DE2626846A1

DE2626846A1 - Oelbrenner

Info

Publication number: DE2626846A1
Application number: DE19762626846
Authority: DE
Inventors: Thomas D Brown; Earl R Mitchell; Beverley C Post
Original assignee: Canadian Patents and Development Ltd
Current assignee: Canadian Patents and Development Ltd
Priority date: 1975-06-27
Filing date: 1976-06-15
Publication date: 1977-01-13
Also published as: US4047879A; GB1499959A; JPS525024A; CA999812A

Description

Die Erfindung betrifft einen ölbrenner bzw. eine ölbrenneranordnung.

Die herkömmlichen Konstruktionen von Ölbrenneranordnungen für Heizöle für Gebäudeheizungen verwenden ein herkömmliches Verfahren zum Mischen von Brennstoff und Luft, bei welchem die Verdampfung und Verbrennung des Heizöls gleichzeitig erfolgen. Bei einer Ausfuhrungsform einer ö!brenneranordnung für Heizöle zum Erwärmen von Gebäuden wird das Heizöl als Hohlkonus versprüht und Luft längs einer Bahn schwach verwirbelt, die parallel zur Achse eines Brennerrohres ist und in den hohlen Konus geht, so daß die Bahnen der Heizöltröpfchen die Stromlinien des Luftstroms kreuzen. Dies führt zu einer schnellen Verdampfung, wobei man heizölreiche Bereiche erhält, die ihrerseits bei lokalen substöchiometrischen Bedingungen zünden und Ruß erzeugen. Diese Rußerzeugung führt zu einer Luftverunreinigung sowie zu einer Vergeudung an fossilem Brennstoff.

609882/0782

Das Gesamtlauster der Flamme einer solchen ölbrenneranordnung ist im Sinne von Brennstoffkonzentrationen heterogen. Die Taschen jait brennstoffarmem Gemisch lassen hohe Stickoxydkonzentrationen sowohl aus dem Brennstoffstickstoff als auch dem Atmosphärenstickstoff entstehen, während die Taschen mit brennstoffreichem Gemisch zur Rußbildung führen. Die sichtbare Flamme eines solchen Systems ist gelb. Die gelbe Farbe ist die sichtbare Strahlung der Rußteilchen von hoher Temperatur, wodurch andere sichtbare Strahlungen, soweit sie das menschliche Auge betreffen, vollständig verdeckt sind. Die Rußteilchen ergeben sich aus unverbranntem Kohlenstoff.

Bei einer vollkommenen Verbrennung des Kohlenstoffs, d. h. bei einer rußfreien Verbrennung, ergibt die stufenweise Verbrennung von Kohlenstoff zu Kohlendioxyd über die Zwischenstufe Kohlenmonoxyd eine sichtbare Strahlung im blauen Bereich des Lichtspektrums aufgrund der folgenden Reaktion:

CO + 0 > CO₂ + hv

wobei hv ein Lichtquant ist.

Bei dieser Reaktion wird die blaue Strahlung in einer rußfreien Flamme oder in einer Flamme mit geringer Leuchtkraft sichtbar, ölbrenner mit solchen rußfreien Flammen werden als Blauflammen-Brenner bezeichnet.

Es sind bereits verschiedene Blauflammenbrenner bekannt. So wird bei einem Verfahren zum Verbrennen von Brennstoffen in einem im wesentlichen konusförmigen Vorhang ein Blauflammenbrenner verwendet, bei welchem die Verbrennungsluft aus einer ringförmigen öffnung als rotierender Konus um einen Brennstoff-Luft-Konus aus feinen öltröpfchen aus einer Brennstoffdüse und einer darum herum angeordneten

609882/0782

Luftverengung austritt. Der rotierende Luftkonus sowie der Brennstoff-Luft-Konus, die teilweise zusammenfallen, erzeugen einen Bereich mit ausreichendem Unterdruck außerhalb der jeweiligen Brennstoff-Luft- bzw. Verbrennungsluftkonen, so daß die Verbrennungszone nach hinten bewegt und radial nach innen konzentriert wird. Auf diese Weise wird eine schnellere Verbrennung bewirkt und ein schneller Temperaturanstieg erreicht, was in einer Unterdrückung der Bildung von Ruß und anderer für die Umgebung schädlicher Endprodukte führt (US-PS 3 758 258).

Ein solcher Blauflammenbrenner stellt zwar gegenüber den bisher verwendeten Brennern eine Verbesserung dar, ist jedoch kompliziert, da mehr als ein Lufteintritt erforderlich ist, um einen Unterdruckzustand außerhalb des Brennstoff Vorhangs und des Verbrennungsluftmantels zu erzeugen.

