DE102011104051A1

DE102011104051A1 - Modulierender Wärmeerzeuger (Brenner) für flüssige Brennstoffe

Info

Publication number: DE102011104051A1
Application number: DE102011104051A
Authority: DE
Inventors: Christian Wattenberg; Dirk Huysmann; Oliver Huysmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-06-11
Filing date: 2011-06-11
Publication date: 2012-12-13

Abstract

Modulierender Brenner für flüssige Brennstoffe, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff in gasförmigen Zustand überführt und mit Verbrennungsluft vermischt wird, ohne die zur Zündung notwendige Zündtemperatur zu erreichen.

Description

Anwendungsgebiet:
Die Erfindung betrifft einen Wärmeerzeuger (Brenner) entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik:
Nach dem Stand der Technik ist bereits eine Vielzahl unterschiedlichster Konstruktionen und Techniken bekannt, bei denen Brenner für flüssige und/oder gasförmige Brennstoffe Verwendung finden. Aufgrund verschiedenster Anforderungen sollten diese Brenner den zugeführten Brennstoff möglichst vollständig und frei von unerwünschten Abgasen verbrennen und so eine höchstmögliche Nutzung der im Brennstoff enthaltenen Wärmeenergie ermöglichen. Auch führt ein modularer Betrieb zu erheblichen Brennstoffeinsparungen, da die so konstruierten Brenner nicht immer mit voller Leistung gefahren werden müssen. Dadurch erzielen diese Brenner längere Betriebszeiten und deutlich weniger Anfahr- und Abschaltphasen mit dem damit verbundenen Nachteil der unvollständigen Verbrennung.
Nachteile des Standes der Technik:
Die Konstruktion solcher Brenner ist momentan nur mit einem erhöhten technischem Aufwand verbunden, der dementsprechend zu kürzeren Wartungsintervallen, höherer Ausfallquote und somit höheren Kosten führt. Auch ist die Anfangsinvestition für diese Brenner deutlich höher als für konventionelle Brenner mit nicht modularem Betrieb. Ebenso sind diese Brenner immer nur für einen Brennstoff konzipiert und lassen sich nicht mit anderen Brennstoffen betreiben oder kombinieren.
Aufgabe der Erfindung:
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Brenner zur Verbrennung von flüssigen Brennstoffen vorzustellen, dessen Konstruktion und Herstellung einfach und somit kostengünstig zu realisieren ist. Er soll außerdem mit nur geringem Zeit- und Materialaufwand zu warten sein. Des Weiteren soll dieser Brenner den Brennstoff frei modulierend je nach Wärmebedarf verbrennen und dabei möglichst geringe Emissionswerte erzielen können. Auch ist unter dem Gesichtspunkt der Entwicklung neuer, biogener und schnell nachwachsender Brennstoffe eine Nutzung dieser von nicht unerheblicher Bedeutung. Eine Nutzung verschiedener Brennstoffe und deren Gemische sollte ebenfalls realisiert werden.
Lösung der Aufgabe:
Diese Aufgabe wird durch eine Brennerkonstruktion gelöst, welche den Brennstoff vollständig in die Gasphase überführt und mit der Verbrennungsluft vermischt, bevor es zu einer Entzündung des Brenngases kommt. Verdampfungs- und Mischphase müssen somit vom Bereich der eigentlichen Verbrennung räumlich getrennt werden.
Vorteile der Erfindung:
Als Vorteil dieser Erfindung hat sich herausgestellt, dass die modulare Verbrennung unterschiedlichster flüssiger Brennstoffe technisch sehr einfach und störunanfällig zu realisieren ist. Zu diesen Brennstoffen können bekannte Brennstoffe wie Heizöl, als auch neuartige Brennstoffe wie Pflanzenöle, BTL-Brennstoffe und ähnliche gezählt werden.
