Verfahren zum Vorwärmen von Brennstoff vor einer Zerstäuberdüse und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorwärmen von Brennstoff vor einer Zerstäuber düse, bei welchem Verfahren die Brennstofftemperatur in vorbestimmten Grenzen geregelt wird und ein oder mehrere Grenztemperaturfühler von Thermostaten die Freigabe oder Sperrung der ganzen Brenneranlage steuern sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Die bisher bekannten Verfahren zum Vorwärmen von Brennstoff vor einer Zerstäuberdüse, bei welchen vor dem Brennbetrieb die Düse mit erwärmtem Brenn stoff geheizt wird, befriedigen nicht, da hierbei die Brennstofftemperatur im Vorwärmer infolge der wäh rend des Anwärmevorganges grossen durchgesetzten Brennstoffmenge unter die erlaubte Betriebs-Minimal- temperatur absinkt, so dass die Gefahr des Abstellens der ganzen Anlage durch den Sperrthermostaten be steht.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, diesem übel stande zu begegnen. Das erfindungsgemässe Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass man vor dem Anwärmen der Anlage die Temperatur des Brennstoffes vor dessen Einströmen in eine Temperaturmessstelle über eine obere Regeltemperatur ansteigen lässt und dann den Anheiz- vorgang einleitet,
so dass sich während und nach dem Anwärmen die Temperatur des Brennstoffes an der Messstelle zwischen den Solltemperaturwerten einpen delt und während des Anwärmevorganges oder im Be trieb kein Temperatursperrwert durchlaufen wird.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch ein Heizelement und einen mit diesem thermisch verbundenen, Brennstoff führen den Teil sowie eine diesem Teil nachgeschaltete Tempe- raturmessstelle und eine Hülle zur Aufnahme des Heiz- elementes, des Brennstoff führenden Teils und der Tem- peraturmessstelle,
wobei der Brennstoff führende Teil und die Temperaturmessstelle durch ein diese Teile um- flutendes wärmeübertragendes Medium thermisch mit einander verbunden sind.
Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise an hand von Figuren erläutert. Es zeigt: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung gemäss Schnittlinie I-I der Fig. 2, Fig. 2 einen Schnitt gemäss Linie II-II der Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt gemäss Linie III-III der Fig. 2, Fig. 4 ein Anfahrdiagramm zur Vorrichtung nach den Fig. 1-3,
in welchem in Abhängigkeit von der Zeit die Brennstofftemperatur mit den Temperatur-Regel- bereichen dargestellt sind.
Ein in einem automatischen Brennersystem einge bauter Brennstoffvorwärmer ermöglicht die Zerstäubung schwerer Brennstoffe, insbesondere von Schwerölen, in dem er durch Erhitzung deren Viskosität heruntersetzt und damit die Zerstäubung mit der nötigen Feinheit ermöglicht. Derartige Brennstoffvorwärmer sind be kannt.
Sie regeln die Brennstofftemperatur in vorbe stimmten Sollwertgrenzen und stellen die ganze Brenner anlage ab, sobald der Brennstoff eine kritische Tempe ratur unterschreitet. Der Aufbau des neuen Vorwärmers ist folgender: Ein zylindrisches Gehäuse 1 ist mit einer Vorder wand 3 und einer Rückwand 5 versehen, welche durch einen Mantel 7 miteinander verbunden sind. In der Vorderwand 3 ist ein Einlaufstutzen 9 für den von der Pumpe kommenden Brennstoff eingeschweisst. In der Rückwand 5 befindet sich ein Heizelement 11. Dieses besitzt zwei Heizstäbe mit elektrischen An schlüssen 13 und 15. Die Heizstäbe stecken in einem Köcher 17.
