DE3608698C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Brenner mit den im Oberbe griff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.The invention relates to a burner with the Oberbe handle of claim 1 specified features.
Ein derartiger Brenner ist aus der US-PS 43 95 223 be kannt. Bei diesem wird der Mischvorrich tung durch eine Leitung Luft und durch eine andere Lei tung Brennstoff zugeführt. Dabei wird mehr Luft als zur vollständigen Verbrennung nötig ist (überstöchiome trisch) zugeführt. Dadurch wird in einer ersten zentralen Ver brennungszone die NO-Bildung reduziert. Durch Düsen wird Sekundärbrennstoff überstöchiometrisch zugeführt, um den in der ersten Verbrennungszone enthaltenen über schüssigen Sauerstoff zu verbrauchen. Der Sekundärbrenn stoff verbrennt unter mäßiger Temperatur in einer zwei ten äußeren Verbrennungszone, wodurch das Entstehen von NO x vermieden werden soll. Dies bedeutet, daß im ersten Teil der Brennkammer im wandnahen Bereich, wo der Wärme tauscher angeordnet ist, relativ niedrige Temperaturen herrschen, während die heißen Flammengase sich haupt sächlich in der Nähe der Brennkammerachse befinden. Im zwei ten Teil der Brennkammer bildet sich unter Sekundärluftzufuhr eine dritte Verbrennungszone aus.Such a burner is known from US-PS 43 95 223. In this device, the mixing device is supplied with air through a line and fuel through another line. Here, more air is supplied than is necessary for complete combustion (over-stoichiometric). This reduces NO formation in a first central combustion zone. Secondary fuel is supplied via stoichiometry through nozzles in order to consume the excess oxygen contained in the first combustion zone. The secondary fuel burns at a moderate temperature in a two-th outer combustion zone, which is to avoid the formation of NO x . This means that in the first part of the combustion chamber near the wall, where the heat exchanger is arranged, there are relatively low temperatures, while the hot flame gases are mainly in the vicinity of the combustion chamber axis. A third combustion zone is formed in the second part of the combustion chamber with the supply of secondary air.
Außerdem ist ein Ölbrenner bekannt (DE-PS 30 20 398), der in einer Mischvorrichtung eine Zerstäubungsvorrich tung mit einer flachen Schneide aufweist, welche einen ebenen Gemischstrahl erzeugt, dessen Flamme in der von einem Wassermantel umgebenen Brennkammer durch Umlen kung an einer Prallplatte stabilisiert wird. Dieser bekannte Brenner ist einerseits imstande, besonders kleine Ölmengen schadstoffarm zu verarbeiten und einen weiten Regelbereich der Heizleistung abzudecken, jedoch neigt er andererseits bei zu geringer Luftpressung zur Ablagerung von Ölkoks. Ferner hat es sich als schwierig erwiesen, die Zündung der Flamme mit einem Hoch spannungslichtbogen durchzuführen.In addition, an oil burner is known (DE-PS 30 20 398), the atomizing device in a mixing device device with a flat cutting edge, which a flat mixture jet generated, the flame in the of a combustion chamber surrounded by water jacket by deflecting is stabilized on a baffle plate. This well-known burner is able on the one hand, particularly to process small amounts of oil with low pollution and one cover wide control range of heating power, however on the other hand, it tends to with too little air pressure Oil coke deposit. It also turned out to be difficult proven to ignite the flame with a high voltage arc.
Ausgehend vom Stand der Technik nach der US-PS 43 95 223 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Brenner zu schaffen, der eine hohe Energieausnutzung bei großem Regelbereich und schadstoffarmer Verbrennung ermöglicht.Starting from the state of the art according to the US PS 43 95 223 the invention is based on the object to create a generic burner, the one high energy utilization with a large control range and low-pollution combustion enables.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn zeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the kenn Drawing features of claim 1 solved.
Bei dem erfindungsgemäßen Brenner wird die Verbrennungs luft mit einem verhältnismäßig hohen Druck, nämlich größer als 15 mbar, zugeführt, und zwar mengenpropor tional zum Brennstoff. Durch den drehzahlregelbaren Antrieb der beiden Verdrängerpumpen wird unabhängig von der Leistung bzw. der Drehzahl immer dasselbe Brenn stoff/Luft-Verhältnis erhalten. Die Verdrängerpumpe für Luft liefert diesen Druck mit hohem Wirkungsgrad. Dieser Druck wird in der Mischvorrichtung umgesetzt, jedoch nicht verbraucht. Die Druckenergie gelangt zu einem großen Teil mit dem Gemischstrom in die Brenn kammer, um dort noch Mischarbeit zu leisten. Dies führt auch bei Öl als Brennstoff bei feiner Zerstäubung zu einer guten Vermischung und einer relativ homogenen Brennstoffverteilung in der gesamten zur vollständigen Verbrennung benötigten Luft (stöchiometrisch oder unterstöchiometrisch). Dadurch sinkt die Schadstoff bildung und das erforderliche Brennkammervolumen wird verringert.In the burner according to the invention, the combustion air with a relatively high pressure, namely greater than 15 mbar, supplied, namely in proportion to quantity tional to fuel. Thanks to the variable speed The drive of the two positive displacement pumps is independent of the power or speed always the same burning get air / air ratio. The positive displacement pump for Air delivers this pressure with high efficiency. This pressure is converted in the mixing device, however not consumed. The pressure energy arrives a large part with the mixture flow into the burning chamber to do mixed work there. this leads to also with oil as fuel with fine atomization good mixing and a relatively homogeneous Fuel distribution throughout to complete Air required for combustion (stoichiometric or substoichiometric). This reduces the pollutant education and the required combustion chamber volume decreased.