Es wäre deshalb ein Blauflammenbrenner erwünscht, der einen Lufteintritt hat und bei welchem eine ausreichende Steuerung des rotierenden Konus von Verbrennungsluft um einen versprühten Konus von öltröpfchen vorhanden ist, so daß die öltröpfchen vor der Verbrennung mehr oder weniger vollständig verdampfen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, einen Blauflammenbrenner zu schaffen, der einen Lufteintritt hat und bei welchem eine ausreichende Steuerung der Verbrennungsluft um einen Sprühkonus aus öltröpfchen vorhanden ist, so daß die öltröpfchen vor der Verbrennung mehr oder weniger vollständig verdampfen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine ölbrenneranordnung erreicht mit

609882/0782

a) einer Zerstäuberdüse zum Versprühen von öltröpfchen im wesentlichen als symmetrischer Hohlkonus mit einem eingschlossenen Winkel für den Außenrand des ölsprühnebels, wenn das öl in ruhiger Luft versprüht wird, im Bereich von 6o° bis 8o°,

b) einem ölzuführungsrohr, das mit einem öleinlaßende und der Zerstäuberdüse verbunden ist und eine Längsachse hat, die sich längs der Symmetrieachse des Hohlkonus der öltröpfchen erstreckt,

c) einem Luft verwirbler um die Zerstäuberdüse herum, der sich hinter dem Sprühende der Düse erstreckt und eine Vielzahl von gleichförmigen Schaufeln aufweist, die in gleichen Abständen um die Zerstäuberdüse angeordnet sind und sich darum herum mit einem Steigungswinkel im Bereich von 5o bis 65 zur Symmetrieachse des Hohlkonus der öltröpfchen erstrecken, wobei die Ränder der Schaufeln angrenzend an das Sprühende der Zerstäuberdüse in die Richtung des Hohlkonus der öltröpfchen mit einem Winkel im Bereich von 2o bis zur Symmetrieachse des Hohlkonus der öltröpfchen geneigt sind,

d) einem Luftzuführungsrohr zum Zuführen von Luft zu dem Luftverwirbler, das sich hinter diesem und koaxial zu dem ölzuführungsrohr erstreckt, wobei das Luftzuführungsrohr einen Luftraum um das ölzuführungsrohr herum umschließt, und

e) einem Luftvorverwirbler, an dem ölzuführungsrohr, der längs des Rohres im Abstand von dem Luftverwirbler angeordnet ist und eine Vielzahl von Schaufeln aufweist, die den gleichen Steigungswinkel und die gleiche Steigungsrichtung wie die Schaufeln des Luftverwirblers haben und sich über einen Luftauslaß von dem Luftraum

609882/0782

in dem Luftzuführungsrohr erstrecken, wodurch in Betrieb

f) ein im wesentlichen gleichförmig verteilter Luftstrom für eine die öltröpfchen verbrennende Flamme erzeugt wird,

g) ein im wesentlichen stabiler Umwälzwirbel in der Flamme erzeugt wird und

h) sich ein Bereich mit einem Gemisch schneller öltröpfchen und schneller Luft einstellt.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Blauflammenbrehner bei welchem eine ölzerstäuberdüse zerstäubte öltröpfehen in Form eines symmetrischen Hohlkonus erzeugt, der einen eingeschlossenen Winkel für den Außenrand des Ölsprühnebels, wenn das öl in ruhiger Luft versprüht wird, im Bereich von 6o° bis 8o° hat. Der Brenner weist weiterhin einen Luftverwirbler mit einem Luftvorverwirbler auf, welche beide Schaufeln mit einem Steigungswinkel im Bereich von 5o° bis 65 haben, wobei die Schaufeln des Verwirblers angrenzend an das Sprühende der Zerstäuberdüse in die Richtung des Hohlkonus mit einem Winkel im Bereich von 2o° bis 55° geneigt sind. Der Brenner hat schließlich ein Zuführungsrohr für die Abgabe von Luft durch den Luftvorverwirbler zum Luftverwirbler. Die Luft strömt längs des Zuführungsrohres und wird in dem Vorverwirbler vorverwirbelt und dann abschließend in dem Luftverwirbler so verwirbelt, daß Sprühöltröpfchen in dem Hohlkonus von der verwirbelten Luft getragen werden, die sich mit den Tröpfchen so ausbreitet, daß die öltröpfchen vor der Verbrennung verdampft werden. Dabei wird ein im wesentlichen gleichförmig verteilter Luftstrom für die Flamme, ein im wesentlichen stabiler Umwälzwirbel für die Flamme erzeugt, und es ergibt sich ein Bereich eines Gemisches aus schnellen öltröpfchen und Luft,

609882/0782

was unerwarteterweise zu einer stabilen blauen Flamme führt.

Anhand der beiliegenden Zeichnungen.wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in einer Seitenansicht eine mit einem Luftgebläse verbundene ölbrenneranordnung für ein Wohnungsheizsystem.

Fig. 2 ist eine Stirnansicht längs der Linie II-II von Fig. 1.

Fig. 3 zeigt auseinandergezogen im Querschnitt ein Teil der ölbrenneranordnung längs der Linie III-III von Fig. 2.

Fig. 4 zeigt in einer Stirnansicht den Luftverwirbler längs der Linie IV-IV von Fig. 3.

Fig. 5 zeigt den Luftverwirbler von hinten längs der Linie V-V von Fig. 3.

