DE2457963A1

DE2457963A1 - Heissgasgenerator

Info

Publication number: DE2457963A1
Application number: DE19742457963
Authority: DE
Inventors: Hans Mueller; Alfred Vogt
Original assignee: Interliz Anstalt
Current assignee: Interliz Anstalt
Priority date: 1974-12-07
Filing date: 1974-12-07
Publication date: 1976-06-16
Also published as: DK542475A; NO754109L; FR2293664A1; IT1050007B; BE835345A; ES443284A1; JPS51109524A; GB1489110A; AU8656775A; TR18859A; CH601726A5; FI753398A; FR2293664B3; SE7513754L; US4012189A; NL7514236A

Description

Interliz Anstalt, Vaduz (Liechtenstein)

Heißgasgenerator

Die Erfindung "bezieht sich auf einen Heißgasgenerator zur Erzeugung von heißen Verbrennungsgasen aus flüssigen Brenn-· stoffen, wie z.B. leichtem Heizöl, die zum Beispiel in einem dem Heißgasgenerator nachgeschalteten Wärmetauscher ihre Energie an Heizungswasser oder dergleichen abgeben.

Bei normalen, konventionellen ölbrennern, wie sie zum Beispiel für den Betrieb von Heizungskesseln verwendet werden, treten vornehmlich in der Startphase des Brenners oder auch bei Kaminzugschwankungen Rußbildungen auf, die zu Verschmutzungen des Heizkessels oder anderer Nachschalt-; heizflachen führen, wodurch der Wärmeübergang von den Gasen· an das aufzuheizende Medium, z.B. Kesselwasser, erheblich beeinträchtigt wird. Ferner tritt die Bildung von Kohlenmonoxyd und unverbrannten Kohlenwasserstoffen auf, was zu einer Geruchsbelästigung durch die Ölfeuerung aufgrund der unverbrannten Kohlenwasserstoffe sowie zu erhöhten, auf die Heizkosten sich auswirkenden Verlusten aufgrund der unvoll~^: kommenen Verbrennung führt.

Es sind Heißgasgeneratoren entwickelt worden, die Heizöl mittels einer Düse zerstäuben und, ähnlich wie bei einem ; normalen Ölbrenner, mit einem durch ein Gebläse des Heiß- \

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gasgenerators erzeugten Luftstrom vermischen und den flüssigen Brennstoff sogleich in einer einen Bestandteil des Heißgasgenerators "bildenden Brennkammer verbrennen. Hierbei ist ein die Brennkammer einschließender Zylinder, der an einem Ende eine Austrittsöffnung für die Heißgase besitzt und in dessen anderes Ende der zerstäubte flüssige Brennstoff und die Luft eintreten, von zwei konzentrischen, ringzylindrischen Luftkanälen umgeben, wobei die Gebläseluft durch den äußeren Luftkanal zunächst zu dem austrittsseiti-i gen Ende des Brennkammerzylinders geleitet wird, von dem aus die Gebläseluft in dem inneren Luftkanal an dem heißen Brennkammerzylinder entlang zu dessen düsenseitigen Ende wieder zurückströmt, wo dann die vorerhitzte Gebläseluft in den Brennkammerzylinder eintritt und dem zerstäubten flüssigen Brennstoff beigemischt wird. Diesen Heißgasgeneratoren haftet auch noch der Nachteil an, daß die Brennkammer nie ganz frei von Rückständen gehalten werden kann, sondern im Laufe der Zeit doch ein Rußbelag und eine unsaubere Verbrennung auftreten und sich die Nachteile der unsauberen Verbrennung einstellen.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, einen Heißgasgenerator zu schaffen, mit dem es möglich ist, auf kleinsten fiaum eine praktisch luftüberschußfreie, also stöchiometrische Verbrennung sowie auch eine lufthygienisch einwand*·; freie und rußfreie Verbrennung von Heizöl oder dergleichen flüssigem Brennstoff vorsunehsen und ein Heißgas mit einer sehr hohen Temperatur zn erzeugen^ und mit dem es also

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weiterhin möglich ist, Kesselkonstruktionen zum Beispiel für eine Zentralheizungsanlage zu beheizen, die keine Heizkesse !brennkammer mehr zu enthalten brauchen, sondern nur noch aus sehr kompakten Nachschaltheizflächen zu bestehen ^: brauchen und bei denen wegen des Portfalls von Rußbildungen^: Heizflächenberippungen möglich sind, die bei normalen Ölfeuerungskesse In wegen der regelmäßig zu entfernenden Ruß- ' bildungen und der dafür notwendigen Zugänglichkeit der Heizflächen nicht angewendet werden können.

