DE3243398A1

DE3243398A1 - Vergasungsbrenner fuer fluessigen brennstoff

Info

Publication number: DE3243398A1
Application number: DE19823243398
Authority: DE
Inventors: Peter Johan Mads 6430 Nordborg Clausen; Joergen Hartvig Petersen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1982-11-24
Filing date: 1982-11-24
Publication date: 1984-05-24
Also published as: DE3243398C2; DK526283A; IT1159642B; SE8306422L; FR2536505A1; CA1244338A; GB2130710A; SE8306422D0; IT8353971V0; IT8368229A0; JPS59142315A; DK526283D0; GB2130710B; GB8331205D0; US4681533A

Description

Danfoss A/S, Nordborg, Dänemark Vergasungsbrenner für flüssigen Brennstoff

Die Erfindung bezieht sich auf einen Vergasungsbrenner für flüssigen Brennstoff, mit einer elektrisch beheizbaren Vergasungskammer, mit einem konzentrisch zur Vergasungskammer angeordneten Kanalsystem zur Zufuhr von Verbrennungsluft und mit einem einen Brennraum umgebenden, hinten durch eine ringförmige Abschlußwand begrenzten, zylindrischen Brennerrohr.

Bei einem bekannten Vergasungsbrenner dieser Art (VDI-Berichte Nr. 423, 1981, Seiten 175 bis 180) besteht die Vergasungskammer aus mehreren parallel geschalteten Kanälen kleinen Querschnitts, die in einem Hohlzylinder untergebracht und außen von einer Heizwicklung umgeben sind. Die Austrittsöffnungen der Vergasungskammer sind am Umfang des Hohlzylinders vorgesehen und münden in einen Ringspalt, über den die Verbrennungsluft mit Drall zugeführt wird. Die Mündung dieses Ringspaltes befindet sich im erheblichen axialen Abstand vor der hinteren Abschlußwand des Brennraumes. Das Brennstoffgas-Luft-Gemisch, daß mittels einer Funkenzündung im Ringspalt gezündet werden kann, bildet

einen Ringwirbel mit einem Rezirkulationspfad, der durch den Hohlzylinder führt, so daß sich heiße Verbrennungsgase mit der frisch zugeführten Verbrennungsluft am Eingang des Ringspalts mischen können. 5

Mit dieser Konstruktion ist ein Betrieb mit blauer, durchsichtiger Flamme und erheblichem Luftüberschuß, z.B. 45 % bei 12 KW Leistung, möglich, sobald der Brenner den normalen Betriebszustand erreiche hat und eine ausreichende Brennstoffmenge verfeuert wird. Bei kleinen Brennstoffmengen muß mit noch höherem Luftüberschuß gefahren werden, um einen stabilen Betrieb zu ermöglichen. Auch beim Anfahren können Schwierigkeiten infolge Flammeninstabilität auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Vergasungsbrenner der eingangs beschriebenen Art anzugeben, der über seinen gesamten Leistungsbereich mit blauer Flamme und geringem oder ohne Luftüberschuß betrieben werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vergasungskammer im wesentlichen durch ein zentrisch angeordnetes Vergasungsrohr gebildet ist und daß eine Leitvorrichtung zur Erzeugung eines äußeren Ringwirbels von Vex^brennungsgasen, der längs des Innenumfangs des Brennerrohres zumindest über einen axial vor der Mündung des Kanalsystems in den Brennraum liegenden Abschnitt rückwärts bis zur Abschlußwand verläuft, vorgesehen ist.

Bei dieser Konstruktion wird wegen des zentrisch angeordneten Vergasungsrohres eine zentrische Flam-

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menfront gebildet. Der durch die Leitvorrichtung erzeugte äußere Ringwirbel führt heiße Verbrennungsgase zwischen dieser Flammenfront und dem Innenumfang des Brennerkopfes zurück. Hierdurch wird die bei kleiner Brennerleistung schwache Flamme davor geschützt, daß sie durch die möglicherweise (noch) kalte Wand des Brennerrohres bis unter die Zündtemperatur abgekühlt wird und erlischt. Infolgedessen kann der Vergasungsbrenner mit sehr viel geringerer Wärmeleistung betrieben werden als es bisher möglich war. Trotzdem kann der Luftüberschuß klein gehalten werden. Dieser Schutz der Flamme durch den äußeren Ringwirbel gilt auch für jeden Anfahrvorgang, wenn die Gefahr besteht, daß die gerade gebildete Flamme unter dem Einfluß der zunächst geringen Temperatur des Brennerrohres wieder erlischt. Der äußere Ringwirbel hat den weiteren Vorteil, daß am Rand der Flammenfront eventuell vorhandene, unverbrannte Brennstoffanteile erneut der Flammenfront zugeführt werden, so daß auch deren Verbrennung sichergestellt ist.

Mit besonderem Vorteil befindet sich nahe der Mündung des Vergasungsrohres eine Glühzone zur Zündung.

