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V e r da m p f e r ö 1 b r e n n e r Die Erfindung betrifft einen
Verdampferölbrenner mit einer ringförmigen Verdampferkammer, in die ein erster mit
einem ersten Absperrventil ausgestatteter Abzweig der Brennstoffzuleitung mündet
und an die über eine Gasleitung eine Gasdüse angeschlossen ist, die mit ihrem Strahl
durch den Kammerring gerichtet ist.
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Bei einem aus der österreichischen Patentschrift 218 158 bekannten
Ölbrenner dieser Art wird der gesamte Brennstoff in der Verdampferkammer vorverdampft,
bevor er als Gas verbrannt wird. Die Leistung des Brenners ist mithin durch die
Kapazität der Verdampferkammer begrenzt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Verdampferölbrenner der eingangs
genannten Art die Brennleistung über den durch die Verdampfungskapazität der Verdampferkammer
gegebenen Grenzwert hinaus zu erhöhen. Die Brennleistung soll dabei über einen möglichst
weiten
Leistungsbereich ru'frei brennond einstellbar sein. Die Flamme
soll leuchtend weiß und'möglichst ohne Kohlenmonoxyd im Abgas brennen.
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Die Erfindung ist dadurch besennzeichrlet, dab eine Ölzerstäuberdüse
neben der Gasdüse angebrenet ist, die mit ihrem Strahl durch den Kansmerring diesen
streifend gerichtet ist und än einen zweiten =+ einen; zweiten Absperrventil ausgestatteten
Abzweig der Ölzuleitung angeschlossen ist.
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Nach der Erfindung wird zum Betrieb keine Druckluftzufuhr benötigt.
Der aus der Ölzerstäuberdüse austretende Ölnebel wird, ohne daß er in der Verdampferkammer
vorverdampft wurde, in der Flamme des vorverdampften Gas- beziehungsweise Dampfstrahlesverbrannt.
Diese Kombinationswirkung von Dampfstrabl und Sprühstrahl läßt sich, wie die Erfahrung
gezeigt hat, durch Einstellen der Durchsatzmengen in den beiden Düsen so einregulieren,
daß eine hinsichtlich der Energieausbeute optimale Verbrennung erzielbar ist. Der
Brennstoffanteil, der dabei durch die Ölzerstäuberdüse ausgesprüht wird - die Verdampferkammer
also zuvor nicht passiert hat - beträgt etwa 3gar7 des gesamten verbrauchten Brennstoffs,
so daß also die Leistung des Brenners durch die zusätzlich vorgesehene ölzerstäuberdüse
fast verdoppelt wird.
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Zum Anfahren eines Brenners nach der Erfindung wird zunächst durch
eine ständig brennende Pilotflamme oder eine andere Zündvorrichtung der an der Ölzerstäuberdüse
austretende Sprühstrahl gezündet, der zunächst nicht optimal brennt, jedoch ausreicht,
die Verdampferkammer aufzuheizen, so daß sich kurz danach der Dampfstrahl ausbildet
und daraufhin die optimale Verbrennung einstellt. Man kann einen Brenner nach der
Erfindung hinsichtlich seiner Leistung sehr einfach durch Verstellen des Öldrucks
in der Brennstoffzuleitung verstellen, weil dadurch der Durchsatz an der Ölzerstäuberdüse
verändert wird.
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Aufgabe einer Weiterbildung der Erfindung ist es, durch Drucksteuerung
in der Brennstoffzuleitung den Brenner fernzubedienen und diese Weiterbildung ist
dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite Absperrventil durch den Öldruck
in der Brennstoffzuleitung
betätigbar ist, und zwar derart, daß
unterhalb eines ersten Druckwertes P1 beide Absperrventile geschlossen sind und
bei Überschreiten desselben das erste Absperrventil geöffnet wird, daß bei Druckwerten
oberhalb eines zweiten, höheren Druckwertes P2 das zweite Absperrventil geöffnet
ist und daß bei Überschreiten eines noch höheren dritten Druckwertes P3 das erste
Absperrventil geschlossen wird und daß die Brennstoffzuleitung eine Druckleitung
ist mit einem Druckregler zum Einstellen des Drucks des geförderten Öls.