Am Einlaufstutzen 9 ist eine um den Köcher 17 des Heizelementes 11 verlaufende Rohrschlange 19 angeschweisst. Das Ende der Schlange 19 mündet in ein gradliniges Rückkehrrohr, das in ein Mantelrohr 21 führt, in welchem eine Thermostathülle 23 steckt. Diese Thermostathülle 23 ist in der Vorderwand 3 und der Rückwand 5 eingeschweisst und dient der Auf- rahme von Thermostatfühlern (nicht dargestellt). Sie stellt die Temperaturmessstelle dar.
Das Mantelrohr 21 ist an seinem andern Ende offen. Es mündet in einen Raum 25, welcher durch die Vorderwand 3, die Rückwand 5 und den Mantel 7 begrenzt wird. Im obern Teil des Gehäuses 1 befindet sich ein an einem Innennippel 33 befestigter Siebeinsatz 27. Der Innennippel 33 ist mit einem Anschlussnippel 31 verschraubt, der seinerseits in die Vorderwand 3 eingewindet ist.
Das ganze Gehäuse 1 mitsamt den aus der Vorder wand 3 und der Rückwand 5 herausragenden Teilen ist in einer äussern Hülle 29 untergebracht.
Im Betrieb gelangt der Brennstoff, wie mittels ent sprechender Pfeile angezeigt, durch den Einlaufstutzen 9 und die Rohrschlange 19, in welcher er durch die Energie des Heizelementes 11 erhitzt wird. Er fliesst hierauf in das Mantelrohr 21 und von dort in den Raum 25, wonach er durch den Siebeinsatz 27 und den Innennippel 33 gelangt, um den Vorwärmer durch den Anschlussnippel 31 zu verlassen und durch eine nicht dargestellte Rohrleitung ins sogenannte Düsen gestänge zu strömen.
Wird die Brenneranlage in kaltem Zustand in Be trieb genommen, so erfolgt vorerst eine Erwärmung des Brennstoffs mittels des Heizelementes 11 ohne Durchfluss. d. h. mit ruhendem Brennstoff in den Lei tungen und in der Rohrschlange 19. Die Wärme gelangt dabei praktisch nur durch Wärmeleitung (der Brenn stoff ist praktisch ruhend) von der Rohrschlange 19 in den Brennstoff des Raumes 25 sowie über das Man telrohr 21 zum Brennstoff in diesem.
Die Wärme strömt dabei mehrheitlich vom Heizelement 11 durch die Hülle des Köchers 17 über die Wandung der Rohrschlange 19 in den Brennstoff im Raum 25 und nur zu einem geringern Teil direkt vom Heizelement 11 in diesen Brennstoff. Vom Brennstoff im Raume 25 gelangt die Wärme zum Teil direkt, zum Teil durch die Wandung des Mantelrohres 21 zum Brennstoff in diesem Rohr. Vom Brennstoff im Mantelrohr 21 gelangt die Wärme durch Übergang in die Thermostathülle 23, worauf dessen Fühler die entsprechende Temperatur festhalten.
In der Thermostathülle 23 können sowohl die Füh ler für einen Regelthermostaten als auch für einen Sperrthermostaten eingebracht werden. Dabei regelt der Regelthermostat das mit der Reglung ein - aus ver sehene Heizelement 11, in dem Sinne, dass er es bei Erreichen eines oberen Sollwertes t, der Brennstoff temperatur im Mantelrohr 21 abschaltet und es bei Abfallen unter einen unteren Temperatursollwert t3 wieder einschaltet.
Der Sperrthermostat dagegen schaltet die ganze An lage aus, wenn die Brennstofftemperatur unter einen vorbestimmten, einstellbaren Wert (z. B. t1 in Fig. 4) absinkt und gibt die Anlage wieder frei, sobald ein höher liegender Wert (z. B. t-2 in Fig. 4) erreicht oder überschritten wird. Das Anfahren eines Brenners gestaltet sich wie folgt: Das Heizelement 11 wird eingeschaltet (Punkt A, Fig. 4).
