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Ölbrenneranlage
Die Erfindung bezieht sich auf Ölbrenneranlagen, bei denen das Öl mit Hilfe seines Förderdruckes in einer Düse zerstäubt und mit Hilfe einer volumetrisch fördernden einfach wirkenden Einzylinderkolbenpumpe zugeführt wird.
Man unterscheidet bei Ölbrennern grundsätzlich zwei Arten. Bei der einen Ausführungsform wird das Öl mit Hilfe seines Förderdruckes in einer Düse zerstäubt, während bei der andern Brennerart zur Zerstäubung ein zusätzliches Medium, beispielsweise Luft oder Dampf angewendet wird.
Für sehr viele Anwendungsgebiete hat sich die Verwendung von Druckölzerstäubern als besonders vorteilhaft erwiesen, also von Zerstäubern oder Brennern, bei denen die Zerstäubung des Öls ausschliesslich mit Hilfe seines Förderdruckes, d. h. ohne Anwendung eines weiteren Mediums in der Düse selbst erfolgt.
Die Zerstäubung im Brenner selbst mit Hilfe des Förderdruckes des Öls kann eine möglichst weitgehende oder praktisch vollständige Zerstäubung sein. Man kennt aber auch Brenner, die unter nur teilweiser Zerstäubung des Öls betrieben werden.
Die Erfindung ist auf beide Arten von Brennern anwendbar. Wenn also im folgenden von Zerstäubung gesprochen wird, so ist darunter sowohl eine praktisch vollständige als auch eine teilweise Zerstäubung zu verstehen.
Ein besonderes Problem für den Betrieb von Ölbrennern stellt die Notwendigkeit einer genauen Mengenregulierung dar. Man kennt bereits eine Regulierung der Mengen mit Drosselorganen. Diese Drosselorgane führen jedoch zwangsläufig zu Ungenauigkeiten, insbesondere dann, wenn es sich um die Förderung geringer Ölmengen handelt.
Vielfach liegt die Durchsatzleistung solcher kleinen Brenner in der Grössenordnung von l l/h bis zu 5 l/h. Häufig wird aber auch ein über diesen Bereich hinausgehender, sehr grosser Regelbereich verlangt.
Um diesen Forderungen gerecht zu werden, ist man bereits von der Drosselregelung auf die Volumenregelung übergegangen, indem man beispielsweise das Öl mit einer volumetrisch fördernden Pumpe, d. h. praktisch einer Kolbenpumpe zuführt.
Mit Hilfe einer solchen Kolbenpumpe lässt sich entsprechend der Grösse des Fördervolumens der Pumpe und ihrer Drehzanl pro Zeiteinheit eine praktisch genau bemessene Ölmenge zuführen.
Beim Einsatz von Kolbenpumpen, insbesondere einfach wirkenden Einzylinderkolbenpumpen, zeigt sich jedoch der Nachteil, dass der Brennstoff pulsierend aus der Brennerdüse austritt, was in vielen Fällen unerwünscht ist. Will man diese Pulsation des Brennstoffaustrittes dadurch vermeiden, dass man an Stelle einer Einzylinderkolbenpumpe eine solche mit mehreren Zylindern zum Einsatz bringt, so erhöht diese Ausführungsform die Anschaffungskosten der Pumpe. Man hat deshalb die Einzylinderkolbenpumpen lediglich als Dosierungsmittel verwendet und zur Zerstäubung ein anderes Medium, beispielsweise entspre- chend zugeführte Zerstäubungsluft, verwendet.
Muss man jedoch auf diese Massnahme verzichten, so muss man zur Unterhaltung der Verbrennung des Brenners bei Einsatz einer Einzylinderkolbenpumpe eine Einrichtung vorsehen, die bei dem ständigen Abreissen des Brennstoffstrahles immer wieder für eine erneute Zündung des Brennstoffes sorgt. Diese Zündvorrichtungen unterliegen jedoch wegen der an der Brenner- düse auftretenden vergleichsweise hohen Temperaturen einem raschen Verschleiss, so dass solche Brenner wenig betriebssicher sind.
