EP0227699A1 - Furnace device. - Google Patents

Furnace device.

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Publication number
EP0227699A1
EP0227699A1 EP86903107A EP86903107A EP0227699A1 EP 0227699 A1 EP0227699 A1 EP 0227699A1 EP 86903107 A EP86903107 A EP 86903107A EP 86903107 A EP86903107 A EP 86903107A EP 0227699 A1 EP0227699 A1 EP 0227699A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
combustion chamber
firing device
prechamber
fuel
combustion
Prior art date
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Granted
Application number
EP86903107A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0227699B1 (en
Inventor
Georg Pletzer
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Original Assignee
Individual
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Publication date
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Publication of EP0227699A1 publication Critical patent/EP0227699A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP0227699B1 publication Critical patent/EP0227699B1/en
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C15/00—Apparatus in which combustion takes place in pulses influenced by acoustic resonance in a gas mass

Definitions

  • the invention relates to a firing device for a system having a preferably water-filled heat container, with at least one combustion chamber for the pulsating combustion of flowable fuels, which is provided with an ignition device for the first ignition of the fuel and which passes into an exhaust gas discharge device , and with supply lines for the fuel, for the air, the latter having a check valve arrangement formed at the entrance to a prechamber for a discontinuous air supply.
  • Such a device which is mainly used as a steam generator, is described in FR-A-1,023,114.
  • a steam generator which is mainly used as a steam generator.
  • several combustion chambers are arranged in parallel in a water boiler, on the one hand their prechambers equipped with aerodynamic non-return valves protrude into an air supply duct and on the other hand the ends of the exhaust pipes protrude into a gas discharge duct through which the boiler water supply line for the Preheating is performed. Steam escapes from the hottest part of the kettle. Any control option for pulsating combustion is lacking, as is a mixture formation zone, so that the quality of combustion is not particularly high.
  • the invention further relates, in accordance with FR-A-1,023,114, on the one hand to a firing device with the features mentioned at the outset, which additionally has a continuous fuel supply, the fuel being introduced under pressure via an inflow nozzle, and on the other hand to a firing device with the aforementioned items
  • a firing device with the features mentioned at the outset, which additionally has a continuous fuel supply, the fuel being introduced under pressure via an inflow nozzle
  • a firing device with the aforementioned items
  • DE-B-1 253 851 describes a firing device provided on a boiler, in which the fuel is fed directly into the combustion chamber via a piston pump, the pump frequency of which can be set. The air is supplied via check valves in several antechambers.
  • a coordination with the resonance frequency of the combustion chamber is to be achieved in order to keep the noise development as low as possible.
  • WO-A-84 02 762 describes an air check valve for a pulsation burner, which is provided with a prechamber.
  • An injection nozzle is arranged in the antechamber immediately before the cross-section of the antechamber is narrowed.
  • the mixture formation with the air entering around the injection nozzle thus begins in the prechamber, but is only continued in the combustion chamber due to the accelerating effect of the narrowed prechamber, the usual operating frequency of the combustion chamber ensuring complete, optimal mixing. closes. There is also no possibility of regulation.
  • AT-B-170 522 shows a pulsation burner with a discontinuous air supply via a check valve into a prechamber in which the mixture is formed with gaseous fuel. This is also sucked in through a nozzle in every vacuum phase, so that the fuel supply is not continuous. Vortex formers are provided in the prechamber to create vortex cushions that reduce the impact of pressure peaks on the check valve. One way of regulating this only There is no provision for a burner for an air heater working with gaseous fuel.
  • EP-PS 11457 Another example is shown in EP-PS 11457, according to which an embodiment made of prefabricated components, namely a base part and an exhaust gas chamber, a central part and a boiler in which the combustion chamber is inserted, and an upper part with an air and a gas compression chamber, whereby only gaseous fuel is used.
  • the combustion chamber is designed as an approximately spherical insert from which, at the location of the largest diameter, an exhaust gas connection pipe leads tangentially to an intermediate container, from which a plurality of coiled pipes guide the exhaust gases into the exhaust gas chamber.
  • a prechamber serves to form an air-gas mixture which is fed separately and has a flame holder.
  • a check valve arrangement with a plurality of plate valves is provided, each plate valve simultaneously blocking the air and gas supply.
  • a pressure regulating device is used in the gas supply line, which regulates the pressure in the gas compression chamber as a function of the pressure in the air compression chamber, so that essentially constant pressure conditions prevail.
  • the firing device according to US-A-4,449,484 is similarly constructed.
  • a prechamber in which the formation of the air / fuel mixture takes place, is separated from the combustion chamber by an orifice plate having a passage opening of smaller cross section. Separate supply lines for air and fuel, which are blocked by a common plate valve, open into the antechamber. With such a structure, only gaseous fuel can be used.
  • the entire furnace is designed as a boiler insert.
  • US-A-2,715,390 further describes a firing device, the combustion chamber of which is also inserted into a boiler.
  • a pre-chamber serves to form an air-fuel mixture, and a poppet valve closes the transfer opening from the pre-chamber into the combustion chamber.
  • This firing device also shows a prechamber which is separated from the combustion chamber by an orifice and in which a plate valve jointly blocks the separate feeds for air and gaseous fuel.
  • the invention has now set itself the task of adapting a firing device of the type mentioned at the outset, which is known to have a high degree of efficiency, specifically to conventional conventional space or central heating systems. Accordingly, low exhaust gas values which meet modern exhaust gas regulations are to be achieved, although not only conventional fuels, in particular heating oils, but also combustible waste materials, such as used oils from the automotive industry, and the like should be combustible. Furthermore, it is intended to replace both existing firing devices, such as oil firing systems, and at the new creation can be installed without changes to the components of the heating system being necessary. Another essential task is to maintain the usual control range of the heating system for these applications.
  • this object is now achieved in that the inflow nozzle for the fuel is arranged in the antechamber for use in a rough or central heating system, and in that in the transition area from the antechamber to the combustion chamber the cross-sectional area of the antechamber changes Element is provided which whirls the air / fuel mixture on its combustion chamber side.
  • the swirling of the fuel with the air before it is fed into the combustion zone of the combustion chamber optimizes the air-fuel mixture, and a simultaneous and uniform ignition in the combustion zone is achieved, which are the prerequisite for the excellent exhaust gas values mentioned later.
  • rough power regulation can be carried out by simply adjusting the oil pressure, the discontinuous air supply automatically adapting to the prevailing conditions via the air inlet valve arrangement.
  • the vortex-forming element can be formed by an aperture which narrows the cross-section of the antechamber and then widens it again, whereby it acts as a vortex-forming diffuser on the combustion chamber side.
  • the vortex-forming element can also be designed as a mere extension of the antechamber.
  • a venturi tube insert can also or additionally be provided as the swirl element. 6
  • the vortex element is arranged at a distance from the combustion chamber in the antechamber. This is preferably 10-20 mm from the bottom of the combustion chamber.
  • the performance control can be improved and refined by various other features. It can be provided that the distance of the swirl element or the additional screen to the combustion chamber floor is adjustable, and / or that the opening width of the swirl element is adjustable. Such a swirl element can be designed, for example, as a mechanically adjustable slip-cover.
  • a screen used as a swirl element also represents part of a flame holder, which contributes to the vaporization of liquid " fuels.
  • provision is made in particular for the fuel feed line to enter the prechamber axially and in the area of the swirl element This preferably results in an embodiment in which the inflow nozzle is designed to be adjustable between a front end position on the swirl element and a rear end position, which can be done mechanically, pneumatically or hydraulically.
  • the adjustable vortex element and / or the longitudinally displaceable inflow nozzle enable the mixture composition to be fine-tuned, so that an almost stoichiometric mixing ratio can be achieved for each power range, since the air passage annular gap between the vortex element and the inflow nozzle is changed, and the air requirement for the the amount of fuel required in each case, which depends on the nozzle size and the injection pressure, regulates itself.
  • a preferred adjustment range for the inlet nozzle lies between 10 and 20 mm in front of the vortex element. A much larger output range can thus be covered with one and the same burner.
  • the control range with adjustable inflow nozzle and adjustable swirl element is approximately three times the control range with non-adjustable parts.
  • the gases contained in the prechamber which are a mixture of fuel and air mixed with waste gas, are pre-compressed.
  • the layer closest to the combustion chamber mainly contains combustion products with still existing, unburned fuel and a small amount of air.
  • the next layer consists of a fuel-air mist in which the fuel is abundant.
  • the last layer consists of a fuel-air mixture in which there is only a small amount of fuel, i.e.
  • the fuel is entrained by the fresh air that shoots in at high speed and is introduced into the combustion chamber as a mixture of fuel and air at high speed. Due to the further diffuser effect of the combustion chamber, which is expanded compared to the prechamber, the input shooting fresh gas mixture and simultaneous pressure increase.
  • the fresh gas mixture is matched by the exhaust gas wave flowing back from the exhaust pipe.
  • the combustion products now not only shoot into the exhaust pipe, but also partially back into the prechamber, and the fuel particles which continue to flow in as well press into the antechamber. Only in the subsequent suction process does this mixture consisting of waste gas, fresh air and fuel get back into the
  • an inflow resistance is required, which in the past is represented by non-return valves, today usually by check valves. If the open valve area is too large, the firing device cannot be started or operated. If the open valve area is too small, not only is the output low, but also the control range.
  • the inflow resistance is not formed by the air inlet valves, but by the air passage area between the inflow nozzle and the swirl element.
  • the total opening cross section of the air inlet valves can thus be of any size. This enables an embodiment in which the air supply line has two mouth branches which open laterally into the prechamber at an axial distance, at least one mouth branch being lockable.
  • the controllability of the firing device can be further improved in that the rear end position of the axially adjustable inflow nozzle lies between the two branches of the air supply line. A stratified charge of the combustion chamber is also effected in this way, since the first and the last layer are more air-rich, the middle layer is more fuel-rich.
  • Non-return valves with V-shaped valve seats are particularly suitable as air inlet valves
  • V-shaped valve caps Only according to the passage cross-section between the vortex element and the inflow nozzle, they are only minimally stressed in the case of oversized dimensions, so that they are largely
  • 15 are wear-free.
  • they consist of. Spring steel sheet, glass or carbon fiber reinforced plastic.
  • valves At rest, the valves have a small gap, which is referred to as a pre-opening and preferably
  • a pre-opening at the tip of the valve flaps should be between 0.1 and 0.3 mm. The pre-opening serves for the fact that when starting a small blower (starting blower) air with little resistance
  • valve 25 can be passed through the pre-opened valves to ventilate the combustion chamber and let in fresh air.
  • the valves open to a gap of 2 to 4 mm during operation.
  • the overpressure in the combustion chamber keeps them tightly closed, they go when overpressure passes
  • valve flaps are flat leaflets which are relaxed in the pre-opening position and both in
  • the automatically variable opening of the V-valves is on 10 essential part of the infinitely variable controllability of the furnace.
  • the injection pressure and thus the amount of fuel is increased, the pressure fluctuations during combustion increase. The consequence of this is that a larger amount of air is sucked in during the intake time and the air speed has to increase, which can be handled without any problems owing to the oversized V-shaped valve flaps.
  • the infinitely variable controllability of the burner is created by changing the injection pressure, the fuel-air ratio being essentially stoichiometric over the entire control range.
  • check valve of the branch branch near the combustion chamber can have valve flaps with low bending strength in order to allow air-rich, then fuel-rich and finally air-rich mixture to flow into the combustion chamber.
  • the length of the antechamber should be about 1.5 to
  • the combustion chamber has a double jacket which encloses a compensating gap.
  • the inner jacket is thus only connected to the outer jacket on the combustion chamber base side, the combustion chamber base preferably being formed from two spaced-apart base plates, the inner of which forms a heat shield and the outer is connected to the carrier plate. This distance is preferably 8-10 mm. This also keeps the carrier plate relatively cool.
  • the heat shield forms an insertable, hot chamber with the inner jacket, which extends into the exhaust gas discharge device.
  • the compensating gap does not only create an expansion gap. zone is formed, but there are also those near the chamber
  • the inner jacket is made to glow and environmentally friendly exhaust gases with low CO values are achieved.
  • the hot heat shield also acts as an evaporator plate for the swirled fuel droplets and possibly forms part of the flame holder.
  • the compensation gap between the inner jacket and the outer jacket is preferably between 0.2 and 2 mm thick.
  • the gap should be so small that the inner jacket expands and the heat can be transferred to the heat exchange medium.
  • a gap that is too large would reduce the material service life on the one hand due to the excessive heating, and on the other hand the nitrogen oxide content of the exhaust gases would be unfavorably high, even though lower CO values would also result.
  • the gap is too small or there is no inner jacket, the combustion chamber remains too cool, which increases the CO values, while the nitrogen oxide content drops. Furthermore, this would lead to deposition 12 of coal and soot on the combustion chamber walls.
  • a favorable compromise is achieved in the specified gap range, ie low carbon monoxide and relatively low nitrogen oxide values with a high proportion of carbon dioxide, as can also be seen from the following measured value tables.
  • controllable fuel pressure and the automatically adjusted addition of air volume cause the adjustable swirl aperture, the adjustable position of the inflow nozzle and the hot combustion chamber over the entire control range of the firing device to produce a light blue, transparent flame and thus optimized combustion.
  • an embodiment in which the air supply line is divided into two branches provides that the branch branch of the air supply line near the combustion chamber opens at the narrowest point of the venturi tube insert of the antechamber, which is provided with through openings.
  • the exhaust gas temperature can be chosen to be as low as desired.
  • ⁇ m the meaning of as complete as possible exchange of the heat exchange region of the furnished ⁇ can Abgasabdies 2015 also have a length that is significantly greater than that length of the Aus ⁇ puffrohres which causes the periodic swing motion in the exhaust plume in the desired frequency. It is therefore preferably provided that a cross-sectional constricting diaphragm is inserted in the connecting pipe of the exhaust gas discharge device, which delimits the length of the pulsating exhaust gas column. Silencers, heat exchangers etc. of any type and size can be connected after this orifice without influencing the combustion processes.
  • the length of the pulsating exhaust gas column between the combustion chamber floor and the cross-sectional narrowing 13 aperture in the exhaust pipe or exhaust pipe preferably corresponds approximately to fifteen times the length of the prechamber.
  • Each muffler immersed in the heat exchange medium is preferably double-walled, the space 5 having a width of approximately 2 to 3 mm. This prevents condensation.
  • the combustion chamber has a cover plate on the end face opposite the combustion chamber floor, on which a vertebral body rises centrally, the connecting pipe being attached laterally, the vertebral body preferably being S-shaped.
  • This embodiment also increases the mixing of the gases contained in the combustion chamber.
  • the connecting pipes can open in a common intermediate container, whereby the possibility of shutting off a connecting pipe can also regulate the heat exchange surface of the firing device.
  • one of these connecting pipes ends as a lockable hot gas extraction line in the hottest zone of the combustion chamber and, contrary to the exhaust gas discharge device, leads it through the combustion chamber floor to the outside. This can be returned to the heat exchange tank and form an additional enlargement of the heat exchange surface, whereby it is again inserted, for example between two silencers, into the exhaust pipe.
  • a hot gas extraction line can, however, also be used for other purposes.
