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Ölbrenner
Die Erfindung betrifft Ölbrenner, insbesondere zur Verwendung mit intermittierend betriebenen Brenn- öfen für keramische Gegenstände wie Ziegel, Kacheln und Rohre, dem das Öl und die Verbrennungsluft unter Druck zugeführt sind, die Luft vor der Mischung mit dem Öl verwirbelt wird und ein von Hand aus einstellbares Dosierorgan für die Ölzufuhr vorgesehen ist.
Die wesentlichsten Anforderungen, die an solche Ölbrenner gestellt werden, sind, dass die Länge und
Gestalt der Flamme genau regelbar ist, die Wirbelbewegung bzw. deren Geschwindigkeit unabhängig vom Luftverbrauch konstant bleibt, stets ein günstiges Mischungsverhältnis zwischen Brennstoff und Luft besteht und die der Brennerdüse zugeführte Ölmenge unabhängig von Druckschwankungen in der Zufuhr- leitung bleibt.
Es ist bereits ein Brenner mit getrennterluft-und Ölzufahrung jedoch gekoppelter Mengeneinstellung bekannt, bei dem letztere durch Nadelventile erfolgt, was den Nachteil hat, dass der sich an ihn ausbildende Staubdruck keine gleichmässigen Mengenverhältnisse über den Regelbereich sichert. Die Öl-Luft- mischung vollzieht sich bei diesem Brenner in der Düse selbst und die Luftverwirbelung ist nicht sehr wirksam.
Die Erfindung bezweckt einen Brenner zu schaffen, der die gestellten Forderungen einwandfrei erfüllt, und sie besteht darin, dass bei einem Ölbrenner der eingangs genannten Art, die Austrittsöffnung der Luftverwirbelkammer von dem ringförmig ausgebildeten Ölzufuhrkanal konzentrisch umgeben ist, und beide in einer der Brennerdüse vorgelagerte Mischkammer münden, und dass von der Wirbelkammer eine Leitung ins Freie führt, deren Austrittsöffnung ins Freie durch einen mit dem Dosierorgan auf Mitnahme gekuppelten und sie freigebenden bzw. verschliessenden Verschluss versehen ist.
Weitere Merkmale der Erfindung bestehen darin, dass die Wirbelkammer zylindrisch ausgebildet ist, die Luftaustrittsöffnung und die ins Freie führende Leitung sich an je einer ihrer Stirnflächen befinden, und die Luftzufuhröffnungen tangential einmünden, und dass eine auf die Differenz des vor der Brennerdüse einerseits und in der Ölzufuhrleitung herrschenden Drücke ansprechende Einrichtung, mit der ein die Ölzufuhr zum Ölzufuhrkanal zur Düse steuerndes Regelorgan verbunden ist.
Das Dosierorgan weist ferner einen von ausserhalb desselben betätigbaren Handgriff zur Bestimmung der Menge des der Brennerdüse zugeführten Brennstoffes auf. Dieses Element kann einen Zapfen aufweisen, der mit einer Dosieröffnung zusammenwirkt und ihr gegenüber verstellbar ist, durch die Brennstoff über eine Dosierkammer der Brennerdüse zugeführt wird.
Der Dosierzapfen ist axial verstellbar und hat einen verjüngten Endteil, welcher mit der Dosieröffnung zusammenwirkt, wobei die Verjüngung des Zapfens derart ist, dass eine vorherbestimmte Vorwärtsbewegung des Zapfens die erforderliche vorherbestimmte Herabsetzung der wirksamen Querschnittsfläche der Dosieröffnung bewirkt und umgekehrt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht die vorgenannte auf den Differenzdruck ansprechende Einrichtung aus einem biegsamen, hohlen Wellrohr, das in einer Wellrohrkammer angeordnet und von aussen dem Druck des Öls ausgesetzt ist, das auf seinem Weg von der Dosieröffnung über eine Austrittsöffnung der Wellrohrkammer zu der Brennerdüse strömt, und das innen dem Druck des Öls ausgesetzt ist, das von der Ölzuleitung der Brenneranordnung dem Wellrohr zugeführt wird. Bei einem Anstieg des Druckes in dem Öleintrittskanal dehnt sich das Wellrohr aus und verkleinert den in der Wellrohrkammer zwischen dem Wellrohr und der Austrittsöffnung der Kammer bestehenden Abstand, so dass an der
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Dosieröffnung ein höherer Gegendruck erzeugt und ein vorherbestimmtes Druckgefälle aufrechterhalten wird.
