[0001] Die Erfindung betrifft einen Brenner für schwer flüchtige Brennstoffe gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
[0002] Ein Brenner ist eine Vorrichtung zum Verbrennen eines festen, flüssigen oder gasförmigen
Brennstoffes. Zu diesem Zweck wird im Brenner der Brennstoff mit der zur Verbrennung
notwendigen Luft zusammengebracht. Es sind dazu eine Reihe unterschiedlicher Verfahren
möglich. Beim Parallelstrom-Brenner treffen sich Luft und Brennstoff in parallelen
Strahlen am Brennermund, beim Kreuzstrom-Brenner treffen sie sich kreuzend vor dem
Brennermund; beim Wirbelstrombrenner wird durch Verwirbelung eine gute Vermischung
von Brennstoff und Luft erreicht.
[0003] Auch für die Zuführung des Brennstoffes sind eine Reihe unterschiedlicher Verfahren
bekannt. In einem Zerstäuber-Brenner wird beispielsweise flüssiger Brennstoff unter
Druck oder auch durch einen Druckluft- oder Dampfstrahl fein verteilt eingebracht.
Mit einem Kohlestaub-Brenner wird feingemahlener Kohlenstaub durch Druckluft in die
Feuerung eingeblasen.
[0004] Bei den vorstehend genannten, bekannten Brennern wird bei der Verwendung von festem
oder flüssigem Brennstoff dieser, zwar fein verteilt oder zerstäubt, aber dennoch
insgesamt dem Brennraum und der Feuerung zugeführt. Viele feste oder flüssige Brennstoffe,
insbesondere Erdöl, Altöl oder Kohle, enthalten eine Reihe von nicht oder schlecht
brennbaren Bestandteilen, die unerwünscht und umweltbelastend im Rauchgas als Feststoffpartikel
enthalten sind. Nach neueren medizinischen Erkenntnissen sollen diese Partikel krebserregende
Substanzen enthalten.
[0005] Der Erfindung liegt zudem die Erkenntnis zugrunde, daß Brenner für gasförmige Brennstoffe
normalerweise-einfacher und genauer regelbar sind und die Verbrennung insgesamt effektiver
ist.
[0006] Aufgabe der Erfindung ist es, einen Brenner für schwer flüchtige (flüssige oder feste)
Brennstoffe zu schaffen, mit dem die Verbrennung umweltfreundlich und schadstoffarm
durchführbar ist und der zugleich gut und einfach regelbar ist.
[0007] Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Brenner mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
[0008] Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, feste oder flüssige Brennstoffe durch
Wärmezufuhr außerhalb der Verbrennungskammer zu vergasen und nur die so entstehenden
Brenngase der Verbrennungskammer zuzuführen. Die Vergasung wird dabei so durchgeführt,
daß der Brennstoff auf einen Teil der heißen Brennkammeraußenwand trifft, dort erhitzt
wird und das brennbare Gas aus dem Brennstoff ausgetrieben wird.
[0009] Der Brenner ist dazu so konstruiert, daß die zweckmäßig zylindrische Brennkammer
zumindest zu einem Teil von einem ringförmigen Retortenraum, indem die Vergasung stattfinden
soll, umgeben ist. In den Retortenraum mündet die Brennstoffzufuhrleitung. Vom Retortenraum
führt axial nach außen wenigstens ein Austrittsspalt für den Austritt der im Retortenraum
gebildeten Brenngase zu einer Luftansaug-und Mischkammer. Es hat sich gezeigt, daß
für den Luftansaug normalerweise die Saugwirkung eines Kamins durch den gesamten Brenner
ausreichend ist. Von der Mischkammer führt ein Eintrittsspalt für das brennbare Luft-Gasgemisch
zur Brennkammer. Dort wird das Gemisch verbrannt. Die heißen Abgase treten durch eine
relativ große Austrittsöffnung aus der Brennkammer in Richtung auf den Kamin aus und
werden über einen Wärmetauscher, beispielsweise einen Heizkessel, zur Verwertung der
Verbrennungswärme geführt.
