-
Die
Erfindung betrifft eine Zerstäubungsvorrichtung für
einen Brenner zur Verbrennung von in erwärmten Zustand
zündfähig zerstäubbar fließfähigen Brennstoffen,
mit einer ersten Zerstäubungsdüse und einem Brennerbetriebsvorlaufleitungsabschnitt, durch
den für einen Brennerbetrieb der Brennstoff zu der ersten
Zerstäubungsdüse hin lieferbar ist. Eine solche
Zerstäubungsvorrichtung ist aus der Firmendruckschrift „Weishaupt Ölbrennertypen
Monarch Baugrößen 5–11" der Firma Max
Weishaupt GmbH mit dem Druckvermerk Druck-Nr. 83000201, Dezember
2003 (Erstdruck im Januar 2002) bekannt. Diese Druckschrift
beschreibt Ölbrenner verschiedener Leistungsstufen und
für verschiedene Ölmedien.
-
Zu
verbrennende Leichtöle sind bereits bei Raumtemperatur
so gut zerstäubbar, dass sie leichter zündfähig
sind. Anders sieht dies bei einigen anderen Brennstoffen, wie beispielsweise
Mittelöle oder Schweröle aus. Verschiedene Sonderbrennstoffe, wie
zum Beispiel Schweröle, Glycerin, etc. benötigen zur
zündfähigen Zerstäubung eine Vorwärmung. Durch
die Erwärmung oder Erhitzung wird das Medium fließfähiger
und damit leichter zerstäubbar. Dadurch lässt
sich die Zündfähigkeit wesentlich verbessern.
-
Die
vorerwähnte Firmendruckschrift beschreibt unter anderem
für Mittel- und Schweröle ausgelegte Mittel- und
Schwerölbrenner, die zusätzlich zu den Leichtölbrennern
mit einem Ölvorwärmer, Thermometer, mehreren Heizungen
in Form von Heizpatronen, Regelgeräten für die
Temperaturregelung, Schmutzfängern und Edelstahl-Ölschläuchen ausgerüstet
sind. Die Zerstäubungsvorrichtung zum Zerstäuben
der Mittel- und Schweröle umfassen bei diesen Brennern
einen Umspüldüsenkopf. in diesen Fällen
wird vorgewärmtes Medium bis unmittelbar vor der Düse
umspült, damit bis zur Brennstofffreigabe entsprechend
viskoses, zerstäubungsfähiges Medium vorliegt.
Während der Umspülung sollte weiterhin sichergestellt
sein, dass kein Medium an der Düse austritt.
-
Die
vorbekannten Mittel- und Schwerölbrenner sind als einstufige
Brenner mit lediglich einer ersten Zerstäubungsdüse
und als zweistufige Brenner mit einer ersten und einer zweiten Zerstäubungsdüse lieferbar.
Die bekannte Zerstäubungsvorrichtung weist demnach einen
maximal zweistufigen Düsenkopf auf. Um neben einem Brennerbetrieb
auch einen Vorwärmbetrieb zum Vorwärmen des Mediums zu
ermöglichen, erfolgt der Anschluss an den mit dem Ölvorwärmer
und der Ölpumpe versehenen Brennstoffkreis derart, dass
der Brennstoff stets über den Brennstoffvorlauf zu dem
Düsenkopf geliefert wird. Ein Düsenabsperrorgan
in Form einer federvorbelasteten Kugelabsperrung lässt
sich bei genügend großem Druck in dem Vorlauf
aufdrücken und gibt die Düse zur Zerstäubung
frei. An der Kugelabsperrung ist eine Bypassleitung hin zu einer
Rücklaufleitung vorgesehen. Soll ein Vorwärmbetrieb
durchgeführt werden, wirdd diese Rücklaufleitung
mittels Schaltventilen geöffnet. Dadurch läuft
das Öl von dem Absperrorgan durch den Rücklauf,
so dass sich nicht genügend Druck zum Öffnen der
Kugelabsperrungen aufbauen kann. Das Öl wird so auch durch
den Düsenkopf umgespült und durchläuft
den mit Vorwärmer versehenen Brennstoffkreislauf, bis es
genügend erwärmt wird. Die Ölpumpe spült
das Öl über Schmutzfänger und Magnetventil
zum Ölvorwärmer. Das Öl wird auf die
Zerstäubungsviskosität erwärmt und somit
dünnflüssiger. Das aufgeheizte Öl drückt das
im Ölleitungssystem stehende Öl durch Vorlauf, Düsenkopf
und ein stromlos offenes Magnetventil der ersten Stufe zum Pumpenrücklauf,
solange bis sich im gesamten Leitungssystem warmes Öl befindet. Während
dieses Vorganges soll das Düsenabsperrorgan geschlossen
sein, so dass noch kein Öl aus der Düse austritt.
Nach Ablauf der Vorspülzeit wird ein Magnetventil im Düsenrücklauf über
einen Steuerimpuls geschlossen. Dadurch baut sich über
den Rücklauf zum Düsenabschluss ein Öldruck
auf. Bei einem genügend hohem Druckanstieg am Vorlauf (beispielsweise
ab 12 bar) öffnet sich die Kugelabsperrung und gibt die
Zerstäubung frei.
-
Zusätzlich
ist eine Leckölleitung vorgesehen. Mittels der Leckölleitung
lässt sich ein im Brennerbetrieb durch Spaltleckage möglicher
Druckaufbau hinter einem Schließkolben des Düsenabsperrorgans vermeiden.
Ein solcher Druckaufbau könnte einen Druckausgleich zur
Folge haben, wodurch durch die dann resultierende Federkraft das
Düsenabsperrorgan während des Feuerungsbetriebes
geschlossen würde. Durch die Leckölleitung lässt
sich somit ein zuverlässigerer Betrieb erreichen. Eventuell
kann außerdem über die Leckölleitung überflüssiges Öl
nach Abschalten des Brenners aus dem Bereich der Zerstäubungsdüse
weggeführt werden, um so an der Zerstäubungsdüse
unerwünscht auslaufendes Öl zu vermeiden.
