DE2624649C3

DE2624649C3 - ölbrenner

Info

Publication number: DE2624649C3
Application number: DE19762624649
Authority: DE
Inventors: Niels Peter Fenger; Peter Vilhelm Nielsen; Joergen Hartvig Petersen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1976-06-02
Filing date: 1976-06-02
Publication date: 1980-05-08
Also published as: DE2624649B2; DE2624649A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen ölbrenner mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs· 1.

Es ist ein ölbrenner dieser Art bekannt (»öl- und Gasfeuerung« 5/75, Seite 254, Abb. 13), bsi dem das zylindrische Außenrohr vorn konisch eingezogen ist, aber durchgehend dieselbe Wandstärke hat Das Innenrohr besteht aus einem zylindrischen Abschnitt, der sich nach hinten verjüngt und vorn einen außen konischen Einsatz trägt, in welchem die Stauscheibe gehalten ist Ein solcher Brenner eignet sich insbesondere als Kleinölbrenner, weil das zerstäubte öl zunächst mit der Primärluft und danach mit der Sukundärluft verwirbelt wird und die konische Strömungsbahn der Sekundärluft eine Rezirkulation hervorruft, die heiße Fiammengase in den Bereich der Stauscheibe zurückführt, wo sie die Verdampfung des Öls unterstützt. Die Länge des zwischen Innen- und Außenrohr gebildeten Ringspalts ist etwas größer als der Innendurchmesser des Außenrohres.

Bei einem anderen bekannten Brenner (DE-OS 24 03 486) ist die Düse nur von einem dünnwandigen zylindrischen Außenrohr umgeben. Die der Düse vorgeschaltete Stauscheibe trägt am Umfang eine nach vorn weisende, kurie Zylinderfläche, mit der sie an am Außenrohr angebrachten Rippen gehalten ist. In das Außenrohr ist ein Leitring eingepreßt, der eine sich nach vorn konisch verjüngende Innenfläche hat. die etwas größer als der Stauscheibenzylinder ist. Die senkrecht zur Brennachse stehende Stirnfläche dieses Leitringes hat eine größere radiale Breite als die Wanddicke des Außenrohres. Bei dieser Konstruktion werden P:imär- und Sekundärluft bis zur S'juscheibe gemeinsam geführt.

|e kleiner die Brennerleistung ist. um so schwieriger wird es bei den vorerwähnten ölbrennern, die geforderten Abgasdaten, insbesondere den COrGehalt. einzuhalten. Für eine vorgegebene Maximalleistung ausgelegte Brenner versagen, wenn sie lediglich mit Teillast betrieben Acrden.

Es ist ferner bekannt (GB-PS 10 53 255). bei Ölbrennern der hier betrachteten Art die Primär- und Sekundärluft vor ihrer Trennung mittels der abgeführten Rauchgase vorzuwärmen. Dies erfordert aber einen zusätzlichen Wärmetauscher.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ölbrenner der eingangs beschriebenen Art anzugeben, der bei einfachem Aufbau über einen großen Leistungs bereich betrieben werden kann, ohne den Bereich der zulässigen Abgasdaten zu verlassen, und der insbesondere für sehr kleine Heizleistungen geeignet ist, beispielsweise mit einem Öldurchsatz von weniger als 2.5 kg/h.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch das Aufheizen der Sekundärluft wird dem Luft'OI^Mischbereich zusätzlich Wärme zugeführt, die zu einem rascheren Verdampfen des zerstäubten Öls führt Auch bei Teillast und sehr kleinen Öldurchsätzen wird daher eine außerordentlich gute Verbrennung erzielt. Man kann daher einen Brenner über einen großen Leistungsbereich einsetzen und die Zahl der

Brennertypen kleinhalten. Die Aufheizung der Sekundärluft erfolgt während ihres Durchlaufs durch den Ringspalt. Die große Stirnfläche des Außenrohres nimmt in erheblichem Maß Wärme aus dem Flammenbereich auf, nämlich einerseits durch Wärmestrahlung und andererseits durch Konvektion im Rahmen einer augeprägten äußeren Rezirkulation. Infolgedessen wird das Außenrohr stark aufgeheizt, so daß die Sekundärluft, die durch das Innenrohr über einen verhältnismäßig langen Weg längs des Außenrohres geführt wird, entsprechend erhitzt wird. Es bereitet keine Schwierigkeiten, den Brenner so auszulegen, daß die Sekundärluft mit mindestens 250°C, vorzugsweise etwa 300°C, austritt.

