Die Erfindung betrifft einen Ölbrenner für eine Heizleistung von 18-35 Mcal/h mit einer Ölfördervorrichtung, einem Luftgebläse und einem Brennerkopf, der ein im wesentlichen zylindrisches Flammrohr mit einem sich gegen seine Austrittsöffnung hin verjüngenden Abschnitt und eine koaxial im Flammrohr angeordnete Brennerdüse sowie eine mit einer zentralen kreisförmigen Öffnung versehene Stauscheibe aufweist, die derart im Flammrohr angeordnet ist, dass sich ihr Aussenrand im Bereich des sich verjüngenden Abschnittes befindet, und dass zwischen der Stauscheibe und der Innenfläche des Flammrohres ein Ringspalt vorhanden ist.
In der Ölheizungstechnik wurde bisher in Kauf genommen, dass Ölbrenner mit kleiner Heizleistung eine wesentlich geringere Verbrennungsgüte aufweisen als solche mit einer relativ grossen Heizleistung. Als Mass für die Verbrennungsgüte dient dabei der Kohlendioxyd-Anteil der Abgase. Es wurde nun gefunden, dass die geringe Verbrennungsgüte in erster Linie dadurch verursacht wird, dass der Druck im Flammrohr und dementsprechend auch die Strömungsgeschwindigkeit der Luft in der Mischzone bei kleineren Öl- brennern wesentlich kleiner ist als bei relativ grossen Ölbren- nern.
Bei den vorbekannten Brennerköpfen für Ölbrenner mit kleiner Heizleistung, das heisst, mit Heizleistungen unter etwa 50 Mcal/h, ist, was bis jetzt nicht beachtet wurde, der mündungsseitige Durchmesser im Verhältnis zur Luftmenge, die für die Verbrennung benötigt wird, verhältnismässig viel zu gross. Des weiteren ist auch die Öffnung in der Stauscheibe im Verhältnis viel grösser als bei Ölbrennern mit grosser Heizleistung. Falls man nun bei einem kleinen Ölbrenner das Luftgebläse so dimensionieren würde, dass die Luft die Öffnung in der Stauscheibe mit der gleichen Strömungsgeschwindigkeit durchströmt wie bei einem grossen Ölbrenner, so würde eine Luftmenge zugeführt, die den für die Verbrennung notwendigen Luftbedarf bei weitem überstiege.
Dies hätte zur Folge, dass die Temperatur der Flamme und der Kohlendioxyd-Anteil des Abgases sehr klein würden, und dass ein hoher Anteil der erzeugten Wärme mit der überschüssigen Luft abgeführt würde.
Wird hingegen, wie dies bei den meisten vorbekannten Ölbrennern der Fall ist, die Luftzufuhr so weit gedrosselt, dass eine annähernd stöchiometrische Sauerstoff-Brennstoffmischung entsteht, ergibt sich eine Luftströmung, die nur noch eine kleine Strömungsgeschwindigkeit aufweist. Da jedoch die Mischwirkung des Brennerkopfes sehr stark von der Strömungsgeschwindigkeit der Luft abhängig ist, hat dies zur Folge, dass die Luft und der Brennstoff nur unvollständig miteinander vermischt werden. Dies wiederum bewirkt, dass der Brennstoff nur teilweise verbrennt, was einerseits einen schlechten Wirkungsgrad und andererseits eine starke Russbildung zur Folge hat. Ein weiterer Nachteil der grossen Stauscheibenöffnung und der kleinen Strömungsgeschwindigkeit ist der, dass die Druckdifferenz zwischen dem Innenraum des Flammrohres und dem Brennraum sehr klein wird.
Beispielsweise beträgt der Überdruck im Flammrohr bei drei vorbekannten Ölbrennern 11, 13, beziehungsweise 27 mm Wassersäule, wobei sich beim letzteren, wie dies im speziellen Teil der Beschreibung noch dargelegt wird, schon ein hoher Luft überschuss ergibt. Die grosse Öffnung in der Stauscheibe und der kleine Überdruck im Flammrohr haben zudem zur Folge, dass die Luftströmung und damit die Verbrennungsgüte sehr stark von Änderungen des Druckes im Brennraum beeinflusst werden. Solche Änderungen können etwa durch eine Veränderung des Kaminzuges oder durch Windstösse verursacht werden.
Die Anpassung der Luftzufuhr an die Heizleistung erfolgt bei den vorbekannten Ölbrennern mit kleiner Heizleistung mit Hilfe einer Drosselklappe, so dass diese vorbekannten Ausführungen also den weitern Nachteil haben, dass sie zusätzlich eine Drosselklappe benötigen.
Die Brennerköpfe von grossen Ölbrennern sind meistens so ausgebildet, dass sich zwischen dem Aussenrand der Stauscheibe und dem Flammrohr noch ein freier Spalt ergibt.
Durch diesen Spalt wird der Flamme die sogenannte Sekundärluft zugeführt, die den Verbrennungsvorgang erheblich verbessert. Bei kleinen Ölbrennern wurde bisher in den meisten Fällen darauf verzichtet, einen solchen Ringspalt vorzusehen. Dies vor allem deshalb, weil beim Anbringen eines solchen Spaltes der wegen des grossen Querschnittes der Stauscheibenöffnung ohnehin schon zu grosse Strömungsleitwert des Brennerkopfes noch mehr vergrössert würde. Obwohl es bekannt war, dass die bisher für kleine Heizleistungen verwendeten Ölbrenner sehr ungünstige Brenneigenschaften aufweisen, wusste man nicht, dass dies durch die grossen Durchmesser der Stauscheibenöffnung und des Flammrohres bedingt war.
