EP0220301A1 - Heizgerät mit einem brenner und einem wärmetauscher. - Google Patents

Heizgerät mit einem brenner und einem wärmetauscher.

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Publication number
EP0220301A1
EP0220301A1 EP86903312A EP86903312A EP0220301A1 EP 0220301 A1 EP0220301 A1 EP 0220301A1 EP 86903312 A EP86903312 A EP 86903312A EP 86903312 A EP86903312 A EP 86903312A EP 0220301 A1 EP0220301 A1 EP 0220301A1
Authority
EP
European Patent Office
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chamber
combustion
ignition
combustion chamber
fuel
Prior art date
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Application number
EP86903312A
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English (en)
French (fr)
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EP0220301B1 (de
Inventor
Karl-Heinz Francke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
FRANCKE KARL HEINZ
Original Assignee
FRANCKE KARL HEINZ
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Filing date
Publication date
Application filed by FRANCKE KARL HEINZ filed Critical FRANCKE KARL HEINZ
Priority to AT86903312T priority Critical patent/ATE55180T1/de
Publication of EP0220301A1 publication Critical patent/EP0220301A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0220301B1 publication Critical patent/EP0220301B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D11/00Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/36Details, e.g. burner cooling means, noise reduction means
    • F23D11/44Preheating devices; Vaporising devices
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23QIGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q7/00Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs
    • F23Q7/06Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs structurally associated with fluid-fuel burners
    • F23Q7/08Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs structurally associated with fluid-fuel burners for evaporating and igniting liquid fuel, e.g. in hurricane lanterns

Definitions

  • the invention relates to a heater with a burner for liquid or gaseous fuels with a combustion chamber, an ignition chamber open to the combustion chamber, an ignition device in the ignition chamber, devices for supplying fuel and air to the ignition chamber and a heat exchanger connected to the combustion chamber.
  • the invention relates to a heater for heating recreation rooms, e.g. for oil heating for residential buildings.
  • Known heaters rely on sensitive nozzles or atomizers for mixture preparation, which can wear out and are prone to failure. They take up a lot of space and can generally only be used for certain fuels.
  • the object of the invention is to reduce the space requirement, to simplify the construction, to improve the mixture preparation and the exhaust gas values, to avoid sensitive and wear-prone functional parts and / or to achieve a broadband combustion behavior with regard to the fuel properties without affect operational safety.
  • the solution according to the invention is that the Zürid chamber, which is several times longer than it is wide, is surrounded by a preheating chamber, to which both the air and the fuel can be supplied, and that the wall separating these chambers has a large number of small openings for the passage of the fuel mixture ent ent in the ignition chamber.
  • the slim design of the ignition chamber which advantageously by a. length at least three times the length is characterized, firstly, has the advantage of better flame confinement and thus a higher ignition temperature and safer ignition. This applies not only to ongoing operations, but also to the start of the burner.
  • the concentration of heat in the ignition chamber results in a very uniform heating of the preheating chamber surrounding it, which in turn leads to a very uniform preheating and supply of the air / combustion mixture of substances and thus a very even flame formation.
  • the preheating chamber (corresponding to the small ignition chamber) is very small, the air flows through it intensely and blind spots are less easily formed, in which there could be a risk of overheating.
  • the mixture of air and fuel is also affected by the internal. active flow favors.
  • the arrangement is secure against the flame refluxing into the preheating chamber.
  • the preheating of the combustion mixture contributes to uniform flame formation and complete combustion and thus also to the prevention of the formation of combustion residues.
  • the ignition devices of the ignition chamber are expediently - as is known per se - formed by an elongated glow plug which is provided in the longitudinal direction of the ignition chamber at a short distance from its wall.
  • the small distance of the ignition chamber wall from the glow plug which is of the order of a few millimeters, favors firstly an intensive heating of the ignition chamber wall and thus at the same time the preheating chamber, so that sufficient fuel gasification or preheating takes place from the beginning, secondly due to the ge ring diameter of the wall part to be heated, the heat capacity of which is reduced to a minimum, thereby reducing the warming-up time or increasing the preheating temperature which can be achieved within a certain period of time.
  • the glow plug Since the glow plug must be arranged at the closed end of the ignition chamber and therefore in the area in which the flame cannot yet be fully developed, it is in the start phase before overheating during ongoing operation despite the narrow design of the ignition chamber and despite the intensive use of heat protected.
  • the opening for supplying the liquid fuel to the preheating chamber is expediently arranged above the glow plug, the ignition chamber with the glow plug also being arranged essentially horizontally. This arrangement ensures that in the start-up phase the liquid fuel first drips onto that wall area of the preheating chamber which is preheated by the glow plug and through the openings onto the glow plug itself. This ensures reliable evaporation from the start and thus also a safe ignition.
  • the small openings for the passage of the fuel mixture into the ignition chamber are expediently evenly distributed over the greater part of the length of the ignition chamber, possibly even over the entire length of the ignition chamber. According to a further feature, these openings can be arranged in helical rows, which creates a twist in the flame that stabilizes it. Of course, other known means for generating a swirl in the flame gases could also be provided.
