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Ölbrenner Die Erfindung betrifft einen Ölbrenner mit einer Zerstäubungs-
oder Vernebelungsvorrichtung für eine Mischung von Öl mit Luft, Gas oder Dampf,
die dem Brenner unter Druck zugeführt wird.
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Um Öl hoher Viskosität, z. B. von 950 Redwoodsekunden bei 37,8° C,
verwenden zu können, ist es bei den bisher üblichen Ölbrennervorrichtungen notwendig,
das Öl vorzuwärmen, bevor es dem Brenner zugeführt wird. Zu diesem Zweck wird im
allgemeinen eine elektrische Heizvorrichtung vorgesehen. Dies ist ein wesentlicher
Nachteil, denn obwohl die Verwendung von Ölen hoher Viskosität wegen ihres verhältnismäßig
niedrigen Preises wünschenswert ist, wird die Brennervorrichtung wegen der erforderlichen
Vorwärmung des Öles erheblich kompliziert und verteuert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ölbrenner zu schaffen,
der die Verwendung von Öl in einem weiten Viskositätsbereich gestattet und der insbesondere
auch mit Öl hoher Viskosität ohne Schwierigkeiten betrieben werden kann, ohne daß
eine Vorerhitzung des Öles notwendig ist.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß es zur Erzielung der
gewünschten Leistung eines solchen Ölbrenners notwendig ist, dafür zu sorgen, daß
die Brennstofftröpfchen in dem Sprühnebel einen gewissen Optimalwert hinsichtlich
ihrer Größe nicht überschreiten. Wenn die Tröpfchen einen zu großen Durchmesser
haben, brauchen sie bis zu ihrer Verdampfung eine lange Zeit und können dann die
gesamte Länge des Ofens oder Kessels durchströmen, ohne daß sie vollständig verdampft
und entzündet worden sind. Am Ende des Feuerungsraumes ist die Temperatur niedriger,
und der Brennstoff kann dann teilweise gekrackt werden und bildet eher festen Kohlenstoff
als Kohlenmonoxyd. Die Folge hiervon ist eine Ablagerung von Ruß in dem Feuerungsraum,
eine qualmende Flamme und eine ungenügende Ausnutzung des Brennstoffes. Ferner besteht
bei Vorhandensein von zu großen Brennstofftröpfchen die Gefahr, daß sich die Tröpfchen
nach ihrem Austritt aus dem Ölbrenner an den Wandungen des Verbrennungsraumes oder
eines zwischengeschalteten Flammenstabilisierungsrohres niederschlagen, was ebenfalls
äußerst unerwünscht ist.
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Wenn dagegen die Brennnstofftröpfchen verhältnismäßig klein sind,
werden sie zwar rasch verdampft und rasch entzündet, aber um derartig feine Tröpfchen
zu erzeugen, benötigt man eine verhältnismäßig große Menge des Brennstoffträgers,
wie Preßluft oder Dampf, wodurch die Wirtschaftlichkeit der ölbrennervorrichtung
beeinträchtigt wird. Bei der Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe
besteht daher das Problem, die Zerstäubungs- oder Vernebelungsvorrichtung eines
Ölbrenners so auszubilden, daß die Durchmesser der erzeugten Brennstofftröpfchen
in einem verhältnismäßig geringen Bereich um einen optimalen Durchmesser herum liegen
und daß sowohl kleinere als auch größere Brennstofftröpfchen dieses Bereiches vollständig
vernebelt bzw. verdampft und verbrannt werden.