Bei den für Heizleistungen unter 50 Mcal/h zur Zeit käuflichen Brennerköpfen beträgt der Durchmesser der Stauscheibenöffnung typischerweise etwa 17 bis 20 mm und derjenige der Flammrohrmündung etwa 70 bis 100 mm. Diese grossen Durchmesser sind zum Teil durch die grossen Abmessungen der in diesen Brennerköpfen verwendeten Brennerdüsen bedingt, da insbesondere der Durchmesser der Stauscheibenöffnung nicht kleiner sein sollte als der Durchmesser der Brennerdüse.
Die schweizerische Patentschrift Nr. 553 379 zeigt einen Brennerkopf für Ölbrenner mit kleiner Heizleistung, bei dem der Mündungsdurchmesser des Flammrohres etwa 50 mm beträgt und bei dem die Stauscheibe so klein ist, dass zwischen ihr und dem Flammrohr ein Ringspalt freibleibt. Auch bei diesem Brennerkopf weist jedoch die Stauscheibenöffnung einen Durchmesser von etwa 18 bis 20 mm auf.
Es ist daher das Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Ölbrenner mit einer Heizleistung von 18 bis 35 Mcal/h zu schaffen, der so ausgebildet und dimensioniert ist, dass die gleiche Verbrennungsgüte wie bei einem Ölbrenner mit grösserer Heizleistung erzielt wird.
Dieses Ziel wird bei einem Ölbrenner der eingangs genannten Art dadurch erreicht, dass die zentrale Öffnung der Stauscheibe einen Durchmesser von 11 bis 14 mm aufweist und dass das Luftgebläse derart dimensioniert ist, dass es im Innenraum des Flammrohres einen Überdruck von 32 bis 36 mm Wassersäule erzeugt. Die Erfindung betrifft des weiteren ein Verfahren zum Betrieb des Ölbrenners mit Heizöl leicht oder extra leicht, das dadurch gekennzeichnet ist, dass im Innenraum des Flammrohres ein konstanter Luftüberdruck von 32 bis 36 mm Wassersäule aufrecht erhalten wird, und dass die Anpassung der Luftzufuhr an die Ölfördermen- ge durch Verschieben der Stauscheibe derart erfolgt, dass sich ein Luftüberschuss von höchstens 5 Volumenprozent ergibt, was einem Kohlendioxyd-Anteil der Abgase von mindestens 15 Volumenprozent entspricht.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und dessen Vorteile werden nun anhand der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen die Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Brennerkopf, die Fig. 2 eine Ansicht der Stauscheibe in der in der Figur 1 mit II bezeichneten Blickrichtung, die Fig. 3 einen vergrösserten Detailschnitt der Stauscheibe entlang der Linie III-III der Fig. 2, die Fig. 4 bis 6 Diagramme, in denen für verschiedene Ölbrenner der Kohlendioxyd-Anteil des Abgases in Abhängigkeit von der Ölfördermenge, beziehungsweise der Kohlendioxyd-Anteil in Abhängigkeit vom Feuerraumdruck, beziehungsweise die Russzahl in Abhängigkeit vom Feuerraumdruck dargestellt ist.
Der in der Figur 1 dargestellte, als Ganzes mit 3 bezeichnete Brennerkopf weist ein Flammrohr 4 mit einem sich bis zu seiner Austrittsöffnung 4a konisch verjüngenden Abschnitt 4b und eine koaxial im Flammrohr 4 angeordnete, zur Zerstäubung des Öls dienende Brennerdüse 5 auf. Der Durchmesser der Austrittsöffnung 4a sollte im Bereich von etwa 40 mm bis 70 mm liegen und beträgt vorteilhafterweise etwa 46 bis 54 mm. Die Brennerdüse 5, die eine Brennerstange 12 und ein Mündungsstück 13 aufweist, ist vorteilhafterweise gemäss der in der schweizerischen Patentschrift Nr. 553 379 beschriebenen Ausführung ausgebildet. Der Aussendurchmesser der Brennerstange 12 beträgt beispielsweise etwa 12 mm.
Das Mündungsstück 13 ist auf der der Brennerstange 12 zugewandten Seite mit einem sechskantförmigen Abschnitt versehen, dessen Umfangskreisdurchmesser etwas kleiner ist als der Durchmesser der Brennerstange 12. Auf der anderen Seite weist das Mündungsstück 13 eine konische Verjüngung 13a auf, deren Durchmesser am freien Ende, das heisst in der Ebene der Düsenmündung, etwa 5 bis 6 mm beträgt. Vor der Mündung der Brennerdüse 5 ist im Flammrohr 4 eine runde Stauscheibe 6 koaxial angeordnet, deren ebener Bodenabschnitt 6c mit einer zentralen kreisförmigen Öffnung 6a versehen ist. Die Stauscheibe 6 ist im übrigen becherförmig ausgebildet und mit einem sich konisch gegen die Flammrohr Austrittsöffnung 4a hin erweiternden Mantel versehen, dessen Ende ihren Aussenrand 6b bildet.
