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B
0115861
EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG
A1
19840815
EP
84101081.2
19840202
de
de
de
8302976 U
19830203
DE
19840815
198433
19840815
198433
3
3F 23K 5/00 A
3F 24H 1/10 B
de
Vorwärmgerät
en
Preheating device
fr
Dispositif à préchauffer
Heimler, Horst
00590410
K 21 015K/7kb
Heidelberger Strasse 77
D-6100 Darmstadt
DE
Heimler, Horst
Heidelberger Strasse 77
D-6100 Darmstadt
DE
Klunker, Hans-Friedrich, Dr.
et al
00006632
Patentanwälte Klunker . Schmitt-Nilson . Hirsch Winzererstrasse 106
D-80797 München
DE
AT
CH
DE
FR
GB
LI
SE
Zur Erhaltung einer gleichbleibenden, nahezu optimalen Temperatur des einem Brenner zugeführten Heizöls und zur Verhinderung jeglicher lokalen Überhitzung, selbst bei Brennerstörungen oder zeitweisen Abschaltungen, wird ein in den Zuführweg des Heizöls einzubauendes Vorwärmgerätgeschaffen, das eine Kammer mit einem Einlass für das vorzuwärmende Öl aufweist. Der Einlass ist direkt mit dem zentralen Durchlass einer ersten, innerhalb der Kammer angeordneten Heizpatrone verbunden und mündet in eine weitere der ersten nachgeschalteten Heizpatrone, die derart in einem becherartigen Gefäss angeordnet ist, dass zwischen dem Boden des Bechers und einer Stirnfläche der zweiten Heizpatrone eine Druckkammer gebildet wird, die über einen schmalen Ringspalt zwischen der Aussenwandung dieser zweiten Heizpatrone und der Innenwandung des becherartigen Gefässes, der sich über die Länge der Heizpatrone erstreckt, mit dem Inneren der Kammer in Verbindung steht. Ein Tauchrohr führt vom zentralen Durchlass der ersten Heizpatrone bis in die Nähe des geschlossenen Endes des zentralen Durchlasses der zweiten Heizpatrone. Aufgrund des besonders gestalteten Strömungsweges ist der Wärmeübergang von der Heizpatrone an das Heizöl gut.
Die Erfindung betrifft ein Vorwärmgerät für Heizöl, das zwischen ölpumpe und Brenner vorzugsweise einer mit öl betriebenen Kesselfeueranlage eingeschaltet wird.
Es ist bekannt, daß der Wirkungsgrad ölbetriebener Kesselfeuerungsanlagen verbessert werden kann, wenn das zur Verbrennung gelangende Heizöl vorgewärmt wird. Durch die Vorwärmung des Heizöls wird die Viskosität verringert, wodurch einerseits die Zerstäubung verbessert und andererseits der Durchsatz durch die Brennerdüsen gesenkt werden kann. Infolge der feineren Zerstäubung kommt es zu einer vollständigeren, rückstandsfreien Verbrennung des Heizöls, so daß trotz kleinerem Durchsatz eine größere Wärmemenge erzeugt werden kann. Durch die rückstandsfreie Verbrennung werden höhere Wartungsintervalle ermöglicht, der Wärmeübergang zum eigentlichen Wärmeträgermedium bleibt nahezu optimal und die Emission von Schadstoffen wird reduziert.
