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ISisch- und Brennkopf fdr Iieizölbrenner kleiner Leistungen
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Die Erfindung betrifft einen Misch- und Brennkopf für Iieizölbrenner
kleiner Leistungen, und zwar insbesondere für Brenner mit einem stündlichen Heizöldurchsatz
von weniger als etwa 6 kg/h, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei rlisch- und Brennköpfen der vorstehend bezeichneten Gattung ist
häufig bereits nach verhältnismäßig kurzer Betriebszeit eine Verkokung der Staueinrichtung
festzustellen.
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Diese Verkokung führt zu einer Verstopfung der vorgesehenen Luftdurchtrittsschlitze
mit der Folge, daß der Verbrennung zu wenig Luft zugeführt wird, was negative Auswirkungen
auf die Qualität des Abbrandes des Heizöls hat.
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Ein ganz spezieller Misch- und Brennkopf der vorstehend bezeichneten
Gattung ist Gegenstand eines bisher nicht vorveröffentlichten Vorschlags, wobei
die Staueinrichtung aus einer Scheibe, einem an dem Scheibenrand mit seinem kleineren
Durchmesserbereich anschließenden Kegelstumpfmantel und einem an dessen Außenrand
anschließenden Ringflansch besteht, der an der Innenwand des Mantelrohrs anliegt.
Dabei ist die Scheibe aus schräggestellten Lamellen aufgebaut, zwischen deren einander
benachbarten und im wesentlichen radial verlaufenden Rändern Durchtrittsspalte für
einen Teil der
primären Verbrennungsluft vorgesehen sind. Auch ist
im genannten Kegelstumpfmantel mindestens eine Reihe von über den Umfang gleichmäßig
verteilten Durchtrittsöffnungen für einen Teil der sekundären Verbrennungsluft vorgesehen
und am Ringflansch mindestens eine Reihe von ebenfalls über den Umfang gleichmäßig
verteilten Durchtrittsöffnungen für den Restteil der sekundären Verbrennungsluft
vorgesehen.
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Dieser Ausbildung liegt die Aufgabe zugrunde, optimale Verbrennungsverhältnisse
erreichen zu können und damit die Möglichkeit zu schaffen, einen entsprechend ausgestatteten
Brenner in Verbindung mit hinsichtlich ihres Feuerungsraums unterschiedlich gestalteten
Kessels zu verwenden.
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Der praktische Betrieb eines mit diesem speziellen Misch-und Brennkopf
ausgestatteten Brenners zeigt den Aufbau von Ablagerungen durch Verkokung aufgesprühten
Heizöls mit der Folge, daß diese Ablagerungen nach einer gewissen Betriebszeit zu
einer Verstopfung der Durchtrittsmöglichkeit für die Verbrennungsluft führen, so
daß die Qualität der Verbrennung verschlechtert wird. Wenn auch bei dem Misch-und
Brennkopf tatsächlich die Möglichkeit erreicht ist, einen entsprechend ausgestatteten
Brenner in Verbindung mit hinsichtlich ihres Feuerraums unterschiedlich gestalteten
Kesseln zu verwenden, muß der bestehenden Gefahr einer Verkokung jedoch eine keinesfalls
zu unterschätzende Beachtung geschenkt werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den ;lisch-
und Brennkopf der eingangs bezeichneten Gattung derart abzuändern und zu verbessern,
daß die Gefahr einer Verkokung der Staueinrichtung und damit einer Verstopfung der
Durchtrittsmöglichkeiten für die Verbrennungsluft ausgeschaltet wird, und zwar nach
Möglichkeit in Verbindung mit optimalen Verbrennungsverhältnissen, d.h. einer feuerungsraum-unabhangigen
Verbrennung.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichenteil des
Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
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Die erfindungsgemäß vorgesehene Anordnung und Zuordnung eines Staurings
zusätzlich zu der Staueinrichtung führt, wie praktische Versuche gezeigt haben,
zu einer wesentlich stärkeren Erwärmung der Staueinrichtung mit der Folge, daß es
an dieser nicht mehr zu einer Verkokung kommt. Die Ausschaltung der Gefahr einer
Verkokung ist offensichtlich darauf zurückzuführen, daß der Stauring nicht nur einen
einschnürenden, sondern auch einen rückstauenden Einfluß auf die Verbrennungsflamme
mit der Folge ausübt, daß diese näher an die Staueinrichtung herangeführt wird,
was zu der stärkeren Erwärmung der Staueinrichtung führt. Bei Staueinrichtungen
ohne den erfindungsgemäßen Stauring und seine besondere Zuordnung hält die Verbrennungsflamme
nämlich einen nicht zu unterschätzenden Abstand von der Staueinrichtung ein, der
durch den erfindungsgemaßen Stauring und seine besondere Zuordnung wesentlich verkleinert
wird.
