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Heizölbrenner mit einer ringförmigen Verdampfungskammer Die Erfindung
betrifft einen Heizölbrenner mit einer ringförmigen, geschlossenen Verdampfungskammer,
die einen zu ihr mittig angeordneten, zylindrischen, an seiner Oberseite geschlossenen,
die durch die Mittelöffnung der Verdampfungskammer zugeführte Verbrennungsluft in
einen Erstluftstrom und einen Zweitluftstrom aufteilenden Hohlkörper trägt und außer
einer Vielzahl Austrittsöffnungen für die außen an dem Hohlkörper nach oben abströmenden
Öldämpfe noch einige zusätzliche Austrittsöffnungen für einen abgezweigten, der
Eigenbeheizung der Verdampfungskammer dienenden Teil der Öldämpfe aufweist.
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Bei der Verbrennung von Heizöl in kleineren Feuerungsanlagen, insbesondere
in kleineren Öfen, hat man bisher sogenannte Schalenbrenner benutzt, deren Böden
und mit diesen auch das in der Schäle befindliche Öl mittels einer Lunte, einer
elektrischen Heizplatte od. dgl. erwärmt wird. Bei dieser Erwärmung verdampft das
in der Schale befindliche und deren gesamte Bodenfläche bedeckende Öl allmählich
und bildet einen Öldampf, der sich mit der den Brenner umgebenden Luft zu einem
feuchten Öldampf-Luft-Gemisch vereinigt. Ein solches feuchtes Öldampf-Luft-Gemisch
verbrennt jedoch nur unter einer sehr starken, nachteiligen Rußbildung.
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Um das in der Schale befindliche Heizöl gegenüber den in dem Verbrennungsraum
befindlichen Flammen abzuschirmen, hat man schon Heizölbrenner mit geschlossenen
Verdampfungskammern benutzt, die mehr oder weniger große Austrittsöffnungen für
den Durchtritt der Öldämpfe in den eigentlichen Verbrennungsraum aufweisen. Es hat
sich jedoch bei diesen geschlossenen Kammern gezeigt, daß die in dem Verbrennungsraum
befindlichen Flammen leicht in die Kammer zurückschlagen und dann das in dieser
befindliche Öldampf-Luft-Gemisch zur Entzündung bringen, wenn bei einem nur ungenügenden
Zug durch die Austrittsöffnungen für die Öldämpfe Erstluft in die geschlossene Kammer
gelangt.
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Zur Beseitigung dieses Nachteiles ist daher bereits der Vorschlag
gemacht worden, die geschlossene Verdampfungskammer ringförmig auszubilden und die
Verbrennungsluft durch die von der Verdampfungskammer umgebene Mittelöffnung hindurchzuführen,
wobei dann ein auf der Verdampfungskammer angeordneter Hohlkörper die zugeführte
Verbrennungsluft in einen Erstluftstrom und einen Zweitluftstrom aufteilt.
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Schließlich hat man zur Beheizung der Verdampfungskammer auch schon
in deren Nähe eine besondere, ein Öldampf-Luft-Gemisch verbrennende Eigenbeheizungseinrichtung
angeordnet, der die Öldämpfe durch zusätzliche Austrittsöffnungen in der Verdampfungskammer
zuströmen. Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, einen solchen Heizölkörper,
so auszubilden, daß eine Eigenbeheizung der Verdampfungskammer ohne eine besondere
zusätzliche Brenneinrichtung ermöglicht und gleichzeitig eine innige Mischung der
Öldämpfe zunächst mit der Erstluft und anschließend mit der Zweitluft erreicht wird.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß an dem
der Verdampfungskammer benachbarten Teil der Außenwandung des den zugeführten Luftstrom
aufteilenden Hohlkörpers mit dessen Innenraum in Verbindung stehende hohle Rippen
mit Austrittsöffnungen für die Erstluft angeordnet sind. Durch diese hohlen Rippen
wird ein Teil der in den Hohlkörper einströmenden Verbrennungsluft als Erstluft
abgezweigt und durch die in den Rippen angeordneten Austrittsöffnungen den aus der
Verdampfungskammer austretenden Öldämpfen zugeführt. Während durch die Zufuhr dieser
Erstluft zu den aus den in dem Oberteil der Verdampfungskammer angeordneten Öffnungen
austretenden Öldämpfen noch kein zündfähiges Öldampf-Luft-Gemisch entsteht, reicht
der den aus den einzelnen in dem Außenmantel der Verdampfungskammer vorgesehenen
zusätzlichen Öffnungen schräg nach außen austretenden Öldämpfen zugeführte Anteil
der Erstluft aus, um eine Verbrennung dieser Öldämpfe unmittelbar neben dem Außenmantel
der Verdampfungskammer und damit eine Eigenbeheizung derselben zu ermöglichen.
