DE3243398C2

DE3243398C2 - Verdampfungsbrenner für flüssigen Brennstoff

Info

Publication number: DE3243398C2
Application number: DE3243398A
Authority: DE
Inventors: Peter Johan Mads Nordborg Clausen; Joergen Hartvig Petersen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1982-11-24
Filing date: 1982-11-24
Publication date: 1985-03-28
Also published as: US4681533A; GB8331205D0; JPS59142315A; DK526283A; GB2130710B; SE8306422L; IT8368229A0; IT1159642B; FR2536505A1; CA1244338A; DE3243398A1; DK526283D0; GB2130710A; IT8353971V0; SE8306422D0

Abstract

Bei einem Vergasungsbrenner für flüssigen Brennstoff gibt es eine elektrisch beheizbare Vergasungskammer (1), ein konzentrisch hierzu angeordnetes Kanalsystem (K) zur Zufuhr von Verbrennungsluft und ein Brennerrohr (26), das einen Brennraum (25) umgibt und hinten durch eine ringförmige Abschlußwand (22) begrenzt ist. Die Vergasungskammer (1) ist im wesentlichen durch ein zentrisch angeordnetes Vergasungsrohr (2) gebildet. Eine Leitvorrichtung (19) dient zur Erzeugung eines äußeren Ringwirbels (31) von Verbrennungsgasen, der längs des Innenumfangs (33) des Brennerrohres (26) zumindest über einen axial vor der Mündung (23) des Kanalsystems (K) in dem Brennraum liegenden Abschnitt rückwärts verläuft. Eine in die Rückströmung gelegte Ionisations-Meßelektrode (35) vermag die Flamme unabhängig von der sich mit ändernder Brennerleistung verlagernden Flammenfront genau zu erfassen. Wenn das Brennerrohr (26) glüht, ergibt sich eine automatische Wiederzündung beim Abreißen der Flamme.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verdampfungs-

brenner für flüssigen Brennstoff nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einem bekannten Verdampfungsbrenner dieser Art (Vpi-Berichtc Nr. 423,1981, Seiten 175 bis 180) besieht die Verdampfungskammer aus mehreren parallel

geschalteten Kanälen kleinen Querschnitts, die in einem Hohlzylinder untergebracht und außen von einer Heizwicklung umgeben sind. Die Austrittsöffnungen der Verdampfungskammer sind am Umfang des Hohlzylindcrs vorgesehen und münden in einen Ringspalt, über

so den die Verbrennungsluft mit Drall zugeführt wird. Die Mündung dieses Ringspaltcs befindet sich in erheblichen ■ axialen Abstand stromab vor der hinteren Abschlußwand des Brennraumes. Das Brennstoffdampf-Luft-Gemisch, das mittels einer Funkenzündung im Ringspalt gezündet werden kann, bildet einen Ringwirbel mit einem Rezirkulationspfad, der durch den Hohl-/ylindcr führt, so daß sich heiße Verbrennungsgase mit der frisch zugeführten Verbrennungsluft am Eingang des Ringspalts mischen können.

W) Mil dieser Konstruktion ist ein Betrieb mit blauer, durchsichtiger Flamme und erheblichem Luftüberschlutt. /.. B. 45% bei 10 kW Leistung, möglich, sobald der Brenner den normalen Betriebszustand erreicht hat und eine ausreichende Brennstoffmenge verfeuert wird.

hs Hei kleinen Brennstoffmengen muß mit noch höherem Luftübcrschluß gefahren werden, um einen stabilen Betrieb zu ermöglichen. Auch beim Anfahren können Schwierigkeiten infolge Flammcninstabilität auftreten.

Es ist ferner ein Druck/erstäubungsbrenncr bekannt (DE-OS 28 43 002), bei dem die Mündung der Druckzerstäubungsdüse von einem konischen Luftleitblech umgeben ist und beide einen kreisförmigen Ausschnitt der hinteren Abschlußwand eines Brennraums geringfügig durchsetzen. Konzentrisch zu einem den Brennraum begrenzenden zylindrischen Brennerrohr ist ein zylindrisches Führungsrohr vorgesehen, das unter Freilassung von Durchtrittsöffnungen an die Abschlußwand anschließt. Innerhalb dieses Führungsrohres durchset/.t der kegelförmige Luftkernstrahl den Sprühkonus der Zerstäuberdüse, was eine gute Vermischung von Luft und Brennstoff ergibt. Außerdem wird durch die Injektorwirkung der Verbrennungsluft ein Rezirkulationspfad geschaffen, über den heiße Verbrennungsgase zwischen Brennerrohr und Führungsrohr rückwärts strömen und über die Durchtrittsöffnungen in das Innere des Fßhrungsrohres gelangen, wo sie das Verdampfen der Brennstoffteilchen begünstigen.

