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Die
Erfindung betrifft einen Brenner für flüssige Brennstoffe nach dem
Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Ein
gattungsgemäßer Brenner
ist beispielsweise aus der
EP
0 683 883 B1 bekannt. Er besteht aus einem Brennergehäuse, welches
ein Stützrohr mit
einer in diesem angeordneten Vorkammer und ein sich daran anschließendes Flammrohr
aufweist. Im Stützrohr
ist in der Vorkammer ein Düsenstock
mit einer einen Brennstoffstrahl erzeugenden Düse angeordnet, und innerhalb
des Flammrohres wird eine Brennkammer ausgebildet, in welche sich
der Brennstoffstrahl ausbreitet. Zwischen der Vorkammer und der
Brennkammer ist ein blendenartiges Trennelement mit mindestens einer
zentralen Öffnung
angeordnet, durch das der Brennstoffstrahl hindurch tritt. Dabei
schließt
sich die Brennkammer an das Trennelement an. Mit einem Gebläse wird
der in die Brennkammer eintretende Brennluftstrom erzeugt. Dieser umfasst
speziell in der
EP
0 683 883 B1 einen brennstoffstrahlnahen Teilstrom sowie
einen rezirkulationsstabilisierenden Teilstrom. In der Brennkammer
verbrennt der Brennstoff mit einer blau brennenden Flamme im Wesentlichen
stöchiometrisch
oder nahstöchiometrisch.
Zusätzlich
zum brennstoffstrahlnahen Teilstrom tritt in die Brennkammer ein
gegenüber diesem
in definiertem Abstand radial außen liegender rezirkulationsstabilisierender
Teilstrom von Brennluft ein. Dadurch bildet sich in der Brennkammer
eine von der blau brennenden Flamme zum nicht brennenden Teil des
Brennstoffstrahls zurück
verlaufende innere Rezirkulationsströmung aus. Eine äußere Rezirkulationsströmung entsteht
durch Öffnungen
im Flammrohr, insbesondere in der Nähe des Trennelementes. Dadurch
werden kühlere
Heizgase aus dem umgebenden Feuerraum angesaugt und der Flammenwurzel
zugemischt. Dies führt
beispielsweise zu einer Reduzierung von Stickoxid-Emissionen.
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Im
Gegensatz dazu ist aus der
DE
42 09 220 A1 ein Brenner mit einem auf das Trennelement
aufgesetzten Mischrohr bekannt. Dieses besitzt im Vergleich mit
dem umgebenden Flammrohr einen relativ kleinen Durchmesser sowie
viele Aussparungen bzw. Durchbrechungen im Mantel. Es befindet sich
im Wesentlichen im Bereich des nicht brennenden Teil des Brennstoffstrahls
und dient zum Stabilisieren der inneren Rezirkulationsströmung. Allerdings
entstehen durch dieses Mischrohr auch Nachteile, beispielsweise
eine relativ starke Geräuschentwicklung
wegen der fast direkten Luft-Anströmung nahe der Durchbrechungen
im Trennelement.
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Weiterhin
zeigt die
EP 0 558
455 A1 einen Brenner, bei dem stromabwärts vor einem Trennelement
eine innere Umlenkvorrichtung angeordnet ist, so dass sich zusammen
mit einem äußeren Flammrohr
mindestens ein Kanal für
eine mindestens teilweise zwangsgeführte innere Rezirkulationsströmung ausbildet.
Die Umlenkvorrichtung bewirkt, dass alle begrenzenden Teile des
Vergasungsraumes mit heißen
Gasen bestrichen werden, so dass sich an ihnen keine Brennstofftröpfchen festsetzen
und verkoken können.
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In
ungünstigen
Betriebssituationen können bei
den bekannten Brennerausführungen
möglicherweise
Rußablagerungen
auf dem Trennelement auftreten, welche dann wiederum zu negativen
Einflüssen
auf die Verbrennung führen
und die Ablagerungsneigung verstärken.
Die Rußablagerungen
entstehen im Wesentlichen dadurch, dass sich der feine Ölnebel auf
der relativ kühlen
Oberfläche
des Trennelementes niederschlägt.
Dabei kühlen
einerseits die innere Rezirkulationsströmung sowie andererseits die äußere Rezirkulationsströmung die
Flamme und somit auch das Trennelement.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Verbrennungsqualität bei einem
Brenner für
flüssige
Brennstoffe zu optimieren.
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Erfindungsgemäß wurde
dies mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
sind den Unteransprüchen
zu entnehmen.
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Der
Brenner für
flüssige
Brennstoffe besitzt ein stromabwärts
vor dem Trennelement angeordnetes inneres Flammrohr, welches zusammen
mit dem äußeren Flammrohr
mindestens einen Kanal für
eine mindestens teilweise zwangsgeführte innere Rezirkulationsströmung bildet.