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Es sind bereits Ölbrenner bekannt, bei denen zwei oder drei durch
Ausdehnungskammern oder Zwischenräume getrennte Düsen in Strömungsrichtung hintereinandergeschaltet
sind. Bei diesen Ölbrennern wird jedoch der ersten Düse lediglich Öl zugeführt,
so daß eine Vermischung von Öl mit Luft od. dgl. erst hinter dieser ersten Düse
stattfindet. Der Gemischstrahl, welcher aus der folgenden Düse austritt, gelangt
dann in einen rohrförmigen Durchtrittskanal, welcher so lang und eng ist, daß das
ganze Gemisch bei seiner Strömung durch diesen rohrförmigen Kanal Gelegenheit hat,
mit der Innenwand des Kanales oder Rohres in Berührung zu kommen. Infolgedessen
können sich bei diesen bekannten Ölbrennern mit hintereinandergeschalteten Düsen
praktisch sowohl große als auch kleine Öltröpfchen an den Innenwandungen der zwischen
den Düsen angeordneten rohrförmigen Ausdehnungskammern niederschlagen. Dieser Vorgang
wird noch begünstigt durch eine sich konisch verjüngende Mündung der
Kammer
in die Austrittsdüse. Eine wirksame Zerstäubung erfolgt daher praktisch nur durch
die am äußeren Ende der rohrförmigen Ausdehnungskammer befindliche Austrittsdüse,
weil die von der inneren Düse bewirkte Zerstäubung in dem langen, rohrförmigen Kanal
großenteils durch das Niederschlagen der Öltröpfchen verlorengeht.
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Bei einem anderen bekannten Ölbrenner tritt das Öl durch eine Brennstoffdüse
getrennt von der Preßluft in eine Mischkammer ein, aus der das Öl-Luft-Gemisch durch
einen engen, langen, schraubenförmig gewundenen Kanal in eine Wirbelkammer strömt
und am Umfang derselben auf die konische Innenwandung der Wirbelkammer geleitet
wird. Infolgedessen schlagen sich die Öltröpfchen an dieser konischen Innenwandung
praktisch zu einem Film nieder, der sich auf spiralförmigen Bahnen einwärts nach
der Austrittsdüse hin bewegt, wobei sich sowohl kleinere als auch größere Öltröpfchen
gleichermaßen niederschlagen.
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Die Zerstäubung des öl-Luft-Gemisches erfolgt daher bei den bekannten
Ölbrennern mit hintereinandergeschalteten Düsen hauptsächlich erst wirksam in der
Austrittsdüse des Brenners. Öle hoher Viskosität können daher in diesen Brennern
nicht ohne die erwähnte Vorwärmung in befriedigender Weise verwendet werden.
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Demgegenüber besteht die Erfindung vor allem darin, daß mindestens
eine Düse, die einer bereits von einem Gemischstrahl durchströmten Düse nachgeschaltet
ist, in einer Querwand des Brenners angeordnet ist, die eine im wesentlichen senkrecht
zur Richtung des aus der vorgeschalteten Düse austretenden GemisAstrahles verlaufende
Prallfläche aufweist, welche eine so große radiale Abmessung und einen so kleinen
Abstand von der vorgeschalteten Düse hat, daß sie, nämlich die Prallfläche, von
dem in Richtung auf die nachgeschaltete Düse divergierenden Gemischstrahlkegel voll
beaufschlagt wird.
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Es hat sich gezeigt, daß mit Hilfe eines in dieser Weise ausgebildeten
Ölbrenners auch hochviskose Öle so fein zerstäubt werden, daß der Ölbrenner ohne
weiteres auch mit nicht vorgewärmten hochviskosen Ölen einwandfrei betrieben werden
kann.
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Bei der praktischen Ausführung des Ölbrenners gemäß der Erfindung
kann die Austrittsdüse in einer Querwand angeordnet sein, welche die die Düse umgebende
Prallfläche aufweist. Es kann aber auch eine Querwand, welche die von der Prallfläche
umgebene Düse enthält, mit entsprechendem Abstand zwischen einer Eintrittsdüse und
einer Austrittsdüse angeordnet sein. Bei praktischen Versuchen wurde gefunden, daß
man die besten Ergebnisse erzielt, wenn drei Düsen hintereinandergeschaltet werden,
von denen die mittlere Düse und die Austrittsdüse in Querwänden angeordnet und von
Prallflächen umgeben sind. Bei einem solchen Ölbrenner wird das Verhältnis von großen
zu kleinen Öltröpfchen im Gemisch in jeder Arbeitsstufe stark reduziert, so daß
beim Austritt des Gemisches aus der dritten und letzten Düse eine vollständige Vernebelung
bzw. Verdampfung und eine entsprechend vollständige Verbrennung ermöglicht wird.