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Zum Anfahren des Brenners wird zunächst der Öldruck über den Druckwert
P1 erhöht, so daß eine Ölportion in die Verdampferkammer strömt. Dann wird mit Überschreiten
des Druckwertes P2 Öl aus der Ölzerstäuberdüse ausgesprüht, das durch eine Pilotflamme
oder dergleichen Zündvorrichtung gezündet wird. Der Druck wird nun über den Wert
P3 erhöht, um den weiteren Zulauf von Öl in die Verdampferkammer zu unterbrechen,
bis die Verdampferkammer ihre Betriebstemperatur erreicht hat. Nun wird der Öldruck
wieder abgesenkt auf den Betriebsdruck zwischen den Druckwerten P2 und P3.
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Im Rahmen dieser Druckspanne kann der Öldurchsatz durch Druckverändern
in der Betriebsstoffleitung und damit die Brennerleistung verändert werden. Zum
Abschalten genügt es den Öldruck unter den Druckwert P1 abzusenken.
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Es empfiehlt sich, um Funktionsstörungen zu vermeiden, für die Verdampferkammer
eine Uberhitzungssicherung vorzusehen, die bei Übertemperatur in der Verdampferkammer
schließend auf das erste Absperrventil wirkt und dadurch den weiteren Öl zufluß
in die Verdampferkammer blockiert.
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Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
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In der Zeichnung zeigt: Figur 1 einen Brenner nach der Erfindung
im Querschnitt gesehen, und zwar in normaler Betriebsstellung, also bei geöffneten
Absperrventilen, Figur 2 einen Ausschnitt aus Figur 1, jedoch im Ruhezustand, also
bei geschlossenen Absperrventilen, Figur 3 den gleichen Ausschnitt wie in Figur
2 während des Anfahrvorgangs bei geöffnetem ersten Absperrventil und geschlossenem
zweiten Absperrventil, Figur 4 den gleichen Ausschnitt wie in Figur 2 bei Betrieb,
jedoch bei durch die Überhitzungssicherung geschlossenem ersten Absperrventil, Figur
5 schematisch eine Anlage mit mehreren Brennern nach der Erfindung, die von einer
Zentralstelle aus gemeinsam mit Brennstoff versorgt und fernbedient werden, und
Figur 6 in der Darstellung wie in Figur 1 ein gegenüber der Figur 1-abgeändertes
Ausfhrungsbeispiel.
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In der Zeichnung ist mit 1 die Bodenstange bezeichnet, an der mit
Laschen 2 ein sich konisch verjüngendes Brennerrohr 3 befestigt ist, das an seinem
oberen Ende abgebrochen dargestellt ist.
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In die Bodenstange 1 eingelassen sind zwei koaxiale Stichkanäle 4,
5, die durch einen Steg 6 voneinander getrennt sind.
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Der Stichkanal 5 ist über eine aufgeschraubte Muffe 7 an die Brennstoffzuleitung
8 angeschlossen. In die Muffe 7 ist ein von Hand verstellbares Nadelabsperrventil
9 eingesetzt. In dem
Stichkanal 5 befindet sich axial verschieblich
ein erster Ventilkolben lo, der unter der Druckwirkung einer sich auf dem Steg 6
abstützenden Druckfeder 11 gegen den Ventilsitz 38 gedrückt wird. In den Ventilkolben
10 ist ein zweiter Ventilkolben 12 eingesetzt, der axial dem ersten Ventilkolben
gegenüber beweglich ist und von einer zweiten Druckfeder 13 belastet wird, die sich
ebenfalls auf dem Steg 6 abstützt. An dem Ventilkolben 12 ist eine Stange 14 befestigt,
die mit dem Ventilkolben 12 längsverschieblich ist, flüssigkeitsdicht durch den
Steg 6 hindurchgeführt ist und in ein Sackloch 15 einer koaxial verschieblich im
Stichkanal 4 gelagerten Sicherungsstange 16 ragt. Die Sicherungsstange 16 ist durch
eine Vielzahl von Bimetallscheiben 17, die sich auf einem an der Sicherungsstange
16 befestigten Stützelement 18 abstützen gegen den Verschluß 19 des Stichkanals
4 abgestützt.
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Der Ventilkolben lo weist zwei Kanäle für das zu verbrennende Öl auf.
Der Kanal 21 führt in den Stichkanal 5 und von da an eine Ölzerstäuberdüse 22. Der
Kanal 20 führt über eine Abzweigung 23 und eine mit einem von außen einjustierbaren
Nadelabsperrventil 24 ausgestattete Ölzuleitung 25 zu einem Pilotbrenner 26. Der
Pilotbrenner 26 ragt mit seiner Pilotflamme 27 in den Sprühstrahl 28 der Ölzerstäuberdüse
22.