Der in die Brennkammer eintretende drallbehaftete Ge mischstrom erzeugt eine flammenstabilisierende Rezirku lation von heißen Verbrennungsgasen ohne die Gefahr von Rückstandsablagerung und erlaubt darüber hinaus die stoßfreie Zündung der Verbrennung durch einen elek trischen Lichtbogen im zentralen oder äußeren Rückström gebiet. Infolge der guten Vermischung kann auf heiße Wände im vorderen Bereich der Brennkammer verzichtet werden. Durch die Wasserkühlung des Mantels im ersten Teil der Brennkammer (Primärzone) wird die Gastempe ratur gesenkt, wodurch in Verbindung mit der kurzen Verweilzeit des Gases in der hochbelasteten Primärzone eine Verminderung der Stickoxidbildung bewirkt wird. Im hinteren Teil der Brennkammer (Sekundärzone) wird durch den wärmeisolierenden Mantel die verbliebene Reaktions temperatur aufrechterhalten, um die Verbrennung des Kohlenmonoxids CO zu Kohlendioxid CO2 zu gewährleisten.The swirling mixed stream entering the combustion chamber generates a flame-stabilizing recirculation of hot combustion gases without the risk of residue deposits and also allows the combustion to be ignited smoothly by an electric arc in the central or external backflow area. As a result of the good mixing, there is no need for hot walls in the front area of the combustion chamber. The water cooling of the jacket in the first part of the combustion chamber (primary zone) lowers the gas temperature, which in conjunction with the short dwell time of the gas in the highly loaded primary zone causes a reduction in nitrogen oxide formation. In the rear part of the combustion chamber (secondary zone), the remaining reaction temperature is maintained by the heat-insulating jacket in order to ensure the combustion of the carbon monoxide CO to form carbon dioxide CO 2 .
Bis zu einem Regelbereich der Heizleistung von etwa 1 : 2,5 kann mit fester Dralldüse in der Mischvorrichtung gearbeitet werden. Für wesentlich größere Regelbereiche ist es angebracht, den Querschnitt der Dralldüse ver ändern zu können, und zwar in Abhängigkeit von dem Druck der Druckluftquelle. Je größer dieser Luftdruck ist, umso größer wird der Strömungsquerschnitt an der Dralldüse gemacht. Mit einer derartig variierbaren Dralldüse kann der Regelbereich der Heizleistung bis zu etwa 1 : 10 vergrößert werden.Up to a control range of the heating output of approx 1: 2.5 can with fixed swirl nozzle in the mixing device be worked. For much larger control ranges it is appropriate to ver the cross section of the swirl nozzle to be able to change, depending on the Air source pressure. The greater this air pressure is, the larger the flow cross section at the Swirl nozzle made. With such a variable Swirl nozzle can control the heating power up to about 1:10.
Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Appropriate developments of the invention result from the subclaims.
Durch die Einschnürung in der Brennkammer gemäß An spruch 2 kann die Rezirkulation in der Primärzone und die Durchmischung in der Sekundärzone unterstützt werden.Due to the constriction in the combustion chamber according to An Say 2 can the recirculation in the primary zone and assists mixing in the secondary zone will.
Der Brenner eignet sich sowohl für Ölbetrieb als auch für Gasbetrieb. Während bei ersterem die drallerzeugen de Mischvorrichtung sowohl zur Zerstäubung des Heizöls als auch zur Gemischbildung und zur Flammenstabilisie rung dient, entfällt bei einem Gasbrenner die Zer stäubungswirkung. Die Vorteile der Schadstoffreduktion und der drehzahlabhängigen Brennstoff-Luft-Verbund regelung werden beibehalten. Bei einem Gasbrenner wird man zweckmäßigerweise die beiden Verdrängerpumpen zu einer einzigen Baueinheit zusammenfassen. Die Verbund- Verdrängerpumpe bedeutet gegenüber den bei Gasgebläse brennern gebräuchlichen Radiallüftern einen Mehrauf wand, der aber schon bei einem nicht leistungsgeregel ten einstufigen Brenner durch verschiedene Einsparungen mehr als aufgewogen wird. Die volumetrische Gaszumes sung hängt nur geringfügig vom Gasvordruck im Gasnetz ab, so daß kein Druckregelgerät benötigt wird. Auch ein Druckwächter ist nicht erforderlich, da die Regelung nur versagt, wenn das Verbundgebläse ausfällt. In einem solchen Fall schalten Sicherheitseinrichtungen die Gas zufuhr schon wegen des Ausbleibens der Verbrennungsluft oder der Stromversorgung ab. Außerdem ist eine Drehzahl regelung nur für den Antriebsmotor der Verbund-Verdrän gerpumpe erforderlich und es ist nicht eine aufwendige Mischvorrichtung mit Volumenregelung erforderlich. Das Einsickern von Restgas aus den Armaturen und Leitungen zwischen dem Magnetventil und der Mischvorrichtung in die Brennkammer kann vermieden werden, indem ein kleines Rückschlagventil zwischen die Einlässe von Luft-Verdrängerpumpe und Gas-Verdrängerpumpe gelegt wird. Sobald die Gaszufuhr abgesperrt wird, saugt die Gas-Verdrängerpumpe über das Rückschlagventil Luft an, um das Restgas aus den Leitungen zu spülen. Auch bei Ausfall des Stromversorgungsnetzes wird durch den Nach lauf des Antriebsmotors noch das Ausspülen von Gas aus der Gasleitung bewirkt.The burner is suitable for both oil operation and for gas operation. While in the former they produce swirl de Mixing device both for atomizing the heating oil as well as for mixture formation and flame stabilization tion, there is no need for a gas burner dusting effect. The benefits of pollutant reduction and the speed-dependent fuel-air combination regulation will be maintained. With a gas burner one expediently closes the two positive displacement pumps summarize in a single unit. The composite Displacement pump means compared to gas blowers burners common radial fans an extra run wall, but already with a non-performance rule th single-stage burner through various savings more than is weighed. The volumetric gas additives solution depends only slightly on the gas pressure in the gas network from, so that no pressure regulator is required. Also a Pressure switch is not necessary as the regulation only fails if the compound fan fails. In one In such a case, safety devices switch the gas already because of the lack of combustion air or the power supply. There is also a speed regulation only for the drive motor of the composite displacement gerpump required and it is not a complex Mixing device with volume control required. The Infiltration of residual gas from the fittings and lines between the solenoid valve and the mixing device in the combustion chamber can be avoided by using a small check valve between the inlets of Air displacement pump and gas displacement pump placed becomes. As soon as the gas supply is shut off, it sucks Gas positive displacement pump via the air check valve, to purge the residual gas from the lines. Also at Failure of the power supply network is caused by the night while the drive motor is still flushing out gas the gas line.
Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.The following are with reference to the drawing Embodiments of the invention explained in more detail.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Ölbrenner in Verbindung mit einem Heizkessel mit regel barer Heizleistung, Fig. 1 shows a longitudinal section through an oil burner in connection with a boiler with regular Barer heating power,
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II von Fig. 1, Fig. 2 shows a section along the line II-II of Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt ähnlich demjenigen der Fig. 2 bei einer Ausführungsform mit veränderbarer Dralldüse, Fig. 3 is a section similar to Fig. 2 to that in one embodiment, variable swirl nozzle,
Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen Ölbrenner mit einer Druckzerstäuberdüse, Fig. 4 shows a longitudinal section through an oil burner with a pressure atomizer nozzle,
Fig. 5 einen Längsschnitt durch einen anderen Öl brenner mit Zerstäubungsschneide, Fig. 5 shows a longitudinal section through another oil burner with Zerstäubungsschneide,
Fig. 6 einen Längsschnitt durch einen weiteren Ölbrenner mit Druckzerstäuberdüse, Fig. 6 shows a longitudinal section through another oil burner with pressure atomizing nozzle,
Fig. 7 einen Längsschnitt durch einen abgewandelten Ölbrenner mit Druckdüse, und Fig. 7 shows a longitudinal section through a modified oil burner with pressure nozzle, and
Fig. 8 einen Längsschnitt durch einen Gasbrenner. Fig. 8 shows a longitudinal section through a gas burner.
Die in Fig. 1 dargestellte regelbare Ölbrenner-Heiz kessel-Einheit weist einen Elektromotor 10 auf, dessen Drehzahl von einem Drehzahl-Steuergerät 11 gesteuert wird. Die Ausgangswelle des Elektromotors 10 treibt eine Druckluftpumpe 12 und eine Heizölpumpe 13 an. Die beiden Pumpen 12 und 13 sind Verdrängerpumpen, d. h. ihre Fördermenge ist der Antriebsgeschwindigkeit pro portional. Hierzu eignen sich beispielsweise Roots- Pumpen, Zahnradpumpen oder Kolbenpumpen. Die Drucklei tungen der beiden Verdrängerpumpen 12 und 13 führen zu der als Zerstäubungsvorrichtung ausgebildeten Mischvor richtung 14.The controllable oil burner heating boiler unit shown in Fig. 1 has an electric motor 10 , the speed of which is controlled by a speed control unit 11 . The output shaft of the electric motor 10 drives a compressed air pump 12 and a heating oil pump 13 . The two pumps 12 and 13 are positive displacement pumps, ie their delivery rate is proportional to the drive speed. Roots pumps, gear pumps or piston pumps are suitable for this. The Drucklei lines of the two displacement pumps 12 and 13 lead to the trained as an atomizing device Mischvor 14th
Die Mischvorrichtung 14 ist in dem Düsengehäuse 15 untergebracht, das gleichzeitig den stirnseitigen Ab schluß der Brennkammer 16 bildet. Das rohrförmige Düsengehäuse 15 weist brennkammerseitig eine die Brenn kammer 16 verschließende Deckelwand 17 auf und ist am entgegengesetzten (äußeren) Ende mit einem Deckel 18 abdichtend verschlossen. Durch den Deckel 18 ist eine als Kapillarleitung ausgebildete Ölzufuhrleitung 19 abdichtend hindurchgeführt. Die Ölzufuhrleitung 19 führt durch den im Innern des Düsengehäuses 15 ange ordneten Düsenkörper 20 hindurch und tritt an dessen Stirnseite aus. Um das Austrittsrohr 21 herum sind an der flanschartigen Stirnwand 22 des Düsenkörpers 20 zahlreiche drallerzeugende luftleitende Elemente in Form von Flügeln 23 angeordnet. Diese Flügel 23 sind gemäß Fig. 2 in Umfangsrichtung schräggestellt und ver jüngen sich zum inneren Ende hin. Die Flügel 23 be grenzen Kanäle 24, durch die die radial einströmende Luft eine Umfangskomponente erhält. Jeder der Kanäle 24 verringert sich im Querschnitt zu seinem inneren Ende hin, so daß in jedem Kanal 24 die Luft zunehmend be schleunigt wird.The mixing device 14 is accommodated in the nozzle housing 15 , which at the same time forms the end of the combustion chamber 16 . The tubular nozzle housing 15 has a combustion chamber 16 on the combustion chamber 16 closing cover wall 17 and is sealed at the opposite (outer) end with a cover 18 . An oil supply line 19 designed as a capillary line is sealingly passed through the cover 18 . The oil supply line 19 leads through the inside of the nozzle housing 15 arranged nozzle body 20 and exits at the front side. Numerous swirl-generating air-guiding elements in the form of vanes 23 are arranged around the outlet pipe 21 on the flange-like end wall 22 of the nozzle body 20 . These vanes 23 are shown in FIG. 2 inclined in the circumferential direction and ver jüngen down to the inner end. The wings 23 be be channels 24 through which the radially inflowing air receives a peripheral component. Each of the channels 24 decreases in cross section towards its inner end, so that the air is increasingly accelerated in each channel 24 .
Die Flügel 23 sind zwischen der Stirnwand 22 und einer parallel zu dieser Stirnwand verlaufenden Platte 25 angeordnet. Die den Flügeln 23 abgewandte Stirnseite der Platte 25 bildet die Begrenzungswand einer weiteren Düse mit Flügeln 26, die an der Stirnseite einer weite ren Platte 27 angebracht sind. Die Platte 27 verläuft parallel zur Platte 25 und ihre Flügel 26 sind in gleicher Weise ausgebildet und angeordnet wie die Flügel 23 an der Stirnwand 22.The wings 23 are arranged between the end wall 22 and a plate 25 running parallel to this end wall. The face of the plate 25 facing away from the wings 23 forms the boundary wall of a further nozzle with wings 26 which are attached to the face of a wide plate 27 . The plate 27 runs parallel to the plate 25 and its wings 26 are designed and arranged in the same way as the wings 23 on the end wall 22 .
