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Brenneranordnung mit Mantelrohr
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Die Erfindung betrifft eine Brenneranordnung, bei der ein flüssiger
Brennstoff und Verbrennungsluft zusammengeführt werden in einer Misch- und Zerstäubungskammer
(MZK), die von einem vorzugsweise zylindrischen Mantel umschlossen ist, der eine
oder mehrere Öffnungen besitzt, durch die die Luft der MZK derart zuführbar ist,
daß ein Zyklon mit einem zentral liegenden Unterdruckbereich innerhalb der MZK gebildet
ist und die weiterhin eine im Unterdruckbereich angeordnete, die Stirnwand der MZK
durchsetzende Eintrittsöffnung für den Brennstoff besitzt, und mit einem der MZK
nachgeordneten, diese umfassenden Mantelrohr, das zur Ofenseite hin offen ist, nach
Patent (Patentanmeldung P 28 28 319.4).
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In der Stammanmeldung ist ein Brenner beschrieben, der keine Zerstäubungsdüse
für den Brennstoff besitzt.
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Vernebelung und Vergasung finden unter weitgehender Zerschlagung der
Brennstoffteilchen in einem begrenzbaren Volumen statt. Der Brenner der Stammanmeldung
bedient sich dazu eines Brennverfahrens, gemäß dem die Luft so geführt ist, daß
sie innerhalb der MZK einen Zyklon ausbildet, wobei der Brennstoff im Bereich der
Achse des Zyklons eingeleitet, vorzugsweise angesaugt
wird.
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Unter "Zyklon" wird hierbei eine Luftbewegung verstanden, die kreisförmig
ist, wobei aufgrund der Fliehkräfte eine geringfügige Luftverdichtung zum Rand der
Mischkammer hin erfolgt. Aufgrund dieser Luftführung ergibt sich ein Unterdruck
im Inneren des Zyklons, der dazu benutzt wird, den Brennstoff anzusaugen. Der Brenner
benötigt demnach grundsätzlich keine Brennstoffpumpe. Es ist lediglich erforderlich,
daß der Brennstoff im Bereich der Achse des Zyklons eingeleitet wird, da hier der
Unterdruck erfahrungsgemäß seinen Höchstwert erreicht. Der eingeführte Brennstoff
wird durch die Turbzlenzen innerhalb der Luftbewegung sofort zerrissen und in feinste
Teilchen aufgeteilt und - wie die Erfahrung zeigt - rußfrei verbrannt.
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Die Brenneranordnung zur Durchführung des genannten Verfahrens besitzt
eine Eintrittsöffnung, der die von einem Mantel umschlossene Misch- und Zerstäubungskammer
(MZK) nachgeordnet ist. Die Offnung bzw. die Öffnungen zur Zuführung der Verbrennungsluft
sind in den Mantel der MZK eingearbeitet und gestatten eine Luftführung, bei der
sich, wie bereits erwähnt, ein Zyklon innerhalb der MZK ausbildet. Im einzelnen
wird
auf die (nicht vorveröffentlichten) Unterlagen der Stammanmeldung
verwiesen, in der weitere Einzelheiten des Betriebes und Aufbaus der Brenner anordnung
gemäß Stammanmeldung erläutert sind.
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Bei dem Betrieb des genannten Brenners gemäß Stammanmeldung zeigt
sich das Phänomen, daß durch das Mantelrohr eine relativ große Wärmemenge an die
Umgebung der MZK übertragen wird. Offensichtlich aufgrund dieser Erwärmung kann
sich der Brennstoffstrom durch die Eintrittsöffnung sich nach längerem Betrieb verringern,
so daß die Leistung der Brenneranordnung sinkt. Auch der Sauerstoffgehalt kann sich
von anfangs beispielsweise 1 % auf 5 % verringern.
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Es stellt sich damit die Aufgabe, diese Erscheinung zu unterbinden
und eine Vergleichmäßigung des Brennstoffstroms auch bei längerem Betrieb der Brenner
anordnung sicherzustellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst, indem in das Mantelrohr der Brenneranordnung
Perforationen eingelassen werden, die den Wärmestrom vom freien Ende des Mantelrohres
zur Stirnwand des Brenners herabsetzen.
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Einzelheiten der Gestaltung der Perforationen, die vorzugsweise als
Schlitze ausgebildet sind, gehen aus den Unteransprüchen hervor und werden in der
Beschreibung der Figuren erläutert.
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Ein Ausführungsbeispiel der Verbesserungserfindung ist in der Zeichnung
dargestellt. Die Figuren zeigen: Figur 1 eine Ubersichtszeichnung, die weitgehend
der Figur 1 der Stammanmeldung efltspricht; Figur 2 eine Abwicklung des geschlitzten
Mantelrohres gemäß Figur 1.
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In der Figur 1 ist eine Ausführungsform einer Brenneranordnung dargestellt.
Der Brennstoff, üblicherweise Heizöl EL mit einer Viskosität von etwa 5 cSt bei
200C, wird von einem Vorratsbehälter 31 über eine Leitung 32 dem eigentlichen Brenner
zugeführt. Zwischen Vorratsbehälter und Brenner ist ein Schwimmerregler 33 eingebaut,
der für einen stets gleichen Druck zwischen Brenner-Brennstoff-Eintritt und Niveau
des Schwimmerreglers 33 sorgt. Damit ist für die Proportionalität zwischen Unterdruck
und Menge an Brennstoff in der Zeiteinheit gesorgt. Die Leitung 32 endet in einer
Bohrung 34, welche mit einer weiteren, verschließbaren Bohrung 30 in Verbindung
steht. Die Verschlußbohrung 30 kann mit Hilfe einer steuerbaren Ventilnadel 60 geöffnet
und
verschlossen werden. Die weiteren Einzelheiten des Verschlußmechanismus
sind in der Stammanmeldung in allen Einzelheiten dargestellt und brauchen hier nicht
näher erörtert zu werden.