Dieser Kanal steht mindestens in der Nähe des Trennelementes über Durchbrechungen
im inneren Flammrohr mit der Brennkammer in Verbindung. Weiterhin
wird die durch Durchbrechungen im äußeren Flammrohr verlaufende äußere Rezirkulationsströmung so
gelenkt, dass die innere Rezirkulationsströmung, im Kanal und/oder in der
Brennkammer, wahlweise beeinflusst oder nicht beeinflusst wird.
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Das
innere Flammrohr ist kürzer
als das äußere Flammrohr
ausgeführt
und erstreckt sich über einen
Teilbereich der Länge
des äußeren Flammrohres,
mindestens etwa 25% von dessen Länge.
Sowohl das innere als auch das äußere Flammrohr
sind zylindrisch gestal tet und konzentrisch zueinander angeordnet,
so dass ein wandnaher Ringspalt ausbildet wird. Das innere Flammrohr
besitzt einen Außendurchmesser
von etwa 70% bis 95% des Innendurchmessers des äußeren Flammrohres.
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In
einer ersten Ausführungsform
bildet das innere Flammrohr mit dem Stützrohr eine Einheit und das äußere Flammrohr
ist im Bereich einer auf der Ebene des Trennelementes liegenden
Einschnürung am
Stützrohr
fixiert. Bei einer zweiten Variante ist das innere Flammrohr in
einen nach innen gerichteten Bördelrand
des Stützrohres
in Strömungsrichtung einzufügen und
zusammen mit dem Trennelement in axialer Richtung zu fixieren. Dabei
bildet das äußere Flammrohr
mit dem Stützrohr
eine Einheit. In einer weiteren Ausführungsform bildet das innere
Flammrohr zusammen mit dem Trennelement eine Einheit und ist in
einen nach innen gerichteten Bördelrand des
Stützrohres
in Strömungsrichtung
einzufügen und
in diesem zu fixieren. In diesem Fall bildet das äußere Flammrohr
mit dem Stützrohr
eine Einheit.
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Mindestens
im stromabwärtigen
Bereich vor der Ausmündung
des inneren Flammrohres sind Durchbrechungen im äußeren Flammrohr angebracht.
Diese sind über
den Umfang und/oder die Länge
des äußeren Flammrohres
verteilt angeordnet und begünstigen
eine äußere Rezirkulationsströmung der
Heizgase, auf direktem oder indirektem Weg, in die Brennkammer.
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Gekennzeichnet
ist der Brenner für
flüssige Brennstoffe
dadurch, dass die Brennkammer in mindestens einer Zone über mehrere über den
Umfang und/oder die Länge
der Flammrohre verteilte Kanäle direkt
mit dem Bereich außerhalb
des äußeren Flammrohres
in Verbindung steht, um insbesondere im Bereich vor dem Trennelement
eine direkte äußere Rezirkulationsströmung der
Heizgase in die Brennkammer zu begünstigen. Dabei münden die Kanäle in der
dem Trennelement zugewandten Hälfte des
inneren Flammrohres in die Brennkammer ein. Vorzugsweise sind die
Kanäle
als Röhrchen
ausgeführt,
welche jeweils in zugeordneten, korrespondierenden Durchbrechungen
im Mantel des inneren und äußeren Flammrohres
gelagert und/oder fixiert sind.
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Alternativ
oder ergänzend
dazu können
die über
den Umfang und/oder die Länge
der Flammrohre verteilten Durchtrittsöffnungen für die äußere Rezirkulationsströmung der
Heizgase in die Brennkammer aus jeweils einer stutzen- oder düsenartigen
Anformung im äußeren Flammrohr
bestehen. Diese Anformung korrespondiert dann jeweils mit einer
Durchbrechung im Mantel des inneren Flammrohres und ist mit einem
geringfügigen
Abstand zum Außenmantel des
inneren Flammrohres angeordnet. Dadurch wird mit der äußeren Rezirkulationsströmung ein
Teilstrom der inneren Rezirkulationsströmung aus dem Ringspalt zwischen
den Flammrohren angesaugt.
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Das
innere Flammrohr ist wahlweise aus einem keramischen Werkstoff oder
aus Metall ausgeführt.
Das äußere Flammrohr
kann durchgehend aus Metall ausgeführt sein und im vorderen Bereich,
etwa ab dem vorderen Endbereich des inneren Flammrohres, einen größeren Innendurchmesser
als in der Nähe
des Trennelementes besitzen. Dann ist wahlweise ein zugeordneter
zylindrischer Einsatz aus einem keramischen Werkstoff der Innenkontur
im vorderen Bereich des äußeren Flammrohres
zugeordnet und in der Durchmessererweiterung gelagert. Dabei entspricht
dessen Innendurchmesser etwa dem Innendurchmesser des äußeren Flammrohres
in der Nähe
des Trennelementes.