Die durch den Einlaß 28 seitlich in das Düsengehäuse 15 einströmende Luft verteilt sich im Innern des Düsen gehäuses 15 und strömt radial in die Kanäle 24 zwischen den Flügeln 23 sowie in die entsprechenden Kanäle zwi schen den Flügeln 26 ein. Durch die Flügel 23 und 26 erthält die Luft einen Drall, d. h. eine kreisende Be wegung. The air flowing in through the inlet 28 laterally into the nozzle housing 15 is distributed inside the nozzle housing 15 and flows radially into the channels 24 between the vanes 23 and into the corresponding channels between the vanes 26 . Through the wings 23 and 26, the air receives a swirl, ie a circular motion.
Die Platte 25 ist ringförmig ausgebildet und ihr in nerer Rand hat die Form einer in Strömungsrichtung axial abstehenden ringförmigen, sich zum Ende hin konisch verjüngenden Schneide 29. Auch die innere Kante der ringförmigen Platte 27 ist in Strömungsrichtung axial umgebogen und sie bildet einen konischen Ring 30, der die Schneide 29 mit radialem Abstand umgibt.The plate 25 is annular and its lower edge has the shape of an annular cutting edge 29 which projects axially in the direction of flow and tapers conically towards the end. The inner edge of the annular plate 27 is also bent axially in the direction of flow and it forms a conical ring 30 which surrounds the cutting edge 29 at a radial distance.
Das durch das Rohr 21 austretende Heizöl wird von dem rotierenden Luftstrom erfaßt und auf die Innenseite der Schneide 29 aufgesprüht. Die Schneide 29 wird zu beiden Seiten von rotierenden und sich axial bewegenden Luft strömungen umströmt, die den Heizölfilm von der kreis förmigen scharfen Spitze der Schneide 29 abreißen und fein und gleichmäßig verteilen. Die Heizöltröpfchen vermischen sich dabei innig mit der Verbrennungsluft und treten zusammen mit dieser in die rohrförmige Brennkammer 16 ein. Infolge der Drallinjektion unter hohem Druck entstehen im vorderen (ersten) Teil 16 a der Brennkammer 16 ringförmige Strömungswalzen, in denen ein Teil des Gemischstromes zurückgeführt wird und die um die Längsachse herum rotieren. Zum Zünden des Ge misches sind im Teil 16 a der Brennkammer zwei Elektro den 31 angeordnet, zwischen denen ein Zündfunke erzeugt wird. Nach dem Zünden entsteht im Teil 16 a der Brenn kammer 16 eine stabile blaue Flamme, die den Teil 16 a im wesentlichen ganz ausfüllt und sich in den rück wärtigen (zweiten) Teil 16 b hinein fortsetzt.The heating oil emerging through the tube 21 is caught by the rotating air stream and sprayed onto the inside of the cutting edge 29 . The cutting edge 29 flows on both sides of rotating and axially moving air flows, which tear off the heating oil film from the circular sharp tip of the cutting edge 29 and distribute it finely and evenly. The fuel oil droplets mix intimately with the combustion air and together with this enter the tubular combustion chamber 16 . As a result of the swirl injection under high pressure, annular flow rollers are formed in the front (first) part 16 a of the combustion chamber 16 , in which part of the mixture flow is returned and which rotate around the longitudinal axis. To ignite the mixture, two electric 31 are arranged in part 16 a of the combustion chamber, between which an ignition spark is generated. After ignition, part 16 a of the combustion chamber 16 creates a stable blue flame which essentially fills part 16 a and continues into the rearward (second) part 16 b .
Der Teil 16 a bildet die Primärverbrennungszone, die gegenüber dem Teil 16 b durch einen Ring 32, welcher eine querschnittsverengende Einschnürung 33 bildet, getrennt ist. Die Umfangswand des Teiles 16 b, der die sekundäre Verbrennungszone bildet, ist mit einem wärme isolierenden Mantel 34 versehen und dadurch gegen Küh lung durch den Wärmetauscher 35 geschützt.The part 16 a forms the primary combustion zone, which is separated from the part 16 b by a ring 32 , which forms a constriction constriction 33 . The peripheral wall of part 16 b , which forms the secondary combustion zone, is provided with a heat insulating jacket 34 and thereby protected against cooling by the heat exchanger 35 .
Der Wärmetauscher 35 umgibt die Brennkammer 16 ring förmig. Der Weg des Wassers, das im Wärmetauscher 35 geführt wird, ist in Fig. 1 in durchgezogenen Linien dargestellt, während der Weg der Verbrennungsgase ge strichelt dargestellt ist.The heat exchanger 35 surrounds the combustion chamber 16 in a ring shape. The path of the water which is guided in the heat exchanger 35 is shown in solid lines in Fig. 1, while the path of the combustion gases is shown in dashed lines.
Das Wasser strömt von Einlaß 36 axial durch den äußeren Ringraum 37, bis es am brennerseitigen Ende dieses äußeren Ringraums 37 umgelenkt wird und in den mitt leren ringförmigen Hohlraum 38 gelangt. Diesen durch strömt das Wasser im Gegenstrom zum Ringraum 37. Das der Mischvorrichtung 14 abgewandte Ende des mittleren Hohlraums 38 ist über gebogene Rohrstücke 39 mit dem inneren ringförmigen Hohlraum 40 verbunden, der in Gegenrichtung zum mittleren Hohlraum 38 durchströmt wird. In der Nähe des düsenseitigen Endes des inneren Hohlraums 40 ist der Auslaß 41 für das erwärmte Wasser angeordnet.The water flows from inlet 36 axially through the outer annular space 37 until it is deflected at the end of this outer annular space 37 on the burner side and reaches the central annular cavity 38 . The water flows through this in countercurrent to the annular space 37 . The end of the central cavity 38 facing away from the mixing device 14 is connected via bent pipe pieces 39 to the inner annular cavity 40 which is flowed through in the opposite direction to the central cavity 38 . The outlet 41 for the heated water is arranged near the nozzle-side end of the inner cavity 40 .