Fig. 6 zeigt eine Stirnansicht eines Rohres zum Zuführen und Geraderichten der Luft längs der Linie VI-VI von Fig. 3.

Fig. 7 ist eine Seitenansicht längs der Linie VII-VII von Fig. 6.

Fig. 8 ist eine Draufsicht längs der Linie VIII-VIII von Fig. 7.

Fig. 9 zeigt eine Ansicht von unten längs der Linie IX-IX von Fig. 7.

609882/0782

Fig. 1o zeigt eine Stirnansicht des Luftvorverwirblers längs der Linie X-X von Fig. 3.

Fig. 11 ist eine Seitenansicht längs der Linie XI-XI von Fig. 1o. .

Fig. 12 zeigt in einer Seitenansicht wie Fig. 1 eine andere Ausf(ihrungsform einer ölbrenneranordnung.

Fig. 13 zeigt eine Stirnansicht längs der Linie XIII-XIII von Fig. 12.

Fig. 14 zeigt im Querschnitt einen Wirbelkopfabschnitt der ölbrenneranordnung der Figuren 12 und 13.

Die in den Figuren 1 bis 11 gezeigte ölbrenneranordnung umfaßt folgende Elemente:

a) Eine Zerstäuberdüse 1 zum Versprühen von öltröpfchen im wesentlichen als ein symmetrischer Hohlkonus 2 mit einem Einschlußwinkel θ (Fig. 1) für den Außenrand des ölsprühnebels. Wenn das öl in ruhende Luft versprüht wird, liegt dieser Winkel im Bereich zwischen 6o und 8o°, bei der gezeigten Ausführungsform bei 6o°.

b) Mit einem öleinlaßende 6 der Zerstäuberdüse 1 ist ein ölzuführungsrohr 4 verbunden, dessen Längsachse sich längs der Symmetrieachse X-X (Fig. 1) des Hohlkonus 2 aus öltröpfchen erstreckt.

c) Um die Zerstäuberdüse 1 ist ein Luftverwirbler 8 angeordnet, der sich von dem Sprühende 1o nach hinten erstreckt und eine Vielzahl von gleichartigen Schaufeln 12 (Fig. 2 und 3 bis 5) aufweist, bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel acht Schaufeln, die im gleichen Abstand um die Zerstäuberdüse 1 herum angeordnet sind und sich

609882/0782

_ β —

darum herum mit einem Steigungs- bzw. Schraubenwinkel im Bereich von 5o° bis 65°, bei dem Ausführungsbeispiel 6o , zur Symmetrieachse XX (Fig. 1) des Hohlkonus 2 aus öltröpfchen erstrecken. Die Ränder 14 (Fig. 3) angrenzend an das Sprühende 1o der Zerstäuberdüse 1 sind in Richtung des Hohlkonus 2 (Fig. 1) aus öltröpfchen in einem Winkel (Fig. 3) im Bereich von 2o° bis 55°, bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel 5o , zur Symmetrieachse XX (Fig. 1) des Hohlkonus 2 von öltröpfchen geneigt.

d) Das Luftzuführungsrohr in Form eines Feuerungsrohres enthält bei dieser Ausführungsform ein in Längsrichtung mit Rippen versehenes, den Luftstrom geraderichtendes Luftzuführungsrohr 16 zum Zuführen von Luft zum Luftverwirbler 8 (Fig. 1 und 3), wobei sich das Zuführungsrohr 16 hinter dem Luftverwirbler 8 erstreckt und koaxial zum ölzuführungsrohr '4 angeordnet ist. Das Feuerungsrohr 3o umschließt zusammen mit dem Rohr 16 für das Geraderichten und Zuführen des Luftstroms einen Luftraum 18 (Fig. 1) um das ölzuführungsrohr 4 herum.

e) Im Abstand von dem Luftverwirbler 8 ist an dem ölzuführungsrohr 4 ein Luftvorverwirbler 2o (Fig. 1, 3, 1o und 11) vorgesehen. Der Luftvorverwirbler 2o hat eine Vielzahl von Schaufeln 22 (Fig. 3, 1o und 11), bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel acht Schaufeln, die den gleichen Steigungswinkel und die gleiche Steigungsrichtung wie die Schaufeln 12 des Luftverwirblers 8 aufweisen und sich quer über ein Luftauslaßende 24 (Fig. 3) des Luftraums 18 in dem Feuerungsrohr 3o und dem Rohr 16 für das Geraderichten und Zuführen des Luftstroms erstrecken. Dadurch wird in Betrieb

f) ein im wesentlichen gleichförmig verteilter Luftstrom zu einer Flamme erzeugt, welche die öltröpfchen verbrennt ,

609882/0782

g) ein im wesentlichen stabiler Umwälzwirbel in der Flamme erhalten und

h) ein Bereich mit einem Gemisch aus schnellen öltröpfchen und Luft geschaffen.