Wie aus den Figuren 2 und 3 entnommen werden kann, ist der Bodenabschnitt 6c mit einer Anzahl von in der Figur 2 nur zum Teil dargestellten Schlitzen 6d versehen, die sich von der Öffnung 6a bis in die Nähe des Randes des Bodenabschnittes 6c erstrecken. Die Schlitze 6d verlaufen radial oder unter einem kleinen Winkel zur Radialrichtung und sind gegen die Richtung der Längsachse 14 des Flammrohres 4 etwa 30-600 geneigt. Der Durchmesser der Stauscheibenöffnung 6a kann etwa 11 bis 14 mm, vorzugsweise jedoch 12 bis 13 mm betragen. Der maximale Aussendurchmesser des Mündungsstückes 13 an dem freien Ende der Brennerdüse 5 ist also etwa gleich gross oder etwas kleiner als der Durchmesser der Stauscheibenöffnung 6a. Insbesondere ist der Durchmesser der konischen Verjüngung 13a bei der Düsenmündung etwa halb so gross wie derjenige der Stauscheibenöffnung 6a.
Die Stauscheibe 6 ist so angeordnet, dass sich ihr Aussenrand 6b im Bereich des sich verjüngenden Flammrohr-Abschnittes 4b befindet und dass zwischen ihr, oder genauer gesagt, zwischen ihrem Aussenrand 6b und der Innenfläche 4c des Flammrohres 4 ein Ringspalt 7 freibleibt. Im übrigen ist die Stauscheibe 4 derart gehaltert, dass die Stauscheibe 6 entlang der Achse 14 verschoben werden kann. Der Radius des Stauscheiben-Aussenrandes 6b ist etwa 0,5 bis 1,5 mm kleiner als derjenige der Flammrohr-Austrittsöffnung 4a, und der konische Abschnitt 4b des Flammrohres 4 so ausgebildet, dass die Breite des Ringspaltes 7 beim Verschieben der Stauscheibe 6 vom einen zum andern Ende des konischen Abschnittes 4b etwa von 1 bis 10 mm verändert werden kann. Die Stauscheibe 6 ist durch eine Halterung, die drei an einer Hülse 10 befestigte Tragarme 9 aufweist, mit der Brennerdüse 5 verbunden.
Die Hülse 10 ist auf der Brennerstange 12, die mit einer Skaleneinteilung versehen sein kann, verschiebbar und kann mit einer Schraube festgeklemmt werden. Die Tragarme 9 sind je mit einer sich etwa radial nach aussen erstreckenden Lasche 9a versehen, die an der Innenfläche 4c des zylindrischen Flammrohrabschnittes 4d anliegt. Dadurch werden die Brennerdüse 5 und die Stauscheibe 6 zentriert, ohne dass die Luftströmung im Flammrohr wesentlich gestört wird. Die Brennerstange 12 ist bei dem in der Figur 1 nicht mehr dargestellten Ende des Flammrohres 4 in einem Flansch geführt, so dass sie gemeinsam mit der Stauscheibe 6 in Richtung der Längsachse 14 verschoben werden kann. Um die richtige Einstellung der Stauscheibe 6 zu erleichtern, kann auf der Aussenseite des Flansches eine Einstellvorrichtung, etwa eine Mikrometerschraube, angeordnet sein.
Im Brennerkopf 3 ist ferner eine in der Figur 1 schematisch angedeutete Zündelektrode 15 vorhanden.
Das dem Mündungsstück abgewandte Ende der Brennerstange 12 ist durch eine Leitung mit einer Ölfördervorrich- tung 1 und der Innenraum 8 des Flammrohres 4 mit einem Luftgebläse 2 verbunden. Das Luftgebläse 2 und der Brennerkopf 3 können zusammen eine kompakte Einheit bilden. Unter kompakt wird hierbei verstanden, dass alle vom Luftgebläse geförderte Luft direkt dem Innenraum des Flammrohres 4 zugeführt wird und dass weder die allfällige Verbindungsleitung noch das Flammrohr eine Luftklappe aufweisen.
Im folgenden sollen nun anhand der Figuren 4 bis 6 die Betriebseigenschaften des Ölbrenners erläutert werden, der für eine Heizleistung von etwa 18 bis 35 Mcal/h konzipiert ist. Beim Betrieb wird der Brennerdüse 5 von der Ölförder- vorrichtung 1 Heizöl leicht oder extra leicht zugeführt, das, wie bekannt, einen Heizwert in der Grösse von etwa 10 Mcal/kg aufweist. Des weitern wird dem Flammrohr durch eine Öffnung im Mantel Luft vom Luftgebläse 2 zugeführt, wobei das letztere so dimensioniert ist, dass im Innenraum des Flammrohres 4 ein Überdruck von etwa 32 bis 36 mm Wassersäule entsteht. Durch Verschieben der Stauscheibe 6 wird nun der Ringspalt 7 so eingestellt, dass der Flamme eine Luftmenge zugeführt wird, die eine etwa stöchiometrische Luft-Brennstoffmischung oder höchstens einen Luftüberschuss von etwa 5 Volumenprozent ergibt.
