AT3684U1

AT3684U1 - Mischeinrichtung für gas- und ölbrenner

Info

Publication number: AT3684U1
Application number: AT0808699U
Authority: AT
Original assignee: Schwarz A & Co
Priority date: 1998-11-09
Filing date: 1999-11-12
Publication date: 2000-06-26

Abstract

Eine Mischeinrichtung für Gas- und Ölbrenner mit einem Brennerrohr (1) mit einer stirnseitigen Durchlaßöffnung und einem darin befindlichen im vorderen Bereich kegelstumpfförmigen Innenrohr (2). Das Innenrohr (2) weist hintere Luftzufuhröffnungen (12) und einer vorderen Auslaßöffnung (3) auf. In dem Innenrohr (2) ist eine Druckzerstäuberdüse angeordnet. Stromabwärts von der Druckzerstäuberdüse (5) befindet sich eine Zündelektrode (11). Zwischen der Druckzerstäuberdüse (5) und dem Innenrohr (2) ist ein koaxiales Düsenrohr (7) mit einer vorderen Auslaßöffnung (9) und mindestens einer hinteren Luftzufuhröffnung (13) angeordnet. Von der Stirnwand (6) des Brennerrohres (1) stehen Sekundärluftrohre (20) ab, die zu einer ringförmigen Scheibe (22) führen, die außen mit einem Rezirkulationsrohr (14) abschließt. Vom inneren Rand der ringförmigen Scheibe (22) steht eine zur Stirnwand (6) des Brennerrohres (1) gerichtete umfanggeschlossene Schürze (10, 30) ab. Die Schürze (10, 30) ist entweder zylindrisch oder kegelstumpfförmig ausgebildet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Mischeinrichtung für Gas- und Ölbrenner mit einem Brennerrohr mit einer Stimwand mit einer Durchlassöffnung, durch die ein im vorderen Bereich kegelstumpfförmiges Innenrohr mit mindestens einer Luftzufuhröffnung und einer vorderen Auslassöffnung, in dem eine Brennstoffzuführung, beispielsweise eine Druckzer- stÅauberdüse, angeordnet ist, ragt, und sich in Brennrichtung vor der Druckzerstäuberdüse eine Zündelektrode befindet, wobei an der Stirnwand des Brennerrohres über die Düsenmündung der Brennstoffzuführung vorstehende Sekundärluftrohre angeordnet sind, die das Innenrohr ringförmig umgeben, wobei eine ringförmige Scheibe, die von einem vor dem Brennerrohr angeordneten Rezlrkulationsrohr umgeben ist, vorgesehen 1St.

Drastisch verschärfte Schadstoffemissionsgrenzwerte in den Luftreinhalteverordnungen in immer mehr Staaten fuhren zu Forderungen nach Brennern mit äusserst gennger NOxAbgabe. Gleichzeitig besteht aufgrund der hochwärmegedämmten Gebäude besonders bei Einfamilienhäusern die Forderung nach niedrigen Heizleistungen des Brenners.

Die angestrebten niederen NOx-Werte können mit einem Brenner mit Gelbflamme nicht erreicht werden. Es besteht daher seit längerer Zeit bereits das Bestreben, Brenner zu schaffen, die zumindestens teilweise mit einer Blauflamme brennen.

Ein Beispiel dafür ist der EP 0 537 491 A2 zu entnehmen. Bei der in dieser Patentanmeldung beschriebenen Mischeinrichtung wurde vor der Brennerdüse eine mit Schlitzen versehene Stauscheibe angeordnet, wobei ein mit einer hinteren Abschlusswand versehenes Innenrohr mit seiner Mündung an der Stauscheibe anstösst Mit einem derartigen Brenner wurden sehr gute Ergebnisse erzielt Aufgabe der Erfindung ist es, einen Brenner der eingangs erwähnten Art dahingehend zu verbessern, dass ein verminderter NOx-Ausstoss störungsfrei erzielt wird. Des weiteren soll mit dem erfindungsgemässen Brenner ein Dauerbetrieb mit niederer Heizleistung möglich sein.