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Für diesen Einfluß des Staurings ist es unmaßgeblich, ob der Stauring
einstückig mit der Staueinrichtung ausgebildet ist, also unmittelbar auf deren äußeren
Rand aufgesetzt ist, oder als separates Bauteil etwa unmittelbar anliegend an der
Staueinrichtung oder in einem Abstand von dieser angeordnet ist. Jede der genannten
Möglichkeiten führt zu der Einschnürung der Verbrennungsflamme und Rückstauung derselben
in Richtung auf die Staueinrichtung und damit zu einer stärkeren Erwärmung derselben.
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Unter Berücksichtigung des der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden
Prinzips und einzelner der besonderen ;;eiterbildungsmaßnahmen werden Mischköpfe
erreicht, die tatsächlich für den praktischen Gebrauch als optimal bezeichnet werden
dürfen.
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Von den vIeiterbildungen nach den Unteransprüchen ist von ganz besonderem
Interesse diejenige, die von einem Mantelrohr,
wie in Anspruch 5
und/oder 6 angegeben, Gebrauch macht.
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Die entsprechend lange Ausbildung des rlantelrohrs und die Vorsehung
des Staurings unterteilt das Innere des Mantelrohrs quasi in eine Vorbrenn- und
eine Nachbrennkammer. Der Stauring bewirkt dabei selbstverständlich eine Einschnürung
und damit Rückstauung der ersten auch als Vorbrennflamme zu bezeichnenden Flammenbildung,
nämlich auf den Raum zwischen dem Stauring und der im übrigen in üblicher Weise
vorgesehenen Staueinrichtung. Im Bereich der Nachbrennkammer kann das Mantelrohr
und der Stauring infolge des hohen Gütegrades des Heizölabbrandes bis zur Erreichung
eines Gltihzustandes erwärmt werden , was über die Wärmeleitwirkung des Materials
zu einer noch verbesserten stärkeren Erwärmung der Staueinrichtung führt.
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Wenn vorstehend von einer Vorbrennkamn.er gesprochen worden ist, so
setzt dies voraus, daß der Stauring in einem mehr oder weniger großen Abstand von
der Staueinrichtung innerhalb des Hantelrohrs angeordnet ist. Eine abstandsmäßig
gleichwertige Anordnung des Staurings von der Staueinrichtung ist selbstverständlich
auch bei einer Anordnung des Staurings an der Staueinrichtung möglich, ohne daß
es eines Mantelrohrs bedarf; es sei denn, der den Abstand zwischen Staueinrichtung
und Stauring überbrückende Abstandshalter, der selbstverständlich als geschlossene
Umlaufwand ausgeführt sein kann, würde als Mantelrohr angesprochen.
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Eine weitere besonders erwähnenswerte Weiterbildung ist diejenige
des Anspruchs 7, weil hierdurch gewlihrleistet wird, daß innerhalb der Nachbrennkammer
hinreichend sekundäre Verbrennungsluft zum vollständigen Abbrand des IIeizöls vorhanden
ist.
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Das vorstehend bereits angesprochene Glühen eines Teilbereichs des
Mantelrohrs und des Staurings ist offensichtlich darauf zurückzuführen, daß infolge
des vorgesehenen Staurings eine besonders intensive Verwirbelung in Wandnähe auftritt,
die zu einer entsprechenden Erwärmung der Ende führt.
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Diese Verwirbelung ist offenbar auch dafür maßgeblich, daß es in diesem
Teilbereich zu keiner Verkokung kommt, weil die an sich für den Aufbau von verkokten
Ablagerungen verantwortlichen Partikel von den Wirbeln mitgerissen werden.
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Wenn vorstehend und auch im nachfolgenden Teil stets lediglich von
einer Staueinrichtung und nicht insbesondere von einer Stauscheibe gesprochen worden
ist bzw. wird, so hat dies seine Ursache darin, daß es für die Wirkung des erfindungsgemäß
vorgesehenen Staurings unmaßgeblich ist, in welcher Form die Staueinrichtung gestaltet
ist. Für Staueinrichtungen kommen in herkömmlicher Weise sowohl einfache, also ebene
Scheiben, als auch konische Scheiben als auch Töpfe in Frage, ohne daß durch diese
besondere Gestaltung der Staueinrichtung die Wirkung des erfindungsgemäßen Staurings
beeinträchtigt würde.