Dies lässt sich etwa durch Messen des Kohlenmonoxyd- und Kohlendioxyd-Anteils der Abgase feststellen. Für den Betrieb des Ölbrenners kann dann an der zum Verschieben der Brenndüse und der Stauscheibe dienenden Einstellvorrichtung eine entsprechende Skala angebracht werden. Im Gegensatz zu vorbekannten Ölbrennern, bei denen die Regulierung durch eine in der Luftzuleitung oder am Flammrohr angeordnete Drossel- oder Luftablassklappe erfolgt, kann die Anpassung der Luftzufuhr an die Ölfördermenge beim erfindungsgemäss ausgebildeten Ölbrenner allein durch Verschieben der Stauscheibe 6 erfolgen, wobei der Druck im Flammrohr 4 innerhalb der vorstehend angegebenen Grenzen konstant bleibt.
Dies hat insbesondere den wesentlichen Vorteil, dass auch die Strömungsgeschwindigkeit, mit der die Luft die Stauscheibenöffnung 6a und den Ringspalt 7 durchströmt, näherungsweise unabhängig von der Ölfördermenge ist, so dass der Brennerkopf bei jeder innerhalb des angegebenen Intervalls liegenden Heizleistung etwa die gleiche Mischwirkung aufweist. Dies wird sehr eindrücklich aus der Figur 4 ersichtlich, in der für verschiedene Ölbrenner der Kohlendioxyd-Anteil der Abgase in Abhängigkeit von der Ölfördermenge aufgetragen ist, wobei der Kohlendioxyd-Anteil in Volumenprozent angegeben ist. Die mit 41 bezeichnete Kurve gibt die mit dem vorbeschriebenen Ölbrenner gemessenen Werte an, während die Kurven 42, 43 und 44 die mit drei vorbekannten Ölbrennern gemessenen Werte angibt.
Wie aus der Figur 4 deutlich ersichtlich ist, lässt sich mit dem erfindungsgemäss ausgebildeten Ölbrenner ein Kohlendioxyd Anteil, der im ganzen Arbeitsbereich grösser als 15 Volumenprozent ist, erhalten, wogegen die Kurven bei den vorbekannten Ölbrennern bei kleinen Ölfördermengen und Heizleistungen stark abfallen. Bei einer Verbrennung, bei der so viel Luft zugeführt wird, dass sich eine stöchiometrische Sauerstoff Brennstoff-Mischung ergibt, beträgt der Kohlendioxyd-Anteil der Abgase bei den üblichen leichten und extraleichten Heiz ölen etwa 15,7 Volumenprozent. Die Verbrennungsgüte des erfindungsgemäss ausgebildeten Ölbrenners liegt also sehr nahe bei dem bei stöchiometrischer Mischung erreichbaren Maximalwert. Dies hat den Vorteil, dass sich eine hohe Flammentemperatur ergibt und dass die durch den Wärmetrans port des Abgases bedingten Verluste relativ klein werden.
Insbesondere werden dadurch auch Crackerscheinungen eliminiert.
In der Figur 5 ist der Kohlendioxyd-Anteil des Abgases bei einer Heizleistung von 18 Mcal/h in Abhängigkeit vom Feuerraumdruck dargestellt. Unter dem letzteren wird hierbei der an die Austrittsöffnung 4a des Flammrohres 4 anschliessende Raum verstanden. Die Kurve 51 zeigt das Verhalten des erfindungsgemäss ausgebildeten Ölbrenners, während die Kurven 52, 53 und 54 den Kurven 42, 43 und 44 entsprechen.
Die Figur 5 zeigt auch hier sehr deutlich die höhere Verbrennungsgüte des erfindungsgemäss ausgebildeten Ölbrenners, dessen Kohlendioxyd-Anteil auch beim Abfall des Feuerraumdruckes von 4 mm Wassersäule auf Null immer über 15 Volumenprozent liegt, so dass Veränderungen des Kaminzuges und Windstösse die Verbrennungsgüte nicht wesentlich beeinträchtigen.
In der Figur 6 ist schliesslich die mit den vier Ölbrennern bei einer Heizleistung von 18 Mcal/h in Abhängigkeit vom Feuerraumdruck erhaltene Russzahl nach Bacharat dargestellt. Die mit 61 bezeichnete Kurve stammt vom erfindungsgemäss ausgebildeten Ölbrenner, während die Kurven 62, 63 und 64 das Verhalten der drei vorbekannten Ölbrenner zeigen. Ein hoher Wert der Russzahl entspricht, wie bekannt, einer starken Russbildung. Zwei der vorbekannten Ölbrenner, nämlich die durch die Kurven 62 und 63 charakterisierten, weisen eine deutlich stärkere Russbildung auf als der erfindungsgemäss ausgebildete. Dagegen liegt die Kurve 64 etwas unterhalb der Kurve 61, so dass also der betreffende vorbekannte Ölbrenner in dieser Beziehung etwas günstiger ist.
