DE102010046956B4

DE102010046956B4 - Ölvormischbrenner

Info

Publication number: DE102010046956B4
Application number: DE201010046956
Authority: DE
Inventors: Thomas Etrich; Franz Miklis
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2012-08-30
Anticipated expiration: 2030-09-30
Also published as: DE102010046956A1

Abstract

Ölvormischbrenner mit einem im Wesentlichen zylindrischen Brennelement (1), einer Brenneroberfläche (2) auf der äußeren Mantelfläche, einem stirnseitigen Deckelelement (3) am freien Ende, einer Verteilkammer (4) unterhalb der Brenneroberfläche (2), einer zentralen, auf der Längsachse des Brennelementes (1) angeordneten Zerstäubungseinrichtung (5), insbesondere ein Einspritzventil oder eine Öldüse, sowie einem an ein stromaufwärts angeordnetes Gebläse angeschlossenen Verbrennungsluftkanal (6), dadurch gekennzeichnet, dass im direkten Bereich des Flüssigkeitsstrahles mit Abstand vor der Zerstäubungseinrichtung (5) eine schräge Prallfläche (7) angeordnet ist, welche ein koaxial mit der Zerstäubungseinrichtung (5) verlaufendes Innenrohr (8) weitgehend einengt, und dass nur mindestens eine Öffnung (9) im Randbereich vorgesehen ist, in welcher die Prallfläche (7) ausläuft.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ölvormischbrenner nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Derartige Ölvormischbrenner besitzen ein zylindrisches Brennelement mit einer Brenneroberfläche auf der äußeren Mantelfläche und mit einem stirnseitigen Deckelelement am freien Ende. Um eine zentrale, auf der Längsachse des Brennelementes angeordneten Zerstäubungseinrichtung, insbesondere ein Einspritzventil oder eine Öldüse, befindet sich in der Regel eine Verteilkammer für den entstehenden Ölnebel, damit dieser gleichmäßig von innen her die Brenneroberfläche erreicht. Stromaufwärts von der Zerstäubungseinrichtung befindet sich ein Verbrennungsluftkanal mit Verbindung zu einem Gebläse. Weiterhin kann bei gattungsgemäßen Brennern ein Luftwärmetauscher im Bereich der Brenneroberfläche für die Vorwärmung mindestens eines Teilstroms der Verbrennungsluft angeordnet sein. Jedenfalls kommen sowohl vorgewärmte Luft als auch direkt aus dem Verbrennungsluftkanal anströmende Luft im Bereich der Zerstäubungseinrichtung zusammen.
Insbesondere bei Gasbrennern, die modulierend betrieben werden, also bei denen der Leistungsbereich zwischen einem geringen Anteil der Maximalleistung und der Maximalleistung gesteuert werden kann, haben sich die sogenannten Vormischbrenner durchgesetzt. Bei diesen Brennern wird der Brennstoff und die zu dessen Verbrennung erforderliche Verbrennungsluft von der Flamme örtlich getrennt vermischt und dann verbrannt. Dazu wird meist ein zylindrisches Brennelement als Flammenhalter eingesetzt, der für das Brennstoff-/Luft-Gemisch durchlässig ist und einen Innenraum umschließt, dem das Brennstoff-/Luft-Gemisch zugeführt wird. Mit dieser Technologie lassen sich kleine Flammen mit guten Abgaswerten, relativ kleine Flammenhalter und große Modulationsbereiche verwirklichen.
Das Grundprinzip eines Ölvormischbrenners ist die Vermischung von fein zerstäubtem Öl mit vorgewärmter Luft. Durch dieses Prinzip ist es möglich, dass sich zum Beispiel eine sogenannte kalte Flamme bildet, so dass der Brennstoff über eine Oberfläche verbrannt werden kann. Die Oberflächenverbrennung ist allerdings auch ohne kalte Flamme möglich.
Generell ist das Erwärmen von Luft auf Grund der geringen Wärmekapazität relativ schwierig, weil dazu entweder ein effektiver Wärmeübergang über eine Wand auf den Luftstrom und/oder hohe Wandtemperaturen notwendig sind.
Ein Ölfeuerungsaggregat ist zum Beispiel aus der DE 22 53 542 A bekannt. Dabei werden schräge Prallplatten so angeordnet, dass diese stromaufwärts der Öldüse mit dem Luftzuführungskanal parallel zueinander spitze Winkel bilden. Auch die US 2 381 803 A beschreibt einen Gebläse-Ölbrenner, der über ein Einlaufrohr den Flüssigkeitsstrahl auf eine Prallplatte leitet, welche über ein Innenrohr eingeengt wird und dadurch Strömungseffekte hervorruft. Weiterhin zeigt die DE 571 051 A einen Kohlestaubbrenner, der das Brennstaubluftgemisch an an der Rohrwand angeordnete kleinere Prallflächen vorbeiführt und somit Wirbel erzeugt.
Ein Gebläse-Ölbrenner ist zum Beispiel aus der CH 387 854 bekannt. Dabei ist eine schalenartige Prallplatte gegenüber der Ausmündung der Öldüse im rechtes Winkel dazu angeordnet. Weiterhin zeigt die DE 575 253 einen Öl- oder Gasbrenner mit vor der Austrittsdüse verschieb- oder drehbar angeordneter, von dem Brennstrahl beaufschlagter Prallplatte in Form eines Spitzkeiles. Auch hier steht die Prallplatte symmetrisch in der Strömung und wird ringsum umströmt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem Ölvormischbrenner die Verbrennungsqualität und die Robustheit, besonders im Hinblick auf Modulationsfähigkeit, zu optimieren.