Die Ausführung nach Anspruch 2 ergibt eine über die untere Grenze hinausgehend große beheizbare Fläche, über die intensiv Wärme aufgenommen werden kann.

Durch die Ausgestaltungen nach Anspruch 3 oder Anspruch 4 wird einerseits die Stirnfläche vergrößert und andererseits das Eindringen von Kaltluft in die außen rezirkulierende Strömung noch besser verhindert.

Die Maßnahmen der Ansprüche 5 bis 8 sorgen für einen verbesserten Wärmetransport von der beheizten Stirnfläche zum eigentlichen Außenrohr. Auch ein verhältnismäßig langes Außenrohr wird über einen großen Teil seiner Länge intensiv beheizt und kann daher die zuströmende Sekundärluft entsprechend lang beheizen

Dieser Effekt kann besonders gut mit der Ausgestaltung nach Anspruch 9 ausgenutzt werden

Bei der Ausführung nach Anspruch IO werden auch die f lügel entsprechend beheizt und können Wärme an die Sekundärluft abgeben.

Fine weitere Verbesserung der Wärmeübertragung ergibt sich, wenn der Ringspalt möglichst klein und daher die Strömungsgeschwindigkeit der Sekundärluft möglichst groß ist, weil die Wärmeübertragungszahl mit der Strömungsgeschwindigkeit zunimmt. Daher empfiehlt sich das Merkmal des Anspruchs 11.

Die Verwendung des langen und möglichst schmalen Ringspaltes führt zu einem erhöhten Strömungswiderstand. Demzufolge muß auch der Primarluft ein entsprechend hoher Strömungswiderstand dargeboten werden. Trotzdem kann man mit einem Brennergebläse üblicher Bauart, z. B. mit einem Blockierungsdruck von etwa 2,94 bis 3,92 mbar. auskommen, wenn eine Ausgestaltung nach Anspruch 12 gewählt wird.

Statt dessen kann aber die Ausführung nach Anspruch 13 verwendet werden, so daß ein genügend hoher Betriebsdruck zur Verfügung steht.

Als besondere Vorteile eines erfindungsgemäßen ölbrenners sind noch hervorzuheben, daß die Güte der Verbrennung weitgehend unabhängig von dem Zerstäubungsmuster und dem Zerstäubungswinkel der verwendeten Düse und ebenfalls unabhängig von der Größe und Form des Brennraumes ist. Es ist daher beispielsweise nicht erforderlich, auf Änderungen in der ölviskosität zu achten, durch die das Zerstäubungsmuster sich ändert. Es ist ebenfalls nicht erforderlich, eine zu große Brennkammer durch das Ausmauern mit Steinen zu verkleinern.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläusert. Es zeigt

Fi g, 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Brenner gemäß der Schnittlinie A Ά in Fig, 2,

F i g. 2 einen Querschml»längs der Schnittlinie B-B in Fig. I.

F i g. 3 eine schematische Darstellung des Mündungsbereichs,

F i g. 4 eine Abwandlung des Kopfteils und

ί F i g. 5 eine weitere Abwandlung des Kopfteils.

Bei dem ölbrenner nach den Fig. I und 2 wird ein Düsenstab 1, der vorn eine Zerstäuberdüse 2 trägt, von einer ölpumpe 3 aus einem Tank 4 mit öl versorgt. Der Düsenstab ist zusammen mit Zündelektroden 5 und

ι« einem Flammenfühler 6 in einer Tragplatte 7 angeordnet, die ein zylindrisches Innenrohr 8 hinten abschließt. Dieses Innenrohr weist am Umfang Luftdurchtrittsöffnungen 9 auf und ist vorn durch eine Stauscheibe 10 abgeschlossen, die eine Mittelöffnung 11 und schräggestellte, mit einer Schaufel versehene Schlitze 12 aufweist. Das Innenrohr ist mit Hilfe von drei Flügeln 13 in einem relativ dickwandigen zylindrischen Außenrohr 14 gehalten, wobei die Flügel im wesentlichen über ihre gesamte Länge an der Innenwand des Außenrohres 14