Wenn beim Einschalten des Brenners der erste Brennstoff tropf en in dem Vergasungsrohr verdampft, vermischt er sich mit der dort befindlichen Luft zu einem brennfähigen Gemisch, das in der Glühzone gezündet wird. Die so gebildete Zündflamme wird von dem nachdrängenden Brennstoffgas in den Brennraum hinausgeschoben, so daß sich auch das nachfolgend gebildete Brennstoffgas-Gemisch entzünden kann. Die Stabilität der Zündflamme wird durch den äußeren Ringwirbel ganz erheblich verbessert, so daß in einem sanften Anlauf rasch eine stabile

- 9 Flammenfront erreicht werden kann.

Zweckmäßigerweise befindet sich die Mündung des Kanalsystems in dem Brennraum etwa im Bereich der Abschlußwand. Damit ist in besonders hohem Maße gewährleistet, daß der sich bildende Ringwirbel axial verhältnismäßig weit in den Brennraum hineinragt und daher die Flammenfront in einem ausreichenden Maß umgibt.
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Auch die mindestens eine Austrittsöffnung des Vergasungsrohres sollte sich etwa im Bereich der Abschlußwand befinden. Dies ergibt den kürzestmöglichen'Abstand der Flammenfront von der Abschlußwand und daher die größtmögliche Sicherheit, daß der äußere Ringwirbel die Flammenfront umgibt.

Bei einer bevorzugten AusfUhrungsform ist dafür gesorgt, daß die Leitvorrichtung mindestens einseitig eine konische Führungswand aufweist, so daß die Verbrennungsluft in einem konischen Luftstrahl eingeleitet wird. Der konische Luftstrahl führt in Verbindung mit dem vom Vergasungsrohr zugeführten, vergasten Brennstoff hinter dem Scheitelpunkt des Konus zu einer Flammenfront,'die sich nach außen aufweitet. Der äußere Ringwirbel wird durch die äußere Verbrennungsgasschicht gebildet, die zunächst vorwärts gerichtet ist und dann nach hinten zu einem durch den eintretenden Konusstrahl gebildeten Unterdruckbereich umgelenkt wird. Wenn die Wärmeleistung durch Änderung der Brennstoffzufuhr und der Verbrennungsluftzufuhr geändert wird, verlagert sich die Flammenfront axial im Brennraum. Gleichzeitig wird aber auch der durch den Konusstrahl hervorgerufene Antrieb des Ringwirbels verän-

-lO-dert, so daß nach wie vor die Flammen front vom äußeren Ringwirbel umhüllt bleibt.

Hierbei sollte die konische Führungswand axial gegenüber der zweiten, die Mündung begrenzenden Wand verstellbar sein. Auf diese Weise läßt sich der äußere Ringwirbel optimal einstellen.

Das Kanalsystem kann so ausgelegt sein, daß die zugeführte Verbrennungsluft rotierend über die ringspaltförmige Mündung mit einer hohen Geschwindigkeit, die durch einen Druckverlust von 15 bis 100 mbar über die Mündung hervorgerufen wird in den Brennraum eintritt. Hierdurch wird der Hauptte.il der Druckenergie in Geschwindigkeitsenergie umgewandelt. In diesem Fall genügt der Drall, den die Verbrennungsluft durch tangentielle Einleitung in das Kanalsystem erfährt, damit sich eine sichere Vermischung mit dem vergasten Brennstoff und eine ausgeprägte Ausbildung des äußeren Ringwirbels ergibt. Außerdem spielen die von atmosphärischen und anderen Einflüssen abhängigen Druckschwankungen im Brennraum praktisch keine Rolle. Ein optimaler Wert ist ein Druck im Kanalsystem von etwa 40 mbar.

Es kann aber auch mit geringeren Drücken als 15 mbar im Kanalsystem gearbeitet werden. Dann sollte jedoch zur Erzielung der ausgeprägten äußeren Ringwirbel die Leitvorrichtung Leitschaufeln im Kanalsystem aufweisen, damit ein ausreichender Drall der Verbrennungsluft erzeugt wird.

Bei einer anderen Ausführungsform weist die Leitvorrichtung ein Führungsrohr auf, das mit Abstand innerhalb des Brennerrohres verläuft und zusammen mit dem Brennerrohr einen Rückströmkanal zumindest für einen äußeren Teil des äußeren Ringwirbels bildet. Dieses Führungsrohr erzwingt einen konstan-

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ten Verlauf der Strömung, was dem Schutz der Flamme dient.

Konstruktiv ist es empfehlenswert, daß das Führungsrohr an der Abschlußwand befestigt ist, in diesem Bereich Umfangsöffnungen besitzt und eine axial verschiebbare Blende einen Teil des Öffnungsquerschnitts abdecken kann. Mittels der Blende kann Einfluß auf die im Strömungskanal zurückgeführte Verbrennungsgasmenge genommen werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung.können vom Rückströmkanal zur Mündung des Kanalsystems ein oder mehrere gleichmäßig über den Umfang angeordnete Verbindungskanäle führen, die hinter der Abschlußwand für den vom Führungsrohr umschlossenen Brennraum verlaufen. Auf diese Weise wird zumindest ein äußerer Teil des äußeren Ringwirbels an eine Stelle zurückgeführt, wo die höchste Luftgeschwindigkeit und der niedrigste Druck auftreten. Mit dieser Art der Rezirkulation vergrößert sich die Sicherheit dafür, daß eventuell noch vorhandener flüssiger Brennstoff durch die Rezirkulationsgase verdampft, bevor er die Flammenfront erreicht. Unabhängig davon kann ein innerer Teil des äußeren Ringwirbels einen Rezirkulationspfad innerhalb des Führungsrohres durchlaufen.