  • part of the hot gas extraction line forms a tubular heating element.
  • the tubular heating element can represent a room air heating element, but it could also be guided in helical windings and cooking zones form .
  • combustion chamber is arranged on the inside and the prechamber on the outside of a support plate which can be fastened to the heat exchange container, and the firing device forms a ready-to-install insert in the heat exchange container .
  • the firing device represents ⁇ a ⁇ urcn a prefabricated unit, which is inserted in the usual boiler or boiler in the case of a warm water heater, and in the oven, which may otherwise be heated with solid fuels, in the case of hot air heating.
  • the heat exchange medium could also be a suitable storage mass, such as concrete or light metal, so that the firing device is part of a storage heater.
  • the effect especially an improved power control '. It is therefore possible to equip the combustion chamber with several prechambers, which are optionally fed via separate fuel supply lines.
  • combustion device with a plurality of combustion chambers, the exhaust gas discharge devices of which lead into a common exhaust pipe.
  • a phase shift of the individual combustion chambers occurs automatically, so that a more uniform, lower noise development takes place.
  • the latter two versions allow a very large control range for the furnace.
  • the following tests were carried out with commercially available furnace heating oil, an orifice with a clear width of 26 mm was used in the prechamber as a vortex former and the fuel was continuously injected into the prechamber at a injection pressure of 18 bar via a 0.45 / 60 "nozzle The result was a burner output of approx. 26 kW.
  • the double-jacket combustion chamber with a gap width of 0.3 mm produced the most favorable exhaust gas values.
  • This combustion chamber was used for further experiments in which a vortex-forming diaphragm with a clear width of 28 mm and a combustion chamber floor clearance of 12 mm was used in the prechamber.
  • the tests were carried out once with 11 bar oil injection pressure (burner output approx. 14 kW) and on the other hand with 22 bar line injection pressure (burner output approx. 30 kW). The following measured values were obtained.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a first embodiment of a furnace device according to the invention
  • FIG. 2 shows a section through the prechamber according to line II-II of FIG. 3
  • FIG. 3 shows a partial longitudinal section through the prechamber according to FIG Line III-III of FIG. 2
  • FIG. 4 shows an illustration according to FIG. 3 of a variant of the prechamber
  • FIG. 5 shows a longitudinal section through a second embodiment
  • FIG. 6 shows a section along line VI-VI of FIG 5
  • FIG. 7 shows a representation according to FIG. 3 of a second variant of the prechamber
  • FIGS. 8 to 11 schematically illustrate the operational sequence in the phases of intake, compression, combustion and exhaust.
  • a heat exchange container 1 in the exemplary embodiments shown as a • boiler of a central heating system 4 filled with water 3, is cylindrical in shape and closed by an upper end plate.
  • the upper end plate serves as a carrier plate 2 for a firing device with a combustion chamber 5 for pulsating combustion, in particular liquid fuels.
  • the combustion chamber 5 is inserted into an opening in the carrier plate 2 and has a design
  • a prechamber 10 is also attached to the outside of the closure plate 25, which is essentially cylindrical and into which the fuel supply line 12, which can be blocked, for example, by means of a solenoid valve, and laterally the air supply line 11 provided with a check valve arrangement 30 open.
  • An intake muffler 14, a blower 15 and control devices and other auxiliary devices complement the combustion device according to the invention to form a construction and assembly unit.
  • the combustion chamber 5 is double-walled, the outer jacket 21 being fastened to the carrier plate 2 by means of the closure plate 25 and passing into the connecting pipe 8 (FIG. 1), while the inner jacket 22, leaving an air gap 23 of preferably 0.3 mm to the outer jacket 21 from the combustion chamber floor 19, extends over the conical end section 20 of the combustion chamber 5 into the connecting pipe 8 (FIGS. 1, 7 to 11).
  • the combustion chamber base 19 is also double-walled and has an inner heat shield 24 and the closure plate 25 on the outside. The heat shield 24 and the closure plate 25 thus delimit a bottom-side gap 48, which is preferably 10 mm, so that a "hot" inner chamber is formed, which is connected exclusively to the outer part via the screws 49.
  • the end of the pre-chamber 10 extends as far as the heat shield 24 through the closure plate 25 as part of a flame holder 26 at the same time an evaporator plate for the evaporation of the fuel mist, which is mixed and swirled in the region of the passage opening into the combustion chamber 5 together with the air by the diffuser action of a swirl element 27.
  • the vortex element 27 can be formed, for example, by an aperture inserted in the prechamber 10 (FIGS. 3, 4, 8-11), or it can consist of an extension 55 of the prechamber 10 according to FIG. 4, a venturi tube insert 35 is additionally assigned, and in the embodiment according to FIG. 7, an aperture 56 is inserted into the extension 55.
  • a spark plug 18 protrudes through the combustion chamber floor 19 (FIG. 3) for the initial ignition of the firing device.
  • the fuel supply line 12 axially entering the prechamber 10 ends in an inflow nozzle 29, through which liquid fuel, at a pressure preferably between 10 and 25 bar, for example heating oils, waste oils, etc., is sprayed continuously into the combustion chamber 5.
  • the inflow nozzle 29 is preferably axially adjustable, as shown in dashed lines, and its foremost position is just behind the swirl element 27, leaving an air passage gap 53.
  • the dimensioning of the air passage gap is also important for the power control of the firing device 53 is decisive, since in this way an almost stoichiometric air-fuel ratio for optimal combustion can be achieved.
  • the air passage gap 53 can now be changed by the aforementioned axial adjustment of the inflow nozzle 29, it can also be done by changing the opening width of the swirl element 27 if it is designed as a diaphragm.
  • 2 shows this schematically, in which the diaphragm is formed by two slides inserted in recesses 54 of the closure plate 25. point and overlap each other, so that the aperture opening formed from the two recesses changes when sliding.
  • the adjustment of the aperture 56 in the extension 55 of the prechamber 10 parallel to the fuel supply line 12 is schematic. indicated.
  • the air supply line 11 branches laterally from the housing 13 of the prechamber 10 and is inserted into the check valves 30. are. These have a total passage area that is larger than the cross-sectional area of the antechamber 10.
  • the check valves 30 are V-shaped, preferably slightly convex
  • Valve seats 31 are provided, on which flat valve flaps 32 are attached. Due to the oversized total cross-sectional area, the valve flaps 32 have a small opening angle, so that they are exposed to very low bending stresses.
  • the air supply line is divided into two outlet branches 16, 17, each with a check valve 30, each outlet branch 16, 17 being individually lockable by a flap 33, which further increases the controllability of the firing device .
  • the valve flaps 32 of the individual valves 30 preferably have different material properties, so that they have different bending strengths. It is therefore the valve 30 whose valve flaps 32 are softer, open earlier and the second only when more air is required.
  • the valve near the combustion chamber in the mouth branch 16 is provided with softer valve flaps 32, via which the shorter flow path also leads into the combustion chamber 5.
  • the valves 30 laid in the lateral branches are not directly exposed to the high temperatures in the combustion chamber 5, which can be up to 1200 ° C., the continuous supply of fuel through the inflow nozzle 29 also contributing to cooling.
  • Mouth branches 16, 17 are further arranged so that in the most retracted position of the inflow nozzle 29, this comes to rest between the two mouth branches 16, 17.
  • a stratified charge of the combustion chamber 5 is also achieved in this way, because during the intake process first a lower-fuel air-fuel mixture (air via the branch branch 16), then a more fuel-rich, and finally a lower-fuel air-fuel mixture (air via the branch branch 17).
  • FIG. 4 there is also a cross-sectional constriction of the antechamber 5 through a venturi tube insert 35 which has through openings 36 through which the air enters from the mouth branch 16.
  • the adjustability of the inflow nozzle 29 a further refined control possibility of the firing device, since its two end positions lie in front of or behind the Venturi tube.
  • Carrier plate 2 mounted firing device is in turn designed as a container insert.
  • the combustion chamber 5 of this embodiment is pot-shaped and is closed on its end opposite the combustion chamber base by a cover plate 40, from which an approximately S-shaped vertebral body 41 rises centrally (FIG. 6).
  • Two connecting pipes 42, 43 branch out of the combustion chamber 5 laterally tangential, which open together into a chamber 39, through which the length and frequency of the pulsating exhaust gas columns are limited.
  • the two connecting pipes 42, 43 branch off from the combustion chamber 5 at opposite heights, the connecting pipe closer to the antechamber 10 being lockable by means of a closure 44 which can be actuated from the outside. This also enables control of the firing device.
  • the second connecting pipe 43 can also be blocked.
  • the remaining structure of the firing device corresponds essentially to the firing device according to FIGS. 1 to 4 already described above. However, the possibility is also shown here that the prechamber 19 projects into the combustion chamber 5 and the swirl element 27 at the mouth of the Antechamber 10 is formed by this nozzle. The diffuser effect arises outside of the vortex element in the annular space towards the combustion chamber floor.
  • the exhaust gases cooled by the heat exchange with the heating medium of the room or central heating system do not require a chimney, so that the exhaust gas removal device 6 can be referred to as an exhaust system.
  • the exhaust gases which pass through one or more silencers 9 can additionally drive a generator via a turbine wheel, which generates the fuel pump, the solenoid valve in the fuel supply line 12 and the one required to start the combustion system
  • Air blowers required electricity generated so that it is independent of the supply of electrical energy for the auxiliary devices.
  • the electricity generated is stored in an accumulator, for example a motor vehicle battery.
  • connection pipe 50 which ends approximately in the hottest zone of the combustion chamber 5 and opposite to the main connection pipe 8 of the exhaust gas discharge device 6 through the combustion chamber floor 19 is led outside.
  • This connecting pipe 50 represents a hot gas extraction line which, for example, can form a tubular heating element as an air heating source or, as indicated schematically, a cooktop 52 as a spirally wound pipe.
  • the connecting pipe 50 can be blocked via a valve 51 and leads back into the exhaust pipe 7.
  • This hot gas extraction line can also be used to increase an exhaust gas temperature in the exhaust pipe 7 which may be too low.
  • FIG. 8-11 show schematically individual phases in the combustion process. 8 there is negative pressure in the combustion chamber 5, in the connecting pipe 8 and in the prechamber 10 (denoted by lines 46), so that air is sucked in to the constantly flowing fuel.
  • the vortex element 27 swirls the resulting mixture as mentioned, which is compressed according to FIG. 9 by the exhaust gas wave flowing back from the connecting pipe 8.
  • An overpressure (designated by crosses 47) builds up, the hot exhaust gases and the high temperature of the flame holder 26 causing the automatic ignition, which is shown in FIG. 10.
  • FIG. 11 shows the exhaust phase, in which the exhaust gases (arrows 45) are drawn off through the connecting pipe 8 and negative pressure is again generated in the combustion chamber 5 according to FIG. 8. Since fuel is sprayed continuously throughout the entire period, the finest atomization, evaporation and optimal mixing with the combustion air, which brings about the high combustion quality, becomes clear.

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  • Pressure-Spray And Ultrasonic-Wave- Spray Burners (AREA)

Abstract

Un récipient (1) d'échange de chaleur rempli de préférence d'eau, d'une installation de chauffage central ou individuel, est combiné avec un foyer muni d'une chambre de combustion (5) et utilisé pour la combustion pulsée de combustibles coulants, en particulier liquides. Ce foyer est monté sur une plaque de support fermant une ouverture du récipient (1). L'alimentation en air se fait de façon discontinue à travers des soupapes (30) et le combustible est injecté de façon continue et sous pression dans une chambre de précombustion (10) au moyen d'une buse (29) pouvant être déplacée axialement de façon que la pression d'injection et la position de la buse d'injection (29) constituent des variables essentielles. Un élément de turbulence est disposé dans la chambre de précombustion (10) près du fond de la chambre. Son ouverture est réglable et il sert à faire tourbillonner le mélange d'air combustible, ce qui donne une variable à régler supplémentaire. De préférence, la chambre de combustion (5) est pourvue de doubles parois, les doubles parois cylindriques renfermant un espace étroit permettant le transfert dechaleur et les parois du fond double étant séparées par un espace large isolant.A heat exchange vessel (1) preferably filled with water, of a central or individual heating installation, is combined with a hearth provided with a combustion chamber (5) and used for the pulsed combustion of fuels flowables, especially liquids. This hearth is mounted on a support plate closing an opening of the container (1). The air supply is discontinuous through valves (30) and the fuel is injected continuously and under pressure into a precombustion chamber (10) by means of a nozzle (29) which can be moved axially from so that the injection pressure and the position of the injection nozzle (29) constitute essential variables. A swirl element is disposed in the precombustion chamber (10) near the bottom of the chamber. Its opening is adjustable and it serves to swirl the combustible air mixture giving an additional variable to adjust. Preferably, the combustion chamber (5) is provided with double walls, the cylindrical double walls enclosing a narrow space allowing heat transfer and the double bottom walls being separated by a wide insulating space.

Description

•^euerungseinrichtung • ^ control device
Die Erfindung betrifft eine Feuerungseinrichtung für eine einen vorzugsweise wassergefüllten Wärme auseh- • behälter aufweisende Anlage, mit mindestens einer Brenn¬ kammer zur pulsierenden Verbrennung fließfähiger Brenn- stoffe, die mit einer Zündeinrichtung für die erstmalige Zündung des Brennstoffes versehen ist und die in eine Abgasabführeinrichtung übergeht, und mit Zufuhrleitungen für den Brennstoff, für die Lu t, wobei letzere eine am Eingang in eine Vorkammer ausgebildete Rückschlagventil- anordnung für eine diskontinuierliche Luftzufuhr auf¬ weist.The invention relates to a firing device for a system having a preferably water-filled heat container, with at least one combustion chamber for the pulsating combustion of flowable fuels, which is provided with an ignition device for the first ignition of the fuel and which passes into an exhaust gas discharge device , and with supply lines for the fuel, for the air, the latter having a check valve arrangement formed at the entrance to a prechamber for a discontinuous air supply.
Eine derartige Einrichtung, die vor allem als Dampfer¬ zeuger verwendet wird, beschreibt ,die FR-A-1,023,114. Dort sind mehrere Brennk.ammern parallel in einem Wasser- kessel angeordnet, wobei einerseits deren mit aerodyna¬ mischen Rückstromsperren bestückte Vorkammern in einen Luftzufuhrkanal und andererseits die Enden der Auspuff¬ rohre in einen Gasabführkanal ragen, durch den di'e Kessel¬ wasserzufuhrleitung für die Vorwärmung geführt ist. An der heißesten Stelle des Wasserkessels tritt Dampf aus. Jegliche Steuerungsmöglichkeit der pulsierenden Ver¬ brennung fehlt ebenso wie eine Gemischbildungszone, sodaß die Verbrennungsgüte nicht besonders hoch ist.Such a device, which is mainly used as a steam generator, is described in FR-A-1,023,114. There, several combustion chambers are arranged in parallel in a water boiler, on the one hand their prechambers equipped with aerodynamic non-return valves protrude into an air supply duct and on the other hand the ends of the exhaust pipes protrude into a gas discharge duct through which the boiler water supply line for the Preheating is performed. Steam escapes from the hottest part of the kettle. Any control option for pulsating combustion is lacking, as is a mixture formation zone, so that the quality of combustion is not particularly high.