Wenn dagegen der Druck in dem Öleintrittskanal sinkt oder der Gegendruck steigt, zieht sich das
Wellrohr zusammen, so dass der Gegendruck an der Dosieröffnung herabgesetzt und ein vorher bestimmter
Druckabfall an der Dosieröffnung aufrechterhalten wird.
Dem Wellrohr ist eine Einrichtung zur Einstellung seiner Ansprechempfindlichkeit zugeordnet. In der vorgenannten Ausführungsform weist diese Einrichtung eine Feder auf, welche das Wellroh : auszudehnen trachtet, sowie eine Einstellschraube, die von der Aussenseite des Brenners betätigbar ist und die Spannung der Feder verändert. Das drehbare Element zur Einstellung der Axialstellung des Dosierzapfens ist einer gleichzeitig mit diesem Element wirksamen Einrichtung zugeordnet, die einen etwaigen Überschuss der der Brennerdüse zugeführten Luft regelt, der von der Düse weggeführt werden muss.
Diese Einrichtung zur Regelung der Überschussluft besteht aus einer Nockenscheibe od. dgl. die eine in dem Brennerkörper ausgebildete, mit dem Austrittsende eines Luftabzapfrohres in Verbindung stehende Luftaustrittsöffnung um einen vorherbestimmten Betrag öffnet und schliesst, wobei das Eintrittsende dieses Luftabzapfrohres mit einer Luftverwirbelungseinrichtung an einer Stelle in Verbindung steht, die hinter einer Luftaustrittsöffnung dieser Einrichtung liegt. Die Luft wird dem Inneren der Luftverwirbelungseinrichtung durch mehrere Tangentialöffnungen zugeführt, die eine Verbindung zwischen dem Inneren der Einrichtung und einem Lufteintrittskanal herstellen, der mit einer Luftquelle in Verbindung steht und das Luftaustrittsrohr umgibt, aber von ihm isoliert ist.
Der Brenner ist vorzugsweise mit einem einstellbaren Rohr versehen, das die Brennerdüse umgibt und dessen Einstellung eine Regelung der Form der Flamme gestattet. In der vorgenannten Ausführungsform besteht dieses Rohr aus einem Teil, der relativ zu dem Brennerkörper axial verstellbar ist und eine sich erweiternde Mündung und mehrere in Abständen voneinander angeordnete Löcher aufweist, welche das Innere der Mündung mit ihrer Aussenseite verbinden.
In einer abgeänderten Ausführungsform besteht die dem Wellrohr zugeordnete Einrichtung zur Einstellung der Ansprechempfindlichkeit aus einer Temperaturkompensationseinrichtung, die zweckmässig aus einem Bimetallstreifen besteht, dessen Materialien sowohl im Hinblick auf ihre elektrochemischen Eigenschaften als auch auf die zur Erfüllung der Funktionen einer Feder erforderlichen Elastizität ausgewählt sind.
Nachstehend werden zweiAusführungsbeispiele der Erfindung in Form von Ölbrennern für intermittierend wirkende Öfen für keramische Stoffe an Hand der Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt Fig. 1 eine Aussenansicht eines der Brenner, Fig. 2 einen Schnitt durch den Brenner nach der Linie A-A der Fig. l, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie B-B der Fig. 1, Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie C-C der Fig. l und Fig. 5 im Schnitt einen Teil eines abgeänderten Brenners, in dem die Wellrohrfeder der Ausführungsform
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fens ersetzt ist.
Gemäss Fig. 1-4 besitzt der Brenner einen Brennerkörper mit einem Hauptteil 1 und einem mit ihm durch Schrauben verbundenen Endteil 2. Der Hauptteil 1 trägt einen Brennereinsatz, der ein Aussenrohr 3 aufweist, das von der dem Endteil 2 entgegengesetzten Stirnfläche des Brennerkörpers seitlich vorsteht und in den Körper eingeschraubt ist, und ein Innenrohr 4, das koaxial in dem Aussenrohr montiert ist und dessen Aussendurchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser des Aussenrohres, so dass zwischen den beiden Rohren ein ringförmiger Ölaustrittsraum 5 verbleibt.
