DE19509854A1 - Einsatz für eine Vorrichtung zum Zünden bzw. Verbrennen von Brennstoffen, insbesondere eine Heizvorrichtung, sowie Vorrichtung zum Zünden bzw. Verbrennen von Brennstoffen - Google Patents
Einsatz für eine Vorrichtung zum Zünden bzw. Verbrennen von Brennstoffen, insbesondere eine Heizvorrichtung, sowie Vorrichtung zum Zünden bzw. Verbrennen von BrennstoffenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Einsatz für eine Vorrichtung zum Zünden bzw. Ver
brennen von Brennstoffen, insbesondere eine Heizvorrichtung gemäß dem Oberbe
griff des Patentanspruchs 1.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Zünden bzw.
Verbrennen von Brennstoffen, insbesondere eine Heizvorrichtung gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 19.
Entsprechende Einsätze bzw. Vorrichtungen, wie etwa Mischzündeinrichtungen mit
einer Ölzerstäubungsvorrichtung bzw. einer Gasverbrennungseinrichtung mit einem
diese Ölzerstäubungsvorrichtung bzw. Gasverbrennungsvorrichtung umgebenden
Rohr sind hinlänglich bekannt. Das betreffende Rohr weist um seinen Umfang
verlaufende ringförmige Einschnürungsabschnitte oder Aufweitungsabschnitte auf.
Aufgrund dieser Konstruktion ist die Temperaturverteilung innerhalb des Rohres, das
auch als Flammrohr bezeichnet werden kann, bezogen auf den gesamten Durch
messer, gleich.
Aufgrund dieser bekannten, generell verwendeten Ausführung der gattungsgemäßen
Vorrichtung bzw. des gattungsgemäßen Einsatzes treten lokal in einer Heizvor
richtung sehr hohe Temperaturen auf, die zu einem vergleichsweise sehr hohen
Anteil an Stickoxiden in dem Verbrennungsgas bzw. in dem Abgas führen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Einsatz bzw. eine Vorrichtung
vorzuschlagen, die beim Verbrennen von Brennstoffen zu einem geringeren Anteil
von Stickoxiden im Verbrennungsgas bzw. im Abgas führt.
Diese Aufgabe wird durch einen Einsatz mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten
Merkmalen gelöst.
Eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 19 löst die der vor
liegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gleichermaßen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß der Erfindung werden durch die Unteransprü
che definiert.
Die gemäß der Erfindung zu erzielenden Vorteile beruhen darauf, daß der Einsatz
in Brennstoff-Ausstoßrichtung bzw. in Längserstreckungsrichtung der Brennstoff-
Ausstoßeinrichtung erstreckte Abschnitte aufweist, die zumindest teilweise in
unterschiedlichen Entfernungen zu der Brennstoff-Ausstoßeinrichtung enden, wobei
die Abschnitte zur Achse der Brennstoff-Ausstoßeinrichtung hin einwärts ausgerich
tet sind. Hierdurch wird in einem ersten Bereich eine Verengung des Querschnitts
des Einsatzes erzeugt, der dazu führt, daß zugeführtes Verbrennungsgas bzw. Luft
zusammen mit Heißgasen zum Flammeninneren geleitet wird, wobei ein Sauerstoff
mangel vorliegt. Durch diesen Sauerstoffmangel wird die Flammenkerntemperatur
gesenkt und der Anteil an thermischen Stickoxiden wird wirksam verringert.
Durch weitere in einer größeren Entfernung zur Brennstoff-Ausstoßeinrichtung
endende Abschnitte gebildete zweite Zonen wird ein weiterer Teil des benötigten
Verbrennungsgases bzw. der benötigten Verbrennungsluft zugeführt, so daß der
Flamme der erforderliche Verbrennungssauerstoff portionsweise über eine ver
größerte Strecke zugeführt wird. Folglich wird zwar die für eine vollständige und
effektive Verbrennung erforderliche Luft- bzw. Sauerstoffmenge zugeführt, jedoch
über einen mit technischen Mitteln verlängerten Bereich, so daß der Verbrennungs
bereich verlängert wird. Hierdurch werden die maximal auftretenden Temperaturen
verringert und folglich lassen sich die anfallenden Mengen an thermischen Stick
oxiden (NO, NOx) verringern.
Wesentlich ist dabei auch, daß die Verjüngungen des Einsatzes nicht als geschlosse
ne Kegel ausgebildet sind. Hierdurch würde nämlich die Flammgeschwindigkeit im
Bereich der ersten Einschnürung so stark ansteigen, daß die Flammgeschwindigkeit
größer wäre als die Zündgeschwindigkeit des Brennstoff-Luftgemisches. Dieses
würde dazu führen, daß die Flamme von der Brennstoff-Ausstoßeinrichtung bzw.
von dem erwünschten Bereich abhebt und sich die Verbrennung kaum noch in einem
wünschenswerten Umfange regulieren ließe.
Durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Einsatz bzw. eine erfindungsgemäß
ausgebildete Vorrichtung ist es möglich, die Summe der sich ergebenden Gas
strömungsgeschwindigkeiten zu verkleinern, obwohl die Luftgeschwindigkeit im
Bereich der durch zumindest einige der Abschnitte gebildeten ersten Einschnürung
ziemlich hoch ist. Dies liegt daran, daß die Geschwindigkeit der Luft bzw. der
Verbrennungsgase dort, wo die Abschnitte bzw. Lamellen Öffnungen freilassen,
stark herabgesetzt ist. Damit vermag die hohe Strömungsgeschwindigkeit nicht auf
die Flamme zurückzuwirken, so daß sich die Flamme in dem gewünschten und
gegebenenfalls optimalen Bereich halten läßt und nicht dazu tendiert, sich von dem
optimalen Bereich zu lösen.