Die Erfindung betrifft weiters entsprechend der FR-A- 1,023,114 einerseits eine Feuerungseinrichtυng mit den eingangs erwähnten Merkmalen, die zusätzlich eine kontinuierliche Brennstoffzufuhr aufweist, wobei der Brennstoff unter Druck über eine Einströmdüse einge¬ bracht wird, sowie andererseits eine Feuerungseinrich- tung mit den eingangs erwähnten Merkmalen, die speziell zur pulsierenden Verbrennung flüssigen Brennstoffs vor¬ gesehen ist, und deren Brennkammer so in eine Öffnung des wassergefüllten Wärmetauschbehälters eingesetzt ist, daß sie zusammen mit einem Teil der Abgasabführungsein- richtung von Wasser umgeben ist, während die Vorkammer außerhalb des Wärmetauschbehälters liegt.The invention further relates, in accordance with FR-A-1,023,114, on the one hand to a firing device with the features mentioned at the outset, which additionally has a continuous fuel supply, the fuel being introduced under pressure via an inflow nozzle, and on the other hand to a firing device with the aforementioned items Features that are provided specifically for pulsating combustion of liquid fuel and whose combustion chamber is inserted into an opening in the water-filled heat exchange container in such a way that it is surrounded by water together with part of the exhaust gas removal device, while the prechamber is outside the heat exchanger tank.
Für Raumheizungen bzw. Zentralheizungen wurde bisher das Prinzip der pulsierenden Verbrennung nur wenig verwendet, da hinsichtlich der Leistungsregelung, der Geräuschent- Wicklung und der Verbrennungsgüte Probleme bestehen.So far, the principle of pulsating combustion has only been used little for room heating or central heating, since there are problems with regard to the power control, the noise development and the combustion quality.
Aus der DE-B-1 253 851 ist eine an einem Heizkessel vor¬ gesehene Feuerungseinrichtung beschrieben, bei der die Brennstoffzufuhr direkt in die Brennkammer über eine Kolbenpumpe erfolgt, deren Pumpfrequenz einstellbar ist. Die Luftzufuhr erfolgt über Rückschlagventile in mehrere Vorkammern. Hier soll durch Veränderung der Brennstoff¬ zufuhrfrequenz eine Abstimmung mit der Resonanzfrequenz der Brennkammer erreicht werden, um die Geräuschent¬ wicklung möglichst nieder zu halten.DE-B-1 253 851 describes a firing device provided on a boiler, in which the fuel is fed directly into the combustion chamber via a piston pump, the pump frequency of which can be set. The air is supplied via check valves in several antechambers. Here, by changing the fuel supply frequency, a coordination with the resonance frequency of the combustion chamber is to be achieved in order to keep the noise development as low as possible.
Die WO-A-84 02 762 beschreibt ein Luft-Rückschlagventil für einen Pulsationsbrenner, der mit einer Vorkammer versehen ist. In der Vorkammer ist eine Einspritzdüse unmittelbar vor einer Querschnittsverengung der Vorkammer angeordnet. Die Gemischbildung mit der rings um die Ein- spritzdüse eintretenden Luft beginnt somit bereits in der Vorkammer, sie wird jedoch durch die beschleunigende Wirkung der verengten Vorkammer erst in der Brennkammer fortgesetzt, wobei die übliche Arbeitsfrequenz der Brenn¬ kammer eine vollständige, optimale Durchmischung aus- schließt. Eine Regelungsmöglichkeit ist ebenfalls nicht vorhanden.WO-A-84 02 762 describes an air check valve for a pulsation burner, which is provided with a prechamber. An injection nozzle is arranged in the antechamber immediately before the cross-section of the antechamber is narrowed. The mixture formation with the air entering around the injection nozzle thus begins in the prechamber, but is only continued in the combustion chamber due to the accelerating effect of the narrowed prechamber, the usual operating frequency of the combustion chamber ensuring complete, optimal mixing. closes. There is also no possibility of regulation.
Die AT-B-170 522 zeigt einen Pulsationsbrenner mit dis¬ kontinuierlicher Luftzufuhr über ein Rückschlagventil in eine Vorkammer, in der die Gemischbildung mit gasförmigem Brennstoff erfolgt. Dieser wird ebenfalls über eine Düse in jeder Unterdruckphase angesaugt, sodaß die Brennstoff¬ zufuhr nicht kontinuierlich ist. In der Vorkammer sind Wirbelbildner vorgesehen, um Wirbelpolster zu erzeugen, die die Auswirkung von Druckspitzen auf das Rückschlag- ventil verringern. Eine Regelungsmöglichkeit dieses nur it gasförmigem Brennstoff arbeitenden Brenners für ein Luftheizgerät ist nicht vorgesehen.AT-B-170 522 shows a pulsation burner with a discontinuous air supply via a check valve into a prechamber in which the mixture is formed with gaseous fuel. This is also sucked in through a nozzle in every vacuum phase, so that the fuel supply is not continuous. Vortex formers are provided in the prechamber to create vortex cushions that reduce the impact of pressure peaks on the check valve. One way of regulating this only There is no provision for a burner for an air heater working with gaseous fuel.
Ein weiteres Beispiel zeigt die EP-PS 11457, gemäß der eine Ausführung aus vorgefertigten Bauteilen nämlich aus einem Sockelteil und einer Abgaskammer, aus einem Mittelteil und einem Heizkessel, in den die Brenn¬ kammer eingesetzt ist, und aus einem Oberteil mit einer Luft- und einer Gasverdichtungskammer zusammengesetzt ist, wobei ausschließlich gasförmiger Brennstoff Ver- wendung findet. Die Brennk-ammer ist als annähernd kugel¬ förmiger Einsatz ausgebildet, aus dem an der Stelle des größten Durchmessers tangential ein Abgasanschlußrohr zu einem Zwischenbehälter führt, von dem aus mehrere gewendelte Rohre die Abgase in die Abgaskammer leiten. Eine Vork-ammer dient zur Bildung eines Luft-Gasgemisches, das getrennt zugeführt wird und weist einen Flammhalter auf. Eine Rückschlagventilanordnung .mit mehreren Teller¬ ventilen ist vorgesehen, wobei jedes Tellerventil gleichzeitig die Luft- und die Gaszufuhr sperrt. In die Gaszuführleitung ist eine Druckregeleinrichtung eingesetzt, die abhängig vom Druck in der Luftverdich¬ tungskammer den Druck in der Gasverdichtungskammer regelt, sodaß im wesentlichen konstante Druckverhält¬ nisse herrschen.Another example is shown in EP-PS 11457, according to which an embodiment made of prefabricated components, namely a base part and an exhaust gas chamber, a central part and a boiler in which the combustion chamber is inserted, and an upper part with an air and a gas compression chamber, whereby only gaseous fuel is used. The combustion chamber is designed as an approximately spherical insert from which, at the location of the largest diameter, an exhaust gas connection pipe leads tangentially to an intermediate container, from which a plurality of coiled pipes guide the exhaust gases into the exhaust gas chamber. A prechamber serves to form an air-gas mixture which is fed separately and has a flame holder. A check valve arrangement with a plurality of plate valves is provided, each plate valve simultaneously blocking the air and gas supply. A pressure regulating device is used in the gas supply line, which regulates the pressure in the gas compression chamber as a function of the pressure in the air compression chamber, so that essentially constant pressure conditions prevail.
Auch die Feuerungseinrichtung nach der uS-A-4,449,484 ist ähnlich aufgebaut. Von der Brennkammer ist eine Vorkammer, in derdie Bildung des Luft-Brennstoffge- misches stattfindet, durch eine eine Durchtrittsöffnung geringeren Querschnitts aufweisende Blende abgeteilt. In die Vorkammer münden getrennte Zufuhrleitungen für Luft und Brennstoff, die von einem gemeinsamen Teller¬ ventil gesperrt werden. Bei einem derartigen Aufbau kann nur gasförmiger Brennstoff verwendet werden. Dabei ist die gesamte Feuerungseinrichtung als Kesseleinsatz ausgebildet. Die US-A-2,715,390 beschreibt weiters eine Feuerungs¬ einrichtung, deren Brennk-ammer ebenfalls in einen Heiz¬ kessel eingesetzt ist. Eine Vorkammer dient der Bildung eines Luft-Brennstoffgemisches, und ein Tellerventil sperrt die Übertrittsöffnung von der Vorkammer in die Brennkammer.The firing device according to US-A-4,449,484 is similarly constructed. A prechamber, in which the formation of the air / fuel mixture takes place, is separated from the combustion chamber by an orifice plate having a passage opening of smaller cross section. Separate supply lines for air and fuel, which are blocked by a common plate valve, open into the antechamber. With such a structure, only gaseous fuel can be used. The entire furnace is designed as a boiler insert. US-A-2,715,390 further describes a firing device, the combustion chamber of which is also inserted into a boiler. A pre-chamber serves to form an air-fuel mixture, and a poppet valve closes the transfer opening from the pre-chamber into the combustion chamber.
Keine dieser Feuerungseinrichtungen ist entsprechend den Erfordernissen einer Zentral- oder Raumheizung in der Leistung regelbar, obwohl auch hiezu schon Vorschläge bekannt geworden sind. So kann bei einer Einrichtung gemäß US-A-2,609,660, die eine Rückschiagventilanordnung am Übergang von der für die Gemischbildung vorgesehenen Vorkammer in die Brennkammer zeigt, durch einen Dreh¬ schieber der Querschnitt der Durchtrittsöffnung verändert werden. Eine andere Art der Regelung zeigt die JP-A-None of these firing devices can be regulated in terms of output according to the requirements of central or space heating, although suggestions have already been made for this. Thus, in a device according to US-A-2,609,660, which shows a check valve arrangement at the transition from the pre-chamber provided for the mixture formation into the combustion chamber, the cross section of the passage opening can be changed by means of a rotary valve. Another type of regulation is shown in JP-A-
5895105, gemäß der in einer Erweiterung des Abgasrohres ein konischer Staukörper angeordnet ist, der über einen Hebel in das Abgasrohr wählbar weit einschiebbar ist und so den Querschnitt des Abgasrohres und damit die Schwingungsfrequenz verändert. Auch diese Feuerungsein¬ richtung zeigt eine Vorkammer, die durch eine Blende von der Brennkammer abgeteilt ist, und in der ein Teller¬ ventil die getrennten Zuführungen für Luft und gas¬ förmigen Brennstoff gemeinsam sperrt.5895105, according to which a conical bluff body is arranged in an extension of the exhaust pipe, which can be inserted into the exhaust pipe by means of a lever and thus changes the cross section of the exhaust pipe and thus the oscillation frequency. This firing device also shows a prechamber which is separated from the combustion chamber by an orifice and in which a plate valve jointly blocks the separate feeds for air and gaseous fuel.
Die Erfindung hat es sich nun zur Aufgabe gestellt, eine Feuerungseinrichtung der eingangs genannten Art, die bekanntlich einen hohen Wirkungsgrad aufweist, speziell an Raum- öder Zentralheizungsanlagen herkömm¬ licher Bauart anzupassen. Es sollen dementsprechend auch modernen Abgasvorschriften gerecht werdende niedere Abgaswerte erzeilt werden, obwohl nicht nur übliche Brennstoffe, insbesondere Heizöle, sondern auch brenn¬ bare Abfallmaterialien, wie Altöle aus dem Kraftfahr¬ zeugwesen, und ähnliches verbrennbar sein sollen. Weiters soll sie sowohl bestehende Feuerungseinrich¬ tungen, etwa Ölfeuerungsanlagen ersetzen, als auch bei der Neuerstellung einbaubar sein, ohne daß Änderungen an den Bauteilen der Heizungsanlage erforderlich werden. Dabei liegt eine wesentliche weitere Aufgabe darin, bei diesen Anwendungszwecken den üblichen Regelbereich der Heizungsanlage beizubehalten.The invention has now set itself the task of adapting a firing device of the type mentioned at the outset, which is known to have a high degree of efficiency, specifically to conventional conventional space or central heating systems. Accordingly, low exhaust gas values which meet modern exhaust gas regulations are to be achieved, although not only conventional fuels, in particular heating oils, but also combustible waste materials, such as used oils from the automotive industry, and the like should be combustible. Furthermore, it is intended to replace both existing firing devices, such as oil firing systems, and at the new creation can be installed without changes to the components of the heating system being necessary. Another essential task is to maintain the usual control range of the heating system for these applications.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nun dadurch gelöst, daß zur Verwendung in einer Rau- oder Zentralheizungs¬ anlage die Einströmdüse für den Brennstoff in der Vor¬ kammer angeordnet ist, und daß im Übertrittsbereich von der Vorkammer in die Brennkammer ein die Querschnitts¬ fläche der Vorkammer änderndes Element vorgesehen ist, das an seiner Brennkammerseite das Luft-Brennstoffge¬ misch durchwirbelt.According to the invention, this object is now achieved in that the inflow nozzle for the fuel is arranged in the antechamber for use in a rough or central heating system, and in that in the transition area from the antechamber to the combustion chamber the cross-sectional area of the antechamber changes Element is provided which whirls the air / fuel mixture on its combustion chamber side.
Durch die Vrwirbelung des Brennstoffs mit der Luft vor dessen Zuführung in die Brennzone der Brennkammer wird die Luft-Brennstoffmischung optimiert, und eine gleich¬ zeitige und gleichmäßige Durchzündung in der Brennzone erreicht, die die Voraussetzung für die später ange¬ führten ausgezeichneten Abgaswerte sind. Durch die vor- zugsweise kontinuierliche Brennstoffzuführung über die Einspritzdüse kann eine grobe Leistungsregelung durch bloße Verstellung des Öldruckes erfolgen, wobei sich die diskontinuierliche Luftzufuhr über die Lufteintritts- ventilanordnung selbsttätig an die gegebenen Verhält- nisse anpaßt. Das wirbelbildende Element kann durch eine Blende gebildet sein, die den- Querschnitt der Vorkammer verengt und anschließend wieder erweitert, wobei sie brennkammerseitig als wirbelbildender Diffusor wirkt. Das wirbelbildende Element kann auch als bloße Erweiterung der Vorkammer ausgebildet sein. Es ist weiters möglich, in dieser Erweiterung eine Blende zusätzlich einzusetzen, wodurch die Wirbelwirkung ver¬ stärkt wird. In ähnlicher Weise kann als Wirbelelement auch oder zusätzlich ein Venturirohreinsatz vorgesehen sein. 6 In bevorzugter Ausführung ist vorgesehen, daß das Wirbel¬ element mit Abstand zur Brennkammer in der Vorkammer an¬ geordnet ist. Dieser beträgt bevorzugt 10 - 20 mm vom Brennkammerboden. Hier hat sich die Ausbildung eines besonders gut aufbereiteten homogenen Gemisches erwiesen.The swirling of the fuel with the air before it is fed into the combustion zone of the combustion chamber optimizes the air-fuel mixture, and a simultaneous and uniform ignition in the combustion zone is achieved, which are the prerequisite for the excellent exhaust gas values mentioned later. Due to the preferably continuous fuel supply via the injection nozzle, rough power regulation can be carried out by simply adjusting the oil pressure, the discontinuous air supply automatically adapting to the prevailing conditions via the air inlet valve arrangement. The vortex-forming element can be formed by an aperture which narrows the cross-section of the antechamber and then widens it again, whereby it acts as a vortex-forming diffuser on the combustion chamber side. The vortex-forming element can also be designed as a mere extension of the antechamber. It is also possible to additionally use an aperture in this extension, as a result of which the vortex effect is increased. Similarly, a venturi tube insert can also or additionally be provided as the swirl element. 6 In a preferred embodiment it is provided that the vortex element is arranged at a distance from the combustion chamber in the antechamber. This is preferably 10-20 mm from the bottom of the combustion chamber. Here the formation of a particularly well-prepared homogeneous mixture has proven.
