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Die Erfindung betrifft einen ölbrenner gemäß dem Oberbegriff
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des Anspruchs 1.
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Ein solcher ölbrenner weist eine in der Regel als Druckzerstäubungsdüse
ausgebildete Zerstäubungsdüse auf, welche über eine Düsenleitung mit einer Anordnung
aus einer Pumpe und mehreren Ventilen verbunden ist, welche mit einer Steuereinrichtung
verbunden sind und den Durchsatz an öl, welches durch die Düse zerstäubt und anschließend
im Brenner verbrannt werden soll, regulieren.
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Die Düse ist hinter einer Stauscheibe in einem Flammrohr angeordnet,
welches an ein Luftgebläse angeschlossen wird. Weist der Brenner keine Einrichtung
zum Rücksaugen des öls beim Abschalten auf, so wird beim Abschalten des Brenners,
also der die Düse speisenden ölpumpe und beim Schließen des der Pumpe nachgeschalteten
Absperrventils zwar der ölstrom unterbrochen; dennoch tropft noch etwas öl aus der
Düse, welches sich an der Stauscheibe oder im Flammrohr ansammeln und zur Bildung
von ölkoks führen kann t was den ordnungsgemäßen Betrieb des Brenners beeinträchtigt
Dieses Nachtropfen ist unter anderem auf Gasausscheidung aus dem öl infolge von
Kavitationserscheinungen zurückzuführen, welche mit dem von der ölpumpe bewältigten
Druckgefälle zunehmen.
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Moderne Brenner sind für zähflüssigeres öl eingerichtet und weisen
deshalb am sogenannten Düsengestänge, d.h. der Druckzerstäuberdüse und dem vorgeschalteten
Teil der Düsenleitung, eine Düsenheizung auf; welche beim Start des Brenners das
im letzten Abschnitt der Düsenleitung sowie in der Düse befindliche öl soweit aufheizen,
daß es zur ordnungsgemäßen Zerstäubung dünnflüssig
genug wird.
Die Düsenheizung ist x=er in Betrieb. Die Temperatur des Öls wird beim Betrieb des
Brenners geringer, da die Höhe der Teirperatur sich selbtätig durch die durchfließende
Ölmen.ae regelt. Sie ist erfahrungsgerMI3 je nach Leistung bis zu 400 C geringer
als beim Aufheizen.
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Auch vor dem Zünden des Brenners tritt wegen der eingeschalteten Düsenheizung
eine kleine Menge an öl aus, welche im Laufe der Zeit zur Anlagerung erheblicher
und störender Mengen von ölkoks führen kann.
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Man hat daher zahlreiche Bemühungen unternommen, um das Nachtropfen
der Brennerdüse zu vermeiden.
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So hat man ein druckgesteuertes Absperrventil im Bereich der Düse
angeordnet. Wenn die ölpumpe zum Stillstand kommt, dann fällt der Förderdruck in
der ölleitung ab und das Absperrventil schließt. Es wird somit die Länge der hinter
der freien Düsenöffnung stehenden ölsäule verkürzt und somit auch die beim Nachtropfen
austretende Menge verringert. Nachteilig ist bei der Verwendung eines solchen Absperrventils
insbesondere der Umstand, daß es ein erhebliches Druckgefälle erzeugt, so daß der
Förderdruck der ölpumpe stark erhöht werden muß.
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Ferner führt der erhöhte Förderdruck bei einer Störung des Absperrventils
unter Umständen zu einer stark erhöhten ölförderung und somit zu erheblichen Störungen
des Brenners.
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Ferner hat man in der Düse einen Kolben angeordnet, der durch eine
Druckfeder vor den Düsenausgang geschoben wird, diesen versperrt und durch den Förderdruck
geöffnet wird. Diese Einrichtung ist jedoch baulich aufwendig und störanfällig,
da die bewegten Teile dieser Einrichtung alle in einem Bereich angeordnet sind,
in welchem beim Betrieb hohe Temperaturen auftreten können; ferner kann die Zerstäubungsleistung
der Druckzerstäuberdüse durch die Wirkung des Absperrkolbens beeinträchtigt werden.
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Man hat schließlich auch der aus Pumpe und Absperrventil gebildeten
Einheit ein Ventil mit einer expandierbaren Kammer nachgeordnet, welche von einer
Wand aus flexiblem Kunststoff begrenzt ist. Während des normalen Betriebes wird
diese Kammer durch den öl-Förderdruck zusammengepreßt und verkleinert; wenn nach
dem Abschalten der blpumpe der Förderdruck absinkt, dann wird die expandierbare
Kammer durch die flexible Wand zur Pumpe hin abgesperrt. Gleichzeitig wird ein beim
Betrieb des Brenners geschlossenes Ventil geöffnet, welches eine Verbindung zwischen
dem Druckausgang der ölpumpe und deren Ansaug- oder Rücklaufleitung herstellt, um
die Restförderung der ölpumpe abzuleiten.