In dem Brennerkörper ist innerhalb des Innenrohres und koaxial mit dem Aussen- und dem Innenrohr 3 bzw. 4 ferner ein Luftabzapfrohr 6 angeordnet, dessen Innenende in dem Körper 1 und dessen Aussenende in dem Schaftteil 7 einer hohlköpfigen Luftverwirbelungseinrichtung 8 befestigt ist, die in das Aussenende des Innenrohres eingeschraubt ist. Auf dem Aussenrohr 3 ist eine schalenförmige Endkappe 9 aufgeschraubt, deren Decke mit einer zentralen Gemischaustritts- bzw. Düsenöffnung 10 versehen ist. In die Endkappe 9 ist ein Ring 11 mit einer sich erweiternden Innenfläche eingeschraubt, der an der Innenfläche der Kappendecke anliegt.
Die sich erweiternde Innenfläche 12 des konischen Ringes 11 ist so bemessen, dass zwischen dem konischen Kopf 14 der Luftverwirbelungseinrichtung 8 und der Innenfläche des Ringes ein ringförmiger, konischer Ölaustrittsraum 13 verbleibt, der sich von der Rückseite zur Vorderseite des Ringes schräg zur Achse des Brennereinsatzes hin erstreckt. Der zylindrische Teil 15 eines Aufsatzrohres 16 aus hitzebeständigem Stahl ist einstellbar auf dem Aussenrohr 3 aufgesetzt und am Ende mit einer sich auswärts erweiternden Mündung 17 und an dem Übergang zwischen der sich erweiternden Mündung und dem zylindrischen Teil des Aufsatzes mit einer Anzahl von in Abständen voneinander angeordneten Löchern 18 ausgebildet. Zum Feststellen des Aufsatzes auf dem Aussenrohr ist eine einstellbare Schraube 19 vorgesehen.
Durch Einstellung des Aufsatzes kann die Form der Flamme geregelt werden.
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Der Brenner selbst ist ein Mitteldruck-Zerstäuberbrenner, der in der vorliegenden Ausführungsform eine Regelung der Brennstoffmenge im Verhältnis von 12 : 1 ermöglichen soll. Der Brennstoff wird durch den Luftdruck zerstäubt, und das Luft-Brennstoff-Gemisch wird bei allen Einstellungen automatisch geregelt. Ferner ist ein nachstehend beschriebener Brennstoffregler vorgesehen, der gewährleistet, dass unabhängig von Veränderungen des Gegendruckes, etwa durch Verlegung der Düse im Betrieb, oder von Ver- änderungen des Zuführungsdruckes durch fehlerhaftes Arbeiten der Ölspeisepumpe oder Verlegung der Ölzuleitung die richtige Strömungsmenge aufrechterhalten wird. Der Brenner ist für alle Arten von Heizöl bestimmt, das bei schwereren Sorten vorgewärmt wird, damit es die erforderliche Viskosität hat.
Die Brenneranordnung wird von einer aussen angeordneten Quelle mit unter Druck stehendem Öl durch zwei in dem Brennerkörper im Abstand voneinander angeordnete seitliche Öffnungen 20 und 21 gespeist. Jede dieser Öffnungen kann als Ein- oder Austrittsöffnung für das Öl verwendet werden. Jene Öffnung, die nicht zur Zuführung des Öls in die Brenneranordnung verwendet wird, dient zur Rückführung von Öl zur Ölleitung, so dass ein ständiger Ölumlauf gewährleistet ist. Jede der seitlichen Öffnungen 20 und 21 steht mit einer ringförmigen Eintrittskammer 22, Fig. 2 und 4, in Verbindung, die sich in dem Brennerkörper in derQuerrichtung erstreckt und einen mittleren Teil 23 einer Bohrung umgibt, die gegenüber der Achse des Brennereinsatzes versetzt ist und deren dem Endteil des Brennerkörpers entgegengesetzter Endteil 24 einen kleineren Durchmesser hat.