Außerdem ist ein Druckzerstäubungsbrenner bekannt (GB-OS 20 22 810), bei dem die Zerstäuberdüse in einem Gehäuse angeordnet ist, dessen vordere Stirnwand eine zentrische Auslrittsöffnung besitzt. Die Verbrennungsluft wird über eine Luftrotation erzeugende Schaufeln zwischen dieser Vorderwand und der hinteren Abschlußwand eines durch ein zylindrisches Brennerrohr begrenzten Brennraums zugeführt Die Mittelöffnung der Abschlußwand weist einen hülsenförmigen, in den Brennraum ragenden Vorsprung auf. Im Brennraum bildet sich unter dem Einfluß des Sprühkegels zwischen diesem, dem zylindrischen Brennerrohr. der ringförmigen Abschlußwand und dem Vorsprung ein äußerer Ringwirbel aus. Im übrigen bewegt sich die Verbrennungsluft schraubenförmig längs des Brennerrohri-s stromab, wobei eine intensive Vermischung mit dem Brennstoff erfolgt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verdampfungsbrenner der gattungsgemäßen Art anzugeben, der auch bei kleiner Brennerleitung mit stabiler, blauer Fla. urne bei geringem Luftüberschuß betrieben werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Bei dieser Konstruktion wird wegen des zentrisch angeordneten Verdampfungsrohres eine zentrische Flammeniront gebildet. Der das Verdampfungsrohr verlassende Dampf hat eine im Vergleich zu einer Zerstäuberdüse geringe Axizlgeschwindigkeit. Daher bildet sich die Flammenfront in der Nähe der Austrittsöffnung der Verdampfungskammer. Da die Leitvorrichtung die Verbrennungsluft in einem rotierenden Konusstrahl zuführt, der eine axiale Geschwindigkeitskomponente besitzt, wird ein äußerer Ringwirbel erzeugt, der heiße Verbrennungsgase stromab über die Flammenfront hinaus und zwischen dieser und dem Innenumfang des Brennerrohres wieder zurück führt. Hierdurch wird die bei kleiner Brennerleistung schwache Flamme davor geschützt, daß sie durch die möglicherweise (noch) kalie Wand des Brennerrohres bis unter die Zündtemperatur abgekühlt wird und erlischt. Infolgedessen kann der Verdampfungsbrenner mit sehr viel geringerer Wärmeleistung betrieben werden als es bisher möglich war. Trotzdem kann der Luftüberschuß klein gehalten werden. Dieser Schutz der Flamme durch den äußeren Ringwirbel gilt auch für jeden Anfahrvorgang, wenn die Gefahr besteht, daß die gerade gebildete Flamme unter dem Einfluß der zunUvhst geringen Temperatur des Brennerrohres wieder erlischt. Der äußere Ringwirbel hat den -weiteren Vorteil, daß am Rand der Flammcnfront eventuell vorhandene, unverbrannte Brennstoffanteile erneut der Flammenfront zugeführt werden, so daß auch deren Verbrennung sichergestellt ist.
Wenn die Wärmeleistung durch Änderung der Brennstoffzufuhr und der Verbrennungsluftzufuhr geändert wird, verlagert sich die Flammenfront axial im Brennraum. Gleichzeitig wird aber auch der durch den Konusstrahl hervorgerufene Antrieb des Ringwirbels verändert, so daß nach wie vor die Flammenfront vom äußeren Ringwirbel umhüllt bleibt

Mit den Ausführungsformen der Ansprüche 2 und 3 läßt sich der äußere Ringwirbel optimal erzeugen oder sogar einstellen.

Bei Verwendung des Kanalsystems nach Anspruch 4 wird der Hauptteil der Druckenergie in Geschwindigkeitsenergie umgewandelt. In diesem Fall genügt der Drall, den die Verbrennungsluft durch tangential Einleitung in das Kanalsystem erfährt, damit sich eine sichere Vermischung mit dem verdampften Brennstoff und eine ausgeprägte Ausbildung des äußeren Ringwirbels ergibt Außerdem spielen die von atmosphärischen und anderen Einflüssen abhängigen Druckschwankungen im Brennraum praktisch keine Rolle. Ein optimaler Wert ist ein Druck im Kanalsystem von etwa 40 mbar.