Ausgehend von einem Heißgasgenerator, bei dem ein Brennkammer zylinder, der an einem Ende eine Austrittsöffnung besitzt und in dessen anderes Ende eine Düseneinrichtung einmündet, von zwei konzentrischen, ringzylindrischen Luftkanälen umgeben ist, die an dem austrittsseitigen Ende des BrennkammerZylinders miteinander verbunden sind und von denen der zwischen dein Brennkammerzylinder und einem inneren Luftzuführungszylinder liegende innere Luftkanal am düsenseitigen Ende des BrennkammerZylinders mit dessen Innenraum verbunden ist und der zwischen dem inneren Luftzuführungskanal und einem äußeren LuftZuführungskanal liegende äußere Luftkanal mit einem Gebläse verbunden ist, besteht die erfindungsgemäße Ausbildung des He iß gas generators in erster Linie darin,· daß an dem düsenseitigen Ende des Brennkammerzylinders eine den gesamten lichten Querschnitt ■ des BrennkammerZylinders ausfüllende Stauscheibe angeordnet ist, die Durchtrittsöffnungen für die vom inneren Luftkanal in den Innenraum des BrennkammerZylinders überströmende

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Luft besitzt und durch deren Mitte hindurch die Düseneinrichtung in den Brennkammerzylinder einmündet. In besonders vorteilhafter Weise bestehen diese Durchtrittsöffnungen der Stauscheibe aus mehreren konzentrisch angeordneten Lochkreisen, deren einzelne Löcher so geformt sind und durch die Stauscheibe hindurchführen, daß die Luft beim Durch- ; strömen der Löcher in eine drallförmige Bewegung um die ^: Längsachse des BrennkammerZylinders versetzt wird. Diese die Eintrittsöffnung des BrennkammerZylinders ganz ausfüllende Sxauscheibe ermöglicht eine Stabilisation der Flamme und wirkt sich damit auf die Erzielung einer rußfreien Verbrennung des flüssigen Brennstoffs außerordentlich; günstig.aus. Die Erzielung einer einwandfreien, rußfreien Verbrennung wird auch noch dadurch wesentlich gefördert, daß gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung der Brennkammerzylinder in einem Abstand von der Stauscheibe auf seinem gesamten Umfang eine oder mehrere Lochreihen zum Einführen von Luft aus dem inneren Luftkanal in den Innenraum des BrennkammerZylinders aufweist. Durch diese Lochreihen wird von der Gebläseluft, welche beim Durchströmen des inneren Luftkanals von dem Brennkammerzylinder vorgewärmt wird, ein ^xeil als heiße Sekundärluft in den Brennkammerzylinder eingeleitet und den äußeren Randzonen des Ölnebelkegels beigemischt, so daß eine vollständige und einwandfreie Verbrennung auch der Randzonenöltröpfchen gewährleistet wird und unverbrannte Kohlenwasserstoffe in den den Heißgasgenerator verlassenden Abgasen vermieden werden. Weiterhin wird die Erzielung einer sauberen und

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lufthygienisch einwandfreien Verbrennung dadurch gefördert, daß gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung an dem dem austrittsseitigen Ende des Brennkammerzylinders zugekehrten Ende des inneren Luftkanals Drallschaufeln zur Erzeugung einer schraubenförmigen Luftströmung im inneren Luftkanal angeordnet sind. Hierdurch wird die Vorwärmung der Gebläseluft durch den Brennkammerzylinder wesentlich gefördert, so daß sehr heiße Primärluft durch die Stauscheibe in die Brennkammer eintritt und auch sehr heiße Sekundärluft den äußeren Kandzonen des Ölnebelkegels beigemischt wird und, da sich der Brennkammerzylinder durch die ^'lamme sehr rasch

sehr schnell und sehr stark erhitzt und aucn^vdie hohe Vorwärmung der

in

Gebläseluft eintritt, auch schon der Startphase des Heißgasgenerators eine vollständige und absolut· rußfreie Verbrennung des flüssigen Brennstoffs vorhanden ist.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der Zeiphnung, in der ein Ausführungsbeispiel eines Heißgasgenerators gemäß der Erfindung dargestellt ist und zwar zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Heißgasgenerator; Pig. 2 einen Querschnitt nach der Linie II-II in ^'ig. 1; Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie III-III in Fig. 1; Fig. 4 die Stauscheibe in vergrößerter Darstellung und in

einem der Fig. 1 entsprechenden Längschnitt; Fig. 5 die Stauscheibe der Fig. 4 in der Ansicht von unten; Fig. 6 einen Schnitt durch ein Loch der Stauscheibe nach der Linie VI-VI in Fig. 4;

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Fig. 7 eine Draufsicht auf den Stauscheibenausschnitt der

Fig. 6;
Fig. 8 das in der Fig. 1 rechts liegende ^nde des inneren

LuftführungsZylinders in vergrößerter Darstellung; Fig. 9 das Luftführungszylinderende der Fig. 8 in der Ansicht von oben.