Die innere Begrenzungswand des inneren Hohlraums 40 wird von dem Rohr 42 gebildet, das die Wand der Brenn kammer 16 darstellt. Die äußere Wand des inneren Hohl raums 40 besteht aus dem Rohr 43. Der mittlere Hohlraum 38 wird von den Rohren 44 und 45 begrenzt und der äußere Ringraum 37 von den Rohren 46 und 47. Alle Rohre 42 bis 47 sind koaxial zueinander angeordnet und sie umgeben die Brennkammer 16.The inner boundary wall of the inner cavity 40 is formed by the tube 42 , which is the wall of the combustion chamber 16 . The outer wall of the inner cavity 40 consists of the tube 43 . The central cavity 38 is delimited by the tubes 44 and 45 and the outer annular space 37 by the tubes 46 and 47 . All tubes 42 to 47 are arranged coaxially to one another and surround the combustion chamber 16 .
An den Teil 16 b der Brennkammer 16 schließt sich der Sammelraum 48 an, durch den die Verbrennungsgase in den Ringspalt 49 zwischen den Rohren 43 und 44 gelangen. The part 16 b of the combustion chamber 16 is followed by the collecting space 48 , through which the combustion gases enter the annular gap 49 between the tubes 43 and 44 .
Der Ringspalt 49 wird in Gegenrichtung zur Brennkammer 16 durchströmt. Anschließend werden die Verbrennungs gase noch einmal umgelenkt, um in den Ringraum 50 zwischen den Rohren 45 und 46 zu gelangen. Das Aus trittsende des Ringraums 50 befindet sich an dem der Mischvorrichtung 14 abgewandten Ende des Wärmetauschers 35. Von dort gelangen die Verbrennungsgase in den Aus laß 51, der von dem Sammelraum 48 durch eine wärme isolierte Wand 52 getrennt ist, in einen Kamin.The annular gap 49 is flowed through in the opposite direction to the combustion chamber 16 . Then the combustion gases are redirected again to get into the annular space 50 between the tubes 45 and 46 . The exit end of the annular space 50 is located on the end of the heat exchanger 35 facing away from the mixing device 14 . From there, the combustion gases get into the outlet 51 , which is separated from the collecting space 48 by a heat-insulated wall 52 , into a chimney.
Der verdrallt in die Brennkammer 16 eintretende Ge mischstrom erzeugt in dem ersten Teil 16 a, der durch das Rohr 42 hindurch wassergekühlt ist, sowohl eine zentrale als auch eine periphere Verbrennungsgasrezir kulation, die die blaue, schadstoffarme Heizölflamme stabilisieren. In dem zweiten Teil 16 b verbrennt haupt sächlich noch im Verbrennungsgas enthaltenes Kohlen monoxid CO zu Kohlendioxid CO2 nach. Der Teil 16 b ist durch den wärmeisolierenden Mantel 34 gegen weitere Kühlung geschützt. Nach Verlassen der sekundären Ver brennungszone, zu der auch der Sammelraum 48 gehört, ist das Verbrennungsgas weitgehend ausreagiert.The swirling into the combustion chamber 16 Ge mixed current generated in the first part 16 a , which is water-cooled through the tube 42 , both a central and a peripheral combustion gas recirculation, which stabilize the blue, low-emission heating oil flame. In the second part 16 b mainly carbon monoxide CO still contained in the combustion gas burns to carbon dioxide CO 2 . Part 16 b is protected against further cooling by the heat-insulating jacket 34 . After leaving the secondary combustion zone, which also includes the collecting space 48 , the combustion gas has largely reacted.
Die Ringräume 49 und 50 haben eine relativ geringe radiale Weite, so daß durch Wandreibung Turbulenzen erzeugt werden können. Solche Turbulenzen treten ins besondere dann auf, wenn bei hoher Heizleistung der Motor 10 mit dem oberen Drehzahlbereich läuft und eine große Luftmenge fördert. Da durch eine turbulente Strömung der Wärmeübergang des Wärmetauschers ver bessert wird, paßt sich die Wärmetauscherleistung in einem gewissen Maße der Heizleistung des Brenners an. The annular spaces 49 and 50 have a relatively small radial width, so that turbulence can be generated by wall friction. Such turbulence occurs in particular when the motor 10 runs at the upper speed range and delivers a large amount of air when the heating power is high. Since the heat transfer of the heat exchanger is improved by a turbulent flow, the heat exchanger capacity adapts to a certain extent to the heating capacity of the burner.
Durch die oben beschriebene Anordnung der Flügel 23 in Verbindung mit der ringförmigen Schneide 29 wird eine Dralldüse 53 gebildet, die dem Gemischstrom eine um fangsmäßige und eine axiale Bewegungskomponente er teilt.Due to the above-described arrangement of the wings 23 in connection with the annular cutting edge 29 , a swirl nozzle 53 is formed which divides the mixture flow by a circumferential and an axial movement component.
Wenn ein großer Regelbereich der Heizleistung gefordert wird, kann es zweckmäßig sein, den Strömungsquerschnitt der Dralldüse 53 zu verändern, damit der durch die Dralldüse verursachte Druckverlust bei hohem Durchsatz nicht zu groß wird bzw. damit die Zerstäubung bei kleinem Durchsatz nicht zu schlecht wird.If a large control range of the heating power is required, it may be expedient to change the flow cross section of the swirl nozzle 53 so that the pressure loss caused by the swirl nozzle does not become too great at high throughput or so that the atomization does not become too bad at low throughput.
