DE2918416A1

DE2918416A1 - Vergasungsoelbrenner

Info

Publication number: DE2918416A1
Application number: DE19792918416
Authority: DE
Inventors: Winfried Prof Dr Ing Buschulte; Friedhelm Dageforde
Original assignee: Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1979-05-08
Filing date: 1979-05-08
Publication date: 1980-11-13
Also published as: GR68000B; JPS55150412A; FI801401A; NO156185C; IE800946L; NO801347L; DE2918416C2; DD150642A5; EP0018602B1; DK181780A; JPS6152364B2; AU526030B2; EP0018602A2; US4318688A; EP0018602A3; ATE3462T1; YU41711B; NO156185B; YU119880A; DK156919B

Description

Gralfs Patentanwalt Am Bürgerpark 8 D 3300 Braunschweig Germany

Deutsche Forschungs- und
Versuchsanstalt für Luft-
und Raumfahrt e.V.
Linder Höhe

5000 Köln 90 ■

Am Bürgerpark 8 D 3300 Braunschweig, Germany Telefon 0531-74798 Cable patmarks braunschweig

4. Mai 1979 G/Wi - D

Vergasungsölbrenner

Die Erfindung betrifft einen Vergasungsölbrenner nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Vergasungsölbrenner dieser Art haben den Vorteil, daß mit ihnen eine rußfreie und vollständige, stöchiometrische Verbrennung realisierbar ist und daß die optimale Verbrennung weitgehend unabhängig ist von den jeweiligen Kesselabmessungen. Die Praxis hat gezeigt, daß die Ausbildung des Kessels Grund für eine mehr oder weniger starke Geräuschemission ist, die insbesondere in Hausheizungsanlagen als störend empfunden wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei ölbrennern der gattungs-'gemäßen Art die Geräuschemission wesentlich zu verringern.

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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Mischrohr wenigstens über einen an das stromabwartime Ende angrenzenden Bereich gelocht ausgebildet ist. Besonders zweckmäßige Ausgestaltungen des Mischrohres zur Verminderunp der Geräuschemission sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 7.

Eine andere Möglichkeit, die Geräuschemission zu verringern, besteht darin, den Blendendurchlaß aufzuteilen, und zwar in eine Mittelöffnung und um diese herum innerhalb einer durch die Projektion des lichten Querschnitts des Mischrohres umschriebenen Fläche angeordnete Mehrzahl weiterer Luftdurchlaßöffnungen .

Die Aufteilung des Blendendurchlasses in eine Mehrzahl von Luftdurchlaßöffnungen kann ebenso wie die erfindungsgemäße Gestaltung des Mischrohres allein verwendet werden. Die gemeinsame Verwendung führt jedoch zu einer kumulativen Wirkung und zu einer stärkeren Verminderung- der Geräuschemission als die beiden Maßnahmen jede für sich alleine.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch im Längsschnitt einen Vergasungsölbrenner gemäß der Erfindung in einer ersten Ausführungsform.

Fig. 2 zeigt eine ähnliche Darstellung und zeigt zwei weitere Ausführungsformen der Erfindung.

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Pip;. 3 und 4 zeigen Schnitte 1 fin rs der Linie III in Pig. 1

und geben verschiedene Ausführungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Aufteilung des Blendendurchlasses in mehrere Durchlauf fnungen wieder.

Der dargestellte Brenner 2 weist eine Kammer 4 auf, in der in üblicher Weise auf einem Düsenstock 8 eine Druckzerstäuberdüse 6 pjehaltert ist. Das öl wird von einer ölpumpe 10 gefördert, die von einem Elektromotor 12 angetrieben wird, der gleichzeitig in üblicher Weise einen Gebläserotor 14 antreibt. Die Pumpe 10 fördert über ein einstellbares Drosselventil l6 und ein elektromagnetisch betätigtes Absperrventil lB das Öl in den die Zerstäuberdüse 6 tragenden Düsenstock 8. Das Gebläse 14 fördert die Verbrennungsluft über einen Luftkanal 20 in das Gehäuse 4, und zwar über ein Drosselventil 22 mit einer Luftklappe 24, die über einen Motor 26 verstellbar ist. Mit einer auf dem Düsenstock 8 angeordneten Halterung 28 wird ein Zündelektrodenpaar 30 p/ehaltert, das mit einem Zündtransformator 32 in Verbindung steht.

