DE1501900A1 - Einrichtung zum Entzuenden des OElnebels eines mit Schweroel beschickten Heizungskessels - Google Patents

Einrichtung zum Entzuenden des OElnebels eines mit Schweroel beschickten Heizungskessels

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DE1501900A1 DE19651501900 DE1501900A DE1501900A1 DE 1501900 A1 DE1501900 A1 DE 1501900A1 DE 19651501900 DE19651501900 DE 19651501900 DE 1501900 A DE1501900 A DE 1501900A DE 1501900 A1 DE1501900 A1 DE 1501900A1
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    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/0007—Applications not otherwise provided for
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23Q—IGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q7/00—Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs
    • F23Q7/06—Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs structurally associated with fluid-fuel burners
    • F23Q7/08—Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs structurally associated with fluid-fuel burners for evaporating and igniting liquid fuel, e.g. in hurricane lanterns

Description

SIEMMS AKTIENGESELLSCHAFT Akt.Z. ι Ρ 15 01 900.8
ϋηβ.Ζ.: PLA 65/H22 Soe/Hü
Einrichtung zum Entzünden dea ölnebel8 eines mit Schweröl beschickten Heizungskessel
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Entzünden des ulnebels eines mit Schweröl beschickten Heizungskessel.
Zum Entzünden der Feuerung eines Heizungskessels muß ein zündfähiges Schweröl-Luft-Gemisch im Kessel herstellbar sein. Bekannt ist es, jeweils zum Entzünden eines solohen Heizöl-Luft-Gemisches, z.B. eine Pulverladung in den Verbrennungsraum zu bringen und diese elektrisch zu zünden. Danach muß der Träger für die Pulverladung wieder aus dem Verbrennungsraum entfernt werden.
Es besteht die Aufgabe, eine Zündvorrichtung zu schaffen, die auch während des Zündvorganges vollständig vom Verbrennungsraum getrennt ist.
Es wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die stark gebündelte Strahlung eines ausschaltbaren optischen Senders mit selektiv-fluoreszentem Medium (Laser-Strahlung), deren
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Wellenlänge im Absorptionsbereich des Schweröls liegt, auf den ölnebel gerichtet ist und dort die zum Entzünden erforderliche Energiedichte in einem Volumen erzeugt, in dem mindestens nach dem Abklingen der Strahlung die Wärmeproduktion größer als die Wärmeabstrahlung ist.
Die Strahlung kann wenigstens angenähert auf das Gebiet größter Dichte des ölnebels gerichtet sein.
Mit der Erfindung werden die wesentlichen Voraussetzungen erfüllt, die ein Entzünden von Heizöl mit laserimpulsen fordert:
1. Das Heizöl absorbiert das Laserlicht ausreichend,
2. die Laserstrahlung trifft auf ein zündfähiges Heizöl-Luft-Gemisch,
3. die Energiedichte der Laserstrahlung reicht aus, um die Entzündungstemperatur des Öles zu erreichen und es wird - vor allem auch bei kurzen Zündimpulsen - in einem ausreichend großen Volumen diese Energiedichte erreicht, womit die Verbrennung auch nach Abklingen des Zündimpulses fortschreitet.
Hervorzuheben ist, daß während des Zündvorganges ein mechanischer Eingriff in den Verbrennungsraum unnötig ist.
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Vorzugsweise 1st der optische Sender In einem Rohr, das durch die Kesselwand hindurohragt, so befestigt, daß die emittierte Strahlung des Senders auf den ölnebel vor der Brenndüse gerichtet ist. In dem Rohr kann eine fokuseierende Optik, z.B. eine Linse, montiert sein, deren Brennweite 10 bis 100 cm beträgt und die durch eine verschiebbare Blende gegenüber dem Verbrennungsraum abschirmbar ist. Es wird damit eine Einstrahlung in das Gebiet größter Dichte des ölnebels erreicht. Bei den üblichen geringen öffnungswinkel optischer Sender wird mit den gewählten Brennweiten im ölnebel die benötigte Energiedichte in einem ausreichend großen Volumen erzeugt. Außerdem sind die Linse und damit auch der optische Sender mit der Blende staubfrei vom Verbrennungsraum abgeschirmt.
Vorzugsweise ist als selektiv-fluoreszentes Medium ein Rubinkristall verwendet, dessen Strahlung vom Heizöl besonders gut absorbiert wird.
Der Erläuterung eines AusfUhrungsbeispieles der Erfindung, das in Pig. 2 dargestellt ist, werden prinzipielle Betrachtungen anhand der Fig. 1 vorangestellt.
Um die Energieübertragung von Laserstrahlung auf das Heizöl beurteilen zu können, wurde die Absorption von Heizöl S in flüssiger Form im Spektralbereich von 0,5 bis 2 /u bestimmt. Das Ergebnis ist in Fig. 1 dargestellt. Hier ist die mittlere