Vorteilhafterweise sollten die Abschnitte in Brennstoff-Ausstoßrichtung bzw. in der
Längserstreckungsrichtung der Brennstoff-Ausstoßeinrichtung zumindest teilweise
unterschiedlich lang sein, wobei die betreffenden Abschnitte vorzugsweise in
Gruppen im wesentlichen gleich lang sind. Als besonders vorteilhaft hat es sich
erwiesen, wenn die jeweiligen Abschnitte in zwei Stufen gleich lang sind und somit
in zwei Gruppen aufgeteilt werden. Gegebenenfalls könnten auch noch weitere
Gruppen, z. B. eine dritte Gruppe bzw. Stufe von im wesentlichen gleich ausgebilde
ten Abschnitten bzw. Lamellen, vorgesehen sein, eventuell bei größeren Heizvor
richtungen.
Unterschiedlich lange Gruppen bzw. Stufen mit den betreffenden Abschnitten lassen
sich auch dadurch einstellen, daß die Abschnitte zumindest teilweise unterschiedlich
weit einwärts ausgerichtet bzw. einwärts gebogen sind.
Ganz erhebliche Vorteile lassen sich dadurch erzielen, daß die in einer unterschiedli
chen Entfernung von der Brennstoff-Ausstoßeinrichtung endenden Abschnitte über
eine umlaufende Erstreckung in Umfangsrichtung miteinander verbunden sind.
Hierbei können entweder die zu vorderst endenden Abschnitte mittels eines Ringes,
Zylinders oder dergleichen zusammengefaßt werden oder die hinteren Abschnitte
können entsprechend zusammengefaßt werden.
Werden die Abschnitte bzw. Lamellen mittels eines derartigen Ringes oder Zylin
ders oder dergleichen zusammengefaßt, so ergibt sich hierdurch eine Stabilisierung
der Abschnitte bzw. Lamellen, so daß die Lamellen während des Betriebes durch
thermische Einflüsse weder ausgelenkt noch in den Positionen versetzt werden
können. Zudem wird durch diese Ausbildung erreicht, daß die Luftaustrittströme
getrennt werden. Dabei wird der Luftaustrittstrom, der durch die am wenigsten weit
nach vorne erstreckten Abschnitte bzw. Lamellen erzeugt wird, nach innen gelenkt
und der Luftaustrittstrom, der durch die am weitesten nach vorne gezogenen Lamel
len erzeugt wird, wird nach außen gelenkt.
Eine besonders vorteilhafte Anordnung ergibt sich dadurch, daß die Erstreckung
bzw. der Ring an der radial nach innen gerichteten Kante der jeweiligen Abschnitte
angeordnet wird. Dabei sind die Lamellen bzw. Abschnitte vorteilhafterweise in
zwei unterschiedlich weit von der Brennstoff-Ausstoßeinrichtung endende Gruppen
unterteilt.
Ist die Erstreckung bzw. der Ring auf der kürzeren Lamellengruppe angeordnet, so
kann die Trennung der Luftaustrittströme noch günstiger ausfallen. Dabei kann sich
die äußere Luft der kurzen Abschnitte bzw. Lamellen besser mit der inneren Luft
der am weitesten nach vorne erstreckten Abschnitte bzw. Lamellen verbinden.
Weisen sämtliche Gruppen von gleich langen Lamellen eine entsprechende Er
streckung bzw. einen entsprechenden Ring oder Zylinder auf, so lassen sich die
erwähnten Vorteile für bestimmte Anwendungen noch verbessern.
Besonders vorteilhaft ist eine Kombination unterschiedlich langer und unterschied
lich weit einwärts ausgerichteter Abschnitte, die gegebenenfalls Gruppierungen mit
unterschiedlichen Stufen ergeben können.
Die einzelnen Abschnitte können kontinuierlich und/oder deskontinuierlich gleicher
maßen oder unterschiedlich geformt bzw. einwärts ausgerichtet sein. Vorteilhafter
weise wird im Bereich des Einsatzes vor der bzw. im Verlauf der Brennstoff-
Ausstoßeinrichtung, nachfolgend Öl- bzw. Gaseinspritzdüse, kurz "Düse" genannt,
mindestens ein Staukörper angeordnet. Dieser Staukörper weist vorteilhafterweise
in Fortsetzung der Brennstoff-Ausstoßeinrichtung bzw. der Längserstreckungs
richtung der Düse eine im wesentlichen mittige Öffnung auf, durch die der Brenn
stoff bzw. eine diesem entsprechende Flamme hindurchtreten kann. Durch diesen
auch als Stauscheibe zu bezeichnenden Staukörper wird dafür gesorgt, daß im
Bereich vor der Stauscheibe eine Druckerhöhung, und im Bereich hinter der Stau
scheibe eine Druckerniedrigung auftritt, die in Verbindung mit der Erfindung dazu
führt, den Verbrennungsbereich noch weiter auseinanderzuziehen, indem durch den
zusätzlichen Unterdruck, der auch dazu geeignet ist, die Flamme an einem vor
gegebenen Punkt zu halten, der Verbrennungsbereich noch weiter auseinandergezo
gen wird, wodurch die maximal auftretenden Temperaturen weiter gesenkt werden
können, was die Erzeugung von Stickoxiden weiter verringern kann.