[0010] Bei dem vorstehend beschriebenen Brenner wird fester oder flüssiger Brennstoff dem
Retortenraum zugeführt, wo an der heißen Brennkammeraußenwand die (teilweise) Vergasung
des Brennstoffs stattfindet. Ein hoher Anteil von Schadstoffen ist daher im Brenngas
nicht mehr enthalten und wird dem Verbrennungsprozeß nicht mehr zugeführt, bzw. entsteht
nicht mehr durch die Verbrennung. Es können zudem alle Vorteile der Steuerung und
Regelung für einen Gasbrenner, insbesondere eine einfache und genaue stufenlose Leistungsregelung,
durchgeführt werden. Durch die Verwendung des Brennkammermantels als Wärmequelle für
die Vergasung im Retortenraum ist der Aufbau des Brenners kompakt und kostengünstig,
sowie sicher und einfach in der Funktion und Handhabung.
[0011] In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Brennkammer aus einem inneren Zylinder
mit an beiden Stirnseiten radial abstehenden Ringflanschen. Zwischen diesen Ringflanschen
liegt ein weiterer äußerer Zylinder, so daß ein Retortenraum entsteht, der durch die
Außenwand des inneren Zylinders, die Innenwand des äußeren Zylinders und die beiden
Ringflanschen begrenzt wird. Gemäß Anspruch 2 werden ein oder zwei Austrittsspalte
für den Austritt des Brenngases konstruktiv einfach als umlaufende Spalte zwischen
dem äußeren und inneren Zylinder bzw. dem äußeren Zylinder und den Ringflanschen gebildet.
Die Spaltweiten können für eine Grundeinstellung oder eine Leistungsregelung durch
gegenseitiges Verschieben der Zylinder einfach verändert werden.
[0012] Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die zylindrische Form der Brennkammer
und des Retortenraums sowohl herstellungstechnisch als auch von der Verteilung des
Brennstoffs die als am zweckmäßigsten erkannte Ausführung ist. Der erfindungsgemäße
Effekt wird jedoch immer dann erreicht, wenn unmittelbar am äußeren Brennkammermantel
wärmeübertragend ein Retortenraum für die Vergasung angebracht ist, unabhängig von
der speziellen Formgebung.
[0013] Nach Anspruch 3 wird vorteilhaft die Luftansaugung zur Luftvorwärmung über bereits
warme Teile im Brenner oder am Wärmetauscher geführt, wodurch die Vermischung und
Feuerung effektiver wird.
[0014] Die Brennstoffzufuhrleitung wird nach Anspruch 4 zweckmäßig von oben her in den Retortenraum
geführt. Flüssige Brennstoffe laufen dadurch an der heißen Zylinderaußenwand der Brennkammer
ab und verteilen sich dadurch für eine schnelle und wirkungsvolle Vergasung. Flüssiger
Brennstoff kann aber auch mit Hilfe einer Pumpe unter Druck, ggf. auch zerstäubt,
in den Retortenraum eingespritzt werden. Bei der Verbrennung von festen Brennstoffen,
beispielsweise grobkörniger Kohle, erfolgt die Zuführung ebenfalls zweckmäßig von
oben, so daß der Brennstoff durch Schwerkraft in den Retortenraum transportiert wird.
Die Beschickung mit festem Brennstoff erfolgt zweckmäßig chargenweise, wobei der Einflußstutzen,
bzw. die Brennstoffvorratskammer nach jeder Beschickung zur Vermeidung von Falschluft
oder von Gasaustritt wieder verschlossen wird, was automatisch mit einer automatischen
Beschickung erfolgen kann.
