DE19507978A1 - Brenneranordnung für flüssige Brennstoffe - Google Patents
Brenneranordnung für flüssige BrennstoffeInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Brenneranordnung, bei der flüssiger Brennstoff mittels
eines eine Vielzahl von Düsen zur Erzeugung von Brennstofftröpfchen aufweisenden
Düsensystems in einen Strom eines gasförmigen Oxidationsmittels eingetragen wird.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, daß für Brenneranordnungen solche Düsensysteme
besonders geeignet sind, die die Erzeugung von Tröpfchen mit gleich großem Durchmesser
bzw. Volumen ermöglichen. Es ist weiterhin bekannt, daß herkömmliche Vorrichtungen zur
Tröpfchenerzeugung wie z. B. Rotationszerstäuber oder Ultraschallzerstäuber diese Aufgabe
nicht befriedigend lösen. Auch mit Verdampfungs- und Vorverdampfungseinheiten arbeitende
Brenneranordnungen sind nicht in der Lage, einen sehr homogenen Strom aus Brennstoff und
Luft zu erzeugen.
Der Beeinflussung des Verbrennungsvorgangs bezüglich des Ausbrandgrades und der
Schadstoffentwicklung sind dadurch Grenzen gesetzt. Insbesondere ist es schwierig, mit den
herkömmlichen Vorrichtungen zur Tröpfchenerzeugung Brenner im niedrigen Leistungsbereich
bis 5 kW zu bauen, deren Wärmeleistung in weiten Bereichen regelbar ist und die strenge
Abgasvorschriften einhalten. Auch weisen solche Brenner nach dem Stand der Technik ein
relativ großes Bauvolumen und auch eine relativ große Masse auf.
Zur Lösung der vorstehend genannten Probleme, die durch die ungleiche Tröpfchengröße des
Brennstoffs entstehen, wurde in der DE 35 24 701 eine Ultraschallzerstäuberdüse
vorgeschlagen, bei der der Brennstoff gleichzeitig über mehrere Spritzöffnungen mit gleichen
Durchmessern aus einem Gehäuse austritt, das mittels eines Ultraschallschwingers zu
Schwingungen angeregt wird. Die Schwingtrequenz wird so ausgewählt, daß die durch die
Spritzöffnungen austretenden Flüssigkeitsstrahlen in gleich große Tröpfchen zerfallen. Der
wesentliche Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, daß der Tröpfchenabstand und die
Tröpfchengeschwindigkeit wesentlich von den konstruktiven Parametern der Vorrichtung
abhängen, die für jede Vorrichtung festgelegt werden und somit unveränderbar sind. Somit läßt
sich bei einer konkreten Ausführungsform der Vorrichtung der zeitliche Tröpfchenabstand
nicht mehr wesentlich verändern, d. h. nur unzureichend regeln. Weiterhin handelt es sich bei
dieser Vorrichtung um ein schwingungsfähiges System. Somit können Schwingungen, die
durch den Verbrennungsprozeß oder durch andere Umstände erzeugt werden, sich mit den
Schwingungen des schwingenden Düsengehäuses überlagern, was zu unkontrollierbaren
Veränderungen der Tröpfchenparameter führen kann. Wenn die Vorrichtung ein- oder
ausgeschaltet wird, treten undefinierte Betriebszustände auf. So kann es z. B. beim Abschalten
zur Bildung von Brennstofftropfen kommen, deren Größe ein Vielfaches der Tröpfchengröße
des Betriebszustands beträgt. Die konstruktive Ausführung dieser Vorrichtung weist ebenfalls
eine beträchtliche Baugröße und auch ein hohes Gewicht auf.
In der DE 39 12 524 wird gleichfalls eine Vorrichtung zur periodischen Erzeugung von
Tröpfchen gleicher Größe und kleinster Abmessung vorgeschlagen. Diese Vorrichtung weist
ein Gehäuse mit einer Vorkammer auf, von der eine kleine Öffnung nach außen führt. In der
Vorkammer steht die Flüssigkeit unter einem statischen Druck, wodurch ein aus der Öffnung
austretender laminarer Flüssigkeitsstrahl erzeugt wird. Dieser Flüssigkeitsstrahl wird durch
einen Quarzkristall-Schallwandler gestört, welcher die in der Vorkammer befindliche
Flüssigkeit mit Schall beaufschlagt. Die für den Gegenstand der DE 35 24 701 zutreffenden
Nachteile gelten im wesentlichen auch für diese Vorrichtung.