Dies ist jedoch nur deshalb der Fall, weil der betreffende Ölbren- ner mit einem sehr grossen Luftüberschuss betrieben wird, so dass sich, wie die Kurve 54 der Figur 5 zeigt, ein sehr kleiner Kohlendioxyd-Anteil und ein entsprechend ungünstiger Wirkungsgrad entsteht. Dieser Ölbrenner entspricht dem in der Einleitung erwähnten, mit einem Flammrohrdruck von 27 mm Wassersäule betriebenen Brenner. Dagegen entsprechen die Kurven 42, 52 und 62 dem mit einem Flammrohrdruck von 13 mm Wassersäule und die Kurven 43, 53 und 63 dem mit einem Flammrohrdruck von 11 mm Wassersäule arbeitenden Ölbrenner.
Schliesslich sei noch erwähnt, dass der Flammrohrdruck beim Erhöhen des Brennraumdruckes, das heisst des bezüglich des Atmosphärendruckes gemessenen Überdruckes im Brennraum, von - 2 mm auf + 4 mm Wassersäule beim erfindungsgemässen Ölbrenner konstant bleibt, bei den drei vorbekannten Ölbrennern dagegen um einige mm Wassersäule ansteigt.
Die lösbare Befestigung der Stauscheibe an der Brennerdüse ermöglicht, den Abstand zwischen der Stauscheibe und der Mündung der Brennerdüse an den Zerstäubungswinkel der letzteren anzupassen. Nach einmal erfolgter Einstellung wird dann die Stauscheibe nur noch gemeinsam mit der Brennerdüse verschoben.
PATENTANSPRUCH I Ölbrenner für eine Heizleistung von 18-35 Mcal/h mit einer Ölfördervorrichtung (1), einem Luftgebläse (2) und einem Brennerkopf (3), der ein im wesentlichen zylindrisches Flammrohr (4) mit einem sich gegen seine Austrittsöffnung (4a) hin verjüngenden Abschnitt (4b) und eine koaxial im Flammrohr (4) angeordnete Brennerdüse (5) sowie eine mit einer zentralen kreisförmigen Öffnung (6a) versehene Stauscheibe (6) aufweist, die derart im Flammrohr (4) angeordnet ist, dass sich ihr Aussenrand (6b) im Bereich des sich verjüngenden Abschnittes (4b) befindet, und dass zwischen der Stauscheibe (6) und der Innenfläche des Flammrohres (4) ein Ringspalt (7) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Öffnung (6a) der Stauscheibe (6) einen Durchmesser von 11 bis 14 Millimeter aufweist und dass das Luftgebläse (2) derart dimensioniert ist,
dass es im Innenraum (8) des Flammrohres (4) einen Überdruck von 32 bis 36 Millimeter Wassersäule erzeugt.
UNTERANSPRÜCHE
1. Ölbrenner nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der zentralen Öffnung (6a) der Stauscheibe (6) 12 bis 13 Millimeter beträgt.
2. Ölbrenner nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussendurchmesser des Mündungsstückes (13) der Brennerdüse (5) gleich oder kleiner als derjenige der Öffnung (6a) der Stauscheibe (6) ist.
3. Ölbrenner nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussendurchmesser der Stauscheibe (6) kleiner ist als der kleinste Innendurchmesser des sich verjüngenden Abschnittes (4b).
4. Ölbrenner nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der sich verjüngende Abschnitt (4b) sich bis zur Austrittsöffnung (4a) des Flammrohres (4) erstreckt und dass der Durchmesser seiner Austrittsöffnung (4a) 46 bis 54 Millimeter beträgt.
5. Ölbrenner nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Stauscheibe (6) in Richtung der Längsachse (14) des Flammrohres (4) so weit verschiebbar ist, dass der Ringspalt (7) von etwa 1 bis 10 Millimetern verändert werden kann.
6. Ölberenner nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Luftgebläses (2) und das Flammrohr (4) zusammen eine kompakte Einheit bilden, so dass die ganze vom Gebläse (2) geförderte Luft durch die Stauscheibenöffnung (6a) und den Ringspalt (7) ausströmt.
PATENTANSPRUCH II
Verfahren zum Betrieb des Ölbrenners nach Patentanspruch I mit Heizöl leicht oder extra leicht, dadurch gekennzeichnet, dass im Innenraum (8) des Flammrohres (4) ein konstanter Luftüberdruck von 32 bis 36 Millimeter Wassersäule aufrechterhalten wird, und dass die Anpassung der Luftzufuhr an die Ölfördermenge durch Verschieben der Stauscheibe (6) derart erfolgt, dass sich ein Luftüberschuss von höchstens 5 Volumenprozent ergibt, was einem Kohlendioxyd-Anteil der Abgase von mindestens 15 Volumenpro zent entspricht.
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The invention relates to an oil burner for a heating output of 18-35 Mcal / h with an oil delivery device, an air blower and a burner head, which has a substantially cylindrical flame tube with a section tapering towards its outlet opening and a burner nozzle arranged coaxially in the flame tube and one with has a central circular opening provided baffle plate, which is arranged in the flame tube that its outer edge is in the area of the tapered section, and that there is an annular gap between the baffle plate and the inner surface of the flame tube.
In oil heating technology, it was previously accepted that oil burners with a small heating output have a significantly lower combustion quality than those with a relatively large heating output. The carbon dioxide content of the exhaust gases is used as a measure of the combustion quality. It has now been found that the poor combustion quality is primarily caused by the fact that the pressure in the flame tube and, accordingly, also the flow velocity of the air in the mixing zone is significantly lower in smaller oil burners than in relatively large oil burners.