Es kann aber auch mit geringeren Drücken als 15 mbar im Kanalsystem gearbeitet werden. Dann sollte jedoch zur Erzielung des ausgeprägten äußeren Ringwirbels die Leitvorrichtung Leitschaufeln im Kanalsystern aufweisen, damit ein ausreichender Drall der Verbrennungsluft erzeugt wird.

Bei der Ausführungsform nach Anspruch 5 erzwingt das Führungsrohr einen konstanten Verlauf der rückwärts gerichteten Strömung, was dem Schutz der Flamme dient.

Mittels der Blende nach Anspruch 6 kann Einfluß auf die im Strömungskanal zwischen Brennerrohr und Füh- rungskanal zurückgeführte Verbrennungsoasmenge genommen werden.

Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 7 wird ein äußerer Teil des äußeren Ringwirbels an eine Stelle zurückgeführt, wo die höchste Luftgeschwindigkeit und der niedrigste Druck auftreten. Mit dieser Art der Rezirkulation vergrößert sich die Sicherheit dafür, daß eventuell noch vorhandener flüssiger brennstoff durch die Rezirkulationsgase verdampft, bevor er die Flammenfront erreicht. Unabhängig davon kann ein innerer Teil des äußeren Ringwirbels einen Rezirkulationspfad innerhalb des Führungsrohres durchlaufen.

so Die Baueinheit nach Anspruch 8 läßt sich leicht vorfertigen und dann mit dem das Luftsystem umgebenden Brennerkopf, dem Brennerrohr und dem Führungsrohr vereinigen.
Die Ausgestaltung nach Anspruch 9 ergibt eine besonders gedrungen und zuverlässige Konstruktion.

Da die Baueinheit aus einem hitzebeständigen Material, insbesondere keramischen Material, wie Magnesium-Silikat, Cordierit, Aluminiumoxyd, Siliziumnitrid u. dgl. bestehen sollte, das sich nur in verhältnismäßig einfachen Teilen gestalten läßt, kann man mit den Merkmalen des Anspruchs 10 kaum komplizierte Bzueinheiten erzeugen.

Der Stauring gemäß Anspruch 11 begünstigt die Bildung des äußeren Ringwirbels, da die austretenden Verbrcnnungsgase auf dzn dusch die Stauscheibe definierten kleineren Querschnitt begrenzt werden.

Mit der Ausgestaltung nach Anspruch 12 oder 13 ist sichergestellt, daß sich das Brennerrohr rasch erwärmt

und dann keinen negativen Einfluß mehr auf die Flamme haben kann. Wenn das Brennerrohr im Bereich des äußeren Ringwirbcls glüht, wird die Flamme bei kurzzeitigem Erlöschen jeweils wieder neu gezündet. Die Brennerleistung kann in diesem Fall noch weiter herabgesetzt werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter, bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verdampfungsbrenners,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine zwcilc Ausführungsform,

Fig.3 einen Teilschnitt durch eine dritte Ausführungsform und

F i g. 4 einen Schnitt durch eine Baueinheit einer vierten Ausführungsform.