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Reichweite des Lichtes v, d.i. die reziproke Absorptionskonsbante K, dee Heizöles, logarithmisch gegen die lichtwellenlänge A aufgetragen. Hieraus ist ersichtlich, daß es günstig ist, eine möglichst kurzwellige Laserstrahlung zu verwenden. Vergleichsweise ist die Strahlung eines Bubin-Lasers, deren Wellenlänge 0,694 /u und deren Mittlere Reichweite w im Ölfilm 36 /um bzw. deren entsprechende Absorptionskonstante K = 28 auf beträgt, besser geeignet, als die Strahlung eines Neodymglas-Lasers, deren Wellenlänge 1,06 /U beträgt und deren mittlere Reichweite w im Ölfilm 210 /um bzw. deren entsprechende Absorptionskonstante K = 4,8 am ist.
Ein zündfähiges Heizöl-Luft-Gemisch liegt vor, wenn das öl über 800C (Flammpunkt>800C) erhitzt ist und das Volumverhältnis von öl (gasförmig)zu Luft einige Prozente beträgt. Auf das flüssige öl bezogen entspricht dies etwa einem Verhältnis von öl t Luft wie 1 : 1000. Beim Zerstäuben von Heizöl ergeben sich ähnliche Verdünnungen. Dies bedeutet, daß bei dieser Verdünnung die Laserstrahlung erst nach einer Weglänge von ca. 36 mm bis auf 37 l· absorbiert wird. Die mittlere Reichweite w des Lichtes im ölnebel ist also ca. 36 mm.
Wegen der relativ geringen Absorption der Laserstrahlung in dem Heizöl-Luft-Gemisch wird ein wesentlicher Anteil der
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Strahlung erst in einer Schichtdicke von einigen mm absorbiert. Bei Anwendung von kurzen Lichtimpulsen von z.B. 0,3 bis 2 ms Länge kann nicht damit gerechnet werden, daß sich während des Zündimpulses bei Ausbreitungsgeschwindigkeit von etwa 1000 mm/s der gezündete Bereich wesentlich vergrößert. Um nach dem Abklingen des Zündimpulses ein sicheres Ausbreiten der Entzündung über das gesamte Volumen zu erreichen, dieser Vorgang kann einige Hundertstel Sekunden dauern, ist es notwendig, in einem ausreichend großen Volumen die zum Zünden erforderliche Energiedichte (d.h. Erwärmen der öltröpfchen auf 600-8000C oder höher) zu erreichen. Dabei ist zu bedenken, daß dieser Vorgang einige Hundertstel Sekunden dauern kann. Das ausreichende Volumen kann umso kleiner sein, je größer die Zündgeschwindigkeit in dem jeweiligen Brennstoff-Luftgemisch, je größer die Dichte des ölnebels, je langer die Dauer und je größer die Energiedichte des Laserimpulses ist.
Die Erfindung wird durch ein Ausführungsbeispiel anhand der Pig. 2 erläutert.
Fig. 2 zeigt eine Kesselwand 1 eines mit Schweröl beschickten Heizungskessels, in der neben einer Durchführung 2 für den ölbrenner 3 eine Durchführung 4 für einen Laserstrahl vorgesehen ist. In dieser ist ein Rohr 5 befestigt, das einen Laserkopf und eine Linse 7 mit einer verschiebbaren Blende 8 trägt. Der Laserkopf enthält einen Rubinlaserkristall 9 und als Anregungs-
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O uns.Z.: PLA 65/H22 Soe/Hü
energiequelle eine Blitzlichtlampe 10. Die Zündeinrichtung für die Blitzlichtlampe ist durch einen Kondensator mit Zündspule symbolisiert, die Kondensatorbatterie für die Pumpquelle und der Netzteil hierzu· durch die Einrichtung 12. Die Brennweite der Linse beträgt im vorliegenden Fall einen Meter. Das Rohr 5 und die Linse 7 sind so angeordnet, daß die Laserstrahlung in den ölnebel 13 fokussiert wird. Da bei dem verwendeten Rubinkristall der öffnungswinkel ca. 30 · hatte, betrug der Strahldurchmesser im Gebiet höchster Energiedichte im vorliegenden Fall rd. 2 mm. Das durch Zusammenwirken von paralleler und divergierender Strahlung entstehende Gebiet höchster Energiedichte erstreckte sich über einige cm Länge. Die Länge entsprach etwa der mittleren Reichweite des Lichtes in dem Heizöl-Luft-Nebel. Mit der beschriebenen Anordnung ist ein Entzünden des auf 800C erwärmten und zerstäubten Heizöles mittels Impulsen von ca. 1,5 Ws Energie und 0,5 ms Länge möglich. Ähnliche Ergebnisse wurden erzielt bei Verringerung der Brennweite der Linse bis zu 10 cm herab.
Die Linse 7 kann gleichzeitig als Fenster zwischen dem Laserkristall und dem Kessel dienen. Sie wird in diesem Fall zweckmäßigerweise durch eine verschiebbare Blende vor Verschmutzung geschützt. Nur während des Zündens wird die Linse freigegeben. Deshalb wird die Blende mit dem Zündschalter des Lasers verbunden oder von einem durch den Zündschalter gesteuerten Elektromagneten verschoben.
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Une.Z.: PLA 65/Η22 Soe/Hü
•f ikt.Z.: P 15 01. 900.8
Sie Laseranordnung erfordert keine aufwendige Kühlung von Kristall und Lampe, da nur Einzelimpulse innerhalb größerer Zeitabstände benötigt werden. Rubinkrietalle hoher Qualität geben die geforderten mittleren Impulsenergien bei 200C ab und erlauben somit ein Arbeiten bei Zimmertemperatur.
Das Verfahren ist nicht auf die Verwendung der genannten Rubinoder Heodymglas-Laser beschränkt. Es können auoh andere Festkörperlaser oder auch Halbleiterinjektionelaser verwendet werden, wenn die oben genannten Voraussetzungen erfüllt werden können. Die Emission darf dabei auch außerhalb des sichtbaren Spektralbereiches liegen.
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Claims (7)