-
Insgesamt
ist der Aufbau der bekannten Zerstäubungsvorrichtung mit
Umspülfunktion für eine Vorwärmung des
zu verbrennenden Mediums recht kompliziert und aufwändig
aufgebaut und in den Schaltvorgängen kompliziert. Unerwünschtes
Aufdrücken des Düsenabsperrorgans mit Austreten
von Öl im Vorwärmbetrieb lässt sich nicht
immer zuverlässig vermeiden.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Zerstäubungsvorrichtung mit
den Merkmalen des Oberbegriffes hier beigefügten Patentanspruches
1 insgesamt kompakter, mit höherer Funktionsdichte und/oder
mit größerer Funktionssicherheit auszubilden.
-
Diese
Aufgabe wird durch eine Zerstäubungsvorrichtung mit den
Merkmalen des hier beigefügten Patentanspruches 1 gelöst.
-
Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Ein
mit einer solchen Zerstäubungsvorrichtung versehener Brenner
ist Gegenstand des einen Nebenanspruches.
-
Ein
Verfahren zum Betreiben eines solchen Brenners (Steuerverfahren)
ist Gegenstand des weiteren Nebenanspruchs.
-
Die
Erfindung schafft demnach eine Zerstäubungsvorrichtung
für einen Brenner, der (auch) zur Verbrennung von Brennstoffen,
die erst in erwärmten Zustand richtig gut fließfähig
und insbesondere zündfähig zerstäubbar
sind, geeignet ist. Die Zerstäubungsvorrichtung ist mit
wenigstens einer Zerstäubungsdüse versehen, welche
im Folgenden als erste Zerstäubungsdüse benannt
wird. Weiter hat die Zerstäubungsvorrichtung wenigstens
einen für den Brennerbetrieb als Vorlauf dienenden Leitungsabschnitt,
der im Folgenden als Brennerbetriebsvorlaufleitungsabschnitt bezeichnet
wird und durch den der Brennstoff für einen Brennerbetrieb
zu der ersten Zerstäubungsdüse hin lieferbar ist.
Erfindungsgemäß hat die Zerstäubungsvorrichtung
weiter eine Umschalteinrichtung zum Umschalten der Strömungsrichtung
des Brennstoffes.
-
Dies
erfolgt vorzugsweise derart, dass die Strömungsrichtung
für einen – beispielsweise vor einem Brennerbetrieb
durchzuführenden – Vorwärmbetrieb so
umgeschaltet wird, dass der Brennstoff durch den Brennerbetriebsvorlaufleitungsabschnitt nicht
hin zu der ersten Zerstäubungsdüse, sondern davon
weg geleitet wird. Dadurch kann insbesondere eine Umspülung
des Brennstoffes durch die Zuleitungen zu der ersten Zerstäubungsdüse
erfolgen, beispielsweise so lange, bis die Zuleitungen jeweils mit erwärmten
Brennstoff gefüllt sind.
-
Der
Brennerbetriebvorlaufleitungsabschnitt wird somit erfindungsgemäß umschaltbar
als Vorlauf oder als Rücklauf verwendet. Dies hat gleich
mehrere Vorteile.
-
Aufgrund
der umgekehrten Fließrichtung wird ein eventuell vorhandenes
Düsenabsperrorgan, wie beispielsweise die im Stand der
Technik bekannte vorgespannte Kugelabsperrung, im Vorwärmbetrieb
nicht in Fließrichtung, sondern in Gegenrichtung beaufschlagt.
Dadurch wirken keine Kräfte in Öffnungsrichtung
des Schließorgans sondern eher in Schließrichtung.
Hierdurch werden Leckagen bei der Vorwärmphase sicher vermieden,
und die Vorwärmphase kann insgesamt mit höherem
Druck und höherem Durchfluss ohne Beeinträchtigung
der Funktion durchgeführt werden.
-
Aufgrund
der Umschaltung kann man weiter jede andere zu der Zerstäubungsdüse
hin führende Leitung als Vorlauf für den Vorwärmbetrieb
nutzen. Beispielsweise kann hier eine Leckleitung als Vorlauf genutzt
werden, die ansonsten dazu verwendet wird, überflüssigen
Brennstoff von der Zerstäubungsdüse wegzuleiten.
Die Leckleitung könnte beispielsweise in Brennerbetrieb
z. B. durch Spaltleckage auftretendes überflüssiges Öl
aus dem Rückbereich des Schließorgans entfernen,
um so einen Druckaufbau hinter dem Schließkolben im Brennerbetrieb
zu vermeiden. Ein solcher Druckaufbau könnte ansonsten zu
einem Druckausgleich vor und hinter dem Schließorgan führen,
wodurch bei einem vorgespannten Schließorgan eine unerwünschte
Schließung desselben im Brennerbetrieb auftreten könnte.
Eventuell könnte die Leckleitung aber auch nach einem Ausschalten
des Berennerbetrieb zur Wegleitung überflüssigen
Brennstoffes verwendet werden. Durch die Verwendung einer auch zu
anderen Zwecken verwendbaren Leitung als Vorlauf können
Leitungen eingespart werden, was den Aufbau insgesamt kompakter
macht.
-
Insbesondere
lässt sich hierdurch bei gleicher Leitungsanzahl wie zuvor
für einen zweistufigen Brenner mit Umspülfunktion
nun ein dreistufiger Brenner mit insgesamt drei einzeln zuschaltbaren Zerstäubungsdüsen
und mit Umspülfunktion aufbauen. Demnach weist eine bevorzugte
Ausgestaltung der Erfindung einen dreistufigen Düsenbrennerkopf auf,
mit dem ein dreistufiger Schwerölbetrieb – z.