In Fl ff, 1 ist ?ΐηρ VcrdSHI^fun^ksinmcr 1 VCfSH*

schaulicht, die im wesentlichen durch ein Verdampfungsrohr 2 gebildet ist. Ein in das hintere Ende eingesetzter Halter 3 dient zur Verbindung mit einem Brennstoff-Zuleitungsrohr 4, beispielsweise einem normalen Kapillarrohr aus rostfreiem Stahl. Das vordere Ende des Verdampfungsrohres 2 ist durch eine Lochplatte 5 mit einer zentrischen Austrittsöffnung 6 verschlossen. Um das Rohr liegt eine Heizvorrichtung 7, beispielsweise in der Form eines mehrfach von entgegengesetzten Seiten her und ein- oder zweimal durchgehend geschlitzten Zylinders aus elektrisch leitfähigem Material. Strom kann Ober Anschlüsse 8 zugeführt werden, die mit Hilfe von Schrauben 9,10 an die Heizvorrichtung 7 gepreßt werden. Die Schrauben 9, 10 können sich an einer in einem Gehäuse U gehaltenen Isolierhülse 12 abstützen. Zwischen Isolierhülse 12 und Heizvorrichtung 7 gibt es eine Wärmeisolation 13. Schrauben 14, die sich am Gehäuse 11 abstützen, wirken im Bereich eines Abstandringes 15, der Aussparungen für die Anschlüsse 8 besitzt, und sichern so die Lage des Verdampfungsrohres 2. Vorn ist das Gehäuse durch eine Ringscheibe 16 aus wärmeisolierendem Material verschlossen. Wegen der verschlechterten Wärmeabfuhr ergibt sich im Innern des Verdampfungsrohres 2 bei Beheizung eine Zone erhöhter Temperatur, die sogenannte Glühzone 17. Die Wärmeisolation 13 kann aus keramischen Fasern, Aluminiumoxid, Siliziumoxid o. dgl. bestehen. Die übrigen Teile sind Keramik- oder Metallteile mit der erforderlichen hohen Wärmebeständigkeit. Insbesondere besteht das Verdampfungsrohr 2 aus Siliziumdioxid. Bei elektrisch leitfähigem Rohrmaterial kann der Heizstrom auch direkt durch dis Rohr geschickt werden, so daß die gesonderte Heizvorrichtung 7 entfällt.

Konzentrisch zur Verdampfungskammer 1 ist ein Kanalsystem K für die Zufuhr der Verbrennungsluft vorgesehen. Es wird innen durch eine auf das Gehäuse Il aufgeschobene Hülse 13 mit einer vorderen konischen Führungswand 19 und außen durch einen Brennerkopf 20 mit einem Stirnteil 21, der eine ringförmige Abschlußwand 22 besitzt, begrenzt Zwischen der Konuswand 19 und der Abschlußwand 22 wird eine Mündung 23 in Form eines Ringspaltes gebildet über den durch einen Einlaß 24 tangential zugeführte Verbrennungluft als rotierender Konusstrahl abgegeben wird.

Der Verdampfungskammer 1 ist ein Brennraum 25 vorgeschaltet der außen durch ein zylindrisches Brennerrohr 26, hinten durch die Abschlußwand 22 und vorn durch einen mit Schrauben 27 befestigten Stauring 28 begrenzt ist Das Brennerrohr 26 und der Stauring 28 sollten aus einem korrosions- und hitzebesländigcn Werkstoff mit geringer Wärmeleitfähigkeit wie Keramik, keramische Fasern oder feuerfestem Steinmaterial bestehen. Zwcckmäßigerwcisc handelt es sich um Matcrialicn mit geschlossenen Poren; andernfalls sollte das Brennerrohr 26 mit einer nicht veranschaulichten gasdichten Hülle verschen werden.

In diesem Brennraum 25 bildet sich im normalen Betrieb eine Flammenfront 29. Die Axialgeschwindigkeit

to des rotierend zugeführten Luftstrahls ist kleiner als die Rückzündgeschwindigkeit der Flamme. Bei dem veranschaulichten Muster der Brennstoffdampf- und Verbrennungsluft-Zuführung ergibt sich ein innerer Ringwirbcl 30 und ein äußerer Ringwirbel 3t. Beide bewirken. daß etwaiger unverbrannter Brennstoff wieder an die Rammenfront 29 zurückgeführt wird. Der äußere Ringwirbcl 31 löst sich von der Außenfläche der Flamincnfront und reicht erheblich über die Flammenfront hinaus. Die Gase des Ringwirbels verlaufen dann längs eines Pfades 32 an der Umfangswand 33 des Brennerrohrcs 26 bis zur Abschlußwand 22, wo die Strömungsbahn sich nach innen zu einem Unterdruck aufweisenden Bereich 34 richtet der durch die zuströmende Verbrennungsluft erzeugt wird. Die Gase des äußeren Ringwirbcls 31 sind heiß und verhindern, daß die Ramme durch das Brennerrohr 26 abgekühlt wird.

In der Abschlußwand 22 ist eine lonisations-Meßelckirodc 35 r&geordnct. die immer im Pfad 32 des äußeren Ringwirbcls 31 liegt Dies gilt unabhängig davon, daß die Flammenfront 29 in Abhängigkeit von der eingestellten Brennstoffzufuhr und der davon abhängigen Verbrennungsluftzufuhr unterschiedliche axiale Abstände von der Abschlußwand 22 haben kann. Infolgedessen ist unabhängig vom jeweiligen Betrieb ein sicheres Erfassen des Vorhandenseins der Flamme möglich. Im vorliegenden Fall wird die lonisations-Meßstrecke zwischen der veranschaulichten Elektrode 35 und Masse gebildet Es besteht aber auch die Möglichkeit, zwei derartige Meßelektrodcn in der Abschlußwand 22 oder

im Brennerrohr 26 nahe der Abschlußwand anzubringen.

