DE2821207C2

DE2821207C2 - Zerstäubungsbrenner für Ölfeuerungsanlagen

Info

Publication number: DE2821207C2
Application number: DE19782821207
Authority: DE
Inventors: Niels Lervad Dipl.-Ing. Nordborg Andersen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1978-05-13
Filing date: 1978-05-13
Publication date: 1983-07-07
Also published as: AT388434B; SE445948B; GB2020795B; DK149397B; ATA287379A; FR2425612B1; DE2821207A1; SE7904168L; DK149397C; GB2020795A; FR2425612A1; DK190579A; JPS54149941A

Description

werden kann. Hierbei stört such nicht die unmittelbare Nähe der Düse, die sich bei Betrieb stark erwärmt, weil das PTC-Material solche Temperaturen ohne weiteres aushält und bei zu starker Erwärmung die Eigenerwärmung durch Widerstandserhöhung begrenzt Die Verwendung von mehr als einem Kanal für den öldurchgang stellt sicher, daß das öl, das an sich ein schlechter Wärmeleiter ist, über eine verhältnismäßig kurze Kanallänpe ausreichend beheizt werden kann. Da der PTC-Widerstandskörper höchstens einen geringen Abstand von der Düse hat und einen Teil des Querschnitts des Brennstoffrohres ausfüllt, ist das von ihm erwärmte ölvolumen klein; beim Vorheizen wird daher aufgrund der thermischen Ausdehnung kein öl aus der Düse herausgedrückt, es tritt also kein »Sabbern« auf. Da keine Heizvorrichtung mit Wärmespeicher verwendet wird, sondern ein PTC-Widerstandskörper, dessen Halbleitermaterial eine sehr geringe Wärmespeichereigenschaft hat, besteht auch keine Gefahr, daß nach Abschalten der Pumpe und des Gebläses öl infolge nachträglicher Erwärmung sich ausdehnt und aus der Düse »nachtropft«.

Anspruch 2 ergibt eine Nähe zur Düse, die nicht mehr zu unterbieten ist Auch wenn der Hohlraum am hinteren Ende eines Düsenkörpers nur einen Durchmesser in der Größenordnung von 10 mm hat, reicht er zur Aufnahme eines eine ausreichende Heizleistung zuführenden PTC-Widerstandskörpers aus.

Die Ansprüche 3 und 4 beschreiben ein Heizelement mit einer, bezogen auf sein Volumen, sehr großen Oberfläche und entsprechend guten Wärmeübergang.

Gemäß Anspruch 5 kann der PTC-Widerstandskörper die Funktion eines Filters wenigstens teilweise übernehmen.

Anspruch 6 erlaubt einen einfachen Aufbau, weil nur ein elektrischer Anschluß am PTC-Widerstandskörper vorzunehmen ist In der Regel genügt es, den PTC-Widerstandskörper reibungsschlüssig, z. B. im Hohlraum der Düse, zu halten, wodurch gleichzeitig die elektrische Kontaktierung gegeben ist Außerdem kann bei dieser Anordnung Brennstoffrohr und Düsenkörper auf Massepotential gehalten werden.

Anspruch 7 gibt eine besonders einfache Kombination von Filter und elektrischer Kontaktierung an.

Anspruch 8 erlaubt es, die Verbrennung durch Regelung der Leistungszufuhr optimal zu gestalten. Denn durch Verminderung der Leistungszufuhr kann die Temperatur des Öls herabgesetzt und dadurch die Viskosität den für eine optimale Verbrennung erforderlichen Voraussetzungen angepaßt werden. so

Da das öl unmittelbar vor der Zerstäubung stark beheizt wird, ergibt sich eine außerordentlich geringe Viskosität Im Extremfall kann die Beheizung bis kurz unter die Verkokungstemperatur erfolgen. Infolgedessen ist es bei Leichtöl-Feuerungsanlagen möglich, die Ölpumpe auf einen Druck von weniger als 5 bar, vorzugsweise weniger als 2 bis 3 bar, auszulegen und auf diese Weise bisher unerreicht niedrige Öldurchsätze rußfrei zu verbrennen.

Für derartig niedrige Drücke genügt auch eine elektromagnetisch betätigte Membranpumpe als Ölpumpe. Diese ist im Vergleich zu einer Zahnradpumpe sehr billig und benötigt vor allen Dingen keine Verbindung mehr mit dem jetzt nur noch für das Gebläse erforderlichen Elektromotor. Dies führt zu einer Verringerung der Antriebsleistung der Pumpe und zu einer größeren Freizügigkeit bei der konstruktiven Gestaltung des Brenners.