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Durch die Erfindung soll eine Einrichtung zum Betrieb von Druckzerstäuberbrennern mit Hilfe einer einfach wirkenden Einzylinderkolbenpumpe geschaffen werden, die eine unzulässige Pulsation oder ein
Abreissen der Flamme am Brenner verhindert.
Ausserdem erstrebt die Erfindung die Schaffung einer Einrichtung zum Betrieb von Ölbrennern, die es gestattet, die Durchsatzleistung der Düse solcher Brenner wesentlich zu erhöhen.
Besonders akut ist das im vorhergehenden aufgezeigte Problem bei der Beheizung von Brennöfen der keramischen Industrie. Solche Brennöfen erfordern beim Anfahren aus dem kalten Zustand eine dauernde
Unterhaltung der Verbrennung an der Brennerdüse, d. h. die Brenner müssen mit zerstäubtem Brennstoff betrieben werden. Nach Erreichen einer bestimmten Temperatur erweist sich jedoch der Betrieb der
Brenner mit unmittelbar an der Düse zerstäubtem Brennstoff als ungünstig, da sich bei steigender Ofen- temperatur die Verbrennung selbst unterhält und in der-Nähe der Austrittsdüse des Brenners eine Temperaturballung auftritt, die zu einer ungleichmässigen Temperaturverteilung und Ausbildung der Atmosphäre innerhalb des Brennofens führt.
Man erstrebt deshalb nach Erreichen eines bestimmten Temperaturniveaus den Einsatz von Brennern, die den Brennstoff in freiem Strahl in den Brennraum einführen, wo er auf seinem Wege langsam abbrennt.
Da in keramischen Öfen die Anheizung des Ofenraumes sehr sorgfältig und langsam erfolgen muss, um das zu brennende Gut nicht zu schädigen, ist es für die zum Einsatz kommenden Brenner erforderlich, dass sie sehr fein und in einem vergleichsweise grossen Bereich stetig regelbar sind. Es ergibt sich also zwangsläufig insbesondere zum Anheizen solcher keramischen Öfen die Forderung nach dem Einsatz von Druckzerstäuberbrennern, die jedoch die eingangs allgemein aufgezeigten Nachteile nicht aufweisen dürfen.
Für den angestrebten Zweck könnten auch an sich bekannte Pumpen mit veränderlichem Hubraum für die Förderung vonDrucköl eingesetzt werden. Dies ergäbe aber ein kompliziertes und teures Aggregat.
Erfindungsgemäss soll aber erreicht werden, dass mit vergleichsweise einfachen Mitteln bisher im Einsatz befindliche Pumpen ohne Schwierigkeiten weiter verwendet werden können. Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass zwischen Pumpe und Brennerdüse eine Kammer mit veränderlichem Fassungsver- mögen angeordnet ist, deren Fassungsvermögen bei steigendem Öldruck zunimmt, bei Abfall des Öldruckes jedoch abnimmt. Durch die Zwischenschaltung einer solchen Kammer zwischen Düse und der zur Anwendung kommenden, einfach wirkenden Einzylinderkolbenpumpe wird nicht nur die bei Betrieb eines solchen Zerstäuberbrenners mit einer einfach wirkenden Einzylinderkolbenpumpe unvermeidliche Pulsation der Flamme vermieden, sondern es zeigt sich darüber hinaus, dass die Durchsatzleistung der Brennerdüse bedeutend erhöht werden kann.