Fig. 3 zeigt eine solche Variante, bei der die Flügel 23 an der Stirnwand 22 nicht starr angebracht sind, sondern jeder Flügel 23 ist an einer Achse 55 schwenk bar auf der mittleren Platte 25 gelagert. Von der oberen Stirnwand 22 stehen Stifte 56 ab, von denen jeder in ein Langloch 57 eines Flügels 23 hineinragt. Die mittlere Platte 25 ist drehbar gelagert, und durch Drehung dieser Platte 25 können die Anstellwinkel der an ihr gelagerten Flügel in der in Fig. 3 dargestellten Weise verändert werden. Die Drehung der Platte 25 er folgt durch eine Stange 58, die über ein Gelenk 59 mit dem Umfang der Platte 25 verbunden ist. Die Stange 58 ragt durch ein Rohr 60 hindurch in ein Gehäuse 61 hin ein, das eine Belüftungsöffnung 62 aufweist. Im Gehäuse 61 befindet sich ein Faltenbalg 63, der mit der Stange 58 ein Stellglied bildend abdichtend mit dem Ende des Rohres 60 verbunden ist. Durch das Rohr 60 hindurch gelangt der im Innern des Düsengehäuses 15 herrschende Druck der Luft in das Innere des Faltenbalges 63. Je größer dieser Druck ist, um so weiter wird die Stange 58 in das Gehäuse 61 hineingezogen. Der Faltenbalg 63 wirkt zugleich als Feder, die bestrebt ist, die Stange 58 aus dem Gehäuse 61 herauszudrücken. Durch die tangential an der Platte 25 angreifende Stange 58 wird die Platte 25 in Abhängigkeit von dem im Düsengehäuse 15 herrschenden Druck gedreht, wodurch die Flügel 23 um ihre Achsen 55 herum verschwenkt werden. Je größer der Druck im Düsengehäuse 15 ist, um so größer wird der Querschnitt der von den Flügeln 23 begrenzten Kanälen 24 gemacht, d. h. um so mehr wird die Spitze eines Flügels 23 von dem benachbarten Flügel wegbewegt. Fig. 3 shows such a variant, in which the wings 23 are not rigidly attached to the end wall 22 , but each wing 23 is pivotally mounted on an axis 55 bar on the middle plate 25 . Pins 56 protrude from the upper end wall 22 , each of which projects into an elongated hole 57 of a wing 23 . The middle plate 25 is rotatably mounted, and by rotating this plate 25 , the angle of attack of the wings mounted on it can be changed in the manner shown in FIG. 3. The rotation of the plate 25 it follows through a rod 58 which is connected via a hinge 59 to the periphery of the plate 25 . The rod 58 protrudes through a tube 60 into a housing 61 which has a ventilation opening 62 . In the housing 61 there is a bellows 63 which is sealingly connected to the rod 58 forming an actuator with the end of the tube 60 . The pressure of the air prevailing in the interior of the nozzle housing 15 passes through the tube 60 into the interior of the bellows 63 . The greater this pressure, the further the rod 58 is drawn into the housing 61 . The bellows 63 also acts as a spring, which strives to push the rod 58 out of the housing 61 . Due to the rod 58 acting tangentially on the plate 25 , the plate 25 is rotated as a function of the pressure prevailing in the nozzle housing 15 , as a result of which the vanes 23 are pivoted about their axes 55 . The greater the pressure in the nozzle housing 15 , the larger the cross section of the channels 24 defined by the vanes 23 , ie the more the tip of a vane 23 is moved away from the adjacent vane.
Alternativ oder zusätzlich zur Änderung der Drallkompo nente besteht die Möglichkeit, die axiale Komponente der Dralldüse 53 zu verändern, z. B. durch einen druck abhängig in der Düsenöffnung bewegbaren Kegel.Alternatively or in addition to changing the swirl component, there is the possibility of changing the axial component of the swirl nozzle 53 , e.g. B. by a pressure depending on the movable cone in the nozzle opening.
Fig. 4 zeigt auch eine in Blech gepreßte Dralldüse 53. In dem Drallraum 80 kann das zuvor beschriebene Heizöl rohr 21 auch durch eine Sprühdüse 70 ersetzt werden, die an die Zufuhrleitung 19 angeschlossen ist. Die durch den Einlaß 28 zugeführte Luft strömt zwischen fest angebrachte Flügel 71, die, ebenso wie die Flügel 23 und 26 des ersten Ausführungsbeispiels, schrägge stellt sind, um der radial von außen nach innen strömenden Luft eine Umfangskomponente zu erteilen. Die Flügel 71 sind an ihrer Oberseite teilweise von einer Platte 72 bedeckt, die außen einen Randschlitz 73 frei läßt, durch den die Luft zwischen die Flügel 71 ge langen kann. Der äußere Rand der ringförmigen Schneide 29 ist an den inneren Enden der Flügel 71 befestigt, und zwar in halber Höhe dieser Flügel, so daß die Schneide 29 sowohl an ihrer Unterseite als auch an ihrer Oberseite von dem rotierenden Luftstrom be strichen wird. Die Flügel 71 ruhen auf der Deckelwand 17 der Brennkammer. Diese trägt außerdem die Elektroden 31, 31′ zum Zünden der Flamme. Fig. 4 also shows a pressed sheet metal in the swirl nozzle 53rd In the swirl chamber 80 , the heating oil tube 21 described above can also be replaced by a spray nozzle 70 which is connected to the supply line 19 . The air supplied through the inlet 28 flows between fixed vanes 71 which, like the vanes 23 and 26 of the first embodiment, are inclined to impart a circumferential component to the air flowing radially inwards from the outside. The wings 71 are partially covered on their top by a plate 72 , which leaves an outer edge slot 73 free, through which the air between the wings 71 can ge long. The outer edge of the annular cutting edge 29 is attached to the inner ends of the wings 71 , in the middle of the height of these wings, so that the cutting edge 29 is coated on both its underside and on its top by the rotating air flow. The wings 71 rest on the top wall 17 of the combustion chamber. This also carries the electrodes 31 , 31 'for igniting the flame.