Empfehlenswert ist ferner eine Baueinheit, die die Abschlußwand und einen sie umgebenden Zylinderflansch zum Halten des Führungsrohrs, eine axial hierzu versetzte Endwand des Rückströmkanals, eine äußere Führungswand der Leitvorrichtung mit einem Kleinstquerschnitt sowie mindestens einen Verbindungskanal aufweist, der zwischen Endrand und Abschlußwand beginnt und im Bereich des Kleinstquer-

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einheit läßt sich leicht vorfertigen und dann mit dem das Luftsystem umgebenden Brennerkopf, dem Brennerrohr und dem Führungsrohr vereinigen.

Die Baueinheit kann darüber hinaus an der dem Kanalsystem zugewandten Seite Drall-Leitschaufeln tragen, so daß sich eine besonders gedrungene und zuverlässige Konstruktion ergibt.

Es ist günstig, wenn die Baueinheit aus mehreren Teilen besteht, die miteinander ausgerichtete Axiallöcher aufweisen, durch die Verbindungszapfen greifen. Da die Baueinheit aus einem hitzebeständigen Material, insbesondere keramischen Material, wie Magnesium-Silikat, Cordierit, Aluminiumoxyd, Siliziumnitrid u. dgl. bestehen sollte, da es sich nur in verhältnismäßig einfachen Teilen gestalten läßt, kann man auf diese Weise auch komplizierte Baueinheiten erzeugen.

■Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, wenn das vordere Ende des Brennerrohres mit einem am Innenumfang anschließenden Stauring versehen ist. Dieser Stau- ■ ring begünstigt die Bildung des äußeren Ringwirbels, da die austretenden Verbrennungsgase auf den durch die Stauscheibe definierten kleineren Querschnitt begrenzt werden.

Das Brennerrohr sollte wärmeisolierend sein und besteht vorzugsweise wenigstens teilweise aus einem hitzebeständigen Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit. Damit ist sichergestellt, daß sich das Brennerrohr rasch erwärmt und keinen negativen Einfluß mehr auf die Flamme haben kann. 35

Ganz besondere Vorteile ergeben sich, wenn die

Wärmeleitfähigkeit so gering ist, daß das Brennerrohr im Bereich des äußeren Ringwirbels glüht. Damit ist nämlich sichergestellt, daß die Flamme bei kurzzeitigem Erlöschen jeweils wieder neu gezündet wird. Die Brennerleistung kann in diesem Fall noch weiter herabgesetzt werden.

Desweiteren kann eine Schaltvorrichtung vorgesehen sein, welche die der Heizvorrichtung des Vergasungsbrenners zuzuführende Leistung mit zeitlicher Verzögerung nach dem Einschalten reduziert. Dies gibt eine Einsparung an elektrischer Heizung. Eine unzureichende Vergasung des Brennstoffes ist unschädlich, weil eventuell mitgerissene Brennstofftröpfchen durch die zurückgeführten heißen Verbrennungsgase oder durch die Wärmestrahlung des Brennerrohres verdampfen.

Günstig ist es ferner, wenn zur Flammenüberwachung wenigstens eine Ionisations-Meßelektrode in der hinteren Abschlußwand oder im Brenner- oder Führungsrohr nahe dieser Anschlußwand angeordnet ist, wo sie in der Rückströrnung des äußeren Ringwirbels liegt. Die Ionisations-Messung mit einer feststehenden, in die Flamme ragenden Elektrode führt zu unsicheren Ergebnissen, weil sich die Lage der Flammenfront und die Länge der Flamme mit einer Verstellung der Leistung des Brenners verändert. Durch Anordnung der Ionisations-Meßelektrode in der Rückströmung des äußeren Ringwirbels ist gewährleistet, daß an der Meßstrecke immer die gleichen Verhältnisse herrschen, unabhängig davon, welche die Lage die Flammenfront und welche Länge die Flamme hat.

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Eine solche Meßelektrode kann auch als Verbindungszapfen zur Zusammenfügung der Teile der Baueinheit dienen.

Empfehlenswert ist auch ein Steuergerät, das beim Abreißen der Flamme eine Abschaltung der Brennstoffzufuhr erst am Ende einer vorgegebenen Sicherheitszeit bewirkt, sofern Meßelektrode und/oder Wände des Brennraums Glühtemperatur haben.Wenn diese Teile eine Temperatur von über 600 C besitzen, ergibt sich ohne jegliche Zusatzmaßnahme eine Wiederzündung. Es ist daher nicht notwendig, jeweils einen vollständigen Anlaufzyklus durchzuführen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter, bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

,Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verga

sungsbrenners,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausfüh-

rungsform,
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Fig. 3 einen Teilschnitt durch eine dritte Ausführungsform und

Fig. 4 einen Schnitt durch eine Baueinheit einer vierten Ausführungsform.