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Dadurch fällt vor der flexiblen Wand der Druck rasch ab, was die expandierbare
Kammer veranlaßt, zu expandieren und hierbei eine geringe Menge an öl anzusaugen.
Es wird somit durch die bekannte Einrichtung das Ende der ölsäule in der Düsenleitung
gegenüber der Düsenöffnung um eine geringe Strecke nach hinten verlagert, welche
ausreicht, um eine später infolge der Aufheizung oder Kavitation einsetzende, geringfügige
Verlängerung der ölsäure aufzunehmen. Diese Einrichtung weist die Merkmale des Oberbegriffs
des Anspruchs l auf.
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Die bekannte Einrichtung ist druckgesteuert und bedarf somit nicht
zusätzlicher Steuereinrichtungen, ist aber baulich sehr aufwendig und weist feine
Kanäle auf, die sich beim Gebrauch zusetzen können, sowie das bereits erwähnte,
flexible Kunststoffteil, welches dem chemisch aggressiven öl über eine längere Betriebsdauer
hinweg nicht standzuhalten vermag.
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Alle bekannten Maßnahmen nutzen zum Verhindern des Nachtropfens den
Druckabfall aus, der beim Abschalten der ölpumpe in der Düsenleitung auftritta und
sind somit prinzipiell geeignet, bei Funktionsstörungen den die eigentliche Brennerleistung
bestimmenden Förderdruck zur Düse störend zu beeinflussen.
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Ferner sind die bekannten Einrichtungen störanfällig und liefern insbesondere
bei längerer Betriebsdauer nicht das gewünschte Ergebnis.
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Ausgehend von der umrissenen Problemlage liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, den bekannten ölbrenner mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs
1 dahingehend weiterzubilden, daß mit einfachen, wenig aufwendigen und betriebssicheren
Mitteln ein Nachtropfen - und, bei beheiztem Düsengestänge, ein Austreten von bl
beim Aufheizen des Düsengestänges - zuverlässig verhindert wird.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Hierbei liegt das Grundprinzip der Erfindung darin, daß beim Abschalten
des Brenners die Düsenleitung kurzzeitig durch öffnung des Rückleitungs-Sperrventiles
an eine Leitung angeschlossen wird, in welcher ein von der auslaufenden Pumpe noch
erzeugter Unterdruck vorliegt.
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Wenn der Elektromotor, der die Pumpe und in der Regel auch das Verbrennungsluftgebläse
des Brenners antreibt, abgeschaltet wird, dann läuft er infolge der Massenträgheit
noch kurze Zeit nach, und sorgt, bis er zum Stillstand gelangt, mittels der Pumpe
für einen definierten, noch kurzzeitig anhaltenden Unterdruck in deren Ansaugleitung
bzw. eine definierte, noch kurze Zeit anhaltende Strömung in deren Rücklaufleitung,
welche die überschüssige Fördermenge der Pumpe zum ölvorrat zurückfördert bzw. nach
Absperren der Düsenleitung durch ein Magnetventil die volle, von der Pumpe geförderte
Menge zum ölvorrat zurückfördert.
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Die Mindestmenge, die aus der Düsenleitung abgesaugt wird, wird durch
die Zeitdauer der öffnung des Rückleitungs-Sperrventiles bestimmt und wird somit
von der Steuereinrichtung vorgegeben.
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Dieses Rückleitungs-Sperrventil kann im übrigen dann bis zum erneuten
Anlaufen des Brenners offen bleiben, wenn zwischen ihm und der Düse ein weiteres
Absperrventil angeordnet ist, welches
seinerseits verhindert, daß
schwerkraftbedingt öl aus dem ölvorrat in den Brenner nachströmt oder gegebenenfalls
aus der Düsenleitung abläuft. Bevorzugt wird jedoch das Rückleitungssperrventil
rechtzeitig geschlossen.
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Wegen der zuverlässigen Absaugung einer kleinen ölmenge aus der Düsen
leitung eignet sich die Erfindung besonders für die Anwendung bei Brennern mit beheizter
Düse, da bei solchen Brennern das Problem des Nachtropfens besonders gravierend
ist. Die Erfindung ist jedoch nicht auf solche Brenner beschränkt, da ein Nachtropfen
auch bei Brennern ohne Düsenbeheizung vermiedenwerden sollte.