Der Heißgasgenerator besitzt einen Brennkammerzylinder 1, der die Brennkammer des Heißgasgenerators bildet. Er besteht aus hochnitzebeständigem Stahl und ist dünnwandig ausgebildet, so daß er sehr rasch durch die in der Brennkammer stattfindende Verbrennung erhitzt werden kann und zum Glühen gebracht werden kann. Am rechten Ende besitzt der Brennkammerzylinder eine Austrittsöffnung 2. In das linke Ende des Brennkammer Zylinders mündet eine -^üseneinrichtung ein, die zum Zerstäuben eines flüssigen Brennstoffs wie zum Beispiel leichtem Heizöl dient. Der Brennkammerzylinderl ist konzentrisch vpn einem inneren Luftzuführungszylinder umgeben, der einen inneren ringzylindrischen Luftkanal 5 : begrenzt. Der innere Luftzuführungszylinder 4 ist wiederum von einem äußeren Luftzuführungszylinder 6 umgeben, der : einen äußeren Luftkanal 7 begrenzt. Der äußere Luftzu- _# ' führungszylinder 6 ist mit einer Isolation 8 ummantelt. Am ^: ausstrittsseitigen Ende des BrennkammerZylinders 1 sind die beiden Luftkanäle 5 und 7 miteinander verbunden. An dem düsenseitigen Ende des Brennkammerzylinders 1 ist der innere Luftführungs zylinder 4 durch eine Stirnplatte 9 ver-:

schlossen, wobei zwischen dieser Stirnplatte 9 und dem

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Brennkammerzylinder 1 ein Abstand eingehalten ist, damit eine Verbindung des inneren Luftkanals 5 mit dem Innenraum des BrennkammerZylinders 1 besteht. Die Stirnplatte 9 trägt; die Düseneinrichtung 3 sowie ferner eine Zündeinrichtung 1o und einen Flammenwächter 11. Die Stirnplatte 9 ist durch mehrere Haltenocken 12 mit einem Abstand an dem äußeren Luft zuf ührungs zylinder 6 befestigt, so daß der äußere Luft-, kanal 7. mit einer Vorkammer 13 verbunden ist, die einen Anschluß 14 zum Anschließen eines nicht näher dargestellten, Ventilators, beispielsweise eines üblichen Brennergebläses, besitzt. Die Verbrennungsluft wird von dem Ventilator zunächst in die Vorkammer 13 gedrückt, von der aus die Luft zunächst den äußeren Luftkanal 7 in Pig. 1 nach rechts durchströmt und sodann im inneren Luftkanal 5 wieder nach links zurückströmt, um dann am düsenseitigen Ende des Brennkammerzylinders 1 von dem inneren Luftkanal 5 in die Brennkammer einzutreten. Beim Durchströmen des inneren Luftkanals 5 wird ,die Luft vorgewärmt. Der innere Luftzuführungszylinder 4 reicht im wesentlichen bis an eine Querwand 15 heran, welche die beiden Luftkanäle 5 und 7 am austrittsseitigen Ende des Brennkammerzylinders 1 gemeinsam; verschließt. Das an diese Querwand 15 heranreichende Ende des inneren LuftzuführungsZylinders 4 ist auf seinem gesamten Umfang mit längsverlaufenden Einschiitzungen 16 versehen (Fig. 8 und 9), zwischen denen Zungen 17 der ZyIinderwendung stehen bleiben. Jede Zunge 17 ist um eine parallel zur Längsachse des LuftzuführungsZylinders verlaufende Achse leitflügelartig verdreht oder gewölbt, wie

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in Fig. 9 veranschaulicht ist. Hierdurch werden am Anfang des inneren Luftkanals 5 Drallschaufeln gebildet, die bein-Überströmen der Luft von dem äußeren Luftkanal 7 in den inneren Luftkanal 5 eine schraubenförmige Luftströmung in dem inneren Luftkanal 5 erzeugen. Diese schraubenförmige Luftströmung steigert den Wärmeaustausch zwischen dem durch die Verbrennung hocherhitzten Brennkammerzylinder 1 und der Luft. Dadurch kann eine Vorwärmung der Verbrennungsluft auf eine Temperatur von ca. 6oo erreicht werden. ;

Das linke Ende des inneren Luftzuführungszylinders 4 in Fig. 1 wird durch die Stirnplatte 9 getragen, das rechte Ende dieses Luftzuführungszylinders ist durch Zentriernocken 16 an dem äußeren Luftzuführungszylinder 6 abgestützt.