Das dem Endteil des Brennerkörpers benachbarte Ende der Bohrung ist mit einem Gewinde versehen, in welches das gewindetragende Ende einer hohlen Hülse 25 eingeschraubt ist.
In die Bohrung des Brennerkörpers ist an dem Übergang zwischen dem mittleren Teil 23 und dem einen kleinerenDurchmesser besitzenden Endteil der Bohrung 24 eine Ventilsitzscheibe 26 eingesetzt, die mit einer zentralen Öffnung 27 ausgebildet ist, deren Mündung sich von der Innenseite der Scheibe in Richtung des im Durchmesser kleineren Bohrungsteiles erweitert. Diese Öffnung kann mit Hilfe eines axial verschiebbaren Dosierzapfens 29 geschlossen oder teilweise oder ganz geöffnet werden. Dieser Zapfen hat eine in der Öffnung verschiebbare Spitze 30, die gegenüber der Achse des Zapfens abgeschrägt ist. Die Anordnung ist derart, dass durch Veränderung der Axialstellung des Zapfens die Öffnung 27 der Scheibe mehr oder weniger weit freigegeben wird.
Zwischen dem Kopf 31 des Dosierzapfens und einer Hülse 32, in welcher der Zapfen geführt ist, und deren entgegengesetztes Ende an einer mit der Ventilsitzscheibe einstückigen perforierten Hülse 33 anliegt, ist eine Feder 30 eingesetzt, die trachtet, den Dosierzapfen 29 nach rückwärts, d. h. von der Blendenscheibe 26 wegzudrücken.
Die Axialeinstellung des Dosierzapfens 29 und damit die Stellung der abgeschrägten Spitze 30 des Zapfens gegenüber der Öffnung 27 der Blendenscheibe 26 wird durch eine Einstellschraube 34 bewirkt, die in eine Gewindeöffnung 35 des Endteiles 2 des Brennerkörpers eingeschraubt ist. Das innere Ende 36 der Einstellschraube ist verschiebbar in einem Vorsprung 37 des Endteiles 2 des Brennerkörpers geführt. Die Spitze der Einstellschraube greift an einem Vorsprung 38 des Kopfes 31 des Dosierzapfens 29 an. Die Einstellschraube 34 steht von dem Endteil des Brennerkörpers vor und trägt einen Einstellknopf 39, der mit einer Madenschraube 40 an der Einstellschraube befestigt ist. Zwischen der Innenfläche des Knopfes und der spangebend bearbeiteten Aussenfläche 42 des Endteiles des Brennerkörpers ist eine Nockenscheibe 41 eingesetzt, deren Zweck nachstehend beschrieben wird.
Diese Nockenscheibe 41 ist mittels des Knopfes und eines Anschlagzapfens 43 verdrehbar, der in der Nockenscheibe befestigt ist und dessen äusseres Ende in ein Loch 44 des Knopfes eingreift, während das innere Ende des Anschlagzapfens in einen Bogenschlitz 45 des Endteiles des Brennerkörpers eingreift. Der Bewegungsbereich der Einstellschraube 34 ist etwas kleiner als eine Ganghöhe und wird durch den Anschlagstift 43 begrenzt. Zur Einstellung des Dosierzapfens wird zunächst die Madenschraube 40 gelockert und die Einstellschraube mittels eines Schraubenziehers eingestellt. Die Verjüngung der Spitze 30 des Dosierzapfens 29 ist derart, dass eine Vorwärtsbewegung des Zapfens um etwas weniger als eine Ganghöhe die wirksame Querschnittsfläche der Öffnung 27 in der Ventilsitzscheibe 26 auf ein Zwölftel verkleinert.
Der abgesetzte Endteil 24 der die Ventilsitzscheibe 26 aufnehmenden Bohrung des Brennerkörpers steht über einen Kanal 46 ständig mit einer in dem Brennerkörper ausgebildeten Wellrohrkammer 47 in Verbindung, die an ihrem oberen Ende durch eine Kappe 48 geschlossen ist, die innen und aussen ein- stückige Vorsprünge 49 und 50 aufweist. In der Wellrohrkammer 47 ist ein biegsames Wellrohr 51 aus Metall angeordnet, das an seinem oberen Ende an der Unterseite eines in das obere Ende der Kammer eingeschraubten hohlen Stöpsels 52 angreift. Das untere Ende des Wellrohres ist mit einer Platte 53 versehen.