Ergänzend ist für den Stand der Technik noch festzustellen, daß bei den meisten Vorrichtungen
die Vorgänge "Brennstoff fördern" und "Brennstoff zerstäuben" bzw. "Brennstoff fördern" und
"Brennstoff mischen" durch räumlich getrennte Funktionseinheiten realisiert werden, z. B.
mittels einer Pumpe und einer davon getrennt angeordneten Düse. Diese räumliche Trennung
vergrößert den Aufbau des Gesamtsystems.
Zur Überwindung der aus dem Stand der Technik nachgewiesenen Nachteile ist es die Aufgabe
der Erfindung, eine Brenneranordnung für flüssige Brennstoffe zu schaffen, die eine sehr weite
Regelbarkeit zur Erzielung eines optimalen Ausbrenngrades des Brennstoffs aufweist, wodurch
der Schadstoffanteil im Abgas wesentlich vermindert wird.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit der Kombination der im
Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale.
Erfindungsgemäß ist eine Vielzahl von Mikrodosierpumpen zu mindestens einer als
Dosiersystem bezeichneten modularen Einheit zusammengefaßt, wobei die Ausstoßöffnungen
der Mikrodosierpumpen vorzugsweise innerhalb einer Ebene oder auch räumlich
dreidimensional angeordnet sind. Die Dosiersysteme ihrerseits sind außerhalb einer
Brennkammer, vorzugsweise an verschiedenen Brennkammerseiten angeordnet. Die
Mikrodosierpumpen werden mittels Brennstoffleitungen im wesentlichen drucklos mit
Brennstoff versorgt. Durch eine elektrische Ansteuerung werden die Mikrodosierpumpen zum
Ausstoß von Brennstofftröpfchen angeregt. Mittels der elektronischen Ansteuerung können
daher - bezogen auf jede einzelne Mikropumpe - der Zeitpunkt des Ausstoßes und weitere
Ausstoßparameter separat bestimmt werden. Somit kann die zeitliche und räumliche Verteilung
der durch die Vielzahl der Mikrodosierpumpen erzeugten Tröpfchenfront in weiten Grenzen
geregelt werden. Die so erzeugten Tröpfchen treten durch eine Öffnung in der Wandung einer
Brennkammer in diese ein und werden verbrannt. In der Phase des Austritts aus dem
Düsensystem bis zum Eintritt in die Brennkammer werden die Tröpfchen mit einem
gasförmigen Oxidationsmittel z. B. Luft vermischt. Ein definiert erzeugter Oxidationsmittel-
Strom, der vorzugsweise laminar ist, bewirkt eine sehr gleichmäßige Durchmischung. In
Verbindung mit einem Regelsystem kann auch bei wechselnden Betriebsbedingungen immer
ein optimaler Verbrennungszustand eingestellt bzw. nachgeregelt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Dosiersysteme mittels Fertigungstechnologien der
Mikromechanik bzw. der Halbleitertechnik hergestellt, wie sie bereits bei der Fertigung von
Druckköpfen für Tintenstrahl-Drucker verwendet werden. Somit können die
Mikrodosierpumpen elektrothermische, elektrostatische, elektrodynamische oder
piezoelektrische Wandler aufweisen, die aufgrund eines elektrischen Ansteuersignals eine
Expansion von Dampfblasen in einer brennstoffgefüllten Kammer bzw. eine Volumenänderung
dieser Kammer bewirken und somit zum wiederholten Ausstoß von im wesentlichen gleich
großen Brennstofftröpfchen führen. Die vorstehend genannten Technologien ermöglichen eine
sehr kostengünstige Fertigung hochpräziser Mikrodosierpumpen, wodurch die
Fertigungskosten der erfindungsgemäßen Brenneranordnung wesentlich gesenkt werden
können.
Im Gegensatz zu den im Tintendruck eingesetzten Dosiersystemen besteht bei dem
erfindungsgemäßen Brenner nicht die Forderung, jede Tröpfchenerzeugung einzeln abrufen zu
können, so daß mehrere Düsen einer Pumpkammer zugeordnet werden können oder mehrere
Pumpkammern von einem Wandler betrieben werden können. Damit sind auch hohe
Brennstoff-Förderraten bei geringer Komplexität des Dosiersystems erreichbar. Eine
unterschiedliche zeitliche und/oder räumliche Verteilung der Tröpfchen zur Beeinflussung des
Verbrennungsvorganges läßt sich einerseits durch die Ansteuerfrequenz der Wandler bzw. bei
größerer Zahl von Wandlern durch das wechselnde Zu- und Abschalten derselben erzeugen.