Es ist bereits bekannt, das von einem Tank zum Brenner gepumpte öl durch elektrisch betriebene Heizpatronen strömen zu lassen, wobei es entsprechend vorgewärmt wird. Die Regelung der Heizleistung derartiger Patronen ist jedoch schwierig, bei Stillstand kann es zu lokalen Überhitzungen bzw. Dampfbildung in der Ölleitung kommen, was äußerst unerwünscht und gefährlich ist. Selbstverständlich muß die bei der Vorwärmung zugeführte elektrische Energie geringer sein als die Energie die durch den besseren Wirkungsgrad der Verbrennung eingespart werden kann. Bekannte Heizpatronen arbeiten in der Regel nicht so effizient, da Wärmeverluste an die Umgebung nicht verhindert werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Vorwärmgerät der genannten Art zu entwickeln, das eine gleichbleibende, nahe dem Optimum liegende Temperatur des dem Brenner zugeführten Heizöls sicherstellt und das auch bei Brennerstörungen bzw. zeitweisen Abschaltungen zu keiner lokalen Überhitzung führt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Merkmale gelöst. In einem Druckgefäß, dessen Volumen so groß ist, daß es als eine Art Puffer wirkt, sind zwei Heizpatronen derart hintereinander geschaltet, daß das in die Druckkammer eintretende öl zunächst das Innere der ersten Heizpatrone und dann mittels eines Tauchrohres das Innere der zweiten Heizpatrone durchströmt, worauf über eine Umlenkung das öl gezwungen wird, an der Außenwandung der zweiten Heizkammer entlangzuströmen und erst dann in das Innere des Druckbehälters eintritt. Die Temperatur des im Druckbehälter gespeicherten Heizöls wird durch die über die Außenfläche der ersten Heizpatrone abgegebene Wärme auf Betriebstemperatur gehalten. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung hat insbesondere den Vorteil, daß die elektrische Heizleistung der Heizpatronen dem Heizöl zu nahezu 100% zugeführt wird, da keinerlei Wärmeverluste an die Umgebung auftreten. Infolge der besonders gestalteten Strömungswege ist der Wärmeübergang von der Heizpatrone an das Heizöl gut bzw. der Wärmeübergangskoeffizient hoch, die Heizpatronen können entsprechend klein dimensioniert werden. Infolge der Pufferwirkung des im Druckbehälter zwischengespeicherten Heizöls wird dem Brenner das öl mit gleichbleibender, nahe dem Optimum liegender Temperatur zugeführt, so daß der Durchsatz minimiert und die Zerstäubung optimiert werden kann. Zu Beginn eines jeden Heizzyklus steigt der Druck im Druckbehälter infolge der Wärmeausdehnung des eingeschlossenen ölvolumens an, da ein Rückfluß zur Pumpe mittels eines geeigneten Rückschlagventils verhindert wird. Beim öffnen der Brennerdüse kommt es zu einem plötzlichen Druckausgleich mit entsprechend feiner Zerstäubung, wodurch selbst beim Zündvorgang eine Rußbildung wirksam verhindert wird.
Nachfolgend ist eine Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung beispielsweise beschrieben. Die einzige Figur zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Vorwärmgerät.
Das Gerät besteht aus einer druckfesten, beim gezeigten Ausführungsbeispiel zylindrischen, Kammer 10. Die Kammer wird über ein Einlaufrohr 12 von einer nicht gezeigten Kreiselpumpe beschickt und ist über einen Ausgangsstutzen 14 mit dem Brenner bzw. der Brennerdüse einer Kesselfeuerungsanlage verbunden. Im Inneren der Kammer 10 sind eine erste Heizpatrone 16 und eine zweite Heiz^patrone 18 hintereinander und koaxial angeordnet. Die Heizpatronen 16, 18 sind zylindrisch und weisen jeweils einen rohrförmigen zentralen Durchlaß auf.
Zum Einführen der Heizpatronen in die Kammer sind geeignet dimensionierte Montagestutzen 20, 22 vorgesehen. Selbstverständlich kann die gezeigte Ausführungsform auch derart abgewandelt werden, daß beide hintereinander angeordnete Heizpatronen durch nur einen Stutzen in die Kammer einführbar sind.
Der zentrale Durchlaß der ersten Heizpatrone 16 ist einerseits dicht mit dem Einlaufrohr 12 verbunden und andererseits mit einem Tauchrohr 24, das den Innenraum der ersten Heizpatrone 16 mit dem Innenraum der zweiten Heizpatrone 18 verbindet. Dabei reicht das Tauchrohr 24 bis unmittelbar an das durch eine entsprechende Dichtung verschlossene Ende des zentralen Durchlasses der zweiten Heizpatrone.
Die zweite Heizpatrone 18 sitzt in einem becherartigen Gefäß 26 derart, daß die Mündung des zentralen Durchlasses dem Boden des Bechers gegenüberliegt. Zwischen Heizpatrone 18 und Boden des Bechers 26 wird so eine Druckkammer 28 gebildet.