In the case of the previously known burner heads for oil burners with a low heating output, that is, with heating outputs below about 50 Mcal / h, the diameter on the mouth side in relation to the amount of air required for the combustion is comparatively much too large, which has not been taken into account until now . Furthermore, the opening in the baffle plate is proportionally much larger than in oil burners with a high heating output. If the air fan of a small oil burner were to be dimensioned in such a way that the air flows through the opening in the baffle plate at the same flow rate as with a large oil burner, an amount of air would be supplied that would by far exceed the air required for combustion.
The consequence of this would be that the temperature of the flame and the proportion of carbon dioxide in the exhaust gas would be very low, and that a large proportion of the heat generated would be dissipated with the excess air.
If, on the other hand, as is the case with most of the previously known oil burners, the air supply is throttled to such an extent that an approximately stoichiometric oxygen-fuel mixture is created, the result is an air flow which only has a low flow velocity. However, since the mixing effect of the burner head is very much dependent on the flow speed of the air, the result is that the air and the fuel are only incompletely mixed with one another. This in turn means that the fuel only burns partially, which on the one hand results in poor efficiency and on the other hand in strong soot formation. A further disadvantage of the large baffle plate opening and the small flow velocity is that the pressure difference between the interior of the flame tube and the combustion chamber becomes very small.
For example, the overpressure in the flame tube in three previously known oil burners is 11, 13 or 27 mm water column, with the latter, as will be explained in the special part of the description, already results in a high excess of air. The large opening in the baffle plate and the small overpressure in the flame tube also have the consequence that the air flow and thus the combustion quality are very strongly influenced by changes in the pressure in the combustion chamber. Such changes can be caused by a change in the chimney draft or by gusts of wind.
The adaptation of the air supply to the heating output is carried out in the known oil burners with a low heating output with the aid of a throttle valve, so that these previously known designs have the further disadvantage that they also require a throttle valve.
The burner heads of large oil burners are usually designed in such a way that there is still a free gap between the outer edge of the baffle plate and the flame tube.
The so-called secondary air is fed through this gap to the flame, which considerably improves the combustion process. In the case of small oil burners, the provision of such an annular gap has hitherto been dispensed with in most cases. This is mainly because when such a gap is made, the flow conductance of the burner head, which is already too high due to the large cross-section of the baffle plate opening, would be increased even more. Although it was known that the oil burners previously used for small heating capacities had very unfavorable burning properties, it was not known that this was due to the large diameters of the baffle plate opening and the flame tube.
In the burner heads currently commercially available for heating outputs below 50 Mcal / h, the diameter of the orifice plate opening is typically about 17 to 20 mm and that of the flame tube mouth is about 70 to 100 mm. These large diameters are partly due to the large dimensions of the burner nozzles used in these burner heads, since in particular the diameter of the baffle plate opening should not be smaller than the diameter of the burner nozzle.
The Swiss patent specification No. 553 379 shows a burner head for oil burners with low heating power, in which the mouth diameter of the flame tube is about 50 mm and in which the baffle plate is so small that an annular gap remains between it and the flame tube. In this burner head, too, however, the orifice plate opening has a diameter of approximately 18 to 20 mm.
It is therefore the aim of the present invention to create an oil burner with a heating capacity of 18 to 35 Mcal / h, which is designed and dimensioned in such a way that the same combustion quality is achieved as with an oil burner with a greater heating capacity.
This goal is achieved in an oil burner of the type mentioned at the outset in that the central opening of the baffle plate has a diameter of 11 to 14 mm and that the air blower is dimensioned in such a way that it generates an overpressure of 32 to 36 mm water column in the interior of the flame tube . The invention also relates to a method for operating the oil burner with light or extra light heating oil, which is characterized in that a constant excess air pressure of 32 to 36 mm water column is maintained in the interior of the flame tube, and that the air supply is adapted to the oil supply - ge is carried out by moving the baffle plate in such a way that there is an excess of air of at most 5 percent by volume, which corresponds to a carbon dioxide content of the exhaust gases of at least 15 percent by volume.
An embodiment of the invention and its advantages will now be explained with reference to the drawing. In the drawing, FIG. 1 shows a longitudinal section through a burner head, FIG. 2 shows a view of the baffle plate in the viewing direction indicated by II in FIG. 1, FIG. 3 shows an enlarged detailed section of the baffle plate along the line III-III in FIG 4 to 6 are diagrams in which, for various oil burners, the carbon dioxide content of the exhaust gas is shown as a function of the oil flow rate, or the carbon dioxide content as a function of the combustion chamber pressure, or the soot number as a function of the combustion chamber pressure.
The burner head shown in FIG. 1, designated as a whole by 3, has a flame tube 4 with a section 4b which tapers conically up to its outlet opening 4a and a burner nozzle 5 which is arranged coaxially in the flame tube 4 and is used for atomizing the oil. The diameter of the outlet opening 4a should be in the range from approximately 40 mm to 70 mm and is advantageously approximately 46 to 54 mm. The burner nozzle 5, which has a burner rod 12 and a mouthpiece 13, is advantageously designed according to the design described in Swiss patent specification No. 553 379. The outside diameter of the burner rod 12 is approximately 12 mm, for example.