[0015] Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform ist mit Anspruch 5 gekennzeichnet. Der
innere Zylinder bzw. der Brennkammeraußenmantel ist dabei drehbar ausgeführt. Dadurch
werden heiße Oberflächenstellen des Brennkammeraußenmantels kontinuierlich in den
Bereich der Brennstoffzufuhr und der Vergasungsstelle bewegt, so daß eine effektive
Vergasung und eine gleichmäßigere Temperaturbelastung erzielt werden kann. Um auch
bei den hohen entstehenden Temperaturen die Drehbarkeit des Innenzylinders sicherzustellen,
ist es erforderlich die stark temperaturbelasteten Teile aus feuerfestem Material
geringer Wärmeausdehnung herzustellen. Als besonders geeinget hat sich die Herstellung
aus Keramik erwiesen.
[0016] Die Brennkammer ist zweckmäßig an den Enden des inneren Zylinders offen, wobei eine
Seite als Abgasöffnung mit dem Wärmetauscher und dem Kamin verbunden ist. Die andere
Seite ist dagegen stirnseitig in einem Abstand von einer Wand abgedeckt, die zugleich
Außenwand der.Mischkammer ist. Dadurch entsteht ein Eintrittsspalt für das brennbare
Gas-Luftgemisch zur Brennkammer. Durch eine relative Verschiebung des Brennkammerzylinders
oder der Abdeckwand kann dieser Eintrittsspalt einfach stufenlos verstellt werden,
wodurch eine stufenlose, schnell ansprechende Leistungsregelung erreicht wird, wie
in Anspruch 6 beansprucht.
[0017] Gemäß Anspruch 7 soll der innere Zylinder drehbar ausgeführt sein, wodurch die im
Zusammenhang mit Anspruch 5 genannten Vorteile erreicht werden.
[0018] Gemäß Anspruch 8 sind in einer Weiterbildung an der Außenseite des drehbaren inneren
Zylinders ein Schaber oder eine Fräse angebracht, die dort festsitzende Brennstoffrückstände,
die sich bei der Vergasung anlegen, wieder abtragen. Zweckmäßig ist dabei unter dem
Schaber ein Rohr und ein Abfallbehälter angebracht, in die die Rückstände fallen.
Der Abfallbehälter muß gelegentlich entleert werden. Bei der Verbrennung fester Brennstoffe
kann ein Schaber zugleich als untere Begrenzung des Einfüllschachts verwendet werden.
[0019] In Anspruch 9 ist eine weitere Einstell- und Regelmöglichkeit für den Brenner angegeben.
Dazu wird ein Spalt im Bereich der Austrittsöffnung für die Abgase vorgesehen, der
Verbindung zu der Luftzufuhr hat. Damit kann eine Nachverbrennung nach der eigentlichen
Brennerkammer durchgeführt werden. Es ist somit möglich, die Verbrennung in der Brennkammer
mit dem oftmals gewünschten Luftunterschuß zu fahren, wobei durch die Nachverbrennung
dennoch kaum unverbrannte oder teilweise verbrannte Brennstoffreste im Rauchgas enthalten
sind.
[0020] Mit Anspruch 10 wird eine praktisch bewährte Konstruktion beansprucht, bei der die
Einzelteile lose zusammengesetzt sind. Insbesondere bei einer Herstellung aus Keramikmaterial
können sich dadurch keine Materialspannungen mehr ausbilden, die sonst zu Rissen und
Brüchen führen können.
[0021] Anhand von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung mit weiteren Einzelheiten, Merkmalen
und Vorteilen näher erläutert.
[0022] Es zeigen:
Figur 1 einen Radialschnitt durch einen Brenner
Figur 2 einen Axialschnitt durch den Brenner Figur 1
Figur 3 einen Radialschnitt einer zweiten Ausführungsform eines Brenners
Figur 4 einen Axialschnitt des Brenners nach Figur 3.