Andererseits ist es auch möglich, durch die Anordnung der Düsen, deren Gestalt und durch
eine Beschichtung der Düsenaustrittsfläche die Größe, die Austrittsrichtung und die
Geschwindigkeit der Tröpfchen zu beeinflussen. So kann z. B. ein Auffächern der räumlichen
Tröpfchenverteilung erzielt werden, um somit die jedem Brennstofftröpfchen zugeordnete
Luftmenge zu vergrößern. Die Düsengröße muß so gewählt werden, daß einerseits die
Tröpfchengröße bei vorgegebener Ansteuerfrequenz für den gewünschten
Brennstoffmassenstrom und damit für den produzierten Wärmestrom ausreicht, andererseits
der kapillarische Sperrdruck ein unbeabsichtigtes Ausströmen des Brennstoffs oder Eindringen
von Luft in die Düsen verhindert. Bei einem Einsatz des Brenners in einem mobilen System soll
diese Absperrwirkung auch bei starken Beschleunigungen gewährleistet sein.
Die nahezu freie Wählbarkeit der Tröpfchenverteilung im Raum ermöglicht eine besonders
einfache Zündung des Brenners. Dazu kann z. B. eine ausgewählte, ggf. am Rand liegende
Düse gesondert angesteuert werden, so daß mittels einer Zündvorrichtung eine Zündflamme
entzündet werden kann. Die verbleibenden Düsen können mittels dieser Zündflamme in einer
optimalen Reihenfolge gezündet werden, so daß bei dem Zündvorgang der Anteil schädlicher
Abgase minimiert werden kann.
Entscheidend für eine hohe Wärmeausbeute bei möglichst geringer Schadstoffentwicklung ist
die Einstellung eines konstanten Luftverhältnisses λ, d. h. des Verhaltnisses zwischen der
tatsächlich vorhandenen und der stöchiometrisch erforderlichen Luftmenge zur vollständigen
Verbrennung einer bestimmten Menge Brennstoff. Dieses Luftverhältnis λ ist bei idealen
Bedingungen gleich 1.
Zusammenfassend weist die erfindungsgemaße Brenneranordnung folgende Merkmale und
Vorteile auf:
Ein Dosiersystem zum Dosieren des Brennstoffs, eine Brennkammer mit einem Brennraum zur Verbrennung eines Gemisches aus dem Brennstoff und einem mit dem Brennstoff vermischten gasförmigen Oxidationsmittel, wobei das Dosiersystem eine Vielzahl von Mikrodüsen aufweist, die mit einem oder mehreren Pumpmechanismen integriert sind, wobei diese Pumpmechanismen so betrieben werden, daß über einen Steuerimpuls aus jeder der Düsen pro Steuerimpuls ein Brennstofftröpfchen ausgestoßen wird. Die Brennkammer hat eine Eintrittsöffnung, durch welche die von dem Dosiersystem ausgestoßenen Brennstofftröpfchen in den Brennraum gespritzt werden, wobei das Dosiersystem so vor der Eintrittsöffnung angeordnetet ist, daß die Brennstofftröpfchen in ein gasförmiges Oxidationsmittel, vorzugsweise in Luft, eingebracht werden.
Ein Dosiersystem zum Dosieren des Brennstoffs, eine Brennkammer mit einem Brennraum zur Verbrennung eines Gemisches aus dem Brennstoff und einem mit dem Brennstoff vermischten gasförmigen Oxidationsmittel, wobei das Dosiersystem eine Vielzahl von Mikrodüsen aufweist, die mit einem oder mehreren Pumpmechanismen integriert sind, wobei diese Pumpmechanismen so betrieben werden, daß über einen Steuerimpuls aus jeder der Düsen pro Steuerimpuls ein Brennstofftröpfchen ausgestoßen wird. Die Brennkammer hat eine Eintrittsöffnung, durch welche die von dem Dosiersystem ausgestoßenen Brennstofftröpfchen in den Brennraum gespritzt werden, wobei das Dosiersystem so vor der Eintrittsöffnung angeordnetet ist, daß die Brennstofftröpfchen in ein gasförmiges Oxidationsmittel, vorzugsweise in Luft, eingebracht werden.