Die erfindungsgemässe Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Sekundärluftrohre bis zu der ringförmigen Scheibe ragen und dass vom Inneren Rand der ringförmigen Scheibe eine zur Stirnwand des Brennerrohres gerichtete umfanggeschlossene Schürze absteht, die entweder zylindrisch oder kegelstumpfförmig ausgebildet ist.

Der äussere Rand der ringförmigen Scheibe kann dabei dichtend am Innenmantel des
Rezirkulationsrohres anliegen, es kann aber auch ein kleiner Spalt zwischen der ringförmigen Scheibe und dem Rezirkulationsrohr vorhanden sein, durch den zwar eine genngfügige Menge an Rauchgas durchtreten kann, der jedoch eine Relativbewegung zwischen dem Rezlrkulationsrohr und der ringförmigen Scheibe gestattet. Das Rez) rku ! ationsrohr kann derart axial verschoben werden.

Durch die erfindungsgemässe Ausführung der Mischeinrichtung wird verhindert, dass sich rezirkuliert Rauchgase unmittelbar mit der Sekundärluft vermischen.

Vorteilhaft ist vorgesehen, dass ca. 50% der Verbrennungsluft über das Innenrohr und das Düsenrohr in einer Drallströmung der Brennkammer zugeführt werden und ca. 50% über die SekundÅarluftrohre unverdrallt als Sekundärluft.

Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren der beiliegenden Zeichnungen eingehend beschrieben.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen je einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Mischeinrichtung für einen Ölbrenner und die Fig. 5 zeigt eine Stirnansicht einer erfindungsgemässen Mischeinrichtung.

Die erfindungsgemasse Mischeinrichtung weist ein zylindrisches Brennerrohr 1 auf. Im vorderen Bereich des Brennerrohres 1 ist die Druckzerstäuberdüse 5 mittig angeordnet. Koaxial zur Druckzerstäuberdüse 5 und zum Brennerrohr 1 sind beim vorderen Ende der Druckzerstäuberdüse 5 ein Düsenrohr 7 und ein das Düsenrohr 7 umgebendes Innenrohr 2 vorgesehen. Das Innenrohr 2 und das Düsenrohr 7 ragen durch die plane Stirnwand 6 des Brennerrohres 1 aus diesem heraus.

Das Innenrohr 2 weist einen vorderen kegelstumpfförmigen Bereich 2'und einen hinteren zyllndnschen Bereich 2" auf. Ebenso Ist das Düsenrohr 7 mit einem vorderen kegel- stumpfformigen Bereich 7'und einem hinteren zylindrischen Bereich 7" ausgeführt Der vordere kegelstumpfförmige Bereich 7'deckt die Druckzerstäuberdüse 5 vorne teilweise ab.

Sowohl das Innenrohr 2 als auch das Düsenrohr 7 sind an ihren hinteren Enden mit einer abschliessenden Wand 8,9 versehen.

Das Innenrohr 2 weist eine vordere Auslassöffnung 3 und das Düsenrohr 7 eine vordere Auslassöffnung 4 auf Die Auslassöffnungen 3,4 befinden sich im Ausführungsbeispiel in einer Ebene, wobei jedoch eine Toleranzgrenze von + 3 mm gegeben ist.

In den gezeigten Ausführungsbeispielen Ist das Brennerrohr 1 zweiteilig ausgeführt, und zwar mit einem an die Stirnwand 6 anschliessenden Rohransatz l'und einem VerlÅangerungsrohr 1" Der Rohransatz l'ist Im Verlängerungsrohr 1" verschiebbar und somit sein Abstand zum Rezlrkulationsrohr 14 einstellbar.

