DE9103964U1

DE9103964U1 - Brenner für flüssige Brennstoffe

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Publication number: DE9103964U1
Application number: DE9103964U
Authority: DE
Original assignee: Smit Ovens Nijmegen BV
Current assignee: Smit Ovens Nijmegen BV
Priority date: 1991-04-02
Filing date: 1991-04-02
Publication date: 1992-07-30
Anticipated expiration: 2001-04-03
Also published as: EP0507233A2; EP0507233A3

Description

B : O A G 4 7 T3

Brenner für flüssige Brennstoffe

Die Erfindung betrifft einen Brenner zur Verbrennung von flüssigem Brennstoff, insbesondere leichtem Heizöl, mit einem Innengehäuse, das eine Brennstoffzuleitung umgibt, dem primäre Verbrennungsluft zuführbar ist und das eine Gehäuseöffnung aufweist, in deren Bereich ein Düsenkopf angeordnet ist, der gleichzeitig das Ende der Brennstoff zulei tung bildet und einen Sprühstrahl als Zerstäubungskegel erzeugt, in den die primäre Luftzufuhr erfolgt, wobei irn Bereich des Düsenkopfes außerdem sekundäre Luft durch öffnungen im Außengehäuse zutritt, mit einem gegenüber den öffnungen im Außengehäuse beweglichen Überdeckungselement zur Steuerung des Querschnitts der öffnungen,

wobei das überdeckungseleinent mit einem die Zufuhr der Brennstoffmenge zur Brennstoffleitung steuernden Ventil verbunden ist.

Bekannt ist aus der DE-PS 27 29 321 ein Brenner, dessen Brennstoffzuleitung in einem Düsenkopf endet. Leitung und Düse als sind "Lanze" beweglich in einem Gehäuse angeordnet. Die Düse ragt in einen Stutzen hinein, der öffnungen aufweist. Durch die Leitung wird Heizöl zugeführt, das aus der Düse in Form eines Wirbels heraustritt. Durch die öffnungen im Stutzen tritt Priinär-Luft hinzu, wobei durch die Bewegung der Leitung aus dem Stutzen heraus die Luftzufuhr durch die unterschiedliche

Freigabe der Schlitze steuerbar ist. Das überdeckungseleinent ist mit einem die Brennstoffmenge steuernden Ventil verbunden. Die bekannte Brennereinrichtung wird stöehioinetrisch betrieben, d.h. das Verhältnis von Verbrennungsluft und flussigem Brennstoff wird stöchiomettisch gehalten, so daß keine der reagierenden Komponenten im Überschuß vorhanden ist. Diese Art der Betriebsweise ist besonders ökonomisch.

Es stellt sich die Aufgabe, ein für die vorgenannten Brenner gut geeignetes Ventil anzugeben, das mit der Vertikalbewegung des uberdeckungslement.es in einfacher Weise zu koppeln ist und das eine genaue Voreinstellung des zu erwartenden Brennstoffbedarfes ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einem Brenner der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Ventil einen verschiebbaren Stangenkolben in einem Zylinder besitzt, an dessen Innenseite ein vorspringender, die Außenseite des Stangenkolbens umschließender Flansch angeordnet ist, und dadurch, daß der Stangenkolben auf wenigstens einem Teil der Länge ein über deren Länge mit verstellbarer Tiefe ausgestattete Nut aufweist, die jeweils von der Flansch-Innenseite nicht verdeckt wird.

Vorzugsweise hat die Nut eine keilförmige Form, wobei der öffnungswinkel &agr; gegenüber der Mantelfläche zwischen 2 inid 10° beträgt. Bei dem Flansch handelt sich um einen Torus mit sich verjüngendem, trapezartigen Querschnitt. Durch die öffnung der Nut ist der öl strom mengenmäßig steuerbar.

Als technisch schwierig erweist sich bei stöchiometrischen Brennern weiterhin die Art und Weise der Zündung, z.B. mit einer Zündelektrode. Nur ein "fettes" Gemisch, d.h. ein Gemisch mit einem ölüberschuß, ist leicht zu entzünden.

— 3 —

Bei den bekannten Brennern tritt aber ein solches zündfähiges Gemisch praktisch an keiner Stelle der Verbrennungszonen auf, so daß die Zündung mit Zündelektroden schwierig ist. Andere Zündvorrichtungen, insbesondere Zündlanzen, sind bekannt, aber in der Beschreibung und im Dauerbetrieb nicht optimal einzusetzen.

