DE3013428C2 - Burner for the formation and combustion of an ignitable mixture of a liquid fuel and combustion air - Google Patents
Burner for the formation and combustion of an ignitable mixture of a liquid fuel and combustion airInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Brenner zur Ausbildung und Verbrennung eines zündfähigen Gemisches aus flüssigem Brennstoff und Verbrennungsluft, der für die Zufuhr von Brennstoff eine geschlossene Brennstoffkammer mit für den Brennstoff durchlässigen porösen Wänden aufweist, die in einem von vorgewärmter Verbrennungsluft zur Verbrennungszone durchströmten Strömungsraum angeordnet sind.The invention relates to a burner for the formation and combustion of an ignitable mixture of liquid fuel and combustion air, which is a closed fuel supply for the supply of fuel Has fuel chamber with porous walls permeable to the fuel, in one of the preheated Combustion air are arranged to the combustion zone through which the flow space flows.
Brenner dieser Art sind sowohl für Industrieöfen als auch für Wärmeerzeuger kleinerer Einheit bestimmt. Bei diesen Brennern durchdringt der flüssige Brennstoff die porösen Wände der Brennstoffkammer und verdunstet in die vorgewärmte, im Strömungsraum strömende Verbrennungsluft. Infolge der Verdunstung des flüssigen Brennstoffs auf der Oberfläche der porösen Wände wird eine unerwünschte Überhitzung des flüssigen Brennstoffs, die zum Cracken führt, verhindert. Im Strömungsraum werden Brennstoff und Verbrennungsluft miteinander vermischt und als zündfähiges Gemisch in die Verbrennungszone eingeführt.Burners of this type are intended both for industrial furnaces and for heat generators of smaller units. In these burners, the liquid fuel penetrates the porous walls of the fuel chamber and evaporates into the preheated combustion air flowing in the flow space. As a result of evaporation the liquid fuel on the surface of the porous walls becomes undesirable overheating of the liquid fuel that leads to cracking is prevented. In the flow space are fuel and Combustion air mixed together and introduced into the combustion zone as an ignitable mixture.
Es wird angestrebt, die An- und Abschaltphase des Brenners so zu leiten, daß möglichst geringe Brennstoffverluste auftreten. Beim Kaltstart entstehen Brennstoffverluste im allgemeinen dadurch, daß ein Teil des dem Brenner zugeführten Brennstoffs infolge noch zu geringer Brennertemperatur unverbrannt ins Abgas gelangt und somit die Umwelt belastet. Auch beim Abschalten des Brenners sind Maßnahmen zur Verhinderung von Brennstoffverlusten erforderlich. So ist bei der Verdunstung von Brennstoff in vorgewärmte Verbrennungsluft beim Abschalten ein Nachverdunsten sowie jeglicher weiterer Austritt von Brennstoff in den Brennraum zu vermeiden. Letzteres ist auch aus sicherheitstechnischen Gründen notwendig, damit insbesondere bei Störfällen keine Nachverbrennung auftrittThe aim is to manage the on and off phases of the burner in such a way that the lowest possible fuel losses appear. During a cold start, fuel losses generally arise from the fact that part of the dem Burner supplied fuel unburned into the exhaust gas due to the still too low burner temperature reaches and thus pollutes the environment. Preventive measures are also taken when the burner is switched off of fuel losses required. So is in the evaporation of fuel in preheated Combustion air after switching off and any further escape of fuel into the Avoid combustion chamber. The latter is also necessary for safety reasons, so in particular no afterburning occurs in the event of an accident
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Brenner zu schaffen, der hinsichtlich des Brennstoffbedarfs günstige Kaltstarteigenschaften aufweist und der sich darüber hinaus sowohl im Normalfall als auch im Störfall ohne Nachverbrennung abschalten läßt.The object of the invention is therefore to create a burner which is favorable in terms of fuel consumption Has cold start properties and, moreover, both in normal cases and in the event of a malfunction without Can switch off afterburning.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Brenner der eingangs genannten Art durch die im Patentanspruch 1 angegebene Ausbildung gelöst. Danach sind die den Brennstoff leitenden porösen Wände der Brennstoffkammer vom Strömungsraum, der die Verbrennungsluft führt, zum Ein- und Abschalten des Brenners abtrennbar, so daß während dieser Phasen der Verdunstungsvorgang unterbrechbar ist. Dies kann beispielsweise durch einen Mantel geschehen, der so über die poröse Wand gestülpt wird, daß kein Brennstoff in den Strömungsraum gelangen kann. Beim Einschalten des Brenners wird die Trennung zwischen porösen Wänden und Ströinungsraum in Abhängigkeit von der Temperatur der Verbrennungsluft im Strömungsraum gesteuert. Ist die Verbrennungsluft so weit vorerhitzt, daß im Strömungsraum ein zündfähiges, stöchiometrisches Brennstoff-Verbrennungsluft-Gemisch ausbildbar ist, werden die porösen Wände der Verbrennungsluft ausgesetzt. Beim Abschalten des Brennen; werden die porösen Wände erneut vom Strömungsraum getrennt, so daß ein Verdunsten von Brennstoff von der Oberfläche der porösen Wände in die Verbrennungsluft im Strömungsraum unterbunden ist.This object is achieved according to the invention in a burner of the type mentioned by the im Claim 1 specified training solved. After that, the fuel-conducting elements are porous Walls of the fuel chamber from the flow space that leads the combustion air, for switching on and off the burner can be separated so that the evaporation process can be interrupted during these phases. This can be done, for example, by a jacket that is slipped over the porous wall so that no Fuel can get into the flow space. When the burner is switched on, the separation between porous walls and flow space depending on the temperature of the combustion air in the flow space controlled. Is the combustion air preheated to such an extent that an ignitable, stoichiometric fuel-combustion air mixture can be formed, the porous walls of the Exposed to combustion air. When switching off the burning; the porous walls are again dated Flow space separated so that evaporation of fuel from the surface of the porous walls in the combustion air in the flow space is prevented.
