DE2918416C2

DE2918416C2 - Vergasungsölbrenner

Info

Publication number: DE2918416C2
Application number: DE2918416A
Authority: DE
Inventors: Winfried Prof. Dr.-Ing. 3100 Celle Buschulte; Friedhelm 3042 Munster-Trauen Dageförde
Original assignee: Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt Fuer Luft und Raumfahrt EV 5000 Koeln; 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: 1985-05-15
Also published as: ES491252A0; JPS55150412A; AU526030B2; AU5786080A; DD150642A5; EP0018602A2; YU41711B; GR68000B; DK181780A; FI66979B; DK156919C; FI66979C; IE49595B1; FI801401A; CA1147252A; DK156919B; JPS6152364B2; NO801347L; YU119880A; ATE3462T1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Vergasungsoelbrenner mit einer Oelzerstaeubervorrichtung. Vergasungsoelbrenner entwickeln starke Geraeuschemission, die insbesondere in Hausheizungsanlagen als stoerend empfunden wird. Aufgabe der Erfindung ist es, bei Oelbrennern der gattungsgemaessen Art die Geraeuschemission wesentlich zu verringern. Diese Aufgabe wird gemaess der Erfindung dadurch geloest, dass das Mischrohr wenigstens ueber einen an das stromabwaertige Ende angrenzenden Bereich gelocht ausgebildet ist. ch ueber den Querschnitt der Stroemung moeglichst gleichmaessi

Description

9. ölbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren öffnungen (137') der Blendenöffnung einen in radialer Richtung gestreck

ten Querschnitt aufweisen.

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

Bekannte Vergasungsölbrenner dieser .*ut (DE-OS 27 00 671) haben den Vorteil, daß mit ihnen tine rußfreie stöchiometrische Verbrennung realisierbar ist und daß die Verbrennung in dem zum Brenner gehörenden Flammrohr stattfindet und damit weitgehend unabhängig ist von der Form und den Abmessungen des Brennraumes des Heizkessels. Die Praxis hat gezeigt, daß derartige Brenner zu einer mehr oder weniger starken Geräuschemission neigen, die insbesondere in Hausheizungsanlagen als störend empfunden werde.i kann.

Bekannt ist auch ein Vergasungsölbrenner mit rußfreier stöchiometrischer Verbrennung mit einem der Zufuhr von Verbrennungsluft dienenden Brennergehuu£e mit einer kcaxi»! ir» diesem angeordneten ·*^1τ**γ_ Stäuberdüse und einem sich koaxial hierzu erstreckenden Verdampferrohr, das sich frei in den Brennraum des Heizkessels erstreckt Das Verdampferrohr ist hierbei auf seinem Umfang mit Durchbohrungen versehen, durch die von außen aus dem Brennraum des Kessels heiße Brenngase Li das Verdampferrohr eingesaugt werden sollen. Am offenen Ende des Verdampferrohres ist im Abstand von diesem Ende über Stege eine mit Durchbohrungen versehene Stauscheibe angeordnet, an der das aus dem Verdampferrohr austretende Öl-Luft-Gemisch mit einer Flamme im Brennraum des Heizkessels ausbrennt Das Verdampferrohr ist hierbei abhängig vom Brennraum des Kessels und diesem entsprechend zu wählen. Ein derartiger Brenner soll sich durch einen geräuscharmen Betrieb auszeichnen (DE-OS 27 12 856).

Bekannt ist weiter ein Brenner mit Rezirkulation von Verbrennungsprodukten, bei dem ^ie Verbrennung^ luftzuführung mit einer Abschlußwand versehen ist, in der vor die Wand stromab vorspringend eine ölzerstäubungsdüse angeordnet ist. In der Wand sind auf einem Teilkreis konzentrisch zur Öldüse öffnungen vorgesehen, durch die die Verbrennungsluft austritt. Vor der Abschlußwand ist ein kurzes Luftführungsrohr vorgesehen, durch das vom Luftstrom injektorartig Verbrennungsprodukte um eine das Luftführungsrohr außen mit Abstand umschließende kreisrunde Keramikscheibe herum rückgeführt werden. Die rückgeführten Ver-

so brennungsprodukte strömen da^Kei teilweise auf der Außenseite des Luftführungsrohres. Die Keramikscheibe hat einen Außendurchmesser, der etwa dem 4,5fachen des Durchmessers des Führungsrohres entspricht (öl + Gasfeuerung 12/78. Seiten 660 bis 668). Über die Geräuschentwicklung eines solcher, Brenners ist in der Literaturstelle nichts ausgeführt.

