DE3013428B1

DE3013428B1 - Burner for the formation and combustion of a combustible mixture of a liquid fuel and combustion air

Info

Publication number: DE3013428B1
Application number: DE3013428A
Authority: DE
Inventors: Siegfied Dr.-Ing. 5110 Alsdorf Förster
Original assignee: Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1980-04-05
Filing date: 1980-04-05
Publication date: 1981-10-01
Also published as: JPS56151809A; DE3013428C2

Description

Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, weist der Brenner eine Brennstoffkammer 1 mit für den Brennstoff durchlässigen porösen Wänden 2 auf. Im Ausführungsbeispiel ist die Brennstoffkammer 1 zylindrisch ausgeführt und an beiden Stirnseiten mit Verschlußplatten 3, 4 abgedeckt. Die Verschlußplatten sind fluchtend auf der zylindrischen, porösen Wand 2 der Brennstoffkammer 1 aufgesetzt und weisen eine glatte äußere zylindrische Oberfläche auf. As can be seen from the drawing, the burner has a fuel chamber 1 with porous walls 2 permeable to the fuel. In the exemplary embodiment the fuel chamber 1 is designed to be cylindrical and with at both ends Closure plates 3, 4 covered. The locking plates are aligned on the cylindrical, placed on the porous wall 2 of the fuel chamber 1 and have a smooth outer cylindrical Surface on.

Im Ausführungsbeispiel ist die Brennstoffkammer I verschieblich ausgebildet und in der Zeichnung in ihrer Betriebsstellung innerhalb eines von Verbrennungsluft durchströmten Strömungsraumes 5 dargestellt. Die Brennstoffkammer 1 ragt zentrisch in den Strömungsraum 5 hinein, der im Ausführungsbeispiel als Ringraum zwischen der äußeren Oberfläche der porösen Wand 2 und einem inneren Wärmetauscher 6 ausgeführt ist. Die Verbrennungsluft wird in den Strömungsraum 5 iiber ein Zuführungsrohr 7 eingeführt, das einen Rohranschluß 8 für die Verbrennungsluft aufweist. Das Zuführungsrohr 7 umgibt das Wärmetauscherrohr 6 und bildet zugleich die äußere Wandung der Verbrennungskammer. Die Verbrennung des Brennstoff-Luft-Gemisches erfolgt in einer Verbrennungszone 9 innerhalb des Wärmetauscherrohres 6. Im Ausführungsbeispiel besteht das Wärmetauscherrohr aus Keramik. Es läßt sich jedoch auch aus Metall ausbilden. Über das Wärmetauscherrohr 6 wird die im Zuführungsrohr 7 strömende Verbrennungsluft durch Wärmeabgabe aus der Verbrennungszone 9 vorgewärmt. Für eine Erwärmung der Verbrennungsluft beim Kaltstart sorgt eine elektrische Widerstandsheizung 10, die auf dem keramischen Wärmetauscher aufgewickelt ist und nach außen geführte elektrische Anschlüsse 11, 12 aufweist. Im Strömungsraum 5 verdunstet in die vorgewärmte Verbrennungsluft der aus der Brennstoffkammer 1 durch die porösen Wände 2 hindurchtretende Brennstoff. Das Brennstoff-Luft-Gemisch wird zur Verbrennungszone 9 geführt und dort gezündet. Für den Start dient ein in die Verbrennungszone eingeführter Zünder 13. In the exemplary embodiment, the fuel chamber I is designed to be displaceable and in the drawing in its operating position within one of combustion air flow space 5 through which flow is shown. The fuel chamber 1 protrudes centrally into the flow space 5, which in the exemplary embodiment is an annular space between the outer surface of the porous wall 2 and an inner heat exchanger 6 carried out is. The combustion air is fed into the flow space 5 via a supply pipe 7 introduced, which has a pipe connection 8 for the combustion air. The feed pipe 7 surrounds the heat exchanger tube 6 and at the same time forms the outer wall of the combustion chamber. The fuel-air mixture is burned in a combustion zone 9 within the heat exchanger tube 6. In the exemplary embodiment, there is the heat exchanger tube made of ceramic. However, it can also be made of metal. Via the heat exchanger pipe 6, the combustion air flowing in the supply pipe 7 is removed by dissipating heat the combustion zone 9 preheated. For heating the combustion air during Cold start provides an electrical resistance heater 10, which is on the ceramic Heat exchanger is wound up and electrical connections 11 led to the outside, 12 has. In the flow space 5, the evaporates in the preheated combustion air fuel passing through the porous walls 2 from the fuel chamber 1. The fuel-air mixture is fed to the combustion zone 9 and ignited there. An igniter 13 introduced into the combustion zone is used for starting.