An dem düsenseitigen Ende des Brennkammerzylinders/i ist eine kegelstumpf ar ,tig geformte Stauscheibe 19 angeordnet, die sich über den gesamten Durchmesser des Brennkammerzylinders streckt und also den gesamten lichten Querschnitt des Brennkammerzylinders ausfüllt, durch den die Verbrennungsluft in den Brennkammerzylinder eintritt. Der äußere Umfangsrand der Stauscheibe 19 ist mit dem Brennkammer zylinder 1 verbunden. An den inneren Umfangsrand der Stauscheibe 19 schließt sich ein rohrförmiges Kopf. stück 2o an, welches bis an die Stirnplatte 9 heranreicht. Durch das Kopfstück 2o und durch die Öffnung in der Mitte der Stauscheibe 19 hindurch wird der flüssige Brennstoff

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durch die Btiaeneinricfctnng 3 In die Brennkammer eingespritzt. Die Stauschelbe 19 besitzt Durehtrlttsoffnungen für die Brimärluft., Diese Durchtrittagffnungen werden, wie die Fig. 5 "bis T zeigen, -von mehreren konzentrisch angeordneten Lochkreisen gebildet., Sie- einzelnen Löcher 21 dieser Lochkrelse führen, se α durch die Stauseheibe hindurch und sind durch Prägungen 22 (FIg. 6) der Stauscheibe derart geformt*, daß die Luft fee im- Durchströmen der Lacher 21 in eine drallförmige Bewegung um die längsaehse des Brennkamma|- zylinders versetzt wird. Durch die ¥ielzahi der einzelnen löcher wird eine Yielzahl von drallformlgen TeJLströmen und dadurch eine gleichmäßige und Intensi¥e Termischung der Primärluft mit dem von der Düseneinrichtung 3 erzeugten Ölnehelkegel herbeigeführt. In einem Abstand von der Stauscheibe19 Ist der Brennkammerzylinder 1 mit einer über den gesamten Umfang des Zylinders· sich erstreckenden Lochreihe 23 versehen. Statt nur einer Lochreihe können auch mehrere Lochrelhea zweckmäEIg· sein und angewendet werden. Durch diese Lochreihe 23 strömt eine; gewisse Menge der im inneren Luftkanal 5 vorgewärmten Verbrennungsluft als Sekundärluft in die Brennkammer ein,, um den äußeren Rand— zonen des Ölnebelkegels; beigemischt zu werden und um eine saubere und vollständige Verbrennung der Randzonenöl— tröpfchen herbeizuführen» Der flüssige Brennstoff wird in dem Brennkammerzylinder 1 vollständig und rußfrei verbrannt, wozu mit einer stöohiometrischen Luftmenge ausgekommen werden kann. Aus dem Brennkammerzylinder tritt ein sauberes und lufthygieniseh einwandfreies Heiflgae mit einet

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für nachfolgende WärmeaustausehprOzesee vorteilhaften Temperatur von etwa 12oo bis 17oo° C aus. Die Austrittsöffnung: 2 des Brennkammerzylinders hat einen Durchmesser, der kleiner bemessen ist als der Durchmesser des Innenraumes des Brennkammer Zylinders. Auch diese Verengung: des Austrittsendes der Brennkammer trägt im Zusammenwirken mit der beschriebenen Stauscheibe 19,, der Sekundärluftlochreihe und den Drallsehaufein 17 zur Erzielung der sauberen und lufthygienisch einwandfreien Verbrennung wesentlich bei.

In dem Zwischenraum zwischen der Stauscheibe 19 und der Stirnplatte 9 ist ein Thermostat 24 angeordnet, mit dem verhindert wird,, daß nach dem Abstellen des Heißgasgenerators dieser wieder anlaufen kann, bevor die Brennkammer abgekühlt ist, um auf diese Weise Verpuffungen bei noch heißer Brennkammer zu vermeiden.

