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Die
vorliegende Erfindung befasst sich mit einem Verdampfungsbrenner
mit einer zylindrischen Verdampferkammer mit einem Lufteinlass und
einer Kraftstoffzufuhr, wobei die Verdampferkammer einen elektrischen
Flammstarter mit einer Heizfläche aufweist und in eine
Brennkammer mündet, in welcher in der Verdampferkammer
erzeugtes Gemisch verbrennbar ist.
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Ein
derartiger Verdampfungsbrenner ist beispielsweise aus der
DE 32 34 395 C2 bekannt.
Kennzeichnend für derartige Verdampfungsbrenner ist, dass
sie sehr einfach aufgebaut sind und im Bereich der Verdampferkammer
nur einen sehr kleinen Bauraum beanspruchen. Nachteilig bei den
bekannten Verdampfungsbrennern ist, dass die Gemischaufbereitung
größtenteils unzulänglich nach heutigen
Kriterien arbeitet und insbesondere der Betrieb eines derartigen
Verdampfungsbrenners als Blaubrenner, d. h. mit einer quasi vollständigen
Verbrennung des zugeführten Kraftstoffes unter blauer Flamme
nicht möglich ist. Ein Verdampferbrenner der eingangs genannten
Art ist beispielsweise aus der
DE 32 43 395 A1 bekannt.
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Sobald
höhere Anforderungen an die Qualität der Verbrennung
gestellt werden, um durch weniger Russ- und Kohlenmonoxidbildung
zu erreichen, werden üblicherweise sogenannte Raketenbrenner eingesetzt,
bei welchen der Kraftstoff unter gezielter Luftzuleitung in den
Verbrennungsraum eingespritzt wird. Bei derartigen Raketenbrennern
lässt sich zwar die Qualität der Verbrennung erheblich
steigern, allerdings steht dem ein erhöhter technischer
Aufwand gegenüber, wobei für die Kraftstoffzuleitung
und Gemischaufbereitung im Vergleich zu der Verdampferkammer auch
ein vergrößerter Bauraum vor der eigentlichen
Brennkammer vorgesehen werden muss.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Verdampfungsbrenner
der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass die Qualität
der Verbrennung erhöht und ein Verbrennen des Kraftstoffes
unter blauer Flamme möglich ist.
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Erfindungsgemäß wird
die Aufgabe durch einen Verdampfungsbrenner der eingangs genannten Art
gelöst, bei welchem der Lufteinlass in Bezug auf den zylindrischen
Querschnitt der Verdampfungskammer zur Erzeugung einer Drallströmung
in wenigstens teilweise tangentialer Ausrichtung in die Verdampfungskammer
mündet.
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Es
hat sich gezeigt, dass sich auch ohne aufwendige Eindüsung
des Kraftstoffes allein durch die geschickte Anordnung des Lufteinlasskanals
die Gemischaufbereitung in der Verdampferkammer derart verbessern
lässt, dass es in der Brennerkammer zu einer nahezu vollständigen,
russfreien Verbrennung des in der Verdampferkammer erzeugten Gemisches kommt.
Entscheidend ist dabei, dass durch die außermittige Einmündung
des Lufteinlasses in die Verdampferkammer in dieser eine Drallströmung
erzeugt wird, die das dort erzeugte Gemisch erheblich homogener
ausbildet. Entscheidend ist bei der Einleitung, die Ausbildung einer
Tangentialkomponente, wobei die Luft in dem Lufteinlass durch den
Verbrennungsvorgang in der Brennerkammer selbsttätig angesaugt
wird. Die Kraftstoffeinleitung erfolgt wie bei Verdampfungsbrennern üblich
ohne ausgeprägten Überdruck und ohne Düsenausbildung,
so dass entsprechend einfachste Vorrichtungen für die Kraftstoffzuleitung
genügen.
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Der
Lufteinlass ist vorzugsweise senkrecht zur Axialrichtung der Verdampferkammer
angeordnet, durch entsprechend geneigte Ausrichtung ist es aber
auch möglich, den angesaugten Lufteinlassstrom mit einer
axialen Bewegungskomponente bereits beim Einlass zu versehen. Für
die optimierte Gemischaufbereitung ist dies aber nicht zwingend
erforderlich.