Dabei ist es wichtig, daß die kleineren Öltröpfchen von vornherein in jeder Stufe
praktisch so gut wie gar nicht mit den Innenwandungen der Ausdehnungskammern in
Berührung kommen, so daß sie sich auch gar nicht an diesen Wandungen niederschlagen
können. Die größeren Öltröpfchen, welche auf die die Düsen umgebenden Prallflächen
auftreffen, werden von dem Gemischstrahl erfaßt und durch die Düse mitgerissen.
Praktisch reichen zur Erzielung des gewünschten Ergebnisses zwei Arbeitsstufen dieser
Art aus.
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Es ist zweckmäßig, die Düsen in kurzen, von den sich in bezug auf
die Düsenachsen radial erweiternden Ausdehnungskammern gebildeten Abständen hintereinander
in einem gemeinsamen Brennerkopf anzuordnen und die Austrittsdüse in ein Flammenstabilisierungsrohr
bzw. in eine dem Flammenstabilisierungsrohr vorgeschaltete kleinere Kammer einmünden
zu lassen.
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Ferner hat es sich als zweckmäßig erwiesen, den lichten Durchmesser
der Düsen nicht größer als etwa 4 mm zu machen. Wenn die Düsen wesentlich größer
sind, müßte eine übermäßig große Menge von Luft od. dgl. durch die Düsen gedrückt
werden, um die erforderliche hohe Geschwindigkeit an der Innenwand der Düsen zu
erzielen.
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Der Eintrittsdüse des Ölbrenners gemäß der Erfindung soll bereits
eine öl-Luft-Mischung zugeführt werden. Dies kann gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung auf einfache und wirtschaftliche Weise dadurch erreicht werden, daß
der Eintrittsdüse des Brenners ein Luftkompressor, vorzugsweise ein Flügelradkompressor,
vorgeschaltet ist, in dessen Einlaß das Öl eingeführt wird. Dadurch wird nämlich
zwischen den Kompressorflügeln und der Kompressorkammer eine gute Dichtung gebildet,
durch die der erzeugte Druck erheblich ansteigt.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen
beispielsweise veranschaulicht.
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F i g. 1 zeigt schematisch eine Ölbrennervorrichtung gemäß der Erfindung
mit der Zuführung des Öl-Luft-Gemisches; F i g. 2 zeigt einen Längsschnitt durch
einen Ölbrenner gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; F i g. 3 zeigt
einen Längsschnitt durch einen Ölbrenner gemäß einer zweiten Ausführungsform der
Erfindung, und F i g. 4 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine Ölbrennervorrichtung
mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Ölbrenner.
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Gemäß F i g. 1 der Zeichnung wird das in einem Behälter
10 befindliche Heizöl durch Schwerkraft oder durch eine nicht dargestellte
Pumpe in einer Leitung 11 zum Einlaß eines Luftkompressors 12,
z. B.
eines Flügelradkompressors, geleitet. Die aus dem Luftkompressor 12 austretende
Mischung von Öl mit Luft wird durch eine Rohrleitung 13 der Einlaßöffnung eines
Brenners 14 zugeführt.
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Der in F i g. 2 näher dargestellte Ölbrenner 14 ist mit einem Flammenstabilisierungsrohr
15 versehen, an dessen hinteres Ende ein Teil 16 angeflanscht ist, in welchem
eine erste Ausdehnungskammer 17 angeordnet ist. Die Kammer 17 ist durch eine Düse
18 mit einer zweiten Ausdehnungskammer 19 verbunden, die sich in bezug
auf die Düsenachse und im Verhältnis zu ihrer Länge radial stark erweitert. 1n Strömungsrichtung
ist dann eine weitere Düse 20 nachgeschaltet, die in einer Querwand 22 angeordnet
ist, welche um die Düse 20 herum eine im wesentlichen senkrecht zur Richtung
des aus der vorgeschalteten Düse 18 austretenden Gemischstrahles verlaufende Prallfläche
aufweist.
