DE102006031867A1 - Liquid fuel burner e.g. atomization burner, device, has venturi-nozzle for mixing fuel with combustion air for forming ignitable fuel gas mixture, where inner surface of nozzle wall is made of porous material, and nozzle has flow channel - Google Patents

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Abstract

The device has a venturi-nozzle (12) for mixing a supplied fuel with supplied combustion air for forming an ignitable fuel gas mixture. The nozzle has a flow channel, which is surrounded by a wall of the nozzle. An inner surface of the wall of the nozzle is made of a porous material (14) e.g. porous ceramics or metal foam. The nozzle has a converging inlet area in a flow direction before a diverging diffuser. The porous material is a wire mesh or a wire fleece. A set of openings is provided in the nozzle wall in an area of the diffusers.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennervorrichtung zur Verbrennung flüssigen Brennstoffs mit einer Düse zur Vermischung von zugeführtem Brennstoff mit zugeführter Verbrennungsluft zur Bildung eines zündfähigen Brenngasgemischs, wobei die Düse, umfassend einen von einer Düsenwand umschlossenen Strömungskanal, einen divergierenden Diffusor aufweist.The The invention relates to a burner device for combustion liquid Fuel with a nozzle for mixing fuel supplied with supplied Combustion air to form an ignitable fuel gas mixture, wherein the Nozzle, comprising one enclosed by a nozzle wall A lazy river, having a diverging diffuser.

Derartige Brennervorrichtungen sind als so genannte Zerstäubungsbrenner allgemein bekannt. Beim Zerstäubungsbrenner wird flüssiger Brennstoff zusammen mit Verbrennungsluft über eine so genannte Venturi-Düse einer Misch- und/oder Brennkammer zugeführt. Die Venturi-Düse besteht aus einem konvergierenden, in der Regel kegelförmigen Einlaufbereich, an dessen Schmalende sich ein divergierender, in der Regel ebenfalls kegelförmiger Diffusor anschließt. Die aerodynamische Wirkung der Venturi-Düse besteht darin, dass das einströmende Gas eine in Beziehung zum Verhältnis der Querschnitte in der Düse stehende Beschleunigung erfährt, wodurch der flüssige Brennstoff mitgerissen, verwirbelt und vorzugsweise vollständig verdampft wird. Auf diese Weise entsteht ein zündfähiges Gemisch, welches im Brennraum verbrannt werden kann. Modifikationen der Venturi-Düse umfassen Einspritzvorrichtungen, die lediglich einen Diffusor aufweisen.such Burner devices are well known as so-called atomizing burners. At the atomizing burner becomes more fluid Fuel together with combustion air via a so-called Venturi nozzle one Mixed and / or combustion chamber supplied. The Venturi nozzle exists from a converging, usually conical inlet area, at the Narrow a diverging, usually also cone-shaped diffuser followed. The aerodynamic effect of the Venturi nozzle is that the incoming gas one in relation to the relationship the cross sections in the nozzle experiencing standing acceleration, whereby the liquid Fuel entrained, swirled and preferably completely evaporated. This creates an ignitable mixture, which can be burned in the combustion chamber. Modifications to the venturi include injectors, which only have a diffuser.