Bevorzugt ist die Brennstoffkammer gegen die Kraft einer Feder in den Strömungsraum verschiebbar angeordnet (Patentanspruch 2). Die Federkraft ist so eingestellt, daß die Brennstoffkammer von der Feder aus dem Strömungsraum herausgehalten wird. Eingeschoben wird die Brennstoffkammer in Abhängigkeit von der Temperatur im Strömungsraum. Hat die Verbrennungsluft die für die Ausbildung des zündfähigen, stöchiometrischen Brennstoff-Verbrennungsluft-Gemisches erforderliche Temperatur erreicht, so wird die Brennstoffkammer in den Strömungsraum eingeführt. Beim Abschalten des Brenners wird die Brennstoffkammer unter Einwirkung der Feder aus dem Strömungsraum zurückgezogen.The fuel chamber can preferably be displaced into the flow space against the force of a spring arranged (claim 2). The spring force is adjusted so that the fuel chamber from the spring is kept out of the flow space. The fuel chamber is pushed in as a function 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 is reached, so is the fuel chamber introduced into the flow space. When the burner is switched off, the Fuel chamber withdrawn from the flow space under the action of the spring.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, die Brennstoffkammer hydraulisch verschiebbar anzuordnen (Patentanspruch 3) sowie als hydraulisches Betriebsmittel den flüssigen Brennstoff selbst zu nutzen (Patentanspruch 4). Es ergibt sich so ein einfacher, kompakter Aufbau des Brenners. Bei einer in Patentanspruch 5 angegebenen Ausbildung des Brenners entfällt zusätzlich eine gesonderte Brennstoffleitung zur verschiebbar angeordneten Brennstoffkammer.In an embodiment of the invention it is provided that the fuel chamber is arranged to be hydraulically displaceable (Claim 3) and to use the liquid fuel itself as a hydraulic operating medium (Claim 4). This results in a simple, compact design of the burner. With one in patent claim 5 specified design of the burner is also omitted a separate fuel line for displaceable arranged fuel chamber.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung schematisch wiedergegeben ist, näher erläutert.The invention is based on an exemplary embodiment which is shown schematically in the drawing is explained in more detail.
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 Verschlußplatlen 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 for Fuel-permeable porous walls 2. In the exemplary embodiment, the fuel chamber 1 is cylindrical executed and covered on both ends with closure plates 3, 4. The locking plates are placed in alignment on the cylindrical, porous wall 2 of the fuel chamber 1 and have a smooth outer cylindrical surface.
Im Ausführungsbeispiel ist die Brennstoffkammer 1 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 fc ausgeführt ist Die Verbrennungsluft wird in den Strömungsraum 5 über ein Zuführungsrohr 7 eingeführt, das einen Rohran- η Schluß 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 2> 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 jo dient ein in die Verbrennungszone eingeführter Zünder 13.In the exemplary embodiment, the fuel chamber 1 is designed to be displaceable and in the drawing in its Operating position within a flow space 5 through which combustion air flows. the Fuel chamber 1 protrudes centrally into flow space 5, which in the exemplary embodiment is an annular space is carried out between the outer surface of the porous wall 2 and an inner heat exchanger fc Combustion air is introduced into the flow space 5 via a supply pipe 7, which has a pipe an η Has conclusion 8 for the combustion air. The feed pipe 7 surrounds the heat exchanger pipe 6 and at the same time forms the outer wall of the combustion chamber. The combustion of the fuel-air mixture takes place in a combustion zone 9 within the heat exchanger tube 6. In the exemplary embodiment, there is the ceramic heat exchanger tube. However, it can also be made of metal. Via the heat exchanger pipe 6, the combustion air flowing in the supply pipe 7 becomes through the release of heat from the combustion zone 9 preheated. An electric heater ensures that the combustion air is heated during a cold start Resistance heater 10, which is wound on the ceramic heat exchanger and to the outside having guided electrical connections 11, 12. In the 2> flow space 5 evaporates into the preheated Combustion air is the 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. For the start jo an igniter 13 inserted into the combustion zone serves.