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Der Kanal 20 führt, sofern der Ventilkolben 12 den Weg freigibt, über
eine Abzweigung 29 zu einer Ölleitung 30. Diese Ölleitung 30 führt zu einem Kammerring,
der eine ringförmige Verdampferkammer 32 bildet. Der Kammerring 31 ist innen durch
eine Verdampferhülse 93 ausgekleidet. Von dem Kammerring geht eine Dampfleitung
34 aus, die in dem Stichkanal 4 mündet, der seinerseits zu einer Gasdüse 35 führt.
Die Gasdüse 35 ist ebenso wie die Ölzerstäuberdüse 22 etwa in Richtung der Achse
36 des Kammerrings 31 mit ihrem Strahl 37 beziehungsweise 28 durch den Kammerring
hindurch gerichtet. Die beiden Strahlen 37 und 28 sind in kleinem spitzen Winkel
zueinander geneigt, bedingt durch die Anordnung der beiden Düsen 22 und 35 nebeneinander
am Brennerboden und durchsetzen s;C- gegenseitig. Der Sprühstrahl 28 ist weiter
geöffnet als der Dampfstrahl 37 der Gasdüse und streift an die Verdampferhülse 33.
Die Verdampferhülse 33 ist jedoch durch die Flamme rotglühend erhitzt, so daß die
Öltröpfchen aus dem Sprühstrahl 28, die
auf die Verdampferhülse
33 treffen, in einen Dampfmantel gehüllt und reflektiert werden.
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Der Brenner arbeitet wie folgt. Das Nadelventil 9 ist geöffnet, die
Pilotflamme 27 brennt, der Öldruck in der Brennstoffleitung ist geringer als P1
= 1 atü. In diesem Zustand ist der Brenner betriebsbereit aber er bleibt, abgesehen
von der Pilotflamme, von der Ölzufuhr abgesperrt, weil der Kanal 21 infolge der
Druckwirkung der Druckfeder 11 und des Ventilkolbens 10 abgesperrt ist und auch
in die Ölleitung 30 kein Öl fließen kann, weil die Abzweigung 29 infolge der Druckwirkung
der Druckfeder 13 durch den Ventilkolben 12 abgesperrt IFig jW2ltd nun der Öldruck
in der Brennstoffleitung 8 über den Druckwert P1 3 1 atü erhöht, dann wird die Kraftwirkung
der Druckfeder 13 überwunden und der Ventilkolben 12 gibt dem Druck des im Kanal
20 stehenden Öls nach und den Zufluß in die Ölleitung 30 frei. Die Stange 14 findet
hierfür in dem Sacklock 15 genügend Spiel. Die Teile befinden sich nun in dem Schaltzustand
wie in Figur 3 dargestellt. Der Öldruck in der Brennstoffleitung wird nun weiter
erhöht und, sobald der Druckwert P2 = 2atü erreicht ist, überwindet der auf dem
Ventilkolben 1o lastende Öldruck die Kraftwirkung der Druckfeder 11, der Ventilkolben
10 weicht aus und gibt den Ölzufluß in den Kanal 21 frei.
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Das Öl wird nun mit dem Betriebsdruck in die Ölzerstäuberdüse 22 getrieben
und zu einem Sprühstrahl 28 versprüht, der von der brennenden Pilotflamme 27 entzündet
wird. Sobald aufgrund eines vorher gewonnenen Erfahrungswertes eine für die Ingangsetzung
des Verdampfungsvorganges ausreichende Menge Öl in die Ölleitung 30 geflossen ist,
wird der Druck in der Brennstoffzuleitung 8 weiter erhöht über den Druckwert P3
= 4 atü hinaus. Bei diesem Druckwert ist der Ventilkolben 10 soweit unter Zusammendrückung
der Druckfeder 11 vorgeschoben, daß die Stange 14 auf den Boden das Sackloches 15
stößt, wodurch der Ventilkolben 12 den weiteren Zufluß von Öl in die Ölleitung 30
absperrt. Der brennende Sprühstrahl 28 erhitzt die Verdampferhülse 33 und den Kammerring
31 und es setzt schließlich Verdampfung des über die Ölleitung 3o zugeführten Öls
ein. Der Öldampf gelangt über die Dampfleitung 34 an die Gasdüse 35 und wird dort
ausgeblasen und durch die bereits brennende Flamme entzündet.