Aus der DE 28 36 534 C2 ist eine Brennervorrichtung mit klassischer Venturi-Düse bekannt, wobei die Düsenwand Durchbrüche zur Zuführung von weiterer Verbrennungsluft im Diffusorbereich aufweist. Nachteilig bei dieser bekannten Vorrichtung ist, dass bei unvollständiger Vergasung des Brennstoffs, wie sie insbesondere in Startsituationen auftritt, flüssiger Brennstoff bis in das Brennrohr oder sogar bis in einen nachfolgenden Wärmetauscher gefördert wird. Dies führt zu erhöhter CO-Emission sowie zu Ruß- und Geräuschbildung. Weiter ist es möglich, dass sich Tropfen an der glatten Wand des Diffusors niederschlagen und einen "See" bilden, wodurch die notwendige Verdampfung/Gemischbildung verzögert wird. Diese Nachteile wirken umso stärker, wenn nicht besondere Maßnahmen zur exakten Brennstoffzuführung ergriffen werden. Insbesondere durch Änderungen der Umgebungstemperatur kann sich der Brennstoff in der zuführenden Brennstoffleitung ausdehnen und zusammenziehen, so dass es beim Start der Brennervorrichtung zu undefinierten Zuständen kommen kann. Dem wird üblicherweise durch Verwendung eines Magnetventils und einer Dosierpumpe mit interner Leckage in der Brennstoffleitung entgegengewirkt. Diese Maßnahmen sind zwar effizient, verursachen jedoch erhebliche Kosten und erschweren die Montage. Eine weitere bekannte Maßnahme zur Reduzierung der Gefahr einer Tropfenbildung ist die Verwendung einer Brennstoffvorwärmung, die eine vollständige Verdampfung des Brennstoffs auch bei noch kalter Brennervorrichtung sicherstellen soll. Auch diese Maßnahme ist teuer und überdies fehleranfällig.From the DE 28 36 534 C2 a burner device with a classic Venturi nozzle is known, wherein the nozzle wall has openings for supplying further combustion air in the diffuser region. A disadvantage of this known device is that with incomplete gasification of the fuel, as occurs in particular in start situations, liquid fuel is conveyed into the combustion tube or even into a subsequent heat exchanger. This leads to increased CO emission and soot and noise. Furthermore, it is possible for droplets to precipitate on the smooth wall of the diffuser and form a "lake", which delays the necessary evaporation / mixture formation. These disadvantages are the stronger, unless special measures for accurate fuel supply are taken. In particular, by changes in the ambient temperature, the fuel in the supplying fuel line can expand and contract, so that it can lead to undefined conditions at the start of the burner device. This is usually counteracted by using a solenoid valve and a metering pump with internal leakage in the fuel line. These measures, while efficient, are costly and complicate assembly. Another known measure for reducing the risk of droplet formation is the use of a fuel preheating, which is intended to ensure a complete evaporation of the fuel even with still cold burner device. This measure is also expensive and error-prone.

Aus der DE 101 36 313 A1 ist eine Brennervorrichtung bekannt, deren Düse im Wesentlichen nur einen Diffusor umfasst. Zur Vermeidung der oben genannten Nachteile ist stromabwärts von der Düse vor der eigentlichen Brennkammer eine netzartige Struktur, vorgesehen, die den gesamten Querschnitt des Strömungskanals in diesem Bereich einnimmt. Diese netzartige Struktur, insbesondere ein Drahtgewebe, fängt nicht verdampfte Brennstofftropfen auf, so dass sie nicht in die Brennkammer gelangen können, aber nachfolgend durch die das Drahtgewebe durchströmende Luft verdampft werden können. Nachteilig bei dieser bekannten Vorrichtung ist die unvermeidbare Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit durch das Gewebe. Zudem kommt es am Gewebe zu schwer abschätzbaren Verwirbelungen, die einer optimalen Mischung entgegenwirken können.From the DE 101 36 313 A1 For example, a burner device is known, the nozzle of which essentially comprises only one diffuser. To avoid the above-mentioned disadvantages downstream of the nozzle in front of the actual combustion chamber, a net-like structure is provided, which occupies the entire cross-section of the flow channel in this area. This net-like structure, in particular a wire mesh, does not trap vaporized fuel droplets, so that they can not get into the combustion chamber, but can subsequently be vaporized by the air flowing through the wire mesh. A disadvantage of this known device is the unavoidable reduction of the flow velocity through the tissue. In addition, it is difficult to estimate the turbulence on the fabric, which can counteract an optimal mixture.

Eine ähnliche Brennervorrichtung ist aus der DE 44 20 982 A1 bekannt, bei der anstelle eines Drahtgeflechts eine Siebstruktur in den Strömungskanal eingebracht ist.A similar burner device is from the DE 44 20 982 A1 known, in which instead of a wire mesh a screen structure is introduced into the flow channel.