Im Gegensatz zur Ultraschallzerstäubung wird nicht ein vorgegebener Brennstoffstrahl in
Tröpfchen zerlegt, sondern die Tröpfchen werden direkt an der Düse erzeugt. Dadurch wird
ein wesentlich besseres Ansteuerverhalten des Düsensystems erreicht und bei Ein- bzw.
Ausschaltung ein unkontrolliertes Vor- bzw. Nachtropfen oder Nachspritzen des Brennstoffs
verhindert. Durch die im Dosiersystem integrierte Pumpe entfällt die bei der
Ultraschallzerstäubung erforderliche separate Pumpe. Da die Tröpfchen nicht mittels
Ultraschall erzeugt werden, haben betriebsbedingte Schwingungen der erfindungsgemäßen
Brenneranordnung nur geringen Einfluß auf die Tröpfchenbildung. Die Bestimmung der Masse
bzw. des Volumes des Brennstoffs kann einfach und genau über die Zählung der
ausgestoßenen Tröpfchen erfolgen. Die Tröpfchen treten nicht von selbst aus, sondern sind
durch ein Signal definiert abrufbar. Der Druck in der Brennstoffleitung kann gering sein, so
daß kein Überdruck erzeugt werden muß. Die Brenneranordnung ist im Gegensatz zum Prinzip
der Ultraschallzerstäubung auch für sehr kleine Massenströme geeignet.
Zusätzliche Merkmale und vorteilhatte Weiterbildungen der erfindungsgemaßen
Brenneranordnung sind Gegenstand von weiteren Unteransprüchen und gehen aus der
folgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor, in denen eine Ausführungsform der
Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels schematisch dargestellt ist.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Gesamtsystem einer erfindungsgemäßen
Brenneranordnung,
Fig. 2 einen Gemischbildungs- und Verbrennungsvorgang in
seinen einzelnen Phasen,
Fig. 3 eine Mikrodosierpumpe in Funktion,
Fig. 4 eine vorteilhafte Konstruktion einer
Mikrodosierpumpe,
Fig. 5 ein Gesamtsystem der erfindungsgemäßen
Brenneranordnung einschließlich einer vorteilhaften
Regelschaltung als Blockschaltbild und
Fig. 6 eine Düsenplatte mit speziell ausgebildeten
Düsenöffnungen.
Wie in Fig. 1 gezeigt, fließt der Brennstoff aus einem nicht dargestellten Reservoir in zwei sich
gegenüber stehende Dosiersysteme 1. Die erzeugten Tröpfchen 2 werden in einen wirbelfreien
Luftstrom 3 eingespritzt. Dieser Luftstrom 3 wird z. B. durch einen nicht dargestellten Lüfter
oder durch ein Druckluftsystem erzeugt und wie hier gezeigt um das Dosiersystem 1 herum
oder seitlich an diesem vorbei geleitet. In der Gemischbildungszone 4 verteilen sich die
Brennstofftröpfchen gleichmäßig in dem wirbelfreien Luftstrom 3. Das Gemisch aus Luft,
bereits gasförmigen Komponenten des Brennstoffs und Brennstofftröpfchen tritt durch eine
Eintrittsöffnung 5 in den Brennraum 6 einer Brennkammer ein und verbrennt dort als Flamme
7. Der Abgasstrom 8 verläßt den Brennraum 6 durch eine Austrittsöffnung 9. In der Wandung
der Brennkammer 10 können sich Hohlräume 11 befinden, die zur Nutzung des entstehenden
Wärmestroms von einem Wärmetauschermittel durchströmt werden.
Fig. 2 zeigt den Gemischbildungs- und Verbrennungsvorgang in seinen einzelnen Phasen:
- a) Einspritzen der Tröpfchen 2 in den Luftstrom 3.
- b) Einfangen der Tröpfchen durch den Luftstrom 3, wobei die Tröpfchen durch den Luftstrom 3 soweit abgebremst werden, daß sich die Luft und die Brennstofftröpfchen mit näherungsweise gleicher Geschwindigkeit bewegen. Bereits in dieser Phase erfolgt eine teilweise Verdampfung des Brennstoffs, wobei sich die Tröpfchengröße verringert.