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Praktische Versuche mit einem erfindungsgemäßen Misch- und Brennkopf
haben in Verbindung mit einem Innendurchmesser des iiantelrohres von 70 mm gezeigt,
daß das erfindungsgemäß angestrebte Ziel, nämlich die verkokungsfreie Verbrennung,
bei dem genannten Innendurchmesser des Mantelrohrs problemlos erreicht wird,.wenn
der Innendurchmesser des Staurings etwa 50 mm mißt, wobei die Längenerstreckung
der Vorbrennkammer kürzer als die der Nachbrennkammer war. Andererseits haben diese
Versuche jedoch auch gezeigt, daß es keinesfalls notwendig ist, das genannte Durchmesserverhältnis
von 70 : 50 unbedingt einzuhalten, sondern daß hier durchaus die Möglichkeit einer
Variation besteht insbesondere bei gleichzeitiger Variation des Verhältnisses der
Längen von Vorbrennkammer und Nachbrennkammer. Die für jeden einzelnen Innendurchmesser
des Mantelrohrs notwendige Dimensionierung des Verhältnisses der genannten Längen
und des Verhältnisses der genannten Durchmesser lassen sich problemlos im Rahmen
einfachst auszuführender Versuche ermitteln.
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Ein keinesfalls zu übersehender Vorteil des erfindungsgemäßen Misch-
und Brennkopfs besteht darin, daß es mit diesem möglich ist, einen vollständigen
Abbrand des eingesetzten Heizöls
nicht nur ohne Verkokung der Staueinrichtung,
sondern auch unabhängig von dem Verbrennungsraum des jeweils benutzten Kessels zu
erreichen. Dies beruht darauf, daß der sonst für den Abbrand des lleizöls erforderliche
besonders gestaltete Feuerraum des Kessels jedenfalls in Hinblick auf die Erreichung
des vollständigen Abbrandes des Heizöls durch die Nachbrennkammer des Mantelrohrs
ersetzt wird.
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Im folgenden wird die Erfindung an Hand besonderer Ausführungsbeispiele
und unter gleichzeitiger Bezugnahme auf die entsprechende zeichnerische Darstellung
weiter ins einzelne gehena beschrieben; in den Zeichnungen zeigt: Figur 1 einen
Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform mit einer topfartigen Staueinrichtung,
Figur 2 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform mit einer scheibenförmigen
Staueinrichtung, Figur 3 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform, beider
Staueinrichtung, Stauring und Mantelrohr vorgesehen und einstückig ausgebildet sind.
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Die Ausführungsformen der Figuren 1 und 2 verkörpern das erfindungsgemäße
Prinzip in hervorragend deutlich erkennbarer Weise. Koaxial zu der in üblicher Weise
ausgebildeten Staueinrichtung 4, die gemäß Figur 1 etwa kegelstumpfförmig und gemäß
Figur 2 in der Form einer einfachen Scheibe gestaltet ist, ist vom Düsenstock 6
aus gesehen hinter der Staueinrichtung 4 koaxial zu dieser ein Stauring 7 vorgesehen.
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Sowohl gemäß Figur 1 als auch gemäß Figur 2 ist der Stauring 7 dabei
einstückig mit der Staueinrichtung 4 ausgebildet. In beiden Fällen kann es sich
um Staueinrichtungen 4 handeln, die in herkömmlicher gleise axial verstellbar hinsichtlich
des Düsenstocks sind. Ilinsichtlich dieser Verstellbarkeit und auch der Ausbildung
der Staueinrichtung 4 in ihrem übrigen Teil bedarf es wohl keiner näheren Ausführungen;
erwähnenswert ist lediglich, daß im radialen Anschluß an die zentrale oeffnung der
Staueinrichtung 4,
die dem Durchtritt von zerstäubtem lIeizöl als
auch Verbrennungsluft dient, in der Staueinrichtung 4 nicht dargestellte Schlitze
vorgesehen sind, die dazu dienen, der von dem hinter dem Düsenstock 6 vorgesehenen
Brennergebläse zugeführte Luft einen Drall derart zu verleihen, daß die Luft vom
Düsenstock 6 aus hinter der Staueinrichtung 4 in Rotation steht (zu hinlänglich
bekanntem Zweck).
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Wegen der in den Figuren 1 und 2 dargestellten einstückigen Ausbildung
von Staueinrichtung 4 und Stauring 7 erfährt letzterer bei axialer Verstellung der
Staueinrichtung 4 eine gleichartige Verstellung.
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Abgesehen von den besonderen Gestaltungen gemäß Figur 1 und 2 kommen
für die Staueinrichtung 4 selbstverständlich auch alle übrigen Gestaltungen, beispielsweise
topfartige Gestaltungen mit abgerundeten Ecken und dergleichen, in Frage.