Die Austrittsdüse 20 mündet in eine Kammer 21, die dem
Flammenstabilisierungsrohr 15 vorgeschaltet ist. Die Kammer 21 hat einen größeren
Durchmesser als die Austrittsdüse 20 und einen kleineren Durchmesser als das Fiammenstabilisierungsrohr
15. Die Kammer 21 ist ebenfalls in der Querwand 22 untergebracht, die z. B. durch
nicht näher dargestellte Bolzen an dem Teil 16 befestigt ist, so daß die Düsen
18 und 20 von dem offenen Ende des Flammenstabilisierungsrohres 15
aus zugänglich sind. Eine mit einem Gewinde versehene Öffnung 23 in der Längsachse
der Düsen 18 und 20, die normalerweise durch eine Schraube 24 verschlossen
ist, kann ebenfalls einen Zugang zu den Düsen 18 und 20 ermöglichen,
so daß diese Düsen gereinigt werden können, ohne daß die Teile 16 und 22 auseinandergenommen
werden müssen. Bei diesem Brenner ist ferner eine zweite seitliche Lufteinlaßöffnung
25 in Form einer Durchbrechung des Flammenstabilisierungsrohres 15 vorgesehen, deren
Größe mittels eines nicht dargestellten Schiebers in bekannter Weise verändert werden
kann.
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Eine seitliche Einlaßöffnung 26, durch die die das Öl tragende, aus
dem Luftkompressor 12 durch die Rohrleitung 13 zugeführte komprimierte Luft in den
Brennerkopf 14 eingeführt wird, ist mit einer Einlaßdüse 27 versehen, welche
in die erste Ausdehnungskammer 17 mündet. Die Düsen haben alle einen Innendurchmesser
von 3,79 mm und sind mit Schraubengewinden in entsprechenden Gewindebohrungen des
Brennerkopfes befestigt, so daß sie leicht ausgewechselt werden können. Es können
jedoch auch Düsen verschiedener Größe verwendet werden, wobei Unterschiede von etwa
1011/o als befriedigend befunden wurden. Bei einem Ausführungsbeispiel des Brenners
beträgt der Abstand zwischen der Vorderseite der Querwand 22 und der Vorderseite
des Flammenstabilisierungsrohres 15 etwa 10,7 cm; der Innendurchmesser des Flammenstabilisierungsrohres
15 ist etwa 5 cm, der Durchmesser der vorgeschalteten Kammer 21 ist etwa
12 mm und nimmt bis auf etwa 4,5 mm ab, der Durchmesser der Ausdehnungskammer 19
beträgt etwa 15,8 mm, und der Durchmesser der Ausdehnungskammer 17 und der Einlaßöffnung
26 ist etwa 6,35 mm.
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Bei der besonders vorteilhaften Ausführungsform des Ölbrenners 14'
gemäß F i g. 3 sind alle Düsen in der gleichen Längsachse angeordnet. Die Querwand
22' ist mittels Bolzen 29 an einem Teil 28 befestigt, der eine mit einem Gewinde
versehene Öffnung 30 hat, in die das Ende der von dem Luftkompressor 12 kommenden
Rohrleitung 13 eingeschraubt wird, durch welche das öl-Luft-Gemisch zugeführt wird.
Durch die Einlaßdüse 27' wird das Gemisch in die erste Ausdehnungskammer 17' eingespritzt
und gelangt durch eine mittlere Düse 18' in die zweite Ausdehnungskammer 19'. Die
Kammern 17' und 19' haben die gleichen Durchmesser und sind durch eine die Düse
18' enthaltende Prallplatte 18" voneinander getrennt. Es folgt dann die in der Querwand
22' angeordnete Auslaßdüse 20', deren Einmündung in der Kammer 19'
von einer senkrecht zur Richtung des aus der vorgeschalteten Düse 18' austretenden
Gemischstrahles verlaufenden Prallfläche umgeben ist. Die Auslaßdüse 20'
mündet in eine Kammer 21'
mit etwas größerem Durchmesser, welche dem Flammenstabilisierungsrohr
15 vorgeschaltet ist.