  • preheating chamber In many cases it is sufficient to apply the preheating chamber with heat from the ignition chamber. If liquid fuels are used that require a relatively high heat of vaporization, such as diesel oil, it may be appropriate to heat the preheating chamber not only from the inside but also from the outside by flushing the preheating chamber on its outside with the combustion gases . In a preferred embodiment, this is achieved in that a double jacket forming the preheating chamber is arranged freely in the combustion chamber.
  • the heat exchanger is expediently a tubular heat exchanger, for example with water pipes which run transversely to the path of the combustion gases (burned gases) and which can also be finned.
  • the use of exchange tubes which run in the direction of the fuel gas flow is particularly advantageous, as a result of which the flow losses are kept low.
  • the arrangement can also be such that the fuel gas flows through the tubes, which in turn are located in a water space. This expediently borders the combustion chamber, so that it is partially delimited by the combustion chamber wall and a direct heat exchange can also take place through the combustion chamber wall.
  • the opening provided for the passage of the fuel gases from the combustion chamber to the heat exchanger is expediently arranged near the ignition chamber. This means that the fuel gases have to reverse their direction after leaving the ignition chamber in the combustion chamber. On the one hand, this intensifies the combustion process because the Combustion gases are swirled well and are kept away from the cool walls of the combustion chamber before combustion is complete. This contributes to the fact that the combustion chamber dimensions can be kept small. This also has the advantage that the risk of deposition of combustion residues, in particular unburned or half-burned residues such as soot, is reduced.
  • the instruction to arrange the transfer opening next to the ignition chamber should generally be understood to mean that this opening should be provided near the end of the combustion chamber on the ignition chamber side, so that the countercurrent described can occur therein can come.
  • liquid fuels especially those with high heat of vaporization
  • the arrangement is expediently such that the liquid fuel is essentially evaporated during normal operation of the device before it reaches the combustion zone or, even better, before it is combined with the combustion air.
  • an air supply duct can be provided adjacent to the combustion chamber and in heat exchange therewith.
  • this feature enables the combustion air to be preheated with minimal design effort.
  • the air duct channels the hot combustion chamber wall from the outer surface of the housing, which means that the measures otherwise necessary for thermal insulation can be omitted.
  • the air supply duct can also be passed through the combustion chamber. If the combustion chamber and the heat exchanger are arranged laterally from one another, the air duct mentioned is expediently arranged on the side facing away from the heat exchanger. However, it can also be provided that it essentially surrounds the combustion chamber or that the water chamber of the heat exchanger borders the combustion chamber on more than one side and the air duct is provided on the other sides.
  • the heat exchanger which is rectangular or round in cross section, completely surrounds the combustion chamber and the air and fuel supply pipes are guided through the combustion chamber.
  • Fig. 4 shows a longitudinal section through a second embodiment
  • FIG. 5 u. 6 cross sections through two alternatives of the embodiment according to FIG. 4 along the line V-VI of FIG. 4.
  • an essentially quadratic housing In an essentially quadratic housing 1, four elements with essentially the same length and the same width (measured transversely to the plane of the drawing in FIG. 1) are arranged side by side, namely an element forming the air duct 2, 3, the combustion chamber 4, the heat exchanger 5 and a room 6 for receiving the pump and blower and possibly other additional parts.
  • the ignition chamber 10 is located below the opening 8 and is delimited by a tube 11 which is fastened tightly to the left combustion chamber wall 12, extends centrally in the longitudinal direction of the combustion chamber 4 and is open at its free end 13. It is surrounded by a second tube 14, which forms a double jacket with the first tube 11, which encloses an annular space 15 which is closed at the tube ends and forms the preheating chamber explained above. This is connected to the opening 8 via the short duct 16, so that the air preheated in the ducts. 2, 3 can flow through the opening 8 and the short duct 16 into the preheating chamber 15 which surrounds the ignition chamber 10.
  • a pipe 17 opens, which forms the feed lines for the liquid fuel, for example diesel oil. Since this tube is in heat exchange with the gases in the combustion chamber 4, the oil produced therein is preheated before it exits into the short channel 16 at the end of the tube 17.
  • the arrangement is expediently such that the fuel still reaches the channel 16 in liquid form. Together with the combustion air, it is then led into the preheating chamber 15 and from there through a plurality of small openings 18 in the inner tube 11 into the ignition chamber 10.
  • the combustion chamber 4 and the water chamber of the heat exchanger 5 are also in heat exchange through the common wall 28. Furthermore, heat can be conveyed through thick metal sheets 29 made of good heat-conducting metal. Between the walls of the combustion chamber 4 and, if appropriate, the metal sheets 29 on the one hand and the housing 2 on the other hand, thermal insulation, indicated by hatching in FIG. 3, can be provided if this appears necessary.
  • the device works in the following way.
  • the glow plug 20 is switched on in the starting phase, which quickly heats the part of the tube 11 surrounding it. If liquid fuel now drips from the line 17 through the short duct 18 onto this wall and through the openings 18 onto the glow plug, it is evaporated rapidly and the ignition takes place without any problems, while combustion air flows through the suction fan 25 is promoted.
