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Ölbrenner
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Die Erfindung betrifft einen ölbrenner mit einem Brennerkopf, in dem
eine Zerstäuberdüse für das zu verbrennende öl und eine diese zentrisch umgebende
Ringschlitzdüse angeordnet ist, der die Verbrennungsluft unter Druck zugeführt wird.
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Es sind ölbrenner der unterschiedlichsten, beispielsweise auch der
vorstehend genannten Bauart, bekannt.
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Diesen bekannten ölbrenner wird die zur Verbrennung erforderliche
Luft von einem im Brennergehäuse integrierten Ventilator zugeführt. Hierbei wird
aber keine Uber den gesamten Querschnitt im Brennerkopf gleichmäßige Strömung mit
gleichmäßigem Druck erreicht. hierdurch ist wiederum bedingt, daß die Anströmung
der Verbrennungsluft an den Brennstoffnebel nicht gleichmäßig ist, so daß Zonen
mit Sauerstoffüberschuß sowie Zonen mit Sauerstoffmangel entstehen, wodurch der
Rußanteil in den Rauchgasen erhöht wird.
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Wenn der Ventilator nun so eingestellt wird, daß die Gesamtluftmenge
erhöht wird, um die. schlechter mit Sauerstoff versorgten Zonen anzureichern, so
ist es nicht zu
verhindern, daß die an sich ausreichend versorgten
Zonen nunmehr einen Überschuß erhalten, wodurch der Anteil an C02 in den Rauchgasen
sinkt und gleichzeitig die Abgastemperatur ansteigt. Dieses bedeutet einen verhältnismäßig
starken thermischen Verlust.
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Weiterhin wird die Verbrennungsluft dem Brennstoffnebel, der aus der
Zerstäuberdüse austritt, mit verhältnismäßig niedriger Temperatur, hoher Geschwindigkeit
und unterschiedlicher Dichte, zugeführt. hierdurch entstehen Schock-Crakprozesse
mit entsprechenden Emissionen. Um diesen nachteiligen Erscheinungen entgegenzuwirken
und gleichzeitig eine Stabilisierung der Verbrennungsluft zu erreichen, baut man
sogenannte Stauscheiben in den Luftstrom ein. Diese Stauscheiben sind ständig unterkühlt
und führen zur Verussung.
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Bei den bekannten Ölbrennern sind zur Regulierung der Luftmenge einstellbare
Luftklappen vorgesehen. Diese sind entweder im Ansaugteil vor dem Ventilator oder
hinter diesem angeordnet. Bei den meisten bekannten Heizkesseln ist ein hoher Feuerraumwiderstand
vorhanden, so daß diese Luftklappen weit geöffnet sein müssen. Wenn nun im mittleren
und kleineren Leistungsbereich die Luftklappen weiter geschlossen werden, fällt
der statische Druck hinter dem Ventilator ab. Als Folge wird der Anfahrwiderstand
im Kessel schlechter oder nicht mehr über wunden, eine Verußung der Düse, der Stauscheibe
und der Zündelektroden ist nicht zu verhindern. Weiter wird die Verbrennung mit
allen nachteiligen Begleiterscheinungen verschlechtert.
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Bei einigen bekannten blbrennern hat man daher die Luftregulierungsklappe
nicht vor sondern hinter dem Ventilator angeordnet. Hierdurch bleibt der statische
Druck zwar etwas konstanter, die ungleichmäßige Druckverteilung in dem Raum vor
dem Eintritt in den Brennerkopf wird aber dadurch verstärkt. Es gibt auch Bauarten,
bie denen die beiden Klappenanordnungen vorgesehen sind. Auch hierdurch
wird
das geschilderte Problem der Druckverteilung nicht gelöst. Es werden lediglich größere
Anforderungen an den Monteur beim Einstellen der beiden Reguliereinrichtungen gestellt.
Es ist auch vorgeschlagen worden, zu einem sicheren Start (Zünden) eine Luftklappe
kurzfristig zu schließen oder die Drehzahl des Ventilators zu vermindern.
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Durch diese Maßnahme konnten die Schwierigkeiten nicht überwunden
werden. Die gesamte Vorrichtung wurde aufwendiger und damit teuerer.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Ölbrenner der
eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die vorstehend im einzelnen geschilderten
Nachteile vermieden werden.