Bei einem gattungsähnlichen ölbrenner, der aufgrund der älteren nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung gemäß DE-OS 28 39 280 als Stand der Tc ,,nik gilt, ist das Miscnrohr mit einer Vielzahl von über seinen Mantelumfang verteilten Durchbrochen versehen, durch welche vor dem Zustandekommen einer Rezirkulation im Startbetrieb ein Teil der durch die Blende zugeführten Verbrennungsluft in den Ringraum zwischen Mischrohr und Flammrohr strömen soll. Dieser Vorschlag geht von falschen physikalischen Voraussetzungen aus. Die Strömungsgeschwindigkeit im Mischrohr ist ohne vorgeschaltetes Drosselventil im Start- und Dauerbe-

trieb gleich.

Aufgabe der Erfindung ist es, ölbrenner der gattungsgemäßen Art so auszubilden, daß eine wesentliche Verringerung der Geräuschemission erreicht wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Mischrohr wenigstens über einen an das stromabwältige Ende angrenzenden Bereich gelocht ausgebildet ist und/oder daß die Blendenöffnung eine zentrale Öffnung und um diese herum innerhalb einer durch die Projektion des lichten Querschnitts des Mischrohres umschriebenen Fläche eine Mehrzahl weiterer Öffnungen umfaßt

Zweckmäßige Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen herausgestellt

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

F i g. i zeigt schematisch im Längsschnitt einen Vergasungsölbrenner gemäß der Erfindung in einer ersten Ausführungsform.

F i g 2 zeigt eine ähnliche Darstellung und zeigt zwei weitere Ausführungsformen der Erfindung.

Fig.3 und 4 zeigen Schnitte längs der Linie III in F i g. 1 und geben verschiedene Ausführungsmöglichkeiten der Aufteilung der Blendenöffnung in mehrere öffnungen wieder.

Der dargestellte Brenner 2 weist eine Kammer 4 auf. in der in üblicher Weise auf einem Düsenstock 8 eine Druckzerstäuberdüse 6 gehaltert ist Das Öl wird von einer Ö'pumpe 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 16 und ein elektromagnetisch betätigtes Absperrventil 18 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 angeordneti ι Halterung 28 wird ein Zündelektrodenpaar 30 gehaltert das mit einem Zündtransformator 32 in Verbindung steht

In einem Abstand L₃ vor der Mündung der Zerstäuberdüse 6 ist eine als Blende ausgebildete Wand 34 mit einer Blendenöffnung 36 angeordnet Die Blendenöffnung 36 liejt koaxial mit der Achse u'er Düse. Stromabwärts von der Blendenöffnung 36 ist ein Mischrohr 38 angeordnet, das über Haltestege 40 an der Wand 34 befestigt ist. Das Mischrohr 38 liegt koaxial in einem Flammrohr 4Z dessen stromaufwärtiges Ende dichtend mit der Wand 34 verbunden ist Das stromaufwärtige Ende 41 d^s Mischrohres 38 liegt von der Wand 34 in einem Abstand Lt, Dadurch wird zwischen dem stromaufwärtigen Mischrohrende 41 und der Wand 34 ein radialer Durchlaß J5 gebildet über den aus dem stromabwärts des Mischrohres liegenden Flammenraum Verbrennungsgase rezirkulieren können.

Der Durchmesser Di des Flammrohres entspricht im wesentlichen dem 2 bis 2,5fachen des Durchmessers D\ des Mischrohres 38. Die Länge Li des Flammrohres entspricht wenigstens dem 2fachen Durchmesser L\ des öFlammrohres. 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 durch die Fiammenfront abschließt Dies ist die V01 Aussetzung für eine sichere Rezirkulation eines Teiles des Gases über den äußeren Umfang des Mischrohres. Die Rezirkulation wird weiter dadurch erzielt daß die durch die Blendenöffnung 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 Blendendurchlaß strömenden Verbrennungsluft kleiner ist als der Durchmesser D\ des Mischrohres 38. Diese Bedingung wird eingehalten, wenn der Durchmesser D3 der Blendenöffnung kleiner als der Durchmesser D\ des Mischrohres ist Durch die Blende wird eine Einschnürung des Luftstromes hinter der Blendenöffnung erzielt so daß auch bei annähernd gleichen Durchmessern von Blendenöffnung und Mischrohr noch sichergestellt ist daß der Querschnitt des Luftstrahls im Bereich des radialen Durchlasses 35 kleiner bleibt als der Mischrohrdurchmesser D\.