- c) Eintritt des Gemisches durch die Eintrittsöffnung 5 in den Brennraum 6 einer Brennkammer und vollständiges Verdampfen der verbliebenen Tröpfchen.
- d) Durchmischen des nun gasförmigen Gemisches durch Diffusion und Turbulenz sowie Verbrennung in der Flamme 7.
Fig. 3 zeigt in einem Längsschnitt das Funktionsprinzip einer Mikrodosierpumpe mit einem
Piezowandler, die beispielhaft in dem Dosiersystem Anwendung finden kann. Aufgrund des
umgekehrten piezoelektrischen Effektes verändert ein Piezokeramik-Wandler 21, der normal
zur Plattenebene polarisiert wurde, beim Anlegen einer elektrischen Spannung an die
Elektroden 22 seine Gestalt; je nach Polarität der Spannung wird er dabei seine Fläche
vergrößern oder verkleinern. Ist eine der Oberflächen des Wandlers 21 mit einer flexiblen
Membran 23 verbunden (zum Beispiel durch Kleben), so wird sich dieser Verbund beim
Anlegen einer Spannung entgegen der Polarisierungsrichtung (negativ) derart verwölben, daß
die freie Membranoberfläche 24 eine konkave Gestalt annimmt, und beim Anlegen einer
Spannung in Polarisierungsrichtung (positiv) derart, daß die freie Membranoberfläche 24
konvex wird. Im Verbund mit einer Pumpkammer 25 führt dieses Verhalten zu deren
Volumenvergrößerung bzw. -verkleinerung.
Ein Tröpfchenausstoßzyklus läuft somit folgendermaßen ab: In Fig. 3a befindet sich die Pumpe
im Ruhezustand. Die Pumpkammer 25 ist mit Brennstoff gefüllt; ein schwacher Unterdruck am
Eintritt 28 der Pumpkammer verhindert das Auslaufen des Brennstoffs aus der Düse 27, wobei
sich ein konkaver Flüssigkeitsmeniskus 26 in der Düse 27 ausbildet. Durch Anlegen einer
negativen Spannung an den Piezowandler (gem. Fig. 3b) vergrößert sich das Volumen der
Pumpkammer 25, gleichzeitig zieht sich der Flüssigkeitsmeniskus 26 in der Düse 27 zurück.
Durch Umpolen der Spannung (gem. Fig. 3c) wird diese Verformung umgekehrt, wodurch der
Flüssigkeitsmeniskus 26 in der Düse 27 stark beschleunigt wird, so daß ein Flüssigkeitsstrahl
29 austritt, der gegen Ende der Volumenverkleinerung der Pumpkammer 25 abreißt und -
durch Zähigkeitskräfte und Oberflächenkräfte des Brennstoffs beeinflußt - ein schnell
fliegendes Tröpfchen 30 bildet. Fig. 3d zeigt die Pumpe während der Rückkehr in den
Ruhezustand, wobei der nach dem Tröpfchenausstoß in die Düse 27 zurückgezogene
Flüssigkeitsmeniskus 26 wieder in seine Gleichgewichtslage zurückkehrt und dabei das
fehlende Flüssigkeitsvolumen über die Eintrittsöffnung 28 in die Pumpkammer 25 nachfördert.
Fig. 4 zeigt eine speziell auf den Anwendungsfall angepaßte Piezo-Pumpe. Bei dieser Bauform
ist ein Piezowandler 31 zwischen einem Substrat 32 und einer flexiblen Membran 33
eingespannt. Durch Verlängerung bzw. Verkürzung des Piezowandlers 31 wird diese bewegt.
Ähnlich wie in Fig. 3 dargestellt, werden so Tröpfchen aus einer Düsenplatte 34 ausgestoßen,
mit dem Unterschied, daß ein Wandler mehrere Düsen betreibt.
Fig. 5 zeigt ein Gesamtsystem der Brenneranordnung einschließlich einer vorteilhaften
Regelschaltung als Blockschaltbild. Die relevanten Betriebszustände der Brenneranordnung,
einschließlich der Brennkammer werden mittels Sensoren erfaßt, deren Signale über eine
Steuereinheit zur Steuerung der Luftzuführung und des Tröpfchenausstoßes verwendet
werden. Vorzugsweise werden Sensoren zur Messung folgender Meßgrößen angeordnet:
Lufttemperatur, Luftdruck und Luftgeschwindigkeit am Eintritt in den Brennraum,
Abgastemperatur, Abgaszusammensetzung, insbesondere Sauerstoffrestgehalt,
Kohlenmonoxidgehalt, Flammenzustand.