B. im Einstoffbetrieb – mit Umspülung durchführbar
ist. Aufgrund einer zusätzlichen dritten Stufe, die zusätzlich
zu der ersten Zerstäubungsdüse einer ersten Stufe
und einer zweiten zuschaltbaren Zerstäubungsdüse
einer zweiten Stufe noch eine dritte zuschaltbare Zerstäubungsdüse
aufweist, lässt sich ein verbessertes Startverhalten auch
bei zähflüssigen Medien und zusätzlich
noch eine stufige Leistungssteuerung für große
Brennerleistungen erreichen. Dadurch lässt sich insgesamt
die Leistung des Brenners an die aktuellen Erfordernisse anpassen,
so dass insgesamt eine höhere Effizienz erreichbar ist.
-
Insbesondere
durch Doppelbelegung eines Leckleitungsabschnittes, der – beispielsweise
im Brennerbetrieb und/oder beim Abschalten eines Brennerbetriebes – zum
Vermeiden eines unerwünschten Druckaufbaus und/oder zum
Zurückleiten überflüssigen Brennstoffes
verwendbar ist und in einem Vorwärmbetrieb als Vorwärmbetriebvorlaufleitungsabschnitt
verwendbar ist, lässt sich insgesamt die Leitungsanzahl
reduzieren. Mit insgesamt nur vier Zuleitungen zu der Zerstäubungsvorrichtung lässt
sich ein dreistufiger Betrieb mit Umspülfunktion erreichen.
Bisher war bei einer Zerstäubungsvorrichtung mit Umspülbetrieb
bei vier Leitungen nur ein zweistufiger Betrieb möglich.
-
Aufgrund
der möglichen kompakten Bauweise mit nur zwei Leitungen
pro zu umspülender Zerstäubungsdüse lassen
sich in einem kompakten Aufbau aber auch mehrere getrennte Brennstoffkreise mit
Umspülfunktion realisieren. Hierdurch kann man beispielsweise
unterschiedliche flüssige Brennstoffe in getrennten Brennstoffkreisen
mit Umspülfunktion zerstäuben.
-
Mit
der erfindungsgemäßen Zerstäubungsvorrichtung
ergibt sich insgesamt eine kompakte Bauweise. Ein erhöhter
Funktionsumfang ist in deutlich kleinerem Bauraum realisierbar.
-
Außerdem
ist mit der erfindungsgemäßen Zerstäubungsvorrichtung
eine erhöhte Funktionssicherheit erreichbar. Aufgrund der
Umkehrung des Brennstoffstromes zwischen Vorwärmbetrieb
und Brennerbetrieb kann man im Vorwärmbetrieb eine Druckwirkung
durch das umlaufende Fluid auf ein in Schließrichtung vorgespanntes
Düsenabsperrorgan, beispielsweise eine federvorgespannte
Kolbenabsperrung mit Absperrungskugel, erreichen. Wenn ein Düsenabsperrorgan
mit einem federvorgespannten bewegbaren Sperrelement oder Verschiebeelement, wie
insbesondere einem Kolben, versehen ist, kann man insbesondere in
diesem Sperr- oder Verschiebeelement auch ein Rückschlagventil
integrieren, welches eine für eine Umspülung vorgesehene
Bypassleitung – beispielsweise realisiert durch eine Umspülbohrung
in dem Kolben – verschließen kann.
-
Die
Absperrfunktionen des Düsenabsperrorgans bei Brennerbetrieb
in der einen Richtung und bei Vorwärmbetrieb in der anderen
Richtung lassen sich so unabhängig voneinander konstruieren.
Insbesondere hat man bei der Konzeption der Durchflussöffnungen
einen größeren Gestaltungsspielraum. Andererseits
kann die Durchflussmenge im Vorwärmbetrieb bedeutend größer
ausgebildet werden, so dass der Vorwärmbetrieb insgesamt
weitaus kürzer gestaltet werden kann.
-
Durch
den aufgrund der erfindungsgemäßen Idee möglichen
kompakten Aufbau eines Düsenkopfes auch für eine
zwei- oder dreistufige Brennerfunktion lässt sich am Düsenkopf
leicht eine Aufnahmeeinrichtung realisieren, in der eine Düsenkopfheizung,
mittels der sich der Düsenkopf auf eine Grundtemperatur
aufheizen lässt, leicht untergebracht werden kann. Die
Düsenkopfheizung kann beispielsweise als (auswechselbare)
Heizpatrone ausgebildet sein.
-
Für
einen insgesamt dreistufigen Betrieb mit ein und dem gleichen Brennstoff
(Einstoffbetrieb) können die erste, die zweite und die
dritte Zerstäubungsdüse gemeinsam an den als Leckleitungsabschnitt
verwendbaren Vorwärmvorlaufleitungsabschnitt angeschlossen
sein. Es reicht dann aus, wenn nur eine der Zerstäubungsdüsen,
beispielsweise die erste Zerstäubungsdüse, für
eine Umspülfunktion ausgebildet ist. Hierzu ist insbesondere
an der ersten Zerstäubungsdüse die Bypassleitung
für den Umspülbetrieb beim Vorwärmbetrieb
vorgesehen. Die zweite Zerstäubungsdüse und die
dritte Zerstäubungsdüse können dann mit
einem einfachen Düsenabsperrorgan und ohne Bypassfunktion
ausgebildet werden.
-
Ist
ein Mehrstoffbetrieb vorgesehen, kann z. B. zusätzlich
noch die zweite Zerstäubungsdüse entsprechend
wie die erste Zerstäubungsdüse mit einem eigenem
zweiten Vorwärmvorlaufleitungsabschnitt verbunden sein.
Die zweite Zerstäubungsdüse hat dann vorzugsweise
ebenfalls die Bypassfunktion. Für einen Dreistoffbetrieb
kann zusätzlich auch noch die dritte Zerstäubungsdüse
mit einem eigenen dritten Vorwärmvorlaufleitungsabschnitt
verbunden sein. Für einen Mehrstoffbetrieb mit Vorwärmung wäre
dann die Anschlusshydraulik entsprechend aufwändiger zu
gestalten.