Ansprüche 9 und 10 gewährleisten eine Aufheizzeit, die sicherstellt, daß bereits das zuerst aus der Düse austretende öl ausreichend beheizt und das Risiko einer Rußbildung herabgesetzt ist Die Länge der Aufheizzeit ist nicht kritisch, da sich der PTC-Widerstandskörper automatisch in der Temperatur begrenzt

Anspruch Il ermöglicht einerseits eine optimale Beheizung und verhindert andererseits eine Störung durch Verkokung.

Anspruch 12 erlaubt die Verwertung der unumgänglichen Verluste bei einer SiC-GJühstab-Zündvorrichtung zur ölbeheizung.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter, bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung der der Ölzufuhr entsprechenden Teile eines erfindungsgemäßen Zerstäubungsbrenners,

Fi g. 2 in vergrößerter Darstellung den Bereich nahe der Düse,

Fig.3 eine andere Ausführungsfonr, eines PTC-Widerstandskörpers mit zugehörigen Elektroden und

F i g. 4 den Verlauf der Temperatur des PTC-Widerstandskörpers nach dem Einschalten.

Gemäß F i g. 1 ist eine elektromagnetische Ölpumpe 1 vorgesenen, die einen mit Impulsen gespeisten Elektromagneten 2 aufweist dessen Anker 3 eine Membran 4 auf und ab bewegt und dabei den Pumpenraum 5 abwechselnd vergrößert und verkleinert Infolgedessen wird Öl aus einem Tank 6 über ein Saugventil 7 angesaugt und über ein Druckventil 8 in eine Druckleitung 9 abgegeben. An diese ist ein Speicher 10 angeschlossen, mit dessen Hilfe der Pumpenförderdruck vergleichmäßigt wird. Beispielsweise weist der Speicher 10 eine elastische Wand auf, die unter einem Gasdruck steht oder durch eine Feder belastet ist Die Druckleitung führt zu einem Druckregel- und Abschneideventil 11, von dem überschüssiges Öl über eine Rücklaufleitung 12 in den Tank 6 fließt und von dem das Nutöl über eine Leitung 13 zur Düse gelangt Das Endstück der Leitung 13 bildet ein Brennstoffrohr 15, in welchem sich ein PTC-Widerstandskörper 16 als Heizelement kurz vor der Düse 14 befindet Durch dieses Heizelement wird das Öl, unmittelbar bevor es in Form eines Sprühkegels 17 aus der Düse 14 austritt, stark aufgeheizt

Die Leistungszufuhr erfolgt über einen Regler 18, der über die Klemmen 19 an Netzspannung liegt, zur Feststellung einer die Verbrennung kennzeichnenden Größe mit einer O₂-Sonde 20 verbunden ist und außerdem den Elektromagneten 2 der Membranpumpe 1 zu steuern vermag. Durch Änderung der Leistungszufuhr zum PTC-Widerstandskörper 16 kann die Temperatur und damit die Viskosität des Öls geändert werden, durch Änderung der Leistung bzw. der Frequenz der dem Elektromagneten 2 zugeführten Impulse kann der von der ölpumpe 1 erzeugte Druck im Sinne einer optimalen Verbrennung geändert werden (wobei allerdings die Dr^ckregelfunktion des Ventils 11 entfallen müßte).

In Fig.2 ist der Düsenbereich in vergrößerter Darstellung veranschaulicht Die Düse 14 ist am vorderen Ende eines Düsenkörpers 21 vorgesehen, der hinten einen Hohlraum 22 aufweist. In diesen Hohlraum ist der die Form eines Zylinders aufweisende PTC-Widerstandskörper 16 reibungsschlüssig eingesetzt. Dieser Körper besteht aus einem porösen, keramischen

Material, bei dem die Poren untereinander

sind und daher Durchgangskanäle ergeben, die einen solchen Kleinstquerschnitt haben, daß der Körper 16 gleichzeitig als Filter dienen kann. Der PTC-Widetstandskörper 16 ist an der der Düse abgewandten Stirnseite mit einer Elektrode 23 versehen, die Ober eine Leitung 24, welche eine Durchführung 25 im Brennstoffrohr 15 durchsetzt, mit der einen Netzklemme 19 verbunden ist. Die andere Seite des Körpers 16 ist durch den Reibungsschluß elektrisch mit dem Düsenkörper 21 und dieser mit dem Brennstoffrohr 15 verbunden. Die an to diesem Brennstoffrohr angeschlossene Rückleitung 26 steht über eine Zündvorrichtung 27 in der Form eines Siliziumkarbid-Glühstabes 28 mit der anderen Netzklemme 19 in Verbindung. Siliziumkarbid hat eine NTC-Widerstandskennlinie und benötigt daher einen den Betrieb stabilisierenden Vorwiderstand, der hier durch den PTC-Widerstandskörper 16 gebildet wird. Die normalerweise in einem solchen Vorwiderstand Suftrctende" Verluste werden zur Reheizunff des Öls ausgenutzt. Die Widerstandswerte werden so gewählt, daß der SiC-Glühstab 28 im Normalbetrieb glüht und der PTC-Widerstandskörper 16 das öl ausreichend beheizt.