The mouthpiece 13 is provided on the side facing the burner rod 12 with a hexagonal section, the circumferential diameter of which is slightly smaller than the diameter of the burner rod 12. On the other side, the mouthpiece 13 has a conical taper 13a, the diameter of which at the free end, the means in the plane of the nozzle mouth, is about 5 to 6 mm. In front of the mouth of the burner nozzle 5, a round baffle plate 6 is arranged coaxially in the flame tube 4, the flat bottom section 6c of which is provided with a central circular opening 6a. The baffle plate 6 is also cup-shaped and is provided with a jacket which widens conically towards the flame tube outlet opening 4a, the end of which forms its outer edge 6b.
As can be seen from FIGS. 2 and 3, the bottom section 6c is provided with a number of slots 6d, only partially shown in FIG. 2, which extend from the opening 6a to the vicinity of the edge of the bottom section 6c. The slots 6d run radially or at a small angle to the radial direction and are inclined about 30-600 in relation to the direction of the longitudinal axis 14 of the flame tube 4. The diameter of the baffle plate opening 6a can be approximately 11 to 14 mm, but preferably 12 to 13 mm. The maximum outside diameter of the mouth piece 13 at the free end of the burner nozzle 5 is thus approximately the same size or slightly smaller than the diameter of the baffle plate opening 6a. In particular, the diameter of the conical tapering 13a at the nozzle mouth is approximately half as large as that of the baffle plate opening 6a.
The baffle plate 6 is arranged so that its outer edge 6b is in the area of the tapering flame tube section 4b and that an annular gap 7 remains free between it, or more precisely, between its outer edge 6b and the inner surface 4c of the flame tube 4. In addition, the baffle plate 4 is held in such a way that the baffle plate 6 can be displaced along the axis 14. The radius of the baffle plate outer edge 6b is about 0.5 to 1.5 mm smaller than that of the flame tube outlet opening 4a, and the conical section 4b of the flame tube 4 is designed so that the width of the annular gap 7 when moving the baffle plate 6 from one at the other end of the conical section 4b can be changed approximately from 1 to 10 mm. The baffle plate 6 is connected to the burner nozzle 5 by means of a holder which has three support arms 9 fastened to a sleeve 10.
The sleeve 10 is on the burner rod 12, which can be provided with a scale, displaceable and can be clamped with a screw. The support arms 9 are each provided with a tab 9a which extends approximately radially outward and which rests on the inner surface 4c of the cylindrical flame tube section 4d. As a result, the burner nozzle 5 and the baffle plate 6 are centered without the air flow in the flame tube being significantly disrupted. The burner rod 12 is guided in a flange at the end of the flame tube 4, which is no longer shown in FIG. 1, so that it can be moved together with the baffle plate 6 in the direction of the longitudinal axis 14. In order to facilitate the correct setting of the baffle plate 6, an adjusting device, for example a micrometer screw, can be arranged on the outside of the flange.
In the burner head 3 there is also an ignition electrode 15, indicated schematically in FIG.
The end of the burner rod 12 facing away from the mouthpiece is connected by a line to an oil delivery device 1 and the interior 8 of the flame tube 4 is connected to an air blower 2. The air blower 2 and the burner head 3 can together form a compact unit. In this context, compact is understood to mean that all of the air conveyed by the air blower is fed directly to the interior of the flame tube 4 and that neither the possible connecting line nor the flame tube have an air flap.
In the following, the operating properties of the oil burner, which is designed for a heating output of approximately 18 to 35 Mcal / h, will be explained with reference to FIGS. 4 to 6. During operation, the burner nozzle 5 is fed lightly or extra lightly heating oil from the oil delivery device 1, which, as known, has a calorific value of about 10 Mcal / kg. Furthermore, air from the air blower 2 is supplied to the flame tube through an opening in the jacket, the latter being dimensioned so that an overpressure of about 32 to 36 mm water column is created in the interior of the flame tube 4. By moving the baffle plate 6, the annular gap 7 is now set so that the flame is supplied with an amount of air that results in an approximately stoichiometric air-fuel mixture or at most an excess of air of approximately 5 percent by volume.
This can be determined by measuring the carbon monoxide and carbon dioxide content of the exhaust gases. For the operation of the oil burner, a corresponding scale can then be attached to the adjustment device used to move the burner nozzle and the baffle plate. In contrast to previously known oil burners, in which the regulation is carried out by a throttle or air release valve arranged in the air supply line or on the flame tube, the adjustment of the air supply to the oil flow rate in the oil burner designed according to the invention can be done solely by moving the baffle 6, whereby the pressure in the flame tube 4 remains constant within the limits given above.
This has the particular advantage that the flow rate at which the air flows through the baffle plate opening 6a and the annular gap 7 is approximately independent of the oil delivery rate, so that the burner head has approximately the same mixing effect for every heating output within the specified interval. This can be seen very clearly from FIG. 4, in which the carbon dioxide content of the exhaust gases is plotted as a function of the oil delivery rate for various oil burners, the carbon dioxide content being given in percent by volume. The curve labeled 41 indicates the values measured with the previously described oil burner, while curves 42, 43 and 44 indicate the values measured with three previously known oil burners.