Die Brennstofftemperatur am Ende der Rohr schlange 19 steigt an und durchläuft nacheinander den Wert t1, die Ausschalttemperatur des Sperrthermo staten, anschliessend den Wert t--, die Einschalttempe ratur des Sperrthermostaten und hierauf nacheinander die Ein- und Ausschalttemperaturen t3 und t1 des Re gelthermostaten. Durch den geschilderten Wärmeüber- gang wird bei diesem Aufheizen auch der Brennstoff im Mantelrohr 21 erwärmt, wobei dessen Temperatur gemäss der strichpunktierten Linie nach t>1 erfolgt.
So bald diese Temperatur gemäss der Kurve t-,1 beispiels weise den Wert t.. erreicht, schaltet ein vom Sperr thermostaten gesteuertes Zeitrelais ein und bringt die Brennstoffmenge im Anwärmekreis in Bewegung, so dass der Brennstoff im Brennstoffvorwärmer zu fliessen beginnt. Die Temperaturkurve des Brennstoffes in der Rohrschlange 19 nimmt sofort ab, während entspre chend die Temperaturkurve t-21 ansteigt.
Sobald diese den obern Regulierwert t3 erreicht, schaltet der Regel thermostat aus, um nach Absinken der Temperatur t21 auf den untern Sollwert t:3 wieder einzuschalten. Auf diese Weise wird während der Anheizzeit B-C der Brenner entsprechend vorgewärmt, so dass im Zeit punkt C die Anlage vom Anwärm- in den Betriebs zustand geschaltet werden kann. Ab diesem Zeitpunkt wird die Brennstofftemperatur im Mantelrohr 21 ent sprechend der Kurve t-1 zwischen den Beiden Sollwer ten t3 und ti geregelt und gehalten.
Diese Art der Inbetriebnahme weist den grossen Vorteil auf, dass mit überschüssiger Wärmeenergie im Brennstoff, d. h. mit einer Brennstofftemperatur, welche über dem obern Sollwert t-1, die Rohrschlange 19 ver lässt, der Anwärmvorgang begonnen wird, so dass die Brennstofftemperatur an der Temperaturmessstelle des Brennstoff-Vorwärmers während dem Anwärmvorgang nicht mehr unter die Sperrtemperatur t1 abfällt und ausserdem in dem dem Vorwärmer nachgeschalteten Brenner der Zündvorgang durch die gewährleistete hohe Brennstofftemperatur im Zeitpunkt C erleichtert wird.
Diese Regulierungsart wird dadurch ermöglicht, dass im ersten Teil der Regelung, d. h. zwischen A und B, der Wärmeübergang vom Heizelement 11 bzw. der Rohrschlange 19 zum Regelthermostat in der Thermo- stathülle 23 durch Wärmeleitung und freie Konvektion erfolgt, womit sich zwischen dem Brennstoff in der Rohrschlange 19 und demjenigen im Mantelrohr 21 ein relativ grosses Temperaturgefälle einstellt, während beim anschliessenden Anwärmvorgang und im normalen Betrieb die Wärmeübertragung von der Rohrschlange 19 zur Thermostathülle 23 durch den gepumpten Brenn stoff, d. h.
durch aufgezwungene Konvektion vor sich geht, was natürlich bedeutend bessere Wärmetransporte ergibt und daher entsprechend kleinere Temperatur differenzen. Auf diese Weise ist es möglich, im ersten Teil des Vorwärmvorganges für die Regelung ein wenig empfindliches Wärmeübertragungssystem grosser Träg heit zu verwenden und damit die Brennstofftemperatur in der Rohrschlange 19 über die Sollwertgrenzen an steigen zu lassen, während vom Moment des Anwär- mens und des anschliessenden Betriebes für die Regelung ein Wärmeübertragungssystem zur Anwendung gelangt,
das eine sehr geringe Trägheit und mithin kurze Ver zugszeiten besitzt oder mit andern Worten sehr emp findlich ist. Durch diese Art der Vorwärmung wird der Betrieb beim Anfahren einer ölbrenneranlage be deutend sicherer gestaltet.
