerung nach dem Zünden auf den normalen Betriebsdruck angehoben wird. Durch
den geringeren Öldruck in der Startphase wird eine Anfahrentlastung des Brenners
erreicht. Es erfolgt ein Ausgleich des viskositätsabhängiyen Ölmassestroms, um in
der Startphase eine Rußbildung zu vermeiden.
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Eine Weiterbildung sieht vor, daß der Öldruck in der Stillstandsphase
und in der Startphase des Brenners mittels einer elektrisch gesteuerten Druckentlastungseinrichtung
ungefähr so lange unter dem normalen Betriebsdruck gehalten wird, bis das von der
Brennerdüse in den Leitungen befindliche, nicht vorgewärmte Heizöl verbrannt ist.
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Eine derartige angepaßte Zeitverzögerung bewirkt eine optimale Anfahrentlastung.
Damit eine Ausgasung - durch Bereitschaftsteitiperaturen des Ö1-vorwärmers bedingt
- in der Stillstandsphase vermieden wird, wird das Heizöl auch während dieser Zeit
unter Druck gehalten.
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Es ist weiterhin vorgesehen, daß die Druckentlastung über Druckentlastungsventile
in einer Druckausgleichsleitung erfolgt, die von einem Druckregler gesteuert werden.
Der Druckregler kann direkt am Ölvorwärmgerät mit der Leitung in Ver-
bindung
stehen.
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Um auch die zum Brenner führenden Ölleitungen stets in erwärmtem Zustand
zu erhalten, sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, daß die Druckausgleichsleitung
möglichst unmittelbar vor dem rjrennermagnetventil von der zum Brenner führenden
Ölleitung abzweigt und über die Druckentlastungsventile in den Ölrücklauf mündet.
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Durch den ständigen, geringfügigen Druckabbau in der Stillstandsphase
werden kleine Mengen des vorgewärmten Heizöls über die Druckausgleichsleitung zum
Ölrücklauf in den Öltank geleitet. Auf diese Weise wird in die zum Brenner führende
Ölleitung in sehr kleinen Mengen vorgewärmtes Heizöl nachgeführt, wodurch ein Auskühlen
dieser Leitung vermieden wird. Da nur sehr kleine Ölmengen in die genannte Ölleitung
nachgeführt werden, muß diese Leitung entsprechend yut gegen Wärmeabgabe isoliert
sein.
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Die Erwärmung des Heizöls im Ölvorwärmgerät wird dadurch geregelt,
daß als Wärmeträger das Heizwasser der zugehörigen Heizungsanlage über eine thermostatgesteuerte
Umwälzpumpe der ersten Kammer des Ölvorwärmers zugeführt wird.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der lrfindung sieht vor, daß
das Heizöl zunächst die erste Kammer in der Richtung durchfließt, die der Strömungsrichtung
des Wärmeträgers entgegengesetzt ist, und daß das Heizöl dann durch die zweite Kammer
hindurchgeführt
wird. Auf diese Weise er<iibt sich ein Gegenstromprinzip, welches einen nuten
Wärmeübergang gewährleistet. Aui3erdem wird eine Aufheizung des Wärmeträgers durch
die elektrische Heizeinrichtung vermieden, da das Heizöl zunächst durch die erste
Kammer strömt und erst dann in die zweite Kammer mit der elektrische Heizrinrichtung
gelangt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen: Figur 1 einen erfindungsgemäßen Ölvorwärmer im Schnitt und Figur 2 ein
Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Ölvorwärmsystems.
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Bei dem in Figur 1 dargestellten Ölvorwärmer 1 ist das Gehäuse 2 in
Längsrichtung aufgeschnitten.
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Der Ölvorwärmer 1 unterteilt sich in eine erste Kammer K 1 und in
eine zweite Kammer K 2. Durch die beiden Kammern K 1, K 2 ist eine Ölleitung 3 in
Form einer Rohrschlange 4 hindurchgeführt. In die Kammer K 2 ist stirnseitig zusätzlich
eine elektrische Heizeinrichtung in Form eines u-förmigen Heizstabes 5 eingesetzt.
