DE3311603C2 - Verfahren zur Steuerung der Verbrennung von insbesondere Heizöl in einer Heizanlage sowie Brenner zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Leistung einer Heizungsanlage bei kontinuierlichem Betrieb, bei dem über den Druck der Brennflüssigkeit deren in die Brennkammer einströmende Menge und damit die Heizleistung eingestellt wird. Weiter werden Brenner angegeben, mit denen das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist.

Description

also der Aiislaßöffnung vergrößert wird, so daß nunmehr eine größere Flüssigkeitsmenge pro Zeiteinheit den Brenner durchsetzt und in den Brennraum gesprüht wird. Um eine optimale Energieausbeute zu erhalten ist es dann notwendig, die zur Verbrennung benötigte Luftmenge entsprechend zu erhöhen. Somit läßt sich durch einfaches Erhöhen der Pumpenleistung eine erhöhte Heizleistung erreichen. Die soeben beschriebenen Vorgänge laufen bei einer Reduzierung der Heizleistung in umgekehrter Richtung ab. Die Erfindung erlaubt es einzig durch Steuern der Pumpe die Heizleistung bei kontinuierlichem Betrieb in weiten Bereichen auf den gewünschten Wert einzustellen. Dabei besitzt neben einer Reduzierung des Verbrauches an Brennflüssigkeit durch den Wegfall des wiederholten Zündens der kontinuierliche Betrieb den weiteren Vorteil eines verminderten Materialverschleißes und einer geringeren Geräuschbelästigung.

Die bisherigen Ausführungen hatten lediglich das erfindungsgemäße Steuerungsprinzip der Heizleistung bei kontinuierlichem Betrieb zum Gegenstand. Im folgenden werden mögliche Ausgestaltungen der Luftsteuerung und/oder des Brenners angegeben, durch die eine Realisierung der Erfindung erfolgen könnte. Als Beispiel für die Steuerung der zur Verbrennung benötigten Luft schlägt die Erfindung eine in der Lufteinströmöffnung befestigte Klappe vor, die durch den Druck der Brennflüssigkeit entgegen der Kraft einer Feder betätigt wird. Es handelt sich demnach um eine über die Brennflüssigkeit erfolgende hydraulische Einstellung der dem Verbrennungsprozeß zuströmenden Luft Die Übertragung des Druckes der Flüssigkeit in eine mechanische (Schwenk)Bewegung erfolgt in üblicher Weise, also beispielsweise durch Beaufschlagung eines Zylinders oder eines Balges.

In einer weiterer. Ausfühpjngsform des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens wird eine Feindosierung der Brennflüssigkeit mit Hilfe eines zwischen Pumpe und Brenner angeordneten ölmengenreglers vorgenommen. Auf diese Weise können beispielsweise die bei der Fertigung auftretenden Toleranzen ausgeglichen oder aber bei Erreichen des Grenzwertes dn Abschalten des Brenners vorgenommen werden.