  • the combustion air in the channels 2, 3 is heated through the wall 9 from the combustion chamber 4.
  • the fuel in line 17 is preheated. Air and fuel together are then further heated in the preheating chamber 15 because the tubes 11 and 14 are exposed to the fuel gases.
  • Both the combustion chamber and the heat exchanger can consist of a commercially available square tube, for example 50x50 mm, which lie one on top of the other so that the combustion chamber is at the top and the bottom is Heat exchanger.
  • the two square tubes are closed with a continuous sheet and are thus firmly connected to one another.
  • the longitudinal surfaces are also screwed together on each side by means of continuous sheets, which can be made of aluminum for better heat conduction, while the parts directly exposed to the heat can be made of steel, possibly stainless steel.
  • the four side plates protrude from the combustion chamber part and in this way form the preheating channels for the combustion air.
  • the rectangular cross sections allow a particularly compact design.
  • the fuel supply via the glow plug should only be supplied during the ignition phase and when using liquid fuel. This is no longer absolutely necessary in full operation.
  • the combustion chamber 104 is surrounded on all sides with the exception of the longitudinal ends by the heat exchanger 105, which has a rectangular cross section in the case of FIG. 5 and a round cross section in the case of FIG. 6.
  • the combustion chamber side walls 128 are therefore cooled uniformly by the heat carrier (for example water) contained in the heat exchanger 105. If desired, this direct cooling can also be extended to the end walls of the combustion chamber.
  • the combustion air is fed through the pipe 102, which is guided through the combustion chamber 104, so that the combustion air is preheated before it reaches the preheating chamber 115 through the duct 116.
  • the Brennstoffrschreib 117 is also space by the Brenn ⁇ out 104 and ends at 03 in the air duct 102. This is also possible with liquid 'fuel such as heating oil due to its preheating, especially since he also in the air channel 102, as far as it should not be gassed , reaches the wall of the duct that is directly heated by the combustion chamber and evaporates rapidly from there. The fuel then reaches the preheating chamber 115 and the ignition chamber 110 with the combustion air. In order that it also reaches the preheating chamber in the start-up phase, the air duct can be inclined from the outlet point 103 to the preheating chamber 115.
  • a reversal of direction takes place in the combustion chamber 104, so that the combustion gases which are still in the incomplete combustion stage are enclosed by a jacket of essentially completely burned gases. They pull through an opening 122, which is provided uniformly over the circumference of the combustion chamber, into the annular feed chamber 123 of the heat exchanger, from which they pull the heat exchanger through exchanger tubes 124 before they leave the device through the extractor 125.
  • a suction fan (not shown) or preferably a pressure fan for the combustion air can be provided.
  • the high quality of the combustion process that can be achieved thanks to the invention can be seen from the fact that the flame burns completely blue even without the use of heating oil, and that the device can be operated with very little excess air.
  • the invention is characterized by the idea that both reaction partners are heated up to very high before the combustion process in such a way that the energy which still has to be used for their chemical activation in the combustion process is reduced, so that the combustion process can run very quickly and completely and the proportion of unburned products in the exhaust gas is reduced.

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Description

Heizgerät mit einem Brenner und einem Wärmetauscher
Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Heizgerät mit einem Brenner für flüssige oder gasförmige Brennstoffe mit einem Brennraum, einer zum Brennraum offenen Zündkammer, einer Zündeinrichtung in der Zündkammer, Einrichtungen zum Zu¬ führen von Brennstoff und Luft zur Zündkammer und einem an den Brennraum angeschlossenen Wärmetauscher.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Heiz¬ gerät für die Beheizung von Aufenthaltsräumen, z.B. bei Ölheizungen für Wohnhäuser.
Bekannte Heizgeräte sind für die Gemischaufbereitung auf empfindliche Düsen oder Zerstäuber angewiesen, die verschleißen können und störanfällig, sind. Sie haben hohen Platzbedarf und sind im allgemeinen nur für be¬ stimmte Brennstoffe verwendbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Platzbe¬ darf zu verringern, die Bauweise zu vereinfachen, die Gemischaufbereitung und die Abgaswerte zu verbessern, empfindliche und verschleißanfällige Funktionsteile zu vermeiden und/oder ein in bezug auf die Brennstoff¬ eigenschaften breitbandiges Verbrennungsverhalten zu erreichen, ohne die Betriebssicherheit zu beeinträchtigen. Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß die Züridkammer, die mehrfach länger als breit ist, von einer Vorwärmkammer umgeben ist, der sowohl die Luft als auch der Brennstoff zuführbar ist und daß die diese Kammern trennende Wand eine Vielzahl von kleinen Öffnungen für den Durchtritt des Brenngemischs in die Zündkammer ent¬ hält.