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Nun wird der Druck in der Brennstoffzuleitung 8 wieder abgesenkt auf
einen Wert zwischen den Druckwerten P2 = 2 atü und P3 = 4 atü, Der Ventilkolben
12 gibt bei Unterschreiten des Druckwertes P3 den Zufluß in die Ölleitung 30 wieder
frei. Im Rahmen des Druckbereiches zwischen P2 und P 3 kann der Öldruck nun variiert
werden, um dadurch die Brennleistung auf den jeweils gewünschten Wert einzustellen.
Die Teile befinden sich nun in der Funktionsstellung aus Figur 1. Sollte dabei die
Verdampferkammer sich überhitzen, dann werden die Bimetallscheiben 17 stärker durchgebogen,
schieben die Sicherungsstange 16 gegen die Stange 14 und die Stange 14 stützt sich
auf dem Boden des Sackloches 15 ab und schließt entsprechend der in Figur 4 dargestellten
Funktionsstellung die öl zu fuhr in die Ölleitung 30 so lange bis die Überhitzung
abgeklungen ist und die Bimetallscheiben sich wieder aufbiegen. Der Brennvorgang
läßt sich durch entsprechende Dimensionierung des Durchsatzverhältnisses an der
Dampfdüse 35 und an der Ölzerstäuberdüse 22 auf eine straffe, weißgelbe rußfreie
Flamme einstellen. Ein Verhältnis der Lochdurchmesser von 1 : 4 bis 1 t 6 an den
Düsen 35 und 22 hat sich dabei bewährt. Das größere Loch ist dabei an der Gasdüse
35 vorgesehen.
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Zum Abschlaten des Brenners wird der Öldruck unter den Wert P1 = 1
atü soweit abgesenkt, daß der Pilotbrenner 26 gerade noch ausreichend versorgt wird.
Der Brenner verlischt dann, wenn die öl zu fuhr durch die Ventilkolben 10 und 12
abgesperrt wird.
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Bemerkenswert ist folgendes. Der Brenner nach der Erfindung läßt sich
mit vertikal nach oben gerichteter, aber auch in horizontaler Lage des Brenners
mit horizontal gerichteter Flamme betreiben. Ein Gebläse oder eine besondere Druckluft
zufuhr ist für den Betrieb nicht erforderlich, ebensowenig die bei vielen Verdampferbrennern
vorgesehene Verdampfervorwärmschale. Der Brenner brennt auch weitgehend unabhängig
vom Kaminzug.
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Bemerkenswert ist auch, daß das Anfahren, das Einstellen der jeweils
gewünschten Brennleistung und das Abschalten des Brenners allein durch Verändern
des Öldruckes in der Brennstoffzuleitung, also durch Fernbedienung, ohne daß es
dazu besonderer Ubermittlungsleitungen
bedarf, erfolgen kann. Die
Fernbedienung gestattet es, auf einfache Weise eine Vielzahl von Brennern, die zum
Beispiel in einem Freigelände verteilt sein können, und über ein gemeinsames Ölversorgungsnetz
mit Brennstoff versorgt werden, über das gleiche Netz durch Einstellen des Öldruckes
fernzubedienen. Dies wird im einzelnen nun anhand der Figur 5 erläutert.
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In Figur 5 sind zwei Brenner 40, 41 angedeutet, die genauso ausgebildet
sind wie der Brenner aus Figur 1. Diese beiden Brenner sind jeweils über ein handbedienbares
Absperrventil 42, 43, das dem Nadelventil 9 aus Figur 1 entspricht, an eine gemeinsame
Brennstoffzuleitung 44 angeschlossen. An diese Brennstoffzuleitung sind noch weitere,
nicht dargestellte Brenner angeschlossen, wie dies durch die Abzweigungen 45 angedeutet
ist. In die Brennstoffzuleitung 44 gelangt über eine Pumpe 46 aus einem Ölvorrat
47 Brennöl. 48 ist ein Druckregler, der von Hand auf die verschiedenen Druckwerte
einstellbar ist und aufgrund eines Druckmeßfühlers den Druck des Brennöls in der
Brennstoffleitung 44 auf den am Druckregler 48 vorgewählten Wert hält, und zwar
weitgehend unabhängig davon wieviel Öl durch die Brennstoffleitung 44 fließt. Die
Anlage gemäß Figur 5 ist betriebsbereit, wenn die Absperrventile 42, 43 ..... der
in Betrieb zu nehmenden Brenner 40, 41 ..... geöffnet sind, der Öldruck in der Brennstoffzuleitung
44 für die Pilotflammen ausreicht und die Pilotflammen in den in Betrieb zu nehmenden
Brennern 40, 41 .... brennen. Nun können allein durch Verstellen des Öldrucks an
dem Druckregler 48 die in Bereitschaft befindlichen Brenner eingeschaltet werden,
auf eine gewünschte Brennleistung eingestellt werden und auch wieder abgeschaltet
werden, ohne daß es dazu nötig ist, die einzelnen Brenner aufzusuchen, um an den
Brennern irgendwelche Manipulationen vorzunehmen.