Bei dieser Ausführungsform sind das ölzuführungsrohr 4, der Luftverwirbler 8, das Rohr 16 für das Geraderichten und Zuführen des Luftstroms und der Luftvorverwirbler 2o zusammen mit zwei Zündelektroden 26 und 28 in dem herkömmlichen Feuerungsrohr 3o (Fig. 1 und 2) angeordnet. Der Luftverwirbler 8 sitzt in einer Stirnplatte 32 am stirnseitigen Ende des Feuerungsrohres 3o und steht durch die Stirnseite vor. Die beiden Zündelektroden 26 und 28 erstrecken sich elektrisch isoliert über die Stirnplatte 32 und sind in dem Feuerungsrohr 3o mittels einer herkömmlichen Einrichtung 34 zum Halten und Einstellen der Elektrode festgelegt.

Das Feuerungsrohr 3o ist am Auslaß einer Luftkammer 36 (Fig. 1 und 2) eines Luftgebläses 38 angebracht, das über ein Kupplungsgelenk 4o mit einem Elektromotor 42 gekuppelt ist. Von der Kupplung 4o wird auch eine ölpumpe 44 angetrieben, die an der Seite der Luftkammer 36 angebracht ist. Die ölpumpe 44 ist mit dem ölzuführungsrohr 4 durch ein ölrohr 46 verbunden. Ein Zündtransformator 48 ist durch zwei Elektrodenanschlüsse, von denen einer 5o (Fig. 1) gezeigt ist, mit der jeweiligen Zündelektrode 26 bzw. 28 verbunden. Um den Lufteinlaß 52 zur Luftkammer 36 ist eine Lufteinlaßklappe 51 angeordnet.

Die Kupplung 4o kann weggelassen werden. Statt dessen kann in das ölrohr 46 ein Magnetventil mit Zeitverzögerung eingepaßt werden.

609882/0782

- 1ο -

Wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, hat die Zerstäuberdüse 1 ein gewölbtes Sprühende 54 mit einer Schulter 56, wobei ein öleinlaßende 6 außenseitig aufgeschraubt ist. Das ölzuführungsrohr 4 hat ein außenseitiges Gewindeende 56, welches mit dem öleinlaßende 6 der Zerstäuberdüse 1 durch ein Anschlußrohr 58 verbunden ist, welches Enden mit Innengewinde hat.

Wie aus den Figuren 3 bis 5 zu ersehen ist, hat der Luftverwirbler 8 einen inneren ringförmigen Vorsprung 6o_f auf dem die Blätter bzw. Schaufeln 12 sitzen. Der Vorsprung 6o hat abgefaste Seiten 62 und 64, wobei die abgefaste bzw. abgeschrägte Seite 62 in der gleichen Weise wie die Ränder 14 der Schaufeln 12 geneigt sind, während die abgefaste bzw. abgeschrägte Seite 64 im Abstand von der Zerstäuberdüse 1 konzentrisch dazu angeordnet ist. Am Außen— umfang der Schaufeln 12 ist diese umgebend ein zylindrisches Gehäuse 66 befestigt, das außenseitig bei 68 zum Befestigen an einem Innengewindeabschnitt 7o des Rohres zum Geraderichten und Zuführen des Luftstroms geschraubt ist. Das zylindrische Gehäuse 66 ist jedoch für die Arbeitsweise des Luftverwirblers 8 nicht von Bedeutung. Die hinteren Enden der Schaufeln 12 verlaufen im wesentlichen rechtwinklig zur Symmetrieachse XX (Fig. 1) des Hohlkonus 2 aus öltröpfchen.

In die Bohrung des Rohres 16 für das Geraderichten und Zuführen des Luftstroms ist im Gleitsitz ein Distanzring 72 eingesetzt, der an das Ende des Gewindeabschnittes 68 des zylindrischen Gehäuses 66 anstößt und den Luftvorverwirbler 2o vom Luftverwirbler 8 im Abstand hält.

Der in den Figuren 3, 1o und 11 gezeigte Luftvorverwirbler 2o hat Schaufeln 22 und einen inneren ringförmigen Vorsprung 74, auf dem die Schaufeln 22 befestigt sind. Der ringförmige Vorsprung 74 sitzt gleitend verschiebbar auf dem Verbindungsrohr 58 und ist daran durch nicht gezeigte

