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Die Erfindung betrifft einen einstellbaren Brenner für vergasten flüssigen Brennstoff, insbesondere an Öl-Heizungsanlagen und ein mittels des einstellbaren Brenners realisiertes Verfahren.
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Durch eine einfache technische Maßnahme zur Regelung der Luftzufuhr vor der Brennerdüse in der Vorkammer eines an sich bekannten Brenners, der strömungstechnisch angepassten Blendenöffnung in der Trennwand zum Flammrohr und durch eingebrachte Injektoröffnungen, die mittels eines Stellelementes geöffnet oder geschlossen werden und, welche sich kurz hinter der Trennwand am Ansatz eines Flammrohres des Brenners befinden gelingt es, die Verbrennung von flüssigem Brennstoff im und am Flammrohr fast rückstandsfrei durchzuführen, wobei ein derartig arbeitender Brenner die Charakteristik eines „Blau”-Brenners annimmt.
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Gemäß bekanntem Stand der Technik existieren eine Vielzahl von Brennerlösungen und auch von Flammrohrgestaltungen für Brenner die das Ziel haben, insbesondere flüssige Brennstoffe, mit bestmöglicher Energieausnutzung und möglichst auch rückstandsfrei zu verbrennen. Es soll daher eine Auswahl von nachfolgenden technischen Lösungen dargeboten werden, die sich mit diesem Thema befassen.
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So ist gemäß
DE 198 32 130 C2 ein Brenner, insbesondere für flüssige Brennstoffe bekannt, bei dem der Düsenstock und Düse mittels Halteschenkeln eines Halters konzentrisch zur Öffnung einer Blende, die Vorkammer und Brennraum voneinander trennt, gehalten wird und zwei Halteringe für den Düsenstock als Führungsring oder als Fixierungsring fungieren. Die Halteschenkel des Halters stellen dabei gleichzeitig Kühlrippen dar und die Halteringe gestatten ein Feststellen des Düsenstocks in radialer oder axialer Richtung. Die konstant durch ein Luftrad geförderte Luftmenge wird direkt nicht reguliert.
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Mit
DE 42 01 061 C2 wird ein Brenner für vergasten flüssigen Brennstoff vorgeschlagen. Im Flammrohr befindet sich hinter der Blendenöffnung ein Mischrohr, welches mit Primärluft beaufschlagt ist und radial im Außenbereich sind Öffnungen in einem hier zweistufig gestalteten Flammrohr angeordnet, wobei zusätzlich in einem gewellten Außenbereich des Flammrohrs diese Öffnungen Luftkanäle für Sekundärluft darstellen. Mit diesen Maßnahmen sollen eine verbesserte Rezirkulation und eine damit rückstandsfreie Verbrennung erwirkt werden.
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Die
DE 44 30 888 A1 zeigt einen einstellbaren Blaubrenner, hinsichtlich einer benötigten Luftmenge zur vorliegenden Menge eines zu verbrennenden flüssigen Brennstoffstrahls. Zum einen wird hier ein Strömungsstabilisierungselement und zum anderen eine Einstelleinrichtung an der die Vorkammer und den Brennraum trennenden Blende vorgesehen, wobei die mit der Einstelleinrichtung regulierbaren Öffnungen mittels elektrischer Steuerung dem gewünschten Luftstrom angepasst werden. Die Luftmenge kann demnach nur mit kompliziert an der Blende händelbaren Zusatzeinrichtungen dosiert werden, was sehr aufwendig in der Herstellung und letztlich auch störanfällig ist.
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In etwa gleicher Weise funktioniert ein verbrennungsoptimierter Blaubrenner nach
DE 44 30 889 A1 , wobei hier zusätzlich zum brennstoffstrahlnahen Teilstrom ein gegenüber diesen in definiertem Abstand radial außenliegender rezirkulationsstabilisierender Teilstrom von Brennluft in die Brennkammer eintritt. Alle weiteren Erläuterungen treffen auch aus
DE 44 30 888 A1 zu.
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Gemäß
DE 33 04 214 A1 wird ein Brenner zum Einbau in Heizungs- und Dampferzeugungsanlagen vorgeschlagen. Seine Besonderheit liegt hier in der konstruktiven Gestaltung des Flammrohrs, welches aus mehreren konisch ineinander gesteckten Zylindern besteht, wobei an den sich berührenden Grenzflächen Luftspalte eingerichtet sind. Die Brenngasströmung soll sich hierbei an die innere Wand des Flammrohrs anlegen. Mit der Realisierung des Injektionsprinzips wird hier mit der Verlängerung des Flammrohrs und den vorgenannten Luftspalten die Geräuschentwicklung beim Verbrennungsvorgang minimiert. Maßnahmen zur bedarfsweisen Luftregulierung und damit zur optimalen, rückstandsfreien Verbrennung flüssiger Brennstoffe sind nicht vorgesehen bzw. erkennbar.