Beim Anlauf des Verdampfungsbrenners wird zunächst die Heizvorrichtung 7 eingeschaltet Mit einer gewissen Verzögerung wird ein Ventil zur Brennstoffzuleitung geöffnet Der Förderdruck kann sehr gering sein, beispielsweise 1.1 bar. Sobald der erste Tropfen der Flüssigkeit die Verdampfungskammer 1 erreicht, wird dieser verdampft. Der Dampf bildet mit der in der Kammer 1 befindlichen Luft ein zündfähiges Gemisch.

so das an der Glühzone 17 entzündet wird. Die so gebildete I lamme wird von dem nachfolgenden Brennstoffdampf in den Brennraum 25 geschoben. Der nachfolgende Dampf vermischt sich mit der über das Kanalsystem K zugeführten Verbrennungsluft Das so gebildete brennfähige Gemisch wird von der zuvor erwähnten Flamme gezündet. Die Flammenfront schiebt sich allmählich weiter nach rechts, bis der Brenner mit der eingestellten Leistung betrieben wird. Während dieses allmählichen Aufbaus der Flammenfront wirkt bereits der äußere Ringwirbel 31 als Schutz gegen eine Abkühlung durch das Brennerrohr26.

Je geringer die Brennerleistung, um so größer ist die Neigung der Flamme zur Instabilität wenn man den !trenner nicht mit erheblichem Luftüberschuß betreibt Mit Hilfe des äußeren Ringwirbels 31 gelingt es demgegenüber, eine stabile Flamme in der Rammenfront 29 auch beim Luftüberschuß nahe Null zu erzielen, wenn wenig flüssiger Brennstoff zugeführt wird, z. B. weniger

uls 1 kg/h, beispielsweise 0,6 kg/h.

Schon kurze Zeit nach Inbetriebnahme nimmt die innere Oberfläche 33 des Brennerrohres 26 Glühtcmpcrnlur an. Dies ergibt eine weitere Stabilisierung der Flamme. Aufgrund der starken Rückstrahlung erfolgt eine wirksame Verdampfung etwaiger Brcnnslofftröpfchen im Dampfstrahl zwischen dem Verdampfungsrohr und der Flammenfront. Die Temperatur des Flammenkerns hat aufgrund dieser Rückstrahlung sowie des äußeren Ringwirbels 31 die Betriebstemperatur sehr schnell erreicht. Sie ist so hoch, daß kein Ruß exilieren kann und die Flamme vollständig transparent ist.

Die Heizleistung wird der Heizvorrichtung 7 von einer Schaltvorrichtung 36 zugeführt, die von einer Spannungsversorgung 37, zum Beispiel dem normalen Wechselstromnetz, versorgt und durch ein Steuergerät 38 gesteuert wird. Dieses Steuergerät steuert ferner ein Ventil 60 in der Brennstoff-Zuleitung 61 und ein Ventil 62 in einer Luft-Zuleitung 63. Über Eingänge 64 werden dein Steuergerät Informationen zugeführt, beispielsweise von einem Kesselthermostaten, von der Mcßelcktroile 35, von einem Rauchgasfühler u. dgl.

Beim Erlöschen der Flamme während des Betriebes z. B. aufgrund kurzzeitigem Brennstoffmangels infolge einer Luftblase im System, erfolgt die Wiederzündung an der Brennkammerwand, so daß die Flamme sofort und ohne Rußbildung wieder hergestellt wird.

Ein Zeitgeber im Steuergerät 38 sorgt dafür, daß während einer vorgegebenen Sicherheitszeit keine Brennstoff-Abschaltung erfolgt, sofern ein Meßfühler, z. B. die M^ßelektrodc 35, dem Steuergerät 38 meldet, daß Wände des Brennraums 25 Glühlcmperatur haben.

Die Rückstrahlung macht es ferner möglich, die Heizleistung der Heizvorrichtung 7 zu vermindern, auch auf die Gefahr hin, daß eine unvollständige Verdampfung erfolgt und Brennstofftröpfchen zusammen mit dem Brennstoffdampf aus der Öffnung 6 austreten. Diese Reduzierung erfolgt ebenfalls durch das Steuergerät 38. Dieses gibt eine gewisse Zeit nach dem Feststellen der Flamme durch die Mcßelcktrode 35 ein Signal zur Verminderung der elektrischen Heizleistung. Die Heizleistung kann hierbei um mehr als 25% herabgesetzt werden.