Nachfolgend gibt die Erfindung mehrere mögliche Ausgestaltungen eines Brenners aa mit dessen Hilfe das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren durchführbar ist, der bei Erhöhung des Druckes der Brennflüssigkeit die durchströmbare Durchschnittsfläche der Düsenbohrung vergrößert und demzufolge eine größere Menge an Brennflüssigkeit in den Brennraum einzusprühen gestattet. Der hierfür vorgeschlagene Brenner besteht in seinem grundsätzlichen Aufbau aus einem Steuerteil und einem darauf endseitig angebrachten Düsenkopf. Im Steuerteil ist ein in Richtung des Düsenkopfes entgegen einer Rückstellkraft verschiebbarer Körper angebracht, der mit einer Steuernadel verbunden und in diesem Bereich mit Brennflüssigkeit beaufschlagbar ist Mit ihrem gegenüberliegenden und spitzenformig ausgebildeten Ende greift die Steuernadel in die Düsenbohrung mehr oder weniger tief ein und weist im Bereich der Befestigung der Steuernadel einen nach außen weisenden Anschlußstutzen auf. Die beiden einzigen während des Steuervorganges bewegbaren Teile sind der verschiebbar gelagerte Körper und die starr mit diesem verbundene Steuerradel. Bei einer Erhöhung des Drukkes der Brennflüssigkeit wird der Körper durch die dann im Bereich der Befestigung der Steuernadel angreifende Kraft in zur Steuernadel entgegengesetzten Richtung bewegt Dabei gibt das andere, spitzenförmig ausgebildete Ende der Steuernadel einen größeren Querschnitt der Düsenbohrung frei, so daß nunmehr ein höherer Durchsatz an Brennflüssigkeit und damit eine Erhöhung der Einspritzmenge möglich wird. Bei einer Reduzierung des Drucks der Brennflüssigkeit hingegen bewegt sich der Körper aufgrund einer Rückstellkraft in Richtung der Steuernadel, wodurch die dem Durchströmen zur Verfügung gestellte Fläche in der Düsenbohrung verkleinert und demzufolge die Durchsatzmenge und die in den Brennraum eingesprühte Brennflüssigkeit reduziert wird. Eine Änderung des Druckes bewirkt eine Verschiebung des Körpers und der damit verbundenen Steuernadel, die ihrerseits mit ihrem anderen spitzenförmig ausgebildeten Ende mehr oder weniger tief in die Bohrung einer Düse eingreift und dadurch die Durchsatzmenge der Brennflüssigkeit besiimmt Dabei erfolgt die Bewegung des Körpers entgegen einer Rückstellkraft die in üblicher Weise, beispielsweise durch eine Feder, verwirklicht werden kann ά die dafür Sorge irägl, daß der Körper bei einer Dn* :k. abnähme der Brennflüssigkeit sich in Richtung der Steuernadel bewegt und dadurch die Durchflußmenge verringert Der erfindungsgemäße Brenner erlaubt es auf baulich einfaehe Waise über die Änderung des Druckes unmittelbar die Durchflußmenge der Brennflüssigkeit zu beeinflussen. Als weiterer Vorteil ist dabei anzusehen, daß durch die unmittelbare Beaufschlagung des verschiebbaren Körpers mit einer geeigneten Brennflüssigkeit wie z. B. Heizöl, der Körper mit seinem Verschiebemechanismus eine permanente Schmierung erfährt die ihn in besonderer Weise betriebssicher und wartungsfrei macht
Spezielle und besonders vorteilhafte Ausgestaltungen des bisher beschriebenen Brenners werden nachfolgend angegeben. Ein. Vorschlag der Ausbildung des Steuer teiles geht dahin, den Körper als eine Kugel auszubilden, die in einem Zylinder entgegen der Kra/l einer Feder verschiebbar ist Hier wird bei einer Erhöhung des Drucks der Brennflüssigkeit die Kugel entgegen der Federkraft in den Zylinder hinein und bei einem Nachlassen des Druckes durch die Feder wieder herausgedrückt Dabei bleibt selbstverständlich die Kugel mit der Steuernadel starr verbunden.

In einer anderen Ausführungsform ist der Körper als Kolben ausgebildet, der mit der Steuernadel nach Αι ι einer Kolbenstange verbunden und in einem Zylinder entgegen der Kraft einer Feder verschiebbar ist. Der Unterschied zu vorbeschriebenem Ausführungsbeispiel

so besteht im wesentlichen darin, daß anstelle der Kugel ein Kolben Verwendung findet, der vorteilhafterweise nicht zu Drehbewegungen neigt, die über die Steuernadel -.dfgenommen werden müßten, so daß an die Befestigung der Steuernadel am Kolben geringere Anforderungen gestellt Weiden müssen.

Schließlich besteht noch eine weitere Möglichkeit der technischen Realisierung des verschiebbaren Körpers darin, diesen alt Membran auszugestalten. Hierbei läßt sich die zur Steuerung erforderliche Rückstellkraft auf unterschiedliche Weise realisieren, So ist es beispielsweise möglich, die Membran unter Vorspannung zu befestigen oder aber eine Feder vorzusehen, die sich innerhalb des Steuerteils abstützt und an der Membran anliegt oder aber die Membran auf das offene Ende eines einseitig geschlossenen Zylinders anzubringen. Im letzteren Fall entsteht bei einer aufgrund der Druckschwankungen der Brennflüssigkeit hervorgerufenen Bewegung innerhalb des Zylinders ein Über- oder Un-

terdruck, mit dessen Hilfe die Membran in ihre Ausgangslage zurückbringbar wird.