Die Brennstoffkammer 1 ist innerhalb eines Hydraulikzylinders 14, der am Zuführungsrohr 7 der Verbrennungskammer angeflanscht ist, verschieblich gelagert. The fuel chamber 1 is within a hydraulic cylinder 14, which is flanged to the supply pipe 7 of the combustion chamber, mounted displaceably.

Neben einem die Brennstoffkammer 1 am Umfang stützenden Lager 15 ist an der Brennstoffkammer 1 eine an der Verschlußplatte 4 befestigte rohrförmige Halterung 16 angebracht, die den Hydraulikzylinder 14 axial durchdringt und in einem Stützlager 17 geführt ist.In addition to a bearing 15 supporting the fuel chamber 1 on the periphery a tubular holder attached to the closure plate 4 on the fuel chamber 1 16 attached, which penetrates the hydraulic cylinder 14 axially and in a support bearing 17 is performed.

Die Halterung 16 überragt die Verschlußplatte 4 der Brennstoffkammer 1 und ist durch eine Abdeckung 18 am äußeren Ende des Hydraulikzylinders 14 hindurchgeführt. Die Lager 15 und 17 im Hydraulikzylinder weisen Dichtringe 19 auf, die einen Innenraum 20 zwischen den beiden Lagern abdichten. Über einen Anschluß 21 am Hydraulikzylinder 14 läßt sich mit Hilfe einer Förderpumpe 22 Flüssigkeit in den Innenraum 20 einführen.The holder 16 projects beyond the closure plate 4 of the fuel chamber 1 and is passed through a cover 18 at the outer end of the hydraulic cylinder 14. The bearings 15 and 17 in the hydraulic cylinder have sealing rings 19 which have an interior 20 seal between the two bearings. Via a connection 21 on the hydraulic cylinder 14, liquid can be introduced into the interior 20 with the aid of a feed pump 22.

An dem das Stützlager 17 überragenden Ende der Halterung 16 ist eine verstellbare Auflage 23 für eine Feder 24 befestigt, der als Gegenlager das Stützlager 17 dient. Strömt in den Innenraum 20 - von der Förderpumpe 22 gefördert - hydraulisches Betriebsmittel ein, so wird die Brennstoffkammer 1 entgegen der Kraft der Feder 24 in den Strömungsraum 5 gedrückt. At the end of the bracket 16 projecting beyond the support bearing 17 is a adjustable support 23 for a spring 24 attached to the support bearing as a counter bearing 17 serves. Flows into the interior 20 - conveyed by the feed pump 22 - hydraulic Operating medium, the fuel chamber 1 is counter to the force of the spring 24 pressed into the flow space 5.

Die Endstellung der Brennstoffkammer 1 im Strömungsraum 5 wird von der Stellung der Auflage 23 an der Halterung 16 mit Anschlag 25 vorgegeben.The end position of the fuel chamber 1 in the flow space 5 is from the position of the support 23 on the bracket 16 with stop 25 is predetermined.