  1. Akt.Z.: P 15 01 900.8 9 Uns.Z.: PLA 65/H22 Soe/Hü
    Patentansprüche
    Qf> Einrichtung zum Entzünden des ölnebels eines mit Schweröl beschickten Heizungskessels, dadurch gekennzeichnet, daß die stark gebündelte Strahlung eines aueschaltbaren optischen Senders mit selektiv-fluoreszentem Medium (Laser-Strahlung), deren Wellenlänge im Absorptionsbereich des Schweröls liegt, auf den ölnebel gerichtet ist und dort die zum Entzünden erforderliche Energiediohte in einem Volumen erzeugt, in dem mindestens nach dem Abklingen der Strahlung die Wärmeproduktion größer als die Wärmeabstrahlung ist.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung wenigstens angenähert auf das Gebiet größter Dichte des Olnebels gerichtet ist.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Sender (9) in einem Bohr (5), das durch die Kesselwand (1) hindurchragt, so befestigt ist, daß die emittierte Strahlung des Senders auf den ölnebel (13) vor der Brennerdüse gerichtet ist.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß in dem Rohr eine fokussierende Optik, z.B. eine Linse (7), montiert ist.
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    Akt.Z.: P 15 01 900.8 Uns.Z.: PLA 65/H22 Soe/Hü
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse durch eine verschiebbare Blende (8) gegenüber dem Verbrennungsraum abschirmbar ist.
  6. .6. Einrichtung nach Anspruch 4- oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Brennweit· der Linse 10 bis 100 cm beträgt.
  7. 7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als selektiv-fluoreszentes Medium ein Rubinkristall verwendet ist.
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    Leerseite
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