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In
DE 27 00 671 C2 wird ein blaubrennender Ölbrenner dargestellt, der in die üblichen Elemente Vorkammer, Düsenstock mit Brennerdüse, Zündelektrode (in der Vorkammer), Flammrohr mit Mischrohr und im vorliegenden Fall in noch einen in das Flammrohr hineinragenden Ionisationsindikator untergliedert ist.
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Die von einem Gebläserotor geförderte Brennerluft, die in den Raum der Vorkammer geführt wird, ist außerhalb der Vorkammer über ein Drosselventil mit einer Luftklappe bzgl. des benötigten Volumenstroms regelbar.
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Schließlich soll
DE 32 41 731 C2 genannt werden, die einen Vergasungsölbrenner vorstellt. Hier ist das Mischrohr von seinem stromabführenden Ende mit achsparallelen Schlitzen ausgestattet, die unterschiedlich breit und mit kreis- bis ellipsenförmigen Öffnungen versehen sein können, wobei das Mischrohr auch aufgebogene Enden am stromabführenden Ende aufweisen kann. Mit der Gestaltung des Mischrohres bzgl. der vorhandenen Schlitze soll eine unkontrollierte Verformung desselben verhindert werden. Eine der Brennstoffmenge adäquate Luftzufuhr ist hier nicht einstellbar.
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Wie dem Stand der Technik zu entnehmen ist, sind keine einfachen Lösungen bekannt, bei denen eine in der Vorkammer eines Ölbrenners integrierte Luftregulierung enthalten ist, die Ausbildung der Blendenöffnung in der Trennwand zwischen Vorkammer und Flammrohr beachtet und das Injektorprinzip am Flammrohr durch zusätzlich daran angeordnete Öffnungen zur Rezirkulierung bereits verbrannter, kälterer Heizgase genutzt wird.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung den Luftstrom eines konstant fördernden Gebläses, innerhalb der Vorkammer eines Ölbrenners, angepasst an die Menge des über die Zerstäuberdüse in das Flammrohr eingebrachten Öls manuell oder steuerungstechnisch automatisch gelöst, mittels eines Luftregulierungselements zu verstärken oder abzuschwächen, wobei zusätzlich am Beginn des Flammrohrs Rezirkulationsvorgänge verbrannten Heizgases zur möglichst restlosen Verbrennung des flüssigen Brennstoffs hervorzurufen sind und dabei nur geringfügige Anpassungen der Blendenöffnung an der Trennwand zwischen der Vorkammer und dem Flammrohr zusätzlich die Rezirkulationsvorgänge unterstützen, was zu einer äußerst ökonomischen Verbrennung des verdüsten Heizöls führen soll.
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Die Aufgabe der Erfindung wird wie folgt gelöst, wobei hinsichtlich der erfinderischen Gedanken auf die Merkmale der Patentansprüche 1 und 9 verwiesen wird. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung erfolgt in den Patentansprüchen 2 bis 8 und 10.
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Zur Darlegung der Erfindung sind weitere Erläuterungen erforderlich.
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Die erfindungsgemäße konstruktive Gestaltung des einstellbaren Brenners, der für einen Ölheizkessel vorgesehen ist, kommt darin zum Ausdruck, dass in der Vorkammer des Brennergehäuses eine Luftstromregulierung gegenüber eines konstant einen Luftstrom fördernden Gebläserades mittels einer auf- und abschwenkbaren Luftklappe vorgenommen und diese fixiert wird und kurz hinter der mit einer beispielsweise zentrischen Bohrung versehenen Trennwand, die die Vorkammer vom Flammrohr abtrennt, am Ansatz eines Halterohrs, das vor dem Flammrohr angeordnet ist, ringförmig eingebrachte Schlitze vorhanden sind, die dem Injektorprinzip folgend, eine Rezirkulierung bereits vergasten und verbrannten Heizöls bewirken. Dadurch gelingt es, dass das aus der Öldüse über die als Blendenöffnung zu bezeichnende Bohrung in der Trennwand, die sich zentral in der Trennwand vor der Öldüse befindet, in das Flammrohr eingedüste Heizöl mit blaubrennender Heizflamme fast ohne Rückstandsbildung durch Ölkohle verbrennt, wobei zusätzliche Injektoröffnungen in Form von Schlitzen am Ansatz des Flammrohrs mittels eines verschiebbaren, zylindrisch auf die Injektoröffnungen hin- oder wegbewegbaren Elements, das nach Einstellung auch fixierbar ist, dem wie vorgenannten Halterohr, geöffnet oder geschlossen werden und daraus folgend, die Wirkung der beabsichtigten Rezirkulation gefördert oder gedrosselt wird.