Durch diese Merkmale wird eine Intensivierung der Ver¬ brennung erreicht, die es gestattet, die Maße der Zünd¬ kammer und der Brennkammer wesentlich zu reduzieren. Dadurch wird nicht nur der Raumbedarf des Geräts insge¬ samt verringert, sondern kann auch sein Aufbau verein¬ facht werden, weil es leichter ist, einen hoch belasteten, kleineren Brennraum sicher abzuschirmen als einen großen, weniger belasteten. Auch läßt sich die Sicherheit gegen Verpuffungen bei einem kleineren Brennraum leichter ver¬ wirklichen als bei einem großen.
Die schlanke Ausbildung der Zündkammer, die vorteilhafter¬ weise durch eine . mindestens dreimal so große Länge wie Weite charakterisiert ist, hat erstensden Vorteil eines besseren Einschlusses der Flamme und damit einer höheren Zündtemperatur und sichereren Zündung. Das gilt nicht nur für den laufenden Betrieb, sondern auch für den Brennerstart. Die Konzentration der Wärme in der Zünd¬ kammer hat eine sehr gleichmäßige Erwärmung der diese umgebenden Vorwärmkammer zurFolge, die wiederum eine sehr gleichmäßige Vorwärmung und Zufuhr des Luft/Brenn- stoffgemischs und damit eine sehr gleichmäßige Flämmen- bildung ermöglicht. Weil die Vorwärmkammer (entsprechend der kleinen Zündkammer) sehr klein ist, wird sie intensiv durchströmt und bilden sich weniger leicht tote Winkel, in denen überhitzungsgefahr entstehen könnte. Auch die Mischung von Luft und Brennstoff wird durch die inten- . sive Durchströmung begünstigt. Dabei ist die Anordnung wegen der Möglichkeit, eine Vielzahl kleiner Durchtritts¬ öffnungen von der Vorwärmkammer zur Zündkammer sowie eine hohe Durchtrittsgeschwindigkeit vorzusehen, sicher gegen ein Zurückschlagen der Flamme indie Vorwärmkammer. Die Vorwärmung des Brenngemischs trägt zur gleichmäßigen Flammenbildung und vollständigen Verbrennung und damit auch zur Vermeidung der Bildung von Verbrennungsrückständen bei.
Die Zündeinrichtungen der Zündkammer wird zweckmäßiger¬ weise - wie an sich bekannt - von einer langgestreckten Glühkerze gebildet, die in Längsrichtung der Zündkammer mit geringem Abstand von deren Wand vorgesehen ist. Der geringe Abstand der Zündkammerwand von der Glühkerze der in der Größenordnung einiger Millimeter liegt, begünstigt erstens eine intensive Erhitzung der Zündkammerwand und damit gleichzeitig der Vorwärmkammer, so daß von Anfang an eine hinreichende BrennstoffVergasung bzw. -vorwärmung stattfindet, wobei gleichzeitig zweitens infolge des ge¬ ringen Durchmessers des zu erwärmenden Wandteils dessen Wärmekapazität auf ein Minimum reduziert wird und dadurch die λόrwärmzeit verringert bzw. die innerhalb einer be¬ stimmten Zeitspanne erreichbare Vorwärmtemperatur erhöht wird. Da die Glühkerze am geschlossenen Ende der Zündkammer angeordnet sein muß und also in demjenigen Bereich, in welchem die Flamme noch nicht vollständig entwickelt sein kann, ist sie trotz der engen Ausführung der Zündkammer und trotz der intensiven Wärmenutzung in der Startphase vor überhitzung während des laufenden Betriebs geschützt.
Zweckmäßigerweise ist die Öffnung zur Zuführung des flüssigen Brennstoffs zur Vorwärmkammer oberhalb von der Glühkerze angeordnet, wobei ferner die Zündkammer mit der Glühkerze im wesentlichen horizontal angeordnet ist. Diese Anordnung gewährleistet, daß in der Start¬ phase der flüssige Brennstoff zunächst auf denjenigen Wandbereich der Vorwärmkammer tropft, der durch die Glüh¬ kerze vorgewärmt ist, sowie durch die Öffnungen hindurch auf die Glühkerze selbst. Dadurch wird sichere Verdampfung von Anfang an gewährleistet und damit auch eine sichere Zündung.
Die kleinen Öffnungen für den Durchtritt des Brenngemischs in die Zündkammer sind zweckmäßigerweise über den größeren Teil der Länge der Zündkammer, ggf. sogar über die gesamte Länge der Zündkammer, gleichmäßig verteilt, wobei nach einem weiteren Merkmal diese Öffnungen in schraubenförmig verlaufenden Reihen angeordnet sein können, wodurch in der Flamme ein Drall erzielt wird, der sie stabilisiert. Selbstverständlich könnten auch andere, bekannte Mittel zur Erzeugung eines Dralls in den Flammengasen vorgesehen sein.