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Diese Aufgabe wird grundsätzlich dadurch gelöst, daß in der Außenwand
des Brennerkopfes zwei zentrisch zueinander liegende, von dem Feuerraum getrennte
Ringräume ausgebildet sind, die an dem am weitesten in den Feuerraum hineinragenden,
vorderen Ende miteinander verbunden sind, wobei dem außen liegenden Ringraum die
Verbrennungsluft unter Druck zugeführt und nach Umlenken an dem vorderen Ende durch
den innen liegenden Ringraum in einen Gleichrichtraum zwischen einem Sperrkörper
und dem die Ringschlitzdüse tragenden Körper strömt, und von dort in die Ringschlitzdüse
eintritt.
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In vorteilhafter Weise ist eine zweite Ringschlitzdüse vorgesehen,
die die erste Ringschlitzdüse zentrisch umgibt, und der die Verbrennungsluft unter
Druck ebenfalls über den Gleichrichtraum zugeführt wird.
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Bei dem ölbrenner nach der Erfindung sind Luftregulierungsklappen
am oder im Brennergehäuse nicht erforderlich. Die Zündung und Verbrennung erfolgt
mit- voller Ventilatorleistung. Eine Stauscheibe zur Stabilisierung der Flamme ist
nicht mehr nötig.
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Weiterhin erfolgt ein absolutes Gleichrichten des Verbrennungsluftstromes
vor dem Zusammentreffen mit dem Ölnebel.
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Die Verbrennungsluft wird stufenweise beschleunigt. Die in den Feuerraum
hereinragenden Bauteile werden gekühlt.
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Im einzelnen werden die Vorteile des Ölbrenners nach der Erfindung
durch die weiter unten folgende Funktionsbeschreibung deutlich.
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Es ist in vorteilhafter Weise auch möglich, den die Ringschlitzdüsen
tragenden Körper zweiteilig auszubilden, so daß der innere Teil axial zu Verstellung
der Düsenöffnung verschiebbar ist. Hierdurch ist eine entsprechende Anpassung möglich.
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Schließlich ist es zur weiteren Beeinflussung des Verbrennungsvorganges
möglich, innen in dem vorderen Ende des Brennerkopfes ein den Strömungsquerschnitt
verringernden Nachmischkörper vorzusehen. Hierdurch wird eine weitere Beschleunigung
bedingt.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden
unter Hinweis auf die Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
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Der in der einzigen Figur dargestellte Ölbrenner besteht aus einem
Brennerkopf 1, der so weit wie durch die gestrichelte Linie 18 angedeutet, in den
Feuerraum hineinragt.
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Die Verbrennungsluft wird dem Raum 2 unter Druck durch einen Ventilator
zugeführt. Das bl wird in bekannter Weise durch die Leitung 3 zu einer Zerstäuberdüse
13 gepumpt. Am Ende des Raumes 2 ist im Bereich der Zerstäuberdüse 13 ein Sperrkörper
4 vorgesehen, der ein nach vorne in den Feuerraum hineinragendes, vorne offenes,
Rohr 5 trägt. Durch diesen Sperrkörper wird zusammen mit dem Rohr 5 und der entsprechenden
Außenwand des Brennerkopfes 1, ein Ringraum 6 gebildet. An dem vorderenUEnde 7 eeht
dieser Ringraum unter
Umlenkung um 360° in einen entsprechenden
innen liegenden Ringraum 8 über, der durch ein Rohr geringeren Durchmessers gebildet
wird.
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Unmittelbar im Bereich der Zerstäuberdüse 13 befindet sich der die
Ringschlitzdüsen lo und 11 tragende Körper 12,17, der im Abstand zu dem Sperrkörper
4 angeordnet ist und so einen Gleichrichtraum 9 bildet.
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Innen am vorderen Ende ist ein Nachmischkörper 16 vorgesehen.
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Das innere Teil 12 des die Ringschlitzdüsen tragenden Körpers ist
axial verschiebbar, um die Düsenöffnung der Ringschlitzdüse 11 zu verstellen. Die
axiale Verschiebbarkeit ist durch Doppelpfeile angedeutet. Eine Madenschraube 15
dient der Arretierung dieses inneren Teils 12.
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Die mit verhältnismäßig unregelmäßigem, ungleichem Druck in den Raum
2 eintretende Verbrennungsluft wird im folgenden gleichgerichtet und so beeinflußt,
wie es zu einer möglichst vollständigen Verbrennung erwünscht ist. Durch den Sperrkörper
4 wird der Luftstrom in eine Strömung in dem äußeren Ringraum 6 gezwungen. Hier
erfolgt bereits eine Gleichrichtung. Gleichzeitig entzieht die strömende Luft der
äußeren Wand des Brennerkopfes Wärme, wodurch die Luft erwärmt wird.