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Diese besondere Ausführung des Heizölbrenners bringt neben einer recht
einfachen, aber durchdringenden Eigenbeheizung der Verdampfungskammer, die nicht
nur kreisförmig, sondern auch elliptisch oder sogar rechteckig gestaltet sein kann,
vor allem eine besonders innige Vermischung der Öldämpfe mit der zugeführten Verbrennungsluft
und damit eine nahezu vollkommen rußfreie Verbrennung mit sich, wodurch
ein
außergewöhnlich hoher Verbrennungswirkungsgrad erzielt wird. Da außerdem der schon
beim Anfahren verhältnismäßig rasch warm werdende Brenner sehr bald eine Erwärmung
der in dem Ofen befindlichen Luft und damit einen ausreichenden Zug bewirkt, strömt
auch dann immer noch eine genügende Menge Erstluft nach, wenn der Brenner unter
Vollast gefahren wird. Diese Möglichkeit, einen Heizölbrenner unter Vollast anfahren
zu können, bedeutet aber immer gerade in den Fällen eine besondere Annehmlichkeit,
in denen ein Olofen nur zeitweise betrieben und eine kurze Anheizzeit zur raschen
Erwärmung des noch kalten Raumes erwünscht ist.
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Um den aus den zusätzlichen Austrittsöffnungen in dem Außenmantel
der Verdampfungskammer austretenden, der Eigenbeheizung derselben dienenden Oldämpfen
die Erstluft möglichst günstig zuführen zu können, stehen die Rippen vorteilhaft
außerhalb des Außenmantels der Verdampfungskammer mindestens bis in die Höhe dieser
zusätzlichen Austrittsöffnungen vor und weisen in deren Höhe zusätzliche Austrittsöffnungen
für die Erstluft auf. Hierbei ist zweckmäßigerweise jeder in dem Außenmantel der
Verdampfungskammer vorgesehenen Austrittsöffnung für die Öldämpfe je eine Rippe
zugeordnet.
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Eine weitere innige Vermischung des zur Eigenbeheizung der Verdampfungskammer
vorgesehenen Öldampf-Luft-Gemisches läßt sich dadurch erzielen, daß die in dem Außenmantel
der Verdampfungskammer vorgesehenen Austrittsöffnungen für die Öldämpfe schräg nach
außen und die ihnen zugeordneten, in den Rippen eingearbeiteten Austrittsöffnungen
für die Erstluft derart gerichtet sind, daß die aus ihnen austretende Erstluft nahezu
senkrecht auf die seitlich aus der Verdampfungskammer herausströmenden Öldämpfe
auftrifft.
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Weisen die Rippen außerdem gegenüber der Senkrechten eine Neigung
von etwa 20 bis 25° auf, so strömt die Erstluft zunächst in einer gegen den Boden
geneigten Richtung aus den Rippen aus und steigt anschließend nach Vermischung mit
den aus dem Oberteil der Verdampfungskammer heraustretenden Oldämpfen schraubenförmig
nach oben.
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Die Zeichnung stellt eine beispielsweise Ausführungsform des Heizölbrenners
gemäß der Erfindung dar. Es zeigt Fig. 1 den Brenner im Längsschnitt, Fig.2 einen
Querschnitt des Brenners gemäß der Linie A-B der Fig. 1, Fig. 3 eine Ansicht des
Brenners.