Die Erfindung stellt sich die weitere Aufgabe, die eingangs erwähnten Schwierigkeiten der Zündung mit Zündelektroden zu beseitigen, um einen Brenner zu schaffen, dessen Zündung einfach und sicher ist, wobei die Vorteile der Steuerung der Eintrittsluft beibehalten werden sollen.

Erfindungsgemäß wird diese weitere Aufgabe dadurch gelöst, daß eine zu einer Zündvorrichtung gehörende Zünduugselektrode im Bereich der Außenfläche des Sprühkegels endet, in dem das Sprühstrahl-Luft-Gemisch noch einen deutlich überstöchiometrischen, leicht zündfälligen Brennstoffantei 1 gegenüber Luft aufweist. Die erfinderische Lösung wird vor allem deshalb erreicht, da das Ende der Zündungselektrode an der Stelle angeordnet ist, an der ein "fettes" und damit leicht entzündbares Gemisch vorhanden ist, ohne daß dabei im übrigen die Zusammensetzung und die Betriebsweise des Brennstoff-Luft-Gemisches geändert werden muß.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist am Außengehäuse ein Einstellkopf befestigt, in dessen konischen Vorderteil Schlitze eingearbeitet sind. Zwischen Innengehäuse und Einstellkopf ist ein verstellbarer Ringkolbeu eingepaßt, der mit dem Stangenkolben verbindbar ist. Um den verstellbaren Ringkolben ist zum Einstellkopf hin ein Dichtungsring angeordnet. Dabei ist der Ringkolben vorzugsweise so lang, daß er in der

vorgeschobenen Stellung die Schlitze vollkommen verschließt und in der zurückgeschobenen Stellung vollkommen freigibt. Durch die Veränderung des verstellbaren Ringkolbens ist die Luftzufuhr steuerbar. Dadurch, daß die Zündungselektrode und die Brennstoffleitung mit dem vorne angeordneten Düsenkopf in einer Stützvorrichtung verschiebbar angeordnet sind, sind noch feinere Abstimmungen hinsichtlich Zündung und Luftzufuhr möglich.

Die Erfindung wird nachstehend an eitlem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 einen Längsschnitt durch einen Heizölbrenner; Figur 2 ein Ventil zur Einstellung der Brennstoffmengenzufuhr;

Figur 3 den vorderen Abschnitt eines anderen Heizölbren

ners der gleichen Grundausführung; Figur 4 ein Heizölbrennerdiagramm.

Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Heizölbrenner, 'der mit einer herkömmlichen Zerstäuberdüse 1 ausgestattet ist. Derartige herkömmliche Zerstäuberdüsen, die unter Öldruck arbeiten, sind beispielsweise dem Buch von NIEPENBERG, Industrie-Öl feuerungen; Verlag Kopf, Stuttgart, 2. Auflage, 197.3, zu entnehmen. Die Düse 1 ist am Ende einer Brennstoffzuleitung 8 befestigt. Düse und Brennstoffzuleitung verlaufen innerhalb eines Innengehäuses 7. Die aus dem Innengehäuse 7 ragende Brennstoffleitung 8 ist in einer Stützvorrichtung 20 gelagert. Die ölzufuhr ist über ein Magnetventil 18 ein- und ausstellbar. Die Leitung 8 setzt sich über den in der Zeichnung genannten Verbindungpunkt A in Figur 2 fort.

Wie an sich bekannt, wird aus der Düse 1 ein Zerstäubungskegel 16 aus feinsten Brennstoffteilchen herausgedrückt .

In der Stützvorrichtung 20 wird auch eine Leitung 3.1 einer Zündungs-Elektrode 3 gehalten, die abgewinkelt, von der Leitung 3.1 vor der Düse 1 endet; mit ihrem anderen Ende ragt sie ebenso wie die Brennstoffleitung 8 aus dem Innengehäuse 7 heraus und ist in bekannter Weise mit einer Hoclispannungsquel ] e (nicht dargestellt) verbunden und geschaltet.