Dieser zuletzt genannte Vorteil wird dadurch erreicht, dass sich während des Förderhubes der einfach wirkenden Einzylinderkolbenpumpe ein Teil der geförderten Ölmenge gegen den in der Zwischenkammer herrschenden Widerstand unter Volumenvergrösserung dieser Kammer speichert und während des Saughubes der Pumpe aus dieser Kammer in die Brennerdüse gelangt, so dass dieser der Brennstoffim wesentlichen kontinuierlichzugeführtwird. Dadarüber hinaus der bisher beim Einsatz einfach wirkender Einzylinderkolbenpumpen vorhandene tote Zeitraum zwischen den einzelnen Pulsationen in Wegfall kommt, erhöht sich zwangsläufig der Durchsatz der Brennerdüse auf praktisch das Doppelte.
Zur einwandfreien Zerstäubung vergleichsweise kleiner Fördermengen ist bekanntlich ein entsprechend geringer Düsenquerschnitt erforderlich. Die Festlegung dieses Düsenquerschnitts hat eine Obergrenze der von der Pumpe geförderten Brennstoffmenge zur Folge. Steigert man die Förderleistung der Pumpe über
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nimmt jedoch diese Kemmer einen Teil des Förderdruckes auf, so dass die Fördermenge ohne Überschreitung des zulässigen Förderdruckes bis auf das Doppelte gesteigert werden kann.
Vorzugsweise wird die in die Förderleitung zwischen Pumpe und Brennerdüse eingeschaltete, ihr Valumen bei Zunahme des Förderdruckes vergrössernde Kammer so ausgebildet, dass die Volumenvergrö- sserung erst nach Erreichen eines vorbestimmten Druckes einsetzt, wodurch gewährleistet ist, dass an der Brennerdüse von Anfang an eine ausreichende Zerstäubung erfolgt.
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leistung der Brennerdüse noch nicht aus, um den Ofen nach Erreichen der maximalen Durchsatzleistung der Brennerdüse weiter aufzuheizen. Für diesen Fall lässt sich die erfindungsgemässe Einrichtung so abändern, dass in der elastischen Kammer bei Überschreiten des maximalen Förderdruckes der Brennerdüse eineweitere Leitung geöffnet wird, die zu einer zweiten Brennerdüse führt.
Vorzugsweise ist diese zweite Düse nicht mehr als Zerstäuberdüse, sondern als reine Spritzdüse ausgebildet, die den Brennstoff in freiem Strahl in den Brennraum einführt.
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Das Erfindungsprinzip lässt sich beispielsweise dadurch verwirklichen, dass man in die Leitung zwischen Brennerdüse und Brennstoffpumpe eine Kammer einschaltet, in der ein unter Federdruck stehender Kolben beweglich angeordnet ist. In weiterer Ausbildung dieses Gedankens sitzt der Kolben in seiner Ruhestellung auf Anschlägen auf, so dass der Brennstoff einen bestimmten Druck in der Förderleitung erreicht haben muss, bevor sich das Volumen der Kammer dadurch vergrössert, dass der Kolben gegen die Wirkung der Feder verschoben wird.
Da jedoch bei den in diesem System herrschenden, vergleichsweise hohen Drücken Leckverluste zwischen dem Kolben und der ihn führenden Kammerwandung unvermeidlich sind, empfiehlt sich die Anwendung einer allseitig geschlossenen, elastische Wände aufweisende Kammer, die mit an ihr sitzenden Elementen durch eine Feder od. dgl. gegen feste Anschläge in einer Ausgangsstellung gehalten wird.
Nach Erreichen eines bestimmten Druckes heben sich die an der Kammer befindlichen Elemente von den orts-
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derart ausgebildet, dass der Kolben nach Durchlaufen eines bestimmten Weges einen zweiten Kanal freigibt, der in den Raum einmündet, welcher die von der Pumpe kommende Leitung mit der zur Brennerdüse führenden Leitung verbindet, so dass der Brennstoff nunmehr über die eine Leitung der ersten Brennerdüse und über die zweite Leitung der zweiten Brennerdüse zugeführt wird.