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Die Rückleitung, welche durch Ansteuern des-Rückleitungssperrventils
kurzzeitig eine Verbindung zwischen der Düse und dem blvorrat herstellt, mündet
bevorzugt in die Saugseite bzw. Ansaugleitung der Pumpe eing es ist aber auch möglich,
in der Rücklaufleitung der Pumpe einen Injektor vorzusehen und die Rückleitung an
diesen anzuschließen, um den zum Absaugen erforderlichen Unterdruck herzustellen.
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Der erfindungsgemäße Brenner weist somit, etwa verglichen mit dem
bekannten Brenner mit expandierbarer Kammer, weniger und alterungsbeständige Bauteile
auf und bedarf lediglich einer Anpassung der Steuereinrichtung, welche für den ordnungsgemäßen
Brennerbetrieb ohnehin erforderlich ist. Gleichzeitig wird die Absaugung einer geringen
ölmenge aus der Düsenleitung zuverlässig vorgenommen.
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Da ferner das Rückleitungs-Sperrventil nicht, wie bei der bekannten
Einrichtung, in Abhängigkeit vom Förderdruck, sondern durch ein Signal aus der Steuereinrichtung
geöffnet wird, ist es einfach, eine Überwachungseinrichtung für das Rückleitungs-Sperrventil
vorzusehen, etwa in Form eines an ihm angebrachten Kontaktes, wobei eine Alarmeinrichtung
bei Ausbleiben des Steuersignals oder dann, wenn das Rückleitungssperrventil nicht
auf
das Steuersignal anspricht, einen Alarm auslöst. Es läßt sich
somit im Gegensatz zum bekannten Brenner auch die ordnungsgemäße Funktion des erfindungsgemäßen
Brenners ohne weiteres und gegebenenfalls auch automatisch überprüfen.
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Es ist dem Grund nach möglich, beim Abschalten des Brenners ein Programm
auszulösen, welches in zeitlicher Staffelung den Elektromotor für die ölpumpe abschaltet,
das Absperrventil zwischen Pumpe und Düsenleitung schließt und schließlich das Rückleitungs-Sperrventil
öffnet, bevor dieses wieder geschlossen wird. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung
ist es besonders von Vorteil, daß das Abschalten des Elektromotors, das Schliessen
des Absperrventils und das öffnen des Rückleitungs-Sperrventiles gleichzeitig ausgelöst
werden; es erübrigt sich somit die Einrichtung eines Folgeprogrammes.
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Es ist, wie bereits oben erwähnt, dem Prinzip nach möglich, zwischen
jener Stelle, an welcher die Rückleitung von der Düsenzuleitung abzweigt, und der
Düse in der Düsenleitung ein zusätzliches, gesteuertes Absperrventil vorzusehen;
gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es aber von Vorteil, den
genannten Abschnitt der Düsenleitung stets offen zu halten, und ein unerwünschtes
Zu- und Abströmen von öl durch die Rückleitungdurch Wiederschließen des Rückleitungssperrventils
kurz nach dessen öffnen zu verhindern.
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Es ist dem Prinzip nach möglich, die erfindungsgemäß von der Steuereinrichtung
angesteuerten Ventile, nämlich das Absperrventil für die Düsenleitung und das Rückleitungs-Sperrventil,
pneumatisch oder hydraulisch anzusteuern. Gemäß einer besonders einfachen Ausgestaltung
der Erfindung sind die genannten Ventile jedoch als Elektromagnetventile ausgebildet,
wobei die Steuereinrichtung als Steuersignal den jeweiligen Elektromagneten mit
elektrischem Strom speist, und zwar im Falle des Rückleitungs-Sperrventiles für
eine vorbestimmte Zeitdauer. Diese Zeitdauer kann auf besonders einfache Weise etwa
durch Einstellen oder Auswechseln eines Kondensators in der Steuereinrichtung an
jeweils
vorherrschende Verhältnisse angepaßt werden: So kann beispielsweise für eine besonders
lange Düsenleitung die Zeit, während welcher das Rückleitungs-Sperrventil geöffnet
ist, verlängert werden. Ferner vereinfacht die Verwendung einer elektrischen Steuerung
den Einbau einer Uberwachungs- und Kontrolleinrichtung, welche, wie bereits oben
angedeutet, die ordnungsgemäße Funktion aller Ventile selbsttätig überwacht und
bei Vorliegen einer Fehlfunktion einen Alarm auslöst.