Dabei muß zwischen dem Staukörper und dem Einsatz vorteilhafterweise ein hinrei
chender Abstand bleiben, um für die Zufuhr einer hinreichenden Menge an Ver
brennungsgas bzw. Verbrennungsluft dienen zu können.
Der Staukörper kann vorteilhafterweise einen in Brennstoff-Ausstoßrichtung bzw. in
Längserstreckungsrichtung der Brennstoff-Ausstoßeinrichtung erstreckten zylin
derförmigen bzw. konischen oder trichterartigen, sich vorzugsweise erweiternden
Bereich aufweisen. Hierdurch läßt sich die besagte Unterdruckzone stärker aus
prägen, was dazu führt, daß die Flamme im Bereich des Staukörpers bzw. der
Stauscheibe festgehalten wird. Die genannten Effekte lassen sich noch dadurch
verstärken, daß der zylinderförmige bzw. konische oder trichterartige Bereich sich
zumindest teilweise in Brennstoff-Ausstoßrichtung unterschiedlich weit erstreckende
Teilbereiche aufweist. Weitere Verbesserungen lassen sich beispielsweise dadurch
erzielen, daß der Staukörper um die im wesentlichen mittige Öffnung herum gegebe
nenfalls mit dieser mittigen Öffnung verbundene Ausnehmungen aufweist.
Durch die genannten Ausgestaltungen des Staukörpers, die in einer bestimmten,
jedoch beliebigen Kombination zur Anwendung kommen können, lassen sich
einerseits die Flamme an einem bestimmten Punkt im Brennraum fixieren und
andererseits derart auseinanderziehen, daß die Spitzentemperatur in der Flamme
gesenkt wird, wodurch der Anteil an Stickoxid im Abgas gesenkt werden kann.
Anstelle eines erfindungsgemäß ausgebildeten Einsatzes können auch mehrere
Einsätze, die ähnlich oder gleichermaßen ausgebildet sind, zum Einsatz gelangen.
Dabei kann ein Einsatz den anderen Einsatz umgeben bzw. kann ein Einsatz von
mehreren anderen Einsätzen umgeben werden. Auch ist es zu bevorzugen, wenn
zwischen den einzelnen Einsätzen Freiräume bzw. Kanäle verbleiben, über die
Verbrennungsgas bzw. Verbrennungsluft zugeführt werden kann.
Versuche haben gezeigt, daß es besonders vorteilhaft ist, wenn die Abschnitte des
erfindungsgemäß ausgebildeten Einsatzes in mindestens eine, vorzugsweise zwei
Stufen aufgeteilt sind, und die den jeweiligen Stufen zugeordneten Abschnitte im
wesentlichen gleich ausgebildet sind. So kann eine erste Stufe aus kürzeren, in
einem vorgegebenen Maße nach innen gebogenen Abschnitten bzw. Lamellen
bestehen, während die zweite Stufe aus längeren, ebenfalls nach innen gebogenen
Abschnitten bzw. Lamellen bestehen kann. Hierdurch wird der Bereich, über den
hinweg der Flamme Verbrennungsluft zugeführt wird, erstreckt. Außerdem wird,
wie bereits darauf hingewiesen wurde, ein erster Bereich mit einer Sauerstoffunter
versorgung erzeugt, was dazu führt, daß die Spitzentemperaturen in der Flamme
gesenkt werden, wodurch bei der Verbrennung weniger Stickoxide erzeugt werden.
Versuche haben gezeigt, daß es besonders vorteilhaft ist, wenn der Abstand zwi
schen der hintersten Vorderkante des Staukörpers in Brennstoff-Ausstoßrichtung
bzw. in der Längserstreckungsrichtung der Brennstoff-Ausstoßeinrichtung, und dem
in Längserstreckungsrichtung vordersten Ende jeweilig vergleichbar ausgebildeter
Abschnitte bzw. jeweilige Stufen, etwa gleich 0 bis etwa 0,5 mal dem Durchmesser
D des Einsatzes ist.
Ferner haben umfangreiche Versuche gezeigt, daß der Durchmesser des in Brenn
stoff-Ausstoßrichtung bzw. in Längserstreckungsrichtung der Brennstoff-Ausstoß
einrichtung vorderen Endes der Abschnitte bzw. Lamellen, die jeweils in etwa
gleich ausgebildet sind, bzw. der Abschnitte bzw. Lamellen der ersten Stufe, etwa
gleich dem 0,7- bis etwa 1,3fachen des Durchmessers des Staukörpers betragen
sollte. Der entsprechende vorteilhafte Abmessungsbereich der zweiten Stufe liegt
zwischen dem 0,7- bis 1,7fachen des Durchmessers des Staukörpers.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Zünden bzw. Verbrennen von Brennstoffen,
die vorzugsweise als Heizvorrichtung zu verwenden ist, wird vorteilhafterweise mit
einem Einsatz gemäß der Erfindung bzw. gemäß einer der zuvor erörterten bevor
zugten Ausführungsformen ausgestattet.