Fig. 6 zeigt eine Düsenplatte mit speziell geformten Düsenöffnungen. Durch eine spezielle
Formgebung der Düsenöffnung kann ein spezielles, angestrebtes Verteilungsmuster der
Tröpfchen erzeugt werden.
Nachfolgend ist beschrieben, wie die Einstellung eines gewünschten Luftverhältnisses gelöst
wird. Im Betrieb werden die von der Dosierpumpe erzeugten Tröpfchen von einem Luftstrom
erfaßt und in den Brennraum getragen. Der Luftstrom kann dabei aufgrund der geringen Größe
des Tröpfchenerzeugers entweder um diesen herum oder seitlich an diesem vorbeigeleitet
werden. Dabei wird der Luftstrom derart geleitet, daß er die Tröpfchen so mit sich führt, daß
jedem Tröpfchen eine ausreichende Menge Verbrennungsluft in seiner unmittelbaren
Umgebung zur Verfügung steht. Der Gemischstrom ist gleichsam in eine Vielzahl von Zellen
unterteilt, die jeweils ein Brennstofftröpfchen mit der zur Verbrennung benötigten Luft
enthalten. Dies wird durch Einstellen einer bestimmten Tröpfchenfrequenz an einer bestimmten
Anzahl von Düsen oder Düsengruppen bei einem bestimmten Luftmassenstrom erreicht, so daß
das gewünschte Luftverhältnis zu jedem Zeitpunkt überall im Gemischstrom erreicht wird.
Die gewünschte Verteilung des Brennstoffs im Gemischstrom kann durch eine geeignete
Verteilung der Düsen auf der Düsenplatte und/oder auch durch Düsen unterschiedlicher Größe
sichergestellt werden.
Wegen der geringen Masse der Tröpfchen ist es zweckmäßig, den Brennstoff in einen
beruhigten Luftstrom einzubringen, um einer Verwirbelung der Tröpfchen und damit der
Möglichkeit der Agglomeration mehrerer Tröpfchen vorzubeugen. Der Luftstrom kann dabei
z. B. durch einen regelbaren Lüfter oder eine regelbare Druckluftvorrichtung eingestellt
werden. Wenn dieses Vorgemisch in den heißen Brennraum eintritt, setzt die Verdampfung der
Tröpfchen ein, und eine vollständige Durchmischung findet noch vor Erreichen der
Flammenfront statt. In den Strömungsbereichen, in denen der Verdampfungsprozeß
abgeschlossen ist, wird das Gemisch verwirbelt, um örtlich stabile Flammenfronten zu erzielen.
Diese sehr homogene Gemischbildung ermöglicht eine gleichmäßige Verbrennung mit hohem
Ausbrandgrad und damit einen geringen Schadstoffausstoß. Durch geeignete Gestaltung des
Brennraumes in Kombination mit einer an die Brennraumform angepaßten räumlichen und
zeitlichen Tröpfchenverteilung kann eine sehr gleichmäßige Wärmedichteverteilung erreicht
werden. Durch die Vermeidung örtlicher Temperaturspitzen wird die Entstehung von
Stickoxiden (NOX) verringert und die Wahlmöglichkeit für den Werkstoff der
Brennraumwände erweitert werden.
Die vorstehende Beschreibung einer Ausführungsform dient lediglich der Erläuterung nur einer
von mehreren möglichen speziellen Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes. Es ist
klar, daß zahlreiche und unterschiedliche andere Anordnungen bei Kenntnis der durch die
Erfindung vermittelten Lehre durch den Fachmann vorgenommen werden können, die jedoch
als in den Rahmen der Erindung fallend anzusehen sind.