Im Inneren des Wellrohres ist eine Schraubenfeder 54 angeordnet, die zwischen der Wellrohrplatte 53 und einer Widerlagerplatte 55 sitzt, welche vom inneren Ende einer Wellrohreinstellschraube 56 getragen
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wird, die in eine Gewindeöffnung 57 des äusseren Vorsprunges 50 eingeschraubt ist. Die Wellrohrplatte 53 ist oberhalb des Kopfes eines Ventilsitzes 57 angeordnet, der in einen Kanal 58 eingeschraubt ist, der vom
Boden der Wellrohrkammer 47 zu einer Ölaustrittskammer 59 führt, die in dem Brennerkörper ausgebildet ist, das Innenrohr 4 umgibt und mit dem Eintrittsende eines ringförmigen Ölaustrittsraumes 5 zwischen dem Aussen-und dem Innenrohr 4 bzw. 6 in Verbindung steht.
Das Austrittsende des Ölaustrittsraumes 5, Fig. 2, steht mit dem Ringraum 13 zwischen dem konischen Kopf 14 der Verwirbelungseinrichtung 8 und der sich erweiternden Öffnung 12 des Ringes 11 in der Brennereinsatzkappe und dem Kopf der Verwirbe- lungseinrichtung und damit auch mit der Düsenöffnung 10 der Kappe in Verbindung.
Die oberhalb des Wellrohres 51 angeordnete und mit dem Inneren des Wellrohres in Verbindung ste- hende Kammer 47A, Fig. 3, steht über einen in Fig. 1 gezeigten Durchlass 22A ebenfalls mit der Ölein- trittskammer 22 in Verbindung, so dass jede Veränderung des Druckabfalles an der Dosieröffnung der
Blende 26, Fig. 2 eine Bewegung des Wellrohres bewirkt.
Jeder Druckanstieg in der Öleintrittskammer 22 des Brennerkörpers bewirkt daher einen Anstieg des
Innendruckes in dem Wellrohr 51, so dass sich dieses ausdehnt und der wirksame Abstand in der Wellrohr- kammer 47 zwischen der Wellrohrplatte 53 und der Mündung der Bohrung 61 des Ventilsitzes 57 in die
Wellrohrkammer verringert und damit der Gegendruck an der Dosieröffnung 62 der Blendenscheibe 57 er- höht und wie nachstehend beschrieben an der Dosieröffnung ein vorher bestimmterDruckabfallaufrecht- erhalten wird.
Ein Sinken des Eintrittsdruckes in der Öleintrittskammer 22 oder eine Erhöhung des Gegen- druckes bewirkt ein Zusammenziehen des Wellrohres, so dass der Gegendruck an der Dosieröffnung 62 herabgesetzt und der erforderliche Druckabfall an dieser Öffnung und damit auch die für eine gegebene Wärmezuführung zu dem Ofen erforderliche Ölmenge aufrechterhalten wird. Der anfänglicle Druckabfall wird mit Hilfe der Wellrohreinstellschraube 56 und der auf die Wellrohrplatte wirkenden Feder 54 einge- stellt.
Von einer aussen liegenden Quelle wird unter geringem Druck stehende Luft durch eine Luft- eintrittsöffnung 63, Fig. 4, des Brennerkörpers dem Zwischenraum 63A zwischen dem Luftabzapfrohr 6 und dem Innenrohr 4 des Brennereinsatzes zugeführt, tritt durch tangentiale Öffnungen 64 des Schaftes 7 der Luftverwirbelungseinrichtung in deren Bohrung ein und gelangt dann durch die Luftaus- trittsöffnung 65 in dem Kopf 14 der Verwirbelungseinrichtung 7 und einen Raum bo zwischen dem Boden und der Stirnfläche dieses Kopfes zu der Düsenöffnung 10 in der Decke der Brennerkappe 9.