Besonders vorteilhaft ist es darüber hinaus, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung
mit mindestens einer Gebläseeinrichtung ausgestattet ist, die dem Brennraum ein
Verbrennungsgas bzw. Verbrennungsluft zuführt. Dabei wird durch die Luftströ
mung bevorzugt vor der Stauscheibe ein Überdruck erzeugt, während hinter der
Stauscheibe ein Unterdruck erzeugt wird. Der Einsatz mit seinen vorzugsweise in
Gruppen wenigstens im wesentlichen gleichermaßen ausgebildeten Abschnitten bzw.
Lamellen sorgt für eine in Längserstreckungsrichtung verteilte Zuführung der
Verbrennungsluft, mit den oben aufgeführten vorteilhaften Konsequenzen. Dabei
steht die für die Verbrennung erforderliche Luft mit einem Druck von etwa 4 bis
30, vorzugsweise 6 bis 20 Millibar, an dem Staukörper bzw. der Stauscheibe an.
Für kleinere Brennerleistungen reicht ein geringerer Überdruck aus, während für
größere Brennerleistungen ein höherer Überdruck bzw. der daraus resultierende
Unterdruck zu bevorzugen ist, um die Flamme in dem erwünschten, vorgegebenen
Bereich festzuhalten.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungs
formen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert, wobei
weitere Vorteile und Merkmale gemäß der Erfindung offenbart werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine aufgeschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäß ausgestalte
ten Einsatzes;
Fig. 2 eine Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebilde
ten Einsatzes in einer Frontalansicht;
Fig. 3 eine Fig. 1 entsprechende Ansicht, wobei anstelle einer Öleinspritzdü
se (Fig. 1) eine Gaszuführeinrichtung angeordnet ist;
Fig. 4 einen Einsatz mit einem alternativ ausgebildeten Staukörper in einer
aufgeschnittenen Seitenansicht;
Fig. 5 einen erfindungsgemäßen Einsatz in einer Frontansicht, wobei diese
Figur auf Abmessungsverhältnisse gerichtet ist;
Fig. 6 in einer aufgeschnittenen Seitenansicht eine Ausführungsform eines
Einsatzes mit einer zusätzlichen Rezirkulationseinrichtung;
Fig. 7 eine aufgeschnittene Seitenansicht einer Ausführungsform eines Ein
satzes mit einem Stabilisationsring;
Fig. 8 eine aufgeschnittene Seitenansicht einer Ausführungsform eines Ein
satzes mit einem unterschiedlich angeordneten Stabilisationsring; und
Fig. 9 eine aufgeschnittene Seitenansicht einer Ausführungsform eines Ein
satzes mit mehreren Stabilisationsringen.
In den Figuren sind funktionsgleiche bzw. in ihrer Funktion zumindest im wesentli
chen übereinstimmende Bestandteile in der Regel mit den gleichen Bezugszeichen
gekennzeichnet.
In Fig. 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten
Einsatzes mit der Bezugsziffer 1 gekennzeichnet. Der Einsatz 1 umgibt eine Stau
scheibe 2, eine Ölzerstäubungsdüse 4 und eine Zündeinrichtung 3.
Der erfindungsgemäße Einsatz 1 weist zwei Gruppen von wenigstens im wesentli
chen gleich ausgebildeten Abschnitten bzw. Lamellen 10, 12 auf, die von einem
Grundkörper 11 ausgehen. Die Lamellen 10 sind in Längserstreckungsrichtung der
Ölzerstäubungsdüse 4 kürzer als die Lamellen 12 der zweiten Gruppe bzw. zweiten
Stufe des erfindungsgemäß ausgebildeten Einsatzes 1.
Die Abschnitte bzw. Lamellen 10 weisen einen ersten aus der Wandung des Ein
satzes 1 abgewinkelten Abschnitt 10a auf, der über eine kontinuierliche Rundung in
einen zweiten, weiter nach innen gebogenen Abschnitt 10b übergeht. Die Lamellen
10 enden an ihrem in Längserstreckungsrichtung der Ölzerstäubungseinrichtung
bzw. Düse 4 vorderen Ende 10c. Die von hinten zugeführte Luft wird über die
Lamellen 10 in das Innere eines Brennraumes geführt, in dem dieser Einsatz 1
angeordnet ist. Dabei sind die Abschnitte bzw. Lamellen 10 so ausgebildet, daß
nicht hinreichend viel Luft nach innen geleitet wird, um die zu der zugeführten
Menge an Brennstoff passende Menge an Verbrennungsluft zuzuführen, wodurch in
einem definierten Bereich ein Sauerstoffmangel entsteht, der dazu führt, daß der
zugeführte Brennstoff dort, wo er ansonsten, falls eine hinreichende Luftzufuhr
vorhanden wäre, nicht vollständig verbrannt wird. Hierdurch werden die Verbren
nungstemperaturen gesenkt und es werden weniger Stickoxide erzeugt.
Die Abschnitte bzw. Lamellen 12 sind in dem Bereich, in dem die Lamellen 10
bereits einwärts in Richtung auf eine Symmetrieachse des Einsatzes gebogen sind,
noch unverändert in Erstreckungsrichtung des Grundkörpers des Einsatzes 1 ausge
richtet. Mit anderen Worten, ein Teilabschnitt 12a einer jeden Lamelle 12 läßt den
Luftstrom der zugeführten Verbrennungsluft in einem Bereich, in dem die Lamellen
10 bereits wirksam sind, im wesentlichen noch unbeeinflußt. Später, in einem
Bereich 12b, sorgen die Lamellen 12 dafür, daß ein weiterer Anteil der Verbren
nungsluft nach innen abgelenkt wird. Endabschnitte 12c der Lamellen 12 sorgen
letztendlich dafür, daß der weitere Anteil der Verbrennungsluft ebenfalls nach innen
geleitet wird, wodurch die noch für die wenigstens im wesentlichen vollständige
Verbrennung des zugeführten Brennstoffes erforderliche Verbrennungsluft zugeführt
wird, wodurch die noch nicht verbrannten Anteile des Brennstoffes nachverbrannt
werden können.