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Der Heizölbrenner weist eine an einer ringförmigen Bodenplatte 1 befestigte,
ringförmige Verdampfungskammer 2 mit einem etwa rechteckigen Querschnitt auf, deren
Mittelöffnung mit 3 bezeichnet ist. Unmittelbar unterhalb des eine ringförmige Schale
zur Aufnahme des zu verdampfenden Heizöles bildenden Bodens 4 der Verdampfungskammer
2 ist eine Heizeinrichtung 5 angeordnet, die zweckmäßigerweise mehrere parallel
geschaltete Heizspiralen 62, 63 aufweist.
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In der oberen Deckplatte 6 der Verdampfungskammer 2 sind an deren
äußerem Rand eine Vielzahl düsenartiger Austrittsöffnungen 7 für die in der Verdampfungskammer
2 entstehenden Öldämpfe kranzartig angeordnet.
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Für die Zuführung des zu verbrennenden Heizöles ist eine Speiseleitung
8 vorgesehen, deren Ende 9 von unten her in die Mittelöffnung 3 der Verdampfungskammer
2 hineinragt. An diesem Ende 9 der Speiseleitung 8 sind, wie insbesondere aus der
Fig. 2 ersichtlich, vorzugsweise drei einen Winkel von 120° miteinander bildende
Ölzuführungsleitungen 11 angeschlossen, die in die Verdampfungskammer 2 hineinragen
und unmittelbar oberhalb deren Boden 4 münden. Um einen möglichst gleichmäßigen,
aber auch nicht zu starken Ölzulauf zu erzielen, ist das Ende 9 der Speiseleitung
8 düsenartig ausgebildet. Außerdem sind die Ölzuführungsleitungen 11 derart gegen
den Boden 4 der Verdampfungskammer 2 geneigt, daß das aus dem Ende 9 der Speiseleitung
8 heraustretende Öl mit einer nur verhältnismäßig geringen Strömungsgeschwindigkeit
durch die Ölzuführungsleitungen 11 hindurchfließt und tropfenförmig auf den Boden
4 der Verdampfungskammer 2 fällt.
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Oberhalb der in die Verdampfungskammer 2 hineinragenden Enden der
Ölzuführungsleitungen 11 ist in der Verdampfungskammer 2 ein waagerecht angeordneter
Blechring 12 vorgesehen, der mit seiner Innenkante unmittelbar an dem inneren Mantel
13 der V erdampfungskammer 2 anliegt. Die Breite dieses Blechringes 12 ist dabei
so bemessen, daß zwischen seiner Außenkante und dem Außenmantel 14 der Verdampfungskammer
2 ein ringförmiger Schlitz 15 frei bleibt. Zwischen den Austrittsöffnungen 7 für
den Öldampf in der oberen Deckplatte 6 der Verdampfungskammer 2 und diesem Blechring
12 ist in einem bestimmten Abstand von diesem ein weiterer gleichartiger Blechring
16 waagerecht in der Verdampfungskammer 2 angeordnet, der jedoch mit seiner Außenkante
unmittelbar an dem Außenmantel 14 der Verdampfungskammer 2 anliegt und dessen Breite
so bemessen ist, daß zwischen seiner Innenkante und dem inneren Mantel 13 der Verdampfungskammer
2 ein weiterer ringförmiger Schlitz 17 frei bleibt. Durch diese besondere Anordnung
der Schlitze 15 und 17 wird erreicht, daß die vom Boden der Verdampfungskammer
2 aufsteigenden Öldämpfe, um zu den Austrittsöffnungen 7 in der Deckplatte 6 der
Verdampfungskammer 2 zu gelangen, in Richtung des Pfeiles 18 waagerecht an den Blechringen
12 und 16 vorbeiströmen müssen.