Der aus der Sprühdüse 70 austretende Strühnebel wird auf die Innenseite der ringförmigen Schneide 29 ge sprüht und von dem rotierenden Luftstrom mitgerissen. Der so entstehende feine Ölfilm auf der Schneide 29 wird von den beiden Luftströmungen an der Abreißkante der Schneide 29 mitgenommen und als rotierender Sprüh kegel in den Brennraum 16 eingeführt.The spray emerging from the spray nozzle 70 is sprayed onto the inside of the annular cutting edge 29 and entrained by the rotating air stream. The resulting fine oil film on the cutting edge 29 is carried along by the two air currents at the tear-off edge of the cutting edge 29 and is introduced as a rotating spray cone into the combustion chamber 16 .
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 5 gleicht weitgehend demjenigen der Fig. 4, jedoch ist keine separate Sprüh düse vorhanden. Die Zufuhrleitung 19 führt vielmehr in das Innere des Randbereichs der Schneide 29. Hier be findet sich ein ringförmiger Hohlraum 64, der über Mik roschlitze 75 mit der Innenseite der Schneide 29 in Verbindung steht. Das Öl gelangt durch den Ringraum 64 auf die Innenseite der Schneide 29 und wird hier von dem rotierenden und sich axial bewegenden Luftstrom mitgerissen.The embodiment of FIG. 5 is largely the same as that of FIG. 4, but there is no separate spray nozzle. Rather, the feed line 19 leads into the interior of the edge region of the cutting edge 29 . Here there is an annular cavity 64 , which is connected to the inside of the cutting edge 29 by means of micro slots 75 . The oil passes through the annular space 64 to the inside of the cutting edge 29 and is entrained here by the rotating and axially moving air stream.
Auch das Ausführungsbeispiel von Fig. 6 gleicht dem jenigen von Fig. 4, mit Ausnahme der Tatsache, daß keine Schneide vorhanden ist. Die Sprühdüse 70 arbeitet als Dralldruckdüse mit Luftunterstützung durch die zwischen den Flügeln 71 entlangströmende Luft.The embodiment of Fig. 6 is similar to that of Fig. 4, except for the fact that there is no cutting edge. The spray nozzle 70 works as a swirl pressure nozzle with air support by the air flowing between the vanes 71 .
Die Mischvorrichtung 14 von Fig. 7 entspricht weit gehend derjenigen von Fig. 1. Das Rohr 21 ragt durch eine Öffnung der Stirnwand 22 hindurch und hinter dieser befindet sich die Platte 25 mit der ringförmigen konischen Schneide 29. Hinter der Platte 25 ist die Platte 27 mit der ebenfalls ringförmigen konischen Schneide 29 a angeordnet, welche mit der Schneide 29 einen Ringspalt bildet. Das Paket aus der Stirnwand 22 und den Platten 25 und 27 enthält tangentiale Bohrungen 80, die vom Düsengehäuse 15 in die Mischvorrichtung 14 hineinführen. Die Bohrungen 80 befinden sich in der Stirnwand 22 bzw. der Platte 25, so daß die aus diesen Bohrungen einströmende Luft an der Innenseite der Schneide 29 entlang rotiert. Die Bohrungen 81 befinden sich an der Unterseite der Platte 25 bzw. der Oberseite der Platte 27, so daß die durch diese Bohrungen 81 ein strömende Luft rotierend an der Außenseite der Schneide 29 entlangströmt. Beide Luftströmungen haben die gleiche Drehrichtung.The mixing device 14 of FIG. 7 largely corresponds to that of FIG. 1. The tube 21 projects through an opening in the end wall 22 and behind this there is the plate 25 with the annular conical cutting edge 29 . Behind the plate 25 , the plate 27 is arranged with the likewise annular conical cutting edge 29 a , which forms an annular gap with the cutting edge 29 . The package comprising the end wall 22 and the plates 25 and 27 contains tangential bores 80 which lead from the nozzle housing 15 into the mixing device 14 . The bores 80 are located in the end wall 22 or the plate 25 , so that the air flowing in from these bores rotates along the inside of the cutting edge 29 . The bores 81 are located on the underside of the plate 25 or the top of the plate 27 , so that the air flowing through these bores 81 flows along the outside of the cutting edge 29 in a rotating manner. Both air currents have the same direction of rotation.
Fig. 8 zeigt eine Gasbrenner-Heizkessel-Einheit, wobei von der Brennkammer nur die Primärverbrennungszone 16 a dargestellt ist, welche durch den Ring 32, der die quer schnittsverengende Einschnürung 33 bildet, begrenzt ist. Der Brenner ist im wesentlichen ebenso ausgebildet wie die zuvor beschriebenen Ölbrenner, so daß im folgenden hauptsächlich die Unterschiede gegenüber dem Ölbrenner erläutert werden. Fig. 8 shows a gas burner boiler unit, of the combustion chamber only the primary combustion zone 16 a is shown, which is limited by the ring 32 , which forms the constricting constriction 33 . The burner is essentially constructed in the same way as the oil burner described above, so that the differences from the oil burner are mainly explained below.
Die Mischvorrichtung 14 besteht aus der Dralldüse 53, die schrägstehende Flügel 71 für die Verbrennungsluft sowie dahinter eine axiale Düsenöffnung 29 b aufweist. Die inneren Enden der Flügel 71 sind durch die Unter seite des kegelförmigen Abdeckorgans 85 begrenzt. Über dem Abdeckorgan 85 befindt sich der als Innenkegel aus gebildete Leitring 86, der zusammen mit dem Abdeckorgan 85 einen kegelförmigen Durchlaß bildet, welcher von der axialen Bohrung 88 zu den Außenbereichen der Flügel 71 führt. Durch das Abdeckorgan 85 führt die Gasleitung 87, deren Auslaß sich in der Mitte der Unterseite des Abdeckorgans 85 befindet, so daß das Brenngas axial in die Dralldüse 53 eintritt, während die Luft radial ein tritt und durch die Flügel 71 eine tangentiale Kompo nente erhält.The mixing device 14 consists of the swirl nozzle 53 , which has inclined wings 71 for the combustion air and behind it an axial nozzle opening 29 b . The inner ends of the wings 71 are limited by the underside of the conical cover member 85 . Above the cover member 85 is the guide ring 86 formed as an inner cone, which together with the cover member 85 forms a conical passage which leads from the axial bore 88 to the outer regions of the vanes 71 . Through the cover member 85 leads the gas line 87 , the outlet of which is located in the middle of the underside of the cover member 85 , so that the fuel gas axially enters the swirl nozzle 53 , while the air enters radially and receives a tangential component through the wing 71 .