In einem Abstand L, vor der Mündung der Zerstäuberdüse 6 ist eine als Blende ausgebildete Wand 34 mit einem Blendendurchlaß 36 angeordnet. Der Blendendurchlaß 36 liegt koaxial mit der Achse der Düse. Stromabwärts vom Blendendurchlaß 36 ist ein Mischrohr 38 angeordnet, das über Haltestege 40 an der Blendenwand 34 befestigt ist. Das Mischrohr 38 liegt koaxial in einem Flammrohr 42, dessen stromaufwartimes Ende dichtend mit der Blendenwandung 34 verbunden ist. Das stromaufwärtige Ende 41 des Mischrohres 38 liegt von der Blendenwandung 34 in einem Abstand L,. Dadurch wird zwischen dem stromaufwärtigen Mischrohrende 4l und der Blendenwand 34 ein radialer Durchlaß/gebildet, über den aus dem stromabwärts des

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Mischrohres liegenden Flammenraum Verhrennungsgase rezirkulieren können.

Der Durchmesser Dj des Flammrohres entspricht im wesentlichen dem 2 bis 2,5-fachen des Durchmessers D₁ des Mischrohres 38. Die Länge Lp des Flammrohres entspricht wenigstens dem 2,5-fachen Durchmesser Dp des Flammrohres. Diese Länge ist erforderlich, damit sich die Flamme, die sich stromabwärts des Mischrohres bildet, mit Sicherheit gegen die innere Flammrohrwandung anlegt und auf diese Weise das Flammrohr an seinem offenen Ende mit Sicherheit durch die Flammenfront abschließt. Dies ist die VorausSetzung für eine sichere Rezirkulation eines Teiles des Gases über den äußeren Umfang des Mischrohres zurück. Die Rezirkulation wird weiter dadurch erzielt, daß die durch den Blendendurchlaß 36 einströmende Luft über den radialen Durchlaß 35 einen Unterdruck erzeugt, durch den Rezirkulationsgas angesaugt wird. Um die Rezirkulation nicht zu beeinträchtigen, ist es erforderlich, daß der Strahlquerschnitt der durch den Rlendendurchlaß strömenden Verbrennungsluft kleiner ist als der Durchmesser D₁ des Mischrohres 33. Diese Bedingung wird eingehalten, wenn der Durchmesser D^ des Blendendurchlasses gleich oder kleiner dem Durchmesser D₁ des Mischrohres ist. Durch die Blende wird eine Einschnürung des Luftströmes hinter dem Blendendurchlaß erzielt, so daß auch bei annähernd gleichen Durchmessern von Blendendurchlaß und Mischrohr noch sichergestellt ist, daß der Querschnitt des Luftstrahls im Bereich des radialen Durchlasses 35 kleiner bleibt als der Mischrohrdurchmesser D₁.

Der beschriebene Brenner ist weiter mit einer lonisationssonde 44 versehen, die in das Flammrohr bis in den Flammenbereich vorsteht und die in üblicher Weise an ein Steuergerät

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46 angeschlossen ist, über das bei Verlöschen der Flamme die Ölzufuhr durch Schließen des Ventils l^p und Abschalten des Motors 12 unterbrochen wird.

Bei der in Piff. 1 dargestellten ersten Ausführung form ist das Mischrohr 3^ in einem an das stromabwärtige ^nde 39 angrenzenden Bereich 37 gelocht ausgebildet. Dieser gelochte Bereich erstreckt sich über den größten Teil der Länge L. des Mischrohres. Lediglich ein begrenzter Abschnitt mit einer Länge L₀, die kleiner ist als zwei Drittel des Mischrohrdurchmessers D₁, ist vollwandig ausgebildet. Grundsätzlich ist es möglich, das Mischrohr auch über seine ganze Länge gelocht auszubilden. Versuche haben jedoch gezeigt, daß sich dann in dem an den radialen Durchlaß angrenzenden Bereich mit der Zeit Ruß absetzt. Dieser Rußniederschlag kann dadurch vermieden werden, daß über den erwähnten Bereich das Mischrohr vollwandig ausgebildet ist.

Bei einem Mischrohr, das in bekannter Weise über seine ganze Länge vollwandig ausgebildet ist, ergeben sich optimale Verbrennungsbedingungen, wenn die Gesamtlänge L. + L^. etwa dem 1,4 bis 2,5-fachen des Durchmessers entspricht. Bei einem in erfindungsgemäßer Weise gelocht ausgebildeten Mischrohr ist es zweckmäßig, die Länge etwas größer zu wählen, wobei die Länge L₁ etwa 60 bis HO % größer sein sollte als bei einem ungelochten Mischrohr.