609882/0782

Einrichtungen befestigbar. Die Schaufeln 22 sitzen in der Bohrung des Rohres 16 für das Geraderichten und Zuführen des Luftstroms in einem Gleitsitz und haben vorzugsweise den Abstand einer halben ümfangsteilung der Schaufeln des Luftverwirblers. Obwohl der Luftvorverwirbler 2o bei der gezeigten Ausführungsform die gleiche Anzahl von Schaufeln 22 wie der Luftverwirbler 8 (Fig. 3) hat, ist es möglich, daß der Luftvorverwirbler eine andere Anzahl von Schaufeln aufweist, vorausgesetzt, daß der Steigungswinkel und die Richtung der Steigung denen der Schaufeln des Luftverwirblers 8 entsprechen. Wie in den Figuren 6 bis 9 gezeigt ist, hat das Rohr 16 zum Geraderichten und Zuführen des Luftstroms zwei radiale Rippen 76 und 78, die sich in Längsrichtung daran über einen größeren Längenabschnitt vom hinteren Ende erstrecken. Die Rippen 76 und 78 sitzen in der Bohrung des Feuerungsrohres 3o (Fig. 1) in einem Gleitsitz. Eine Hälfte des hinteren Endes 8o des Rohres 16 zum Geraderichten und Zuführen des Luftstroms ist nach hinten zu der Längsachse des Rohres geneigt und erstreckt sich nach hinten über die andere Hälfte 82 hinaus, wodurch ein Lufteinlaß 84 vor einer Leitplatte 88 geschaffen wird. Die Hälfte 8o ist durch einen ovalen Seitenabschnitt 86 der Leitplatte 88 geschlossen, die in der gleichen Weise wie die Hälfte 8o geneigt ist. Der andere ovale Seitenabschnitt 9o der Leitplatte 88 schließt die Bohrung des Feuerungsrohres 3o (Fig. 1) eng ab, so daß die Seite des Feuerungsrohrinneren, die der abgedichteten Hälfte 8o gegenüberliegt, abgedichtet ist.

Die Schaufeln 22 des Luftvorverwirblers 2o können schraubenförmig zu den Blättern des Luftverwirblers 8 ausgerichtet sein oder sie können mit irgendeiner Teilung versetzt sein. Es hat sich gezeigt, daß durch ein Versetzen der Schaufeln 22 des Luftvorverwirblers um eine halbe Teilung bezüglich der Schaufeln des Luftverwirblers 8 eine Wirkung erreicht wird, die im wesentlichen gleich der Wirkung eines Luftvorverwirblers 2o ist, der die doppelte Anzahl von

609882/0782

Schaufeln hat. Die Leitplatte 88 hat ein Loch 92 für das ölzuführungsrohr 4 (Fig. 1). Die radialen Rippen 76 und erstrecken sich nach hinten zur Leitplatte 88.

Für den Betrieb, für welchen die Vorrichtung wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt ist, montiert ist, wird der Elektromotor gestartet und die Zündelektroden 26 und 28 werden durch den Zündtransformator 48 aktiviert. Die Kupplung wird so betätigt, daß der Elektromotor 42 das Luftgebläse 38 antreibt, um Luft zum Feuerungsrohr 3o zu fördern. Gleichzeitig wird die ölpumpe 44 angetrieben, um öl zum ölzuführungsrohr 4 zu transportieren.

Das ölzuführungsrohr 4 fördert das öl mit etwa 7 bar (1oo psi) zu der Zerstäuberdüse 1, welche einen mechanisch zerstäubten ölsprühnebel in Form eines Hohlkonus aus öltröpfchen 2 (Fig. 1) erzeugt, der einen eingeschlossenen Winkel θ (Fig. 1) von 6o° hat, während die Luft zum Feuerungsrohr 3o von der Leitplatte 88 abgelenkt wird und in Vorwärtsrichtung längs der oberen Hälfte des Feuerungsrohres 3o oberhalb der Rippen 76 und 78 zur Stirnplatte 32 strömt und dann nach hinten unter den Rippen 76 und 78 zum Lufteinlaß Dadurch, daß die Luft längs des Feuerungsrohres 3o in dieser Weise strömt, wird die Luft, welche die Verbrennungsluft bildet, wobei der Luftstrom geradegerichtet wird, vorerhitzt und kühlt die Zündelektroden 26 und 28 in der Stirnplatte 32.

Die in den Lufteintritt eintretende Luft strömt nach vorn längs des Inneren des Rohres 16 zum Geraderichten und Zuführen des Luftstroms, wo der Luftstrom weiter geradegerichtet wird, vorverwirbelt wird, während er zwischen den Schaufeln 22 (Fig. 3, to und 11) des Vorverwirblers (2o hindurchgeht und eine abschließende Verwirbelung erhält, wenn er zwischen den Schaufeln 12 (Fig. 2,4 und 5) des Luftverwirblers 8 hindurchgeht.

609882/0782

Die öltröpfchen 2 in dem Hohlkonus werden von der wirbelnden Luft getragen, die sie derart verteilt, daß nach der anfänglichen Funkenzündung durch die Zündelektroden 26 und 28 die öltröpfchen, die kontinuierlich von der Zerstäuberdüse versprüht werden, vor der Verbrennung verdampft werden. Dadurch erhält man einen im wesentlichen gleichförmig verteilten Luftstrom für eine die öltröpfchen verbrennende Flamme, einen im wesentlichen stabilen Umwälzwirbel in der Flamme und einen Bereich einer Mischung mit schnellen öltröpfchen und Luft. Dies führt zu einer überraschenderweise stabilen blauen Flamme.