Das vordere Ende 9 des Innengehäuses 7 ist offen. Es trägt an seiner Innenseite, bereits irn äußeren Rand des Sprühkegels 16 angeordnet, einen Drallgeber 10, bestehend aus kleinen, quer gestellten Leitflächen, wie aus der Zeichnung ersichtlich. Am hinteren Teil des Innengehäuses 7 ist ein Stutzen 12 für die Zufuhr der Primärluft vorgesehen. Die Primärluft wird innerhalb des Gehäuses 7 bis in den Rereich des offenen Endes 9 geführt und in einen Wirbel mit Hilfe der Drallelemente 10 gebracht.

'Jm den vorderen Teil des Innengehäuses 7 schließt sich ein Außengehäuse 14 mit dem konischen Vorderteil 14.]. An Abschlußwandungen 21, die das Außengehäuse 14 nach vorne begrenzen, ist ein Einsteülkopf 5 mit einem ebenfalls konischen Vorderteil 5.1 befestigt, über einen Stutzen 15 wird sekundäre Luft in das Außengehäuse 14 zugeführt. Dieses ist ebenfalls nach vorne hin offen. Um eine Verstellbarkeit der öffnungen zu ermöglichen, sind in das konische Vorderteil 5.1 Schlitze 19 angebracht und zwischen Einstell kopf 5 und Innengehäuse 7 ein verstellbarer, gleitender Ringkolben 2 eingepaßt, der über einen Dichtungsring 6 zum Einstellkopf 5 hin abgedichtet ist. Dieser Ringkolben 2 ist so breit, daß er die Schlitze 19 sowohl voll schließen als auch öffnen kann, so daß die Sekundärluft 15 entsprechend dosiert in den Bereich des Wirbels 11 gegeben werden kann.

Zusätzlich können die Schlitze 19 noch schräg gestellt werden, so daß sie den durch die Drallvorrichtung 10

erzeugten Wirbel 11 führen und verstärken.

Der Ringkolben 2 ist über ein Gestänge 32 mit einem Stangenkolben 31 verbunden, der zu einem Brennst.orfvent.il 30 gehört (vgl. Fig. 2). Das Brennstoffventil 30 besitzt ein zylindrisches Gehäuse 33, das an seinem vorderen Ende mit einem Verschluß 34 &ugr;&pgr;(.1 an seinein hinteren Ende mit einem Verschluß 35 verschlossen ist. Beide Verschlüsse 34 und 35 sind über radiale Bohrungen gleichzeitig als öleinlaß 34' bzw. als ölauslaß 35' ausgestattet. Der Einlaß 34' ist. mit einer entsprechenden Öldruckleitung (nicht dargestellt) und der ölauslaß 35' mit der Leitung 8 gemäß Fig. 1 verbunden (vgl. Verbindungspunkt &Lgr;).

Das Gehäuse 33 trägt auf seiner Innenseite einen vorspringenden Flansch 36, der torusförinig ist und im Querschnitt die Form eines nach innen konvergierenden Trapezes hat. Der Flansch tangiert mit seiner Innenfläche 37 die Außenseite des Stangenkolben 31.

Dieser trägt an seinem freien Ende eine keilförmige, zum Kolbeninneren vorspringenden Nut 38. Der Keilwinkel der Nut liegt etwa zwischen 2 und 10°. Diese Nut 38 ist jeweils von dem den Stangenkolben 31 umschließenden Flansch 36 nicht verschlossen, so daß das unter Druck stehende ö] in entsprechender Stellung des Stangenkolbens 31 beginnend mit der Menge Null zu einer größeren Menge pro Zeiteinheit fließen kann, so daß es vom Raum 39 in den Raum 40 innerhalb des zylindrischen Gehäuses 33 und von dort aus zum ölauslaß 35" gelangen kann.

Durch entsprechende Einstellung der Sekundärluftzufuhr läßt sich die stöchiometrisehe Menge an Luftzufuhr, die für das jeweilige öl erforderlich ist, genau einstellen.

Wie aus der Figur 1 ersichtlich ist, können die Zündungs-

Elektrode 3 und die Brennstoffleitung 8 mit der Düse 1 über die Stützeinrichtung gegeneinander verstellt werden. Eine solche Verstellung ist normalerweise während des Betriebs nicht vorgesehen. Die Verstellmögllchkeit läßt sich jedoch dann beispielsweise einsetzen, wenn zu Beginn der Brennereinstellung eine bestimmte Zündeinstellung erforderlich ist oder wenn sich die Qualität und Zusammensetzung oder andere Parameter des flüssigen Brennstoffes ändern.