Gute Ergebnisse wurden erzielt bei einem Lochdurchmesser von 2 mm mit einem Lochabstand von 4 mm bei einem Mischrohrdurchmesser D₁ von 35 mm. Der Lochflächenanteil sollte so gewählt werden, daß quer zur Achse wirksame Gasschwingungen sich durch die Rohrwandung entspannen können, das Rohr jedoch im wesentlichen für den sich in axialer Richtung ausbreitenden Strahl

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wie eine geschlossene Wand wirkt, nies ist erreichbar mit einem Lochanteil in dem gelochten Bereich zwischen 20 und 50 %. Der Lochfl^:ichenantei2 wird zusätzlich dadurch begrenzt, da°j das Rohr eine bestimnte Strahlunpsfläche behalten mu°>, um die pew'Jnschte Ver"-asunp des ^les vor eintritt in die Flamnzone zu rewährleisten.

Bei den beiden Ausführunpsfornen nach Fir. "> ist das Mischrohr 13" jeweils an seinem st^omaufw;lrtiren Ende bis an die Blendenwandunp 3'! geführt. An die Blendenwandunp angrenzend ist das Rohr über die Länpe Lj. pelocht₃ wobei die Löcher den radialen Durchlaß bilden, durch den die Rezirkulationspase anresaur.t werden.

Bei der Ausführunnsforn in Fip. 2 unten ist das Mischrohr 13" über seine ranze Länre zylindrisch ausrebildet. In dem Ausfiihrunpsbeispiel oberhalb der Mittellinie ist das stronaufwärtifre Ende 139 des Mischrohres 13"· zur Plendenwandunr. 3'f hin konisch erweitert mit einem Xonuswinkel, der hier mit 90° peviählt ist. Das Mischrohrende divergiert also in Richtunr; auf die Blendenwandunp; 3^1 · Der Lochquerschnitt im Eereich des radialen Durchlasses anprenzend an die Blendenviandun?· 3*1 wird so gewählt, daR, eine hinreichende Heißp.asmenge rezirkuliert wird.

In Pip;. 1 und 2 ist in Bereich des stromabwärtiren Fndes ⁷^ des Miochrohres das Flammrohr ')2 mit einer Mehrzahl von Lüchern oder Durchbrochen versehen. Diese Löcher tragen gleichfalls zu einer verminderten Geräuscherzeupiinp. bei. Zweckmäßig sind bei einem Flammrohrdurchmesser von 75 mm 6 bis 8 Löcher über den Um-fanr verteilt bei einem Lochdurchmesser von 3 bis 10 nun.

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Mit der erfindungspemäßen Ausbildung des ölbrenners kommt es zu einer wesentlichen Reduzierung von Geräuschen mit Frequenzen unter 500 Hz, die als besonders störend empfunden werden. Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung des Mischrohres mit gelochten Abschnitten war es möglich, den Geräuschpegel gegenüber der Ausführung bei Verwendung eines vollwandigen Mischrohres um ca. 3_S5 dBA im Rauchgasrohr hinter dem Kesselaustritt und um ca. Ί dBA im Heizraum 1 m vor dem Brenner und in 1 m Höhe über dem Fußboden bei Verwendung des gelochten Mischrohres zu senken.

Eine Geräuschminderung kann weiter dadurch erzielt werden, daß der Blendendurchlaß 36 in eine Mehrzahl von Durchlaßöffnungen unterteilt wird. Eine solche Unterteilung führt zu einer Vergrößerung der Oberfläche des durch die Blendenöffnung hindurchtretenden Luftstrahles und damit zu einem günstigeren Schwingungsverhalten der Verbrennungsluft. Eine Ausführungsform ist in Fig. 3 dargestellt. Der Blendendurchlaß weist hier eine zentrale Öffnung 135 auf, durch die die · Düse das öl hindurchfördert. Um die zentrale öffnung 135 herum ist eine Mehrzahl weiterer Luftdurchlaßöffnungen 137 angeordnet, und zwar so, daß sie innerhalb einer durch die Projektion des lichten Querschnittes des Mischrohres 38 umschriebenen Fläche liegen. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 sind die weiteren Luftdurchlaßöffnungen 137 rechts mit kreisförmigem Querschnitt dargestellt, wobei die Mittelpunkte auf einem gemeinsamen Kreis liegen. In Fig. 3 links sind die weiteren Luftdurchlaßöffnungen 137 mit einem in radialer Richtung gestreckten Querschnitt ausgebildet. Dieser Querschnitt kann beispielsweise Tropfenform haben oder auch annähernd Trapezform. Durch eine solche Querschnittsform ist auf der begrenzten Fläche ein höherer Gesamtdurchlaßquerschnitt erreichbar bzw. eine günstigere Anordnung eines vorgegebenen Querschnitts.