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Die Öldüse, die unmittelbar vor der Blendenöffnung positioniert ist, ist über einen Düsenhalter innerhalb der Vorkammer in einer vorbestimmten Lage fixiert. Das ihr über eine Ölpumpe zugeführte Heizöl gelangt zunächst in einen Düsenhalter mit Vorwärmer und dann in die Öldüse, wobei es insbesondere durch den in die Richtung der Öldüse gelenkten Luftstrom – durch eine Zerstäuberdüse vernebelt – austritt.
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Heizöl aus dem Öltank, welches von der Ölpumpe des Brenners durch eine Saugleitung gleichzeitig durch den Ölfilter mit integriertem Ölentlüfter angesaugt wird hat eine Temperatur von 5°C bis 15°C, wobei eine erwünschte Öltemperatur von 50°C im Düsenhalter vorliegen soll. Bei entsprechend gedrosselter Heizleistung, wird über eine Rücklaufleitung das überschüssige Heizöl zum integrierten Ölfilter mit automatischem Ölentlüfter zurückgeführt. Insofern kommt temperiertes Heizöl durch den direkten Rückfluss von der Ölpumpe des Brenners zum Ölentlüfter. Die Ölpumpe des Brenners saugt somit direkt aus dem Ölentlüfter temperiertes Heizöl.
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Zur Erhöhung des Effektes einer verstärkten Verwirbelung eingeblasenen Ölnebels kann die Blendenöffnung auch eine derartige Ausbildung besitzen, dass sie entweder nur in Richtung des Flammrohrs eine konische Erweiterung bzw. in Richtung des Flammrohrs und in Richtung der Vorkammer eine „doppelte” konische Erweiterung aufweisen kann oder kurz hintereinander zwei Trennwände- eine davon befindet sich bereits im Brennraum- in Richtung Flammrohr mit unterschiedlich sich erweiternden Blendenöffnungen angeordnet sind.
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Zur Realisierung des mit dem einstellbaren Brenner möglichen Heizverfahrens sind, abhängig vom beabsichtigten Heizeffekt, unterschiedliche Verfahrensbedingungen einzuhalten. So sollte sich, die Blendenöffnung ca. 8 mm bis 10 mm – je nach Feuerungsleistung – vor der Öldüse befinden und die Zündung des Brennstoff-Luft-Strahlgemisches unmittelbar im Flammrohr nach ca. 50 mm bis 100 mm Eintrittsentfernung hinter besagter Blendenöffnung erfolgen.
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Im kontinuierlich ablaufenden Heizregime sollten dabei Zerstäubungsdrücke an der Zerstäuberdüse durch eine Ölpumpe erreicht werden, die entweder ein- oder zweistufig arbeitet, in einer Höhe von 10 bar bis 20 bar. Die zur möglichst rückstandlosen Verbrennung des Heizöls erforderlichen Rezirkulationsvorgänge am Flammrohr, im vorderen Bereich des Brennraums, werden im Zusammenspiel mit der den Gebläseluftstrom regulierenden schwenkbaren Luftklappe bei einem Gebläsedruck von 6 Millibar bis 11 Millibar durchgeführt.
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Der Düsenhalter selbst ist dabei mit einer ständig zu gewährleistenden Temperatur von 50°C bis 60°C vorzuheizen. Dadurch wird die Viskosität des Heizöls erhöht und die Ölvernebelung erleichtert.
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Der durch die Rezirkulationsvorgänge der verbrannten und kühleren Heizgase am Beginn des Brennraums im Flammrohr erzeugbare Unterdruck, der wiederum vom einregelbaren Gebläsedruck mittels der Luftklappe abhängt bewirkt, dass die Heizflamme des Brenners „kälter” oder „heißer” ist.