Method for preheating fuel in front of an atomizer nozzle and device for carrying out the method The present invention relates to a method for preheating fuel in front of an atomizer nozzle, in which method the fuel temperature is regulated within predetermined limits and one or more limit temperature sensors of thermostats enable or disable control the entire burner system and a device for performing the process.
The previously known methods for preheating fuel in front of an atomizer nozzle, in which the nozzle is heated with heated fuel before the combustion operation, are unsatisfactory, since the fuel temperature in the preheater is below the permitted operating minimum due to the large amount of fuel put through during the heating process - the temperature drops, so that there is a risk of the entire system being shut down by the blocking thermostat.
The present invention aims to remedy this drawback. The method according to the invention is characterized in that, before the system is heated, the temperature of the fuel is allowed to rise above an upper control temperature before it flows into a temperature measuring point, and the heating process is then initiated,
so that the temperature of the fuel at the measuring point fluctuates between the target temperature values during and after the heating process and no temperature blocking value is passed through during the heating process or during operation.
The device for carrying out the method is characterized by a heating element and a fuel that is thermally connected to it, the part as well as a temperature measuring point downstream of this part and a cover to accommodate the heating element, the fuel-carrying part and the temperature measuring point,
wherein the fuel-carrying part and the temperature measuring point are thermally connected to one another by a heat-transferring medium flowing around these parts.
The invention will then be explained using figures, for example. It shows: FIG. 1 a longitudinal section through a device according to section line II in FIG. 2, FIG. 2 a section according to line II-II in FIG. 1, FIG. 3 a section according to line III-III in FIG. 2, FIG 4 is a start-up diagram for the device according to FIGS. 1-3,
in which the fuel temperature is shown with the temperature control ranges as a function of time.
A built-in fuel preheater in an automatic burner system enables the atomization of heavy fuels, especially heavy oils, by heating them down to reduce their viscosity, thus enabling atomization with the necessary fineness. Such fuel preheaters are known.
They regulate the fuel temperature within predetermined setpoint limits and shut down the entire burner system as soon as the fuel falls below a critical temperature. The structure of the new preheater is as follows: A cylindrical housing 1 is provided with a front wall 3 and a rear wall 5 which are connected to one another by a jacket 7. An inlet connection 9 for the fuel coming from the pump is welded into the front wall 3. A heating element 11 is located in the rear wall 5. This has two heating rods with electrical connections 13 and 15. The heating rods are placed in a holder 17.
A pipe coil 19 running around the quiver 17 of the heating element 11 is welded to the inlet connection 9. The end of the snake 19 opens into a straight return pipe which leads into a jacket pipe 21 in which a thermostat sleeve 23 is inserted. This thermostat sleeve 23 is welded into the front wall 3 and the rear wall 5 and is used to accommodate thermostat sensors (not shown). It represents the temperature measuring point.
The jacket tube 21 is open at its other end. It opens into a space 25 which is delimited by the front wall 3, the rear wall 5 and the jacket 7. In the upper part of the housing 1 there is a sieve insert 27 fastened to an inner nipple 33. The inner nipple 33 is screwed to a connection nipple 31, which in turn is threaded into the front wall 3.
The entire housing 1 together with the parts protruding from the front wall 3 and the rear wall 5 is housed in an outer shell 29.
In operation, the fuel, as indicated by the corresponding arrows, passes through the inlet connection 9 and the coil 19, in which it is heated by the energy of the heating element 11. It then flows into the jacket tube 21 and from there into the space 25, after which it passes through the sieve insert 27 and the inner nipple 33 to leave the preheater through the connection nipple 31 and flow through a pipeline, not shown, into the so-called nozzle rod.