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Wesentliches !merkmal des Staurings 7 ist für den angestrebten Zweck
die Bildung eines umfangsseitigen hindernisses für die hinter der Staueinrichtung
4 abbrennende Flamme derart, daß eine radiale Einschnürung der Verbrennungsflamme
und damit ein Rückstau-derselben in Richtung auf die Staueinrichtung 4 eintritt.
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Die Figur 3 zeigt eine sehr detailierte Ausführungsform, bei der die
Staueinrichtung 4 und der Stauring 7 einstückig ausgeführt sind, jedoch unter gleichzeitiger
einstückiger Ausführung zusammen mit einem liantelrohr 1, das quasi eine Art Verlängerung
eines Luftzuführungsrohrs 2 des Brenners bzw. des Brennergebläses darstellt. Das
mantelrohr 1 ist dabei von der Staueinrichtung 4 aus gesehen über den Stauring 7
hinaus verlängert und mündet schließlich in einem freien Ende 5. Das Luftzuführungsrohr
2 besitzt an seinem dem Brenner abgewandten Ende eine Durchmesserstufung 3, mit
der es an das Dlantelrohr 1 angeschlossen ist.
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Bei dieser Ausführungsform unterteilt der Stauring 7 das Innere des
slantelrohrs 1 quasi in eine Vorbrenn- und eine Nachbrennkammer, wobei erstere der
Staueinrichtung 4 und letztere dem freien Ende 5 des Mantelrohrs 1 zugewandt sind.
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Zur Zuführung weiterer Verbrennungsluft im Bereich der iQachbrennkammer
können jenseits des Staurings 7 Luftdurchtrittsmöglichkeiten 8 vorgesehen sein,
die über einen Ringkanal 9, gebildet zwischen dem Mantelrohr 1 und dem Luftzuführungsrohr
2, in unmittelbarer Verbindung mit dem Brennergebläse stehen.
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Wie ohne weiteres einzusehen ist, kann selbstverständlich eine axiale
Verstellbarkeit zwischen Mantelrohr 1 und Luftzuführungsrohr 2 vorgesehen werden,
um so auch eine Regelung der über die Lufteintrittsr.löglichkeiten 8 in die siachverbrennungskammer
eintretende Luftmengc zu erreichen. Die Art dieser Regelung ist aus den Figuren
1 und 2 zu ersehen, wenn man sich vorstellt, daß die dort aus Staueinrichtung 4
und Stauring 7 bestehende Einheit axial gegenüber mit dem Luftzuführungsrohr 2 bzw.
der an diesem vorgesehenen Durchmesserstufung 3 verstellt wird, so daß der im Bereich
der Durchmesserstufung vorgesehene Ringspalt in seiner .Firkungsbreite verändert
wird.
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Generell ist zu beachten, daß der Axialabstand zwischen Staueinrichtung
4 und Stauring 7 beispielsweise im Vergleich zur Darstellung gemäß Figur 2 wesentlich
größer sein kann.
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Größere Abstände insbesondere solche gemäß Darstellung in Figur 3,
kommen dann in Frage, wenn die stündliche lleizöldurchsatzmenge klein ist; so eignet
sich die Ausführungsform der Figur 3 für stündliche Durchsatzmengen von etwa 1 bis
3 kg/h besonders gut.
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Des weiteren ist zu beachten, daß der Stauring 7 bei Vorsehung innerhalb
eines Mantelrohrs 1 selbstverständlich auch axial verstellbar dort angeordnet sein
kann.
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In hinblick auf die Anordnung des Staurings 7 an der Staueinrichtung
4, beispielsweise gemäß Figur 1 und 2, ist zu beachten, daß diese Anordnung durchaus
auch eine solche sein kann, bei der beide Teile axial gegeneinander verstellbar
sind, beispielsweise durch teleskopartige Ausbildung des die beiden Teile verbindenden
Umlaufbereichs 10.
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Es besteht also durchaus die Möglichkeit, das erfindungsgemäße Prinzip
in verschiedensten Formen zu realisieren.
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Hierzu gehört selbstverständlich auch eine derartige Ausbildung, bei
der das mantelrohr 1 eine Verlängerung des Luftzuführungsrohrs 2 bzw. sogar Bestandteil
desselben darstellt, wobei diese beiden Rohre 1 und 2 gegebenenfalls über eine Durchmesserstufung
3 ineinander übergehen.
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Es besteht auch durchaus die Möglichkeit, bei der Ausführungsform
der Figur 3 oder ähnlich gelagerten anderweitigen Ausführungsformen einen zweiten
Stauraum vorzusehen, nämlich am freien Ende 5 des Mantelrohrs 1, so daß die zwischen
dem ersten Stauraum 7 und dem freien Ende 5 des Mantelrohrs gelegene tiachbrennkammer
beidseitig durch einen Stauring begrenzt ist.
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