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Um
die Gemischaufbereitung insbesondere in der Startphase des Verdampfungsbrenners
zu verbessern, ist in weiterer bevorzugter Ausgestaltung vorgesehen,
den Lufteinlass axial im Bereich der Heizfläche anzuordnen,
die wiederum vorzugsweise ring- oder stiftförmig mittig
in der Verdampferkammer angeordnet ist. Durch diese Anordnung kann
sich um die ring- oder stiftförmige Heizfläche
eine ring- bzw. schraubenförmige Strömung ausbilden,
die den Verdampfungsvorgang unterstützt.
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Vorzugsweise
weist die Brennkammer ein äußeres Brennrohr und
ein in diesem angeordnetes inneres Brennrohr auf, die beide stirnseitig
offen sind, wobei wenigstens eine Rezirkulationsöffnung
in der Wandung des inneren Brennerrohres vorgesehen ist.
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Diese
an sich aus dem Bereich der Raketenbrenner bekannte Gestaltung des
Brennraums erlaubt eine Rezirkulation von verbrannten oder teilverbrannten
Gasen, die der schadstoffarmen Verbrennung förderlich ist.
Bei dieser Gestaltung ergibt sich eine Überlagerung der
durch die besondere Anordnung des Lufteinlasses erzeugten Drallströmung
mit der durch die Rezirkulationsöffnung erzeugten Rezirkulationsströmung
mit unterschiedlichen Richtungskomponenten. Bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei
welcher die Verdampferkammer in das innere Brennrohr mündet,
wobei eine Ausführungsform besonders bevorzugt ist, bei
welcher das innere und das äußere Brennrohr an
einer Brennkammerwandung angeordnet sind, durch die die Verdampferkammer
in das innere Brennrohr ragt, wobei mit Abstand zu der Brennkammerwandung
die wenigstens eine Rezirkulationsöffnung in dem inneren
Brennrohr vorgesehen ist. Üblicherweise werden mehrere über den
Umfang gleichmäßig verteilte Rezirkulationsöffnungen
vorgesehen, um über den gesamten Querschnitt eine homogene
Verbrennung des Gemisches zu erreichen.
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Die
Mündung der Verdampferkammer liegt vorzugsweise in axialer
Richtung auf der Höhe der wenigstens einen Rezirkulationsöffnung,
wodurch sich eine besonders gute Gemischverwirbelung ergibt.
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Vorzugsweise
ist die Mündung der Verdampferkammer in die Brennkammer
durch eine Drosselscheibe gebildet, deren offener Querschnitt kleiner als
der Querschnitt der Verdampferkammer ist, weil sich hierdurch das
Ausströmverhalten des Gemisches verbessert.
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In
der Regel ist das innere Brennerrohr kürzer als das äußere
Brennerrohr ausgebildet, wobei das innere Brennrohr vorzugsweise
an seinem offenen Ende mit einer Stauscheibe versehen ist, deren Durchmesser
kleiner als der Durchmesser der inneren Brennkammer ist.
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Nachfolgend
wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher
auf eine Ausführungsform der Erfindung eingegangen. Es
zeigen:
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1 eine
Seitenansicht eines Verdampfungsbrenners;
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2 eine
Stirnansicht des Verdampferbrenners nach 1;
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3 einen
Längsschnitt eines Verdampferbrenners
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1 zeigt
einen Verdampferbrenner 10, wie er beispielsweise in Heizkesseln
eingesetzt wird, um diese zu befeuern. Der Verdampferbrenner 10 besitzt
ein plattenförmiges Flanschteil 12, mit welchem
der Verdampferbrenner 10 in einer entsprechenden Öffnung
eines Heizkessels (nicht gezeigt) montierbar ist.
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Der
Verdampfungsbrenner 10 besitzt eine Verdampferkammer 14,
in welche ein elektrischer Flammstarter 16 mit einer Kraftstoffzufuhr 18 zentrisch
eingesetzt ist. Ein elektrischer Anschluss 20 ist am Stirnende
des Flammstarters 16 vorgesehen, auf den später
noch näher eingegangen wird.