Die Leistungsregelung kann durch verschiedene weitere Merkmale verbessert und verfeinert werden. Es kann vor¬ gesehen sein, daß der Abstand des Wirbelelementes oder der zusätzlichen Blende zum Brennkammerboden einstell- bar ist, und/oder, daß die Öffnungsweite des Wirbel¬ elements verstellbar ist. Ein derartiges Wirbelelement kann beispielsweise als mechanisch verstellbare Schuber¬ blende ausgebildet sein.The performance control can be improved and refined by various other features. It can be provided that the distance of the swirl element or the additional screen to the combustion chamber floor is adjustable, and / or that the opening width of the swirl element is adjustable. Such a swirl element can be designed, for example, as a mechanically adjustable slip-cover.
Eine als Wirbelelement eingesetzte Blende stellt auch einen Teil eines Flammhalters dar, der zur Verdampfung flüssiger"Brennstoffe beiträgt. Für die kontinuierliche Brennstof Zuführung in die Vorkammer ist insbesondere vorgesehen, daß die Brennstoffzuführleitung axial in die Vorkammer eintritt und im Bereich des Wirbelele en- tes die Einströmdüse vorgesehen ist. Daraus ergibt sich bevorzugt eine Ausführung, in der die Einströmdüse zwischen einer vorderen Endstellung am Wirbelelement und einer hinteren Endstellung verstellbar ausgebildet ist. Dies kann mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch er- folgen.A screen used as a swirl element also represents part of a flame holder, which contributes to the vaporization of liquid " fuels. For the continuous supply of fuel to the prechamber, provision is made in particular for the fuel feed line to enter the prechamber axially and in the area of the swirl element This preferably results in an embodiment in which the inflow nozzle is designed to be adjustable between a front end position on the swirl element and a rear end position, which can be done mechanically, pneumatically or hydraulically.
Das verstellbare Wirbelelement und/oder die längsver¬ schiebbare Einströmdüse ermöglichen die Feineinstellung der Gemischzusammensetzung, sodaß für jeden Leistungs¬ bereich ein nahezu stöchiometrisches Mischungsverhältnis erzielt werden kann, da der Luftdurchtrittsringspalt zwischen dem Wirbelelement und der Einströmdüse ver.ändert wird, und der Luftbedarf für die jeweils benötigte Brenn- stoffmenge, der von der Düsengröße und vom Einspritz¬ druck abhängt, sich selbsttätig regelt. Ein bevorzugter Verstellbereich für die Einströmdüse liegt zwischen 10 und 20 mm vor dem Wirbelelement. Mit ein und demselben Brenner kann somit ein weit größerer Leistungsbereich überdeckt werden. Der Regelbereich bei verstellbarer Einströmdüse und verstellbarem Wirbel- element ist etwa ein Dreifaches des Regelbereiches bei nicht verstellbaren Teilen.The adjustable vortex element and / or the longitudinally displaceable inflow nozzle enable the mixture composition to be fine-tuned, so that an almost stoichiometric mixing ratio can be achieved for each power range, since the air passage annular gap between the vortex element and the inflow nozzle is changed, and the air requirement for the the amount of fuel required in each case, which depends on the nozzle size and the injection pressure, regulates itself. A preferred adjustment range for the inlet nozzle lies between 10 and 20 mm in front of the vortex element. A much larger output range can thus be covered with one and the same burner. The control range with adjustable inflow nozzle and adjustable swirl element is approximately three times the control range with non-adjustable parts.
Die bei der Verbrennung entstehenden Gase schießen einerseits in ein an die Brennkammer angesetztes An¬ schlußrohr der Abgasabführeinri'chtung und drücken andererseits auch in die Vorkammer. Durch den Druckan¬ stieg schließen sie die Lufteintrittsventile dicht ab, die durch die eigene Federkraft im wesentlichen bereits geschlossen sind. Die in der Vorkammer enthaltenen Gase, die ein mit Altgasteilchen vermischtes Brennstoffluft- gemisch darstellen, werden dadurch vorverdichtet. Dabei enthält die brennkammernächste Schicht hauptsächlich Verbrennungsprodukte mit noch vorhandenem, nicht ver¬ brannten Brennstoff und geringem Luftanteil. Die nächste Schicht besteht aus einem Brennstoff-Luftnebel, in dem der Brennstoff überreich vorhanden ist. Die letzte Schicht besteht aus einem Brennstoff-Luftgemisch, in dem Brennstoff nur mehr geringfügig vorhanden ist, also aus einem sogenannten Magergemisch. Diese unterschied¬ lichen Schichten werden beim nächsten Ansaugvorgang in die Brennkammer eingebracht, wobei die einschießende Gemischsäule am Wirbelelement durch dessen Diffusor- wirkung extrem verwirbelt wird. Dabei hat sich ein gewisser Anteil an Altgas am einschießenden Gemisch als günstig für die Senkung des Stickoxidanteils in den Verbrennungsgasen erwiesen.The gases produced during the combustion fire on the one hand in an attached to the combustor bypass tube An¬ the Abgasabführeinri 'rect and press the other hand, also in the pre-chamber. Due to the increase in pressure, they close off the air inlet valves, which are essentially already closed by their own spring force. The gases contained in the prechamber, which are a mixture of fuel and air mixed with waste gas, are pre-compressed. The layer closest to the combustion chamber mainly contains combustion products with still existing, unburned fuel and a small amount of air. The next layer consists of a fuel-air mist in which the fuel is abundant. The last layer consists of a fuel-air mixture in which there is only a small amount of fuel, i.e. a so-called lean mixture. These different layers are introduced into the combustion chamber during the next suction process, the shooting-in mixture column on the swirl element being extremely swirled by its diffuser effect. A certain proportion of waste gas in the incoming mixture has proven to be beneficial for reducing the nitrogen oxide content in the combustion gases.
Während des Ansaugvorganges wird der Brennstoff von der mit hoher Geschwindigkeit einschießenden Frischluft mit¬ gerissen und als Brennstoffluftgemisch mit hoher Ge¬ schwindigkeit in die Brennkammer eingebracht. Durch die weitere Diffusorwirkung der gegenüber der Vorkammer er¬ weiterten Brennkammer tritt eine Verlangsamung des ein- schießenden Frischgasgemisches und gleichzeitige Druck¬ erhöhung auf. Dabei kommt dem Frischgasgemisch die aus dem Auspuffrohr rückfließende Abgaswelle entgegen. Beim darauffolgenden detonationsartigen Verbrennungsvorgang, der durch eine praktisch gleichzeitige Zündung des gesamten Brennkammerinhalts bewirkt wird, und der damit verbundenen schlagartigen Druckerhöhung schießen die Verbrennungsprodukte nun nicht nur in das Auspuffrohr, sondern auch teilweise in die Vorkammer zurück, wobei sie die weiterhin einströmenden Brennstoffteilchen eben¬ falls in die Vorkammer drücken. Erst beim darauffolgen¬ den Ansaugvorgang gelangt dann dieses Gemisch bestehend aus Altgas, Frischluft und Treibstoff wieder in dieDuring the intake process, the fuel is entrained by the fresh air that shoots in at high speed and is introduced into the combustion chamber as a mixture of fuel and air at high speed. Due to the further diffuser effect of the combustion chamber, which is expanded compared to the prechamber, the input shooting fresh gas mixture and simultaneous pressure increase. The fresh gas mixture is matched by the exhaust gas wave flowing back from the exhaust pipe. In the subsequent detonation-like combustion process, which is brought about by a practically simultaneous ignition of the entire combustion chamber contents, and the sudden pressure increase associated therewith, the combustion products now not only shoot into the exhaust pipe, but also partially back into the prechamber, and the fuel particles which continue to flow in as well press into the antechamber. Only in the subsequent suction process does this mixture consisting of waste gas, fresh air and fuel get back into the
Brennkammer ein. Dadurch ergibt sich eine stetige Ein- nebelung des Brennstoffes, also eine weitere Voraus¬ setzung für eine Gemischoptimierung trotz unterbrochener, dem Arbeitsrhythmus des Gerätes (beispielsweise 50 Hz) ent¬ sprechenderEinbringung des Brennstoffgemisches in der Brennkammer.Combustion chamber. This results in a constant fogging of the fuel, that is a further requirement for a mixture optimization in spite of an intermittent introduction of the fuel mixture into the combustion chamber, which corresponds to the working rhythm of the device (for example 50 Hz).
Für den Betrieb einer Brennkammer mit pulsierender Ver¬ brennung ist ein Einströmwiderstand erforderlich, der früher durch Rückströmsperren, heute üblicherweise durch Rückschlagventile dargestellt wird. Ist die offene Ventilfläche zu groß bemessen, läßt sich die Feuerungs- einrichtung weder starten noch betreiben, ist die offene Ventilfläche zu klein, so ist nicht nur die Leistung gering, sondern auch der Regelbereich. Bei der erfindungs¬ gemäßen Feuerungseinrichtung wird der Einströmwiderstand nicht durch die Lufteintrittsventile, sondern durch die Luftdurchtrittsfläche zwischen der Einströmdüse und dem Wirbelelement gebildet. Somit kann der Gesamtöffnungs- qüerschnitt der Lufteintrittsventile beliebig groß sein. Dadurch ist eine Ausführung möglich, bei der die Luft¬ zuführleitung zwei Mündungsäste aufweist, die seitlich mit axialem Abstand in die Vorkammer münden, wobei zu¬ mindest ein Mündungsast sperrbar ist. 9 Die Regelbarkeit der Feuerungseinrichtung kann dabei noch dadurch verbessert werden, daß die hintere Endstellung der axial verstellbaren Einströmdüse zwischen den beiden Mündungsästen der Luftzuführleitung liegt. So wird auch 5 eine Schichtladung der Brennkammer bewirkt, da die erste und die letzte Schicht luftreicher, die mittlere Schicht brennstoffreicher ist.For the operation of a combustion chamber with pulsating combustion, an inflow resistance is required, which in the past is represented by non-return valves, today usually by check valves. If the open valve area is too large, the firing device cannot be started or operated. If the open valve area is too small, not only is the output low, but also the control range. In the firing device according to the invention, the inflow resistance is not formed by the air inlet valves, but by the air passage area between the inflow nozzle and the swirl element. The total opening cross section of the air inlet valves can thus be of any size. This enables an embodiment in which the air supply line has two mouth branches which open laterally into the prechamber at an axial distance, at least one mouth branch being lockable. 9 The controllability of the firing device can be further improved in that the rear end position of the axially adjustable inflow nozzle lies between the two branches of the air supply line. A stratified charge of the combustion chamber is also effected in this way, since the first and the last layer are more air-rich, the middle layer is more fuel-rich.
Als Lufteintrittsventile eigenen sich vor allem Rück¬ schlagventile mit V-förmig ausgebildeten Ventilsitzen, dieNon-return valves with V-shaped valve seats are particularly suitable as air inlet valves
10 mit einem Paar von Ventilklappen belegt sind. Da die10 are occupied with a pair of valve flaps. Since the
V-förmig angebrachten Ventilklkappen nur dem Durchtritts¬ querschnitt zwischen dem Wirbelelement und der Einström¬ düse entsprechend öffnen, werden sie bei übergroßer Bemessung nur minimal beansprucht, sodaß sie weitgehendOpen the V-shaped valve caps only according to the passage cross-section between the vortex element and the inflow nozzle, they are only minimally stressed in the case of oversized dimensions, so that they are largely
15 verschleißfrei sind. Sie bestehen beispielsweise aus . Federstahlblech, glas- oder kohlenstoffaserverstärktem Kunststoff.-15 are wear-free. For example, they consist of. Spring steel sheet, glass or carbon fiber reinforced plastic.
Die Ventile haben im Ruhestand einen geringen Spalt, der als Voröffnung bezeichnet wird und vorzugsweiseAt rest, the valves have a small gap, which is referred to as a pre-opening and preferably
20 durch eine geringfügige konvexe Krümmung des Ventilsitzes erreicht wird. Eine Voröffnung soll an der Spitze der Ventilklappen zwischen 0,1 und 0,3 mm betragen. Die Vor¬ öffnung dient dazu, daß beim Start von einem kleinen Gebläse (Startgebläse) Luft mit geringem Widerstand20 is achieved by a slight convex curvature of the valve seat. A pre-opening at the tip of the valve flaps should be between 0.1 and 0.3 mm. The pre-opening serves for the fact that when starting a small blower (starting blower) air with little resistance
25 durch die vorgeöffneten Ventile geführt werden kann, um die Brennkammer zu lüften und Startfrischluft einzulassen. Die Ventile öffnen während des Betriebes auf 2 bis 4 mm Spaltbreite. Der Überdruck in der Brennkammer hält sie dicht geschlossen, sie gehen beim Übergang von Überdruck25 can be passed through the pre-opened valves to ventilate the combustion chamber and let in fresh air. The valves open to a gap of 2 to 4 mm during operation. The overpressure in the combustion chamber keeps them tightly closed, they go when overpressure passes
30 auf Unterdruck in die Voröffnungsstellung und werden durch die angesaugte Frischluft auf den erforderlichen Durchtrittsquerschnitt geöffnet. Bei gebogenen Ventil¬ sitzen sind die Ventilklappen ebene Blättchen, die in der Voröffnungsstellung entspannt sind, und sowohl in30 to negative pressure in the pre-opening position and are opened to the required passage cross-section by the fresh air drawn in. In the case of curved valve seats, the valve flaps are flat leaflets which are relaxed in the pre-opening position and both in
35 Schließ- als auch in Offenstellung gespannt sind. Die selbsttätig variable Öffnung der V-Ventile ist ein 10 wesentlicher Bestandteil der stufenlosen Regelbarkeit der Feuerungseinrichtung.35 closed as well as open position. The automatically variable opening of the V-valves is on 10 essential part of the infinitely variable controllability of the furnace.
Wird der Einspritzdruck und damit die Menge des Brenn¬ stoffes erhöht, nehmen die Druckschwankungen bei der Verbrennung zu. Dies hat zur Folge, daß in der Ansaug¬ zeit eine größere Menge Luft angesaugt wird, und die Luftgeschwindigkeit zunehmen muß, was-auf Grund der überdimensionierten V-förmigen Ventilklappen problemlos bewältigt wird. Wie erwähnt entsteht die stufenlose Regelbarkeit des Brenners durch Veränderung des Ein¬ spritzdruckes, wobei das Brennstoff-Luftverhältnis über den ganzen Regelbereich im wesentlichen stöchio- metrisch ist.If the injection pressure and thus the amount of fuel is increased, the pressure fluctuations during combustion increase. The consequence of this is that a larger amount of air is sucked in during the intake time and the air speed has to increase, which can be handled without any problems owing to the oversized V-shaped valve flaps. As mentioned, the infinitely variable controllability of the burner is created by changing the injection pressure, the fuel-air ratio being essentially stoichiometric over the entire control range.