Die DE 103 27 697 A1 offenbart eine weitere Brennervorrichtung, bei der eine poröse Struktur in den Strömungskanal eingebracht ist. In diesem Fall dient die poröse Struktur, insbesondere eine Keramik-Lochplatte oder Keramik-Fasermatter zusätzlich als Flammhalter.The DE 103 27 697 A1 discloses another burner apparatus in which a porous structure is incorporated in the flow channel. In this case, the porous structure, in particular a ceramic perforated plate or ceramic fiber mat additionally serves as a flame holder.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Brennervorrichtung derart weiterzubilden, dass die Verbrennungsqualität insgesamt verbessert wird.It the object of the present invention is a generic burner device in such a way that the quality of combustion overall is improved.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.These The object is solved by the features of claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.advantageous Embodiments and developments emerge from the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Brennervorrichtung baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass die innere Fläche der Düsenwand wenigstens bereichsweise aus einem porösen Material gebildet ist. Dem liegt die Idee zugrunde, den aus dem Stand der Technik bekannten "Tropfenfänger" in einen Bereich der Brennervorrichtung zu verlagern, wo seine Anordnung keine zusätzlichen Nachteile, wie etwa Blockierung des Gasstroms, verursacht. Als hierfür geeigneter Bereich der Brennervorrichtung wurde erfindungsgemäß die Düseninnenwand erkannt. Man beachte, dass sich im Rahmen dieser Beschreibung der Begriff des "porösen Materials" nicht auf siebartige Strukturen bezieht, deren Löcher hier als Durchbrüche bezeichnet werden. Derartige Durchbrüche können ohne weiteres zusätzlich zu den erfindungsgemäßen Maßnahmen realisiert sein. Das Vorsehen eines porösen Materials an der Düseninnenwand bewirkt eine Absorption von unverdampften Brennstofftropfen an der Düsenwand. Diese können nicht zu einem "See" zusammenlaufen oder von dem beschleunigten Gasstrom in den Brennraum geschleudert werden. Vielmehr werden sie nur in verdampftem Zustand an den Gasstrom abgegeben, so dass insgesamt der unerwünschte Tropfeneintrag in den Brennraum wesentlich reduziert oder sogar ganz vermieden wird. Gleichzeitig wird kein Hindernis für den Gasstrom gebildet.The burner device according to the invention builds on the generic state of the art in that the inner surface of the nozzle wall is at least partially formed of a porous material. This is based on the idea to relocate the known from the prior art "drip" in a portion of the burner device, where its arrangement causes no additional disadvantages, such as blocking the gas flow. As a suitable area of the burner device according to the invention, the nozzle inner wall he was known. Note that in the context of this description, the term "porous material" does not refer to sieve-like structures whose holes are referred to herein as breakthroughs. Such breakthroughs can be readily implemented in addition to the inventive measures. The provision of a porous material on the nozzle inner wall causes absorption of non-evaporated fuel droplets on the nozzle wall. These can not converge to a "lake" or be thrown by the accelerated gas flow into the combustion chamber. Rather, they are released only in the vaporized state of the gas stream, so that the total unwanted drop of entry into the combustion chamber is substantially reduced or even completely avoided. At the same time no obstacle to the gas flow is formed.

Als weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung vereinfacht sich die Brennstoffzuführung erheblich. Insbesondere kann auf Maßnahmen verzichtet werden, die, wie oben erläutert, die Entstehung eines undefinierten Zustandes in der Brennstoffleitung beim Start der Brennervorrichtung verhindern sollen. Aus der Brennerleitung in die Düse tropfender Brennstoff wird nämlich nach Art eines Schwamms von der porösen Innenfläche der Düse aufgenommen, so dass das Vorliegen eines undefinierten Zustandes bei der vorliegenden Erfindung unkritisch ist.When Another advantage of the present invention simplifies the fuel supply considerably. In particular, measures can be dispensed with, which, as explained above, the emergence of an undefined condition in the fuel line at Start the burner device to prevent. From the burner line in the nozzle namely, dripping fuel becomes taken in the manner of a sponge from the porous inner surface of the nozzle, so that the There is an undefined state in the present invention is not critical.

Vorzugsweise ist die Düse als klassische Venturi-Düse ausgebildet, das bedeutet, dass die Düse in Strömungsrichtung vor dem Diffusor einen konvergierenden Einlaufbereich aufweist.Preferably is the nozzle as a classic venturi nozzle formed, which means that the nozzle in the flow direction in front of the diffuser has a converging inlet region.