In vielen Fällen reicht die Beaufschlagung der Vorwärm- kammer mit Wärme von der Zündkammer her- aus. Wenn flüssige Brennstoffe verwendet werden, die eine verhältnismäßig hohe Verdampfungswärme benötigen, wie beispielsweise Dieselöl, so kann es zweckmäßig sein, die Vorwärmkammer nicht nur von innen, sondern auch von außen dadurch zu erhitzen, daß die Vorwärmkammer auch auf ihrer Außenseite von den Brenngasen durchspült wird. Dies gelingt in einer bevorzugten Ausführungsform dadurch, daß ein die Vorwärm¬ kammer bildender Doppelmantel frei im Brennraum angeordnet ist.
Der Wärmetauscher ist zweckmäßigerweise ein Röhrenwärme¬ austauscher, beispielsweise mit quer zum Weg der Brenn¬ gase (verbrannte Gase) verlaufenden Wasserrohren, die auch berippt sein sein können. Besonders vorteilhaft ist jedoch die Verwendung von Austauscherröhren, die in Richtung der Brenngasströmung verlaufen, wodurch die Strömungsverluste gering gehalten werden. Dabei kann die Anordnung auch so getroffen sein, daß das Brenngas die Röhren durchströmt die ihrerseits in einem Wasserraum gelegen sind. Dieser grenzt zweckmäßigerweise an den Brennraum, so daß er teilweise von der Brennraumwand be¬ grenzt ist und auch ein direkter Wärmeaustausch durch die Brennraumwand hindurch erfolgen kann.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die für den übertritt der Brenngase aus dem Brennraum zum Wärmetauscher vorgesehene Öffnung nahe der Zündkammer zweckmäßigerweise seitlich von dieser angeordnet. Das bedeutet, daß die Brenngase nach dem Verlassen der Zünd¬ kammer im Brennraum ihre Richtung umkehren müssen. Dadurch wird zum einen der Verbrennungsvorgang intensiviert, weil die Verbrennungsgase gut durchwirbelt werden und vor Abschluß der Verbrennung von den kühlen Brennraumwänden fernge¬ halten sind. Dies trägt dazu bei, daß die Brennraumab¬ messungen klein gehalten werden können. Ferner hat dies den Vorteil, daß die Gefahr einer Ablagerung von Ver¬ brennungsrückständen, insbesondere unverbrannten oder halb verbrannten Rückständen wie Ruß, reduziert wird. In diesem Zusammenhang versteht es sich, daß die An¬ weisung, die Übertrittsöffnung neben der Zündkammer anzuordnen, allgemein dahin zu verstehen ist, daß diese Öffnung nähe - dem zündkammerseitigen Ende des Brenn¬ raums vorgesehen sein soll, damit der geschilderte Gegen¬ strom darin zustande kommen kann.
Bei Verwendung von flüssigen Brennstoffen, insbesondere solchen mit hoher Verdampfungswärme, kann es zweckmäßig sein, den Brennstoff schon vorzuwärmen, bevor er die Vor¬ wärmkammer erreicht. Dies gelingt nach der Erfindung dadurch, daß ein Rohr für die Zuführung von flüssigem Brennstoff zur Vorwärmkammer durch den Brennraum geführt ist. Die Anordnung ist dabei zweckmäßigerweise so ge¬ troffen, daß der flüssige Brennstoff im Normalbetrieb des Geräts im wesentlichen verdampft ist, bevor er die Brennzone erreicht oder besser noch bevor er mit der Verbrennungsluft zusammengeführt wird.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann angrenzend an den Brennraum und im Wärmeaustausch mit diesem ein Luftzuführungskanal vorgesehen sein. Zum einen ermöglicht dieses Merkmal eine Vorwärmung der Verbrennungsluft mit minimalem konstruktiven Aufwand. Zum anderen schirmt der Luftführungskanal die heiße Brennraumwand gegenüber der Außenfläche des Gehäuses ab, wodurch die sonst für Wärmedämmung notwendigen Maßnahmen entfallen können. Der Luftzuführungskanal kann auch durch den Brennraum hin¬ durchgeführt sein. Wenn die Brennkammer und der Wärmetauscher seitlich vonein¬ ander angeordnet sind, ist der genannte Luftführungskanal zweckmäßigerweise auf der dem Wärmetauscher abgewandten Seite angeordnet. Jedoch kann auch vorgesehen sein, daß er den Brennraum im wesentlichen umgibt oder daß der Wasser¬ raum des Wärmetauschers an mehr als einer Seite an den Brenn¬ raum grenzt und der Luftführungskanal an den anderen Seiten vorgesehen ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform umgibt der im Querschnitt rechteckige oder runde Wärmetauscher den Brennraum vollständig und sind die Luft- und Brennstoff¬ zuführungsrohre durch den Brennraum geführt.
Bei der erwähnten Nebeneinander-Anordnung von in Breite und Länge aufeinander abgestimmten Brennräumen, Wärme¬ tauschern und ggf. Luftführungskanälen ergibt sich eine besonders einfache Konstruktion, wenn diese Komponenten mit jeweils rechteckigem Querschnitt innerhalb eines ge¬ meinsamen, flachen Gehäuses untergebracht sind. Auch das Gebläse und ggf. eine Wasserpumpe für den Wärmetauscher können in diesem Gehäuse Platz finden, und zwar zweck¬ mäßigerweise in Fortsetzung der Haupterstreckungsebene der drei anderen Komponenten, damit die Breite des Geräts in Richtung seiner geringsten Dimension nicht dadurch ver¬ größert wird.