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Die damit verbundene Volumenvergrößerung wird in kinetische Energie
umgesetzt. Eine kontinuierliche Geschwindigkeitserhöhung findet nunmehr statt. Als
Nebeneffekt wird die äußere Wand gekühlt. Die Verbrennungsluft strömt bis zu dem
vorderen Ende 7. An dieser Stelle erfolgt eine Umlenkung um 3600. Der bei dieser
Umlenkung auftretende Verlust an kinetischer Energie wird im folgenden nicht nur
mitgemacht, sondern beträchtlich verstärkt, da die Temperatur der Innenwand des
Brennerkopfes ständig starkt zunimmt. Die hohe Temperatur in diesem innen liegenden
Ringraum 8 wird an die strömende Verbrennungsluft abgegeben. Diese erhitzt sich
stark und trittpter ,VlynetversrößerunF; mit entsprechender
Geschwindigkeitszunahme
in den Gleichrichtraum 9 ein. Das Volumen des Gleichrichtraumes 9 ist entsprechend
kleiner als der maßgebliche Querschnitt des Ringraumes 8.
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Die Verbrennungsluft strömt nun mit entsprechend hoher Geschwindigkeit
und gleichgerichtet durch die beiden konisch zulaufenden und dadurch eine weitere
Geschwindigkeitszunahme bedingenden Ringschlitzdüsen lo und 11. Die innere Ringschlitzdüse
11 erzeugt einen geschlossenen Luftstrom für den blnebel in axialer Richtung. Da
der ölnebel nur eine verhältnismäßig geringe Geschwindigkeit aufweist, also praktisch
energielos ist, wird derselbe in den Unterdruck der um ihn herum schnell strömenden
Verbrennungsluft gerissen. Die ölteilchen werden durch diesen Vorgang aufgespalten.
Es beginnt eine Verdampfung, die sich stetig fortsetzt, wobei das bei der Verdampfung
entstehende Gas mit dem Luftsauerstoff unter starker Wärmeentwicklung oxidiert.
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Durch diese Wärmeentwicklung wird nunmehr der Verbrennungsprozeß kontinuierlich
in Gang gehalten. Dieser Prozeß, besonders in der Startphase, wird erheblich unterstützt
durch den Einsatz der Heißluft anstelle von Kaltluft.
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Der Verbrennungsvorgang läuft einwandfrei ohne Einsatz sogenannter
Stauscheiben. Durch die zweite außen liegende Ringschlitzdüse 10 wird ein umhüllender
Luftstrom erzeugt.
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Dieser Luftstrom wird dann wirksam, wenn der Sauerstoffanteil durch
den Luftstrom der inneren Ringschlitzdüse zu gering ist. Außerdem kühlt dieser Luftstrom
die Innenwand des Brennerkopfes. Die Strömung und Mischung wird durch den Nachmischkörper
16 unterstützt. Durch entsprechende Gestaltung des Nachmischkörpers kann die Geschwindigkeit
der Luft so beeinflußt werden, wie es für eine optimale Verbrennung wünschenswert
ist.
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Bei einem praktisch erprobten Ölbrenner nach der Erfindung konnte
der öldruck der Pumpe auf eine Leistung von 16 atü eingestellt werden. Die Ringschlitzdüsen
wurden so dimensioniert, daß dabei eine saubere optimale Verbrennung mit einem C02-Anteil
von 15 % erreicht wurde. Die Leistung des ölbrenners war aufveinfache Weise veränderbar
und zwar
in dem für eine niedrigere Leistung nur der Pumpendruck
herabgesetzt wurde. Es war möglich, den Pumpendruck bis auf ca. 3 bis 4 atü herabzusetzen,
ohne daß die Qualität der Verbrennung beeinträchtigt wurde. Die Leistungsregulierung
erfolgte allein durch die Veränderung der oldurchsatzmenge und zwar mit Drücken
zwischen 3 und 16 atü.
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Bei größeren Brennerleistungen wird man allein mit der VerAnderung
des öldruckes nicht auskommen. Es ist dann erforderlich, den Querschnitt der inneren
Ringdüse zu verstellen.
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Hierzu ist das innere Teil 12 axial verschiebbar gestaltet.
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Wenn der Querschnitt vergrößert werden soll, wird das innere Teil
12 axial herausgezogen, wodurch eine Querschnittsvergrößerung der Ringschlitzdüse
11 erreicht wird.