-
Die
Umschalteinrichtung weist vorzugsweise ein Mehrwegeventil, insbesondere
ein 4/2-Wegeventil auf. Die Umschalteinrichtung ist weiter bevorzugt derart
ausgestaltet, dass sie die Zerstäubungsvorrichtung an den
Vorlauf und den Rücklauf eines mit einer Brennstoffvorwärmung
versehenen Brennstoffkreislaufes wählbar anschließt.
Dabei ist in einer Stellung des schaltbaren 4/2-Wegeventils der Brennerbetriebsvorlaufleitungsabschnitt
an die Vorlaufleitung und der Vorwärmbetriebvorlaufleitungsabschnitt
an die Rücklaufleitung des Brennstoffkreislaufes anschließbar
und in einer anderen Stellung des 4/2-Wegeventils umgekehrt der
Vorwärmbetriebvorlaufleitungsabschnitt an die Vorlaufleitung
des Brennstoffkreislaufs und der Brennerbetriebsvorlaufleitungsabschnitt
an die Rücklaufleitung des Brennstoffkreislaufes anschließbar.
-
Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand
der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
Darin zeigt:
-
1 eine
schematische Übersicht einer an einen Brennstoffkreislauf
angeschlossenen Zerstäubungsvorrichtung;
-
2 eine
schematische Schnittstellung durch eine erste Zerstäubungsdüse
der Zerstäubungsvorrichtung gemäß 1 während
eines Vorwärmbetriebes;
-
3 eine
Schnittdarstellung der ersten Zerstäubungsdüse
entsprechend
-
2 bei
einem Übergang von einem Vorwärmbetrieb in einen
Brennerbetrieb;
-
4 eine
Schnittdarstellung der Zerstäubungsdüse vergleichbar
derjenigen der 2 und 3 im Brennerbetrieb;
und
-
5 eine
perspektivische Rückansicht eines bei der Zerstäubungsvorrichtung
von 1 verwendbaren Düsenkopfes.
-
1 zeigt
eine Zerstäubungsvorrichtung 10 für einen
Brenner zur Verbrennung von flüssigen Stoffen, die zur
zündfähigen Zerstäubung eine Vorwärmung
benötigen. Die Zerstäubungsvorrichtung 10 ist
zur Zerstäubung von Sonderbrennstoff wie z. B. Schweröl,
Glycerin usw. geeignet. In diesen Fällen wird vorgewärmter
Brennstoff, beispielsweise Öl, bis unmittelbar vor eine
erste Zerstäubungsdüse 29 umspült,
damit bis zur Brennstofffreigabe entsprechend viskoses, zerstäubungsfähiges
Medium vorliegt. Die Zerstäubungsvorrichtung 10 weist
neben der ersten Zerstäubungsdüse 29 noch
eine zweite Zerstäubungsdüse 30 und eine
dritte Zerstäubungsdüse 31 auf. Die Zerstäubungsdüsen 29, 30, 31 sind
mit Düsenabsperrorganen 11a, 11b, 11c versehen,
die während der Umspülung sicherstellen, dass
kein Medium an der Zerstäubungsdüse 29, 30, 31 austritt.
-
Die
Zerstäubungsvorrichtung 10 weist einen Düsenkopf
in Form eines dreistufigen Umspüldüsenkopfes 28 auf,
der die zur Realisierung der drei Stufen eingesetzten, als Öldüse
ausgebildeten Zerstäubungsdüsen 29, 30, 31 in
einer kompakten Baugruppe vereint. Der Umspüldüsenkopf 28 ist
mit vier Leitungen A, B, C und D an eine durch einen Brennstoffkreis 12 realisierte
Brennstoffversorgung angeschlossen.
-
Der
Brennstoffkreis 12 weist einen Brennstoffvorlauf, bei unserem
Beispiel in Form eines Ölvorlaufes 13, einen Brennstoffrücklauf – in
unserem Beispiel ein Ölrücklauf 14 –,
eine Brennstoffpumpe – Ölpumpe 21 – sowie
einen Brennstoffvorwärmer zur Vorwärmung des Brennstoffes – Ölvorwärmer 22 – auf.
-
Weiter
weist die Zerstäubungsvorrichtung 10 eine Umschalteinrichtung 15 zum
Umschalten der Fließrichtung des Brennstoffes in wenigstens
zwei der Leitungen A, B, C, D auf.
-
Jede
der vier Leitungen A, B, C, D ist mit einem Ventil 24, 25, 26, 27 abschließbar,
wobei das erste Ventil 24 und das zweite Ventil 25 zur
gleichzeitigen Schaltung in Reihe geschaltet sind und das dritte
Ventil 26 sowie das vierte Ventil 27 jeweils einzeln ansteuerbar
sind. Die zweite Leitung B dient als Vorlauf für eine die
erste Zerstäubungsdüse 29 umfassende
erste Stufe 1 der Zerstäubungsvorrichtung 10. Sie
ist an einen ersten Brennerbetriebvorlaufkanal 16a angeschlossen,
der in dem Umspüldüsenkopf 28 aufgebildet
ist und zu der ersten Zerstäubungsdüse 29 führt.
Die zweite Leitung B und der erste Brennerbetriebvorlaufkanal 16a bilden
somit einen ersten Brennerbetriebvorlaufleitungsabschnitt 17a.
-
Die
dritte Leitung C ist an einen in dem Umspüldüsenkopf 28 ausgebildeten
zweiten Brennerbetriebvorlaufkanal 16b angeschlossen, der
zu der zweiten Zerstäubungsdüse 30 führt.
Die dritte Leitung C und der zweite Brennerbetriebvorlaufkanal 16b bilden
insgesamt einen zweiten Brennerbetriebvorlaufleitungsabschnitt 17b und
dienen als Vorlauf für eine die zweite Zerstäubungsdüse 30 umfassende
zweite Stufe 2 der Zerstäubungsvorrichtung 10.
-
Die
vierte Leitung D ist an einen an den Umspüldüsenkopf 28 ausgebildeten
dritten Brennerbetriebvorlaufkanal 16c angeschlossen. Die
vierte Leitung D und der dritte Brennerbetriebvorlaufkanal 16c bilden
einen dritten Brennerbetriebvorlaufleitungsabschnitt 17c und
dienen als Vorlauf für eine die dritte Zerstäubungsdüse 31 umfassende
Stufe 3 der Zerstäubungsvorrichtung.