Der Durchmesser des Gefäßes 26 ist größer als der Außendurchmesser der Heizpatrone 18, so daß um die Heizpatrone 18 herum ein schmaler ringförmiger Spalt gebildet wird, der sich über nahezu die gesamte Länge der Heizpatrone 18 erstreckt.
Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist der zentrale Durchlaß der Heizpatrone 18 rohrförmig verlängert und mit dem Boden des becherförmigen Gefäßes 26 verbunden. In der rohrförmigen Verlängerung sind Durchströmbohrungen angeordnet, die das Innere der Heizpatrone 18 mit der eigentlichen Druckkammer 28 verbinden. Der Ringspalt zwischen Heizpatrone 18 und der Innenwandung des becherförmigen Gefäßes 26 mündet:in die Kammer 10.
Die Kammer weist noch ein Entlüftungs- und Sicherheitsventil 30 auf, das bei Uberschreiten eines maximalen Druckes anspricht und überschüssiges Öl in die Rückführleitung der Pumpe zum Tank einspeist. Des weiteren ist die Kammer mit einem Temperaturfühler 32 versehen, der die beiden Heizpatronen 16, 18 derart steuert, daß die Temperatur des in der Kammer 10 befindlichen Heizöls nicht unter 65°C absinkt und über 95°C ansteigt. Selbstverständlich läßt sich dieses Intervall auch anders einstellen bzw. noch verkleinern.
Schließlich ist noch ein Sicherheitstemperaturfühler 34 in der Kammer vorgesehen, der eine weitere Beheizung der Heizpatronen 16, 18 unterbricht, wenn eine bestimmte Maximaltemperatur, beispielsweise eine öltemperatur von 110°C überschritten wird.
Das Sicherheitsventil 30 hat eine Doppelfunktion, zusätzlich zur Druckbegrenzung kann über dieses Ventil die beim Füllen anfallende Luft abgeblasen werden.
Die Kammer 10 kann mit einer nicht gezeigten Isolierung umgeben werden, die Wärmeverluste nach außen verhindert und damit eine gleichbleibende Betriebstemperatur gewährleistet. An der Isolierung bzw. Ummantelung kann eine Aufhängevorrichtung zum Befestigen an der Kesselverkleidung vorgesehen werden.
Die Meßsignale der Temperaturfühler 32, 34 werden an eine nicht gezeigte, beispielsweise auf IC-Basis aufgebaute elektronische Temperaturregelung gegeben, die beispielsweise so ausgelegt sein kann, daß das das Gerät durchströmende Heizöl immer eine Temperatur zwischen 70°C und 90°C aufweist.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, am Ende des zentralen Durchlasses der ersten Heizpatrone 16 eine Drosselöffnung in Form einer Staudüse 36 vorzusehen, deren Drosselwirkung selbstverständlich nicht größer sein darf, als die Drosselwirkung der Brennerdüse.
Bei einer realisierten Ausführungsform für Heizkessel, wie sie im Haushaltsbereich verwendet werden, kann die Kammer 10 ein Volumen von etwa 0,5 - 1 1 aufweisen. Je nach gewünschtem Durchsatz kann das Volumen selbstverständlich auch größer oder kleiner sein.
Das Gerät arbeitet folgendermaßen. Das über das Einlaufrohr 12 eintretende Öl wird im Inneren der ersten Heizpatrone 16 erwärmt, die Drosselstelle 36 reguliert in gewisser Weise die Verweilzeit in der ersten Heizpatrone. Das öl gelangt dann über das Tauchrohr 24 an den Boden des Innenraumes der zweiten Heizpatrone 18 und strömt in dem Ringraum zwischen Tauchrohr 24 und Innenwandung der Heizpatrone 18 nach "rückwärts" und tritt über Durchströmbohrungen in die Druckkammer 28 ein. Von der Druckkammer 28 strömt es durch den Ringspalt, an der Außenfläche der Heizpatrone 18 entlang in das Innere der eigentlichen Kammer 10 ein. Die Temperatur des in der Kammer 10 befindlichen Heizöls wird weitgehend von der Heizleistung der ersten Heizpatrone 16 aufrechterhalten, die über ihre Außenwandung Wärme an das im Inneren der Kammer 10 befindliche öl abgibt.