Erfindungsgemäß wurde dies mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Der Ölvormischbrenner ist dadurch gekennzeichnet, dass im direkten Bereich des Flüssigkeitsstrahles mit Abstand vor der Zerstäubungseinrichtung eine schräge Prallfläche angeordnet ist. Diese engt ein koaxial mit der Zerstäubungseinrichtung verlaufendes Innenrohr weitgehend ein. Dabei ist nur mindestens eine Öffnung im Randbereich vorgesehen, in welcher die Prallfläche ausläuft. Vorzugsweise ist die Prallfläche etwa im Winkel von 30 bis 55 Grad zur Wand des Innenrohres angestellt. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Prallfläche im Bereich der mindestens einen Öffnung im Randbereich eine von der Zerstäubungseinrichtung weg zeigende Abrisskante für die Strömung auf, in welcher die Prallfläche ausläuft. Stromabwärts hinter der Abrisskante und unterhalb des oberen Bereiches der Prallfläche ist weiterhin eine Verwirbelungszone vorgesehen. Besonders hier werden feinste Öltröpfchen intensiv mit Verbrennungsluft vermischt.
In dieser Zone, also direkt stromabwärts hinter der Abrisskante, weitet sich der freie Strömungsquerschnitt innerhalb des Innenrohres wieder auf.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist auf der der schrägen Prallfläche gegenüberliegenden Seite hinter der Abrisskante angeordnete Bereich unterhalb der schrägen Prallfläche durch eine weitere Schrägfläche abgeschlossen. Dabei sind die Prallfläche und die weitere Schrägfläche auf der Unterseite des Innenrohres angeordnet und mit dessen Innenwand verbunden.
Vorteilhafterweise erstreckt sich die Prallfläche über mindestens den aus der Zerstäubungseinrichtung austretenden Durchmesser des Flüssigkeitsstrahles.
Ergänzend zu den vorstehenden Ausführungsformen kann im Bereich der Abrisskante noch eine weitere zugeordnete Abrisskante an der Innenseite des Innenrohres angeordnet ist. Damit wird die Strömungseinschnürung im bereich der Durchtrittsöffnung noch mehr intensiviert. Außerdem wird auch an der Rohrwand eine Verwirbelung erreicht.
Das Innenrohr weist an seiner der Zerstäubungseinrichtung gegenüberliegenden Stirnseite eine Wand oder ein Deckelelement auf. Dieses umfasst das Innenrohr so exzentrisch, dass die Strömung hinter der weiteren Schrägfläche in den unteren Bereich, entgegen der Strömungsrichtung im Innenrohr, umgelenkt wird und dort in die Verteilkammer austritt.
Dabei überlappt das Deckelelement das Innenrohr, wobei die Länge der Überlappung von Innenrohr und Deckelelement in Abhängigkeit der Länge des Brennelementes ausgelegt wird.
Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen wird bei einem Ölvormischbrenner sowohl die Verbrennungsqualität als auch die Robustheit verbessert. Insbesondere für den modulierenden Betrieb ist die erfindungsgemäße Anordnung mit einer Prallfläche und einer Abrisskante vorteilhaft, weil eine besonders intensive Durchmischung von Öl und Verbrennungsluft erreicht wird. Die Prallfläche wird durch die hohen Strömungsgeschwindigkeiten der Verbrennungsluft immer vom Öl frei gespült. Ablagerungen, insbesondere mögliche Verkokungen des Öls durch hohe Bauteiltemperaturen, treten keine auf. Die Erfindung ist prinzipiell für Brenner mit einem zylindrischen Brennelement genauso wie für Flächenbrenner mit einer horizontalen Brenneroberfläche anwendbar. Auch eine Übertragung auf Gas als Brennstoff ist denkbar.
Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar und zeigt in einer einzigen Figur den schematischen Aufbau eines Ölvormischbrenners im Längsschnitt durch die Mischeinrichtung.
Der Ölvormischbrenner besteht im Wesentlichen aus einem zylindrischen Brennelement 1, mit einer Brenneroberfläche 2 auf der äußeren Mantelfläche, einem stirnseitigen Deckelelement 3 am freien Ende einer Verteilkammer 4 unterhalb der Brenneroberfläche 2, einer zentralen, auf der Längsachse des Brennelementes 1 angeordneten Zerstäubungseinrichtung 5, hier als Einspritzventil dargestellt, sowie einem an ein stromaufwärts angeordnetes Gebläse angeschlossenen Verbrennungsluftkanal 6.
Im direkten Bereich des Flüssigkeitsstrahles befindet sich mit Abstand vor der Zerstäubungseinrichtung 5 eine schräge Prallfläche 7, welche ein koaxial mit der Zerstäubungseinrichtung 5 angeordnetes Innenrohr 8 soweit einengt, dass eine Öffnung 9 im Randbereich bleibt, in welcher die Prallfläche 7 ausläuft. Dort befindet sich eine Abrisskante 10 für die Strömung, um ein eine intensive Wirbelbildung zu erreichen.
Auf der der schrägen Prallfläche 7 gegenüberliegenden Seite hinter der Abrisskante 10 ist der Bereich unterhalb der Prallfläche 7 durch eine weitere Schrägfläche 11 gegen die Innenwand des Innenrohres 8 abgeschlossen und mit dessen Innenwand verbunden sind. Eine weitere zugeordnete Abrisskante 12 ist im Bereich der Abrisskante 10 an der Innenseite des Innenrohres 8 angeordnet. Dargestellt ist diese als vertikal auf der Innenwand angebrachter Steg.
Auch das Innenrohr 8 besitzt an seiner der Zerstäubungseinrichtung 5 gegenüberliegenden Stirnseite eine Wand oder ein Deckelelement 13, welches das Innenrohr so exzentrisch umfasst, dass die Strömung hinter der weiteren Schrägfläche 11 in den unteren Bereich umgelenkt wird. Entgegen der Strömungsrichtung im Innenrohr 8 gelangt das Öl-/Luft-Gemisch von dort aus in die Verteilkammer 4.