Zur Verwirklichung der Erfindung stehen insbesondere zwei Möglichkeiten zur Verfügung. Nach einer ersten Ausführungsform besteht die (gesamte) Düsenwand aus einem porösen Material. Dies ist herstellungstechnisch besonders einfach, da die Düse in diesem Fall einteilig ausgebildet werden kann. Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Düsenwand aus einem nicht-porösen Material besteht und ihre innere Fläche wenigstens bereichsweise mit einem porösen Material beschichtet ist. In diesem Fall ist zwar die Herstellung der Düse aufwendiger; bei spezieller Wahl des porösen Materials oder im Fall einer besonderen räumlichen Anordnung des porösen Materials können sich jedoch insgesamt Kostenvorteile ergeben.to Realization of the invention are in particular two options to disposal. According to a first embodiment consists of the (entire) nozzle wall from a porous one Material. This is manufacturing technology particularly simple because the nozzle in this Case can be formed in one piece. Alternatively, however, too be provided that the nozzle wall from a non-porous Material consists and their inner surface at least partially with a porous one Material is coated. In this case, although the production the nozzle consuming; with special choice of porous Material or in the case of a special spatial arrangement of the porous material can However, there are overall cost advantages.

Günstigerweise ist das poröse Material eine poröse Keramik oder ein Metallschaum. Alternativ kann das poröse Material ein metallisches Drahtgeflecht oder Drahtvlies sein. Solche Materialien weisen bei geeigneter Wahl hohe Temperaturbeständigkeit auf und sind zudem kostengünstig. Selbstverständlich sind auch Kombinationen dieser Materialien oder mit anderen Materialien zur Verwirklichung der vorliegenden Erfindung denkbar.conveniently, is the porous one Material a porous Ceramic or a metal foam. Alternatively, the porous material a metallic wire mesh or wire fleece. Such materials have a suitable choice high temperature resistance and are also inexpensive. Of course are also combinations of these materials or with other materials conceivable for the realization of the present invention.

Vorzugsweise liegt die Porengröße des porösen Materials im Millimeter- oder Submillimeterbereich. Größere Ausnehmungen sind unter Umständen nicht geeignet, die Erfindung zu verwirklichen, d.h. flüssigen Brennstoff in der Düsenoberfläche zu binden. Bei der bevorzugten Größenordnung der Porengröße jedoch ist mit einer kapillaritätsgetriebenen Verteilung absorbierter Tropfen in der Düsenwand und damit zu einer leichteren, nachfolgenden Verdampfung zu rechnen.Preferably is the pore size of the porous material in the millimeter or submillimeter range. Larger recesses are under circumstances not suitable for carrying out the invention, i. liquid fuel to bind in the nozzle surface. At the preferred order of magnitude the pore size however is with a capillarity-driven distribution absorbed drop in the nozzle wall and thus to expect a lighter, subsequent evaporation.

Wie bereits erwähnt, kann bei einer besonderen Ausführungsform die Düsenwand im Bereich des Diffusors einen oder mehrere Durchbrüche, insbesondere zur Zuführung zusätzlicher Verbrennungsluft aufweisen.As already mentioned, can in a particular embodiment the nozzle wall in the region of the diffuser one or more openings, in particular to the feeder additional Have combustion air.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielhaft erläutert.One preferred embodiment The invention will be described by way of example with reference to the drawing explained.

Es zeigt:It shows:

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennervorrichtung in Querschnittsansicht. 1 a schematic representation of an embodiment of the burner device according to the invention in cross-sectional view.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Brennervorrichtung im Bereich der Brennkammer 10 in Querschnittsansicht. Eingangsseitig der Brennkammer 10 ist eine Venturi-Düse 12 angeordnet, durch die flüssiger Brennstoff und Verbrennungsluft miteinander verwirbelt und als zündfähiges Gas in die Brennkammer 10 eingespeist werden. Bei der gezeigten Ausführungsform ist der Diffusor, d.h. der divergierende Ausgangsbereich der Venturi-Düse 12 mit einem porösen Material 14 beschichtet, so dass die Innenwand des Diffusors mit dem porösen Material 14 ausgekleidet ist. 1 shows a schematic representation of a burner device according to the invention in the combustion chamber 10 in cross-sectional view. Input side of the combustion chamber 10 is a venturi nozzle 12 arranged, swirled by the liquid fuel and combustion air together and as an ignitable gas into the combustion chamber 10 be fed. In the embodiment shown, the diffuser, ie, the divergent exit region of the venturi nozzle 12 with a porous material 14 coated so that the inner wall of the diffuser with the porous material 14 is lined.