Die Erfindung wird im folgenden näher unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, die ein Ausführungsbeispiel in schematischer Darstellung veranschaulicht. Darin zeigen:
Fig. 1 einen vertikalen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform,
Fig. 2 einen Schnitt gemäß Linie II-II der Fig. 1 ,
Fig. 3 einen Schnitt gemäß Linie III-III der Fig. 1 ,
Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform und
Fig. 5 u. 6 Querschnitte durch zwei Alternativen der Ausführungsform gemäß Fig. 4 längs der Linie V-VI der Fig. 4.
In einem im wesentlichen quadrischen Gehäuse 1 sind vier Elemente mit im wesentlichen gleicher Länge und gleicher Breite (gemessen quer zur Zeichenebene in Fig. 1) neben¬ einander angeordnet, nämlich ein die Luftführungskanäle 2, 3 bildendes Element, der Brennraum 4, der Wärmetauscher 5 und ein Raum 6 zur Aufnahme von Pumpe, und Gebläse und ggf. weiteren Ergänzungsteilen.
Durch eine Öffnung 7 tritt die Verbrennungsluft in Pfeil¬ richtung in das Gehäuse ein, verteilt sich auf die beiden Luftführungskanäle 2, um schließlich sich im Luftführungs¬ kanal 3 wieder zu vereinigen, der in einer Öffnung 8 endet, die die Wand 9 durchbricht, die die Kanäle 2, 3 von der Brennkammer 4 trennt. Durch die Wand 9 findet Wärmeaus¬ tausch und somit Vorwärmung der Verbrennungsluft von dem Brennraum 4 her statt.
Unterhalb der Öffnung 8 befindet sich die Zündkammer 10, die von einem Rohr 11 begrenzt ist, das dicht an der linken Brenn¬ raumwand 12 befestigt ist, sich mittig in Längsrichtung des Brennraums 4 erstreckt und an seinem freien Ende 13 offen ist. Es wird umgeben von einem zweiten Rohr 14, das mit dem ersten Rohr 11 einen Doppelmantel bildet, der einen an den Rohrenden geschlossenen Ringraum 15 einschließt, der die oben erläuterte Vorwärmkammer bildet. Diese steht über den kurzen Kanal 16 mit der Öffnung 8 in Verbindung, so daß die in den Kanälen.2, 3 vorgewärmte Luft durch die Öffnung 8 und den kurzen Kanal 16 in die Vorwärmkammer 15 strömen kann, die die Zündkammer 10 umgibt.
in dem kurzen Kanal 16 mündet ein Rohr 17, das die Zuleitungen für den flüssigen Brennstoff, beispielsweise Dieselöl, bildet. Da dieses Rohr im Wärmeaustausch mit den Gasen im Brennraum 4 steht, wird das darin geförderte Öl vorgewärmt, bevor es am Ende des Rohrs 17 in den kurzen Kanal 16 austritt. Zweckmäßiger¬ weise ist die Anordnung so getroffen, daß der Brennstoff noch flüssig in den Kanal 16 gelangt. Zusammen mit der Verbrennungs¬ luft wird er dann in die Vorwärmkammer 15 und von dieser durch eine Vielzahl kleiner Öffnungen 18 in dem inneren Rohr 11 in die Zündkammer 10 geführt.
Diese enthält die Glühkerze 20, die mindestens während der Zündphase, ggf. auch während der gesamten Betriebsdauer beheizt wird, um die Zündung sicherzustellen.
In der Zündkammer 10 bildet sich infolge von deren im Verhältnis zur Länge geringen Weite eine schlanke Flamme 21 aus, die mit hoher Geschwindigkeit in den Brennraum 4 aus¬ tritt. Die Brenn- gase werden dann in Pfeilrichtung gewendet, um durch die Öffnung 22 überzutreten in den Zuführungsraum 23 des Wärmetauschers 5. Dieser enthält in einem Wasserraum ein Rohrbündel 24, durch das die Brenngase mit geringem Druckverlust durch das Sauggebläse 25 abgesaugt werden können. Das in dem Wasserraum zu erhitzende Wasser wird durch Anschlußstutzen 26 mittels einer Pumpe 27 durch strichpunktiert angedeutete Leitungsführungen zirkuliert.
Der Brennraum 4 und der Wasserraum des Wärmetauschers 5 stehen auch durch die gemeinsame Wand 28 im Wärmeaustausch. Ferner kann Wärmetransport durch dicke Bleche 29 aus gut wärmeleitendem Metall vermittelt werden. Zwischen den Wänden des Brennraums 4 sowie ggf. den Blechen 29 einerseits und dem Gehäuse 2 anderer¬ seits kann eine in Fig. 3 schraffiert angedeutete Wärmedämmung vorgesehen sein, wenn dies erforderlich erscheint.