In Fig. 1 ist eine Vergasungskammer 1 veranschaulicht, die im wesentlichen durch ein Vergasungsrohr

2 gebildet ist. Ein in das hintere Ende eingesetzter Halter 3 dient zur Verbindung mit einem Brennstoff--Zuleitungsrohr 4, beispielsweise einem normalen Kapillarrohr aus rostfreiem Stahl. Das vordere Ende des Vergasungsrohres 2 ist durch eine Lochplatte 5 mit einer zentrischen Austrittsöffnung 6 verschlossen. Um das Rohr liegt eine Heizvorrichtung 7-, beispielsweise in der Form einer mehrfach von entgegengesetzten Seiten her und ein- oder zweimal durchgehend geschlitzten Hülse aus elektrisch leitfähigem Material. Strom kann über Anschlüsse 8 zugeführt werden, die mit Hilfe von Schrauben 9, 10 an die Heizvorrichtung 7 gepreßt werden. Die Schrauben 9, 10 können sich an einer in einem Gehäuse 11 gehaltenen Isolierhülse 12

abstützen. Zwischen Isolierhülse 12 und Heizvorrichtung 7 gibt es eine Wärmeisolation 13. Schrauben 14, die sich am Gehäuse 11 abstützen, wirken im Bereich eines Abstandringes 15, der Aussparungen für die Anschlüsse 8 besitzt, und sichern so die Lage des Vergasungsrohres 2. Vorn ist das Gehäuse durch eine Ringscheibe 16 aus wärmeisolierendem Material verschlossen. Wegen der verschlechterten Wärmeabfuhr ergibt sich im Innern des Vergasungsrohres 2 bei Beheizung eine Zone erhöhter Temperatur, die sogenannte Glühzone 17. Die Wärmeisolation 13 kann aus keramischen Fasern, Aluminiumoxid, Siliziumdioxid o.dgl. bestehen. Die übrigen Teile ; sind vorzugsweise Keramik- oder Metallteile mit •30 der erforderlichen hohen Wärmebeständigkeit. Insbesondere besteht das Vergasungsrohr 2 aus Siliziumdioxid. Bei elektrisch leitfähigem Rohrmaterial ■ kann der Heizstrom auch direkt durch das Rohr geschickt werden, so daß die gesonderte Heizvor-Ϊ35 richtung 7 entfällt.

Konzentrisch zur Vergasungskamrner 1 ist ein Kanalsystem K für die Zufuhr der Verbrennungsluft vorgesehen. Es wird innen durch eine auf das Gehäuse 11 aufgeschobenen Hülse 18 mit einer vorderen konisehen Leitwand 19 und außen durch einen Brennerkopf 20 mit einem Stirnteil 21, der eine ringförmige Abschlußwand 22 besitzt, begrenzt. Zwischen der Konuswand 19 und der Abschlußwand 22 wird eine Mündung 23 in Form eines Ringspaltes gebildet, über den durch einen Einlaß 24 tangential zugeführte Verbrennungsluft als rotierender Konusstrahl abgegeben wird.

Der Vergasungskammer 1 ist ein Brennraum 25 vorgeschaltet, der außen durch ein zylindrisches Brennerrohr 26, hinten durch die Abschlußwand 22 und vorn durch einen mit Schrauben 27 befestigten Stauring 28 begrenzt ist. Das Brennerrohr 26 und der Stauring 28 sollten aus einem korrosions- und hitzebeständigen Werkstoff mit geringer Wärmeleitfähigkeit wie Keramik, keramische Fasern oder feuerfestem Steinmaterial bestehen. Zweckmäßigerweise handelt es sich um Materialien mit geschlossenen Poren; andernfalls sollte das Brennerrohr 26 mit einer nicht veranschaulichten gasdichten Hülle versehen werden.

In diesem Brennraum 25 bildet sich im normalen Betrieb eine Flammenfront 29. Die Axialgeschwindigkeit des rotierend zugeführten Luftstrahls ist kleiner als die Rückzünd-Geschwindigkeit der Flamme. Bei dem veranschaulichten Muster der Brennstoffgas- und Verbrennungsluft-Zuführung ergibt sich ein innerer Ringwirbel 30 und ein äußerer Ringwirbel

31. Beide bewirken, daß etwaiger unverbrannter Brennstoff wieder an die Flammenfront 29 zurückge-

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führt wird. Der äußere Ringwirbel 31 löst sich von der Außenfläche der Flammenfront und reicht erheblich über die Flammenfront hinaus. Die Gase des Ringwirbels verlaufen dann längs eines Pfades 32 an der Umfangswand 33 des Brennerrohres 26 bis zur Abschlußwand 22, wo die Strömungsbahn sich nach.innen zu einem Unterdruck aufweisenden Bereich richtet, der durch die zuströmende Verbrennungsluft erzeugt wird. Die Gase des äußeren Ringwirbels 31 sind heiß und verhindern, daß die Flamme durch das Brennerrohr 26 abgekühlt wird.