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Daran lässt sich erkennen dass eine fast rückstandslose Heizölverbrennung dann erfolgt, wenn ein ausgewogenes Verhältnis zwischen dem zugeführten Gebläseluftstrom und der abgeforderten Pumpenleistung einer ein- oder zweistufigen Ölpumpe eingehalten ist. Es sei noch erwähnt, dass sich im Flammrohr innen und außen um das Flammrohr herum – also im Brennraum – äußere Rezirkulationsvorgänge ergeben. Die inneren Rezirkulationsvorgänge erzeugen einen Unterdruck, der direkt auf die Öldüse wirkt, so dass verstärkt oder vermindert Heizöl angesaugt wird.
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Der Gebläsedruck wird über einen Messnippel, der sich in der Vorkammer befindet überprüft und gegebenenfalls dem Heizregime neu angepasst.
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Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Dazu wird auf die Darstellungen gemäß der 1 bis 4 verwiesen.
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Es zeigen:
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1: Prinzipielle Ausführung des einstellbaren Brenners
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2: Blendenöffnung mit konischer Erweiterung in Richtung Flammrohr
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3: Doppelkonusgestaltung der Blendenöffnung
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4: Doppelte „Trennwandanordnung” mit unterschiedlicher großer Blendenöffnung
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Der einstellbare Brenner 1 weist nach 1 in seiner Vorkammer 13 zwischen dem Gebläserad 3 eines Gebläsemotors 2 und einem Düsenhalter 5 eine, insbesondere stufenlos, schwenkbare Luftklappe 14, die den gleichförmig erzeugten Gebläseluftstrom verstärkend oder abschwächend auf die mit Öffnungen 18 versehene Trennwand 8 auftreffen lässt, auf. Der Düsenhalter 5 besitzt in seinem vorderen Bereich eine Zerstäuberdüse 6, wobei letzterer eine Öldüse 7 zugeordnet ist, die in einem Abstand von z. Bsp. 10 mm vor einer Bohrung einer konzentrisch in der Trennwand 8 angeordneten Blende, der Blendenöffnung 11, positioniert ist. Am hinter der Trennwand 8 ansetzenden Flammrohr 10 sind an dessem Beginn, ringförmig an seinem Umfang verteilt, Injektoröffnungen in Form von Schlitzen 16 eingebracht, die mittels eines zylindrischen Stellelementes 9 stufenlos geöffnet oder geschlossen werden. In diesem Sinne besitzt das Stellelement 9 ebenfalls entsprechend beabstandete Schlitze 17 (nicht näher dargestellt).
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Vor der Trennwand 8 kann, ähnlich wie nach 4 angegeben, eine weitere Trennwand – ohne Innenwandberührung des Flammrohrs 10 – vorgesetzt werden, damit der Verbrennungsprozess intensiviert wird.
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Gemäß der 2 bis 4 ergeben sich bzgl. des Einbringens von vernebeltem Heizöl noch weitere günstige Beeinflussungen des Verbrennungsprozesses.
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So enthält nach 2 die Blendenöffnung in der Trennwand in Richtung des Eintritts des Ölnebels in das Flammrohr eine konische Erweiterung 19. Die Vorkammer 13 besitzt in dieser Ausführung noch ein vorgelagertes Gehäuse 29 innerhalb derer sich die Luftklappe 30 bewegen kann. Weitere periphere Elemente zur Steuerung und Überwachung des Verbrennungsprozesses sind in der vorliegenden 2 angegeben, wie eine Zündeinrichtung 24, eine optische Flammüberwachung 25, ein Sichtrohr 26, ein Steuerteil 27, ein Transformator 28 zur Stromversorgung der Zündeinrichtung 24 und des Düsenrohrs mit Heizung 21. Es ist erkennbar, dass neben der Heizung im Düsenrohr 21 das angesaugte Öl bereits schon im Heizölfilter 34 vorgewärmt wird.
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Ein ähnlicher Effekt der Intensivierung des Verbrennungsprozesses kann nach den 3 und 4 erzielt werden.
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In 3 befindet sich in der Trennwand eine Blendenöffnung in Form eines Doppelkonus 36, wodurch die Verwirbelung des Ölnebel-/Luftgemisches weiter verstärkt wird. Dabei kann zusätzlich eine Doppelmischblende 37 – analog zum Beispiel gemäß der 4 – geschaffen werden.