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Mit
den erfindungsgemäßen Maßnahmen wird
die Verbrennungsqualität
bei einem Brenner für flüssige Brennstoffe
optimiert. Es ist ein sicherer Start und ein optimaler, schadstoffarmer,
stationärer
Betrieb des Brenners gewährleistet.
Durch den Ringspalt zwischen dem inneren und äußeren Flammrohr werden sehr
heiße
Rezirkulationsgase aus dem vorderen Bereich der Flamme zum Trennelement
geleitet. Daher ist mindestens ein Teil der inneren Rezirkulationsströmung zwangsgeführt und
stabilisiert die Flamme. Wegen der Aufheizung auf Temperaturen über 400°C, können sich
auf dem Trennelement keine Ablagerungen bilden. Besonders um die
Stickoxid-Emissionen zu reduzieren, werden kältere Rezirkulationsgase dosiert
und gezielt aus dem umgebenden Feuerraum des Heizgerätes in den
Kern der Flamme geleitet. Diese äußere Rezirkulationsströmung gelangt
so in die Brennkammer, dass das Trennelement nicht gekühlt wird.
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Die
Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung dar. Es zeigt:
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1:
einen senkrechten Längsschnitt durch
eine Mischeinrichtung eines Brenners,
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2:
einen senkrechten Längsschnitt durch
eine Mischeinrichtung eines Brenners mit Kanälen zur direkten Lenkung der äußeren Rezirkulationsströmung in
die Brennkammer und
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3:
die Zuordnung einer stutzen- oder düsenartigen Anformung im äußeren Flammrohr
zu einer Durchbrechung im inneren Flammrohr in einem Detailausschnitt.
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Der
Brenner besteht aus einem äußeren Flammrohr 1 und
aus einem inneren Flammrohr 2, welches eine Brennkammer 3 umgibt,
in die sich ein Brennstoffstrahl aus einer Düse 4 ausbreitet. Diese ist
stromaufwärts
zur Brennkammer 3, kurz hinter einem blendenartigen Trennelement 5 im
Stützrohr 6, angebracht.
Mit einem Gebläse
wird der durch mindestens eine Öffnung 7 im
Trennelement 5 in die Brennkammer 3 eintretende
Brennluftstrom erzeugt. Zusammen mit dem äußeren Flammrohr 1 bildet
das innere Flammrohr 2 stromabwärts vor dem Trennelement 5 einen
ringförmigen
Kanal 8 für
eine mindestens teilweise zwangsgeführte innere Rezirkulationsströmung. Dieser
Kanal 8 mündet
in der Nähe
des Trennelementes 5 über
Durchbrechungen 9 im inneren Flammrohr 2 in die
Brennkammer 3. Auch können
zusätzliche
Durchbrechungen 9' im
inneren Flammrohr 2, welche über dessen Umfang und/oder Länge verteilt
sind, vorgesehen werden.
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Gemäß den 1 und 2 bildet
das innere Flammrohr 2 mit dem Stützrohr 6 eine Einheit,
an der auch das äußere Flammrohr 1 fixiert
ist. Beim Ausführungsbeispiel
gemäß 1 sind
im stromabwärtigen
Bereich vor der Ausmündung
des inneren Flammrohres 2 Durchbrechungen 10 im äußeren Flammrohr 1 angebracht
und über
dessen Umfang verteilt. Diese begünstigen die äußere Rezirkulationsströmung der
Heizgase in die Brennkammer 3.
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Soll
diese äußere Rezirkulationsströmung noch
stärker
im Bereich der Flammenwurzel zugeführt werden, so wird die Mischeinrichtung
des Brenners gemäß 2 gestaltet.
Dann ist die Brennkammer 3 über mehrere über den
Umfang und/oder die Länge
der Flammrohre 1, 2 verteilte Kanäle 11,
welche als Röhrchen
ausgeführt
sind, direkt mit dem Bereich außerhalb
des äußeren Flammrohres 1 verbunden.
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Alternativ
oder ergänzend
dazu können
diese über
den Umfang und/oder die Länge
der Flammrohre 1, 2 verteilten Durchtrittsöffnungen
für die äußere Rezirkulationsströmung gemäß 3 aus
jeweils einer stutzen- oder düsenartigen
Anformung 12 im äußeren Flammrohr 1 bestehen,
welche einer Durchbrechung 13 im Mantel des inneren Flammrohres 2 zugeordnet
ist. Durch einen geringfügigen
Abstand der Anformung 12 zum Außenmantel des inneren Flammrohres 2 wird
ein Teilstrom der inneren Rezirkulationsströmung aus dem Kanal 8 zwischen
den Flammrohren 1, 2 angesaugt.