In der Abschlußwand 22 ist eine Ionisations-Meßelektrode 35 angeordnet, die immer im Pfad 32 des äußeren Ringwirbels 31 liegt. Dies gilt unabhängig davon, daß die Flammenfront 29 in Abhängigkeit von der eingestellten Brennstoffzufuhr und der davon abhängigen Verbrennungsluftzufuhr unterschiedliche axiale Abstände von der Abschlußwand 22 haben kann. Infolgedessen ist unabhängig vom jeweiligen Betrieb ein sicheres Erfassen des Vorhandenseins der Flamme möglich. Im vorliegenden Fall wird die Ionisations-Meß- strecke zwischen der veranschaulichten Elektrode 35 und Masse gebildet. Es besteht aber auch die Möglichkeit, zwei derartige Meßelektroden in der Abschlußwand 22 oder im Brennerrohr 26 nahe der Abschlußwand anzubringen.

Beim Anlauf des Vergasungsbrenners wird zunächst die Heizvorrichtung 7 eingeschaltet. Mit einer gewissen Verzögerung wird ein Ventil zur Brennstoffzuleitung geöffnet. Der Förderdruck kann sehr gering sein, beispielsweise 0,1 bar. Sobald der erste Tropfen der Flüssigkeit die Vergasungskammer 1 erreicht, wird dieser vergast. Das Gas bildet mit

der in der Kammer 1 befindlichen Luft ein zündfähiges Gemisch, das an der Glühzone 17 entzündet wird. Die so gebildete Flamme wird von dem nachfolgenden Brennstoffgas in den Brennraum 25 geschoben. Das nachfolgende Gas vermischt sich mit der über das Kanalsystem K zugeführten Verbrennungsluft. Das so gebildete brennfähige Gemisch wird von der zuvor erwähnten Flamme gezündet. Die Flammenfront schiebt sich allmählich weiter nach rechts, bis der Brenner mit der eingestellten Leistung betrieben wird. Während dieses allmählichen Aufbaus der Flammenfront wirkt bereits der äußere Ringwirbel 31 als Schutz gegen eine Abkühlung durch das Brennerrohr 26.

Je geringer die Brennerleistung, um so größer ist die Neigung der Flamme zur Instabilität, wenn man den Brenner nicht mit erheblichem Luftüberschuß betreibt. Mit Hilfe des äußeren Ringwirbels 31 gelingt es demgegenüber, eine stabile Flamme in der Flammenfront 29 auch beim Luftüberschuß nahe Null zu erzielen, wenn wenig flüssiger Brennstoff zugeführt wird, z.B.'weniger als 1 kg/h, beispielsweise 0,6 kg/h.

Schon kurze Zeit nach Inbetriebnahme nimmt die innere Oberfläche 33 des Brennerrohres 26 Glühtemperatur an. Dies ergibt eine weitere Stabilisierung der Flamme. Auf Grund der starken Rückstrahlung erfolgt eine wirksame Vergasung etwaiger Brennstofftröpfchen im Gasstrahl zwischen dem Vergasungsrohr und der Flammenfront. Die Temperatur des Flammenkerns hat auf Grund dieser Rückstrahlung sowie des äußeren Ringwirbels 31 die Betriebtemperatur sehr schnell erreicht. Sie ist so hoch, daß kein

Ruß existieren kann und die Flamme vollständig transparent ist.

Die Heizleistung wird der Heizvorrichtung 7 von einer Schaltvorrichtung 36 zugeführt, die von einer Spannungsversorgung 37, zum Beispiel dem normalen Wechselstromnetz, versorgt und durch ein Steuergerät : 38 gesteuert wird. Dieses Steuergerät steuert ferner ein Ventil 60 in der Brennstoff-Zuleitung 61 und ein Ventil 62 in einer Luft-Zuleitung 63. Über Eingänge 64 werden dem Steuergerät Informationen zugeführt, beispielsweise von einem Kesselthermostaten, von der Meßelektrode 35, von einem Rauchgasfühler u. dgl.

Beim Erlöschen der Flamme während des Betriebes z.B. auf Grund kurzzeitigem Brennstoffmangels infolge einer Luftblase im System, erfolgt die Wiederzündung an der Brennkammerwand, so daß die Flamme sofort und ohne Rußbildung wieder hergestellt wird.

Ein Zeitgeber im Steuergerät 38 sorgt dafür, daß während einer vorgegebenen Sicherheitszeit keine Brennstoff-Abschaltung erfolgt, sofern ein Meßfühler, zum Beispiel die Meßelektrode 35, dem Steuergerät 38 meldet, daß Wände des Brennraums 25 Glühtemperatur haben.

Die Rückstrahlung macht es ferner möglich, die .30 Heizleistung der Heizvorrichtung 7 zu vermindern, auch auf die Gefahr hin, daß eine unvollständige Vergasung erfolgt und Brennstofftröpfchen zusammen mit dem Brennstoffgas aus der Öffnung 6 austreten. Diese Reduzierung erfolgt ebenfalls durch das Steu- ;35 ergerät 38. Dieses gibt eine gewisse Zeit nach

dem Feststellen der Flamme durch die Meßelektrode 35 ein Signal zur Verminderung der elektrischen Heizleistung. Die Heizleistung kann hierbei um mehr als 25 % herabgesetzt werden. 5

Das hohlzylindrische Brennerrohr 26 kann auch aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie Stahl, hergestellt sein. Auch hierdurch wird die Flamme geschützt. Es dauert aber verhältnismäßig lange, bis eine stabile Betriebstemperatur erreicht ist.