Die Doppelpumpe 89 besteht aus der Luft-Verdrängerpumpe 12 und der Gas-Verdrängerpumpe 13. Die Doppelpumpe 89 ist auf dem Düsengehäuse 15 montiert und liefert über die Bohrung 88 die Verbrennungsluft und über die Gas leitung 87 das Brenngas zur Mischvorrichtung 14. Die Verdrängerpumpen 12 und 13 bestehen im vorliegenden Fall aus Zahnradpumpen. Diese Pumpen sind in einem Schnitt dargestellt, der in der Mittelebene zwischen den beiden Pumpenzahnrädern verläuft, so daß man nur das mitlaufende, von außen nicht angetriebene Zahnrad 90 bzw. 91 sieht. Die Achsen der Pumpenzahnräder verlaufen rechtwinklig zur Längsachse der Dralldüse 53. Das Pumpenzahnrad 90 der Luft-Verdrängerpumpe 12 ist in der Wand 92 und der Zwischenwand 93 des Pumpengehäuses ge lagert, und das Pumpenzahnrad 91 der Gas-Verdränger pumpe 13 ist in der Zwischenwand 93 und der Gehäusewand 96 gelagert. Die Achsen der mittelbar angetriebenen Pumpenzahnräder 90 und 91 verlaufen auf einer gemein samen Linie, ebenso wie die Achsen der (nicht darge stellten) unmittelbar angetriebenen Pumpenzahnräder ebenfalls auf einer gemeinsamen Linie verlaufen. Es ist auch möglich, beide Pumpenzahnräder 90, 91 aus einem einzigen Block herzustellen, der nur in den Wänden 92 und 93 oder 92 und 96 gelagert ist. In gleicher Weise können auch die direkt angetriebenen Pumpenzahnräder aus einem gemeinsamen Block bestehen, der nur in zwei Wänden gelagert ist.The double pump 89 consists of the air displacement pump 12 and the gas displacement pump 13 . The double pump 89 is mounted on the nozzle housing 15 and supplies the combustion air via the bore 88 and the gas line 87 through the fuel gas to the mixing device 14 . In the present case, the displacement pumps 12 and 13 consist of gear pumps. These pumps are shown in a section which runs in the central plane between the two pump gears, so that only the cogwheel 90 and 91 which is running and is not driven from the outside can be seen. The axes of the pump gearwheels run at right angles to the longitudinal axis of the swirl nozzle 53 . The pump gear 90 of the air displacement pump 12 is in the wall 92 and the intermediate wall 93 of the pump housing ge, and the pump gear 91 of the gas displacement pump 13 is mounted in the intermediate wall 93 and the housing wall 96 . The axes of the indirectly driven pump gears 90 and 91 run on a common line, just as the axes of the directly driven pump gears (not shown) also run on a common line. It is also possible to manufacture both pump gear wheels 90 , 91 from a single block which is only supported in the walls 92 and 93 or 92 and 96 . In the same way, the directly driven pump gears can consist of a common block that is only supported in two walls.
Die Luft-Verdrängerpumpe 12 saugt die Verbrennungsluft über einen Schalldämpfer 97 und die Luftleitung 98 von außen an. Zwischen der Verdrängerpumpe 12 und der Bohrung 88 befindet sich ein Sammelraum 99. Das Brenn gas wird aus der Gasleitung 87 über ein Filter 100 und zwei Magnetventile 101 in den Ansaugraum 102 gedrückt und durch die Verdrängerpumpe 13 in den Sammelraum 103 gefördert. Die Gasleitung 87 führt vom Sammelraum 103 zur Mischvorrichtung 14. Solange der Leitungsgasdruck höher ist als der Brennkammerdruck, treibt der Gasdruck die Verdrängerpumpe 13 an, die somit als Motor arbei tet, der den die beiden Verdrängerpumpen 12 und 13 an treibenden Elektromotor teilweise entlastet.The air displacement pump 12 draws the combustion air from the outside via a silencer 97 and the air line 98 . A collecting space 99 is located between the displacement pump 12 and the bore 88 . The fuel gas is pressed out of the gas line 87 via a filter 100 and two solenoid valves 101 into the suction chamber 102 and is conveyed into the collecting chamber 103 by the displacement pump 13 . The gas line 87 leads from the collecting space 103 to the mixing device 14 . As long as the line gas pressure is higher than the combustion chamber pressure, the gas pressure drives the displacement pump 13 , which thus works as a motor, which partially relieves the pressure on the electric motor driving the two displacement pumps 12 and 13 .
Zwischen der Luftleitung 98 und dem Ansaugraum 102 be findet sich ein Rückschlagventil 104, das Luft von der Luftleitung 98 zu dem Ansaugraum 102 durchlassen kann, das aber in Gegenrichtung kein Gas durchlassen kann. Das Rückschlagventil 104 wird durch den Gasdruck ge schlossen gehalten, solange die Magnetventile 101 offen sind. Wenn das Gas abgesperrt wird, öffnet das Rück schlagventil durch die Saugwirkung der Verdrängerpumpe 13, so daß Luft in die Verdrängerpumpe 13 eingesaugt und gleichzeitig Restgas aus der Gas-Verdrängerpumpe 13 und der Gasleitung 87 ausgespült wird und in der Brenn kammer noch verbrennt.Between the air line 98 and the suction chamber 102 be there is a check valve 104 , the air from the air line 98 to the suction chamber 102 can pass, but can not pass gas in the opposite direction. The check valve 104 is kept closed by the gas pressure ge as long as the solenoid valves 101 are open. When the gas is shut off, the check valve opens by the suction effect of the displacement pump 13 , so that air is sucked into the displacement pump 13 and at the same time residual gas is flushed out of the gas displacement pump 13 and the gas line 87 and still burns in the combustion chamber.
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