Auf diese
Weise erhält die Luft eine Drehverwirbelung und nimmt dann den ringförmigen Ölfilm mit, der zwischen dem Kopf 14 der Verwirbelungseinrichtung und der Decke der Brennerkappe 9 vorhanden ist, und zerstäubt dieses Öl. Das aus Luft und zerstäubtem Öl bestehende Gemisch tritt dann durch die genannte Düsenöffnung 10 und den Aufsatz 17 in die Brennkammer des Ofens ein.
Die zum Zerstäuben des Öls erforderliche Luftmenge ist von der Brennstoffmenge abhängig. Anderseits ist zur Zerstäubung des Öls und zur Erzielung der erforderlichen Drehgeschwindigkeit der Luft eine bestimmte Mindestluftmenge erforderlich. Bei einer geringen Ölmenge kann diese Mindestluftmenge für die Bildung einer geeigneten Flamme zu gross sein. Vorzugsweise wird jedoch nicht die eintretende Luft geregelt, weil dies zu Schwankungen des Druckes und Volumens der Luft führen würde, sondern die Luftzufuhr konstant gehalten und die erforderliche Korrektur dadurch bewirkt, dass die überschüssige Luft aus dem Luftraum 63A zwischen dem Innenrohr 4 und dem Luftabzapfrohr 6 durch dieses abgezapft wird.
Die durch das Abzapfrohr und einen Kanal 66 des Endteiles 2 des Brennerkörpers an die Atmosphäre abgegebene Luftmenge wird mit Hilfe der vorgenannten Nockenscheibe 41 geregelt, die an der spangebend bearbeiteten Stirnfläche des Endteiles des Brennerkörpers anliegt und durch eine Feder 67 belastet ist, die in dem Brennstoffregelknopf 39 auf der Einstellschraube 34 für den Dosierzapfen 29 eingesetzt ist. Die Nokkenscheibe 41 ist derart ausgebildet, dass bei jeder Einstellung an Hand einer auf der auf dem Endteil des Brennerkörpers angeordneten Skala 68 für die Brennstoffmenge eine entsprechende Querschnittsfläche des Austrittsendes des Luftabzapfkanals 66 des Endteiles des Brennerkörpers freiliegt.
Infolge der vorstehend beschriebenen Anordnung der Nockenscheibe 41 auf dem Brennstoffregelknopf 39 genügt die Bewegung eines einzigen Bedienungsorganes zur Regelung der Zuführung sowohl des Brennstoffes als auch der Luft. Bei grossen Brennstoffmengen wird die Nockenscheibe so eingestellt, dass sie das Austrittsende des Luftabzapfkanals 66 vollständig schliesst, da bei so grossen Brennstoffmengen die ganze zur Verfügung stehende Luft zur Zerstäubung des Brennstoffes erforderlich ist.
Die in Fig. 5 gezeigte Ausführungsform des Brenners hat eine etwas anders ausgebildete Wellrohreinrichtung. An Stelle der vorgenannten Wellrohrfeder 54 ist eine Temperaturkompensationseinrichtung vorgesehen, die beispielsweise einen C-förmigen Bimetallstreifen 69 aufweist, dessen Materialien im Hinblick auf ihre elektrochemischen Eigenschaften und die zur Erfüllung der Funktion einer Feder erforderli-
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ehe Elastizität ausgewählt sind. Die Bimetallfeder kann zwischen der Wellrohreinstellschraube 56 und der
Wellrohrplatte 53 eingesetzt sein und bewirkt, dass im Betrieb des Brenners die Ölmenge unabhängig von seiner Viskosität konstant gehalten wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Ölbrenner, dem das Öl und die Verbrennungsluft unter Druck zugeführt sind, die Luft vor der Mi- schung mit dem Öl verwirbelt wird und ein von Hand aus einstellbares Dosierorgan für die Ölzufuhr vorge- sehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (65) der Luftverwirbelkammer von dem ring- förmig ausgebildeten Ölzufuhrkanal (13) konzentrisch umgeben ist, und beide in eine der Brennerdüse (10) vorgelagerte Mischkammer (60) münden, und dass von der Wirbelkammer eine Leitung (6) ins Freie führt, deren Austrittsöffnung (66) ins Freie durch einen mit dem Dosierorgan (26-29) auf Mitnahme gekuppel- ten und sie freigebenden bzw. verschliessenden Verschluss versehen ist.