Bei einem solchen Vergasungsbrenner sind das Luftgeräusch und das Flammengeräusch sehr hochfrequent.

Diese Geräusche können sich nicht über ein normales Warmwasser-Heizungssystem fortpflanzen, wie die niedrigen Frequenzen eines "Flammengepolters" bei Zerstäubungsbrennern. Die hochfrequenten Geräusche lassen sich sehr leicht dämpfen, insbesondere genügt bereits die Dämpfung, die eine Wärmeisolierung bewirkt. Eine ausreichende Dämpfung ergibt sich beispielsweise, wenn das Brennerrohr 26 aus Steinwolle besteht.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 werden für entsprechende Teile um 100 erhöhte Bezugszeichen verwendet; In diesem Fall ist das Vergasungsrohr 102 mit der Heizvorrichtung 107, zwei Isolierhülsen 139 und der Wärmeisolierung 113 unmittelbar in einer Hülse 118 mit einer vorderen Konuswand 119 untergebracht. Zwischen einem Gehäuseteil 111 und dem damit verbundenen Brennerkopf 120 sowie der Hülse 118 ist ein Drehteil 140 unter Zwischenlage von Dichtungen 141 und 142 angeordnet, das über ein Gewinde 143 mit der Hülse 118 in Eingriff steht.

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Mit Hilfe von Handgriffen 144 bzw. 145 an der Hülse 118 bzw. am Drehteil 140 kann die Konuswand 119 axial verstellt werden, so daß sich die Größe der als Ringspalt ausgebildeten Mündung 123 ändert.

Im Brennraum 125 ist ein Führungsrohr 146 unter Freilassung eines Rückströmpfades 147 innerhalb des Brennerrohres 126 angeordnet und an der Abschlußwand 122 über Stege 148 befestigt. Dazwischen verbleiben Schlitze 149. Das Führungsrohr 146 endet mit Abstand vor dem Stauring 128. Eine Hülse ist auf dem Führungsrohr 146 verschiebbar und vermag die Öffnungen 149 mehr oder weniger stark abzudecken. Bei dieser Konstruktion verläuft der äußere Ringwirbel 131 um die vordere Stirnkante des Führungsrohres 146, durch den Rückströmkanal 147 und die Öffnungen 149. Das Führungsrohr 146 wird äußerst rasch erwärmt. Der Schutz der Flamme vor Abkühlung ist daher sehr gut. In das Kanalsystem K sind noch Leitwände 151 eingebaut, die dazu dienen, der zugeführten Verbrennungsluft einen starken Drall zu verleihen, auch wenn die Luft nur mit geringem Druck und geringer Geschwindigkeit in den Brennraum 125 eingeführt wird.

In Fig. 3 werden für entsprechende Teile um nochmals 100 erhöhte Bezugszeichen verwendet. Eine Baueinheit 265 weist die Abschlußwand 222 innerhalb des Führungsrohres 246 und einen dieses Führungsrohr tragenden Zylinderflansch 266, ferner eine den Rückstromkanal 247 begrenzende Endwand 267, die äußere Leitwand 268 für das Kanalsystem im Bereich der Mündung 223, wo ein Kleinstquerschnitt 269 vorhanden ist, und radialstehende Verbindungskanäle 270 auf,

die zwischen Endwand 267 und Abschlußwand 222 beginnen und im Bereich des Kleinstquerschnitts 269 münden. Zur Baueinheit 265 gehören ferner Leitschaufeln 271 zur Drallerzeugung, die an der Rückseite durch eine Ringplatte 272 abgedeckt sind. Die Baueinheit 265 besteht aus einem ersten Teil 273, das die Ringscheibe 272 und die Leitschaufeln 271 umfaßt, und einem zweiten Teil 274, das die übrigen Elemente umfaßt. Beide Teile sind mit Axiallöchern 275 versehen, durch die sich Zapfen 235a und 235b erstrecken. Diese Zapfen dienen gleichzeitig als lonisations-Meßelektroden.