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Die Wirkung dieser Blechringe 12 und 16 auf die an ihnen vorbeiströmenden
Öldämpfe ist dabei eine doppelte: Einerseits wird der Strömung der Öldämpfe ein
Widerstand entgegengesetzt, so daß sich im Inneren der Verdampfungskammer 2 ein
Staudruck bildet, der ein unerwünschtes Einströmen von Verbrennungsluft in die Verdampfungskammer
2 verhindert; andererseits aber wirken die Blechringe 12 und 16 als zusätzliche
Heizflächen und geben die ihnen vom Gehäuse der Verdampfungskammer 2 zufließende
Wärme an die an ihnen vorbeiströmenden Öldämpfe ab, so daß nachträglich eine »trockene«
Verdampfung stattfindet, bei der gegebenenfalls noch nicht vollkommen verdampfte
Ölteilchen restlos verdampfen.
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Auf der oberen Deckplatte 6 der Verdampfungskammer 2 ist ferner eine
ringförmige Rinne 19 mit einem U-förmigen Querschnitt angeordnet, deren äußerer
Schenkel 21 die Austrittsöffnungen 7 für die Oldämpfe nach außen hin abdeckt und
dessen innerer Schenkel 22 der Zentrierung eines nach oben hin abgedeckten, auf
die Verdampfungskammer 2 aufgesetzten Hohlkörpers 23 dient, dessen Außendurchmesser
a geringer ist als der Innendurchmesser b des Kranzes der in der oberen
Deckplatte 6 der Verdampfungskammer 2 angeordneten Austrittsöffnungen 7.
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Wie insbesondere aus der Fig. 3 ersichtlich, sind an der Außenwandung
24 des zylindrischen Hohlkörpers
23 hohle, in radialer Richtung
vorstehende und mit dem Inneren des Hohlkörpers verbundene Rippen 25 gleichmäßig
verteilt angeordnet, in denen beispielsweise drei übereinander angeordnete, tangential
gerichtete Austrittsöffnungen 26 für die in Richtung der Pfeile 27 durch die Mittelöffnung
3 dem Hohlkörper 23 und die Rippen 25 zuströmende Erstluft eingearbeitet sind. Weisen
die Rippen 25 neben an ihren Außenkanten tangential vorstehenden Leitblechen 28
gegenüber der Senkrechten auch noch eine Neigung von etwa 20 bis 25° auf, so tritt
die Erstluft in tangentialer Richtung gemäß den Pfeilen 29 aus den in den Rippen
25 vorgesehenen Austrittsöffnungen 26 heraus und trifft auf die in Richtung der
Pfeile 31 aus den Austrittsöffnungen 7 in der oberen Deckplatte 6 der Verdampfungskammer
2 aufsteigenden Öldämpfe, vermischt sich innig mit diesen und steigt gemäß den Pfeilen
32 spiralförmig als zündfähiges Öldampf-Luft-Gemisch in den oberhalb des Hohlkörpers
23 befindlichen Verbrennungsraum.
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Um diesem Öldampf-Luft-Gemisch die zur vollständigen Verbrennung erforderliche,
zusammen mit der Erstluft durch die Mittelöffnung 3 zuströmende Zweitluft gemäß
den Pfeilen 33 und 34 zuzuführen, ist auf dem Hohlkörper 23 ein Rohrstutzen 35 mit
einem geringeren Durchmesser angeordnet, in dessen Mantel 36 derart eine Vielzahl
gleichmäßig verteilter Luftaustrittsöffnungen 37 für die Zweitluft eingearbeitet
sind, daß die Verbindungslinien der jeweils übereinander angeordneten Luftaustrittsöffnungen
37 eine Neigung von etwa 10 bis 30° gegenüber der Senkrechten aufweisen. Die Aufteilung
der durch die Mittelöffnung 3 der Verdampfungskammer 2 einströmenden Verbrennungsluft
in Erstluft und Zweitluft bewirkt dabei der untere, in den Hohlkörper 23 hineinragende
Teil 38 des Rohrstutzens 35.
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Außerdem ist oberhalb dieser Luftaustrittsöffnungen 37 an dem Mantel
36 des Rohrstutzens 35 ein nach außen vorstehender Blechring 39 angeordnet, der
ein zu rasches Aufsteigen der Verbrennungsgase verhindert. Oberhalb dieses Blechringes
39 ist in dem Mantel 36 noch ein weiterer Kranz Luftaustrittsöffnungen 44 vorgesehen,
durch die den bereits an dem Blechring 39 vorbeigeströmten Verbrennungsgasen nochmals
Verbrennungsluft zugeführt wird, so daß auch die letzten in diesen Verbrennungsgasen
noch etwa enthaltenen, nicht restlos verbrannten Öldämpfe nunmehr restlos verbrennen
können.