If the burner system is put into operation in a cold state, the fuel is initially heated by means of the heating element 11 without any flow. d. H. lines with dormant fuel in the Lei and in the coil 19. The heat is practically only by conduction (the fuel is practically dormant) from the coil 19 in the fuel of the room 25 and via the telrohr 21 to the fuel in this.
The majority of the heat flows from the heating element 11 through the shell of the quiver 17 over the wall of the pipe coil 19 into the fuel in the space 25 and only to a lesser extent directly from the heating element 11 into this fuel. From the fuel in space 25, the heat reaches the fuel in this tube partly directly, partly through the wall of the jacket tube 21. The heat from the fuel in the jacket tube 21 passes through to the thermostat sleeve 23, whereupon its sensors record the corresponding temperature.
In the thermostat cover 23 both the Füh ler for a control thermostat and a blocking thermostat can be introduced. The control thermostat regulates the heating element 11, which is provided with the control, in the sense that it switches it off when the fuel temperature in the jacket tube 21 is reached when an upper setpoint value t is reached and switches it on again when it drops below a lower setpoint temperature value t3.
The blocking thermostat, on the other hand, switches off the entire system when the fuel temperature drops below a predetermined, adjustable value (e.g. t1 in Fig. 4) and enables the system again as soon as a higher value (e.g. t- 2 in Fig. 4) is reached or exceeded. A burner is started up as follows: The heating element 11 is switched on (point A, FIG. 4).
The fuel temperature at the end of the coil 19 rises and successively passes through the value t1, the switch-off temperature of the blocking thermostat, then the value t--, the switch-on temperature of the blocking thermostat and then successively the switch-on and switch-off temperatures t3 and t1 of the control thermostat. As a result of the heat transfer described, the fuel in the jacket tube 21 is also heated during this heating, the temperature of which occurs according to the dash-dotted line after t> 1.
As soon as this temperature according to the curve t, 1 example, reaches the value t .., a time relay controlled by the locking thermostat switches on and brings the amount of fuel in the heating circuit in motion, so that the fuel begins to flow in the fuel preheater. The temperature curve of the fuel in the coil 19 decreases immediately, while the temperature curve t-21 increases accordingly.
As soon as this reaches the upper regulation value t3, the control thermostat switches off in order to switch it on again after the temperature t21 has fallen to the lower setpoint t: 3. In this way, the burner is preheated accordingly during the heating-up time B-C, so that at the time point C the system can be switched from the heating to the operating state. From this point in time, the fuel temperature in the jacket tube 21 is controlled and maintained according to the curve t-1 between the two setpoint values t3 and ti.
This type of start-up has the great advantage that with excess heat energy in the fuel, i. H. The heating process is started with a fuel temperature which is above the upper setpoint t-1, the pipe coil 19, so that the fuel temperature at the temperature measuring point of the fuel preheater no longer falls below the blocking temperature t1 during the heating process and also in the The ignition process is facilitated by the guaranteed high fuel temperature at the point in time C in the burner connected downstream of the preheater.
This type of regulation is made possible by the fact that in the first part of the regulation, i. H. between A and B, the heat transfer from the heating element 11 or the pipe coil 19 to the control thermostat in the thermostat sleeve 23 takes place by conduction and free convection, whereby a relatively large temperature gradient is established between the fuel in the pipe coil 19 and that in the jacket pipe 21, while during the subsequent heating process and in normal operation, the heat transfer from the coil 19 to the thermostat sleeve 23 through the pumped fuel, d. H.
by forced convection, which of course results in significantly better heat transport and therefore correspondingly smaller temperature differences. In this way it is possible to use a less sensitive heat transfer system of great inertia for the control in the first part of the preheating process and thus to let the fuel temperature in the pipe coil 19 rise above the setpoint limits, during the moment of heating and the subsequent A heat transfer system is used to control the operation
which has very little inertia and therefore short delay times or, in other words, is very sensitive. This type of preheating makes operation significantly safer when starting up an oil burner system.