Bei dieser Konstruktion ist der äußere Ringwirbel in zwei Teile unterteilt, nämlich einen äußeren Teil 231a, der durch den Rückstromkanal 247 zwischen Führungsrohr 246 und Brennerrohr 226 und anschließend durch die Verbindungskanäle 270 verläuft, und einen inneren Teil 231b, der längs der Innenwand des Führungsrohres 246 zurückströmt und dabei die durch die Abschlußwand 222 in den Brennraum ragenden Meßelektroden 235a und 235b bestreicht. Der äußere Teil 231a des äußeren Ringwirbels erfährt einen sehr starken Antrieb, da die Verbindungskanäle 270 am Kleinstquerschnitt 269 münden, wo die Luft mit der stärksten Strömungsgeschwindigkeit geführt wird und daher der stärkste Unterdruck herrscht. Infolgedessen wird dem Brennstoff-Luft-Gemisch ein entsprechender Anteil des zirkulierenden heißen Gases zugeführt, was das Vergasen noch vorhandener Brennstofftröpfehen vor der Flammenfront erleichtert.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 werden um nochmais 100 erhöhte Bezugszeichen für entsprechende

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Teile benutzt. Hier besteht die Baueinheit 365

■ aus zwei einfach gestalteten Teilen 373 und 374, I die unter Zwischenschaltung von Abstandsringen

: 376 durch Zapfen 377 miteinander vereinigt sind. •5 Es verbleibt daher ein spaltförmiger Verbindungskanal 370 zwischen der Abschlußwand 322 und der Endwand 367.

: Die Baueinheiten 265 und 365 können aus gesinterten ; 10 Keramikteilen gefertigt werden, die als Rohwerk- ; stücke auf den Zapfen gesammelt und dabei miteinander verklebt werden. Diese Einheit wird dann ge-

, trocknet und anschließend gebrannt oder gesintert.

; 15 Das hier beschriebene Prinzip ermöglicht einen ! Betrieb mit äußerst kleinem oder gar keinem Luft- : Überschuß bei einer Rußzahl 0 unabhängig von der

■ eingefeuerten Brennstoffmenge zu erzielen. Es er-

■ folgt eine stöchiometrische Verbrennung des Brenn- : 20 stoffes, ohne daß Schwefeltrioxid gebildet wird,

so daß das System einen Betrieb bei minimaler Austrittstemperatur, d. h. bei maximaler Abkühlung des Rauchgases, erlaubt. Die Verbrennung ist sowohl während des Anlaufs als auch während des Betriebes

' 25 so rein, daß der Brenner sogar als Tauchbrenner sowie in Verbindung mit kondensierenden Wärmetauschern arbeiten kann. Es ist auch möglich, mit einem gewissen Luftunterschuß ohne Rußprbduktion zu arbeiten. Die Flamme ist unabhängig von ihrer

; 30 Größe vor unerwünschter Kondensation des vergasten Brennstoffs geschützt. Der äußere Ringwirbel erwärmt

. Wände des Brennraumes derart, daß etwa noch vorhandene Brennstofftröpfchen vergast werden, bevor sie die Flammenfront erreichen. Wenn die Wände 35 glühen, kann die Flamme sogar nach kurzzeitigem

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Erlöschen im Betrieb wieder gezündet werden. Selbst im Anlauf arbeitet der Brenner mit einer reinen blauen Flamme. Auch bei den Zubehörteilen ergeben sich Vereinfachungen. So benötigt man nur eine geräuscharme Niederdruckförderpumpe für den Brennstoff, da kein höherer Druck als maximal 0,5 bar benötigt wird. Resonanzgeräusche in Ölleitungen und Tanks werden daher vermieden. Auch die Flammengeräusche sind wesentlich geringer und lassen sich infolge der höheren Frequenz leichter dämpfen.

Ferner benötigt man kein schnellwirkendes Abschneideventil beim Abschalten des Brenners, da die vorhandene Wärme noch ausreicht, um eventuell nachtropfenden Brennstoff zu vergasen.

Claims

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DR.-ING. ULRICH KNOBLAUÖH ·Γ. -Ι« " ' *

PATENTANWALT 6FRANKFURTZMAINI₁DEnSS. MOV . 1982

^AICNIAINVVALI KÜHHORNSHOFWEG 10 K/RU

POSTSCHECK-KONTO FRANKFURT/M. 3425-605

DRESDNER BANK. FRANKFURT/M. 2300308 TELEFON: 56 IO 78

TELEGRAMM:KNOPAT TELEX: 411 877 KNOPA D

DA 622

Patentansprüche

Vergasungsbrenner für flüssigen Brennstoff, mit einer elektrisch beheizbaren Vergasungskammer, mit einem konzentrisch zur Vergasungskammer angeordneten Kanalsystem zur Zufuhr von Verbrennungsluft und mit einem einen Brennraum umgebenden, hinten durch eine ringförmige Abschlußwand begrenzten, zylindrischen Brennerrohr, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergasungskammer (1) im wesentlichen durch ein zentrisch angeordnetes Vergasungsrohr (2; 102) gebildet ist und daß eine Leitvorrichtung (19; 146; 151, 246, 271) zur Erzeugung eines äußeren Ringwirbels (31; 131; 231a) von Verbrennungsgasen, der längs des Innenumfangs des Brennerrohres (26; 126;

226) zumindest über einen axial vor der Mündung (23; 123; 223) des Kanalsystems (K) in den Brennraum (25; 125; 225) liegenden Abschnitt rückwärts bis zur Abschlußwand (22; 122; 222) verläuft, vorgesehen ist.

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2. Vergasungsbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich nahe der Mündung des Vergasungsrohres (2) eine Glühzone (17) zur Zündung befindet.