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Zur Zündung des in Richtung der Pfeile 32 aufsteigenden Öldampf-Luft-Gemisches
ist unmittelbar oberhalb des Hohlkörpers 23 in dem Mantel 36 eine elektrische Zündeinrichtung
45 angeordnet, deren Zündspirale 46 in radialer Richtung über die Außenwandung 24
vorsteht. Die Zuleitungen 47 der Zündeinrichtung45 können dabei durch die Mittelöffnung3,
den Hohlkörper 23 und den Rohrstutzen 35 hindurchgeführt sein.
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Wie insbesondere aus der Fig. 1 und 2 ersichtlich, sind ferner zwischen
dem oberen Blechring 16 und der oberen Deckplatte 6 der Verdampfungskammer 2 in
deren Außenmantel 14 schräg nach außen gerichtete zusätzliche Austrittsöffnungen
48 vorgesehen. Diese Austrittsöffnungen 48, deren Anzahl gleich der Anzahl der an
der Außenwandung 24 angeordneten hohlen Rippen 25 ist, sind dabei etwas gegenüber
diesen hohlen Rippen versetzt angeordnet. Um auch den aus diesen zusätzlichen Austrittsöffnungen
48 herausströmenden Oldämpfen unmittelbar Verbrennungsluft zuführen zu können, sind
die Rippen 25 nach unten hin verlängert und weisen gerade in Höhe dieser Austrittsöffnungen
48 je zwei zusätzliche Austrittsöffnungen 49 für die Verbrennungsluft auf, die gegen
den Außenmantel 14 der Verdampfungskammer 2 und damit auch gegen die zusätzlichen
Austrittsöffnungen 48 für die Öldämpfe gerichtet sind. Darüber hinaus sind, wie
aus der Fig. 3 ersichtlich, zwischen den in den Rippen 25 vorgesehenen oberen Austrittsöffnungen
26 und den zusätzlichen Austrittsöffnungen 49 für die Erstluft weitere gegenüber
den radialen Wandungen der Rippen 25 senkrecht stehende, gegenüber der Waagerechten
also ebenfalls um etwa 20 bis 25° geneigte Leitbleche 51 angeordnet, die sich von
den nach unten vorstehenden Teilen der Rippen 25 bis zu den diesen benachbarten
Rippen 25 erstreckenden und ein Aufsteigen des sich unterhalb dieser Leitbleche
51 bildenden Öldampf-Luft-Gemisches verhindern, so daß dieses unmittelbar neben
dem Außenmantel 14 der Verdampfungskammer 2 verbrennt und diese erhitzt.
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Die Wirkungsweise dieses in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Heizölbrenners
ist nun folgende: Soll der Brenner gemäß der Erfindung in Betrieb genommen werden,
so ist zunächst die Heizeinrichtung 5 einzuschalten, die den Boden 4 der Verdampfungskammer
2 erwärmt. Daraufhin wird das Ventil eines über die Speiseleitung 8 angeschlossenen,
nicht besonders dargestellten Ölbehälters geöffnet, so daß das Heizöl zu den Ölzuführungsleitungen
11 fließt, aus denen es tropfenweise auf den Boden 4 der Verdampfungskammer 2 gelangt.