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Das Rückleitungs-Sperrventil ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung
der Erfindung bevorzugt ein stromlos geschlossenes Magnetventil, also ein Magnetventil,
welches nur durch einen elektrischen Impuls öffnet, bei Ausbleiben dieses Impulses
jedoch geschlossen bleibt. Hierdurch wird sichergestellt, daß bei Stromausfall oder
Abklemmen des Brenners etwa während Reparaturarbeiten das Rücklauf-Sperrventil geschlossen
bleibt, um zu verhindern, daß bei entsprechender ölstandhöhe im ölvorrat öl über
die Ansaug- oder die Rücklaufleitung der Pumpe und die Rückleitung in die Düsenleitung
nachströmt.
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Vorteilhaft wird das Rückleitungs-Sperrventil gleichzeitig mit dem
Abschalten des Elektromotors geöffnet und etwa zwei bis drei Sekunden später wieder
geschlossen. Hierbei ist der Elektromotor vorzugsweise noch nicht zum Stillstand
gekommen, wenn das Rückleitungs-Sperrventil wieder schließt. Es ist aber auch möglich,
das Rückleitungs-Sperrventil erst dann zu schließen, wenn die Pumpe bereits zum
Stillstand gekommen ist.
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Der Gegenstand der Erfindung ist anhand der beigefügten, schematischen
Zeichnung beispielsweise noch näher erläutert; in dieser zeigen: Fig. 1 eine schematische
Darstellung des erfindungsgemäßen Brenners, und Fig. 2 eine Ausführungsvariante
ähnlich der Ausführung der
Fig. l.
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Bei beiden Ausführungsformen sind durchgend für miteinander übereinstimmende
Teile und Elemente die gleichen Bezugszeichen verwendet.
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Infolge der weitgehenden Übereinstimmung der beiden Ausfthrungsformen
wird zunächst der Grundaufbau der beiden Ausführungen beschrieben.
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In Fig. 1 und 2 ist jeweils ein ölbrenner gezeigt, der ein an ein
Luftgebläse 9 angeschlossenes Flammrohr 5 aufweist. Innerhalb dieses Flammrohres
ist mittig eine Druckzerstäuberdüse 1 angeordnet, die zum offenen Ende des Flammrohres
5 hin offen ist und mit ihrem anderen Ende an eine Düsenleitung 10 angeschlossen
ist. Zwischen dem offenen Ende des Flammrohres 5 und der Mündung der Druckzerstäuberdüse
1 ist eine Stauscheibe 4 angeordnet, welche die aus dem Gebläse 9 durch das Flammrohr
5 austretende Luftströmung formt und steuert.
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Zwischen der Staubscheibe 4 und der Mündung der Druckzerstäubungsdüse
1 ist eine Zündelektrode angeordnet, welche über eine nicht näher bezeichnete Leitung
und einen Zündtransformator 7 mit einer zentralen Steuereinrichtung 20 in Verbindung
steht.
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Am Austrittsende des Luftgebläses 9 unmittelbar vor dem Eintritt der
Luftströmung in das Flammrohr 5 ist seitlich ein Flammwächter 8 angeordnet, der
ebenfalls mit der Steuereinrichtung 20 verbunden ist.
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Das von der Düse 1 gebildete, sogenannte Düsengestänge weist ferner
eine Düsenheizung 2 auf, welche über einen Thermostat 3 an die Steuereinrichtung
20 angeschlossen ist.
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Die Steuereinrichtung 20 ist ferner an die Stromversorgung angeschlossen.
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Zur Speisung der Düse 1 über die Düsenleitung 10 ist eine ölpumpe
11 vorgesehen, welche über eine Ansaugleitung 12 mit einem ölvorrat verbunden ist.
Innerhalb der ölpumpe ist ein (nicht dargestelltes) Druckbegrenzungsventil angeordnet,
welches dafür sorgt, daß überschüssiges öl über eine Rücklaufleitung 13 wieder zum
ölvorrat zurückgefördert wird.
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Es ist stattdessen auch möglich, etwa eine ölpumpe mit konstantem
Förderdruck vorzusehen, welche genau die vom Brenner erforderliche ölmenge liefert.
In diesem Fall sind das (nicht gezeigte) Druckbegrenzungsventil sowie die Rücklaufleitung
13 nicht erforderlich.
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Dem Druckausgang der blpumpe 11 ist ein mittels der Steuereinrichtung
20 elektromagnetisch gesteuertes Absperrventil 14 nachgeordnet, an welches die Düsenleitung
10 angeschlossen ist. Das Ventil 14 öffnet beim Anlaufen der Pumpe erst dann, wenn
der zum Betrieb des Brenners erforderliche Öldruck vorhanden ist (Das Öffnen erfolgt
gesteuert durch das Steuergerät 20 etwa 10 bis 15 Sekunden nach dem Anlaufen der
Ölpumpe 11.), und schließt beim Abschalten der mmrpe 11 abrupt, um eine rasche Beendigung
der Ölzerstäubung zu bewirken.