Vorteilhaft ist es, soweit zwischen den ersten Lamellen 10 und zweiten Lamellen 12
Schlitze (s. Fig. 1) vorhanden sind, diese zu verschließen oder bei der Herstellung
der Lamellen dafür zu sorgen, daß sich keine Schlitze bilden. Bestehende Schlitze
können z. B. durch Anschweißen von Blechen verschlossen werden. Schlitze können
ansonsten durch geeignete plastische Verformung der Einsatzwand vermieden
werden.
Würde die Gruppe der ersten Lamellen 10 und die Gruppe der zweiten Lamellen 12
jeweils als geschlossene Trichter bzw. Kegel ausgebildet werden, so würde die
Flammengeschwindigkeit im Bereich der Einschnürung so stark steigen, daß die
Flammengeschwindigkeit größer wäre als die Zündgeschwindigkeit des Öl-Luft-
Gemisches bzw. eines Gas-Luft-Gemisches (siehe Fig. 3). Dies würde zum Abheben
der Flamme führen, was undefinierte Bedingungen hervorrufen würde.
Die Stauscheibe 2 weist ein wenigstens in etwa mittiges Loch bzw. eine mittige
Öffnung 2a auf, durch die Brennstoff hindurchtreten kann. Ein Abschnitt 2b dient
als Hindernis für einen von hinten kommenden Strom der Verbrennungsluft. Dieser
kann im wesentlichen senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Düse 4 oder strom
abwärts stark konisch aufgeweitet bzw. nach außen hin etwas zurückweichend
ausgebildet sein. Das heißt, der Abschnitt 2b ist aus der Radialebene von der
Öffnung 2a ausgehend mit einem Winkel oberhalb von 0°, vorzugsweise ca. 5° bis
15° oder 20° ausgelenkt. Auch größere Winkel bis zu 35° und darüber hinaus sind
verwendbar. Der an den Abschnitt 2b anschließende Abschnitt 2c weist zur Radiale
bene vorzugsweise einen Winkel von etwa 50° bis 90° auf. An diesen Abschnitt 2b
schließt sich bei etwa 2/3 des Radius des Einsatzes 1 ein weitere Abschnitt 2c an.
Dieser ist in Erstreckungsrichtung der Düse 4 stromabwärts leicht konisch aufgewei
tet und von etwa derselben Länge wie der Abschnitt 2b. Zwischen dem aufgeweite
ten Ende des Abschnitts 2c und der Innenseite des Einsatzes 1 besteht ein Abstand
von vorzugsweise etwa 1/12 des Innendurchmessers des Einsatzes 1, wobei dieser
Abstand in etwa zwischen 1/10 und 1/14 des Innendurchmessers dieses Einsatzes 1
liegen kann. Die Abschnitte 2c des Staukörpers bzw. der Stauscheibe 2 sorgen
dafür, daß die an der Stauscheibe vorbeigeleiteten Anteile der Verbrennungsluft in
den Wirkbereich der Lamellen 10, 12 gelangen.
Die von hinten, beispielsweise mittels eines Ventilators zugeführte Verbrennungs
luft, steht an dem Abschnitt 2b der Stauscheibe 2 an. Hier entsteht in der Brenn
stoff-Ausstoßrichtung vor der Stauscheibe eine Überdruckzone, in der ein Über
druck vorzugsweise zwischen 6 und 20 Millibar herrschen kann. Ein Teil der Luft
wird durch die Öffnung 2a der Stauscheibe 2 geleitet, während die verbleibenden
Mengen der Verbrennungsluft durch den Zwischenraum zwischen der Stauscheibe
2 und dem Einsatz 1 hindurchgeleitet wird. In der Brennstoff-Ausstoßrichtung hinter
der Stauscheibe 2 bzw. hinter dem Abschnitt 2b entsteht eine Unterdruckzone, die
dazu führt, daß die Flamme an einem vorgegebenen Punkt festgehalten werden
kann. Dementsprechend wird die Stauscheibe auch als Flammenhalter bezeichnet.
Der durch die Stauscheibe 2 entstehende Unterdruck wird in einem erstreckten
Bereich durch die geteilte Zufuhr von Verbrennungsluft über die Lamellen 10, 12
ausgeglichen, und der Raum, in dem ansonsten die Verbrennung des Brennstoffes
ablaufen würde, ist in Längserstreckungsrichtung über einen größeren Bereich
erstreckt, wobei die Verbrennungstemperaturen und damit der Anteil an Stickoxiden
stark reduziert wird.
Der Fig. 2 ist zu entnehmen, daß die Lamellen 10 weiter nach innen gebogen sind,
während die Lamellen 12 auf einem größeren Durchmesser angeordnet sind. Je nach
Art der Heizeinrichtung, bei der der erfindungsgemäße Einsatz verwendet werden
soll, können die Lamellen 10, d. h. die kürzeren Lamellen, auch weniger weit nach
innen gebogen sein, insbesondere weniger weit als die längeren Lamellen 12.