Weiters erweist es sich als günstig, wenn die Ventil- klappender Rückschlagventile aus unterschiedlichemFurthermore, it proves to be advantageous if the valve flap check valves made of different
Material bestehen, wobei das Rückschlagventil des brenn¬ kammernahen Mündungsastes Ventilklappen mit geringer Biegefestigkeit aufweisen kann, um zuerst luftreiches, dann brennstoffreiches und schließlich wieder luft- reiche.s Gemisch in die Brennkammer einströmen zu lassen.Material exist, wherein the check valve of the branch branch near the combustion chamber can have valve flaps with low bending strength in order to allow air-rich, then fuel-rich and finally air-rich mixture to flow into the combustion chamber.
In der Praxis hat es sich gezeigt, daß bestimmte Ma߬ verhältnisse besonders günstig sind. So ist bei der Brennk.ammer ein Verhältnis von Durchmesser zu Länge von 1 : 1,5 bis 1 : 2,5, vorzugsweise von 1 : 2 vorteilhaft. Die Länge der Vorkammer sollte etwa dem 1,5- bisIn practice it has been shown that certain dimensions are particularly favorable. A ratio of diameter to length of 1: 1.5 to 1: 2.5, preferably of 1: 2, is advantageous in the combustion chamber. The length of the antechamber should be about 1.5 to
3-fachen ihres Durchmessers entsprechen, was etwa einem Dreißigstel bis einem Fünfzigstel des Abstandes eines ersten Schalldämpfers der Abgaεabführeinrichtung vom Brennkammerboden entspricht. Dieser Abstand beträgt andererseits das 40- bis 60-fache des Durchmessers des Auspuffrohres zwischen der Brennkammer und dem ersten Schalldämpfer.Correspond to 3 times their diameter, which corresponds to approximately a thirtieth to a fiftieth of the distance of a first silencer of the exhaust gas discharge device from the combustion chamber floor. On the other hand, this distance is 40 to 60 times the diameter of the exhaust pipe between the combustion chamber and the first silencer.
Insbesondere für die Verbrennung flüssiger Brennstoffe ist zur Erzielung besonders günstiger Abgaswerte eine 11 Ausführung bevorzugt, in der die Brennkammer einen Doppelmantel aufweist, der einen Ausgleichsspalt umschließt. Der Innenmantel ist somit nur brennkammer- bodenseitig mit dem Außenmantel verbunden, wobei bevor- zugt der Brennkammerboden aus zwei mit Abstand angeord¬ neten Bodenplatten gebildet ist, von denen die innere einen Hitzeschild bildet und die äußere mit der Träger- plate verbunden ist. Dieser Abstand beträgt vorzugsweise 8 - 10 mm. Dadurch bleibt auch die Trägerplatte ver- hältnismäßig kühl.In particular for the combustion of liquid fuels, one of the best ways to achieve particularly favorable exhaust gas values 11 Preferred embodiment, in which the combustion chamber has a double jacket which encloses a compensating gap. The inner jacket is thus only connected to the outer jacket on the combustion chamber base side, the combustion chamber base preferably being formed from two spaced-apart base plates, the inner of which forms a heat shield and the outer is connected to the carrier plate. This distance is preferably 8-10 mm. This also keeps the carrier plate relatively cool.
Besonders günstig erweist es sich, wenn der Hitzeschild mit dem Innenmantel eine einschiebbare, heiße Kammer bildet, die sich bis in die Abgasabführeinrichtung er¬ streckt.It proves particularly favorable if the heat shield forms an insertable, hot chamber with the inner jacket, which extends into the exhaust gas discharge device.
Durch den Ausgleichsspalt wird nicht nur eine Dehnungs- . zone gebildet, sondern es werden auch die kammernahenThe compensating gap does not only create an expansion gap. zone is formed, but there are also those near the chamber
Wasserschichten nicht verdampft, sodaß daraus bedingteLayers of water did not evaporate, so that conditional
Störungen im Heizungssystem vermieden werden. Darüber hinaus wird der Innenmantel zum Glühen gebracht und um- weltschonende Abgase mit niederen CO-Werten erreicht.Malfunctions in the heating system can be avoided. In addition, the inner jacket is made to glow and environmentally friendly exhaust gases with low CO values are achieved.
Der heiße Hitzeschild wirkt dabei gleichzeitig auch als Verdampferplatte für die verwirbelten Brennstofftröpfchen und bildet gegebenenfalls einen Teil des Flammhalters. Der Ausgleichsεpalt zwischen dem Innenm-antel und dem Außenmantel ist vorzugsweise zwischen 0,2 und 2 mm dick.The hot heat shield also acts as an evaporator plate for the swirled fuel droplets and possibly forms part of the flame holder. The compensation gap between the inner jacket and the outer jacket is preferably between 0.2 and 2 mm thick.
Der Spalt soll dabei so klein sein, daß sich der Innenmantel dehnen und die Wärme sich auf das Wärmetausch¬ medium übertragen kann. Ein zu großer Spalt würde einer¬ seits die Materialstandzeit auf Grund der übermäßigen Erhitzung verringern und andererseits würde der Stick¬ oxidgehalt der Abgase ungünstig hoch sein, wenngleich auch niedere CO-Werte entstünden. Bei zu kleinem Spalt bzw. Fehlen eines Innenmantels bleibt die Brennkammer zu kühl, wodurch die CO-Werte überhöht sind, während der Stickoxidgehalt sinkt. Weiters würde dies zur Ablagerung 12 von Ölkohle und Ruß an den Brennkammerwänden führen. Im angegebenen Spaltbereich wird ein günstiger Kompromiß erzielt, d.h. niedere Kohlenmonoxid- und relativ niedere Stickoxidwerte bei hohem Kohlendioxidanteil,, wie auch aus den nachfolgenden Meßwerttabellen ersichtlich ist.The gap should be so small that the inner jacket expands and the heat can be transferred to the heat exchange medium. A gap that is too large would reduce the material service life on the one hand due to the excessive heating, and on the other hand the nitrogen oxide content of the exhaust gases would be unfavorably high, even though lower CO values would also result. If the gap is too small or there is no inner jacket, the combustion chamber remains too cool, which increases the CO values, while the nitrogen oxide content drops. Furthermore, this would lead to deposition 12 of coal and soot on the combustion chamber walls. A favorable compromise is achieved in the specified gap range, ie low carbon monoxide and relatively low nitrogen oxide values with a high proportion of carbon dioxide, as can also be seen from the following measured value tables.
Insgesamt bewirken der regelbare Brennstoffdruck und die selbsttätig angepaßte Luftmengenzugabe die verstell¬ bare Wirbelblende, die verstellbare Lage der Einström¬ düse und die heiße Brennkammer über den gesamten Regel- bereich der Feuerungseinrichtung eine hellblaue, durch¬ sichtige Flamme und damit optimierte Verbrennung.Overall, the controllable fuel pressure and the automatically adjusted addition of air volume cause the adjustable swirl aperture, the adjustable position of the inflow nozzle and the hot combustion chamber over the entire control range of the firing device to produce a light blue, transparent flame and thus optimized combustion.
Für eine weitere Verbesserung der Leisutngsregelung, der Verbrennungsqualität und eine Verringerung des Brennstoffverbrauchs sieht eine Ausführung, bei der die Luftzuführleitung in zwei Münd ngsäste geteilt ist, vor, daß der brennkammernahe Mündungsast der Luftzuführ¬ leitung an der engsten Stelle des Venturirohreinsatzes der Vorkammer mündet, der mit Durchtrittsöffnungen ver¬ sehen ist.For a further improvement in the performance control, the combustion quality and a reduction in the fuel consumption, an embodiment in which the air supply line is divided into two branches provides that the branch branch of the air supply line near the combustion chamber opens at the narrowest point of the venturi tube insert of the antechamber, which is provided with through openings.
Da derartige Feuerungseinrichtungen mit pulsierender Verbrennung keinen Kamin benötigen, kann die Abgas¬ temperatur beliebig nieder gew-ählt werden. ιm sinne des möglichst vollständigen Wärmetausches kann der Wärme¬ tauschbereich der Abgasabführeinrichtung auch eine Länge aufweisen, die wesentlich größer als jene Länge des Aus¬ puffrohres ist, die die periodische Schwingbewegung in der Abgassäule in der gewünschten Frequenz bewirkt. Es ist daher bevorzugt vorgesehen, daß in das Anschlußrohr der Abgasabführeinrichtung eine querschnittsverengende Blende eingesetzt ist, die die Länge der pulsierenden Abgassäule abgrenzt. Nach dieser Blende können Schall¬ dämpfer, Wärmetauscher etc. beliebiger Art und Größe ohne Einfluß auf die Verbrennungsvorgänge angeschlossen werden. Die Länge der pulsierenden Abgassäule zwischen dem Brennkammerboden und der querschnittsverengenden 13 Blende im Abgasanschlußrohr bzw. Auspuffrohr entspricht dabei vorzugsweise etwa dem Fünfzehnfachen der Länge der Vorkammer. Jeder im Wärmetauschmedium eingetauchte Schall- d-ämpfer ist bevorzugt doppelwandig ausgebildet, wobei 5 der Zwischenraum eine Breite von ca. 2 - 3 mm aufweist. Dadurch wird der Schwitzwasserbildung vorgebeugt.Since such combustion devices with pulsating combustion do not require a chimney, the exhaust gas temperature can be chosen to be as low as desired. ι m the meaning of as complete as possible exchange of the heat exchange region of the Wärme¬ can Abgasabführeinrichtung also have a length that is significantly greater than that length of the Aus¬ puffrohres which causes the periodic swing motion in the exhaust plume in the desired frequency. It is therefore preferably provided that a cross-sectional constricting diaphragm is inserted in the connecting pipe of the exhaust gas discharge device, which delimits the length of the pulsating exhaust gas column. Silencers, heat exchangers etc. of any type and size can be connected after this orifice without influencing the combustion processes. The length of the pulsating exhaust gas column between the combustion chamber floor and the cross-sectional narrowing 13 aperture in the exhaust pipe or exhaust pipe preferably corresponds approximately to fifteen times the length of the prechamber. Each muffler immersed in the heat exchange medium is preferably double-walled, the space 5 having a width of approximately 2 to 3 mm. This prevents condensation.
In einer anderen Ausführung ist vorgesehen, daß die Brennkammer an der dem Brennkammerboden gegenüberliegen¬ den Stirnseite eine Deckplatte aufweist, an der zentral 0 ein Wirbelkörper hochsteht, wobei das Anschlußrohr seit¬ lich angesetzt ist, wobei der Wirbelkörper vorzugsweise S-förmig ist. Auch diese Ausführung erhöht die Durch¬ mischung der in der Brennkammer enthaltenen Gase. In einer wiederum anderen Ausführung sind zumindest zwei 5 Anschlußrohre, vorzugsweise in verschiedenen Abständen zum Brennkammerboden vorgesehen, von denen zumindest eines sperrbar is't. Die Anschlußrohre können -iri einem gemeinsamen Zwischenbehälter münden, wobei durch die Möglichkeit der Absperrung eines Anschlußrohres die 0 Wärmetauschfläche der Feuerungseinrichtung ebenfalls geregelt werden kann.In another embodiment it is provided that the combustion chamber has a cover plate on the end face opposite the combustion chamber floor, on which a vertebral body rises centrally, the connecting pipe being attached laterally, the vertebral body preferably being S-shaped. This embodiment also increases the mixing of the gases contained in the combustion chamber. In yet another embodiment, at least two connecting pipes 5, preferably provided at different distances to the combustion chamber base, from which at least one blockable is' t. The connecting pipes can open in a common intermediate container, whereby the possibility of shutting off a connecting pipe can also regulate the heat exchange surface of the firing device.
Es ist weiters denkbar, daß eines dieser Anschlußrohre als sperrbare Heißgasentnahmeleitung in der heißesten Zone der Brennkammer enden zu lassen, und diese entgegen- 5 gesetzt zur Abgasabführeinrichtung durch den Brennkammer¬ boden nach außen zu führen. Diese kann in den Wärme¬ tauschbehälter zurückgeführt werden und eine zusätzliche Vergrößerung der Wärmetauschfläche bilden, wobei sie wieder, beispielsweise zwischen zwei Schalldämpfern, 0 in das Auspuffrohr eingeführt wird. Eine derartige Heißgasentnahmeleitung kann jedoch auch anderweitig verwendet werden. So ist in einer Ausführung vorgesehen, daß ein Teil der Heißgasentnahmeleitung einen Rohrheiz¬ körper bildet. Der Rohrheizkörper kann einen Raumluft- 5 heizkörper dargstellen, er könnte aber ebenso in schneckenartigen Windungen geführt sein und Kochstellen bilden .It is furthermore conceivable that one of these connecting pipes ends as a lockable hot gas extraction line in the hottest zone of the combustion chamber and, contrary to the exhaust gas discharge device, leads it through the combustion chamber floor to the outside. This can be returned to the heat exchange tank and form an additional enlargement of the heat exchange surface, whereby it is again inserted, for example between two silencers, into the exhaust pipe. Such a hot gas extraction line can, however, also be used for other purposes. In one embodiment, it is provided that part of the hot gas extraction line forms a tubular heating element. The tubular heating element can represent a room air heating element, but it could also be guided in helical windings and cooking zones form .
Für den Einbau in bestehenden Zentralheizungsanlagen ist in einer bevorzugten Ausführung weiters vorgesehen, daß die Brennkammer an der Innenseite und die Vorkammer an der Außenseite einer am Wärmetauschbehälter befestig¬ baren Trägerplatte angeordnet sind, und die Feuerungs¬ einrichtung einen einbaufertigen Einsatz in den Wärme¬ tauschbehälter bildet.For installation in existing central heating systems, it is further provided in a preferred embodiment that the combustion chamber is arranged on the inside and the prechamber on the outside of a support plate which can be fastened to the heat exchange container, and the firing device forms a ready-to-install insert in the heat exchange container .
Die Feuerungseinrichtung stellt αaαurcn eine vorfertig- bare Baueinheit dar, die im Falle einer Warmwasser¬ heizung in den üblichen Heizkessel oder Boiler, im Fall einer Warmluftheizung in den gegebenenfalls sonst mit festen Brennstoffen beheizbaren Ofen eingeschoben wird. Das Wärmetauschmedium könnte jedoch auch eine geeignete Speichermasse, wie Beton oder Leichtmetall sein, sodaß die Feuerungseinrichtung Teil .einer Speicherheizung ist,The firing device represents αaαurcn a prefabricated unit, which is inserted in the usual boiler or boiler in the case of a warm water heater, and in the oven, which may otherwise be heated with solid fuels, in the case of hot air heating. However, the heat exchange medium could also be a suitable storage mass, such as concrete or light metal, so that the firing device is part of a storage heater.