Des weiteren hat die Erfindung als zweckmäßig erkannt, im Brenner eine Nabe über sternförmig angeordnete, verwundene Blätter derart zu befestigen, daß sie s etwa die Mitte der Steuernadel führt. Mit dieser Maßnahme erreicht man zweierlei: Zum einen wird durch die Führung der Steuernadel eine Stabilisierung erreicht und zum anderen durch die sternförmige Anbringung der verwundenen Blätter eine Vorverwirbelung und Durchmischung der Brennflüssigkeit.

Zu einer weiteren Verbesserung der Verwirbelung trägt ebenfalls die Maßnahme bei, aufgrund der im Düsenkopf unmittelbar an die Düse angrenzend ein Wirbelkern angeordnet wird. Dieser wird ebenfalls mittig von der Steuernadel durchgriffen und weist ein oder mehrere vom Rand ausgehende, in der Mitte an der Düse endende und spiralförmig verlaufende Kanäle auf. Hierdurch erhält der die Düse verlassende Brennstoff einen Drall, der eine wesentliche Verbesserung der Verwirbelung und damit auch des Brennvorganges zur Folge hat

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in Querschnittsdarstellung wiedergegebenen Brenners näher erläutert

Dabei besteht der Brenner in seinem grundsätzlichen Aufbau aus einem Steuerteil 1 und einem am rechten Ende darauf endseitig angebrachten Düsenkopf 2. Das Steuerteil 1 besitzt einen vom linken Ende her mittig einmündenden Kanal 3, der mit einer Brennflüssigkeit 4 beaufschlagbar ist. Dieser Kanal 3 spaltet sich nach innen zu in zwei in Randnähe verlaufende Kanäle 3 auf. die zwischen sich einen Zylinder 5 einschließen. Dieser ist an seinem linken Ende geschlossen und an seinem rechten offen ausgebildet Innerhalb des Zylinders S ist eine Kugel 6 verschiebbar angebracht die das rechte, an sich offene Ende des Zylinders 5 tn der gezeigten Stellung verschließt. Zwischen dieser Kugel 6 und dem linken Ende des Zylinders 5 ist eine Schraubenfeder 7 angebracht deren Aufgabe es ist. die Kugel 6 nach einer w nach links erfolgten Bewegung wieder nach rechts in die Ausgangsposition zu bringen. Diese innerhalb des Zylinders 5 hin und her verschiebbare Kugel 6 ist durch die dort endenden Kanäle 3 auf einem Teil ihrer nach rechts zu weisenden Oberfläche mit der Brennflüssigkeit 4 beauschlagbar, so daß sie sich bei hinreichend hohem Druck dieser Brennflüssigkeit 4 aufgrund der dadurch auf die Kugel 6 ausgeübten Kräfte entgegen der Schraubenfeder 7 nach links zu bewegt Dabei ist die Veschiebung der Kugel 6 und die gleichzeitige Kornpression der Schraubenfeder 7 um so größer, je höher der Druck der Brennflüssigkeit 4 ist Läßt dieser nach, so sorgt die Schraubenfeder 7 für eine Verschiebung der Kugel 6 nach rechts.