Die Brennstoffkammer 1 ist innerhalb eines Hydraulikzylinders 14, der am Zuführungsrohr 7 der Verbrennungskammer angeflanscht ist, verschieblich gelagert. J5 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. w 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 fuel chamber 1 is slidably mounted within a hydraulic cylinder 14 which is flanged to the supply pipe 7 of the combustion chamber. J5 In addition to a bearing 15 supporting the fuel chamber 1 on the periphery, a tubular holder 16 fastened to the closure plate 4 is attached to the fuel chamber 1 and axially penetrates the hydraulic cylinder 14 and is guided in a support bearing 17. w The bracket 16, the closure plate 4 projects beyond the fuel chamber 1 and is guided by a cover 18 at the outer end of the hydraulic cylinder fourteenth The bearings 15 and 17 in the hydraulic cylinder have sealing rings 19 which seal an interior space 20 ″ between the two bearings. Via a connection 21 on the hydraulic cylinder 14, liquid can be introduced into the interior space 20 with the aid of a feed pump 22.
An dem das Stützlager 17 überragenden Ende der ;j 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. Die Endstellung der Brennstoffkammer 1 im Strömungsraum 5 wird von der Stellung der Auflage 23 an der Halterung 16 mit Anschlag 25 vorgegeben.At the end of the support bearing 17 protruding from the; j Bracket 16 is attached to an adjustable support 23 for a spring 24, which is the support bearing 17 as a counter bearing serves. Flows into the interior 20 - conveyed by the feed pump 22 - hydraulic operating medium on, the fuel chamber 1 is pressed into the flow space 5 against the force of the spring 24. 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 specified.
Im Ausführungsbeispiel wird als hydi aulisches Be- t>o triebsmittel 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 tv> 20 vorhandene Brennstoff strömt über eine Brennstoffleitung 26 aus dem Inner.raum 20 des Hydraulikzylinders in den Innenraum der Brennstoffkammer 1 ein. Die Brennstoffleitung 26 ist im Ausführungsbeispiel als Drosselbohrung in der Verschlußpiatte 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 erforderliche Flüssigkeitsdruck i>! 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 beating> o Driving medium liquid fuel conveyed into the interior 20 of the hydraulic cylinder 14. This saves in advantageously an additional fuel line to the fuel chamber 1 and leads to a very compact design of the burner. The one in the interior tv> 20 existing fuel flows via a fuel line 26 from the Inner.raum 20 of the hydraulic cylinder into the interior of the fuel chamber 1. The fuel line 26 is in the embodiment as Throttle bore formed in the closure plate 4 of the fuel chamber 1. Excess, on the Surface of the porous wall 2 of the fuel chamber 1 non-evaporating fuel is over a Drain line 28 discharged from the interior of the fuel chamber 1. The im Embodiment advantageously the tubular holder 16, which is in the interior of the fuel chamber of the closure plate 4 is brought up 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 The required fluid pressure i>! the fuel chamber 1 is set. About the Drain line 28, the fuel is returned to the storage tank, which is not shown separately in the drawing is shown.
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 20 is withdrawn into the hydraulic cylinder The fuel can be extracted from the interior space 20 via the fuel line 26 and from the fuel chamber 1 flow through the drain line 28 so that the resetting of the chamber is not disturbed.
Ein Zirkulieren von Brennstoff in der Brennstoffkammer ist auch für den Betrieb des Brenners erwünscht. Der Brennstoff kann auf diese Weise vor Überhitzung geschützt werden, die zum Cracken führt. Die Siedetemperatur des Brennstoffs darf nicht erreicht werden.Circulating fuel in the fuel chamber is also desirable for the operation of the burner. In this way, the fuel can be protected from overheating, which leads to cracking. the 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 Brennstuffkammer 1 ein. Ein Teil des Brennstoffs durchdringt die porösen Wände 2 und verdunstet auf deren Oberfläche. 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.When the burner starts, the fuel chamber 1 is located within 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 feed pipe 7 and flow space 5 and switches via a not shown in the drawing Switch on the resistance heater 10. With sufficiently preheated combustion air and appropriate Temperature at the thermostat 27 is a signal to a controller, not shown in the drawing Switching on the feed pump 22 given. The then flowing into the interior 20 of the hydraulic cylinder Fuel pushes the 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 a. Part of the fuel penetrates the porous walls 2 and evaporates on their surface. The remainder of the fuel flows through the drain line 28 controlled by the flow control valve 29 back into the Storage tank. In the flow space 5, a stoichiometric fuel-air mixture is formed, which in the Combustion zone 9 is ignited.
Bei Betrieb des Brenners wird nach ausreichender Aufheizung des Wärmetauscherrohres 6 die Widerstandsheizung 10 ausgeschaltet.When the burner is in operation, after the heat exchanger tube 6 has been sufficiently heated, the resistance heater is activated 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 BrennEtoffkammer 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 B^ennstoffverluste vermindert, insbesondere kann keine Nachverbrennung auftreten.To switch off the burner, the feed pump 22 is switched off and the fuel supply is blocked. in the The fluid pressure drops in the interior 20 of the hydraulic cylinder 14. The fuel chamber 1 is of pulled out of the flow space 5 by the force of the spring 24. The flame in the combustion zone 9 goes out. In this way, not only are fuel losses reduced, in particular none can Afterburning occur.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (5)
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