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Das zu erwärmende Heizöl durchläuft die Rohr schlange 4 in der angegebenen
Pfeilrichtung a. In der ersten Kammer K 1 ist der dort befindliche Teil der Rohrschlange
4 von einem Wärmeträger 6 umgeben. Als
Wät meträger kann das lleizwasser
der zugehörigen Heizungsanlage verwendet werden, welches die Kammer K 1 in der angegebenen
Pfeilrichtung b durchfLiefit. Die Str5mungsrichtun(3en von zu erwärmendem Heizöl
und dem lleizwasser sind somit entgegengerichtet, wodurch eine günstige Wacmeübergabe
erfolgen kann.
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Das derart erwärmte heizöl gelangt dann in den Teil der Rohr schlange
4, welcher sich in der zweiten Kammer K 2 befindet. Dort kann eine elektrische Nachheizung
erfolgen, sofern die gewünschte Öltemperatur noch nicht erreicht ist.
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Zu diesem Zweck ist die Kammer K 2 mit einem Medium 7 ausgefüllt,
über welches die vom Heizstab 5 erzeugte Wärme zu der sie umgebenden Rohrschlange
4 überträgt. Als Medium 7 wird vorzugsweise Trafoöl verwendet, da es eine gute Wärmeübertragung
ermöglicht und ungefährlich ist. Im Gegensatz zu dem Wärmeträger 6, der die Kammer
K 1 durchströmt, ist das Trafoöl 7 stationär in der Kammer K 2 gelagert.
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Es wird darauf hingewiesen, daß die Kammer K 2 nicht zwingend wie
im dargestellten Ausführungsbeispiel als abgeschlossene Hülse ausgeführt sein muß.
Die Kammer K 2 kann auch durch eine zur Längsrichtung des Ölvorwärmers senkrecht
angeordnete Trennwand 8 von der Kammer K 1 abgetrennt sein. Die Trennwand 8 ist
mit unterbrochenen Linien angedeutet. Der für die Wasser zufuhr vorgesehene Anschlußstutzen
9 müßte dann natürlich nach rechts
in den Bereich der Kammer K
1 verschoben werden oder innerhalb des Gehäuses 2 mit der Kammer K 1 in Verbindung
stehen Der Heizstab 5 wird an seinen beiden Enden in einem Schraubdeckel 10 gehalten,
der zusammell mit dem Heizstab 5 in eine entsprechende Öffnung mit nnengewinde 1.1
einschraubbar ist. Durch diese Schraubverbindung kann auf einfachste Weise ein Austausch
des Heizstabes 5 erfolgen.
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Anhand von dem in Figur 2 dargestellten Blockschaltbild wird nun die
Funktion des blvorwarm systems erläutert.
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Das im Öltank 12 befindliche Heizöl wird mittels einer Heizölpumpe
13 über einen ersten Hochdruckschlauch 14 dem Ölvorwärmer 1 zugeführt.Dort gelangt
das Heizöl zunächst in das in der ersten Kammer K 1 befindliche Wärmetauschelement.
Von dort gelangt das Heizöl in die Kammer K 2, wo die elektrische Heizeinrichtung
5 angeordnet ist. Das vorgewärmte Heizöl gelangt dann über einen zweiten Hochdruckschlauch
15 und über ein Magnetventil 16 zu der im Brenner 17 befindlichen Brennerdüse 18.
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Der Kammer K 1 wird über eine Umwälzpumpe 19 als Wärme träger 6 das
vom Heizkessel 20 kommende Heizwasser über die Vorlaufleitung V zugeführt. Nach
Durchlaufen der Kammer K 1 wird das Heizwasser über die Rücklaufleitung R wieder
in den HeizkeLael 20
zurückgeführt.
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Um das dem Brenner 17 zuzuführende heizöl auf eine gewünschte Temperatur
zu erwärmen und um eine hohe Betriebssicherheit zu erhalten, ist der Ölvorwärmer
1 mit einer Reihe von Regeleinrichtungen versehen.
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Ein ltegelthermostat 21 mißt die Temperatur des Eleizwassers im Bereich
der Kammer K 1 und steuert in Abhängigkeit von der jeweiligen Wassertemperatur die
Umwälzpumpe 19. Im Bereich der Kammer K 1 sind noch ein Entlüftungsventil 22 und
ein Sicherheitsthermostat 23 angeordnet. Der Sicherheitsthermostat 23 schaltet bei
überhöhter Temperatur die elektrische Heizeinrichtung 5 ab und kann auch einen Druckausyleich
einleiten.