Bei der Ausführungsform nach Fig.3 hat der PTC-Widerstandskörper 29 eine Vielzahl von parallelen Durchgangskanälen 30, die zueinander und zur Düsenachse parallel sind. Wiederum ist eine Elektrode 31 an der einen Stirnseite vorgesehen. Die andere Elektrode wird durch eine Filterscheibe 32 aus metallisierten Drähten verwendet, die zwischen der anderen Stirnseite des PTC-Widerstandskörpers und die Grundfläche des Hohlraums 22 festgeklemmt wird.

F i g. 4 zeigt die Temperatur Tdes PTC-Widerstandskörpers 16 über der Zeit t Wenn der PTC-Widerstandskörper 16 zum Zeitpunkt to an Spannung gelegt wird, beispielsweise gleichzeitig mit dem Gebläsemotor, wächst die Temperatur des PTC-Widerstandskörpers 16 bis zu einem Grenzwert Tc an, der kurz unterhalb der Verkokungstemperatur T_K liegt. Wenn im Zeitpunkt /1 die Ölzufuhr durch Öffnen des Abschneideventils 11 beginnt, ist das den PTC-Widerstandskörper 16 umgebende öl stark aufgeheizt und wird mit entsprechend geringer Kapazität und Viskosität versprüht, wodurch die Rußgefahr herabgesetzt wird. Unmittelbar danach sinkt die Temperatur f infolge der Wärmeabfuhr etwas, bleibt dann aber auf einem konstanten Wert

Ein weiterer Vorteil dieser PTC-Widerstandskörper liegt darin, daß derselbe Körper für Düsen verschiedener Durchsatzmengen angewendet werden kann, weil bei einer Verminderung der Wärmeabfuhr durch kleinere Durchsatzmengen infolge Temperaturerhöhung eine Widerstandserhöhung auftritt, welche die zugeführte Leistung selbsttätig herabsetzt.

Bei einem Ausführungsbeispiel ist eine Membranpumpe 1 mit einem Druck von weniger als 2 bar betrieben worden. Es wurde eine kleine Düse verwendet, welche normalerweise für einen Durchsatz von 1,25 kg/h bestimmt ist. Hier konnte durch die Erhitzung und durch die Druckabsenkung eine rußfreie Flamme bei einem Durchsatz von 0,47 kg/h erzielt werden. Eine derart geringe Brennerleistung war bisher bei den Zerstäiibungsölbrennern nicht zu erreichen. Bei größeren Düse·: ergeben sich entsprechende Reduktionen.

Der Regler 18 kann auch noch die Funktion einer Zeitsteuerungsvorrichtung übernehmen und den PTC-Widerstandskörper 16 an Spannung legen, bevor die Pumpe 1 eingeschaltet wird, damit bereits eine Aufheizung erfolgt ist, wenn das erste öl den PTC-Widerstandskörper erreicht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

I Zerstäubungsbrenner für ÖJfeuerungsanJagen, mit einer ölpumpe, einem Gebläse, einem elektrischen Antriebsmotor, einer am Ende eines Brennstoffrohres angeordneten Düse und einer dem Brennstoffrohr zugeordneten elektrischen Heizvorrichtung für das zuzuführende Öl, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung durch einen mit Kanälen für den öldurchgang versehenen PTC-Widerstandskörper (16) gebildet ist, der innerhalb des Brennstoffrohres (15) kurz vor der Düse (14) angeordnet ist
2. Zerstäubungsbrenner, bei dem die Düse mit nach hinten offenem Hohlraum ausgebildet ist, nach is Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der PTC-Widerstandskörper (16) wenigstens zum Teil in dem Hohlraum (22) angeordnet ist
3. Zerstäubungsbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der PTC-Widerstandskörper (29) zueinander und zur Düsenachse parallele Kanäle (30) aufweist
4. Zerstäubungsbrenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Kanäle (30) etwa sechseckig ist
5. Zerstäubungsbrenner nacb Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle einen Kleinstquerschnitt in der Größe von Riteröffnungen haben, so daß der PTC-Widerstandskörper (16) die Funktion eines Filters wenigstens teilweise übernimmt
6. Zerstäubungsbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß lediglich die eine elektrische Zuleitung £24) an dem PTC-Widerstandskörper (16) angescnlossen, die andere dagegen mit dem Brennstoffrohr (15) oder der Düse (14) verbunden ist
7. Zerstäubungsbrenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (14) ein metallisiertes, scheibenförmiges Filter (32) aufweist, an den der PTC-Widerstandskörper unter elektrischer Kontaktierung gehalten ist
8. Zerstäubungsbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der PTC-Widerstandskörper (16) an einen Regler (18) angeschlossen ist, der in Abhängigkeit von einer die Verbrennung kennzeichnenden Größe, wie Flammentemperatur oder OrGehalt im Rauchgas, die Leistungszufuhr regelt
9. Zerstäubungsbrenner nach einem der Ansprüehe 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Zeitsteuerungsvorrichtung, welche den PTC-Widerstandskörper (16) schon einige Zeit vor dem Beginn der ölförderung zur Düse (14) an Spannung legt
10. Zerstäubungsbrenner nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß beim Vorhandensein einer Vorspülung der PTC-Widerstandskörper (16) gleichzeitig mit dem Gebläse einschaltbar ist
11. Zerstäubungsbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das eo Material des PTC-Widerstandskörpers (16) so gewählt ist daß seine Grenztemperatur (T₀), auf die