-
Die
erste Leitung A ist an einen ersten Leckagerücklaufkanal 18a,
der in dem Umspüldüsenkopf 28 von dem
ersten Düsenabsperrorgan 11a der ersten Zerstäubungsdüse 29 weg
führend angeordnet ist, angeschlossen und steht weiter
auch mit einem zweiten Leckagerücklaufkanal 18b,
der in dem Umspüldüsenkopf 28 von dem
zweiten Düsenabsperrorgan 11b weg führend
angeordnet ist, und mit einem dritten Leckagerücklaufkanal 18c in
Verbindung, der in dem Umspüldüsenkopf 28 von
dem dritten Düsenabsperrorgan 11c weg führend
angeordnet ist.
-
Die
Umschalteinrichtung 15 weist ein 4/2-Wegeventil 23 auf,
an dessen vier Eingängen die erste Leitung A, die zweite
Leitung B, der von dem Ölvorwärmer 22 und
der Ölpumpe 21 führende Ölvorlauf 13 und
der Ölrücklauf 14 so angeschlossen ist, dass
in einer ersten wahlweisen Stellung der Ölrücklauf
an die Leitung A und der Ölvorlauf 13 an die zweite
Leitung B angeschlossen ist und in einer zweiten Stellung umgekehrt
die erste Leitung A an den Ölvorlauf 13 und die
zweite Leitung B an den Ölrücklauf 14 angeschlossen
ist.
-
In
der ersten Stellung dient die erste Leitung A zusammen mit den Leckagerücklaufkanälen 18a, 18,
b und 18c als Rücklauf für Lecköl
von den Düsenabsperrorganen 11a, 11b und 11c.
Weiter dient in der ersten Stellung die zweite Leitung B als Vorlauf
für die Stufe 1 der Zerstäubungsvorrichtung.
-
In
der zweiten Stellung dient die erste Leitung A als Vorlauf für
eine Umspülung, mit der vorerwärmter Brennstoff
bis hin in den Umspüldüsenkopf 28 und
zumindest bis hin zur ersten Zerstäubungsdüse 29 geleitet
werden kann, bevor eine Zerstäubung im Brennerbetrieb beginnt.
In dieser zweiten Stellung dient die zweite Leitung B und der erste
Brennerbetriebvorlaufleitungsabschnitt 17a als Rücklauf
für die Umspülung.
-
Im
Folgenden wird der Aufbau der ersten Zerstäubungsdüse 29 und
des zugeordneten Düsenabsperrorgans 11a anhand
der Darstellungen in den 2 bis 4 näher
erläutert.
-
Der
Umspüldüsenkopf 28 hat einen Grundkörper 50,
in dem die Kanäle 16a bis 16c und 18a bis 18c sowie
eine Aufnahmebohrung 52 eingebracht ist. Der erste Leckagerücklaufkanal 18a verläuft
axial konzentrisch zu der Aufnahmebohrung 52 und mündet
in die Aufnahmebohrung 52 an deren rückseitigen
Ende 54. Von diesem rückseitigen Ende 54 zu dem
Brennraum zu zu wendenden Ende 56 hin gesehen weist die
Aufnahmebohrung zunächst einen ersten Abschnitt 58 und
einen zweiten Abschnitt 60 zur Aufnahme des ersten Düsenabschnittorgans 11a, anschließend
einen dritten Abschnitt 62 zur Aufnahme eines Dichtsitzes 32 und schließlich
einen vierten Abschnitt 64 zur Aufnahme eines Mundstückes 66 der
ersten Zerstäubungsdüse 19 auf. Der erste
Abschnitt 58 hat eine kleinere radiale Abmessung als der
zweite Abschnitt 60. Der dritte Abschnitt 62 ist
mit einem Gewinde versehen, in welches ein entsprechendes Gewinde
des Dichtsitzes 32 eingreift, so dass der Dichtsitz 32 austauschbar
befestigt ist. Weiter ist der dritte Abschnitt 62 mit einer
Dichtfläche 68 für eine Dichtung, hier
in Form O-Ringes 70, versehen. Der vierte Abschnitt 64 hat
eine größere radiale Abmessung als der erste bis
dritte Abschnitt 58 bis 62 und ist ebenfalls mit
einem Innengewinde zur Aufnahme eines Außengewindes am
Mundstück 66 versehen.
-
Das
erste Düsenabsperrorgan 11a weist einen Kolben 35 auf,
der an dem zu der Mündung der ersten Leitung A hin gerichteten
Ende mit einer Innenbohrung 62 versehen ist. In der Innenbohrung 62 ist
eine Feder 36 eingesetzt, die sich einerseits an dem rückseitigen
Ende 54 und andererseits an dem Kolben 35 abstützt,
um den Kolben 35 in Richtung auf den Dichtsitz 32 zu
vorzuspannen. Weiter ist der Kolben 35 mit einer Kugelabsperrung 33 versehen, die
auf eine Durchgangsöffnung 74 des Dichtsitzes 32 gedrückt
werden kann, um diese Durchgangsöffnung 74 zu
verschließen und hierdurch die erste Zerstäubungsdüse 29 abzusperren.
-
Wie
weiter aus 2 ersichtlich ist, ist in dem
Kolben 35 weiter eine Bypassleitung 76 ausgebildet,
die die Innenbohrung 72 über den radial weiter nach
außen reichenden zweiten Abschnitt 60 mit dem
ersten Brennerbetriebvorlaufkanal 16a verbindet, wenn sich
der Kolben 35 in der in 2 gezeigten
Schließstellung befindet. Der Kolben 35 weist weiter
ein Rückschlagventil 34 zum Verschließen
der Bypassleitung 26 auf. Die Bypassleitung 76 weist eine
seitliche Öffnung 78 an dem Kolben 35 auf,
die derart angeordnet ist, dass sie in der in 2 und 3 dargestellten
Schließstellung des Kolbens 35 in den breiteren
zweiten Abschnitt 60 mündet und bei Verfahren
des Kolben 35 in die in 4 dargestellte Öffnungsstellung
in den engeren ersten Abschnitt 58 einfährt und
dort durch die Wandung des ersten Abschnittes 58 verschlossen
wird.