Im Inneren, zwischen den Lamellen 10, 12 des Einsatzes 1, ist der Staukörper bzw.
die Stauscheibe 2 zu erkennen. Zwischen dem Rand 2d der Stauscheibe 2 und dem
durch die Lamellen 10 vorgegebenen Durchmesser ist in der Draufsicht noch ein
geringer Abstand verblieben. Jedoch können die Lamellen 10 auch weiter nach
innen gebogen sein, so daß hier in der Draufsicht der Freiraum zwischen dem
Einsatz 1 und der Stauscheibe 2 nicht mehr zu erkennen ist. Entsprechendes kann
auch für die Lamellen 12 gelten.
In dem Fall der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 und 2 sind die Lamellen 10, 12
gleich groß. Es ist jedoch auch ohne weiteres möglich, die Lamellen 10 größer oder
kleiner auszubilden als die Lamellen 12, um bestimmte Effekte bei der Steuerung
der Strömung der Verbrennungsluft zu erzielen.
Die Stauscheibe 2 weist mehrere Ausnehmungen 2e auf, über deren Dimensionie
rung der hinter der Stauscheibe entstehende Unterdruck bzw. der vor der Stauschei
be entstehende Überdruck, wie auch die hinter der Stauscheibe zur Verfügung
stehende Menge an Verbrennungsluft, zusätzlich einstellbar sind.
In der Fig. 3 sind prinzipiell der Einsatz 1 bzw. die Stauscheibe 2 gleichermaßen
ausgebildet, wie die betreffenden Teile gemäß den Fig. 1 und 2.
Anstelle der Ölzerstäubungsdüse 4 ist jedoch eine Gasdüse 5 mit einer Vielzahl von
Öffnungen vorgesehen. Ein Teil der Öffnungen ist noch vor der Stauscheibe an
geordnet, während ein Teil dieser Öffnungen, durch die der gasförmige Brennstoff
hindurchtreten kann, hinter der Stauscheibe′ 2 liegt. Es ist jedoch auch möglich,
sämtliche Öffnungen der Düse 5 hinter der Stauscheibe 2 anzuordnen, oder die
Öffnungen der Düse 5 in einer anderen Art und Weise vor oder hinter der Stau
scheibe anzuordnen. Es ist lediglich erforderlich, die Luftzufuhr in einer entspre
chenden Art und Weise zu steuern, indem beispielsweise die Öffnung 2a oder
andere Bestandteile der Stauscheibe 2 anders dimensioniert werden, oder der
Freiraum zwischen der Stauscheibe 2 und dem Einsatz 1 anders dimensioniert wird.
Dementsprechend können auch die Lamellen 10 und 12 derart dimensioniert wer
den, daß eine andere Anordnung der Düse 5 möglich wird. Entsprechendes gilt auch
für die Ausführungsform gemäß den Fig. 1 und 2 bzw. die Düse 4.
In der Fig. 4 ist abweichend von der Ausführungsform gemäß Fig. 1 eine Stauschei
be 2 mit zylinderförmigen Seitenwänden 2c vorgesehen. Die zylinderförmigen
Seitenwände 2c verlaufen in einem rechten Winkel zu dem Abschnitt 2b der Stau
scheibe 2. Der Abschnitt 2c der Stauscheibe weist erstreckte Abschnitte 2f auf, so
daß das Ende 2d der Stauscheibe 2 in der Brennstoff-Ausstoßrichtung einmal weiter
erstreckt ist und einmal eine geringere Erstreckung aufweist. Hierdurch läßt sich die
Strömung der Verbrennungsluft zusätzlich beeinflussen und damit der Unterdruckbe
reich jenseits der Stauscheibe 2 einstellen.
Wie zu erkennen ist, beginnen die einzelnen Lamellen 10, 12 allesamt entlang der
gleichen Ursprungslinie 14. Sofern die Lamellen durch Ausschneiden oder Heraus
stanzen aus dem Material des Grundkörpers des Einsatzes 1 hergestellt werden, ist
dieses zu bevorzugen. Sofern jedoch das Material gezogen wird, kann die Ur
sprungslinie der Lamellen 10 gegenüber der Ursprungslinie der Lamellen 12 auch
in Längserstreckungsrichtung versetzt sein.
Der Abstand zwischen der hinteren Endlinie 2d der Stauscheibe 2 und dem vorderen
Ende 10c der Lamellen 10 kann erfahrungsgemäß bevorzugt ungefähr 0 bis 0,5 mal
dem Durchmesser des Einsatzes 1 betragen.
Wie aus der Fig. 5 zu erkennen ist, kann die Teilung der Lamellen des Einsatzes
bzw. der jeweiligen Gruppen bzw. Stufen von Lamellen von 4 bis 24 oder sogar
darüber hinausgehen. Der Innendurchmesser der längeren Lamellen 12 kann zwi
schen dem 0,5- und dem 1,5fachen des Durchmessers der Stauscheibe 2 liegen.
Der bevorzugte Bereich liegt zwischen dem 0,7- und dem 1,3fachen des Durch
messers der Stauscheibe 2. Der Innendurchmesser, der durch die Lamellen 12
gebildet wird, kann etwa von dem 0,5- bis zu dem 2fachen des Durchmessers der
Stauscheibe 2 angelegt sein, wobei jedoch ein Bereich vom 0,7- bis 1,7fachen des
Durchmessers der Stauscheibe 2 bevorzugt wird.