Das hohlzylindrische Brennerrohr 26 kann auch aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie Stahl, hergestellt sein. Auch hierdurch wird die Flamme geschützt. Es dauert aber verhältnismäßig lange, bis eine stabile Betriebstemperatur erreicht ist.

Bei einem solchen Verdampfungsbrenner sind d;is Luftgeräusch und das Flammengeräusch sehr hochfrequent. Diese Geräusche können sich nicht über ein normales Warmwasser-Heizungsystem fortpflanzen, wie die niedrigen Frequenzen eines »Flammengepolters« bei Zerstäubungsbrennern. Die hochfrequenten Geräusche lassen sich sehr leicht dämpfen, insbesondere genügt bereits die Dämpfung, die eine Wärmeisolierung bewirkt Eine ausreichende Dämpfung ergibt sich beispielsweise, wenn das Brennerrohr 26 aus Steinwolle besteht

Bei der Ausführungsform nach F i g. 2 werden für entsprechende Teile um 100 erhöhte Bezugszeichen verwendet In diesem Fall ist das Verdampfungsrohr 102 mit der Heizvorrichtung 107. zwei Isolierhülsen 139 und der Wärmeisolierung 113 unmittelbar in einer Hülse 118 mit einer vorderen Konuswand 119 untergebracht Zwischen einem Gehäuseteil 111 und dem damit verbundenen Brennerkopf 120 sowie der Hülse 118 ist ein Drehteil 140 unter Zwischenlage von Dichtungen 141 und 142 angeordnet, das über ein Gewinde 143 mit der Hülse 118 in Eingriff steht. Mit Hilfe von Handgriffen 144 bzw. 145 an der Hülse 118 bzw. am Drehteil 140 kann die Konuswand 119 axial verstellt werden, so daß sich die Größe ■> der «Is Ringspali ausgebildeten Mündung 123 ändert.

Im Brennraum 125 ist ein Führungsrohr 146 unter Freilassung eines Rückströmkanals 147 innerhalb des Brennerrohres 126 angeordnet und an der Abschlußwand 122 über Stege 148 befestigt. Dazwischen verbleiben Unifangsöffnungen 149. Das Führungsrohr 146 endet mit Absland vordem Stauring 128. Eine Blende 150 ist auf dem Führungsrohr 146 verschiebbar und vermag die öffnungen 149 mehr oder weniger stark abzudekken. Bei dieser Konstruktion verläuft der äußere Ring-

i"> wirbel 131 um die vordere Stirnkante des Führungsrohres 146, durch den Rückströmkanal 147 und die Öffnungen 149. Das Führungsrohr 146 wird äußerst rasch erwärmt. Der Schutz der Flamme vor Abkühlung ist daher sehr gut. In das Kanalsystem K sind noch Leitwände LSI eingebaut, die dazu dienen, der zugeführten Verbrennungsluft einen starken Drall zu verleihen, auch wenn die Luft nur mit geringem Druck und geringer Geschwindigkeit in den Brennraum 125 eingeführt wird.
In Fig.3 werden für entsprechende Teile um nochmais 100 erhöhte Bezugszeichen verwendet. Eine Baueinheit 265 weist die Abschlußwand 222 innerhalb des Führungsrohres 246 und einen dieses Führungsrohr tragenden Zylinderflansch 266, ferner eine den Rückströmkanal 247 begrenzende Endwand 267, die äußere Führungwand 268 für das Kanalsystem im Bereich der Mündung 223, wo ein Kleinstquerschnitt 269 vorhanden ist. und radialstehcndc Verbindungskanäle 270 auf, die zwischen Endwand 267 und Abschlußwand 222 beginnen und im Bereich des Kleinstquerschnitts 269 münden. Zur Baueinheit 265 gehören ferner Lcitschaufeln 271 zur Drallerzeugung, die an der Rückseite durch eine Ringplatte 272 abgedeckt sind. Die Baueinheit 265 besteht aus einem ersten Teil 273, das die Ringscheibe 272 und die Leitschaufeln 271 umfaßt und einem zweiten Teil 274, das die übrigen Elemente umfaßt Beide Teile sind mit Axiallöchern 275 versehen, durch die sich Zapfen 235a und 2356 erstrecken. Diese Zapfen dienen gleichzeitig als lonisations-Mcßelektroden.