-'" anliegen. Dus Außenrohr besitzt vorn einen Kopfteil 15, der außen durch eine Zylinderfläch id. innen jedoch durch eine sich konisch verjungende bm'angsflache 17 begrenzt ist. Vorn ergibt sich eine Stirnfläche 18. deren radiale Breite ein Mehrfaches der Wandstärke des

-> Außenrohres 14 ausmacht. Zwischen Außen- 'jnd lnnenro^: r verbleibt daher ein Ringspalt 19. der sich nach vorn verjüngt. Die Stauscheibe 10 ist außen zu einer Zylinderfläche 20 umgebogen, die zusammen mn der inneren llmfangsfläche 17 einen Austrittsspalt 21

^!" begrenzt.

Ein Ciebläse 22 fördert Luft über eine einstellbare Drossel 23 von hinten in das Außenrohr 14. Diese Luft geht zum Teil über die Durchtrittsöffnungen 9 in das Innere des Innenrohres 8 und tritt vorn als Primärluft

>' durch die Mitielöffnung 11 und die Schlitze 12 aus. Der Rest der Luft geht durch den Rest des Ringspaltes 19 und tritt durch den Spalt 21 als Sekundärluft aus. Die Konstruktion läßt sich von vornherein so treffen, daß eine vorgegebene Aufteilung der Luftmengen e, folgt.

·"' wobei die Sekundärluft in der Regel ein Drittel bis zwei Drittel der Gesamlluftmenge ausmacht. Gestrichelt ist eint Hülse 24 veranschaulicht, mit der die Größe der Durchtrittsöffnungen 9 und damit die Aufteilung der Luft bei Bedarf geändert werden kann.

'"' Das aus der Zerstäuberdüse 2 ausseiende zerstäubte Öl wird teilweise von der durch die Schlitze 12 rotierend austretenden Primärluft verwirbelt. Die kleinen öltröpfchen verdampfen. Es ergibt sich eine vor der Stauscheibe angeordnete Flamme.

'" In F i g. 3 ist veranschaulicht, wie die Sekundärluft in der Form eines konischen Mantels 25 aus dem Spalt 21 austritt. Der Mantelstrahl 25 reißt benachbarte Gasschichten mit sich, so daß sich eine innere Rezirkulation 26 uⁿd eine äußere Rez.irkulation 27 der heißen

" Flammengase ergibt. Durch die innere Rezirkulation 26 wird Wärme in Jen Düsenbereich tiarsportiert. wodurch das Verdampfen der öltröpfcheri beschleunigt wird. Durch die iiußere Rez.irkulation 27 wird Wärme zur Stirnfläche 18 transprotiert, der gleichzeitig auch

^h" noch Wärmestrahlung 28 von der Flamme zugeführt wird. Infolgedessen erhitzt sich der Kopfteil !5= Die sc> auf ihn aufgebrachte Wärme verteilt sich auf das Außenfahr 14, insbesondere wenn dieses aus Kupfer oder Messing besteht. Infolgedessen wird die durch den

Ringspalt 19 strömende Luft erv/ärmt. Da die Sekundärluft über die gesamte Länge des Innenrohres, also mehr als das 1,5-fache des Innendurchmessers des Außenrohres 14 über diesen Ringspalt 19 geführt wird,

ergibt sich eine intensive Beheizung, so daß die Sekundärluft mit rund 300⁰C austritt. Diese Wärme wird ebenfalls dem Zerstäubungsbereich zugeführt, so daß die Verdampfung der Öltröpchen noch schneller vor sich geht. Auch die Primärlufl nimmt zu einem gewissen Teil an der Erhitzung im Ringspalt teil, weil sie bis zu den Durchlfittsöffnungcn 9 ebenfalls im Ringspalt strömt.

Die Stirnfläche 18 ist groß. Ihre radiale Breite beträgt rund 50% des Radius der stirnseitigen Öffnung 29 des Außenrohrs. Daher ergibt sich eine große, Wärmestrahlung aufnehmende und milder' äußeren Rezirkulätioh 27 in Berührung stehende Fläche. Die große radiale Breite dieser Fläche hat den weiteren Vorteil, daß sie die Rezirküiatiorisströmung weitgehend davor schützt, daß längs der Außenfläche des Aüßenrohres befindliche Gase, die im Vergleich zu den rezifküliefenden Flammengasen kühl sind, in den Rezirkulationskreis fMncfnsoifpn vyprrjcn Und ÜCÜ ΑΐίίΏ2!ΖΙ!Π^σΞ£ίί£!ί! VG!** schlechtem.