Das öl in der Kammer steht unter einem bestimmten Druck, der von der die Kammer beschickende Kreiselpumpe aufrechterhalten wird. Beim Anfahren der Anlage wird die gefüllte Kammer 10 geheizt, das öl dehnt sich aus und der Druck steigt über den normalen Betriebsdruck hinaus an, da ein geeignet angeordnetes Rückschlagventil ein Zurückströmen des Öls von der Kammer in Richtung Pumpe verhindert. Bei Erreichen eines bestimmten Solldruckes, beispielsweise eines Druckes von 16 bar im Vergleich zu 9 bar Betriebsdruck, öffnet die Brennerdüse und der zerstäubte Heizölstrahl wird gezündet. Durch den hohen Druck erfolgt eine sehr feine Zerstäubung, die einerseits die Zündung erleichtert und andererseits eine besonders rückstandsfreie Verbrennung sicherstellt, so daß auch beim Zünden der Anlage keine Rußablagerungen am Kessel entstehen können. Der vor dem Zünden vorhandene Überdruck wird selbstverständlich sofort abgebaut, so daß die Kammer 10 im Betriebszustand unter einem Druck von beispielsweise 9 bar steht, der sich einerseits aus der Pumpenkennlinie und andererseits aus den aufsummierten Strönungswiderständen ergibt.
Es ist offensichtlich, daß Modifikationen des gezeigten Ausführungsbeispieles in konstruktiver Hinsicht möglich sind, ohne vom eigentlichen erfinderischen Konzept abzuweichen.
1. Vorwärmgerät für Heizöl zum Einbau zwischen ölpumpe und Brenner eines Heizkessels mit elektrischen Heizpatronen, die vom Heizöl durchströmt werden, gekennzeichnet durch eine druckfeste Kammer (10) mit einem Einlaß für das vorzuwärmende Öl, der direkt mit dem zentralen Durchlaß einer ersten, innerhalb der Kammer (10) angeordneten Heizpatrone (18) verbunden ist und eine weitere, der ersten nachgeschalteten Heizpatrone (18), die derart in einem becherartigen Gefäß (26) angeordnet ist, daß zwischen dem Boden des Bechers (26) und einer Stirnfläche der zweiten Heizpatrone (18) eine Druckkammer (28) gebildet wird, die über einen schmalen Ringspalt zwischen der Außenwandung dieser zweiten Heizpatrone (18) und der Innenwandung des becherartigen Gefäßes (26), der sich über die Länge der Heizpatrone erstreckt, mit dem Inneren der Kammer (10) in Verbindung steht, wobei der zentrale Durchlaß der zweiten Heizpatrone (18) einseitig geschlossen ist und andererseits in die Druckkammer (28) mündet und vom zentralen Durchlaß der ersten Heizpatrone (16) ein Tauchrohr (24) bis in Nähe des geschlossenen Endes des zentralen Durchlasses der zweiten Heizpatrone (18) führt, wobei das Tauchrohr (24) den Boden des becherförmigen Gefäßes (26) dichtend durchsetzt und von der druckfesten Kammer (10) eine Rohrleitung (14) zum Brenner führt.
2. Vorwärmgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizpatronen (16, 18) über wenigstens einen Montagestutzen (20, 22) in die Kammer (10) einführbar und hintereinander koaxial angeordnet sind.
3. Vorwärmgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kammer (10) ein Temperaturfühler (32) für die Betriebstemperatur und ein weiterer Temperaturfühler (34) für das Abschalten der Heizpatronen bei Überschreitung der maximal zulässigen Temperatur vorgesehen sind.
4. Vorwärmgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Kammer (10) ein Sicherheitsventil (30) angeordnet ist, über das bei überschreiten eines maximalen Druckes Heizöl in die Rückführleitung der Pumpe abgeführt wird.
5. Vorwärmgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende des zentralen Durchlasses der ersten Heizpatrone (16) eine Staudüse (36) vorgesehen ist, deren Drosselwiderstand kleiner ist, als der Drosselwiderstand der Brennerdüse.
6. Vorwärmgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Durchlaß der zweiten Heizpatrone (18) rohrförmig bis zum Boden des becherförmigen Gefäßes (26) verlängert ist und in der rohrförmigen Verlängerung Durchlaßbohrungen zur Druckkammer (28) angeordnet sind.