Die Zeichnungen zeigen drei Ausführungsbeispiele zur Veranschaulichung des Erfindungsprinzips, u. zw. in Fig. 1 eine in die Zuführungsleitung zwischen Brennstoffpumpe und Brennerdüse eingeschaltete Kammer mit einem gegen Ff. derdruck verschiebbaren Kolben ; Fig. 2 eine allseitig geschlossene Kammer, die eine Volumenvergrösserung gegen den Widerstand eines federnden Elementes ermöglicht ; und Fig. 3 eine Kammer mit einem gegen Federdruck beweglichen Kolben, der nach Durchlaufen einer bestimmten Strecke die zu einer zweiten Brennerdüse führende Leitung freigibt.
In Fig. 1 bedeutet 1 eine einfach wirkende Einzylinderkolbenpumpe mit einem Kolben 2. Das Öl wird über das Rückschlagventil 3 vom Ölbehälter her angesaugt und über das Rückschlagventil 4 und durch die Ölleitung 5 der nicht gezeichneten Einspritzdüse zugeführt. Auf dem Wege zur Einspritzdüse strömt das Öl durch den unteren Raum 6 einer Kammer 7. Es baut sich somit im Raum 6 ein Öldruck auf, der abhängig ist von der Fördermenge der Ölpumpe 1 und den Widerständen, insbesondere in der Einspritzdüse. In der Kammer 7 ist ein Kolben 8 angeordnet, der mit Hilfe eines Federelementes 9 gegen die Anschläge 10 gedrückt wird. Die elastischen Werte des Federelementes 9 sind so gewählt, dass der Kolben 8 sich erst nach Überschreiten eines bestimmten Druckes unter Vergrösserung des Fassungsvermögens des Raumes 6 bewegen kann.
Bei 11 erkennt man eine kleine Öffnung in der Kammerwand, die den Austritt von Lecköl ermöglicht.
In Fig. 2 ist eine Kammer dargestellt, die aus einem geschlossenen, teilweise elastische Wandungen aufweisenden Hohlkörper 21 besteht, auf dessen oberer starrer Abschlusswandung 22 das Federelement 23 ruht und diese Wandung 22 unterhalb eines bestimmten Öldruckes gegen die Anschläge 24 drückt. Das durch die Ölleitung 25 in den Raum 26 eintretende Öl verlässt diesen Raum über die Ölleitung 27 und strömt von hier der Brennerdüse zu. Erst nach Überschreiten eines bestimmten Druckes hebt sich die Wandung 22 von den Anschlägen 24 ab.
In Fig. 3 ist eine Kammer dargestellt, an die neben der vom Brennstoffvorrat kommenden Öleintrittsleitung 31 und der zu der Brennerdüse führenden Ölaustrittsleitung 32 noch eine weitere Ölleitung 33 angeschlossen ist, welche zu einer zweiten Brennerdüse führt. Solange die untere Kante des in der Kammer gegen die Wirkung der Feder 34 verschieblichen, im Ruhezustand auf den Anschlägen 35 aufruhenden Kolbens 36 sich unterhalb der Einmündung der Ölleitung 33 befindet, kann kein Öl zur zweiten Düse fliessen. Erst wenn der Öldruck in dem Raum 37 einen bestimmten Wert überschreitet, wird die Ölleitung 33 freigegeben und damit das Öl ausser der ersten Brennerdüse auch einer zweiten Brennerdüse zugeführt. 38 ist eine Öffnung für den Austritt von Lecköl.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Ölbrenneranlage, bei der das Öl mit Hilfe seinesFörderdruckes in einer Düse zerstäubt und mit Hilfe einer volumetrisch fördernden einfach wirkenden Einzylinderkolbenpumpe zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Pumpe (1) und Brennerdüse eine Kammer (7, 21) mit veränderlichem Fassungsvermögen angeordnet ist, deren Fassungsvermögen bei steigendem Öldruck zunimmt, bei Abfall des Öldruckes jedoch abnimmt.