Das Gerät arbeitet in folgender Weise. Zunächst wird in der Startphase die Glühkerze 20 eingeschaltet, die den sie um¬ gebenden Teil des Rohrs 11 rasch erhitzt. Wenn nun flüssiger Brennstoff aus der Leitung 17 durch den kurzen Kanal 18 auf diese Wand und durch die Öffnungen 18 hindurch auf die Glüh¬ kerze tropft, so wird er rasch verdampft und die Zündung er¬ folgt problemlos, während Verbrennungsluft durch das Saug¬ gebläse 25 gefördert wird. Während des Betriebs wird die Ver¬ brennungsluft in den Kanälen 2, 3 durch die Wand 9 hindurch vom Brennraum 4 her erhitzt. Ferner wird der Brennstoff in der Leitung 17 vorgewärmt. Luft und Brennstoff zusammen werden dann weiter in der Vorwärmkammer 15 erhitzt, weil die Rohre 11 und 14 den Brenngasen ausgesetzt sind. Infolge der geringen Strömungsquerschnitte werden sie in der Vor¬ wärmkammer gut durchmischt und gelangen durch die Öffnungen 18 in die Zündkammer, wo die Verbrennung dank der Vorwärmung, Vergasung und gleichmäßigen Durchmischung sehr gleichmäßig und intensiv erfolgen kann. Die Brenngase kehren dann in Pfeilrichtung um, so daß sie mit den kühlen Wänden 28 erst dann in Berührung kommen, wenn die Verbrennung weitgehend abgeschlossen ist, so daß sich keine unverbrannten Produkte niederschlagen. Andererseits findet noch während des Ver¬ brennungsprozesses eine Strahlungskühlung statt, so daß das Reaktionsgleichgewicht zu niedrigen CO-Werten hin ver¬ schoben wird und der CO-Gehalt im Abgas entsprechend niedrig liegt. Dann geben die Gase im Wärmetauscher 4 ihre Wärme ab und entweichen durch den Druckstutzen des Gebläses 25. Sowohl der Brennraum als auch der Wärmetauscher können aus handels¬ üblichem Vierkantrohr, beispielsweise 50x50 mm bestehen, die so aufeinanderliegen, daß sich oben der Brennraum und unten der Wärmetauscher befinden. An den offenen Enden sind die beiden Vierkantrohre mit einem durchgehenden Blech ver¬ schlossen und auf diese Weise fest miteinander verbunden. Die Längsflächen sind ebenfalls auf jeder Seite miteinander mittels durchgehender Bleche verschraubt, die zwecks besserer Wärmeleitung aus Aluminium bestehen können, während die der Hitze unmittelbar ausgesetzten Teile aus Stahl, ggf. Edelstahl bestehen können. Die vier Seitenbleche überragen den Brennraumteil und bilden auf diese Weise die Vorwärm¬ kanäle für die Verbrennungsluft. Die rechteckigen Querschnitte erlauben eine besonders kompakte Bauweise.
Nur während der Zündphase und bei Benutzung flüssigen Brennstoffs soll die Brennstoffzufuhr über der Glühkerze zugeführt werden. Im vollen Betrieb ist dies nicht mehr unbedingt erforderlich.
In der Ausführung gemäß Fig. 4 bis 6 gleichen Aufbau und Funktion, soweit aus dem folgenden oder der Zeichnung nicht anders ersichtlich, denjenigen der ersten Ausführungsform.
Der Brennraum 104 ist auf allen Seiten mit Ausnahme der Längsenden von dem Wärmetauscher 105 umgeben, der im Falle der Fig. 5 rechteckigen und im Falle der Fig. 6 runden Querschnitt hat. Die Brennraumseitenwände 128 werden daher gleichmäßig von dem im Wärmetauscher 105 ent¬ haltenden Wärmeträger (beispielsweise Wasser) gekühlt. Gewünschtenfalls kann diese direkte Kühlung auch auf die Endwände des Brennraums ausgedehnt werden.
Die Verbrennungsluft wird durch das Rohr 102 zugeführt, das durch den Brennraum 104 geführt ist, so daß die Ver¬ brennungsluft vorgewärmt wird, bevor sie durch den Kanal 116 zu der Vorwärmkammer 115 gelangt.
Das Brennstoffröhr 117 ist gleichfalls durch den Brenn¬ raum 104 geführt und mündet bei 03 in dem Luftkanal 102. Dies ist auch bei flüssigem' Brennstoff wie leichtes Heizöl dank seiner Vorwärmung möglich, zumal er auch im Luftkanal 102, soweit er noch nicht vergast sein sollte, auf die vom Brennraum direkt beheizte Wand des Kanals gelangt und von dort rasch verdampft. Der Brennstoff gelangt dann mit der Verbrennungsluft in die Vorwärmkammer 115 und die Zündkam¬ mer 110. Damit er auch in der Anfahrphase zur Vorwärmkammer gelangt, kann der Luftkanal von der Mündungsstelle 103 bis zur Vorwärmkammer 115 geneigt sein.