In der Stirnwand 6 des Brennerrohres 1 sind in herkommlicher Weise zwei Zündelektroden 11 und ein lonisationsfuhier 24 gelagert. (siehe Fig. 5) Im zylindrischen Mantel des Innenrohres 2 ist ein Drallerzeuger vorgesehen, der von schragen Luftzuführoffnungen 12, beispielsweise Bohrungen oder Stanzlöcher, gebildet wird.

Ebenso weist der zylindrische Mantel des Düsenrohres 7 schräge Luftzuführöffnungen 13 auf, die die Funktion eines Drallerzeugers erfüllen. Die Luftzuführoffnungen 12,13 liegen jeweils In einer Ebene und sind schräg zur Radialachse der Rohre 2,7 ausgebildet. Derartige Luftzuführöffnungen 12. 13 werden auch als Tangentialöffnungen bezeichnet, obwohl sie nicht auf einer Tangente des Rohrmantels liegen Anstelle der schräg ausgerichteten Luftzuführoffnungen 12,13 im Rohrmantel könnte die Drallerzeugung auch durch die Anordnung von Lamellen Im Innenrohr 2 und im Düsenrohr 7 erfolgen. wobei die Luftzufuhr zu den Rohren 2,7 vorzugsweise nicht über den Rohrmantel sondern über Offnungen an den hinteren Stirnseiten erfolgen würde.

Die Stirnwand 6 ist mit kreisförmig angeordneten SekundÅarluftrohren 20 für die Zufuhr von Sekundarluft in den Flammbereich 17 versehen Die Sekundartuftrohre 20 ragen in das Rezirkulationsrohr 14 hinein Damit die von den SekundÅarluftrohren 20 zugeführte Luft sich nicht sofort mit den rezirkulierten Rauchgasen vermischt, ist eine ringförmige Scheibe 22 vorgesehen, durch die die Sekundarluftrohre 20 ragen oder an der die Sekundärluftrohre 20 mit ihren Enden bundig abschliessen

Mit der erfindungsgemässen Mischeinrichtung wird die von einem Gebläse in das Brenner- rohr 1 eingeleitete Verbrennungsluft geteilt.

Ca. 50 % werden als Primärluft durch das
Innenrohr 2 und das Düsenrohr 7 geführt, wobei in jedem Rohr 2,7 eine Drallströmung er- zeugt wird und die Verbrennungsluft bei den Auslassöffnungen 3,4 mit zwei gleichgerichteten überkntlschen Drallströmungen austritt. Dabei ist die Drallströmung, die aus dem Innenrohr 2 austntt, stark überkritisch, während die Drallströmung der Verbrennungsluft, die aus dem
Düsenrohr 7 austntt, nur leicht überkritisch ist. Die restlichen 50 % der Verbrennungsluft werden aus dem Brennerrohr 1 in einer Linearströmung durch die Sekundarluftrohre 20 an den Randbereich der Flamme abgegeben.

Um die erwunschten Drallstromungen zu erzielen, werden der Mischemnchtung für die Verbrennung von 1 kg Öl 12, 5 bis 13, 5 m3 Luft zugeführt. Die Luftgeschwindigkeit betragt 20 bis 45 m pro Sekunde. Durch die erfindungsgemässe Abstimmung der Drallstörmungen und der Linearströmung werden 25 bis 50 % der Rauchgase innerhalb und ausserhalb des Rezlrkulatlonsrohres 14 rezlrkuliert.

Das Rezirkulationsrohr 14 weist eine Länge auf, die nicht länger ist als die Hälfte seines Durchmessers und der Durchmesser des Rezirkulationsrohres 14 ist vorzugsweise gleich oder gennger als der Durchmesser des Brennerrohres 1.

Die ringförmige Scheibe 22 weist eine innere Öffnung 28 auf, durch die die Flamme ragt, und ringförmig angeordnete Offnungen 27, die mit den Sekundärluftrohren 20 abschliessen.

Der aussere Rand der ringförmigen Scheibe 22 liegt zumindestens annähernd an der Innenwandung des Rezirkulationsrohres 14 an. Die Scheibe 22 ist vorzugsweise an den SekundÅarluftrohren 20 befestigt, beispielsweise mit diesen verlote oder verschweisst.