Bei dieser Konstruktion ist der äußere Ringwirbel in

zwei Teile unterteilt nämlich einen äußeren Teil 231a, der durch den Rückströmkanal 247 zwischen Führungsrohr 246 und Brennerrohr 226 und anschließend durch die Verbindungskanäle 270 verläuft, und einen inneren Teil 2316, der längs der Innenwand des Führungsrohres

so 246 zurückströmt und dabei die durch die Abschlußwand 222 in den Brennraum ragenden Meßelektroden 235a und 2356 bestreicht Der äußere Teil 231a des äußeren Ringwirbels erfährt einen sehr starken Antrieb, da die Verbindungskanäle 270 am Kleinstquerschnitt 269 mündet, wo die Luft mit der stärksten Strömungsgeschwindigkeit geführt wird und daher der stärkste Unterdruck herrscht Infolgedessen wird dem Brennstoff-Luft-Gemisch ein entsprechender Anteil des zirkulierenden heißen Gases zugeführt was das Verdampfen noch vorhandener Brennstofftröpfchen vor der Flammenfront erleichtert

Bei der Ausführungsform nach Fig.4 werden um nochmals 100 erhöhte Bezugszeichen für entsprechende Teile benutzt Hier besteht die Baueinheit 365 aus zwei einfach gestalteten Teilen 373 und 374, die unter Zwischenschaltung von Abstandsringen 376 durch Zapfen 377 miteinander vereinigt sind. Es verbleibt daher ein spaltförmiger Verbindungskanal 370 zwischen der Ab-

ίο

schluDwand 322 und der Endwand 367.

Die Baueinheiten 265 und 365 können aus gesinterten Keramikteilen gefertigt werden, die als Rohwerkstücke auf den Zapfen gesammelt und dabei miteinander verklebt werden. Diese Einheit wird dann getrocknet und anschließend gebrannt oder gesintert.

Das hier beschriebene Prinzip ermöglicht einen Betrieb mit äußer:.! kleinem oder gar keinem Luftüberschuß bei einer ftußzahl 0 unabhängig von der eingefeuerten Brennstoffmenge zu erzielen. Es erfolgt eine stöchiometrische Verbrennung des Brennstoffs, ohne daß Schwefeltrioxid gebildet wird, so daß das System einen Betrieb bei minimaler Ausirittstemperatur. d. h. bei maximaler Abkühlung des Rauchgases, erlaubt. Die Verbrennung ist sowohl während des Anlaufs als auch wäh- is rcnd des Betriebes so rein, daß der Brenner sogar als Tauchbrenner arbeiten kann. Es ist auch möglich, mit einem gewissen Luftunterschuß ohne Rußproduktion zu arbeiten. Dis FianüTis ist unabhängig von ihrer Große vor unerwünschter Kondensation des verdampften Brennstoffs geschützt. Der äußere Ringwirbcl erwärmt die Wände des Brennraumes derart, daß etwa noch vorhandene Brennstofftröpfchen verdampft werden, bevor sie die Flammenfront erreichen. Wenn die Wände glühen, kann die Flamme sogar nach kurzzeitigem Erlösehen im Betrieb wieder gezündet werden. Selbst im Anlauf arbeitet der Brenner mit einer reinen blauen Flamme. Auch bei den Zubehörteilen ergeben sich Vereinfachungen. So benötigt man nur eine geräuscharme Niederdruckförderpumpe für den Brennstoff, da kein jo höherer Druck als maximal 1,5 bar (absolut) benötigt wird. Resonanzgeräusche in Ölleitungen und Tanks werden daher vermieden. Auch die Flammengeräuschc sind wesentlich geringer und lassen sich infolge der höheren Frequenz leichter dämpfen. Ferner benötigt man J5 kein schnellwirkendes Abschneideventil beim Abschalten des Brenners, da die vorhandene Wärme noch ausreicht, um eventuell nachtropfenden Brennstoff zu verdampfen.