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Zur
Versorgung des Verdampfungsbrenners 10 mit Frischluft ist
ein Lufteinlass 22 vorgesehen, der seitlich in die Verdampferkammer 14 mündet,
wobei der Lufteinlass derart ausgerichtet ist, dass der in die Kammer
(siehe auch 3) eintretende Luftstrom einen
im wesentlichen tangentiale Strömungsrichtung in Bezug
auf den Querschnitt der Verdampferkammer 14 besitzt, besonders
gut zu erkennen ist diese Anordnung in 2, aus der
deutlich wird, dass der Lufteinlass bezüglich einer mittigen
Einströmung seitlich versetzt ist. In anderen Worten könnte man
auch sagen, dass der Lufteinlass bezüglich einer streng
radialen Anordnung geneigt angeordnet ist, um die tangentiale Einströmung
zu fördern.
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Der
nähere Aufbau des Verdampfungsbrenners 10 ergibt
sich aus dem Längsschnitt gemäß 3.
Gut erkennbar ist, dass eine Brennkammer 24 des Verdampfungsbrenners 10 ein äußeres
Brennrohr 26 und ein konzentrisch in diesem angeordnetes inneres
Brennrohr 28 mit einer stirnseitigen Stauscheibe 30 aufweist,
deren Öffnungsquerschnitt 32 kleiner ist als der
Innendurchmesser des inneren Brennrohrs 28. Beide Brennrohre 26, 28 sind
mit einer Brennkammerstirnwandung 34 fest verbunden, die
Bestandteil des Flansches 12 ist.
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Die
Verdampferkammer 14 ragt durch die Brennkammerwandung 34 bis
in das innere Brennrohr 28 und ist an ihrer Stirnseite
mit einer Drosselscheibe 36 versehen, deren Öffnungsquerschnitt 38 kleiner
als der Innendurchmesser der Verdampfer kammer 14 ist. Gut
zu erkennen ist auch die wenigstens teilweise Anordnung einer Eintrittsöffnung 40 des
Lufteinlasses 22 in die Verdampferkammer 14.
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Der
Flammstarter 16 verfügt über eine ring- oder
stiftförmige Heizfläche 42, die mittig
in die Verdampferkammer 14 ragt, wobei ihr äußeres
Ende bis in den axialen Bereich ragt, in welchem die Eintrittsöffnung 40 des
Lufteinlasses 22 vorgesehen ist. Bedingt durch diese Anordnung
wird die Ausbildung einer Drallströmung innerhalb der Verdampferkammer 14 begünstigt,
die ein Verdampfen des über die Zuleitung 18 zugeführten
Kraftstoffes fördert, ohne dass dieser in besonderer Weise über
ein Düsensystem oder dergleichen zerstäubt werden
muss. Dadurch ergibt sich ein technisch einfacher Aufbau, wobei
insbesondere auch die kurze axiale Baulänge des vom Grundsatz
her üblichen Flammstarters 16 zu erwähnen
ist.
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Die
eigentliche Verbrennung des in der Verdampferkammer 14 erzeugten
Kraftstoff-/Luftgemisches erfolgt nach dessen Zündung in
der Brennkammer 24, wobei mit Bezug auf die axialen Ausrichtung
im Bereich der Querschnittsöffnung 38 der Drosselscheibe 36,
durch welchen das Gemisch in das innere Brennrohr 28 gelangt,
drei über den Umfang gleichmäßig verteilte
Rezirkulationsöffnungen 44 vorgesehen sind, durch
welche verbranntes oder teilverbranntes Gemisch durch den Zwischenraum
zwischen dem inneren Brennrohr 28 und dem äußeren Brennrohr 26 rückgeführt
werden kann. Die durch die Anordnung Lufteinlasses 22 bewirkte
Drallströmung um die Mittelachse des Verdampfungsbrenners 10 wird
dabei noch eine weitere Bewegungskomponente aufgebracht.
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Es
hat sich gezeigt, dass der Verdampfungsbrenner 10 auch
ohne aufwendige Kraftstoffeinspritzung als Blaubrenner arbeiten
kann, d. h. die Verbrennung des Kraftstoffes erfolgt nahezu vollständig und
weitestgehend russfrei. Als weiterer Vorteil hat sich gezeigt, dass
die Ausbildung von Rückständen in der Verdampferkammer,
beispielsweise im Bereich der Heizfläche durch Verkokung
von Kraftstoff, erheblich reduziert werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 3234395
C2 [0002]
- - DE 3243395 A1 [0002]