-
Bei
der in 1 dargestellten Ausführungsform der Zerstäubungsvorrichtung 10 hat
lediglich die die erste Zerstäubungsdüse 29 aufweisende
erste Stufe 1 eine Umspülfunktion. Die zweite
Stufe 2, und die dritte Stufe 3 sind bis auf die
Ausbildung des Kolben 35 identisch zu der ersten Stufe 1 ausgebildet. Der
Kolben 35 der zweiten Stufe 2 und der dritten Stufe 3 weist
keine Bypassleitung und kein Rückschlagventil auf. Der
Kolben 35 ist bei diesen Stufen 2 und 3 zwischen
der Kugelabsperrung 33 und der Innenbohrung 72 massiv
und fluidundurchlässig aufgeführt.
-
5 zeigt
eine perspektivische Rückansicht des Umspüldüsenkopfes 28 mit
den vier Leitungen A bis D. Der Umspüldüsenkopf 28 weist
neben dem Grundkörper 50 noch ein Leitungsanschlussstück 80 auf,
mit dem der Grundkörper 50 mittels nicht dargestellter
Schrauben – Zuganker – verschraubt ist. Je nach
Erfordernissen können unterschiedliche Grundkörper 50 und
unterschiedliche Leitungsanschlussstücke 80 aneinander
gekoppelt werden. Der Umspüldüsenkopf 28 weist
weiter eine Aufnahmebohrung 82 für eine Heizpatrone
(nicht dargestellt) zum Aufheizen des Umspüldüsenkopfes 28 auf.
-
Im
folgenden wird die Funktion der voranstehend beschriebenen Zerstäubungsvorrichtung 10 anhand
der Darstellungen in den 1 bis 4 näher erläutert.
-
Während
eines Stillstandes des zugeordneten Brenners (nicht dargestellt)
und während einer Vorbelüftung (des nicht dargestellten)
Brennraumes vor einem Brennerstart sind die als 2/2-Ventile ausgebildeten
Ventile 24, 25, 26 und 27 geschlossen. Hierzu
sind die Ventile 24, 25, 26, 27 stromlos
geschaltet. Das 4/2-Wegeventil 23 ist in der oben erwähnten
zweiten Stellung, die die Grundstellung des 4/2-Wegeventil in stromlosen
Zustand bildet. Der während des Brennerstillstandes herrschende
Ringleitungsdruck bzw. der während einer Vorbelüftung herrschende
Pumpendruck steht an den Ventile 24, 25, 26 und 27 an.
Demgemäß ist der Umspüldüsenkopf 28 während
dieser Zeit nicht druckbeaufschlagt.
-
Um
die Umspülung zu starten, wird das erste Ventil 24 und
das zweite Ventil 25 gleichzeitig angesteuert. Es steht
dann an der ersten Leitung A der Pumpendruck an. Damit steht der
Pumpendruck über die Leckagerücklaufkanäle 18a, 18b,
und 18c an den Innenseiten der Kolben 35, d. h.
hier an den Innenbohrungen 72 an. Die Kolben 35 werden
hierdurch in Schließstellung gedrückt, so dass
die Dichtung der Kugelabsperrungen 33 an den Dichtsitzen 32 verbessert
wird. Gleichzeitig wird, wie dies in 2 dargestellt
ist, das Rückschlagventil 34 durch den in der
Innenbohrung 72 anstehenden Pumpendruck aufgedrückt.
Das Öl 100 läuft während der
Umspülung wie sie in 2 dargestellt
ist, an dem Rückschlagventil 35 vorbei durch die
Bypassleitung 76 mit der seitlichen Öffnung 78 in
den ersten Brennerbetriebvorlaufkanal 16a und von dort über
die zweite Leitung B zurück, so dass kälteres Öl
zurück in den Ölrücklauf 14 gedrückt
wird. Auf diese Weise wird die Umspülung durchgeführt.
Hierbei wird zusätzlich zur Kraft der Feder 36 der
Kolben 35 und somit die Kugelabsperrung 13 mit
dem Pumpendruck in den Dichtsitz 32 gedrückt.
-
Ist
das System den Anforderungen entsprechend aufgeheizt, wird durch
Ansteuerung des 4/2-Wegeventils 23 die Durchflussrichtung
geändert. Die Situation während des Umschaltens
ist in 3 dargestellt. In Folge dessen steht nun an der
zweiten Leitung B der Pumpendruck an, der über den ersten Brennerbetriebvorlaufkanal 16a und
die Bypassleitung 76 zu dem Rückschlagventil 34 geleitet
wird. Das Rückschlagventil 34 schließt.
Das Öl 100 kann nicht mehr abfließen.
Der Druck in dem ersten Brennerbetriebvorlaufkanal 16a steigt
hierdurch an, worauf hin sich der Kolben 35 mit der Kugelabsperrung 33 entgegen
der Vorspannkraft der Feder 36 öffnet.
-
Die
entsprechende Öffnungsstellung ist in 4 dargestellt.
Das Öl 100 kann nun durch den ersten Brennerbetriebvorlaufleitungsabschnitt 17a und
die Durchgangsöffnung 74 zu dem Mundstück 66 fließen
und wird so an der ersten Zerstäubungsdüse 29 zerstäubt.
-
Nach
dem Start kann durch Ansteuern des dritten Ventils 6 und/oder
des vierten Ventils 7 die Brennstofffreigabe für
die zweite Stufe 2 und die dritte Stufe 3 erfolgen.
-
Bei
der Außerbetriebsetzung werden die entsprechenden Ventile 24, 25, 26, 27 geschlossen.