Im Ausführungsbeispiel wird als hydraulisches Betriebsmittel flüssiger Brennstoff in den Innenraum 20 des Hydraulikzylinders 14 gefördert. Dies erspart in vorteilhafter Weise eine zusätzliche Brennstoffleitung zur Brennstoffkammer 1 und führt zu einer sehr kompakten Bauweise des Brenners. Der im Innenraum 20 vorhandene Brennstoff strömt über eine Brennstoff- leitung 26 aus dem Irnenraum 20 des Hydraulikzylinders in den Innenraum der Brennstoffkammer 1 ein. Die Brennstoffleitung 26 ist im Ausführungsbeispiel als Drosselbohrung in der Verschlußplatte 4 der Brennstoffkammer 1 ausgebildet. Überschüssiger, an der Oberfläche der porösen Wand 2 der Brennstoffkammer 1 nicht verdunstender Brennstoff wird über eine Ablaufleitung 28 aus dem Innenraum der Brennstoffkammer 1 abgeführt. Als Ablaufleitung dient im Ausführungsbeispiel vorteilhaft die rohrförmige Halterung 16, die im Innenraum der Brennstoffkammer von der Verschlußplatte 4 bis nahe an die Verschlußplatte 3 herangeführt ist. so daß ein Ringspalt verbleibt, durch den der Brennstoff in die Ablaufleitung 28 einströmen kann. Mittels eines Durchflußregelventils 29 in der Ablaufleitung wird der erforderliLhe Flüssigkeitsdruck in der Brennstoffkammer 1 eingestellt. Über die Ablaufleitung 28 wird der Brennstoff zum Vorratstank zurückgeführt, der in der Zeichnung nicht gesondert dargestellt ist. In the exemplary embodiment, the hydraulic operating medium is more fluid Fuel is conveyed into the interior 20 of the hydraulic cylinder 14. This saves an additional fuel line to the fuel chamber 1 advantageously and leads to a very compact design of the burner. The one in the interior 20 Fuel flows over a fuel line 26 from the interior 20 of the hydraulic cylinder into the interior of the fuel chamber 1. The fuel line 26 is in the exemplary embodiment designed as a throttle bore in the closure plate 4 of the fuel chamber 1. Excess not on the surface of the porous wall 2 of the fuel chamber 1 Evaporating fuel is discharged from the interior of the fuel chamber via a drain line 28 1 discharged. In the exemplary embodiment, the tubular drain line is advantageously used as the drain line Bracket 16, which is in the interior of the fuel chamber from the closure plate 4 to is brought close to the closure plate 3. so that an annular gap remains, through which the fuel can flow into the discharge line 28. By means of a Flow control valve 29 in the drain line is the required fluid pressure set in the fuel chamber 1. Via the discharge line 28, the fuel returned to the storage tank, which is not shown separately in the drawing is.

Beim Abschalten der Förderpumpe 22 und beim Zurückziehen der Brennstoffkammer 20 in den Hydraulikzylinder kann der Brennstoff aus dem Innenraum 20 über die Brennstoffleitung 26 und aus der Brennstoffkammer 1 über die Ablaufleitung 28 abfließen, so daß das Rückstellen der Kammer nicht gestört ist. When the feed pump 22 is switched off and when the fuel chamber is withdrawn The fuel from the interior space 20 can be fed into the hydraulic cylinder via the fuel line 26 and flow out of the fuel chamber 1 via the drain line 28, so that the Resetting the chamber is not disturbed.

Ein Zirkulieren von Brennstoff in der Brennstoffkammer ist auch für den Betrieb des Brenners erwünscht. Circulating fuel in the fuel chamber is also for operation of the burner is desired.

Der Brennstoff kann auf diese Weise vor Überhitzung geschützt werden, die zum Cracken führt. Die Siedetemperatur des Brennstoffs darf nicht erreicht werden. In this way, the fuel can be protected from overheating, which leads to cracking. The boiling temperature of the fuel must not be reached.