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Claims

Patentansprüche

Heißgasgenerator zur Erzeugung von heißen Verbrennungsgasen aus flüssigen Brennstoffen, bei dem ein Brennkammerzylinder, der an einem Ende eine Austrittsöffnung besitzt und in dessen anderes Ende eine Düseneinrichtung einmündet, von zwei konzentrischen, ringzylindrischen Luftkanälen umgeben ist, die an dem austrittsseitigen Ende des Brennkammerzylinders miteinander verbunden sind und von denen der : zwischen dem Brennkammerzylinder und einem inneren Luftzuführungszylinder liegende innere Luftkanal am düsenseitigen Ende des Brennkammerzylinders mit dessen Innenraum verbunden ist und der zwischen dem inneren Luftzuführungszylinder und einem äußeren Luftzuführungszylinder liegende äußere Luftkanal mit einem Gebläse verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß an dem düsenseitigen Ende des Brennkammerzylinders (1.) eine den gesamten lichten Querschnitt des Brennkammerzylinders ausfüllende Stauscheibe (19) angeordnet ist, die Durchtrittsöffnungen (21) für die vom inneren Luftkanal (5) in den Innenraum des Brennkammerzylinders überströmende Luft besitzt und durch deren Mitte hindurch die Düseneinrichtung (3) in den Brennkammerzylnder einmündet.
2. Heißgasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennkammerzylinder (1) in einem Abstand von der Stauscheibe (19) auf seinem gesamten Umfang eine oder

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mehrere Lochreihen (23). zum Einführen von Luft aus dem inneren Luftkanal (5) in den Innenraum des Brennkammerzylinders aufweist.
3. Heißgasgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem dem austrittsseitigen Ende des Brennkammerzylinders (1) zugekehrten Ende des inneren Luftkanals (5) Drallschaufeln (17) zur Erzeugung einer schraubenförmigen Luftströmung im inneren Luftkanal angeordnet sind.
4. Heißgasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnungen der Stau- ■ scheibe (19) aus mehreren konzentrisch angeordneten Loch-r kreisen bestehen, deren einzelne Löcher (21) so geformt sind und durch die Stauscheibe hindurchführen, daß die Luft beim Durchströmen der Löcher in eine drallförmige Bewegung um die Längsachse des BrennkammerZylinders (1) versetzt wird.
5. Heißgasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Austrittsöffnung (2) des BrennkammerZylinders (1) kleiner bemessen ist als der Durchmesser des Innenraumes des BrennkammerZylinders.
6. Heißgasgenerator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden ringzylindrischeη Luftkanäle (5, 7) am austrittsseitigen Ende des Brennkammerzylinders (1) durch

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eine gemeinsame Querwand (15) verschlossen sind und der innere Luftzuführungszylinder (4) im wesentlichen bis an diese Querwand heranreicht und daß das an die Querwand angrenzende Ende des inneren LuftzuführungsZylinders auf seinem gesamten Umfang mit längsverlaufenden Einschiitzungen (16) versehen ist und jede zwischen jeweils zwei Ein- ; schlitzungen befindliche Zunge (.17) der Zylinderwandung um _: eine parallel zur Längsachse des Zylinders verlaufende . Achse leitflügelartig verdreht oder gewölbt ist. ·;
7. Heißgasgenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stauscheibe (19) aus einer kegeistumpfförmigen Scheibe besteht, deren äußerer Rand mit dem düsenseitigen Ende des BrennkammerZylinders (1) verbunden ist, und deren zur Düseneinrichtung (3) weisender innerer Rand an ein rohrförmiges Kopfstück (2o) angrenzt, durch welches die Düseneinrichtung (3) den Brennstoff in den Brennkammerzylinder einführt .nand welches bis an eine Stirnplatte (9) heranreicht, die das düsenseitige Ende des inneren Luftzuführungszylinders (4) verschließt und die Düseneinrichtung (3) sowie den inneren Luftzuführungszylinder (4) an dessen düsenseitigem Ende trägt.
8. Heißgasgenerator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnplatte (9) durch Haltenocken (12), eine Verbindung zwischen dem Gebläse und dem äußeren Luftkanal (7) zwischen den beiden Luftzuführungszylindern (4, 6) freilassend, mit dem äußeren Luftzuführungszylinder (6) ver-

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"bunden ist.
9· Heißgasgenerator nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Stirnplatte (9) abgekehrte Ende des. inneren Luft zuf ührungs Zylinders (4) durch auf der Zylinderaussenseite angeordnete Zentriernocken (18) an dem äußeren Luftzuführungszylinder (6) abgestützt ist.

Io. Heißgasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Außenseite des Brennkammerzylinders (1 ) im Bereich der Stauscheibe (19) ein Temperaturwächter (24) zum Verhindern eines Wiedereinschaltens des Heißgasgenerators bei noch heißer Brennkammer angeordnet ist.

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