Der Kolben 35 mit der Kugelabsperrung 33 schließt
unmittelbar vor der Zerstäubungsdüse 29, 30, 31,
wodurch ein Nachtropfen der Düse 29, 30, 31 vermieden
wird.
-
Die
voranstehend beschriebene Zerstäubungsvorrichtung 10 hat
insbesondere die im Folgenden erläuterten konstruktiven
Vorteile.
-
Das
integrierte Rückschlagventil 34 sperrt und sorgt
dafür, dass der Kolben 35 sehr schnell, zuverlässig
und unabhängig von Querschnitt der Umspülbohrung
(Bypassleitung 76 und/oder seitliche Öffnung 78 sowie
Raum zwischen dem Kolben 35 und dem zweitem Abschnitt 60)
und unabhängig von dem eingestellten Betriebspumpendruck öffnet.
-
Bei
der Umspülung wird der Kolben 35 mit dem Pumpendruck
auf den Dichtsitz 32 gedrückt. Der Pumpendruck
wirkt zusätzlich zu der Vorspannung des Düsenabsperrorgans 11a, 11b, 11c,
in Schließrichtung. Dadurch wird ein unbeabsichtigtes Öffnen während
der Umspülung verhindert.
-
Aufgrund
der Verwendung der Umschalteinrichtung 15 können
für den mit der Zerstäubungsvorrichtung 10 versehenen
Brenner die gleichen Steuerungen und insbesondere ein gleiches Softwareprogramm
wie für ähnlich aufgebaute Leichtölbrenner, deren
Brennstoffe keine Vorwärmung benötigen, eingesetzt
werden. Das gleiche Steuerungsprogramm bzw. die gleiche Steuerungshardware
kann sowohl für Leichtölbrenner als auch bei Verwendung
des dreistufigen Umspüldüsenkopfes 28 eingesetzt
werden. Dadurch wird zusätzlicher Programmieraufwand und
Hardwareaufwand vermieden, was auch zu Kostenvorteilen führt.
Bei einem Leichtölbetrieb wird die Software so eingestellt, dass
die Vorzündungszeit kurz gewählt wird. Ein Zeitpunkt
eines Umspülbeginns wird mittels der Einstellung einer „Vorzündzeit" gesteuert.
-
Die
jeweilige aktuelle Stellung der Umschalteinrichtung 15 und
insbesondere des 4/2-Wegeventils kann über eine unmittelbare
Erfassungseinrichtung, mit der sich die Schaltstellung des 4/2-Wegeventiles 23 automatisch
erfassen lässt, abgefragt werden. Alternativ oder zusätzlich
kann ein Sensor, beispielsweise ein Minimum-Druckwächter
(nicht dargestellt), an der Leitung zwischen dem 4/2-Wegeventil 23 und
dem zweiten Ventil 5 abgefragt werden. Durch Verwendung
der Schaltstellungs-Information kann die Betriebssicherheit erhöht
werden.
-
Wie
oben erwähnt weist die Umschaltrichtung 15 bevorzugt
das 4/2-Wegeventil 23 auf. Eine entsprechende Funktion – 4/2-Ventilfunktion – kann aber
auch auf andere Art und Weise nachgebildet werden. Beispielsweise
könnte in einer nicht näher dargestellten Ausführungsform
die Umschalteinrichtung 15 einen Ventilblock mit mehreren
2/2-Wegeventilen aufweisen, der so ausgebildet ist, dass eine 4/2-Ventilfunktion
nachgebildet wird. Bei Verwendung eines solchen 2/2-Wege-Ventilblockes
könnte auf den Sensor und den Druckwächter verzichtet werden.
-
Insgesamt
ist die Zerstäubungsvorrichtung 10 sehr wartungsfreundlich
aufgebaut. Aufgrund des zweiteiligen modularen Aufbaus sowie dieses
zum Werkzeugangriff geeigneten Außenumfangs des Umspülkopfes 28 lässt
sich der Düsenabschluss leicht wechseln.
-
Insgesamt
ergibt sich eine sehr kompakte Bauweise, bei welcher dennoch eine
Heizpatrone zentral in der Aufnahmebohrung 82 eingebracht
werden kann, um eine erwünschte Grundtemperatur zu halten.
-
Die
dritte Leistungsstufe 3 ermöglicht den Einsatz
eines stufigen Brenners mit Schweröl auch bei höheren
Leistungen als dies bisher bei bisher bekannten Schwerölbrennern
möglich war. Dadurch lässt sich dass Startverhalten
eines für höhere Leistungen ausgelegte Schwerölbrenners
wesentlich verbessern.
-
Trotz
der hier vorliegenden Dreistufigkeit steigt die Anzahl der Ölleitungen
gegenüber bisherigen Lösungen nicht an. Dies wird
insbesondere aufgrund der Doppelbelegung des ersten Brennerbetriebvorlaufleitungsabschnittes 17a (Vorlaufleitung Stufe 1)
und/oder des ersten Leckagerücklaufkanals 18a (Leckölleitung)
oder durch die Änderung der Durchflussrichtung erreicht.
-
Bei
der in den Fig. dargestellten Ausführungsform der Zerstäubungsvorrichtung 10 lässt
sich ein gemeinsamer Brennstoff für alle drei Stufen verwenden,
wobei eine Stufe 1 umspült wird. Die Stufen 2, 3,
die nicht umspült werden, erhalten einen Kolben 35 ohne
Rückschlagventil und ohne Querbohrung.
-
Aufgrund
des modularen Aufbaus des Systems lassen sich durch leichte Modifikationen
verschiedene weitere Ausführungen realisieren.
-
So
ist mit dem gleichen Grundkörper 50 lediglich
durch Austauschen des zweiten und dritten Düsenabsperrorgans 11b, 11c und
durch geringe Modifikation des Brennstoffkreislaufes 12 auch
ein Betrieb mit mehreren Brennstoffen möglich. Es sind beispielsweise
bis zu drei Brennstoffe einsetzbar, die jeweils unabhängig
umspülbar sind. Beispielsweise könnte mit der
modifizierten Zerstäubungsvorrichtung ein Brenner mit Schweröl,
Mittelöl und Glycerin, je nach Brennstoffanfall, betrieben
werden. Pro Brennstoff ist hierzu eine weitere Rücklaufleitung (entsprechend
der ersten Leitung A) am Umspüldüsenkopf 28 vorzusehen.