Beim Start des Brenners befindet sich die Brennstoffkammer 1 innerhalb des Hydraulikzylinders 14. Ein Thermostat 27 mißt die Temperatur im Wärmetauscher 6 an der Übergangsstelle der Verbrennungsluftführung zwischen Zuführungsrohr 7 und Strömungsraum 5 und schaltet über einen in der Zeichnung nicht dargestellten Schalter die Widerstandsheizung 10 ein. Bei ausreichend vorgewärmter Verbrennungsluft und entsprechender Temperatur am Thermostaten 27 wird an einen in der Zeichnung nicht dargestellten Regler ein Signal zum Einschalten der Förderpumpe 22 gegeben. Der dann in den Innenraum 20 des Hydraulikzylinders einströmende Brennstoff drückt die Brennstoffkammer 1 in den Strömungsraum 5 und fließt zugleich durch die Brennstoffleitung 26 in den Innenraum der Brennstoffkammer 1 ein. Ein Teil des Brennstoffs durchdringt die porösen Wände 2 und verdunstet auf deren Oberfläche. When the burner starts, the fuel chamber 1 is inside of the hydraulic cylinder 14. A thermostat 27 measures the temperature in the heat exchanger 6 at the transition point of the combustion air duct between supply pipe 7 and Flow space 5 and switches via a switch not shown in the drawing the resistance heater 10 on. With sufficiently preheated combustion air and corresponding temperature at the thermostat 27 is not shown in the drawing The controller shown is given a signal to switch on the feed pump 22. Of the then flowing into the interior 20 of the hydraulic cylinder presses the fuel Fuel chamber 1 into the flow space 5 and at the same time flows through the fuel line 26 into the interior of the fuel chamber 1. Part of the fuel penetrates the porous walls 2 and evaporates on their surface.

Der Rest des Brennstoffs fließt über die Ablaufleitung 28 vom Durchflußregelventil 29 gesteuert zurück in den Vorratstank. Im Strömungsraum 5 bildet sich ein stöchiometrisches Brennstoff-Luft-Gemisch, das in der Verbrennungszone 9 gezündet wird.The remainder of the fuel flows via drain line 28 from the flow control valve 29 controlled back into the storage tank. A stoichiometric one forms in the flow space 5 Fuel-air mixture which is ignited in the combustion zone 9.

Bei Betrieb des Brenners wird nach ausreichender Aufheizung des Wärmetauscherrohres 6 die Widerstandsheizung 10 ausgeschaltet. When the burner is in operation, the heat exchanger tube is heated sufficiently 6 the resistance heating 10 switched off.

Zum Abschalten des Brenners wird die Förderpumpe 22 abgestellt und die Brennstoffzufuhr gesperrt. Im Innenraum 20 des Hydraulikzylinders 14 fällt der Flüssigkeitsdruck. Die Brennstoffkammer 1 wird von der Kraft der Feder 24 aus dem Strömungsraum 5 herausgezogen. Die Flamme in der Verbrennungszone 9 erlischt. Es werden auf diese Weise nicht nur Brennstoffverluste vermindert, insbesondere kann keine Nachverbrennung auftreten. To switch off the burner, the feed pump 22 is switched off and the fuel supply blocked. In the interior 20 of the hydraulic cylinder 14, the falls Fluid pressure. The fuel chamber 1 is by the force of the spring 24 from the Flow space 5 pulled out. The flame in the combustion zone 9 goes out. It in this way not only fuel losses are reduced, in particular can no afterburning occurs.

Claims

Claims: 1. Burner for training and burning an ignitable Mixture of liquid fuel and combustion air for the supply of Fuel a closed fuel chamber with permeable for the fuel has porous walls in one of preheated combustion air to the combustion zone are arranged through the flow space, d a d u r c h g e - indicates that the porous walls (2) of the fuel chamber (1) for switching the burner on and off are separable from the flow space (5).