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Wenn zum Beispiel mit dieser Anlage, die zum Beispiel einhundert oder
zweihundert Brenner aufweisen kann, ein Weingarten in der Frühjahrsfrostperiode
beheizt werden soll, dann genUgt es, vor Beginn der Frostperiode alle Brenner betriebsbereit
zu machen und dann im Bedarfsfalle, nämlich bei Frost, die Brenner auf den erforderlichen
Wert einzuschalten, wozu es nur nötig ist, an dem
Druckregler 48
die entsprechende Druckeinstellung vorzunehmen.
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Diese Einstellung kann von einem AußentemperaturfUhler 39 automatisch
gesteuert werden. Die Anlage kann so während der ganzen Frostperiode betriebsbereit
sein und wird erst endgültig abgeschaltet, wenn die Frostperiode überwunden ist-.
Wenn durch Leitungswiderstände oder Gefällstrecken der Leitungen, die von einer
zentralen Steuerstelle zu den einzelnen Brennern führen, unterschiedliche Drücke
in den Leitungen hervorgerufen werden, dann werden diese von vornherein durch eine
entsprechende Feineinstellung am Nadelventil 9 ausgeglichen, so daß innerhalb eines
jeden Brenners der ganzen Anlage weitgehend immer der gleiche Druck wirksam ist.
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Bei de in Figur 6 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel kann der
Pilotbrenner 26' fehlen. Der Pilotbrenner 26' ist gemä Figur 6 funktionslos, weil
das Nadelabsperrventil 24' geschlossen ist. Zur Zündung ist ein druckabhängig funktionierender
Zünder - ein an sich bekannter Piezozünder 50 - vorgesehen, der mit seinem Zündelement
51 auf den Sprübkegel 52, der dem Sprühkegel 28 entspricht, einwirkt. Der Piezozünder
50 wird durch einen Druckhebel 53 aktivie-rt, der seinerseits durch einen Federbalg
54 betätigt wird. Der Federbalg 54 mündet mit einem Durchbruch 61 in dem Stichkanal
55. Der Brenner zündet bei einem Öldruck von etwa b atü, also höher als der Öldruck
P3 = 4 atü. Durch Erhöhung des Öldrucks in der Brennstoffzuleitung auf diesen Druckwert
wird der Zündvorgang-ausgelöst, sobald sich der Sprühstrahl 52 beim Anfahren gebildet
hat.
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Mit 56 ist ein Leitblech bezeichnet, das in den Dampfstrahl 60 hineinragt
und am unteren Ende der Verdampferhülse 57 angelenkt ist und an seinem freien Ende
an das freie Ende eines Bimetallbügels 58 angelenkt ist. Das Leitblech ist in der
Zeichnung in Normalstellung gezeichnet und hat die Wirkung, daß ein kleiner Teil
des Dampfstrahls Go und damit der Flamme abgezweigt wird und auf die Darnpfleitung
59 gelenkt wird. Wenn die Temperatur im Verdampfer einen zulässigen Grenzwert zu
überschreiten droht, dann krümmt sich der an der Dampfleitung 59 befestigte Bimetallbügel
58 und zieht das Leitblech aus dem Dampfstrahl 60 heraus,
so daß
auch kein Flammenanteil mehr auf das Gasrohr abgelenkt wird. Die durch die Bimetallscheiben
17 und die Sicherungsstange 16' abgegebene Uberhitzungssicherung kann bei dem Ausführungsbeispiel
nach Figur 6 in Fortfall geraten, weil der Bimetallbügel 58 zusammen mit dem Leitblech
56 als Uberhitzungssicherung wirkt. Im übrigen ist das Ausführungsbeispiel nach
Figur 6 so ausgebildet wie das Ausführungsbeispiel nach Figur 1 und einander entsprechende
Teile sind mit den gleichen Bezugs ziffern, in Figur 6 jedoch mit nachgesetztem
Strich ', bezeichnet.