Der beschriebene Brenner ist weiter mit einer Ionisationssonde 44 versehen, die in das Flammrohr bis in den Flammenbereich vorsteht und die in üblicher Weise an ein Steuergerät 46 angeschlossen ist ^her das bei Verlöschen der Flamme die ölzufuhr durch Schließen des Ventils 18 und Abschalten des Motors 12 unterbrochen wird.

Bei der in F i g. 1 dargestellten ersten Ausführungsform ist Jas Mischrohr 38 in einem an das stromabwärtige Ende 39 angrenzenden Bereich 37 gelocht ausgebildet Dieser gelochte Bereich erstreckt sich über den größten Teil der Länge L₁ des Mischrohres. Lediglich ein begrenzter Abschnitt mit einer Länge Lq, die kleiner ist als zwei Drittel des Mischrohrdurchmessers D\, ist vollwandig ausgebildet Hierdurch kann Rußniederschlag in dein an den radialen Durchlaß angrenzenden Bereich vermieden werden.

Bei dem Mischrohr aus der DE-OS 27 00 671, das über seine ganze Länge vollwandig ausgebildet ist, ergeben sich optimale Verbrennungsbedingungen, wenn die Gesamtlänge Li + L₁ etwa dem 1,4 bis 2.5fachen des Durchmessers entspricht. Bei einem in erfindungsgemäßer Weise gelocht ausgebildeten Mischrohr ist es zweckmäßig, die Länge etwas größer zu wählen, wobei die Länge L\ etwa 60 bis 80% größer sein sollte als bei einem ungelochten Mischrohr.

Gute Ergebnisse werden erzielt bei einon Lochdurchmesser von 2 mm mit einem Lcjhabstard von 4 mm bei einem Mischrohrdurchmesser D\ 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 wie e.'ne geschlossene Wand wirkt. Dies ist erreichbar mit einem Lochanteil in dem gelochten Bereich zwischen 20 und 50%. Der Lochflächenanteil wird zusätzlich dadurch begrenzt daß das Rohr eine bestimmte Strahlüngsfläche behalten muß um die gewünschte Vergasung des Öles vor Eintritt in d,e Flammzone zu gewährleisten.

Bei den beiden Ausführungsformen nach F i g. 2 ist das Mischrohr 138 jeweils an seinem stromaufwärtigen Ende bis an die Wand 34 geführt. An die Wand angrenzend ist das Rohr über die Länge L· gelocht, wobei die Löcher den radialen Durchlaß bilden, durch den die Rezirkulationsgase angesaugt werden.

Bei der Ausführungsform in Fig.2 unten ist das Mischrohr 138 über seine ganze Länge zylindrisch ausgebildet In dem Ausführungsbeispiel oberhalb der Mittellinie ist das stromaufwärtige Ende 139 des Mischrohres 138 zur Wand 34 hin konisch erweitert mit einem

Konuswinkel, der hier mit 90° gewählt ist Das Mischrohrende divergiert also in Richtung auf die Wand 34. Der Lochquerschnitt im Bereich des radialen Durchlasses angrenzend an die Wand 34 wird so gewählt, daß eine hinreichende Heißgasmenge rezirkuliert wird.

In F i g. 1 und 2 ist im Bereich des stromabwärtigen Endes 39 des Mischrohres das Flammrohr 42 mit einer Mehrzahl von Löchern 43 versehen. Diese Löcher tragen gleichfalls zu einer verminderten Geräuscherzeugung bei. Zweckmäßig sind bei einem Flammrohrdurchmesser von 75 mm 6 bis 8 Löcher über den Umfang verteilt bei einem Lochdurchmesser von 8 bis 10 mm.

Mit der beschriebenen Ausbildung des ölbrenners kommt es zu einer wesentlichen Reduzierung von Geräuschen mit Frequenzen unter 500 Hz, die als beson· ders störend empfunden werden. Mit dem Mischrohr mit gelochtem Abschnitt ist es möglich, den Geräuschpegel gegenüber der Ausführung bei Verwendung eines Höhe über dem Fußboden gemessen.

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rohr hinter dem Kesselaustritt und um ca. 4 dBA im Heizraum 1 m vor dem Brenner und in 1 m Höhe über dem Fußboden zu senken.