40

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

hO

Claims

Patentansprüche:

1. Verdampfungsbrenner für flüssigen Brennstoff, mit einer elektrisch beheizbaren Verdampfungskammer mit mindestens einer zu einem Brennraum führenden Austrittsöffnung, mit einem konzentrisch zur Verdampfungskammer angeordneten Kanalsystem zur Zufuhr von Verbrennungsluft mit eine Luftrotation erzeugenden Mitteln und einer die Luft in Richtung Brennraum führenden Leitvorrichtung und mit einem den Brennraum umgebenden, stromauf durch eine ringförmige Abschlußwand 'begrenzten, zylindrischen Brennerrohr, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Brennsloffzufuhrdruck von maximal 1,5 bar die Verdampfungskammer (1) im wesentlichen durch ein zentrisch angeordnetes Verdarapfungsrohr (2; 102) begrenzt ist, dessen Austritisöffnung (6) stirnseitig angeordnet ist und sich etwa im Bereich der Abschlußwand (22; 122; 222; 322} befindet, daß das Kanalsysiem (K) eine ringspaltförmige Mündung (23; 123; 223) in den Brennraum (25; 125; 225) aufweist, die sich ebenfalls etwa im Bereich der Abschlußwand befindet, und daß die Leitvorrichtung (19; 119; 268; 368) die rotierende Luft in der Form eines konischen Luftstrahls aus der Mündung derart austreten läßt, dalS ein äußerer Ringwirbel(31; 131;231a,231/>;von Verbrennungsgasen erzeugbar ist, der stromab über die Rammenfront hinausreicht und längs des Innenumfangs des Brenn ifrohres (26; 126; 226) rückwärts bis zur Abschlußwand verläuft

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitvorrichtung mindestens einseitig eine konische Führungswand (l9; 119; 368; 368) aufweist.

3. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die konische Führungswand i(19; 119) axial gegenüber einer zweiten, die Mündung (23; 123) begrenzenden Wand (22; 122) verstellbar isl.

4. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kanalsystem (K) so ausgelegt ist, daß die rotierend zugeführte Verbrennungsluft über die ringspaltförmige Mündung (23; 123; 223) mit einer hohen Geschwindigkeit, die durch einen Druckabbau von 15 bis 100 mbar über den Mündungsbereich hervorgerufen wird, in den Brennraum eintritt.

5. Brenner nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Führungsrohr (146; 246) mit Abstand innerhalb des Brennerrohres (126; 226) verläuft und zusammen mit dem Brennerrohr einen Rückströmkanal (147; 247) für den äußeren Ringwirbel (131) bzw. den äußeren Teil (231a; des äußeren Ringwirbels bildet.

6. Brenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsrohr (146) an der Abschlußwand (122) befestigt ist, in diesem Bereich Umfangsöffnungen (149) besitzt und eine axiiil verschiebbare Blende (150) einen Teil des Öffnungsquerschnitts abdecken kann.

7. Brenner nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß vom Rückslrömkanal (247) zur Mündung (223) des Kanalsystcms (K) ein oder mehrere gleichmäßig über den Umfang angeordnete Verbindungskanäle (270; 370) führen, die hinter der Abschlußwand (222; 322) für den vom Führungsrohr umschlossenen Brennraum verlaufen.

8. Brenner nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Baueinheit (265; 365), die die Abschlußwand (222; 322) und einen sie umgebenden Zylinderflansch (266; 366) zum Halten des Führungsrohrs (246), eine axial hierzu versetzte Endwand (267; 367) des Rückströmkanals (247), eine äußere Führungswand (268; 368) der Leitvorrichtung mit einem Kleinstquerschnitt (269; 369) sowie mindestens einen Verbindungskanal (270; 370) aufweist, der zwischen Endwand und Abschlußwand beginnt und im Bereich des Kleinstquerschnitts der Führungswand mündet.

9. Brenner nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit (265) an der dem Kanalsystem zugewandten Seite Drall-Leitschaufeln (271) trägt

10. Brenner nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit (265; 365) aus mehreren Teilen (273, 274; 373,374) besteht, die miteinander ausgerichtete Axiallöcher aufweisen, durch die Verbindungszapfen (235ä.235ö;377) greifen.

11. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das vordere Ende des Brennerrohres (26; 126) mit einem am Innenumfang anschließenden Stauring (28; 128) versehen ist

12. Brenner nach einem der Ansprüche I bis 11. dadurch gekennzeichnet, daß das Brennerrohr (26) wärmeisolierend ist

13. Brenner nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennerrohr (26) wenigstens teilweise aus einem hitzebeständigen Material mit so geringer Wärmeleitfähigkeit besteht, daß das Brennerrohr (26) im Betrieb im Bereich des äußeren Ringwirbels (31) glüht.