er sich bei fehlender Kühlung durch das öl einstellt, etwas unterhalb der Verkokungstemperatur (T_K) liegt
12. Zerstäubungsbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der PTC-Widerstandskörper (16) mit einem der Zündung dienenden Silizjumkarbid-Glühstab (28) in Reihe geschaltet ist

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zerstäubungsbrenner für ölfeuerungsanlagen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1,

Bei einem bekannten Zerstäubungsbrenner dieser Art (DE-OS 24 22216) ist das Brennstoffrohr außen mit elektrischen Heizelementen, z. B. mit einem Heizwickel, versehen. Die Heizelemente sind insbesondere in einem Wärmespeicher eingebettet Die Heizelemente erstrekken sich über nahezu die gesamte Länge des Brennstoffrohres. Innerhalb des Brennstoffrohres ist kurz vor der Düse ein Absperrventil angeordnet das aus einem eingeschraubten Ventilsitz und einem Verschlußglied besteht Dieses ist über eine sich durch das Brennstoffrohr erstreckende Stange mit einem federbelasteten Kolben verbunden, so daß es sich bei Erreichen eines vorgegebenen Öldrucks öffnet Der Abstand der Heizelemente von der Düse ist größer als der Abstand des Absperrventils. Auf diese Weise sollen mittelschwere und schwere Heizöle, die eine bei Raumtemperatur zu große Viskosität haben, erwärmt werden, so daß sie nach Zerstäubung eine zufriedenstellende Flamme ergeben. Diese bekannte Konstruktion ist platzaufwendig und erfordert eine erhebliche Heizenergie.

Düsen für solche Zerstäubungsbrenner sind handelsüblich (Danfoss-Prospekt 30B3.0203 »Hochdrucköldüsen Typ OD« 10/1969). Sie bestehen aus einem in das Brennstoffrohr einzuschraubenden Düsenkörper mit in einen nach hinten offenem Hohlraum eingesetzten Filter.

Außerdem ist es bekannt (DE-AS 24 10 999), zur Vorheizung von öl für Ölheizungen in die ölzuleitung einen Durchlauferhitzer einzubauen, der ein Gehäuse mit einem gegenüber dem ZuleituE-ssquerschnitt erheblich größeren Querschnitt besitzt In dieses Gehäuse ist ein mehrere parallele Kanäle aufv/eisender PTC-Widerstandskörper eingebaut der als Heizelement betreibbar und von einer Isolation umgeben ist An der Gehäuseaußenseite ist ein Schalter und eine Steckbuchse für die elektrische Leistungszufuhr vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zerstäubungsbrenner der eingangs beschriebenen Art, insbesondere einen Leichtöl-Kleinstbrenner, anzugeben, bei dem eine optimale Ausnutzung der Vorwärm-Heizleistung bei kleinstem Platzbedarf gegeben ist

Diese Aufgabe wird durch das Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst

Bei dieser Konstruktion erfolgt die Beheizung des Öls unmittelbar vor der Zerstäubung, so daß die Temperatur und Viskosität, die das Öl beim Verlassen des PTC-Widerstandskörpers hat, auch tatsächlich bei der Zerstäubung noch vorhanden ist Da der PTC-Widerstandskörper vollständig in dem Brennstoffrohr bzw. in dem zu beheizenden ölstrom liegt ist die Wärmeabgabe an das öl gut und die Wärmeabgabe an die Umgebung gering. Des weiteren kann dem PTC-Widerstandskörper eine verhältnismäßig große Leistung zugeführt werden, da er immer dann, wenn diese Leistung nicht vom öl abgeführt wird, durch Temperaturerhöhung selbsttätig die Leistung begrenzt. All dies zusammen erlaubt es, den PTC-Widerstandskörper so klein zu gestalten, daß er in den begrenzten Abmessungen des Brennstoffrohres kurz vor der Düse untergebracht