Eine Geräuschminderung kann weiter dadurch erzielt werden, daß die Blendenöffnung 36 in eine Mehrzahl von öffnungen 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 F i g. 3 dargestellt. Die P'endenöffnung weist hier eine zentrale öffnung 135 auf, durch die die Düse das öl hindurchfördert. Um die zentrale öffnung 135 herum ist eine Mehrzahl weiterer öffnungen 137 angeordnet, und zwar so. daß sie innerhalb einer durch die Projektion des lichten Querschnittes des Mischrohres 38 umschriebenen Fläehe liegen. Bei der Ausführungsform nach F i g. 3 sind die weiteren Öffnungen 137 rechts mit kreisförmigem Querschnitt dargestellt, wobei die Mittelpunkte auf einem gemeinsamen Teilkreis liegen. In Fig.3 links sind die weiteren öffnungen 137 mit einem in radialer Riehtung 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.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 4 sind die außen liegenden weiteren Öffnungen 137 wiederum mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet, wobei die Öffnungen mit ihren Mittelpunkten jeweils alternierend auf zwei Teilkreisen mit unterschiedlichem Durchmesser angeordnet sind.

Auch die beschriebene Aufteilung der Blendenöffnung in eine Mehrzahl von öffnungen führt für sich zu Geräuschminderung. Mit der Mehrlochblende allein ist 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 zu senken.

Versuche haben jedoch gezeigt daß beide Maßnahmen kumulativ wirken und damit durch die gleichzeitige Verwendung der beschriebenen Ausbildung der Mehrlochblende und des gelochten Mischrohres besonders gute Ergebnisse erzielbar sind. So wurden mit dieser 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 m Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vergasangsölbrenner mit einer Ölzerstäubungsvorrichtung, einer diese umgebenden Verbrennungsluftzuführung, einer stromabwärts vom Auslaß der ^zerstäubungsvorrichtung angeordneten Blende mit einer zur Ölzerstäubungsvorrichtung koaxialen Blendenöffnung, einem koaxial mit der Blendenöffnung stromab von dieser vorgesehenen im wesentlichen zylindrischen Mischrohr, dessen Querschnittsfläche größer ist als die Querschnittsfläche der Blendenöffnung, einem radialen Durchlaß am stromaufwärtigen Ende des Mischrohres angrenzend an die Blende und einem im wesentlichen zylindrischen Flammrohr, dessen stromaufwärts liegendes Ende dichtend mit der durch die Blende gebildeten Endwand der Verbrennungsluftzuführung verbunden ist und in dem das Mischrohr im wesentlichen frei irgend koaxial angeordnet ist, wobei das Flammrohr einen Durchmesser, der irn wesentlichen dem 2 bis 2,5fachen des Durchmessers des Mischrohres entspricht, und eine Länge aufweist, die wenigstens dem zweifachen Durchmesser des Flammrohres entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischrohr (38) wenigstens über einen an das stromabwärtige Ende (39) angrenzenden Bereich gelocht ausgebildet ist und/oder daß die Blendenöffnung (36) eine zentrale öffnung (135) und um diese herum innerhalb einer durch die Projektion des lichten Querschnitts des Mischrohres (38) umschriebenen Fläche eine Mehrzahl weiterer Öffnungen (137,137') umfaßt.

2. Ölbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischrohr (j8) an den Durchlaß (35) zwischen Mischrohr und Blende angrenzend über eine Länge (Lo). die kleiner ist als ²Λ des Mischrohrdurchmessers (D]), vollwandig und der sich von hier aus stromabwärts erstreckende Abschnitt gelocht ausgebildet ist.

3. ölbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei bis an die Blende reichendem Mischrohr (138) dieses auch im Bereich des radialen Durchlasses (35) gelocht ausgebildet ist

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

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

6. Ölbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochfläche im stromabwärts liegenden gelochten Bereich des Mischrohres (38, 138) etwa 20 bis 50% der Rohrfläche in diesem Bereich beträgt.

7. ölbrenner na^h Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichne', daß der Lochdurchmesser im stromabwäns liegenden gelochten Bereich des Mischrohres (38, IW) etv>. ι 4 bis 10% des Mischrohrdurchmessers (D_t) beträgt.

8. Ölbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren öffnungen (137) der Blendenöffnung einen im wesentlichen runden Querschnitt aufweisen.