Verschiedene Varianten -sind dabei im Rahmen der Erfindung möglich, die vor allem eine verbesserte Leistungsregelung bewirken'. So ist es möglich, die Brennkammer auch mit mehreren Vorkammern zu bestücken, die wahlweise über getrennte Brennstoffzuführleitungen gespeist werden.Different variants -are thereby possible in the present invention, the effect especially an improved power control '. It is therefore possible to equip the combustion chamber with several prechambers, which are optionally fed via separate fuel supply lines.
Schließlich besteht auch die Möglichkeit, die Feuerungs¬ einrichtung mit mehreren Brennkammern auszustatten, deren Abgasabführungseinrichtungen in ein gemeinsames Auspuff- röhr führen. Hier stellt sich automatisch eine Phasenver¬ schiebung der einzelnen Brennkammern ein, sodaß eine gleichmäßigere, geringere Geräuschentwicklung erfolgt. Die beiden letztgenannten Ausführungen erlauben einen sehr großen Regelbereich der Feuerungseinrichtung. Mit handelsüblichem Ofenheizöl wurden nachstehende Ver¬ suche durchgeführt, in der Vorkammer wurde als Wirbel¬ bildner eine Blende mit 26 mm lichte Weite eingesetzt und der Brennstoff kontinuierlich mit 18 bar Einspritz¬ druck über eine Düse 0,45/60" in die Vorkammer einge¬ spritzt. Dabei ergab sich eine Brennerleistung von ca. 26 kW.Finally, it is also possible to equip the combustion device with a plurality of combustion chambers, the exhaust gas discharge devices of which lead into a common exhaust pipe. Here a phase shift of the individual combustion chambers occurs automatically, so that a more uniform, lower noise development takes place. The latter two versions allow a very large control range for the furnace. The following tests were carried out with commercially available furnace heating oil, an orifice with a clear width of 26 mm was used in the prechamber as a vortex former and the fuel was continuously injected into the prechamber at a injection pressure of 18 bar via a 0.45 / 60 "nozzle The result was a burner output of approx. 26 kW.
ohne Innen- mit Innen- mit Innen-without inside with inside with inside
Brennkammer Brennkammer Brennk.ammer Spalt ca.3 mm Spalt ca. 0,3 mmCombustion chamber combustion chamber combustion chamber gap approx. 3 mm gap approx. 0.3 mm
CC-(Vol%) 13,9 14 14CC- (Vol%) 13.9 14 14
NOX (ppm) 23 41 24NOX (ppm) 23 41 24
Rußzahl 0 0 0 nach BacharachSoot number 0 0 0 according to Bacharach
Wie deutlich ersichtlich erbrachte die Doppelmantelbrenn¬ kammer mit einer Spaltbreite von 0,3 mm die günstigsten Abgaswerte. As can clearly be seen, the double-jacket combustion chamber with a gap width of 0.3 mm produced the most favorable exhaust gas values.
Diese Brennkammer wurde für weitere Versuche herange¬ zogen, in denen eine wirbelbildende Blende mit 28 mm lichter Weite und einem Brennkammerbodenabstand von 12 mm in der Vorkammer verwendet wurden. Die Versuche wurden einmal mit 11 bar Oleinspritzdruck (Brenner¬ leistung ca. 14 kW) und zum anderen mit 22 bar lein¬ spritzdruck (Brennerleistung ca. 30 kW) durchgeführt. Dabei ergaben sich nachstehende Meßwerte.This combustion chamber was used for further experiments in which a vortex-forming diaphragm with a clear width of 28 mm and a combustion chamber floor clearance of 12 mm was used in the prechamber. The tests were carried out once with 11 bar oil injection pressure (burner output approx. 14 kW) and on the other hand with 22 bar line injection pressure (burner output approx. 30 kW). The following measured values were obtained.
1. Oleinspritzdruck 11 bar, Brennkammertemperatur ~ 1100°C1. Oil injection pressure 11 bar, combustion chamber temperature ~ 1100 ° C
Abgais-Temp 85°C 66 °C 96 °C 94°CAbgais temp 85 ° C 66 ° C 96 ° C 94 ° C
Os 4,5 % 4,5 % 4,5 % 4,6 %Os 4.5% 4.5% 4.5% 4.6%
CO 21 PPM 11 PPM 18 PPM. 19 PPMCO 21 PPM 11 PPM 18 PPM. 19 PPM
Cθ2 12,0% 12,0% 12,0% 11,9 %Cθ2 12.0% 12.0% 12.0% 11.9%
SOz 109 PPM 108 PPM 116 PPM 109 PPMSOz 109 PPM 108 PPM 116 PPM 109 PPM
NOX 16 PPM 14 PPM 20 PPM 17 PPMNOX 16 PPM 14 PPM 20 PPM 17 PPM
2. Oleinspritzdruck 22 bar, Brennkammertemperatur -^1150°C2. Oil injection pressure 22 bar, combustion chamber temperature - ^ 1150 ° C
Abgas 3-Temp. 95 °C 96°C 96 °C 100°C 86PC " _ 1,9 % 2,4% 2,0 % 2,0 % 2,1 %Exhaust gas 3-temp. 95 ° C 96 ° C 96 ° C 100 ° C 86PC " _ 1.9% 2.4% 2.0% 2.0% 2.1%
CO 37 PPM 32 PPM 4C PPM 39 PPM 37 PPMCO 37 PPM 32 PPM 4C PPM 39 PPM 37 PPM
COz 13,9 % 13,5 % 13,8 % 13,8 % 13,7 %COz 13.9% 13.5% 13.8% 13.8% 13.7%
SOz 132 PPM 127 PPM 131 PPM 131 PPM 124 PPMSOz 132 PPM 127 PPM 131 PPM 131 PPM 124 PPM
NOX 27 PPM 20 PPM 23 PPM 23 PPM 21 PPM 17 nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Figuren der beiliegenden Zeichnung näher beschrieben.NOX 27 PPM 20 PPM 23 PPM 23 PPM 21 PPM 17 below, exemplary embodiments of the invention are described in more detail with reference to the figures in the accompanying drawing.
Die Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen Feuerungseinrich¬ tung, die Fig. 2 einen Schnitt durch die Vorkammer gemäß der Linie II-II der Fig. 3, die Fig. 3 einen Teil¬ längsschnitt durch die Vorkammer nach der Linie III-III der Fig. 2, die Fig. 4 eine Darstellung nach Fig. 3 einer Variante der Vorkammer, die Fig. 5 einen Längs¬ schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel, Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI der Fig. 5, Fig. 7 eine Darstellung nach Fig. 3 einer zweiten Variante der Vorkammer und die Fig. 8 bis 11 schematisch den Betriebs- ablauf in den Phasen des Ansaugens, Verdichtens, Ver- brennens und des Auspuffens.1 shows a longitudinal section through a first embodiment of a furnace device according to the invention, FIG. 2 shows a section through the prechamber according to line II-II of FIG. 3, and FIG. 3 shows a partial longitudinal section through the prechamber according to FIG Line III-III of FIG. 2, FIG. 4 shows an illustration according to FIG. 3 of a variant of the prechamber, FIG. 5 shows a longitudinal section through a second embodiment, FIG. 6 shows a section along line VI-VI of FIG 5, FIG. 7 shows a representation according to FIG. 3 of a second variant of the prechamber and FIGS. 8 to 11 schematically illustrate the operational sequence in the phases of intake, compression, combustion and exhaust.
Ein Wärmetauschbehälter 1, in den gezeigten Ausführungs- • beispielen als mit Wasser 3 gefüllter Heizkessel einer Zentralheizungsanlage 4 ausgebildet, ist von zylndrischer Form und durch eine obere Stirnplatte verschlossen. Die obere Stirnplatte dient als Trägerplatte 2 für eine Feuerungseinrichtung mit einer Brennkammer 5 zur pulsie- regneden Verbrennung insbesondere flüssiger Brennstoffe. Die Brennkammer 5 ist dabei in eine Öffnung der Träger- platte 2 eingesetzt und geht in der Ausführung nachA heat exchange container 1, in the exemplary embodiments shown as a • boiler of a central heating system 4 filled with water 3, is cylindrical in shape and closed by an upper end plate. The upper end plate serves as a carrier plate 2 for a firing device with a combustion chamber 5 for pulsating combustion, in particular liquid fuels. The combustion chamber 5 is inserted into an opening in the carrier plate 2 and has a design
Fig. 1 bis 4 über einen konischen Ξndabschnitt 20 in ein Anschlußrohr 8 über. Dieser ist als Teil einer abgasab¬ führeinrichtung 6 mehrfach abgewinkelt durch den Wärme¬ tauschbehälter 1 geführt und mündet in einen doppel- wandigen Schalldämpfer 9, von dem aus ein Auspuffrohr 7 die Verbrennungsgase ins Freie leitet. Das Auspuffrohr 7 ist mit einer Deckelklappe 38 versehen, die einen Durchzug und eine zu rasche Abkühlung der abgestellten Feuerungsanlage vermeidet. Vorzugsweise sind zwei bis drei Schalldämpfer 9 hintereinander vorgesehen. In das 18 Anschlußrohr 8 sit eine dessen Querschnitt verengende Blende 37 eingesetzt, durch deren Abstand zur Brenn¬ kammer 5 die Länge der pulsierenden Abgassäule begrenzt werden kann. Die Brennkammer 5 ist an einer Verschluß- platte 25 (Fig. 3) befestigt und bildet einen Behälter¬ einsatz, der an der Trägerplatte 2 befestigt und in den Wärmetauschbehälter 1 eingeschoben wird. Dies ermöglicht es auch, bestehende Heizungsanlagen in einfacher Weise umzurüsten. An der Verschlußplatte 25 ist weiters außen- seitig eine Vorkammer 10 befestigt, die im wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und in die axial die bei- speilsweise mittels eines Magnetventils sperrbare Brenn- stoffzuführleitung 12 und seitlich die mit einer Rück¬ schlagventilanordnung 30 versehene Luftzuführlietung 11 münden. Ein Ansaugschalldämpfer 14, ein Gebläse 15 und nicht näher bezeichnete Steuerungs- und andere Hilfs¬ einrichtungen ergänzen die erfindungsgemäße Feuerungs¬ einrichtung zu einer Bau- und Montageeinheit.1 to 4 via a conical end section 20 into a connecting pipe 8. As part of an exhaust gas discharge device 6, this is guided through the heat exchange container 1 at multiple angles and opens into a double-walled silencer 9, from which an exhaust pipe 7 guides the combustion gases into the open. The exhaust pipe 7 is provided with a lid flap 38, which avoids pulling through and cooling of the parked combustion system too quickly. Preferably two to three silencers 9 are provided one behind the other. In the 18 connecting pipe 8 is a diaphragm 37 narrowing its cross-section used, the distance from the combustion chamber 5, the length of the pulsating exhaust gas column can be limited. The combustion chamber 5 is fastened to a closure plate 25 (FIG. 3) and forms a container insert which is fastened to the carrier plate 2 and inserted into the heat exchange container 1. This also makes it possible to convert existing heating systems in a simple manner. A prechamber 10 is also attached to the outside of the closure plate 25, which is essentially cylindrical and into which the fuel supply line 12, which can be blocked, for example, by means of a solenoid valve, and laterally the air supply line 11 provided with a check valve arrangement 30 open. An intake muffler 14, a blower 15 and control devices and other auxiliary devices (not described in any more detail) complement the combustion device according to the invention to form a construction and assembly unit.
Wie insbesondere aus Fig. 2 und 3 ersichtlich, ist die Brennkammer 5 doppelwandig ausgebildet, wobei der Außen¬ mantel 21 mittels der Verschlußplatte 25 an der Träger- platte 2 befestigt ist, und in das Anschlußrohr 8 über¬ geht (Fig. 1), während der Innenmantel 22 unter Be¬ lassung eines Luftspaltes 23 von vorzugsweise 0,3 mm zum Außenmantel 21 vom Brennkammerboden 19 sich über den konischen Endabschnitt 20 der Brennkammer 5 bis in das Anschlußrohr 8 erstreckt (Fig. 1, 7 bis 11). Der Brenn¬ kammerboden 19 ist ebenfalls doppelwandig und weist einen inneren Hitzeschild 24 und außen die Verschlußplatte 25- auf. Der Hitzeschild 24 und die Verschlußplatte 25 be¬ grenzen damit einen bodenseitigen Spalt 48, der vorzugs¬ weise 10 mm beträgt, sodaß eine "heiße" Innenkammer ent¬ steht, die ausschließlich über die Schrauben 49 mit dem Außenteil verbunden ist. Durch die Verschlußplatte 25 erstreckt sich als Teil eines Flammhalters 26 das Ende der Vorkammer 10 bis zum Hitzeschild 24. Dieses bildet gleichzeiig eine Verd-ampferplatte für die Verdampfung des Brennstoffnebels, der im Bereich der Durchtrittsöffnung in die Brennkammer 5 zusammen mit der Luft durch die Diffusorwirkung eines Wirbelelementes 27 vermischt und verwirbelt wird.As can be seen in particular from FIGS. 2 and 3, the combustion chamber 5 is double-walled, the outer jacket 21 being fastened to the carrier plate 2 by means of the closure plate 25 and passing into the connecting pipe 8 (FIG. 1), while the inner jacket 22, leaving an air gap 23 of preferably 0.3 mm to the outer jacket 21 from the combustion chamber floor 19, extends over the conical end section 20 of the combustion chamber 5 into the connecting pipe 8 (FIGS. 1, 7 to 11). The combustion chamber base 19 is also double-walled and has an inner heat shield 24 and the closure plate 25 on the outside. The heat shield 24 and the closure plate 25 thus delimit a bottom-side gap 48, which is preferably 10 mm, so that a "hot" inner chamber is formed, which is connected exclusively to the outer part via the screws 49. The end of the pre-chamber 10 extends as far as the heat shield 24 through the closure plate 25 as part of a flame holder 26 at the same time an evaporator plate for the evaporation of the fuel mist, which is mixed and swirled in the region of the passage opening into the combustion chamber 5 together with the air by the diffuser action of a swirl element 27.
Das Wirbelelement 27 kann beispielsweise durch eine in die Vorkammer 10 eingesetzte Blende gebildet sein (Fig. 3,4,8 - 11), oder es kann gemäß Fig. 7 aus einer Er¬ weiterung 55 der Vorkammer 10 bestehen. Dabei ist nach Fig. 4 zusätzlich ein Venturirohreinsatz 35 zugeordnet, und in der Ausführung nach Fig. 7 in die Erweiterung 55 eine Blende 56 eingesetzt.The vortex element 27 can be formed, for example, by an aperture inserted in the prechamber 10 (FIGS. 3, 4, 8-11), or it can consist of an extension 55 of the prechamber 10 according to FIG. 4, a venturi tube insert 35 is additionally assigned, and in the embodiment according to FIG. 7, an aperture 56 is inserted into the extension 55.