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Das Flammenstabilisierungsrohr 15 ist von dem Teil 28 abnehmbar
und wird durch eine Stellschraube 31 in seiner Lage festgehalten. Auch hier ist
in dem Flammenstabilisierungsrohr 15 eine seitliche Öffnung 25 vorgesehen,
deren wirksame Größe mit Hilfe eines Schiebers 32 veränderlich ist. Der Schieber
32 kann mit einer Öffnung von gleicher Größe und Form wie die Öffnung 25 versehen
sein, so daß der Durchtrittsquerschnitt der Öffnung 25 durch Verdrehen des Schiebers
32 von Null bis zur vollen Öffnung verändert werden kann.
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Die lichte Weite der Düsen soll zweckmäßig nicht größer als 4,06 mm
sein, wenigstens bei einem maximalen Druck bis zu 2,105 kg/cm2_ Es wurde gefunden,
daß eine beträchtliche Erhöhung der Größe der Düsendurchtrittsquerschnitte die Wirksamkeit
der Zerstäubung vermindert. Ein größerer Durchfluß kann, falls notwendig, dadurch
erhalten werden, daß man die Anzahl der Öffnungen in jeder Düse erhöht. Beispielsweise
können drei Düsenöffnungen von je etwa 3,81 mm lichterWeite vorgesehen werden, die
an den Ecken eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet sein können.
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Für die gute Wirksamkeit des Ölbrenners ist es wesentlich, daß dem
Brenner bereits ein Gemisch von Öl mit Luft, Gas oder Dampf zugeleitet wird.
Der benötigte Sauerstoff kann gegebenenfalls immer durch den Zweitlufteinfluß 25
des Flammenstabilisierungsrohres zugeführt werden. Das Arbeiten des Brenners kann
geräuschloser gemacht werden, wenn die Luft durch die Lufteinlaßöffnung 25 gepreßt
statt dort eingesaugt wird.
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Bei der ölbrennervorrichtung, welche in F i g. 4 veranschaulicht ist,
ist daher der Brennerkopf 14',
welcher dem Ölbrenner gemäß F i g. 3 entsprechen
kann, in einem zylindrischen Gehäuse 33 angeordnet, welches an einem Ende bis zu
einem Formstück 34 aus feuerfestem Material einwärts gebogen und mit einem Teil
35 verbunden ist, der mit der nicht näher dargestellten Vorderplatte eines
Kessels oder Boilers dicht verbunden ist. Ein Rohr 36, durch welches das öl-Luft-
oder Dampfgemisch dem Brenner 14' zugeleitet wird, kann in der hinteren Endplatte
des Gehäuses 33 verschiebbar angeordnet sein, um die Lage des Brenners relativ zu
dem Ring 34 einstellen zu können. Das Flammrohr 15 ragt in einen Schieber 37 aus
feuerfestem Material hinein, der an dem Gehäuse 33 befestigt sein kann. Durch einen
nicht näher dargestellten Kompressor wird Luft durch ein. Rohr 38 in das
Gehäuse 33 gedrückt. Diese Luft strömt in einem durch die Lage des in F i
g. 3 dargestellten Ringschiebers 32 bestimmten Umfang durch die Lufteinlaßöffnung
25 und kann auch durch den Zwischenraum zwischen dem Flammenstabilisierungsrohr
15 und dem Schieber 37 hindurchströmen. Das Rohr 38 kann die Luft radial oder annähernd
tangential in das Gehäuse 3 leiten. Die Länge und Breite der Flamme kann bei dieser
Vorrichtung dadurch verändert werden, daß die axiale Lage des Brennerkopfes
14' in bezug auf den Schieber 37 geändert wird. Bei dieser Anordnung wird
der größere Teil der zur Verbrennung nötigen Luft mit den heißen Gasen gemischt,
nachdem diese aus dem Flammenstabilisierungsrohr 15 ausgetreten sind, weil der ringförmige
Zwischenraum zwischen dem vorderen Ende des Schiebers 37 und dem Gehäuse 33 einen
viel größeren Querschnitt als die Öffnung 25 hat. Darüber hinaus kann Luft auch
durch den bereits erwähnten Ringspalt zwischen dem Flammenstabilisierungsrohr
15
und dem Schieber 37 strömen und die brennenden Gase an der Mündung des Flammenstabilisierungsrohres
erreichen.