Durch Neigen der Ränder 14 (Fig. 4) der Schaufeln 12 um einen Winkel im Bereich von 2o° bis 55° wird es möglich, daß die eintretende Luft divergiert und sich innig mit den öltröpfchen mischt und einen Flammenumwälzwirbel einschließt, der längs der Symmetrieachse der sich ergebenden Flamme liegt, die mit der Symmetrieachse XX (Fig. 1) des Hohlkonus 2 der öltröpfchen zusammenfällt. Dieser Flammenumwälzkonus wirkt als Wärmequelle und reaktionsfördernd, was zur Erhöhung der Temperatur und zur Stabilisierung der Zündung des konischen Gemisches aus Luft und Heizöltröpfchen beiträgt, das von der Zerstäuberdüse 1 und dem Luftverwirbler 8 erzeugt wird. Dies wird durch die geneigten Ränder 14 der Schaufeln 12 des Luftverwirblers 12 verursacht, die einen fortschreitend geringeren Reibungsv/iderstand zu der Symmetrieachse XX auf die Luft herbeiführt, die zwischen den Schaufeln 12 hindurchgeht .

Mit der in den Figuren 1 bis 11 gezeigten Ausfuhrungsform wruden Versuche durchgeführt, wobei öl als Brennstoff mit Mengenströmen im Bereich von 2,46 bis 4,73 l/h (o,65 bis 1,25 g/h) eingesetzt wird. Der Luftverwirbler und der Luftvorverwirbler haben einen äußeren Leitschaufeldurchmesser von 4,77 cm (1,88"), ihre ringförmigen Vorsprünge haben einen Durchmesser von 2,41 cm (o,95^w). Die Mittelbohrungen

609882/0782

haben einen Durchmesser von 1,84 cm (o,725"). Der durch den Distanzring bedingte Abstand beträgt o,71 cm (o,28"). In der nachstehenden Tabelle sind die Versuchsergebnisse aufgeführt.

609882/0782

Zerstäuberdüse

Brennstoffmengenstrom
l/h (US gph) 2,46 (o.65) 2,84 (o.75) 3,22 (o.85) 3,79 (1.oo) 4,73 (1.25)

Sprühwinkel θ grd 6o bis 8o 6o bis 8o '6o bis 8o 6o bis 8o 6o bis 8o

Betriebsdruck

bar (psi) 7,ο (1oo) 7,ο (1oo) 7,ο (1oo) 7,ο (1oo) 7,ο (1oo)

Rohr zum Geraderichten und Zuführen des Luftstroms

er» Innendurchmesser

ο cm (inch) 4,77 (1.88) 4,77 (1.88) 5,33 (2.1o) 5,33 (2.1ο) 5,33 (2.1ο) ,

oo Außendurchmesser -»

oo cm (inch) 5,23 (2.o6) 5,23 (2.o6) 5,84 (2.3o) 5,84 (2.3o) 5,84 (2.3o) ^w

ro ι

*"** Luftvorverwirbler

ο

^ Anzahl der Schaufeln 8 8 8 8 8

Schaufelsteigungswinkel in grd Sollte dem Schaufelsteigungswinkel im Luftverwirbler

entsprechen.

Minimum 5o 5o 5o 5o 5o

Maximum 65 65 . 65 65 65

Optimum 6o 6o 6o 6o 6o

ro Länge CT)

ro Minimum cm (inch) 1,27 (ο.5) 1,27 (o.5) 1,27 (ο.5) 1,27 (ο.5) 1,27 (ο.5) σ) Optimum cm (inch) 1,72 (ο.68) 1,72 (ο.68) 1,72 (ο.68) 1,72 (ο.68) 1,72 (ο.68) J2

5o	5o	5o	5o	5o
65	65	65	65	65
6o	6o	6o	6o	6o

Luftverwirbler

Anzahl der Schaufeln 8 8*8.8 8

Schaufelsteigungswinkel in grd

co Minimum

(J₃ Maximum

°° Optimum

oo ^e ·

ο Winkel der geneigten Ränder in grd

¹^* Minimum

Maximum Optimum

Länge in cm (inch)

Minimum '3,11 (1.225) '3,11 (.1.225) 3,11 (1,225) 3,11 (1.225) 3,11 (1.225) c°,

2o	2o	2o	2o	2o
55	55	55	55	55
5o ·	5o	5o	5o	5o

— 1V —

Bei anderen Ausführungsformen wird die Luft direkt zum Inneren des Rohres für das Geraderichten und Zuführen des Luftstroms gefördert. Die Längsrippen liegen dann in dem Rohr zum Geraderichten und Zuführen des Luftstroms und erstrecken sich von dessen Innenwand zum ölzuführungsrohr. Dabei ist jedoch dafür zu sorgen, daß der Luftstrom gleichförmig verteilt ist, ehe er die Hinterseite des Luftvorverwirblers erreicht.

Bei weiteren Ausführungsformen fehlt der Distanzring 72 (Fig. 3). Der Abstand zwischen dem Luftvorverwirbler 2o und dem Luftverwirbler 8 wird dann dadurch erreicht und aufrechterhalten, daß der Luftvorverwirbler 2o an einem langgestreckten zylindrischen Gehäuse 66 (Fig. 14) befestigt wird.