In Figur 2 ist ein vorderer Abschnitt eines anderen Heizölbrenners mit gleicher Grundausführung dargestellt. In einem Innengehäuse 7 ist über die Stützeinrichtung 20 die Brennstoffzuleitung 8 verstellbar angeordnet. Ebenso kann die Zündungs-Elektrode 3 verstellt werden. Die Düse 1 kann damit sowohl relativ gegenüber dem Gehäuse 7, dem Drall geber 10 und der Zündurigs-El ektrode 3 verstellt werden. Das Außengehäuse 14 ist von einer etwas anderen Gestalt. Auch hier ist der Ringkolben 2 mit dem Stangenkolben 31 zusammen verschiebbar.

Die Funktion der in den Figuren 1 und 3 dargestellten Vorrichtung ist wie folgt:

Über das Ventil 30 wird durch die Brennstoffzuleitung 8 die Heizölzufuhr zur Düse 1 gesteuert. Entsprechend der zugeführten Heizölmenge, abhängig von der Öffnung des Spaltes der Nut 38, wird die Zuluft entsprechend den Parametern und den Bedingungen der Stöchiometrie durch die Verstellung der Primärluft und Sekundärluft gesteuert. Die zum Einsatz kommende bekannte Düse 1 zerstäubt eine vom Düsenausgangsdruck abhängige Heizölmenge, die einen Zerstäubungskegel 16 mit einer Außenfläche 17 ergibt. Den Düsenkopf umgibt ein Drallgeber 10, der die Primärluft in einen Wirbel versetzt, der die feinen Heizöltröpfchen aufnimmt und in einem Wirbel führt. Dieser Wirbel wird noch verstärkt unter zusätzlicher Zerschlagung der Heizöltröpfchen bei

Zutritt, der Sekundärluft.

Wesentlich ist, daß unmittelbar nach Austritt, jedoch schon nach anfänglichem Hinzutreten der Priiiiärluft ein zündfähiges Sprühstrahl-Luft-Geiiiisch vorhanden ist, wobei gewährleistet wird, daß sich die Zündungs-Elektrode .3 im Bereich der Außenfläche des Sprühkegels 16 endet, in dein das Sprühstrahl -Luft-Gemisch noch einen deutlich uberst.ochiometrischen, leicht zündbaren Brennstoff anteil gegenüber Luft aufweist. Das brennende und verwirbelte Brennstoff-Luft-Gemisch, das zunächst nicht vollständig verbrennt, wird im Laufe der Weiterführung und Wirbelstabilisierung über die sekundäre Luftzufuhr 15 weiter verbrannt, wobei die genauen stöchionietrischen Verhältnisse durch die Verstellung des Ringkolbens 2 und damit der Öffnung der Schlitze 19 regelbar ist. Indem die Abstände zwischen Ende Innengehäuse und Innenseite und Außenseite der Abschlußwandung 21 und Ringkolben 2 veränderbar sind, sind auch die Flaminenlänge und -breite beeinflußbar.

Aufschluß über die jeweils einzustellenden Mengen gibt das Diagramm gemäß Fig. 4, das wie folgt erläutert wird:

Auf der X-Achse ist die Kolbenöffnung, d.h. Verstellung des Kolbens 31 von einem Nullpunkt an, angegeben. Entsprechend dem Öldruck 1st die durchlaufende Menge direkt proportional der Kolbenverstellung. Während die oberen Kurven diesen Zusammenhang bei einer öldüse des Typs UMO 105 zeigen, zeigen die unteren Kurven den Zusammenhang bei einer Düse des Typs UMO 108. Gleichzeitig geben die Angaben in WS (rnrn Wassersäule) den erforderlichen Luftdruck an. Es handelt sich um willkürlich gewählte Parameter bei einer bestimmten Ausführungsform. Es zeigt sich, daß das Prinzip der Erfindung insbesondere für Brenner mit großer Energieerzeugung einsetzbar ist.