An der Kugel 6 ist mittig eine nach rechts weisende Steuernadel 8 angebracht An ihrem gegenüber liegenden Ende ist sie als Spitze ausgeformt und greift in eine entsprechende Bohrung 9 inmitten der Düse 10. Wird nun die Steuernadel 8 nach links bewegt so steht der Brennflüssigkeit 4, welche die Bohrung 9 durchströmen muß, bevor sie in den Brennraum gelangt ein größerer Querschnitt zur Verfugung. Aus diesem Grunde ist die pro Zeiteinheit durchströmende Menge an Brennflüssigkeit 4 bei einer nach links verschobenen Kugei 6 größer und bedeutet folglich auch einen Anstieg der beim Verbrennen pro Zeiteinheit gewonnenen Wärmeenergie. Hierzu ist es allerdings erforderlich, daß die zur Verbrennung notwendige Luft auch bei Einspritzung einer erhöhten Menge an Brennflüssigkeit 4 in den Brennraum in ausreichendem, also erhöhtem Maße zur Verfügung steht. Hierzu ist am Steuerteil 1 ein nach unten weisender Stutzen U angebracht, über den der Druck der Brennflüssigkeit 4 abgenommen und beispielsweise an eine die Luftzufuhr steuernde Klappe weitergegeben werden kann. Es ist denkbar, diese Klappe über die Brennflüssigkeit 4 unmittelbar hydraulisch zu betätigen, so daß bei einem Druckanstieg die Klappe geöffnet und dadurch eine erhöhte Menge an Luft dem Verbrennungsraum zugeführt wird.

Der an das Steuerteil 1 am rechten Ende aufgebrachte Düsenkopf 2 besteht neben der soeben beschriebenen Düse 10 mit ihrer Bohrung 9 zusätzlich noch aus einem unmittelbar sich an die Düse anschließenden Wirbelkern 12. Dieser wird mittig von der Steuernadel 8 durchgriffen und besitzt ein oder mehrere vom linken Rand ausgehende und spiralförmig nach rechts zu und an der Bohrung 9 der Düse iö endende Kanäle i3, die bewirken, daß die Brennflüssigkeit 4 eine bessere Verwirbelung und zusätzlich einen Drall erhält, welcher nach Austritt aus der Düse 10 für einen optimalen Verbrennungsprozeß sorgen. Der aus Düse 10 und Wirbelkern 12 bestehende Düsenkopf 2 ist zur besseren Austauschbarkeit auf ein Zwischenstück 14 aufgeschraubt.

Als Verbindung des Zwischenstücks 14 mit dem Gehäuse 18 des Steuerteils 1 ist ein weiteres Teil 15 angedeutet. Lj besteht aus einer die Steuernadel 8 umgreifenden Nabe 16, die ihrerseits über sternförmig angeordnete und in sich verwundene Blätter 17 mit dem Gehäuse 18 des Stcuerteils 1 verbunden sind. Dieses Teil 15 bietet einerseits über ihre Nabe 16 den Vorteil die Steuernadel 8, vorzugsweise in ihrer Mitte, zu führen und damit zu stabilisieren und andererseits über die zunächst der Befestigung der Nabe dienenden Blätter 17 aufgrund ihrer sternförmigen Anordnung und ihrer Verbindung in sich die Spinnflüssigkeit 4 einer Durchmi schung und Vorverwirbelung zu unterziehen.

Am linken, gegenüber liegenden Ende des Steuerteils 1 ist über der einlaßseitigen öffnung des Kanals 3 ein Filter 19 angebracht welcher dazu dient daß Steuerteil 1 und den Düsenkopf 2 vor Verunreinigungen und Ablagerungen zu schützen und damit einen langen wartungsfreien Betrieb zu garantieren.

Im folgenden wird die Funktion des in der Zeichnung gezeigten Brenners kurz erläutert: Das Steuerteil 1 des Brenners wird von der linken Seite her, also in Pfeilrichtung, über den Filter 19 mit der Brennflüssigkeit 4 beaufschlagt die über die Kanäle 3 an die rechte Stirnfläche der Kugel 6 gelangt Dort übt sie entsprechend dem Druck der Brennflüssigkeit 4 eine Kraft nach links entgegen der Schraubenfeder 7 aus. Dabei wird diese durch die Kugel 6 umso mehr komprimiert je höher der Druck der Brennflüssigkeit 4 ist In dem gezeigten Beispiel ist die Kugel 6 in ihrer Ruhelage, also in der Lage eingezeichnet, in der durch die Brennflüssigkeit 4 kein Druck auf sie ausgeübt wird. Durch die starre Befestigung der Steuernadel 8 überträgt sich die druckabhängige Bewegung der Kugel 6 auf diese. Aufgrund ihres als Spitze ausgebildeten gegenüber liegenden Endes, welches in die Bohrung 9 der Düse 10 eingreift, wird durch die Hin- und Herbewegung der Steuernadel 8 ein größerer oder kleinerer Querschnitt für die Brennflüssigkeit 4 freigegeben, welche diese Bohrung 9 durchströmen muß, um in den Brennraum zu gelangen. Gleichzeitig wird beispielsweise über den Anschlußstutzen 11 vermittels des jeweiligen Druckes der Brennflüssigkeit 4 innerhalb des Steuerteils 1 die zur Verbrennung zuströmende Luft-