As can be clearly seen from FIG. 4, with the oil burner designed according to the invention, a carbon dioxide content that is greater than 15 percent by volume in the entire working range can be obtained, whereas the curves in the previously known oil burners drop sharply with small oil delivery rates and heating outputs. In the case of a combustion in which so much air is supplied that a stoichiometric oxygen-fuel mixture results, the carbon dioxide content of the exhaust gases with the usual light and extra-light heating oils is around 15.7 percent by volume. The combustion quality of the oil burner designed according to the invention is therefore very close to the maximum value that can be achieved with a stoichiometric mixture. This has the advantage that the flame temperature is high and that the losses caused by the heat transport of the exhaust gas are relatively small.
In particular, this also eliminates cracking phenomena.
FIG. 5 shows the carbon dioxide content of the exhaust gas at a heating output of 18 Mcal / h as a function of the furnace pressure. The latter is understood to mean the space adjoining the outlet opening 4a of the flame tube 4. Curve 51 shows the behavior of the oil burner designed according to the invention, while curves 52, 53 and 54 correspond to curves 42, 43 and 44.
Here, too, FIG. 5 shows very clearly the higher combustion quality of the oil burner designed according to the invention, the carbon dioxide content of which is always over 15 percent by volume even when the combustion chamber pressure drops from 4 mm water column to zero, so that changes in the chimney draft and gusts of wind do not significantly affect the combustion quality.
Finally, FIG. 6 shows the Bacharat smoke number obtained with the four oil burners at a heating output of 18 Mcal / h as a function of the furnace pressure. The curve designated by 61 comes from the oil burner designed according to the invention, while curves 62, 63 and 64 show the behavior of the three previously known oil burners. As is known, a high value for the soot number corresponds to a high level of soot formation. Two of the previously known oil burners, namely those characterized by curves 62 and 63, have a significantly stronger soot formation than the one formed according to the invention. In contrast, curve 64 lies somewhat below curve 61, so that the relevant previously known oil burner is somewhat more favorable in this respect.
However, this is only the case because the oil burner in question is operated with a very large excess of air, so that, as curve 54 in FIG. 5 shows, a very small proportion of carbon dioxide and a correspondingly unfavorable degree of efficiency arise. This oil burner corresponds to the burner mentioned in the introduction, operated with a flame tube pressure of 27 mm water column. In contrast, curves 42, 52 and 62 correspond to the oil burner operating with a flame tube pressure of 13 mm water column and curves 43, 53 and 63 to the oil burner operating with a flame tube pressure of 11 mm water column.
Finally, it should be mentioned that the flame tube pressure when the combustion chamber pressure is increased, i.e. the overpressure measured in relation to the atmospheric pressure in the combustion chamber, remains constant from -2 mm to + 4 mm water column with the oil burner according to the invention, whereas with the three previously known oil burners it increases by a few mm water column .
The releasable attachment of the baffle plate to the burner nozzle makes it possible to adapt the distance between the baffle plate and the mouth of the burner nozzle to the atomization angle of the latter. Once the setting has been made, the baffle plate is only moved together with the burner nozzle.
PATENT CLAIM I Oil burner for a heating output of 18-35 Mcal / h with an oil delivery device (1), an air blower (2) and a burner head (3), which has an essentially cylindrical flame tube (4) with an opening against its outlet (4a) tapering section (4b) and a burner nozzle (5) arranged coaxially in the flame tube (4) as well as a baffle plate (6) provided with a central circular opening (6a) which is arranged in the flame tube (4) in such a way that its outer edge (6b) is in the area of the tapering section (4b), and that an annular gap (7) is present between the baffle plate (6) and the inner surface of the flame tube (4), characterized in that the central opening (6a) of the baffle plate (6) has a diameter of 11 to 14 millimeters and that the air blower (2) is dimensioned such that
that it generates an overpressure of 32 to 36 millimeters of water in the interior (8) of the flame tube (4).
SUBCLAIMS
1. Oil burner according to claim I, characterized in that the diameter of the central opening (6a) of the baffle plate (6) is 12 to 13 millimeters.
2. Oil burner according to claim I, characterized in that the outer diameter of the mouth piece (13) of the burner nozzle (5) is equal to or smaller than that of the opening (6a) of the baffle plate (6).
3. Oil burner according to claim I, characterized in that the outside diameter of the baffle plate (6) is smaller than the smallest inside diameter of the tapering section (4b).
4. Oil burner according to claim I, characterized in that the tapering section (4b) extends to the outlet opening (4a) of the flame tube (4) and that the diameter of its outlet opening (4a) is 46 to 54 millimeters.
5. Oil burner according to claim I, characterized in that the baffle plate (6) in the direction of the longitudinal axis (14) of the flame tube (4) is so far displaceable that the annular gap (7) can be changed from about 1 to 10 millimeters.
6. Oil separator according to claim I, characterized in that the outlet of the air blower (2) and the flame tube (4) together form a compact unit, so that all of the air conveyed by the blower (2) through the baffle opening (6a) and the annular gap (7) flows out.
PATENT CLAIM II
Method for operating the oil burner according to claim I with light or extra light heating oil, characterized in that a constant excess air pressure of 32 to 36 millimeters water column is maintained in the interior (8) of the flame tube (4), and that the air supply is adapted to the oil flow rate by moving the baffle plate (6) in such a way that there is an excess of air of at most 5 percent by volume, which corresponds to a carbon dioxide content of the exhaust gases of at least 15 percent by volume.
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