Bei einer anderen, nicht dargestellten Ausführungsform ist die gesamte Düse 12 bzw. deren Diffusor aus dem porösen Material 14, insbesondere einer porösen Keramik oder Metallschaum gefertigt.In another, not shown embodiment, the entire nozzle 12 or the diffuser of the porous material 14 , in particular a porous ceramic or metal foam.

Nicht dargestellt in 1 sind weitere, wesentliche Elemente einer Brennervorrichtung, wie beispielsweise Brennstoff- und Verbrennungsluftzuleitungen, Zündeinrichtungen, Flammhalter etc. Diese sowie deren konkrete Ausgestaltung sind für die vorliegende Erfindung nicht relevant.Not shown in 1 are other essential elements of a burner device, such as fuel and combustion air supply lines, ignition devices, flame holders, etc. These and their specific embodiment are not relevant to the present invention.

Natürlich stellt die in der Zeichnung gezeigte und in der speziellen Beschreibung diskutierte Ausführungsform nur ein illustratives Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. Insbesondere hinsichtlich der Materialwahl der einzelnen Elemente, deren spezieller Formgebung und Ansteuerung steht dem Fachmann ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten zur Verfügung.Of course the one shown in the drawing and in the specific description discussed embodiment only an illustrative embodiment of the present invention. In particular, with regard to the choice of material the individual elements, their special design and control the expert has a wide range of possible variations to disposal.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.The in the above description, in the drawings and in the claims disclosed features of the invention can both individually and also in any combination for the realization of the invention be essential.

1010
Brennkammercombustion chamber
1212
Venturi-DüseVenturi nozzle
1414
poröses Beschichtungsmaterialporous coating material

Claims (10)

Brennervorrichtung zur Verbrennung flüssigen Brennstoffs mit einer Düse (12) zur Vermischung von zugeführtem Brennstoff mit zugeführter Verbrennungsluft zur Bildung eines zündfähigen Brenngasgemischs, wobei die Düse (12), umfassend einen von einer Düsenwand umschlossenen Strömungskanal, einen divergierenden Diffusor aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Fläche der Düsenwand wenigstens bereichsweise aus einem porösen Material (14) gebildet ist.Burner device for burning liquid fuel with a nozzle ( 12 ) for mixing fuel supplied with supplied combustion air to form an ignitable fuel gas mixture, wherein the nozzle ( 12 ), comprising a flow channel surrounded by a nozzle wall, a diverging diffuser, characterized in that the inner surface of the nozzle wall at least partially made of a porous material ( 14 ) is formed. Brennervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (12) in Strömungsrichtung vor dem Diffusor einen konvergierenden Einlaufbereich aufweist.Burner device according to claim 1, characterized in that the nozzle ( 12 ) in the flow direction in front of the diffuser has a converging inlet region. Brennervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenwand aus einem porösen Material besteht.Burner device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the nozzle wall from a porous one Material exists. Brennervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenwand aus einem nicht-porösen Material besteht und ihre innere Fläche wenigstens bereichsweise mit einem porösen Material (14) beschichtet ist.Burner device according to one of the preceding claims, characterized in that the nozzle wall consists of a non-porous material and its inner surface at least partially with a porous material ( 14 ) is coated. Brennervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Material (14) eine poröse Keramik ist.Burner device according to one of the preceding claims, characterized in that the porous material ( 14 ) is a porous ceramic. Brennervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Material (14) ein Metallschaum ist.Burner device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the porous material ( 14 ) is a metal foam. Brennervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Material ein Drahtgeflecht oder Drahtvlies ist.Burner device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the porous material is a wire mesh or wire fleece. Brennervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Porengröße des porösen Materials (14) im Millimeter- oder Submillimeterbereich liegt.Burner device according to one of the preceding claims, characterized in that the pore size of the porous material ( 14 ) is in the millimeter or submillimeter range. Brennervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Material (14) zum Binden flüssigen Brennstoffs geeignet ist.Burner device according to one of the preceding claims, characterized in that the porous material ( 14 ) is suitable for binding liquid fuel. Brennervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenwand im Bereich des Diffusors einen oder mehrere Durchbrüche aufweist.Burner device according to one of the preceding Claims, characterized in that the nozzle wall in the region of the diffuser one or more breakthroughs having.
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