[0023] In den Figuren 1 und 2 ist ein Brenner 1 dargestellt, der eine zylindrische Brennkammer
2 enthält, die von einem inneren Zylinder 3 begrenzt wird. Vom inneren Zylinder 3
stehen an beiden Stirnseiten Ringflansche 4 und 5 radial nach außen ab. Zwischen den
Ringflanschen 4, 5 ist im Abstand zum inneren Zylinder 3 ein weiterer, äußerer Zylinder
6 angeordnet, so daß ein Retortenraum 7 zwischen den inneren und äußeren Zylindern
3, 6 und den Ringflanschen 4, 5 gebildet ist.
[0024] Zwischen dem äußeren Zylinder 6 und den Ringflanschen 4, 5 liegen zwei Austrittsspalte
8, 9, die sich radial nach außen vom Retortenraum 7 erstrecken. Der innere Zylinder
3 ist an einem Speichenkranz 10 befestigt, der seinerseits mit einer Welle 11 verbunden
ist. Die Welle 11 ist einseitig in einer Lagerbuchse 12 gehalten und zu einem (nicht
dargestellten) Drehantrieb geführt.
[0025] Die Brennkammer 2 und der Retortenraum 7 sind von einem weiteren zylindrischen Gehäuse
13 umgeben, das die Luftansaug- und Mischkammer 14 bildet. Ganz außen liegt das zylindrische
Außengehäuse 15, mit dem der Brenner beispielsweise an einem Heizkessel befestigt
ist.
[0026] Die eine Seite (rechte Seite in Fig. 2) der Brennkammer 2 ist von einer Wand 16 unter
Freilassung eines Eintrittspalts 17 abgedeckt. Die Wand 16 ist in Richtung auf die
Brennkammer 2 beweglich, so daß die Spaltbreite des Eintrittsspalts 17 veränderlich
ist. Weiter sind die Welle 11 und damit die Ringflansche 4, 5 in axialer Richtung
beweglich, so daß damit auch die Spaltbreiten der Austrittsspalte 8, 9 veränderbar
sind. Von der Außenseite des Brenners 1 her führt eine Brennstoffzufuhrleitung 18
(für flüssigen Brennstoff) zum Retortenraum 7.
[0027] Die andere Seite der Brennkammer 2 (linke Seite in Fig. 2) ist über den gesamten
Zylinderdurchmesser als Austritt- öffnung 19 für Abgase offen. An die Brennkammer
2 schließt sich ein zylindrischer Stutzen 20 an, der in den nachgeschalteten Wärmetauscher,
beispielsweise einen Heizkessel 21 führt. Zwischen dem inneren Zylinder 3 und dem
Stutzen 20 ist ein Luftspalt 22 freigelassen. Dieser Luftspalt 22 ist in seiner Breite
mit Hilfe einer auf den zylindrischen Stutzen 20 aufgesteckten Muffe 23 veränderbar
und einstellbar.
[0028] In Figur 1 ist weiter ein Einfüllschacht 24 für festen Brennstoff dargestellt, der
senkrecht jedoch gegenüber der Mitte (nach links) versetzt angebracht ist. Der Einfüllschacht
'24 ist durch einen Deckel 25 abgedeckt. Der Einfüllschacht ist nach unten durch einen
schräg angestellten Schaber 26 begrenzt, der an der Außenseite des inneren Zylinders
3 (Brennkammermantel 27) anliegt. Unterhalb des Schabers 26 liegt ein vertikales Rohr
oder ein Schacht 28, der mit einem ausleerbaren Abfallbehälter 29 verbunden ist.
[0029] Der dargestellte Brenner 1 hat folgende Funktion: Im stationären Fall, d. h. wenn
der Brenner 1.durch an sich bekannte Hilfsmittel gezündet wurde, wird durch den (nicht
dargestellten) an den Heizkessel 21 angeschlossenen Kamin ein Sog erzeugt, der Luft
über die ringförmige Eintrittsöffnung 30 entlang der von dort ausgehend gezeichneten
Pfeile in die Mischkammer 14 saugt. Zugleich wird beim Betrieb mit flüssigem Brennstoff
dieser durch die Brennstoffzufuhrleitung 18 in den Retortenraum 7 geleitet. Durch
die bereits angelaufene Verbrennung im Brennraum 2 ist der innere Zylinder 3 bzw.
der Brennkammermantel 27 so heiß, daß der flüssige Brennstoff 18 weitestgehend vergast.