Durch die modulare Verbrennung können Brennstoffeinsparungen von 25–30% erzielt werden.
Durch die Verbrennung mit vorverdampftem Brennstoff entsteht keine sichtbare, gelbe Flamme. Auch verläuft der Verbrennungsprozess um den Faktor 100 schneller. Dadurch lassen sich auch deutlich kleinere Brennkammern mit anschließendem Wärmetauscher realisieren.
Auch die Abgaswerte eines erfindungsgemäßen Brenners liegen deutlich unter den momentanen Richtwerten. So entsteht bei dieser Art der Verbrennung keinerlei Russ und nur minimaler CO-Anteil in der Abgasluft. Niedrige NOx-Werte werden durch eine kältere Flamme und einen schnelleren Verbrennungsprozess erzielt.
Die Verbrennung ist nach dem Start selbsterhaltend und kann ohne weitere Energiezuführung von außen weiter modular betrieben werden.
Durch die wenigen und unempfindlichen Bauteile ist ein langfristiger, störungsfreier Betrieb gewährleistet.
Beschreibung der Erfindung:
Der durch die Brennstoffdüse (8) in die Verdampferkammer (1) eingebrachte Brennstoffnebel (6) wird dort durch die in die Brennkammer (2) einwirkende Infrarotstrahlung verdampft und mit der Verbrennungsluft (5) vermischt. Eine gute Vermischung von Verbrennungsluft (5) und Brennstoffnebel (6) wird durch die Stauscheibe (7) gewährleistet. Das Brennstoff-Luft-Gemisch erhitzt sich somit nur bis zum Siedepunkt des flüssigen Brennstoffes, da die vorhandene Infrarotstrahlung nur auf feste oder flüssige Stoffe wirkt, nicht aber auf gasförmige. Sobald der Brennstoff in den gasförmigen Zustand überfuhrt wurde, tritt keine weitere Temperaturerhöhung mehr ein, sodass die Zündtemperatur des Brennstoff-Luft-Gemisches nicht erreicht wird. Am stromabwärts gelegenen Ende der Verdampferkammer (2) wird das Brenngas durch den einseitig geschlossenen Umlenktopf (9) um 180° umgelenkt und entzündet sich in der Brennkammer (2) am Flammenhalter (4). Der Raum zwischen der Verdampferkammer (1) und dem Umlenktopf (9) bildet die Brennkammer (2). Der Abstand zwischen dem Ende der Verdampferkammer (1) und dem Boden des Umlenktopfes (9) muss so gering gewählt werden, dass ein Zurückschlagen der Flamme in die Verdampferkammer (1) vermieden wird.
Die zur Initialisierung dieses Verbrennungsverfahrens benötigte Energie kann wie folgt erzeugt werden:
Der Brenner startet wie ein konventioneller Brenner mit sichtbarer, gelber Flamme innerhalb der Verdampfungskammer. Die entstehenden heißen Abgase erhitzen die Brennkammer und den Flammenhalter. Haben die Brennkammer und die Verdampferkammer die benötigte Arbeitstemperatur erreicht, kann durch kurzes Ab- und wieder Zuschalten der Brennstoffzufuhr auf den modularen Brennerbetrieb mit flammenloser Verbrennung umgeschaltet werden.
Eine Modulation kann nun durch zwei unterschiedliche Maßnahmen erreicht werden:

1. Durch Änderung des Pumpendruckes der Brennstoffpumpe
2. Durch Taktung der Brennstoffzufuhr zur Düse

Bezugszeichenliste

1: Verdampferkammer
2: Brennkammer
3: Abgasführung
4: Flammenhalter
5: Verbrennungsluft
6: Brennstoffnebel
7: Stauscheibe
8: Brennstoffdüse
9: Umlenktopf

Claims

Modulierender Brenner für flüssige Brennstoffe, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff in gasförmigen Zustand überführt und mit Verbrennungsluft vermischt wird, ohne die zur Zündung notwendige Zündtemperatur zu erreichen.
Modulierender Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoff-Luft-Gemisch von der Verdampfungszone räumlich getrennt zur Verbrennung gebracht wird.