Der Fig. 6 ist zusätzlich noch ein Überrohr 20 zu entnehmen, das dazu dient, die in
der Brennkammer vorhandenen Gase aufgrund der Flammengeschwindigkeit bzw.
des durch die Flamme bewirkten Gasstroms rezirkulieren zu lassen. Diese Maßnah
me kann zu einer zusätzlichen Nachverbrennung von Brennstoffresten führen. Das
Überrohr 20 kann dabei in etwa den gleichen Durchmesser wie der Einsatz 1
aufweisen oder aber einen etwas größeren Durchmesser als der Grundkörper des
Einsatzes 1 aufweist. Auch ein etwas kleinerer Durchmesser könnte durchaus als
zweckmäßig angesehen werden, wobei auch das Überrohr 20 mit den Lamellen 10,
12 entsprechenden Lamellen versehen sein könnte.
Während bei den vorstehenden Ausführungsformen nur jeweils zwei Gruppen von
Lamellen 10, 12 beschrieben worden sind, ist es auch ohne weiteres möglich, eine
dritte oder weitere Gruppen von wenigstens im wesentlichen gleich ausgebildeten
Lamellen mit einer unterschiedlichen Längserstreckung vorzusehen.
Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung aus dem Einsatz 1, der
Stauscheibe 2 und der Düse 4 bzw. 5, die auch als Verbrennungskopf bezeichnet
werden könnten ist unter anderem in einer ganz wesentlichen Reduzierung des
Anteils an Stickoxiden zu sehen.
Der für einen erfindungsgemäßen Einsatz bzw. einen erfindungsgemäßen Verbren
nungskopf zu veranschlagende Aufwand ist demgegenüber verhältnismäßig gering,
so daß eine Kosten/Nutzenanalyse ganz eindeutig zugunsten des Nutzens ausfällt.
Der erfindungsgemäße Einsatz läßt sich in sehr wirtschafflicher Weise auch bei
herkömmlichen Heizbrennern einsetzen. Die Umbauarbeiten, die hierfür erforderlich
sind, sind nur sehr gering und lassen sich gegebenenfalls durch eine entsprechende
Modifikation des erfindungsgemäß ausgebildeten Einsatzes in der Regel zum größten
Teil erledigen.
In Fig. 7 ist eine Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt,
die hinsichtlich der Anordnung und Ausführung des Einsatzes 1 bzw. des Flamm
rohres 1, der Stauscheibe 2 und der Zündeinrichtung 3 bzw. der Brennstoffdüse 4
vergleichbar ausgebildet ist, wie die Ausführungsform gemäß Fig. 1. Anstelle der
Ausführungsform gemäß Fig. 1 können natürlich auch entsprechende Ausbildungen
gemäß den Fig. 3, 4 oder 6 herangezogen werden, um die im folgenden erörterte
wesentliche technische Änderung vorzusehen.
Gemäß Fig. 7 ist auf den länger erstreckten Lamellen 12 an der vorderen, einwärts
gerichteten Kante 12d der Lamellen 12 ein Ring 28 vorgesehen, der im wesentlichen
starr mit jeder der Lamellen 12 dieser Lamellengruppe verbunden ist. Der Ring 28
wirkt sowohl auf die Luftströme als auch auf die Flamme und die mechanische
Stabilität des Einsatzes 1 selbst stabilisierend. Dabei ist der Ring 28 vorzugsweise
geschlossen ausgebildet.
Durch diese sehr vorteilhafte Ausbildung ist es möglich, einerseits den Bereich, in
dem die Verbrennung auftritt, zu strecken, wodurch eine perfektere Verbrennung
erzielt wird, und andererseits ist es möglich, in einem durch den Ring 28 vorgege
benen Bereich eine besonders strikte Führung der Flamme zur Verfügung zu stellen,
die aber durch die axialen Zwischenräume zwischen den kürzeren Lamellen 10 und
den längeren Lamellen 12 zumindest bereichsweise wieder aufgelöst werden kann.
Bei der in Fig. 8 dargestellten Ausführungsform ist ein dem Ring 28 entsprechender
Ring 26 an den kürzeren Lamellen 10 festgelegt. Auch hierdurch werden die in
Verbindung mit Fig. 7 erörterten und auch in der Beschreibungseinleitung dargeleg
ten Vorteile erzielt.
Bei der in Fig. 9 dargestellten Ausführungsform sind beide Gruppen von Lamellen
10, 12 mit entsprechenden Ringen 26, 28 ausgestattet, so daß die erörterten Wirkun
gen verstärkt werden können bzw. kombiniert werden können.
Claims (22)
1. Einsatz für eine Vorrichtung zum Zünden bzw. Verbrennen von Brenn
stoffen, insbesondere für eine Heizvorrichtung,
mit einem vorzugsweise zylindrischen Grundkörper und
mit dem Grundkörper zugeordneten Abschnitten,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Abschnitte (10, 12) in der Brennstoff-Ausstoßrichtung bzw. in der Längs erstreckungsrichtung des Einsatzes (1) zumindest teilweise in unterschiedlichen Entfernungen von einer Brennstoff-Ausstoßeinrichtung (4, 5) enden.
mit einem vorzugsweise zylindrischen Grundkörper und
mit dem Grundkörper zugeordneten Abschnitten,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Abschnitte (10, 12) in der Brennstoff-Ausstoßrichtung bzw. in der Längs erstreckungsrichtung des Einsatzes (1) zumindest teilweise in unterschiedlichen Entfernungen von einer Brennstoff-Ausstoßeinrichtung (4, 5) enden.
2. Einsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte (10,
12) in der Brennstoff-Ausstoßrichtung bzw. in der Erstreckungsrichtung der Brenn
stoff-Ausstoßeinrichtung zumindest teilweise unterschiedlich lang sind.
3. Einsatz nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Abschnitte (10, 12) zumindest teilweise unterschiedlich weit einwärts in Rich
tung auf die Mittelachse bzw. Symmetrieachse des Grundkörpers (12) des Einsatzes
(1) ausgerichtet sind.
4. Einsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Abschnitte (10, 12) kontinuierlich und/oder diskontinuierlich gleichermaßen oder
unterschiedlich geformt bzw. einwärts ausgerichtet sind.
5. Einsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
vorderen und/oder hinteren Abschnitte (10, 12) über eine umlaufende Erstreckung
(26, 28) in Umfangsrichtung miteinander verbunden sind.
6. Einsatz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Erstreckung(en)
(26, 28) als Ring bzw. als radial und/oder axial zum Grundkörper (11) erstreckter
Zylinder ausgebildet sind.
7. Einsatz nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Erstreckung (26, 28) an der radial nach innen gerichteten Kante (10c, 12d) der
jeweiligen Abschnitte (10, 12) angeordnet sind.
8. Einsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im
Bereich des Einsatzes (1) vor der bzw. im Verlauf der Brennstoff-Ausstoßrichtung
mindestens ein Staukörper (2), insbesondere eine Stauscheibe (2), angeordnet ist.
9. Einsatz nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Staukörper (2)
in der Brennstoff-Ausstoßrichtung bzw. in der Erstreckungsrichtung der Brennstoff-
Ausstoßeinrichtung (4, 5) eine im wesentlichen mittige Öffnung (2a) aufweist, durch
die der Brennstoff bzw. eine diesem entsprechende Flamme hindurchtreten kann.
10. Einsatz nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen dem Staukörper (2) und dem Einsatz (1) ein Freiraum angeordnet ist.
11. Einsatz nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß
der Staukörper (2) einen in der Brennstoff-Ausstoßrichtung bzw. in Längserstreckungs
richtung der Brennstoff-Ausstoßeinrichtung (4, 5) erstreckten zylinderförmigen
bzw. konischen oder trichterartigen, sich vorzugsweise erweiternden Bereich (2c)
aufweist.
12. Einsatz nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich (2c) in
der Brennstoff-Ausstoßrichtung bzw. in der Längserstreckungsrichtung der Brenn
stoff-Ausstoßeinrichtung (4, 5) sich unterschiedlich weit erstreckende Teilbereiche
(2f) aufweist.
13. Einsatz nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß
der Staukörper (2) um die im wesentlichen mittige Öffnung (2a) herum gegebenen
falls mit dieser verbundene Ausnehmungen (2e) aufweist.
14. Einsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß in
Fortsetzung des Grundkörpers des Einsatzes (1), vorzugsweise teilweise überdeckend,
ein Überrohr (20) vorgesehen ist.
15. Einsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens ein den Einsatz umgebender weiterer Einsatz mit einwärts gerichteten
und/oder unterschiedlich längserstreckten Abschnitten (10, 12) vorhanden ist.
16. Einsatz nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß
der Abstand zwischen der hintersten Vorderkante (2d) des Staukörpers (2) in
Brennstoff-Ausstoßrichtung bzw. in Längserstreckungsrichtung der Brennstoff-
Ausstoßeinrichtung (4, 5) und dem in Längserstreckungsrichtung vorgesehenen Ende
(10c) vergleichbar ausgebildeter Abschnitt bzw. einer entsprechenden Stufe, etwa 0
bis etwa 0,5 mal dem Durchmesser D des Einsatzes (1) beträgt.
17. Einsatz nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß
der Durchmesser, insbesondere der Innendurchmesser, der durch die kürzeren
Abschnitte (10) gebildet wird, in etwa gleich dem 0,7- bis 1,3fachen des Durch
messers des Staukörpers (2) ist.
18. Einsatz nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß
der Durchmesser bzw. Innendurchmesser, der durch die längeren Abschnitte (12)
gebildet ist bzw. durch die zweite Stufe bzw. Gruppe von Abschnitten (12) gebildet
ist, etwa gleich dem 0,7- bis 1,7fachen des Durchmessers des Staukörpers (2) ist.
19. Vorrichtung zum Zünden bzw. Verbrennen von Brennstoffen, insbesondere
Heizvorrichtung,
- a) mit mindestens einer Brennstoff-Ausstoßeinrichtung (4, 5),
- b) mit einem Brennraum,
- c) mit einem in der Richtung des Brennstoffausstoßes bzw. in der Erstreckungs richtung der Brennstoff-Ausstoßeinrichtung (4, 5) die Brennstoff-Ausstoß einrichtung (4, 5) wenigstens teilweise umgebenden Einsatz (2) mit Abschnit ten an dem einen Ende,
dadurch gekennzeichnet, daß
- d) die Abschnitte in der Brennstoff-Ausstoßrichtung bzw. in der Erstreckungs richtung der Brennstoff-Ausstoßeinrichtung (4, 5) zumindest teilweise unter schiedlich lang sind.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (1)
die Merkmale mindestens eines der Ansprüche 2 bis 18 aufweist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Gebläseeinrichtung vorgesehen ist, die dem Brennraum ein Verbrennungs
gas bzw. Luft zuführt.
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