Durch den Brennkammerboden 19 ragt (Fig. 3) eine Zünd¬ kerze 18 für die Erstzündung der Feuerungseinrichtung. Die axial in die Vorkammer 10 eintretende Brennstoffzu¬ führungsleitung 12 endet in einer Einströmdüse 29, durch die kontinuierlich flüssiger Brennstoff, unter einem Druck vorzugsweise zwischen 10 und 25 bar, beispiels¬ weise Heizöle, Abfallöle usw. in die Brennkammer 5 einge- sprüht werden. Die Einströmdüse 29 ist vorzugsweise axial verstellbar, wie dies strichliert dargestellt ist, und ihre vorderste Stellung liegt knapp hinter dem Wirbelelement 27 unter Belassung eines Luftdurchtritts- spaltes 53. Für die Leistungsregelung der Feuerungsein- richtung ist neben der Wahl des Oleinspritzdruckes auch die Bemessung des Luftdurchtrittsspaltes 53 maßgeblich, da dadurch in jeder Stellung ein nahezu stöchiometrisches Luft-Brennstoff-Verhältnis für die optimale Verbrennung erreicht werden kann. Die Änderung des Luftdurchtritts- spaltes 53 kann nun durch die erwähnte axiale Ver¬ stellung der Einströmdüse 29 erfolgen, sie kann weiters durch Änderung der Öffnungsweite des Wirbelelementes 27 erfolgen, wenn es als Blende ausgebildet ist. Fig. 2 zeigt dies schematisch, in der die Blende durch zwei in Aus- nehmungen 54 der Verschlußplatte 25 eingesetzte Schieber gebildet ist., die zueinander gerichtete Ausnehmungen auf- weisen und einander überlappen, sodaß die aus den beiden Ausnehmungen gebildete Blendenöffnung sich beim Ver¬ schieben verändert.- In Fig. 7 ist für die Änderung des Luftdurchtrittsspaltes 53 die Verstellung der Blende 56 in der Erweiterung 55 der Vorkammer 10 parallel zur Brennstoffzufuhrleitung 12 schematisch .angedeutet. Bei Bewegung der Blende 56, die an Längsführungselementen 57 fixiert, in Richtung zur Brennkammer 5 öffnet sich zwischen der Blende 56 und der Wandung der Erweiterung 55 ein zusätzlicher Ringspalt (strichlierte Pfeile 58). Die für die Änderung des Luftdurchtrittsspaltes 53 an¬ geführten Maßnahmen können dabei auch in Kombination vor¬ gesehen sein. Ihre richtige Einstellung ermöglicht die- Verbrennung mit der erwähnten blauen Flammenfärbung.A spark plug 18 protrudes through the combustion chamber floor 19 (FIG. 3) for the initial ignition of the firing device. The fuel supply line 12 axially entering the prechamber 10 ends in an inflow nozzle 29, through which liquid fuel, at a pressure preferably between 10 and 25 bar, for example heating oils, waste oils, etc., is sprayed continuously into the combustion chamber 5. The inflow nozzle 29 is preferably axially adjustable, as shown in dashed lines, and its foremost position is just behind the swirl element 27, leaving an air passage gap 53. In addition to the choice of the oil injection pressure, the dimensioning of the air passage gap is also important for the power control of the firing device 53 is decisive, since in this way an almost stoichiometric air-fuel ratio for optimal combustion can be achieved. The air passage gap 53 can now be changed by the aforementioned axial adjustment of the inflow nozzle 29, it can also be done by changing the opening width of the swirl element 27 if it is designed as a diaphragm. 2 shows this schematically, in which the diaphragm is formed by two slides inserted in recesses 54 of the closure plate 25. point and overlap each other, so that the aperture opening formed from the two recesses changes when sliding. In FIG. 7, for the change in the air passage gap 53, the adjustment of the aperture 56 in the extension 55 of the prechamber 10 parallel to the fuel supply line 12 is schematic. indicated. When the diaphragm 56, which is fixed to the longitudinal guide elements 57, moves in the direction of the combustion chamber 5, an additional annular gap (dashed arrows 58) opens between the diaphragm 56 and the wall of the extension 55. The measures listed for changing the air passage gap 53 can also be provided in combination. Their correct setting enables combustion with the blue flame color mentioned.
Vom Gehäuse 13 der Vorkammer 10 zweigt seitlich die Luft¬ zuführungsleitung 11 ab, in die Rückschlagventile 30 eingesetzt. sind. Diese weisen eine Gesamtdurchtritts- fläche auf, die größer als die Querschnittsfläche der Vor¬ kammer 10 ist. Die Rückschlagventile 30 sind mit V- förmigen, vorzugsweise geringfügig konvex gebogenenThe air supply line 11 branches laterally from the housing 13 of the prechamber 10 and is inserted into the check valves 30. are. These have a total passage area that is larger than the cross-sectional area of the antechamber 10. The check valves 30 are V-shaped, preferably slightly convex
Ventilsitzen 31 versehen, an denen flache Ventilklappen 32 befestigt sind. Durch die übergroße Gesamtquerschnitts¬ fläche haben die Ventilklappen 32 einen kleinen Öffnungs¬ winkel, sodaß sie sehr geringen Biegebeanspruchungen aus- gesetzt sind.Valve seats 31 are provided, on which flat valve flaps 32 are attached. Due to the oversized total cross-sectional area, the valve flaps 32 have a small opening angle, so that they are exposed to very low bending stresses.
In der in Fig. 4 gezeigten Vorkammervariante teilt sich die LuftZuführungsleitung in zwei Mündungsäste 16,17 mit jeweils einem Rückschlagventil 30, wobei jeder Mündungs¬ ast 16,17 durch eine Klappe 33 einzeln sperrbar ist, wo- durch die Regelbarkeit der Feuerungseinrichtung nochmals erhöht wird. Ebenfalls zur Verbesserung des Regelbe¬ reiches weisen die Ventilklappen 32 der einzelnen Ventile 30 vorzugsweise unterschiedliche Materialeigenschaften auf, sodaß sie unterschiedliche Biegefestigkeiten be- sitzen. Es wird daher jenes Ventil 30, dessen Ventil- klappen 32 weicher sind, früher und das zweite erst bei weiterem Luftbedarf öffnen. In der Ausführung nach Fig.4 ist das brennkammernahe Ventil im Mündungsast 16 mit weicheren Ventilklappen32 versehen, über den auch der kürzere Strömungsweg in die Brennkammer 5 führt. Die in die seitlichen Abzweigungen verlegten Ventile 30 sind den hohen Temperaturen in der Brennkammer 5, die bis 1200°C betragen können, nicht unmittelbar ausgesetzt, wobei die kontinuierliche Brennstoffzufuhr durch die Einströmdüse 29 ebenfalls zur Kühlung beiträgt. DieIn the prechamber variant shown in FIG. 4, the air supply line is divided into two outlet branches 16, 17, each with a check valve 30, each outlet branch 16, 17 being individually lockable by a flap 33, which further increases the controllability of the firing device . To improve the control range, the valve flaps 32 of the individual valves 30 preferably have different material properties, so that they have different bending strengths. It is therefore the valve 30 whose valve flaps 32 are softer, open earlier and the second only when more air is required. In the embodiment according to FIG. 4, the valve near the combustion chamber in the mouth branch 16 is provided with softer valve flaps 32, via which the shorter flow path also leads into the combustion chamber 5. The valves 30 laid in the lateral branches are not directly exposed to the high temperatures in the combustion chamber 5, which can be up to 1200 ° C., the continuous supply of fuel through the inflow nozzle 29 also contributing to cooling. The
Mündungsäste 16,17 sind weiters so angeordnet, daß in der weitest zurückgezogenen Stellung der Einströmdüse 29 diese zwischen den beiden Mündungsästen 16,17 zu liegen kommt. Hiedurch wird auch eine Schichtladung der Brenn- kammer 5 erreicht, da beim Ansaugvorgang zuerst eine brennstoffärmere Luft-Brennstoffmischung (Luft über den Mündungsast 16), dann eine brennstoffreichere, und schließlich wieder ein brennstoffärmere Luft-Brennstoff¬ mischung (Luft über den Mündungsast 17) "in die Brenn- kammer 5 gelangt. In Fig. 4 ist auch eine Querschnitts¬ verengung der Vorkammer 5 durch einen Venturirohreinsatz 35 gegeben, der Durchtrittsöffnungen 36 aufweist, durch die die Luft aus dem Mündungsast 16 eintritt. Insbeson¬ dere in dieser Ausführung bewirkt die Verstellbarkeit der Einstromdüse 29 eine nochmals verfeinerte Regelmöglich¬ keit der Feuerungseinrichtung, da ihre beiden End¬ stellungen vor oder hinter dem Venturirohr liegen.Mouth branches 16, 17 are further arranged so that in the most retracted position of the inflow nozzle 29, this comes to rest between the two mouth branches 16, 17. A stratified charge of the combustion chamber 5 is also achieved in this way, because during the intake process first a lower-fuel air-fuel mixture (air via the branch branch 16), then a more fuel-rich, and finally a lower-fuel air-fuel mixture (air via the branch branch 17). "Comes into the combustion chamber 5. In FIG. 4 there is also a cross-sectional constriction of the antechamber 5 through a venturi tube insert 35 which has through openings 36 through which the air enters from the mouth branch 16. In particular in this embodiment the adjustability of the inflow nozzle 29 a further refined control possibility of the firing device, since its two end positions lie in front of or behind the Venturi tube.
In den Ausführungen nach Fig. 5 und 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, in dem die an der5 and 6, another embodiment is shown in which the
Trägerplatte 2 montierte Feuerungseinrichtung wiederum als Behältereinsatz ausgebildet ist. Die Brennkammer 5 dieser Ausführung ist topfartig ausgebildet und an iher dem Brennkammerboden .gegenüberliegenden Stirnseite durch eine Deckplatte 40 verschlossen, von der zentral ein etwa S-förmiger Wirbelkörper 41 hochsteht (Fig. 6).Carrier plate 2 mounted firing device is in turn designed as a container insert. The combustion chamber 5 of this embodiment is pot-shaped and is closed on its end opposite the combustion chamber base by a cover plate 40, from which an approximately S-shaped vertebral body 41 rises centrally (FIG. 6).
Aus der Brennkammer 5 zweigen zwei Anschlußrohre 42,43 seitlich tangential ab, die gemeinsam in eine Kammer 39 münden, durch die die L.änge und Frequenz der pulsieren¬ den Abgassäulen begrenzt wird. Die beiden Anschlußrohre 42,43 zweigen einander gegenüberliegend in verschiedenen Höhen aus der Brennkammer 5 ab, wobei das der Vorkammer 10 nähere Anschlußrohr mittels eines von außen betätig¬ baren Verschlusses 44 sperrbar ist. Auch dies ermöglicht eine Regelung der Feuerungseinrichtung. Selbstverständ¬ lich kann auch das zweite Anschlußrohr 43 sperrbar sein. Der übrige Aufbau der Feuerungseinrichtung entspricht im wesentlichen der bereits oben beschriebenen Feuerungs¬ einrichtung gemäß den Fig. 1 bis 4. Es ist jedoch hier auch die Möglichkeit gezeigt, daß die Vorkammer 19 in die Brennkammer 5 ragt, und das Wirbelelement 27 an der Mündung der Vorkammer 10 durch diese Düse gebildet ist. Die Diffusorwirkung entsteht dabei außerhalb des Wirbel¬ elementes im Ringraum zum Brennkammerboden hin.Two connecting pipes 42, 43 branch out of the combustion chamber 5 laterally tangential, which open together into a chamber 39, through which the length and frequency of the pulsating exhaust gas columns are limited. The two connecting pipes 42, 43 branch off from the combustion chamber 5 at opposite heights, the connecting pipe closer to the antechamber 10 being lockable by means of a closure 44 which can be actuated from the outside. This also enables control of the firing device. Of course, the second connecting pipe 43 can also be blocked. The remaining structure of the firing device corresponds essentially to the firing device according to FIGS. 1 to 4 already described above. However, the possibility is also shown here that the prechamber 19 projects into the combustion chamber 5 and the swirl element 27 at the mouth of the Antechamber 10 is formed by this nozzle. The diffuser effect arises outside of the vortex element in the annular space towards the combustion chamber floor.
Die durch den Wärmetausch mit dem Heizmedium der Raum¬ oder Zentralheizungsanlage abgekühlten, ausgestoßenen Abgase benötigen keinen Kamin, sodaß die Abgasabführ¬ einrichtung 6 als Auspuffanläge zu bezeichnen ist. Die ausgestoßenen Abgase, die einen oder mehrere Schall¬ dämpfer 9 passieren, können dabei zusätzlich noch über ein Turbinenrad einen Generator antreiben, der den für die Brennsto fpumpe, das Magnetventil in der Brennstoff¬ zuführleitung 12 und das für den Start der Feuerungsan¬ lage erforderliche Luftgebläse benötigten Strom erzeugt, sodaß sie von der Versorgung mit elektrischer Energie für die Hilfseinrichtungen unabhängig ist. Der erzeugte Strom wird in einem Akkumulator beispielsweise einer Kraftfahrzeugbatterie, gespeichert.The exhaust gases cooled by the heat exchange with the heating medium of the room or central heating system do not require a chimney, so that the exhaust gas removal device 6 can be referred to as an exhaust system. The exhaust gases which pass through one or more silencers 9 can additionally drive a generator via a turbine wheel, which generates the fuel pump, the solenoid valve in the fuel supply line 12 and the one required to start the combustion system Air blowers required electricity generated so that it is independent of the supply of electrical energy for the auxiliary devices. The electricity generated is stored in an accumulator, for example a motor vehicle battery.
In Fig. 1 ist ein weiteres Anschlußrohr 50 gezeigt, das etwa in der heißesten Zone der Brennkammer 5 endet und entgegegengesetzt zum Hauptanschlußrohr 8 der Abgasab- führungseinrichtung 6 durch den Brennkammerboden 19 nach außen geführt ist. Dieses Anschlußrohr 50 stellt eine Heißgasentnahmeleitung dar, die beispielsweise als Luft¬ heizquelle einen Rohrheizkörper oder, wie schematisch angedeutet, als spiralig gewundenes Rohr etwa eine Koch- stelle 52 bilden kann. Das Anschlußrohr 50 ist über ein Ventil 51 sperrbar und führt zurück in das Auspuffrohr 7. Diese Heißgasentnahmeleitung kann auch dazu verwendet werden, um eine gegebenenfalls zu niedere Abgastemperatur im Auspuffrohr 7 zu erhöhen.1 shows a further connection pipe 50, which ends approximately in the hottest zone of the combustion chamber 5 and opposite to the main connection pipe 8 of the exhaust gas discharge device 6 through the combustion chamber floor 19 is led outside. This connecting pipe 50 represents a hot gas extraction line which, for example, can form a tubular heating element as an air heating source or, as indicated schematically, a cooktop 52 as a spirally wound pipe. The connecting pipe 50 can be blocked via a valve 51 and leads back into the exhaust pipe 7. This hot gas extraction line can also be used to increase an exhaust gas temperature in the exhaust pipe 7 which may be too low.