Das Gas strömt aus den ringförmigen Austrittspalten 8, 9 in die Mischkammer 14 aus.
Die Austrittspaltweite bzw. welcher der Austrittspalte 8, 9 offen ist, kann durch
axiales Verschieben des inneren Zylinders 3 eingestellt werden.
[0030] In der Mischkammer 14 vermischt sich das Brenngas mit der vorbeiströmenden Luft und
gelangt über den Eintrittspalt 17 in die Brennkammer 2, wo die Verbrennung stattfindet.
Auch der Eintrittspalt 17 ist durch Verschieben der Wand 16 in seiner Breite einstellbar.
Dies ist einerseits erforderlich um sicherzustellen, daß die Verbrennung nicht schon
in der Mischkammer 14 stattfindet; andererseits ist durch die Spaltweitenwahl (in
gewissen Grenzen) eine kontinuierliche Leistungsregelung möglich.
[0031] Die heißen Abgase gelangen dann zur Abgasaustrittöffnung 19. über den einstellbaren
Luftspalt 22 wird in diesem Bereich zusätzlich direkt Luft aus der Mischkammer 14
angesaugt. Sofern noch unverbrannte oder teilweise verbrannte Gasreste im Abgas von
der Brennkammer 2 enthalten sind, werden diese noch im Stutzen 20 nachverbrannt.
[0032] Beim Betrieb mit festen Brennstoffen werden diese nicht über die Brennstoffzufuhrleitung
18, sondern über den Einfüllschacht 24 dem Retortenraum 7 zugeführt. Dabei liegen
die körnigen Brennstoffteilchen am heißen Brennstoffmantel 27 an, der sich am Brennstoff
vorbeidreht. Die am Brennkammermantel 27 angelegten Rückstände, werden durch den Schaber
26 (bei einer Drehung der Welle 11 bzw. des Brennkammermantels 27 nach rechts) abgeschabt
und fallen durch den Schacht 28 in den Abfallbehälter 29.
[0033] Die zweite Ausführungsform eines Brenners 1 gemäß der Figuren 3 und 4 unterscheidet
sich nur durch einige im wesentlichen konstruktive Änderungen, so daß für die im wesentlichen
gleichen Teile gleiche Bezugszeichen verwendet werden.
[0034] In der Ausführungsform gemäß Figur 3 und Figur 4 ist nur ein zylindrisches Außengehäuse
15 vorgesehen, so daß die Luftführung entsprechend den auch hier eingezeichneten Pfeilen
erfolgt. Die Ringflansche 4, 5 sind in radialer Richtung höher gewählt und auf dem
äußeren Zylinder 6 sind ebenfalls seitliche Ringflansche 31, 32 angebracht. Dadurch
werden die Austrittspalte 8, 9 länger. Es besteht somit weniger die Gefahr, daß durch
Falschlufteintritt bereits im Retortenraum 7 eine unerwünschte Verbrennung auftritt.
[0035] Ein wesentliches Merkmal der zweiten Ausführungsform besteht darin, daß die Welle
11, der Speichenkranz 10, die Ringflansche 4, 5 und der innere Zylinder 3 kein einstückiges
Bauteil sind, sondern lauter zusammengesteckte und gegeneinander verspannte Bauteile,
die in Nuten eingreifen und so eine drehmomentübertragende Verbindung bilden. Eingriffsnuten
sind beispielsweise an den Stellen 33, 34, 35 zu erkennen. Die auf die Welle 11 aufgeschobene
Spannmuffe 36 wird durch geeignete, bekannte Mittel, wie Schraubenmuttern, Splint,
ect. gesichert. Die vorgenannten zusammengesteckten Einzelteile sind aus Keramikmaterial
gefertigt.