Beim Auftreffen der Öltropfen auf den durch die Heizeinrichtung 5 erhitzten Boden
4 der Verdampfungskammer 2 verdampfen diese außerordentlich rasch. Die hierbei gebildeten
Öldämpfe strömen dann anschließend in Richtung des Pfeiles 18 an den Blechringen
12 und 16 vorbei, wobei sie infolge der von diesen Blechringen 12 und 16 abgegebenen
Wärme getrocknet und die in ihnen gegebenenfalls noch flüssigen Ölteilchen vollständig
verdampft werden, bevor sie im wesentlichen durch die oberen Austrittsöffnungen
7, teilweise aber auch die seitlichen Austrittsöffnungen 48 aus der Verdampfungskammer
2 ausströmen. Die aus der Verdampfungskammer 2 ausgetretenen Öldämpfe vereinigen
sich nun mit der den Heizölbrenner umgebenden, in dem Verbrennungsraum befindlichen
Luft zu einem zündfähigen Öldampf-Luft-Gemisch, das durch die Zündspirale 46 der
Zündeinrichtung 45 gezündet wird. Bei dieser anfänglichen Verbrennung entsteht in
dem Verbrennungsraum ein Unterdruck, so daß durch die Mittelöffnung 3 von unten
her Verbrennungsluft angesogen wird, die einerseits zunächst als Erstluft aus den
Austrittsöffnungen 26 und 49 aus den Rippen 25 und andererseits als Zweitluft aus
den in dem Mantel 36 vorgesehenen Luftaustrittsöffnungen 37 herausströmt und sich
mit den aus der Verdampfungskammer 2 ausströmenden Öldämpfen zu einem zündfähigen
Öldampf-Luft-Gemisch vermengt.
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Schon bereits nach einer nur verhältnismäßig kurzen Betriebszeit ist
die Verdampfungskammer 2 einerseits durch die Heizeinrichtung 5 und andererseits
durch die in ihrer unmittelbaren Nähe stattfindende anfängliche Verbrennung auf
eine hohe Temperatur erhitzt worden, so daß sich die Verdampfung des zugeführten
Heizöles rasch steigert. Da die nunmehr aus den Austrittsöffnungen 7 in der oberen
Deckplatte 6 der Verdampfungskammer 2 austretende öldampfmenge wesentlich größer
geworden ist, reicht die in Richtung der Pfeile 27 und 29 durch die Rippen 25 zugeführte
Erstluft nur mehr zur Bildung eines zündfähigen Öldampf-Luft-Gemisches aus, das
gemäß den Pfeilen 32 nach oben steigt und nach
Zuführung der Zeitluft
in Richtung der Pfeile 33 und 34 durch die in dem Mantel 36 vorgesehenen Luftaustrittsöffnungen
37 erst oberhalb des Hohlkörpers 23 verbrennt. Da der am oberen Teil des Rohrstutzens
35 angeordnete Blechring 39 ein zu rasches Aufsteigen der Verbrennungsgase
verhindert, enthalten die in den oberen Bereich des Rohrstutzens 35 gelangenden
Verbrennungsgase nur noch verhältnismäßig wenig unverbrannte Bestandteile, die nach
Zuführung weiterer Verbrennungsluft durch die oberhalb des Blechringes 39 in dem
Mantel 36 vorgesehenen Luftaustrittsöffnungen 44 fast vollständig verbrennen.
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Da die aus den in dem Außenmantel 14 der Verdampfungskammer 2 vorgesehenen
Austrittsöffnungen 48 ausströmenden Öldämpfe nach Zufuhr der erforderlichen Verbrennungsluft
durch die unteren Austrittsöffnungen 49 in den Rippen 25 auch weiterhin unmittelbar
neben dem Außenmantel 14 der Verdampfungskammer 2 verbrennen und deren Temperatur
auf der erforderlichen Höhe halten, kann die Heizeinrichtung 5 schon verhältnismäßig
bald abgeschaltet werden. Hierbei wirkt es sich besonders günstig aus, daß die unteren
Austrittsöffnungen 49 gegen den Außenmantel 14 der Verdampfungskammer 2 gerichtet
sind und die aus ihnen austretende Verbrennungsluft gerade auf die aus den schräg
nach außen gerichteten Austrittsöffnungen 48 ausströmenden Öldämpfe treffen, die
sich mit der zugeführten Verbrennungsluft zu einem zündfähigen Öldampf-Luft-Gemisch
vermischen. Sowohl die Neigung der Rippen 25 als auch die zu diesen senkrecht angeordneten
Leitbleche 51 sorgen dabei dafür, daß die Verbrennung auch tatsächlich in
der gewünschten Weise unmittelbar neben dem Außenmantel 14 der Verdampfungskammer
2 stattfindet.