Bezugszeichenliste:

1	Düse
2	verstellbarer Ringkolben
3	Zündungs-Elektrode
3.1	Lei tung
5	Einstellkopf
5.1	Vorderteil
6	Dichtungsring
7	Tnnengehäuse
8	Brennstof fzuleitung
9	öffnung
10	Drallgeber
11	Wirbel
12	Stutzen für die primäre Luftzufuhr
13	Sprühstrahl
14	Außengehäuse
14.1	Vordertei 1
15	Stutzen für die sekundäre Luftzufuhr
16	Zerstäubungskegel
17	Außenfläche
18	Magnetventi1
19	Schlitze
20	Stützvorrichtung
21	Abschlußwandung
30	Brennstoffventil
31	Stangenkolben
32	Gestänge
33	Gehäuse
34, 35	Versohluß
34"	öleinlaß
35"	ölauslaß
36	Flansch
37	Innenf1äche
38	Nut

E Abstand zwischen vorderem Innengehäuse und

Längskolben F Kolbenöffnung G Abstand zwischen vorderes Ende Innengehäuse und

Innenseite Abschlußwandung H Abstand zwischen vorderes Ende Innengehäuse und Außensei te Abschlußwandung

Claims

B : O A G < 7 A3

Schutzansprüche:
5

.

Brenner zur Verbrennung von flüssigem Brennstoff, insbesondere leichtern Heizöl, mit einem Innengehäuse (7) mit primärer Luftzufuhr (12), das eine Brennstoff zuleitung (8) umgibt, und das eine Gehäuseöffnung (9) aufweist, in deren Bereich ein Düsenkopf (1) angeordnet ist, der gleichzeitig das Ende der Brennstoffzuleitung (8) bildet, und einen Sprühstrahl als Zerstäubungskegel (16) erzeugt, in den die Primärluftzufuhr (12) zuführbar ist, wobei durch einen Drallgeber (10) im Bereich der Gehäuseöffnung (9) und des Düsenkopfes (1) ein Wirbel (11) entsteht, in dessen Peripherie die sekundäre Luft (15) durch das Außengehäuse (14) zutritt,

mit einem gegenüber den öffnungen im Außengehäuse beweglichen Überdeckungselement zur Steuerung des Querschnitts der öffnungen,

wobei das Überdeckungselement mit einem die Zufuhr der Brennstoffmenge zur Brennstoffleitung steuernden Ventil

verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (30) einen verschiebbaren Stangenkolben (31) in einem Gehäuse (33) besitzt, an dessen Innenseite ein vorspringender, die Außenseite des Stangenkolbens

(31) umschließenden Flansch (36) angeordnet ist, und daß der Stangenkolben (31) auf wenigstens einem Teil der Länge eine über deren Länge mit variabler Tiefe ausgestattete Nut (38) aufweist, die jeweils von der Flansch-Innenseite nicht überdeckt wird.

2.

- A2 -

Brenner nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (38) eine keilförmige Form hat, wobei der öffnungswinkel (&agr;) gegenüber der Mantelflächen zwischen 2 und 10° beträgt.

3.

Brenner nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (36) ein Torus mit sich verjüngendem trapezförmigen Querschnitt ist.

4.

Brenner nach Anspruch 1 - 3,

dadurch gekennzeichnet, daß bei stöchiometrischer Betriebsweise eine zu einer Zündvorrichtung gehörende Zündungs-Elektrode (3) im Bereich der Außenfläche (17) des Sprühkegels (16) endet, in dem das Spühstrahl-Luft-Gernisch noch einen deutlich überstöchiometrischen, leicht zündbaren Brennstoffantei1 gegenüber Luft aufweist.

5.

Brenner nach Anspruch 1 - 4,

dadurch gekennzeichnet, daß am Außengehäuse (14) ein Einstellkopf (5) befestigt ist, in dessen konischen Vorderteil (5.1) Schlitze (19) eingearbeitet sind, und daß zwischen Innengehäuse (7) und Einstellkopf (5) ein verstellbarer Längskolben (2) eingepaßt ist.

6.

Brenner nach Anspruch 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, daß um den verstellbaren Längskolben (2) zum Einstellkopf (5) ein Dichtungsring (6) angeordnet ist.

- A3 -

Brenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der verstellbare Längskolben

(2) so lang ist, daß er in der vorgeschobenen Stellung die Schlitze (19) vollkommen verschließt und in der zurückgeschobenen Stellung vollkommen freigibt.

8.

Brenner nach den Ansprüchen 4 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündungs-Elektrode (3) und die Brennstoffzuleitung (8) mit vorne angeordnetem Düsenkopf (1) in einer Stützeinrichtung (20) verschiebbar angeordnet sind.