Andererseits ware auch die Möglichkeit der Befestigung der Scheibe 22 am Rezirkulationsrohr 14 gegeben. Wenn die ringförmige Scheibe 22 an den SekundÅarluftrohren 20 befestigt ist, ist es möglich. das Rezlrkulationsrohr 14 relativ zur nngförmlgen Scheibe 22 zu verschieben.

Um die um das Rezlrkulationsrohr 14 zurückgeführten Rauchgase weitgehend von den Offnungen der Sekundärrohre abzuleiten, Ist die ringförmige Scheibe 22 an ihrem) Innenrand mit einer Schürze 10,30 versehen.

Die Schürze 10 ist zylindnsch ausgeführt und ragt von der ringförmigen Scheibe 22 zur Stirnwand 6 des Brennerrohres ein Die Schurze 30, die ebenfalls von der ringförmigen Scheibe 22 zur Stirnwand 6 des Brennerrohres 1 ragt, ist hingegen kegelstumpfförmig ausgebildet, wobei sie sich zur Stirnwand 6 des Brennerrohres hin verjungt. Die Schürze 30 bzw. deren Erzeugenden sind dabei im Ausführungsbeispiel in einem Winkel von 90 bis 450 zur Stirnwand 6 geneigt In den Ausfuhrungsbelspielen nach den Fig. 3 und 4 ist die ringförmige Scheibe 22 an ihrer von der Stirnwand 6 des Brennerrohres 1 abgewendeten Seite mit jeweils einem zylindnschen Ansatz 29 versehen, der einstückig mit der Schürze 10,30 ausgefuhrt sein kann.

Durch die Bauform der erfindungsgemässen Mischeinrichtung wird im Innenrohr 2 und im Düsenrohr 7 ein uberkritischer Drall erzeugt. Durch den überkritischen Drall entsteht durch den sogenannten Vortex-breakdown-Effekt eine starke Rückströmung Im Zentrum. Durch den starken Rückstrom wird Brennstoff wieder zuruck In der Richtung der Druckzerstäuberduse 5 transportiert Dass diese durch die 01- und Rauchgasruckstände nicht verschmutzt, wird durch die aus dem Düsenrohr 7 in einer Drallstörmung austretenden Verbrennungsluft verhindert.

Der mit einer erfindungsgemässen Mischelnnchtung ausgestattete Olbrenner zundet mit einer Gelbflamme im Bereich 17 unmittelbar vor der Druckzerstauberdüse 5 bzw den Auslassoffnungen 3. 4, mit der die Vergasung des Brennstoffes in Bruchteilen von einer Sekunde eingeleitet und anschliessend durch die interne Flammenrückströmung aufrechterhalten wird Zur Einleitung der Brennstoffvergasung wird keine zusätzliche Fremdenergie benotigt. Die Vergasung und Vermischung des Brennstoffes mit der Verbrennungsluft und den heissen Rauchgasen erfolgt durch den stark überkritischen Hauptdrall, der aus dem Innenrohr 2 austntt und der durch den sogenannten Vortex-breakdown-Effekt die starke Flammenruckströmung mit einem intensiven Stoffaustausch erzeugt.

In der Folge

brennt die Flamme In einem stark ausgeprägten Randbereich blau. Damit die Flamme zündfreudig und stabil brennt, wird nur 50 % der Verbrennungsluft über die schrägen Luftzuführoffnungen 12.13 und die Rohre 2,7 verdrallt. Die restlichen 50 % strömen als Sekundarluft durch die Sekundärluftrohre 20 unmittelbar in den blau-brennenden Randbereich der Flamme.

Die Druckzerstäuberdüse 5 ist vorzugsweise mit einer Vorwärmeeinnchtung für das durchfliessende Heizöl-Leicht ausgestattet.