Praktisch vollständig kann der Zustrom dieser kälteren Gase verhindert werden, wenn, wie es Fig.4 zeigt, die Stirnfläche 18 einen Abschnitt 30 aufweist, der radial über die Außenfläche 16 des Außcirohres 14 übersteht, wodurch auch die wirksam aufheizbare Stirnfläche vergrößert wird, und/oder wenn an die Stirnfläche eine Führiingswand 31 mit einer axialen Komponente anschließt.

In F i g. 5 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der die Stauscheibe 10 einen Umfangsteil 32 aufweist, der annähernd parallel zu der Konusfläche 17 und gegebenenfalls der zylindrischen Innenfläche des Außenrohres 14 verläuft, so daß sich dort ein wesentlich schmalerer Ririgspalt 33 ergibt, der annähernd einen Querschnitt hat wie der Austriltsspait 21. infolgedessen

wird dort die gesamte Sekundärluft recht dicht an dem beheizten Außenrohr entlanggeführt. Außerdem ergibt sich eine recht hohe Strömungsgeschwindigkeit, durch die der Wärrneübertragungsfaktor verbessert wird.

In Fig.2 ist angedeulet. daß sich auch ίη der Tragplatte Luftdurchtrittsöffnungcn 9' befinden können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. ölbrenner mit einer Zerstäuberdüse, einem diese umschließenden Innenrohr, das stromab der Zerstäuberdüse eine eine Mittelöffnung und Schlitze aufweisende Stauscheibe trägt, und einem Außenrohr mit etwa senkrecht zur Brennerachse verlaufender Stirnfläche und sich kurz vor dieser konisch verjüngender innerer Umfangsfläche, wobei Primärluft durch das Innenrohr und Sekundärluft durch den zwischen Innen- und Außenrohr gebildeten Ringspalt mittels eines Gebläses zuführbar ist, d a durch gekennzeichnet, daß zum Zweck der Aufheizung der Sekundärluft die radiale Breite der Stirnfläche (18) des Außenrohres (14) ein Mehrfaches der Wandstärke des Außenrohres beträgt.

2. ölbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Breite der Stirnfläche (18) mindestens 30%, vorzugsweise etwa 50% des Radius der stirnseitigen öffnung (29) des Außenrohres (14) be\r.igt.

3. ölbrenner nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (18) radial über den äußeren Umfang (16) des Außenrohres (14) Übersteht.

4. Ölbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß lußen an die Stirnfläche (18) eine Führungswand (31) mit axialer Komponente anschließt.

5. Ölbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (18) an einem Kopf' ^i (15) aus massivem Material ausgebildet ist.

6. Ölbrenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Köpfte·! (15i einstückig mit dem Außenrohr(14)ausgebildet ist.

7. ölbrenner nach einem der Ansprüche I bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke des Außenrohres (14) mindestens 3 mm, vorzugsweise 4 mm, beträgt.

8. Ölbrenner nach einem der Ansprüche I bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (14) aus einem Material mit größerer Wärmeleitfähigkeit als Stahl besteht.

9. Ölbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 8. dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (8) eine Länge von mindestens dem 1.5-fachen des Innendurchmessers des Außenrohres (14) hat.

10. ölbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 9. dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (8) über Flügel (13) am Außenrohr (14) abgestützt ist. die über einen wesentlichen Teil der Länge des Innenrnhrs am Außenrohr anliegen.

11. ölbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt (19) fcumindest in seinem der sich konisch verjüngenden inneren Umfangsfläche entsprechenden F.ndablchnitt einen Querschnitt hat, der höchstens doppelt Io groß ist wie der Austrittsquerschnitt (21) des Ringspaltes.

12. Ölbrenner nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine zwischen Gebläse (22) und Brenner geschaltete Vordrossel (231) einen kleineren Strömungswiderstand hat als der Riingspalt (19).

13. Ölbrenner nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse (22) einen Block'ierüngsdruck von mindestens 9,81 mbarhat

14. Ölbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 13,

gekennzeichnet durch eine solche Bemessung, daß die austretende Sekundärluft eine Temperatur von mindestens 250⁰C, vorzugsweise 300⁰C, hai.