Claims (11)
1. Brenneranordnung für flüssige Brennstoffe, welche aufweist:
- - ein Dosiersystem (1) zum Dosieren des Brennstoffs,
- - eine Brennkammer mit einem Brennraum (6) zur Verbrennung eines Gemisches aus dem Brennstoff und einem mit dem Brennstoff vermischten gasförmigen Oxidationsmittel,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - das Dosiersystem (1) eine Vielzahl von Mikrodüsen (27) aufweist, die mit einem oder mehreren Pumpmechanismen integriert sind, wobei diese Pumpmechanismen so betrieben werden, daß über einen Steuerimpuls aus jeder der Düsen pro Steuerimpuls ein Brennstofftröpfchen ausgestoßen wird und
- - die Brennkammer eine Eintrittsöffnung (5) hat, durch welche die von dem Dosiersystem (1) ausgestoßenen Brennstofftröpfchen in den Brennraum (6) gespritzt werden, wobei das Dosiersystem (1) so vor der Eintrittsöffnung (5) angeordnet ist, daß die Brennstofftröpfchen in das Oxidationsmittel in vorbestimmter Verteilung eingebracht werden und in dieser sich nicht wesentlich ändernden Verteilung in die Eintrittsöffnung (5) eintreten, wodurch ein homogenes und stöchiometrisch optimales Gemisch erzielbar ist.
2. Brenneranordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dosiersystem
(1) aus einer Vielzahl von Mikropumpen besteht, die eine modulare Einheit bilden und einzeln
ansteuerbar sind.
3. Brenneranordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dosiersystem
(1) aus Mikropumpen besteht, die gleichzeitig mehrere Düsen betreiben.
4. Brenneranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das Dosiersystem (1) elektrothermische, elektrostatische, elektrodynamische oder
piezoelektrische Wandler aufweist, die aufgrund eines elektrischen Ansteuersignals eine
Expansion von Dampfblasen in einer brennstoffgefüllten Kammer bzw. eine Volumenänderung
dieser Kammer bewirken und somit zum wiederholten Ausstoß von im wesentlichen gleich
großen Brennstofftröpfchen führen.
5. Brenneranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Erzeugung eines definierten gasförmigen Oxidationsmittelstromes
Fördervorrichtungen und Leitmittel eingesetzt werden.
6. Brenneranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere Dosiersysteme (1) an einer oder an verschiedenen Seiten der Brennkammer
angeordnet sind.
7. Brenneranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mikropumpen bzw. deren Düsenöffnungen so gestaltet werden, daß Tröpfchen
unterschiedlicher Form und/oder Größe in gleicher oder in unterschiedlicher Richtung
ausgestoßen werden, um eine vorbestimmte Verteilung des Brennstoffs in dem
Oxidationsmittel zu erreichen.
8. Brenneranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß Sensoren zur Erfassung der Betriebsparameter der Brenneranordnung vorgesehen sind und
eine Steuereinheit vorgesehen ist, die unter Auswertung der von den Sensoren abgegebenen
Signale die Brenneranordnung regelt.
9. Brenneranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Brennkammerwände des Brennraums (6), vorzugsweise die Brennkammerwände mit
Eintriftsöffnungen (5) als Wärmetauscher ausgebildet sind, so daß die Außenfläche der
betreffenden Brennkammerwand eine geringe Temperatur aufweist, wodurch schädigende
Einflüsse auf das Dosiersystem (1) vermieden werden.
10. Brenneranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Zündung des Brenners eine Zündvorrichtung, eine spezielle Düsenanordnung und
eine spezielle Ansteuerung dieser Düsenanordnung vorgesehen ist, wodurch eine Zündflamme
erzeugbar ist.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1995107978 DE19507978C2 (de) | 1995-03-07 | 1995-03-07 | Brenneranordnung für flüssige Brennstoffe |
PCT/EP1996/000982 WO1996027760A1 (de) | 1995-03-07 | 1996-03-07 | Brenneranordnung für flüssige brennstoffe |
EP96906752A EP0836696A1 (de) | 1995-03-07 | 1996-03-07 | Brenneranordnung für flüssige brennstoffe |
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---|---|---|---|
DE1995107978 DE19507978C2 (de) | 1995-03-07 | 1995-03-07 | Brenneranordnung für flüssige Brennstoffe |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19507978A1 true DE19507978A1 (de) | 1996-09-12 |
DE19507978C2 DE19507978C2 (de) | 2002-03-07 |
Family
ID=7755882
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1995107978 Expired - Fee Related DE19507978C2 (de) | 1995-03-07 | 1995-03-07 | Brenneranordnung für flüssige Brennstoffe |
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EP (1) | EP0836696A1 (de) |
DE (1) | DE19507978C2 (de) |
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