[0036] Die Funktion der zweiten Ausführungsform des Brenners 1 entspricht der ersten Ausführungsform.
[0037] Zusammenfassend wird festgestellt, daß mit dem erfindungsgemäßen Brenner umweltverträglichere
Abgase erreicht werden und der Brenner in gewissen Grenzen eine einfache kontinuierliche
Regelung zuläßt. Weiter können auch problembehaftete Brennstoffe, wie beispielsweise
Altöl, ect. umweltverträglich verheizt werden.
1. Brenner (1) für schwer flüchtige Brennstoffe, gekennzeichnet durch,
- einen ringförmigen Retortenraum (7) der zumindest teilweise von einem inneren (3)
und äußeren Zylinder (6) begrenzt wird,
- eine Brennstoffzufuhrleitung (18, 24) für Brennstoff zum Retortenraum (7),
- eine Brennkammer (2) innerhalb des inneren Zylinders (3), wobei der Brennkammermantel
(27) zumindest zum Teil von der Zylinderwand gebildet wird,
- mindestens einen Austrittspalt (8, 9) vom Retortenraum (7) axial nach außen zu einer
Luftansaug- und Mischkammer (14),
- einen Eintrittspalt (17) von der Luftansaug- und Mischkammer (14) zur Brennkammer
(2),
- eine Austrittsöffnung (19) für Abgase in der Brennkammer (2), die dem Eintrittspalt
(17) gegenüber liegt.
2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittspalt (8, 9) ein
umlaufender Spalt an einem und/oder dem anderen Ende zwischen dem inneren (3) und
äußeren Zylinder (6) ist und daß die Spaltweite durch Verschieben eines Zylinders
(3 oder 6) veränderbar ist.
3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang der Luftansaugkammer
(14) über den Außenbereich eines Abgassbutzens (20) zur Luftvorwärmung führt.
4. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffzufuhrleitung
von oben in den Retortenraum (7) führt, so daß der Brennstoff, insbesondere bei festen
Brennstoffen, durch Schwerkraft transportiert wird.
5. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der innere
Zylinder (3) auf einer zentralen Welle (11) sitzt und mit dieser über Speichen (10)
verbunden ist, sowie aus feuerfestem Material geringer Wärmeausdehnung, insbesondere
Keramikmaterial, hergestellt ist.
6. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintrittspalt
(17) für eine Anpassung der Brenngaszufuhr zur Verbrennungskammer (2) und damit die
Leistungsregelung stufenlos verstellbar ist.
7. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der innere
Zylinder (3) drehangetrieben ist.
8. Brenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaber (26) oder eine
Fräse an der Außenseite des inneren Zylinders (3) anliegt zur Abtragung von Rückständen,
daß unter dem Schaber (26) ein Rohr (28) angebracht ist, das mit einem Abfallbehälter
(29) verbunden ist und daß der Schaber (26) als untere Begrenzung eines Einfüllschachts
(24) für feste Brennstoffe dient.
9. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich
der Austrittsöffnung (19) für Abgase ein weiterer Spalt (19) zur Luftzufuhr angebracht
ist, dessen Spaltweite ggf. verstellbar ist, so daß eine Nachverbrennung durchführbar
ist, und daß die Abgasöffnung (19, 20) über einen Wärmeverbraucher (21) an einen Kamin
oder ggf. an einen Abgassauglüfter angeschlossen ist.
10. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der innere
Zylinder (3) an beiden Enden lose aufgesetzte Flanschringe (4, 5) trägt, die in Nuten
(33, 34) am Zylinder (3) eingreifen, die Flanschringe (4, 5) durch Speichenkränze
(10) zusammengespannt sind und die Speichenkränze (10) die Verbindung zur zentralen
Welle (11) herstellen.