Weiterhin ist es möglich, daß in den Figuren 1 sowie 6 bis 9 gezeigte Rohr 16 für das Geraderichten und Zuführen des Luftstroms wegzulassen.

Es hat sich gezeigt, daß die beiden Zündelektroden 26 und 28 gemäß Fig. 2 Ruß in der Flamme entstehen lassen können. Unter diesen Umständen wird vorzugsweise ein anderes Zündsystem verwendet. Dafür wird der Luftverwirbler 8 (Fig. 3) von dem kuppeiförmigen Sprühende 54 der Zerstäuberdüse 1 elektrisch isoliert und es werden Einrichtungen vorgesehen, die eine elektrische Funkenentladung zum Zünden zwischen dem Luftverwirbler 14 und dem kuppeiförmigen Sprühende 54 erzeugen.

Bei der in den Figuren 12 bis 14 gezeigten ö!brenneranordnung fehlt der Distanzring 72 (Fig. 3) sowie das Rohr 16 (Fig. 1 und 6 bis 9) zum Geraderichten und Zuführen des Luftstroms. Der Zündfunke tritt zwischen der Zerstäuberdüse 1 und dem Luftverwirbler 8 auf, wodurch die beiden Zündelektroden 26 und 28 gemäß Fig. 2 weggelassen werden können.

609882/0782

In den Figuren 12 bis 14 besteht das Verbindungsrohr 58 aus einem dielektrischen Material (Deralin, Cadillac Products, Toronto) und ist mit dem ö1zufuhrungsrohr 4 über ein Kupferrohr 11o und ein Rohr 1o2 (Fig. 12) mit einer Schraubkupplung aus einem dielektrischen Material verbunden, welches dem Material entspricht, aus dem das angeschlossene Rohr besteht. Das Kupferrohr 1oo hat eine Kabelverbindungsbüchse 1o4, welche es mit einem elektrischen Leiter 1o6 von dem Zündtransformator 48 elektrisch verbindet. Die Kupferbüchse 1oo hat einen Polbolzen 1o8 (Fig. 14), der elektrisch mit dem kuppeiförmigen Sprühende 54 durch einen gewickelten elektrischen Leiter 1o4 verbunden ist. Das kuppeiförmige Sprühende 54 besteht aus einem elektrisch leitenden Metall.

Das zylindrische Gehäuse 66 besteht aus einem elektrisch leitenden Metall und ist am Umfang der Schaufeln 12 durch eine elektrisch leitende Verbindung, beispielsweise durch eine Hartlötverbindung, befestigt. Die Schaufeln 22 des Luftvorverwirblers 22 sitzen im Gleitsitz in dem zylindrischen Gehäuse 66 und sind in einem Endabschnitt davon aufgenommen. Sie bilden einen Luftauslaß aus dem Feuerungsrohr 3o. Das zylindrische Gehäuse 66 ist mit einem elektrischen Leiter 112 (Fig. 12) verbunden, der vom Zündtransformator 48 kommt und bei dieser Ausführungsform kein Außengewinde aufweist.

Das zylindrische Gehäuse 66 sitzt in dem Feuerungsrohr durch zwei Halteringe 114 und 116 aus dielektrischem Material (Transite, Johns Manville Ltd.).

Am hinteren Ende eines Rohres 12o mit offenen Enden ist eine Flammenfühlvorrichtung 118 angebracht, beispielsweise eine bekannte Cadmiumsulfide-Zelle. Das Rohr 12o ist in den Halteringen 114 und 116 angebracht. Die Flammenfühlvorrichtung 118 ist über elektrische Kabel 122 und

609882/0782

angeschlossen, die sich durch eine Dichtung 126 zu einer nicht gezeigten herkömmlichen Ofensteuereinheit erstrecken, um die elektrische Energie für das gesamte Brennersystem dann abzuschalten, wenn festgestellt wird, daß die Flamme erloschen ist.

Die Brenneranordnung gemäß der Figuren 12 bis 14 wirkt genauso wie die Ausführungsform der Figuren 1 bis 11, mit der Ausnahme, daß die Luft direkt längs des Feuerungsrohres 3o vom Luftgebläse 38 zum Luftvorverwirbler 2o strömt und daß der Zündfunke durch eine elektrische Entladung zwischen dem kuppeiförmigen Sprühende 54 der Zerstäuberdüse 1 und dem ringförmigen Vorsprung 6o des Luftverwirblers 8 erzeugt wird.

Bei weiteren Ausführungsformen entfällt das gewickelte elektrische Kabel 1o gemäß Fig. 12 und 14. Das Verbindungsrohr 58 besteht aus einem elektrisch leitenden Material. Der Luftvorverwirbler 2o ist gegenüber dem Verbindungsrohr 58 mittels einer Büchse aus elektrisch isolierendem Material elektrisch isoliert, das den Luftvorverwirbler 2o von dem Verbindungsrohr 58 trennt.