Die Fig. 8 - 11 zeigen schematisch einzelne Phasen im Verbrennungsablauf. In der Ansaugphase gemäß Fig. 8 herrscht in der Brennkammer 5, im Anschlußrohr 8 und in der Vorkammer 10 Unterdruck (durch Striche 46 be¬ zeichnet) ,sodaß dem ständig zuströmenden Brennstoff Luft zugesaugt wird. Das Wirbelelement 27 verwirbelt das entstehende Gemisch wie erwähnt, das gemäß Fig.9 durch die aus dem Anschlußrohr 8 rückfließende Abgaswelle ver¬ dichtet wird. Es baut sich ein Überdruck (durch Kreuze 47 bezeichnet) auf, wobei die heißen Abgase und die hohe Temperatur des Flammhalters 26 die selbsttätige Zündung bewirken, die in Fig. 10 gezeigt ist. Eine Überdruckwelle breitet sich (Pfeile 45) nach beiden Seitenaus, wobei in der Vorkammer die Ventile 30 schließen. Fig. 11 zeigt die Auspuffphase, in der die Abgase (Pfeile 45) durch das Anschlußrohr 8 abziehen und wieder Unterdruck in der Brennkammer 5 gemäß Fig. 8 entsteht. Da während des gesamten Zeitraumes kontinuierlich Brennstoff eingesprüht wird, wird dessen die hohe Verbrennungsgute bewirkende feinste Zerstäubung, Verdampfung und optimaler Vermischung mit der Verbrennungsluft deutlich. 8-11 show schematically individual phases in the combustion process. 8 there is negative pressure in the combustion chamber 5, in the connecting pipe 8 and in the prechamber 10 (denoted by lines 46), so that air is sucked in to the constantly flowing fuel. The vortex element 27 swirls the resulting mixture as mentioned, which is compressed according to FIG. 9 by the exhaust gas wave flowing back from the connecting pipe 8. An overpressure (designated by crosses 47) builds up, the hot exhaust gases and the high temperature of the flame holder 26 causing the automatic ignition, which is shown in FIG. 10. An overpressure wave spreads (arrows 45) to both sides, the valves 30 closing in the prechamber. FIG. 11 shows the exhaust phase, in which the exhaust gases (arrows 45) are drawn off through the connecting pipe 8 and negative pressure is again generated in the combustion chamber 5 according to FIG. 8. Since fuel is sprayed continuously throughout the entire period, the finest atomization, evaporation and optimal mixing with the combustion air, which brings about the high combustion quality, becomes clear.

Claims

P at e n t an sp rüc he : P at ent an sp rüc he:
1. Feuerungseinrichtung für eine einen vorzugsweise wassergefüllten Wärmetauschbehälter aufweisende Anlage, mit mindestens einer Brennkammer zur pulsie- renden Verbrennung fließfähiger Brennstoffe, die mit einer Zündeinrichtung für die erstmalige Zündung des Brennstoffes versehen ist und die in eine Abgasab¬ führeinrichtung übergeht, mit einer Zufuhrleitung für eine vorzugsweise kontinuierliche Brennstoff- zufuhr unter Druck, die in einer Einströmdüse endet, und mit einer Zufuhrleitung für Luft, die eine am Eingang in eine Vorkammer ausgebildete Rückschlag¬ ventilanordnung für eine diskontinuierliche Luftzu¬ fuhr aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ver- wendung in einer Raum- oder Zentralheizungsanlage die Einströmdüse (19) für den Brennstoff in der Vor¬ kammer (10) angeordnet ist, und daß im Übert'ritts- bereich von der Vorkammer (10) in die Brennkammer (5) ein die Querschnittsfläche der Vorkammer (10) änderndes Element (27) vorgesehen ist, das an seiner Brennkammerseite das Luft-Brenhstoffgemisch durch¬ wirbelt.1. A firing device for a system having a preferably water-filled heat exchange container, with at least one combustion chamber for the pulsating combustion of flowable fuels, which is provided with an ignition device for the first ignition of the fuel and which merges into an exhaust gas discharge device, with a feed line for one preferably continuous supply of fuel under pressure, which ends in an inflow nozzle, and with a supply line for air, which has a check valve arrangement for discontinuous air supply formed at the entrance to a prechamber, characterized in that for use in a Room or central heating system, the inflow nozzle (19) for the fuel is arranged in the antechamber (10), and that in the transition area from the antechamber (10) into the combustion chamber (5) the cross-sectional area of the antechamber (10 ) changing element (27) is provided, which at se swirls the air / fuel mixture in the combustion chamber side.
2. Feuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß das Wirbelelement (27) durch eine Blende gebildet ist.2. Firing device according to claim 1, characterized gekenn¬ characterized in that the swirl element (27) is formed by an aperture.
3. Feuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß das Wirbelelement (27) durch eine Erweiterung (55) der Vorkammer (10) gebildet ist.3. Firing device according to claim 1, characterized gekenn¬ characterized in that the swirl element (27) is formed by an extension (55) of the prechamber (10).
4. Feuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, daß dem Wirbelelement (27) ein Venturirohr- einsatz (35) zugeordnet ist.4. Firing device according to claim 1, characterized in that a venturi tube insert (35) is associated with the vortex element (27).
5. Feuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirbelelement (27) mit Abstand zur Brennkammer (5) in der Vorkammer (10) angeordnet ist.5. Firing device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the swirl element (27) is arranged at a distance from the combustion chamber (5) in the prechamber (10).
6. Feuerungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn- zeichnet, daß brennkammerseitig vor dem Wirbel¬ element (27) eine Blende (56) mit Abstand zur Brenn¬ kammer (5) angeordnet.6. Firing device according to claim 5, characterized in that a combustion chamber element in front of the Wirbel¬ element (27) has an aperture (56) spaced from the combustion chamber (5).
7. Feuerungseinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand einstellbar ist.7. Firing device according to claim 5 or 6, characterized in that the distance is adjustable.
8. Feuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungsseite des Wirbelelements (27) verstellbar ist.8. Firing device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the opening side of the swirl element (27) is adjustable.
9. Feuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffzuführ- leitung (12) axial in die Vorkammer (10) eintritt und im Bereich des Wirbelelementes (27) die Einström¬ düse (29) vorgesehen ist.9. Firing device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the fuel feed line (12) axially enters the prechamber (10) and in the region of the vortex element (27) the inflow nozzle (29) is provided.
10. Feuerungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Einströmdüse (19) zwischen einer vorderen Endstellung am Wirbelelement (27) und einer hinteren Endstellung verstellbar ausgebildet ist.10. Firing device according to claim 9, characterized gekenn¬ characterized in that the inflow nozzle (19) is adjustable between a front end position on the swirl element (27) and a rear end position.
11. Feuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzuführ¬ leitung (11) zwei Mündungsäste (16,17) aufweist, die ■ seitlich mit axialem Abstand in die Vorkammer (10) münden, wobei zumindest ein Mündungsast (16,17) getrennt sperrbar ist.11. Firing device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the Luftzuführ¬ line (11) has two mouth branches (16, 17) which ■ open laterally at an axial distance into the prechamber (10), at least one mouth branch ( 16.17) can be blocked separately.
12. Feuerungseinrichtung nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die hintere Endstellung der axial verstellbaren Einströmdüse (29) zwischen den beiden12. Firing device according to claim 10 and 11, characterized in that the rear end position of the axially adjustable inflow nozzle (29) between the two
Mündungsästen (16,17) der Lu tzufuhrleitung (11) liegt. Mouth branches (16, 17) of the air supply line (11).
13. Feuerungseinrichtung nach Anspruch 4 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß der brennkammernahe Mündungsast (16) der Luftzuführleitung (11) an der engsten Stelle des Venturirohreinsatzes (35) der Vorkammer (10) mündet, der mit Durchtrittsöffnungen (36) versehen ist.13. Firing device according to claim 4 and 11, characterized in that the combustion branch near the mouth branch (16) of the air supply line (11) opens at the narrowest point of the venturi tube insert (35) of the prechamber (10), which is provided with through openings (36).
14. Feuerungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 11, da¬ durch gekennzeichnet, daß jedes Rückschlagventil der Luftzufuhrleitung (11) einen V-förmig ausge- bildeten Ventilsitz (31) und ein Paar von Ventil¬ klappen (32) aufweist, wobei der Gesamtöffnungsquer- schnitt der Rückschlagventilanordnung (30) größer als der Querschnitt der Luftzufuhrleitung (11) ist.14. Firing device according to claim 1 or 11, characterized in that each check valve of the air supply line (11) has a V-shaped valve seat (31) and a pair of valve flaps (32), the total opening cross section the check valve arrangement (30) is larger than the cross section of the air supply line (11).
15. Feuerungseinrichtung nach Anspruch 11 und 14, da- durch gekennzeichnet, daß die Ventilklappen (32) der Rückschlagventile aus unterschiedlichem Material bestehen, wobei das Rückschlagventil im brennkammer¬ nahen Mündungsast (16) Ventilklappen (32) mit geringerer Biegefestigkeit aufweist.15. Firing device according to claim 11 and 14, characterized in that the valve flaps (32) of the check valves consist of different material, the check valve in the near-firing branch branch (16) having valve flaps (32) with lower bending strength.
16. Feuerungseinrichtung für eine einen wassergefüllten Wärmetauschbehälter aufweisende Anlage, mit mindestens einer Brennkammer zur pulsierenden Ver¬ brennung flüssiger Brennstoffe, die mit einer Zünd¬ einrichtung für die erstmalige Zündung des Brenn- Stoffes versehen ist und die in eine Abgasabführ¬ einrichtung übergeht, wobei die Brennkammer so in eine Öffnung des Wärmetauschbehälters eingesetzt ist, daß sie zusammen mit einem Teil der Abgasab¬ führeinrichtung von Wasser umgeben ist und eine Vorkammer außerhalb des Wärmetauschbehälters liegt, mit Zufuhrleitungen für den Brennstoff und für Luft, wobei letztere für eine diskontinuierliche Luftzu¬ fuhr am Eingang in die Vorkammer eine Rückström¬ sicherung aufweist, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zur 27 Verwendung in einer Raum- oder Zentralheizungsanlage mit einem Wasserkessel die Brennkammer (5) einen Doppelmantel (21,22) aufweist, der einen Ausgleichs¬ spalt (23) umschließt.16. Firing device for a system having a water-filled heat exchange container, with at least one combustion chamber for pulsating combustion of liquid fuels, which is provided with an ignition device for the first ignition of the fuel and which merges into an exhaust gas removal device, the Combustion chamber is inserted into an opening of the heat exchange container in such a way that it is surrounded by water together with part of the exhaust gas discharge device and a prechamber lies outside the heat exchange container, with supply lines for the fuel and for air, the latter for a discontinuous air supply on Entrance into the prechamber has a backflow protection, in particular according to one of claims 1 to 15, characterized in that for 27 Use in a room or central heating system with a water boiler, the combustion chamber (5) has a double jacket (21, 22) which encloses a compensation gap (23).
5 17. Feuerungseinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Brennkammerboden (19) aus zwei mit Abstand angeordneten Bodenplatten gebildet ist, von denen die innere einen Hitzeschild (24) und die äußere eine Trägerplatte (2) bildet.5 17. Firing device according to claim 16, characterized gekenn¬ characterized in that the combustion chamber base (19) is formed from two spaced base plates, of which the inner forms a heat shield (24) and the outer one a carrier plate (2).
ι_0 18. Feuerungseinrichtung nach Anspruch 16 und 17, da¬ durch gekennzeichnet, daß der Hitzeschild (24) mit dem Innenmantel (22) eine einschiebbare, heiße Kammer bildet, die sich bis in die Abgasabführein¬ richtung (6) erstreckt.18. A firing device according to claim 16 and 17, characterized in that the heat shield (24) forms an insertable, hot chamber with the inner jacket (22) which extends into the exhaust gas discharge device (6).
15 19. Feuerungseinrichtung insbesondere nach Anspruch 1 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abgas¬ abführeinrichtung (6) eine Blende (37) eingesetzt ist, die die Länge der pulsierenden Abgassäule ab¬ grenzt.15 19. Firing device in particular according to claim 1 or 16, characterized in that in the exhaust gas discharge device (6) an aperture (37) is used which delimits the length of the pulsating exhaust gas column.
20 20. Feuerungseinrichtung nach Anspruch 1 und 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Vorkammer (10) etwa einem Fünfzehntel der Länge der pulsierenden Abgassäule zwischen dem Brennkammerboden (19) und der Blende (37) in der Abgasabführeinrichtung (6)20 20. Firing device according to claim 1 and 19, characterized in that the length of the prechamber (10) is approximately a fifteenth of the length of the pulsating exhaust gas column between the combustion chamber base (19) and the diaphragm (37) in the exhaust gas discharge device (6)
25 entspricht.25 corresponds.
21. Feuerungseinrichtung insbesondere nach Anspruch 1 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (5) an der dem Brennkammerboden (19) gegenüber¬ liegenden Stirnseite eine Deckplatte (40) aufweist,21. Firing device in particular according to claim 1 or 16, characterized in that the combustion chamber (5) has a cover plate (40) on the end face lying opposite the combustion chamber base (19),
30 an der zentral ein Wirbelkörper (41) hochsteht, wobei das Anschlußrohr (42) seitlich angesetzt ist.30 at the center of which a vertebral body (41) stands up, the connecting tube (42) being attached laterally.
22. Feuerungseinrichtung nach Anspruch 21, dadurch ge- 28 kennzeichnet, daß der Wirbelkörper (41) S-förmig ist.22. Firing device according to claim 21, thereby 28 indicates that the vertebral body (41) is S-shaped.
23. Feuerungseinrichtung insbesondere nach Anspruch 1, 16 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Anschlußrohre (42,43,50) der Abgasabführeinrichtung23. Furnace device in particular according to claim 1, 16 or 21, characterized in that at least two connecting pipes (42, 43, 50) of the exhaust gas discharge device
5 (6) in verschiedenen Abständen zum Brennkammerboden (19) angeordnet sind, wobei zumindest eines der Anschlußrohre (43,50) sperrbar ist.5 (6) are arranged at different distances from the combustion chamber floor (19), at least one of the connecting pipes (43, 50) being lockable.
24. Feuerungseinrichtung nach Anspruch 23, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß ein sperrbares Anschlußrohr (50)24. Firing device according to claim 23, characterized in that a lockable connecting pipe (50)
10 als Heißgasentnahmeleitung in der heißesten Zone der Brennkammer (5) endet und durch den Brennkammer¬ boden (19) nach außen geführt ist.10 ends as a hot gas extraction line in the hottest zone of the combustion chamber (5) and is led to the outside through the combustion chamber base (19).
25. Feuerungseinrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Heißgasentnahme-25. Furnace according to claim 24, characterized in that part of the hot gas extraction
15 leitung (50) zumindest einen Rohrheizkörper bildet.15 line (50) forms at least one tubular heater.
26. Feuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (5) an der Innenseite und die Vorkammer (10) an der Außenseite einer am Wärmetauschbehälter (1) befestig-26. Firing device according to one of claims 1 to 25, characterized in that the combustion chamber (5) on the inside and the prechamber (10) on the outside of a on the heat exchange container (1) fastened
20 baren Trägerplatte (2) angeordnet sind, und die20 baren carrier plate (2) are arranged, and the
Feuerungseinrichtung einen einbaufertigen Einsatz in den Wärmetauschbehälter bildet. Firing device forms a ready-to-install insert in the heat exchanger tank.
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