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Die Pumpe 11, das (nicht gezeigte) Druckbegrenzungsventli sowie das
Absperrventil 14 bilden eine Baueinheit.
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Soweit bisher im Rahmen der Beispielsbeschreibung erläutert, ist
der Aufbau bekannt.
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Kurz hinter der genannten Baueinheit weist die Düsenleitung 10 eine
Abzweigungsstelle 15 auf, an welcher eine Rückleitung 16 in die Düsenleitung 10
einmündet. In der Rückleitung 16 ist ein stromlos schließendes, durch einen Elektromagneten
18 gesteuertes Rückleitungs-Sperrventil 17 angeordnet, welches diese Rückleitung
16 geschlossen hält, solange der Elektromagnet 18 nicht von der Steuereinrichtung
20 her betätigt wird, mit welcher es ebenso wie das Absperr-Magnetventil .14 durch
jeweils eine der Steuerleitungen 19 in Verbindung steht.
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Die Rückleitung 16 mündet bei der Ausführungsform der Fig. 1 unmittelbar
vor der die Pumpe 11 aufweisenden Einheit in die Ansaugleitung 12, während die Rückleitung
16 bei der Ausführungsform der Fig. 2 in einen Injektor 21 einmündet, der in der
Rücklaufleitung 13 derart angeordnet ist, daß infolge der in dieser Rücklaufleitung
13 herrschenden Strömung am Injektoranschluß ein Unterdruck erzeugt wird.
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Die Inbetriebnahme des in Fig. 1 und 2 gezeigten Brenners erfolgt
wie bei einem herkömmlichen Brenner, wobei das stromlos geschlossene Rückleitungs-Sperrventil
17 stromlos ist.
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Wenn der Brenner abgeschaltet werden soll, dann wird gleichzeitig
die Stromzufuhr für den die Pumpe 11 und das. Gebläse 9 antreibenden ESektromotor
22 und das Absperr - Mgnetventil 14 unterbrochen, sowie für den Steuermagneten 18
für das Rückleitungs-Sperrventil 17 hergestellt. Es ist nun die Verbindung zwischen
Pumpe 11 und Düsenleitung 10 infolge des Schließens des Absperr-Magnetventils 14
unterbrochen, die Pumpe ll läuft rasch aus, und die Düsenleitung 10 ist infolge
des öffnens des Rückleitungs-Sperrventils 17 über die Rückleitung 16 an eine Position
angeschlossen, welche einen Unterdruck-aufweist; diese Position ist bei der Ausführungsform
der Fig. 1 die Ansaugleitung und bei der Ausführungsform der Fig. 2 der in der Rücklaufleitung
13 angeordnete Injektor 21.
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Eine kurze Zeitspanne - zweckmäßig 2 bis 4 Sekunden - nach dem erwähnten
Schaltvorgang wird die Stromzufuhr zum Elektromagneten 18 unterbrochen, dieser nimmt
seineRuhelage ein und bringt damit das Rückleitungs-Sperrventil wieder in dessen
geschlossene Stellung. Die genannte Zeitspanne ist bevorzugt derart bemessen, daß
nach ihrem Verstreichen die ölpumpe 11 noch nicht zum Stillstand gelangt ist. Die
genannte Zeitspanne wird durch eine Zeitsteuerung in der Steuereinrichtung 20 bestimmt,
etwa durch die Kapazität eines Kondensators.
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Die genannte Zeitspanne, das Auslaufverhalten der Pumpe 11, der Unterdruck
in der Ansaugleitung 12 oder im Injektor 21 und die Dimensionierung des Rückleitungs-Sperrventils
17 sind derart aufeinander abgestimmt, daß während des soeben beschriebenen Ausschaltvorgangs
eine geringe Menge an öl, etwa 0,5 bis 1,0 cm3, aus der Düsenleitung 10 abgesaugt
wird - gerade genug, um einerseits die Düsenleitung 10 gefüllt zu halten, andererseits
aber ihren Flüssigkeitsstand soweit von der Mündung der Druckzerstäubungsdüse 1
zurückzubewegen, daß eine Ausdehnung der ölsäule in der Düsenleitung 10 etwa infolge
des Austretens gelöster Gase oder der Aufheizung durch die Düsenheizung 2 noch nicht
zum Nachtropfen führt.
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- Leereite -