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Der flüssige Brennstoff tritt aus der Eintrittsöffnung 30 in eine
Misch- und Zerstäubungskammer 43 ein, die von einem zylindrischen Mantel umgeben
ist, in den in Achsenrichtung hintereinander liegend zwei Kränze von Lufteinlaßbohrungen
44, 44' enden. Diese Bohrungen sind von der Austrittsöffnung der Bohrung 30 vorzugsweise
etwa 5 und 8 mm entfernt, gemessen von einer Projektion des Zentrums der Bohrungen
44, 44' auf die Achse der Kammer 43.
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Wesentlich ist, daß die Bohrungen 44, 44' so liegen, daß die Luft
wenigstens einer der Kränze bei Eintritt in die Mischkammer in einem Winkel von
10 - 600 in Abweichung von der Normalen-Richtung geführt ist. Die Luft wird demnach
tangential an der Peripherie eines innerhalb der Mischkammer 43 gedachten Kreises
geblasen.
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Die Luft gelangt an die Düsen 44, 44' über einen ringförmigen Kanalraum
36, der um die Achse der MZK herum angeordnet ist und über eine Luftleitung 37 über
einen Ventilator 40 mit Luft beschickt wird.
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Eine Stirnwand 51 bildet den Abschluß eines üblichen Heizkessels,
der mit den üblichen Austauscherrohren (nicht dargestellt) und Seitenwänden 52 ausgestattet
rist. A;ufg-¢und der guten Zerstäubung, Vermischung und Verg2sung und anschließender
Verbrennung unter nahezu stöchiometrischen Bedingungen kann darauf verzichtet werden,
im Brenner und/oder Heizkessel eine Ausmauerung anzubringen.
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Weiterhin wird an der Innenseite konzentrisch um die Mündung der Misch-
und Zerstäuberkammer herum ein Brennerman.e t 63 angeordnet, der gegenüber dem Durchmesse-r
der M2K einen wesentlich größeren Durchmesser hat und deren Öffnung konzentrisch
umgibt. Der Brennermantel 63 kann beispielsweise zylindrisch geformt oder kegelstumpfartig
sich öffnend oder verjüngend ausgebildet sein. Die MZK ist vorzugsweise so ausgelegt,
daß sie querschnittsgleich von der Düse bis zur Mündung ist Die starke Wirbelbewegung
(Zyklon), die innerhalb der Mischkammer durch das Einblasen der Verbrennungs- und
Zerstaubungsluft hervorgerufen wird, setzt sich demnach in Richtung Brennermantel
63 fort und sorgt für die Festlegung einer stabilen, konzentrierten Flamme.
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Das Mantelrohr 63 gemäß den Figuren 1 und 2 ist in seinem letzten
Drittel mit drei mal vier Schlitzen 80 versehen, die in Umfangsrichtung liegen und
jeweils etwas überlappen. Die Schlitze haben eine Breite von etwa 1 mm und jeweils
eine Länge von etwas weniger als ein Viertel der Umfangslänge des Mantelrohres 63.
Im Endbereich der Schlitze sind Sicken 81 in das Mantelrohr eingedrückt, die die
Festigkeit erhöhen.
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Neben dieser Konfiguration sind selbstverständlich auch noch andere
Anordnungen möglich, beispielsweise längere Schlitze, die jeweils etwa um die halbe
Peripherie des Mantelrohres 63 reichen und ähnlich wie bei einer im Verbund gelegten
Ziegelschicht einander überlappen, wobei beispielsweise drei oder vier parallel
liegende Schlitze verwendet werden. Wesentlich ist, daß eine Unterbindung des Wärmestromes
von dem freien Mantelrohrende zur Stirnwand 51 gegeben ist. Unter diesem Gesichtspunkt
ist auch möglich, das Mantelrohr zweiteilig aufzubauen und einen Ring aus schwach
wärmeleitendem Material, beispielsweise aus keramischem Fasermaterial, als Verbindungselement
zwischen den beiden Mantelrohrteilen vorzusehen.
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Auch können die Schlitze mehr zur Mitte des Mantelrohres
in
Achsenrichtung gesehen - verschoben sein. Der Strom der heißen Verbrennungsgase
sollte vorzugsweise so berücksichtigt sein, daß sich die Schlitze vor dem Aufprallbereich
der heißen Gase befinden, gesehen von der MZK aus.
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Bei Anwendung einer solchen Wärmestromunterbrechung zeigt es sich,
daß der Bereich um die MZK und die Stirnwand 51 sich wesentlich weniger stark erhitzen,
so daß die Bohrung 3O gleichmäßiger erwärmt bleibt und damit einen gleichförmigen
Brennstoffstrom auch über längere Laufzeiten hin gewährleistet Zur Zündung und Auslösung
der Verbrennung ist eine ZUndspirale vorgesehen, die von dem Strahl des unverbrannt
aus strömenden Gemisches beim Ausströmen aus der Kammer 43 durchsetzt wird und diesen
bei einer Eigentemperatur von 700 - 9000C entzündet. Es hat sich gezeigt, daß die
Verwendung eines Glühdrahtes ermöglicht, von Anfang an ein sehr mageres, praktisch
stöchiometrisches Brennstoff-Luft-Gemisch zu fahren.
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Es sei auch noch die Möglichkeit erwähnt, das Mantelrohr an der Stirnwand
mit Befestigungselementen, beispielsweise Ringelementen aus schwach wärmeleitender
Keramik, zu befestigen.