menge entsprechend gesteuert. Der in der Zeichnung wiedergegebene Brenner ermöglicht es, die in den Brennraum gelangende Brennflüssigkeit in Abhängigkeit von ihrem Druck mengenmäßig zu steuern. Da die Heizleistung bei vollständiger und optimaler Verbrennung von der in den Brennraum gelangenden Menge an Brennflüiisigkeit abhängt, läßt sich unmittelbar über den Druck uie Heizleistung des Brenners auf jeden beliebigen Wert unter Beibehaltung des kontinuierlichen Betriebes einstellen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (11)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Steuerung der Verbrennung von insbesondere Heizöl in einer Heizanlage, bei dem die Brennfüssigkeit über eine Pumpe einem Brenner zugeführt und über Zu- bzw. Abnahme des Drucks der Brennflüssigkeit die von ihr durchströmbare Querschnittsfläche gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Düsenbohrung 9 verändert und die zur Verbrennung benötigte Luftmenge durch Zu- bzw. Abnahme des Drucks der Brennflüssigkeit vergrößert bzw. vemindert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Verbrennung benötigte Luft über eine durch den Druck der Brennflüssigkeit 4 entgegen der Kraft einer Feder betätigte Klappe gesteuert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß über einen zwischen Pumpe und Brenner angeordneten Ölmengenregler eine Feindosierung vorgenommen wird.

4. Brenner zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem Steuerteil und einem darauf endseitig angebrachten Düsenkopf, wobei im Steuerteil ein in Richtung des Düsenkopfes entgegen einer Rückstellkraft verschiebbarer Körper angebracht ist, der mit einer Steuernadel verbunden und in diesem Bereich mit Brennflüssigkeit beaufsch' 'gbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuernadel 8 mit ihrem gegenüberliegenden und spitzenförmig ausgebildeten Ende in die Düsenbohrung 9 mehr oder weniger tief eingreift und im Bereich der Befestigung der Sieuernadel 8 einen nach außen weisenden Anschlußstutzen 11 aufweist.

5. Brenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper eine Kugel 6 ist, die in einem Zylinder 5 entgegen der Kraft einer Feder 7 verschiebbar ist

6. Brenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper ein Kolben ist, der mit der Steuernadel nach Art einer Kolbenstange verbunden und in einem Zylinder entgegen der Kraft einer Feder verschiebbar ist.

7. Brenne"· nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper eine unter Vorspannung befestigte Membran ist.

8. Brenner nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine am offenen Ende eines einseitig geschlossenen Zylinders angebrachte Membran.

9. Brenner nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch eine sich innerhalb des Steuerteils oder Zylinders abstützende und an der Membran anliegende Feder.

10. Brenner nach einem der Ansprüche 4-9, dadurch gekennzeichnet, daß etwa die Mitte der Steuernadel 8 in einer Nabe 16 geführt ist, welche über sternförmig angeordnete, vewundene Blätter 17 im Brenner starr befestigt ist.