Im Brennraum 104 findet auch bei dieser Ausführungsform eine Richtungsumkehr statt, so daß die noch im Stadium un¬ vollkommener Verbrennung befindlichen Brenngase von einem Mantel von im wesentlichen vollständig verbrannten Gasen umschlossen sind. Sie ziehen durch eine Öffnung 122, die gleichmäßig über den Umfang des Brennraums vorge¬ sehen ist, in den ringförmigen Zuführungsraum 123 des Wärmetauschers ab, von dem aus sie den Wärmetauscher durch Austauscherrohre 124 durchziehen, bevor sie das Gerät durch den Abzug 125 verlassen.
Es kann ein nicht dargestelltes Sauggebläse oder vorzugs¬ weise ein Druckgebläse für die Verbrennungsluft vorge¬ sehen sein.
Die dank der Erfindung erreichbare hohe Qualität des Verbrennungsvorgangs erkennt man daran, daß die Flamme auch bei Verwendung von Heizöl vollständig blau ohne gelben Anteil brennt und daß das Gerät mit sehr geringem Luftüberschuß betrieben werden kann.
Allgemeiner ist die Erfindung gekennzeichnet durch den Gedanken, daß beide Reaktionspartner vor dem Verbrennungs¬ vorgang hoch bis sehr hoch derart erhitzt werden, daß die Energie, die zu ihrer chemischen Aktivierung im Ver¬ brennungsprozeß noch aufgewendet werden muß, gesenkt wird, so daß der Verbrennungsvorgang sehr rasch und voll¬ ständig ablaufen kann und der Anteil unverbrannter Pro¬ dukte im Abgas gesenkt wird.

Claims

Patentansprüche
1. Heizgerät mit einem Brenner für flüssige oder gas¬ förmige Brennstoffe, insbesondere zur Beheizung von Fahrzeugen und Aufenthaltsräumen, mit einem Brenn¬ raum, einer zum Brennraum offenen Zündkammer, einer Zündeinrichtung in der Zündkammer, Einrichtungen zum Zuführen von Brennstoff und Luft zur Zündkammer und einem an den Brennraum angeschlossenen Wärmetauscher, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkammer (10), die mehrfach länger als breit ist, von einer Vorwärmkammer
(15) umgeben ist, der sowohl die Luft als auch der Brennstoff zuführbar sind, und daß diese diese Kammern trennende Wand (11) eine Vielzahl von kleinen Öff¬ nungen (18) für den Durchtritt des Brenngemisches in die Zündkammer (10) enthält.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Zündkammer (10) mindestens dreimal so groß ist wie ihre Weite. 3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündeinrichtung in der Zündkammer (10) von einer lang¬ gestreckten Glühkerze (20) gebildet ist, die in Längsrichtung der Zündkammer mit geringem Abstand von deren Wand ange¬ ordnet ist.
4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß eine Öffnung (16) zur Zuführung von flüssigem Brennstoff zur Vorwärmkammer (15) oberhalb von der Glüh¬ kerze (20) angeordnet ist.
5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zünd¬ kammer (10) im wesentlichen horizontal angeordnet ist.
6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die kleinen Öffnungen (18) gleichmäßig über den größeren Teil der Länge der Zündkammer (10) verteilt sind.
7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Vorwärmkammer (15) auf ihrer Außenseite von den Brenngasen bespült ist.
8. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Vorwärmkammer (15) bildender Doppelmantel (11,14) frei im Brennraum (4) angeordnet ist.
9. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Wärmetauscher (5) ein Röhrenwärmeaus¬ tauscher ist.
10. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Austauscherröhren (24) brenngasdurchströmt sind. ιι. ba-xdi nach einem der Ansprüche 1 bis 10, daαurcn gekenn¬ zeichnet, daß der Brennraum (4) und der Wärmetauscher (5) mit etwa gleicher Länge und Breite neben- oder unterein¬ ander angeordnet sind.
12. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Wärmetauscher den Brennraum im wesent¬ lichen umgibt.
13. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Wasserraum des Wärmetauschers (5) teil¬ weise von der Brennraumwand (28) mindestens großenteils begrenzt ist.
14. Gerät nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die für den übertritt der Brenngase aus dem Brenn¬ raum (4) zum Wärmetauscher (5) vorgesehene Öffnung (22) nahe dem zündka merseitigen Ende der Brennkammer ange¬ ordnet ist.
15. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß ein Rohr (17) für die Zuführung von Brenn¬ stoff zur Vorwärmkammer (15) durch den Brennraum (4) geführt ist.
16. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß angrenzend an den Brennraum (4) und im Wärmeaustausch mit diesen ein Luftzuführungskanal (2,3) vorgesehen ist.
17. Gerät nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der LuftZuführungskanal (102) durch den Brennraum (104) hindurchgeht.
18. Verfahren zum Verbrennen eines flüssigen Brennstoffs mit Luft in einem Heizgerät, dadurch gekennzeichnet, daß beide Komponenten vor ihrem Eintritt in die Verbrennungs¬ zone auf hohe bis sehr hohe Temperatur durch die eigene Verbrennungsflamme erhitzt werden.
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