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3. Vergasungsbrenner nach einem der Ansprüche 1

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oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung (23; 123; 223) des Kanalsystems (K) in den Brennraum (25; 125; 225) sich etwa im Bereich der Abschlußwand (22; 122; 222) befindet.
4. Vergasungsbrenner nach einem der Ansprüche 1

bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Austrittsöffnung (6) des Vergasungsrohres (2) sich etwa im Bereich der Abschlußwand (22; 122) befindet.
5. Vergasungsbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitvorrichtung mindestens einseitig eine konische Führungswand (19, 119; 268; 368) aufweist, so daß die Verbrennungsluft in einem konischen Luftstrahl eingeleitet wird.
6. Vergasungsbrenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die konische Führungswand (19; 119; 268; 368) axial gegenüber einer zweiten, die Mündung (23; 123) begrenzenden Wand (22; 122) verstellbar ist.
7. Vergasungsbrenner nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ,gekennzeichnet, daß das Kanalsystem (K) so ausgelegt ist, daß die zugeführte Verbrennungsluft rotierend über die ringspaltförmige Mündung (23; 123) mit einer hohen Geschwindigkeit, die durch einen Druckverlust von 15 bis 100 mbar über die Mündung hervorgerufen wird, in den Brennraum eintritt.
8. Vergasungsbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 7_} dadurch gekennzeichnet, daß die Leitvorrichtung Leitschaufeln (151; 271) im Kanalsystem (K) zur Erzeugung eines Dralls der Verbrennungsluft aufweist.
9. Vergasungsbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitvorrichtung ein Führungsrohr (146; 246) aufweist, das mit Abstand innerhalb des Brennerrohres (126; 226) verläuft und zusammen mit dem Brennerrohr einen Rückströmkanal (147: 247) zumindest für einen äußeren Teil des äußeren Ringwirbels (131; 231a) bildet.
10. Vergasungsbrenner nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsrohr (146) an der Abschlußwand (122) befestigt ist, in diesem Bereich Umfangsöffnungen besitzt und eine axial verschiebbare Blende (150) einen Teil des Öffnungsquerschnitts abdecken kann.
11. Vergasungsbrenner nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß vom Rückströmkanal (247) zur Mündung (223) des Kanalsystems (K) ein oder mehrere gleichmäßig über den Umfang angeordnete Verbindungskanäle (270, 370) führen, die hinter der Abschlußwand (222; 322) für den vom Führungsrohr umschlossenen Brennraum verlaufen.
12. Vergasungsbrenner nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Baueinheit (265; 365), die die Abschlußwand (222; 322) und einen sie umgebenden Zylinderflansch (266; 366) zum Halten des Führungsrohrs (246), eine axial hierzu versetzte Endwand (267; 367) des Rückströmkanals

(247), eine äußere Führungswand (268; 368)

der Leitvorrichtung mit einem Kleinstquerschnitt

(269; 369) sowie mindestens einen Verbindungskanal (270; 370) aufweist, der zwischen Endrand und Abschlußwand beginnt und im Bereich des Kleinstquerschnitts der Führungswand mündet. 5
13. Vergasungsbrenner nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit (265) an der dem Kanalsystem zugewandten Seite Drall-Leitschaufeln (271) trägt.
14. Vergasungsbrenner nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit (265; 365) aus mehreren Teilen (273, 274; 373, 374) besteht, die miteinander ausgerichtete Axiallöcher aufweisen, durch die Verbindungszapfen (235a, 235b) greifen.
15. Vergasungsbrenner nach einem der Ansprüche

1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das vordere Ende des Brennerrohres (26; 126) mit einem am Innenumfang anschließenden Stauring (28; 128) versehen ist.
16. Vergasungsbrenner nach einem der Ansprüche

l bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennerrohr (26) wärmeisolierend ist.
17. Vergasungsbrenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennerrohr (26) wenigstens teilweise aus einem hitzebeständigen Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit besteht.
18. Vergasungsbrenner nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitfähigkeit so gering ist, daß das Brennerrohr (26) im Betrieb im Bereich des äußeren Ringwirbels

(31) glüht.
19. Vergasungsbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuergerat (38) vorgesehen ist, welches die der Heizvorrichtung (7) des Vergasungsbrenners zuzuführende Leistung mit zeitlicher Verzögerung nach dem Einschalten reduziert.
20. Vergasungsbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß zur Flammenüberwachung wenigstens eine lonisations— Meßelektrode (35; 135; 235a; 235b; 335) in der hinteren Abschlußwand (22; 122; 222) oder im Brenner- oder Führungsrohr nahe dieser Abschlußwand angeordnet ist, wo sie in der Rückströmung des äußeren Ringwirbels (31; 131; 231b) liegt.
21. Vergasungsbrenner nach den Ansprüchen 14 und 20, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Meßelektrode (235a, 235b) als Verbindungszapfen verwendet ist.
22. Vergasungsbrenner nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch ein Steuergerät (38), das beim Abreißen der Flamme eine Abschaltung der Brennstoffzufuhr erst am Ende einer vorgegebenen Sicherheitszeit bewirkt, sofern Meßelektrode

(35) und/oder Wände des Brennraums (25) Glühtemperatur haben.

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