11. Brenner nach einem der Ansprüche 4 —10, dadurch gekennzeichnet, daß im Düsenkopf 2 unmittelbar an der Düse 10 angrenzend ein Wirbelkern 12 angeordnet ist, der mittig von der Steurnadel 8 durchgriffen wird und ein oder mehrere vom Rand ausgehende, in der Mitte an der Düse 10 endende und spiralförmig verlaufende Kanäle 13 aufweist.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Verbrennung von insbesondere Heizöl in einer Heizanlage bei dem die Brennflüssigkeit über eine Pumpe einem Brenner zugeführt und über Zu- bzw. Abnahme des Druckes der Brennflüssigkeit die von ihr durch strömbare Durchschnittsfläche gesteuert wird sowie einen entsprechenden Brenner.

Das Verfahren der gattungsgemäßen Art ist aus der DE-PS 912 989 bereits bekannt Dort ist ein Brenner für

ίο flüssige Brennstoffe entnehmbar, mit einem Kolben oder mit einer Membran, die bei Druckänderung der zugeführten Brennflüssigkeit in Bewegung gerät einen Kolben verschiebt und hierdurch mehr oder weniger weit die tangentiale Zuführungsleitung verschließt oder freigibt Bei einer Druckerhöhung vergrößert sich aufgrund der Bewegung des Kolbens der lichte Querschnitt der Zuführungsleitung, so daß dann eine größere Menge an Brennflüssigkeit in die Wirbelkammer einströmen und dort den herrschenden Druck aufbauen und vergrö- Bern kann. Eine Rückstellkraft bewirkt, daß bei Druck abfall aer Querschnitt der Zuführungsleitung wieder verkleinert wird. Durch die unterschiedlichen, in der Wirbelkammer herrschenden Drucke wird die Menge der durch die Auslaßöffnung strömenden Brennflüssig keit bestimmt so daß in gewissen Grenzen über Druck änderung der Brennflüssigkeit die ausgeströmte Menge verändert werden kann. Als nachteilig bei derartigen Vorrichtungen ist anzusehen, daß eine Steuerung der Brennerleistung über einen weiten Bereich nicht mög lieh ist

Ähnliche Vorrichtungen sind aus der US-PS 24 14 544 bekannt, bei der allerdings die geförderte Brennstoffmenge pro Zeiteinheit unabhängig vom Druck stets konstant ist, da bei einem Druckanstieg das Ventil geöff net und demzufolge der Durchfluß freigegeben wird, wodurch sich die Geschwindigkeit reduziert Bei einem Druckabfall wird die Ausgangsöffnung verkleinert, die Durchflußmenge verringert und die Durchflußgeschwindigkeit erhöht

Von diesem Stand der Technik ausgehend hat sich die Erfindung die Schaffung eines Verfahrens sowie eines zugehörigen Brenners zur Aufgabe gemacht, bei dem der Energieverbrauch in Heizungsanlagen vermindert werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß der Querschnitt der Düsenbohrung verändert und die zur Verbrennung benötigte Luftmenge durch Zu- bzw. Abnahme des Druckes der Brennflüssigkeit vergrößert bzw. vermindert wird. Der Erfindung steht als

so erstes das Verdienst zu erkannt zu haben, daß bei einem kontinuierlichen Betrieb eine wesentliche Verminderung des Verbrauches an Brennflüssigkeit wie z. B. Heizöl, möglich wird. Darüber hinaus wird eine Lehre gegeben, auf welche Art und Weise unter Beibehaltung des kontinuierlichen Betriebs eine Steuerung der Heizleistung möglich wird. Hierzu verändert man den Druck der Brennflüssigkeit mit Hilfe einer Pumpe, wobei der Brenner so gestaltet ist, daß die von der Brennflüssigkeit zu durchströmende Fläche sich in Abhängigkeit vom Druck verändert und in gleicher Weise (über den Druck der Brennflüssigkett) die zur Verbrennung zur Verfügung gestellte Luftmenge gesteuert wird. Im folgenden werden die einzelnen Vorgänge, die bei einer Erhöhung der Heizleistung ablaufen, detailliert erläutert: Als er stes wird die Leistung der Pumpe erhöht, mit der Folge, daß der Druck der Brennflüssigkeit zunimmt. Der Brenner ist so gestaltet, daß bei einer Erhöhung des Druckes der Brennflüssikeit der Querschnitt der Düsenbohrung,