Dies kann durch Austausch des Leitungsanschlussstückes 80 durch
entsprechendes anderes Leitungsanschlussstück 80 mit mehr
Rücklaufleitungen (nicht näher dargestellt) geschehen.
Ebenso sind getrennte Brennstoffkreise für die unterschiedlichen
Brennstoffe vorzusehen. Es ist auch eine Mischform mit zwei Stufen
für einen Brennstoff und einer zusätzlichen Stufe
für einen zweiten Brennstoff möglich. Für
die Umspülbarkeit jedes weiteren Brennstoffes ist der durch
die Ventile 23, 24 und 25 gebildete Ventilaufbau
bei der ersten Stufe 1 entsprechend auch bei jeder weiteren
umspülbaren Stufe vorzusehen.
-
Anstelle
des hier dargestellten dreistufigen Umspüldüsenkopfes 28 könnte
auch ein zweistufiger Düsenkopf (nicht näher dargestellt)
eingesetzt werden.
-
Ein
Zweistoffbetrieb wäre beispielsweise dadurch denkbar, dass
die erste Stufe eine Öl-Stützflamme liefert, in
die ein zweiter, flüssiger Brennstoff zusätzlich
eingedüst wird.
-
Die
beschriebenen schaltbaren Ventile 24 bis 27 sind
vorzugsweise als Magnetventile (ausgeführt als Sicherheitsabsperreinrichtung
nach EN264 entsprechend Brennernorm 267) ausgeführt.
-
Bei
der dargestellten Zerstäubungsvorrichtung 10 erfolgt
eine Düsenabschlussfunktion rein druckgesteuert ohne Fremdenergie
oder separaten hydraulischen Steuerkreis.
-
Als
Medien kommen z. B. Heizöle nach DIN 51603,
RME/FAME nach DIN EN14213 und DIN EN14124,
Rapsöl, Glycerin, Altöle, Tierfette, Pflanzenöle
und sonstige Industriefette in Frage. Diese Aufzählung
ist keineswegs abschließend.
-
Der
Umspüldüsenkopf 28 hat vorzugsweise einen
Außendurchmesser kleiner als 50 mm und mehr bevorzugt kleiner
als 40 mm.
-
Beispielhafte
Temperaturen des erwärmten Brennstoffes reichen zwischen
etwa Raumtemperatur bis zu 200°C, insbesondere bis max.
150°C
-
- 1
- erste
Stufe
- 2
- zweite
Stufe
- 3
- dritte
Stufe
- 10
- Zerstäubungsvorrichtung
- 11a
- erstes
Düsenabsperrorgan
- 11b
- zweites
Düsenabsperrorgan
- 11c
- drittes
Düsenabsperrorgan
- 12
- Brennstoffkreis
- 13
- Ölvorlauf
- 14
- Ölrücklauf
- 15
- Umschalteinrichtung
- 16a
- erster
Brennerbetriebvorlaufkanal
- 16b
- zweiter
Brennerbetriebvorlaufkanal
- 16c
- dritter
Brennerbetriebvorlaufkanal
- 17a
- erster
Brennerbetriebvorlaufleitungsabschnitt
- 17b
- zweiter
Brennerbetriebvorlaufleitungsabschnitt
- 17c
- dritter
Brennerbetriebvorlaufleitungsabschnitt
- 18a
- erster
Leckagerücklaufkanal
- 18b
- zweiter
Leckagerücklaufkanal
- 18c
- dritter
Leckagerücklaufkanal
- 21
- Ölpumpe
- 22
- Ölvorwärmer
- 23
- 4/2-Wegeventil
- 24
- erstes
Ventil (2/2-Ventil für Umspülfreigabe)
- 25
- zweites
Ventil (2/2-Ventil für Umspülfreigabe)
- 26
- drittes
Ventil (2/2-Ventil Stufe 2)
- 27
- viertes
Ventil (2/2-Ventil Stufe 3)
- 28
- Umspüldüsenkopf
(dreistufig)
- 29
- erste
Zerstäubungsdüse (Öldüse Stufe 1)
- 30
- zweite
Zerstäubungsdüse (Öldüse Stufe 2)
- 31
- dritte
Zerstäubungsdüse (Öldüse Stufe 3)
- 32
- Dichtsitz
(austauschbar/wechselbar)
- 33
- Kugelabsperrung
- 34
- Rückschlagventil
- 35
- Kolben
(mit Kugelabsperrung und Rückschlagventil)
- 36
- Feder
- 50
- Grundkörper
- 52
- Aufnahmebohrung
- 54
- rückseitiges
Ende
- 56
- brennraumseitiges
Ende
- 58
- erster
Abschnitt
- 60
- zweiter
Abschnitt
- 62
- dritter
Abschnitt
- 64
- vierter
Abschnitt
- 66
- Mundstück
- 68
- Dichtfläche
- 70
- O-Ring
- 72
- Innenbohrung
(Kolben)
- 74
- Durchgangsöffnung
- 76
- Bypassleitung
- 78
- seitliche Öffnung
- 80
- Leitungsanschlussstück
- 82
- Aufnahmebohrung
für Heizpatrone
- 100
- Öl(Brennstoff)
- A
- erste
Leitung
- B
- zweite
Leitung
- C
- dritte
Leitung
- D
- vierte
Leitung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - „Weishaupt Ölbrennertypen
Monarch Baugrößen 5–11" der Firma Max
Weishaupt GmbH mit dem Druckvermerk Druck-Nr. 83000201, Dezember
2003 [0001]
- - EN264 [0073]
- - DIN 51603 [0075]
- - DIN EN14213 [0075]
- - DIN EN14124 [0075]