2. Burner according to claim 1, characterized in that the fuel chamber (1) arranged to be displaceable against the force of a spring (24) in the flow space (5) is.

3. Burner according to claim 1 or 2, characterized in that the The fuel chamber (1) is hydraulically displaceable.

4. Burner according to claim 3, characterized in that as hydraulic Operating fluid liquid fuel is used.

5. Burner according to claim 4, characterized in that at least a fuel line (26) leading from the interior (20) of a fuel chamber (1) Hydraulic cylinder (14) is guided to the interior of the fuel chamber (1) and that in a drain line (28) connected to the fuel chamber (1) for the Fuel a flow control valve (29) is used.

The invention relates to a burner for training and combustion an ignitable mixture of liquid fuel and combustion air, which for the supply of fuel a closed fuel chamber with for the fuel Has permeable porous walls in one of preheated combustion air to the combustion zone are arranged through flow space.

Burners of this type are suitable for both industrial furnaces and heat generators smaller unit determined.

In these burners, the liquid fuel penetrates the porous ones Walls of the fuel chamber and evaporates into the preheated, flowing in the flow space Combustion air. As a result of the evaporation of the liquid fuel on the surface the porous walls will cause undesirable overheating of the liquid fuel, which leads to cracking is prevented. Fuel and combustion air are in the flow space mixed together and introduced into the combustion zone as an ignitable mixture.

The aim is to adjust the switch-on and switch-off phases of the burner in this way direct that the lowest possible fuel losses occur. Occur during a cold start Fuel losses generally from the fact that some of the fuel supplied to the burner Fuel gets unburned into the exhaust gas as a result of the still too low burner temperature and thus pollutes the environment. There are also measures to be taken when switching off the burner required to prevent fuel loss. So is the case with evaporation fuel in preheated combustion air evaporates when switched off as well as any further fuel leakage into the Avoid combustion chamber. The latter is also necessary for safety reasons, especially in the event of incidents no afterburning occurs.

The object of the invention is therefore to provide a burner that has favorable cold start properties in terms of fuel consumption and which, moreover, both in normal cases and in the event of a malfunction, without afterburning can switch off.

According to the invention, this object is achieved in a burner of the opening paragraph mentioned type dLrch the specified in claim 1 training solved.

After that, the fuel-conducting porous walls of the fuel chamber are from the flow space that guides the combustion air to switching the burner on and off separable so that the evaporation process can be interrupted during these phases.

This can be done, for example, by a coat that is so over the porous wall is turned inside out so that no fuel can get into the flow space can. When the burner is turned on, the separation between porous walls and Flow space as a function of the temperature of the combustion air in the flow space controlled. Is the combustion air preheated so far that a ignitable, stoichiometric fuel-combustion air mixture can be formed, the porous walls are exposed to the combustion air. When switching off the burner the porous walls are again separated from the flow space, so that evaporation of fuel from the surface of the porous walls into the combustion air in the flow space is prevented.

Preferably, the fuel chamber is against the force of a spring in the flow space arranged displaceably (claim 2). The spring force is adjusted so that the fuel chamber is held out of the flow space by the spring will. The fuel chamber is pushed in depending on the temperature in the flow space. Does the combustion air have what it takes to develop the ignitable, stoichiometric fuel-combustion air mixture required temperature reached, the fuel chamber is introduced into the flow space. When switching off of the burner, the fuel chamber is removed from the flow space under the action of the spring withdrawn.

In an embodiment of the invention it is provided that the fuel chamber to be arranged hydraulically displaceable (claim 3) and as hydraulic operating means to use the liquid fuel itself (claim 4). It turns out that way a simple, compact design of the burner. In one specified in claim 5 In addition, there is no need for a separate fuel line to form the burner displaceably arranged fuel chamber.

The invention is based on an embodiment that is shown in the Drawing is shown schematically, explained in more detail.