609882/0782

Claims

PATENTANSPRÜCHE

a) eine Zerstäuberdüse (1) zum Sprühen von öltröpfchen im wesentlichen in Form eines symmetrischen Hohlkonus (2) mit einem eingeschlossenen Winkel (Θ) am Außenrand des ölsprühnebels, wenn das öl in ruhende Luft versprüht wird, im Bereich von 6o° bis 8o°,

b) durch ein ölzuführungsrohr (4) , welches mit einem öleinlaßende (6) der Zerstäuberdüse (1) verbunden ist und dessen Längsachse sich längs der Symmetrieachse (XX) des Hohlkonus (2) aus öltröpfchen erstreckt ,

c) durch einen um die Zerstäuberdüse (1) herum angeordneten Luftverwirbler (8), der sich hinter dem Sprühende (1o) erstreckt und eine Vielzahl von gleichen Schaufeln (12) aufweist, die im Abstand um die Zerstäuberdüse (1) herum angeordnet sind

und einen Steigungswinkel im Bereich von 5o° bis zur Symmetrieachse (XX) des Hohlkonus (2) aus öltröpfchen haben, wobei die Ränder (14) der Schaufeln (12) angrenzend an das Sprühende (1o) der Zerstäuberdüse (1) in die Richtung des Hohlkonus (2) aus öltröpfchen bei einem Winkel im Bereich von 2o° bis 55 zur Symmetrieachse (XX) des Hohlkonus (2) aus öltröpfchen geneigt sind,

d) durch ein Luftzuführungsrohr (3o) zum Zuführen von Luft zu dem Luftverwirbler (8), das sich hinter dem Luftverwirbler und koaxial zu dem ölzuführungsrohr (4) erstreckt, wobei das Luftzuführungsrohr (3o) einen Luftraum (18) um das ölzuführungsrohr (4) herum einschließt, und

609882/0782

e) durch einen Luftvorverwirbler ^2o) an dem 81-zuführungsrohr (4), der im Abstand von dem Luftverwirbler (8) angeordnet ist und eine Vielzahl von Schaufeln (22) aufweist, die den gleichen Steigungswinkel und die gleiche Steigungsrichtung wei die Schaufeln (12) des Luftverwirblers (8) haben und sich quer über einen Luftauslaß (24) vom Luftraum (18) in dem Luftzuführungsrohr (3o) erstrecken, wodurch in Betrieb

f) ein im wesentlichen gleichförmig verteilter Luftstrom für eine öltröpfchen verbrennende Flamme,

g) ein im wesentlichen stabiler Umwälzwirbel in der Flamme und

h) ein Bereich eines Gemisches aus schnellen öltröpfchen und Luft erzeugt wird.
2. ölbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Luftzuführungsrohr ein Feuerungsrohr (3o) ist, das in dem Feuerungsrohr C3o) ein Rohr (16) zum Geraderichten und Zuführen eines Luftstroms angeordnet ist, daß in Längsrichtung außen an gegenüberliegenden Seiten mit Rippen (76, 78) versehen ist und ein Auslaßende zu dem Luftvorverwirbler (2o) aufweist, daß das Feuerungsrohr (3o) die Zerstäuberdüse (1), den Luftverwirbler (8), den Luftvorverwirbler (2o) und das Rohr (16) zum Geraderichten und Zuführen des Luftstroms umschließt, wobei die sich in Längsrichtung erstreckenden Rippen an dem Rohr (16) zum Geraderichten und Zuführen des Luftstroms sich zum Feuerungsrohr (3o) erstrecken, durch eine Leitplatte (88), die in Richtung des Luftstroms geneigt ist und die Hälfte des hinteren Endes des Rohres (16) zum

609882/0782

Geraderichten und Zuführen des Luftstroms und die gegenüberliegende Seite des Feuerungsrohres (3o) abdichtet, wobei ein Lufteinlaß zu dem Rohr (16) zum Geraderichten und Zuführen des Luftstroms vorgesehen ist, und daß eine Stirnplatte (32) den Luftverwirbler (8) am vorderen Ende des Peuerungsrohres (3o) abdichtet.
3. ölbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η zeichnet , daß der Luftvorverwirbler (2o) die gleiche Anzahl von Schaufeln (22) wie der Luftverwirbler (8) hat.
4. ölbrenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Schaufeln (22) des Luftverwirblers (2o) im Abstand von Hälften der ümfangsteilung der Schaufeln (12) des Luftverwirblers (8) angeordnet sind.
5. ölbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäuberdüse (1) ein elektrisch leitendes kuppeiförmiges Sprühende (54) aufweist, der Luftverwirbler C8) von dem kuppeiförmigen Sprühende (54) elektrisch isoliert ist und Einrichtungen vorgesehen sind, um eine elektrische Entladung in Form eines Zündfunkens zwischen dem Luftverwirbler (8) und dem kuppeiförmigen Sprühende (54) zu erzeugen.
6. ölbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Flammendetektor (118) in dem Luftzuführungsrohr (12o) zum Feststellen, ob die die öltröpfchen verbrennende Flamme erloschen ist.

609882/0782