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Bei der Ausführungsform nach Pie;. 4 sind die außen liegenden weiteren Durchlaßöffnungen 137 wiederum mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet, wobei die öffnungen mit ihren Mittelpunkten jeweils alternierend auf zwei Kreisen mit unterschiedlichem Durchmesser angeordnet sind.

Auch die beschriebene Aufteilung des Blendendurchlasses in eine Mehrzahl von Durchlaßöffnungen führt für sich zu Geräuschminderung. Mit der Mehrlochblende allein war es möglich, den Geräuschpegel gegenüber der Ausführung mit vollwandigem Mischrohr und Einlochblende um ca. 4,5 dBA im Rauchgasrohr hinter dem Kesselaustritt und um ca. 3 dBA im Heizraum 1 m vor dem Brenner und in 1 m Höhe über dem Fußboden bei Verwendung der Mehrlochblende zu senken.

Versuche haben jedoch gezeigt, daß beide Maßnahmen kumulativ wirken und damit durch die gleichzeitige Verwendung der beschriebenen Ausbildung des Blendendurchlasses und des Mischrohres besonders gute Ergebnisse erzielbar sind. So wurden mit dieser erfindungsgemäßen Kombination Geräuschpegelsenkungen von ca. 6 dBA im Rauchgasrohr hinter dem Kesselaustritt und um ca. 5 dBA im Heizraum 1 m vor dem Brenner und in 1 in Höhe über dem Fußboden gemessen.

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Claims

Ansprache

1.jVergasungsölbrenner mit einer ölzerstäubungsvorrichtung, einer diese umgebenden Verbrennungsluftzuführung, einer stromabwärts vom Auslaß der Ölzerstäubungsvorrichtung angeordneten Blende mit einer Blendenöffnung, einem koaxial mit der Blendenöffnung stromab von dieser vorgesehenen Mischrohr, einem radialen Durchlaß am stromaufwärtigen Ende des I-iischrohres angrenzend an die Blende, einem im wesentlichen zylindrischen Flammrohr, dessen stromaufwärts liegendes Ende dichtend mit der die Blende tragenden Endwand der Verbrennungsluftzuführung verbunden ist und in dem das Mischrohr im wesentlichen frei liegend angeordnet ist, wobei das Flammrohr einen Durchmesser aufweist, der im wesentlichen den 2 his 2,5-fachen des Durchmessers des Mischrohres entspricht und eine Lange aufweist, die wenigstens dem zweifachen Durchmesser des Flammrohres entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischrohr (3^) wenigstens über einen an das stromabwärtige Ende (39) angrenzenden Bereich gelocht ausgebildet ist.

2. Ölbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischrohr (38) an den Durchlaß (35) zwischen Mischrohr und Blende (3^0 angrenzend über eine Länge (Lp₁) , die kleiner ist als 2/3 des rischrohrdurchmessers (D₁) vollwandig und der sich von hier aus stromabwärts erstreckende Abschnitt gelocht ausgebildet ist.

3. Ölbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischrohr (133) bis an die Blende (3'0 reicht und im Bereich des radialen Durchlasses (35) gelocht ausgebildet ist.

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4. ölbrenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der an die Blende (34) angrenzende gelochte Abschnitt (Lh) des Mischrohres (138) zur Blende hin divergierend konisch ausgebildet ist.

5. ölbrenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der konische Abschnitt (135) mit einem Konuswinkel von etwa 90° ausgebildet ist.

6. ölbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochfläche im stromabwärts liegenden gelochten Bereich (L^) des Mischrohres (38,1.38) etwa 20 bis 50 % der Rohrfläche in diesem Bereich beträgt.

7. Ölbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lochdurchmesser im stromabwärts liegenden gelochten Bereich (L.,) des Mischrohres (38,138) etwa l\ bis 10 % des Mischrohrdurchmessers (D^) beträgt.

8. ölbrenner, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß der Blende (34) eine zentrale Mittelöffnung (136) und um diese herum innerhalb einer durch die Projektion des lichten Querschnitts des Mischrohres (38) umschriebenen Fläche eine Mehrzahl weiterer Luftdurchlaßöffnungen (137) aufweist

9. ölbrenner nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Luftdurchlaßöffnungen (137) einen im wesentlichen runden Querschnitt aufweisen.

10. ölbrenner nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Luftdurchlaßöffnungen (137) einen in radialer Richtung gestreckten Querschnitt aufweisen.

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11. Ölbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet _} daß der Durchmesser (D-,) der Blendenöffnung gleich dem bzw. kleiner als der Durchmesser (D.) des Mischrohres ist.

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