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Im Bereich der zweiten Kammer K 2 sind ein erster Thermostat 24 und
ein zweiter Thermostat 25 angeordnet. Der erste Thermostat 24 sperrt den Brenner
bei Unterschreitung einer vorgegebenen Temperatur - beispielsweise 650 C - und öffnet
gleichzeitig ein Magnetventil 26, welches über ein Druckhalteventil 27 die Ölleitung
beim Brenner mit der zum Öltank 12 führenden Ölrücklaufleitung verbindet.
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Steigt die Öltemperatur auf einen vorgegebenen Wert, beispielsweise
auf 700 C, so schaltet der erste Thermostat 24 den Brenner ein. Der zweite Thermostat
25 steuert die elektrische Heizeinrichtung 5, die er bei Unterschreiten einer bestimmten
vorgegebenen Temperatur, beispielsweise bei 650 C, einschaltet und bei einer höheren
Temperatur, beispielsweise
bei 700 C, wieder abschaltet.
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Im Bereich der zweiten Kammer K 2 ist außerdem ein Druckregler 28
angeordnet, der in Abhängigkeit vom Öldruck das Magnetventil 26 betätigt.
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In der Kaltstartphase des Brenners 17 wird dieser durch len Thermostat
24 zunächst gesperrt und der Thermostat 25 schaltet die elektrische Heizeinrichtung
5 über den Sicherheitsthermostat 23 und den Druckregler 28 ein. Nach Erreichen der
Solltemperatur (700 C) gibt der Thermostat 24 den Brenner frei. Hat der Heizkessel
20 seine Temperatur erreicht und die Umwälzpumpe 19 die in der Kammer K 1 befindliche
Rohrschlange 4 mit Heizwasser erwärmt, so schaltet bei Erreichen des Sollwerts (700
C) der Thermostat 25 die Eieizeinrichtung 5 ab. Sollte die Kesseltemperatur auf
einen Mindestwert (650 C) abfallen, schaltet sich die Heizeinrichtung 5 wieder zu.
Fällt aber die Öltemperatur unter diesen Mindestwert ab, so schaltet der Thermostat
24 über das Magnetventil 16 den Brenner ab und veranlaßt eine Druckentlastung über
das Magnetventil 26 und das Druckhalteventil 27. Eventuell auftretender Überdruck
durch Expansion des Heizöls kann durch das Druckhalteventil 27 abgebaut werden.
Das Druckhalteventil 27 reduziert den in der Ölzufuhr zum Brenner herrschenden Druck
auf einen vorgegebenen Wert, beispielsweise auf 8 bar, sofern das Magnetventil 26
geöffnet ist. Erst wenn das Magnetventil 26 geschlossen wird, kann sich in der Ölzufuhr
zum Brenner ein höherer Druck aufbauen.
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In der brenrlerstíJLst.tludsphase sowie in der Startphase hat das
Magnetventil 26 geöffnet und läßt somit den Öldruck auf beispielsweise 8 bar absinken.
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Der Druckregler 28 ist in dieser Phase nicht wirksam. Soll der Brenner
17 gezündet werden und hat das Öl seine Betriebstemperatur erreicht, so wird das
Magnetventil 16 geöffnet. Der Öldruck wird aber für eine kurze Zeit auf dem reduzierten
Wert (8 bar) gehalten, um eine Anfahrentlastung des Brenners zu erreichen. erst
nach dieser Anfahrphase veranlaßt der Druckregler 28, welcher einen verzögerten
Wechselkontakt aufweist, daß das Magnetventil 26 eschlossen wird und damit der höhere
Betriebsdruck aufgebaut werden kann.
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Der Ölvorwärmer 1 ist so konzipiert, daß bei normalem Betrieb die
elektrische Heizeinrichtung 5 möglichst selten einschaltet, bzw. nur geringe Temperaturdifferenzen
ausgleichen muß. Zu diesem Zweck können die Thermostate auf Werte eingestellt werden,
die an die Vorlauftemperatur des ileizkessels 20 angepaßt sind.
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Um eine Wärmeabgabe an die Umgebung zu vermeiden, ist der Ölvorwärmer
1 mit einer temperaturbeständigen, schlagfesten Isolierschicht umgeben Zur optischen
Kontrolle des jeweiligen Betriebszustandes können ein Ölthermorneter 29 und ein
Manometer 30 vorgesehen sein.
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Die ilochdruckschläuche 14 und 15 sind bei spielsweise für Temperaturen
bis 1500 C geeignet. Durch
die Verwendung derartiger liochdruckschläuche
wird die Montage des Ölvorwärmers erleichtert.