Claims

Ölvormischbrenner mit einem im Wesentlichen zylindrischen Brennelement (1), einer Brenneroberfläche (2) auf der äußeren Mantelfläche, einem stirnseitigen Deckelelement (3) am freien Ende, einer Verteilkammer (4) unterhalb der Brenneroberfläche (2), einer zentralen, auf der Längsachse des Brennelementes (1) angeordneten Zerstäubungseinrichtung (5), insbesondere ein Einspritzventil oder eine Öldüse, sowie einem an ein stromaufwärts angeordnetes Gebläse angeschlossenen Verbrennungsluftkanal (6), dadurch gekennzeichnet, dass im direkten Bereich des Flüssigkeitsstrahles mit Abstand vor der Zerstäubungseinrichtung (5) eine schräge Prallfläche (7) angeordnet ist, welche ein koaxial mit der Zerstäubungseinrichtung (5) verlaufendes Innenrohr (8) weitgehend einengt, und dass nur mindestens eine Öffnung (9) im Randbereich vorgesehen ist, in welcher die Prallfläche (7) ausläuft.
Ölvormischbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallfläche (7) etwa im Winkel von 30 bis 55 Grad zur Wand des Innenrohres (8) angestellt ist.
Ölvormischbrenner nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallfläche (7) im Bereich der mindestens einen Öffnung (9) im Randbereich eine von der Zerstäubungseinrichtung (5) weg zeigende Abrisskante (10) für die Strömung aufweist, in welcher die Prallfläche (7) ausläuft.
Ölvormischbrenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts hinter der Abrisskante (10) und unterhalb des oberen Bereiches der Prallfläche (7) eine Verwirbelungszone vorgesehen ist.
Ölvormischbrenner nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich stromabwärts hinter der Abrisskante (10) der freie Strömungsquerschnitt innerhalb des Innenrohres (8) wieder aufweitet.
Ölvormischbrenner nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf der der schrägen Prallfläche (7) gegenüberliegenden Seite hinter der Abrisskante (10) angeordnete Bereich unterhalb der schrägen Prallfläche (7) durch eine weitere Schrägfläche (11) abgeschlossen ist.
Ölvormischbrenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallfläche (7) und die weitere Schrägfläche (11) auf der Unterseite des Innenrohres (8) angeordnet und mit dessen Innenwand verbunden sind.
Ölvormischbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Prallfläche (7) über mindestens den Flüssigkeitsstrahldurchmesser aus der Zerstäubungseinrichtung (5) erstreckt.
Ölvormischbrenner nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Abrisskante (10) eine weitere zugeordnete Abrisskante (12) an der Innenseite des Innenrohres (8) angeordnet ist.
Ölvormischbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr (8) an seiner der Zerstäubungseinrichtung (5) gegenüberliegenden Stirnseite eine Wand oder ein Deckelelement (13) aufweist, und dass dieses das Innenrohr (8) so exzentrisch umfasst, dass die Strömung hinter der weiteren Schrägfläche (11) in den unteren Bereich, entgegen der Strömungsrichtung im Innenrohr (8), umgelenkt wird und dort in die Verteilkammer (4) austritt.