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Eine weitere Ausführung zur Verstärkung der Rezirkulation 38 verbrannter Heizgase, was zur optimaleren Verbrennung eingedüsten Heizöls führt wird in 4 dargestellt. Hier befindet sich vor der die Vorkammer vom Brennraum, d. h. dem Flammrohr trennenden Trennwand eine, bereits mehrfach erwänte, weitere vorgesetzte Trennwand, sodass hierdurch die konische Doppelmischblende 37 mit unterschiedlich großen zylindrischen Öffnungen entsteht Eine Rezirkulation 38 verbrannter Heizgase setzt hierbei zwischen diesen beiden Trennwänden ein, da die im Flammrohr von der ersten Trennwand beabstandete umlaufend einen Abstand zur Wandung des Flammrohrs besitzt.
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Eine der 4 ähnliche Ausführung (nicht näher dargestellt) ist denkbar, indem vor die konische Erweiterung 19, wie sie in 2 zu sehen ist, eine beabstandete Blende mit zylindrischer Öffnung positioniert wird. Diese beabstandete Blende ermöglicht es ebenso wie in 4, dass Rezirkulationsvorgänge die Verbrennung des eingedüsten Heizöls befördern.
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Verfahrensgemäß reguliert eine schwenkbare Luftklappe 14 bzw. 30 in den vorgenannten Figuren im Zusammenspiel mit einem einstellbaren Zerstäubungsdruck für das Heizöl, der z. Bsp. bei einer zweistufigen Ölpumpe 4 bis 20 bar beträgt, die in einem Flammrohr zur Verfügung zu stellende Heizleistung, wobei zusätzlich über die schlitzartigen Öffnungen im Stellelement 9 äußere und innere Rezirkulationsvorgänge am Flammrohr befördert werden derart, dass eine Unterdruckerzeugung an einer Blendenöffnung 11, z. B. nach 1, in der dortigen Trennwand 8 und den übrigen Öffnungen 18 in der Trennwand 8 die Brennerflamme in eine solche Temperatur versetzt, dass keinerlei Ölkohle an der als Zentralblende zu bezeichnenden Blendenöffnung 11 an der Trennwand 8 abgelagert wird.
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Dieser letztgenannte Vorteil gilt im übertragenen Sinne auch für die Ausführungen nach den 2 bis 4.
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Der dem Heizbedarf fixiert einstellbare Brenner 1 ist dadurch in der Lage, als sogenannter „Blaubrenner”, vergastes Heizöl rückstandslos zu verbrennen.
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Die Vorteile der Erfindung können zusammenfassend darin gesehen werden:
- – optimale Anpassung eines Öldruckbrenners an den Heizbedarf eines Gebäudes, unabhängig vom vorhandenen Brennraum (Heizkessel),
- – fast rückstandslose Verbrennung von Heizöl, da der Brenner im Sinne eines „Blau”brenners arbeitet,
- – keine Kompletterneuerung von Heizkesseln bei Instandsetzungsmaßnahmen erforderlich,
- – Schonung der Ressourcen (Verringerung des Brennstoffbedarfs),
- – nur marginale Erhöhung einer CO2-Emmission, gegenüber einer baugleichen Erneuerung einer kompletten Heizanlage baugleichen technischen Standards.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Einstellbarer Brenner
- 2
- Gebläsemotor
- 3
- Gebläserad
- 4
- Ölpumpe
- 5
- Düsenhalter
- 6
- Zerstäuberdüse
- 7
- Öldüse
- 8
- Trennwand
- 9
- Stellelement
- 10
- Flammrohr
- 11
- Blendenöffnung
- 12
- Ölrücklaufleitung
- 13
- Vorkammer
- 14
- Luftklappe
- 15
- Halterohr
- 16
- Injektoröffnung
- 17
- Schlitz (nicht näher dargestellt)
- 18
- Öffnung (an Trennwand)
- 19
- konische Erweiterung
- 20
- Zerstäuberdüse
- 21
- Düsenrohr mit Heizung
- 22
- Halterung für Zündeinrichtung
- 23
- Schlitz (Stellelement 9-nicht näher dargestellt)
- 24
- Zündeinrichtung
- 25
- Optische Flammüberwachung
- 26
- Sichtrohr
- 27
- Steuerteil
- 28
- Transformator
- 29
- vorgelagertes Gehäuse
- 31
- Gebläserad
- 32
- Gebläsemotor
- 33
- Ölpumpe
- 34
- Heizölfilter
- 35
- Dauerdichtung
- 37
- Doppelmischblende
- 36
- Doppelkonus
- 38
- Rezirkulation
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19832130 C2 [0004]
- DE 4201061 C2 [0005]
- DE 4430888 A1 [0006, 0007]
- DE 4430889 A1 [0007]
- DE 3304214 A1 [0008]
- DE 2700671 C2 [0009]
- DE 3241731 C2 [0011]