Eine erfindungsgemässe Mischeinrichtung für einen Gasbrenner unterscheidet sich von den gezeigten Ausführungsbeispielen lediglich durch die Düse, wobei das Gas nicht an der Spitze sondern über seitliche Öffnungen in den zylindrischen Abschnitt des Düsenrohres 7 austritt.

Die Flamme wird erfindungsgemass durch einen Ionisationsfühler 24 überwacht, dessen Ende in den Flammbereich 17 hineinragt.

Claims

Ansprüche : 1. Mischeinrichtung für Gas- und Ölbrenner mit einem Brennerrohr mit einer Stirnwand mit einer Durchlassöffnung, durch die ein im vorderen Bereich kegelstumpfförmiges Innen- rohr mit mindestens einer Luftzufuhröffnung und einer vorderen Auslassöffnung, In dem eine Brennstoffzuführung, beispielsweise eine Druckzerstäuberdüse, angeordnet Ist, ragt, und sich in Brennrichtung vor der Druckzerstäuberdüse eine Zündelektrode befin- det, wobei an der Stirnwand des Brennerrohres über die Düsenmündung der Brenn- stoffzuführung vorstehende Sekundärtuftrohre angeordnet sind, die das Innenrohr ring- förmig umgeben, wobei eine ringförmige Scheibe, die von einem vor dem Brennerrohr angeordneten Rezirkulationsrohr umgeben ist, vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet,, dass die Sekundärluftrohre (20) bis zu der ringförmigen Scheibe (22)

ragen und dass vom inneren Rand der ringförmigen Scheibe (22) eine zur Stirnwand (6) des Brennerrohres (1) gerichtete umfanggeschlossene Schürze (10,30) absteht, die entweder zylindrisch EMI7.1 (20) bel der ringförmigen Scheibe enden.

3. Mischeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärluftrohre (20) über die ringförmige Scheibe (22) hinaus In das Rezirkulationsrohr (14) ragen.

4. Mischeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die kegel- stumpfförmige Schürze (30) zum Innenrohr (2) hin verjüngt.

5. Mischeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmigen Scheibe (22) an der der Schürze (30) gegenüberliegenden Seite mit einem zylindrischen Ansatz (29) versehen ist.

6. Mischeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugenden der kegelstumpfförmigen Schürze (30) In einem Winkel von 90 bis 45 zur Stirnwand (6) des Brennerrohres (1) liegen.

7. Mischeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schürze (10) im radialen Abstand von den Sekundärluftrohren (20) befindet <Desc/Clms Page number 8> 8. Mischeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schürze (10,30) zur Gänze im Rezirkulationsrohr (14) aufgenommen ist.

9. Mischeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Scheibe (22) mit dem Rezirkulationsrohr (14) dichtend abschliesst. EMI8.1 Rezirkulationsrohr (14) relativ zur ringförmigen Scheibe (22) axial verschiebbar ist.

11. Mischeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Innenrohr (2) ein einen überkritischen Drall erzeugender Drallerzeuger angeordnet ist 12. Mischeinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Druck- zerstäuberdüse (5) und dem Innenrohr (2) ein koaxiales Düsenrohr (7) mit einer vorde- ren Auslassöffnung (4), einem Drallerzeuger und mindestens einer hinteren Luftzufuhr- öffnung (13) angeordnet ist, wobei die Drallstörmungen in beiden Rohren (2,7) in der gleichen Drehrichtung verlaufen.

13. Mischeinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Drallströmungen in beiden Rohren (2,7) überkritisch sind.

14. Mischeinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Drallströmung im Innenrohr (2) stark überkritisch ist, während im Düsenrohr (7) eine leicht überkritische Drallströmung vorherrscht.

15. Mischeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ca.

50% der Verbrennungsluft über das Innenrohr (2) und das Düsenrohr (7) in einer Drall- strömung der Brennkammer zugeführt werden und ca. 50% über die Sekundärluftrohre (20) unverdrallt als Sekundärluft.