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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft ein Brennerelement für flüssige Brennstoffe
gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Ein Brennerelement dieser Art ist bekannt (DE-OS 31 14 958).
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Bei dem bekannten Brennerelement ist in einer zylindrischen Verdampfungskammer
axial ein einziger Heizstab vorgesehen, wobei der flüssige Brennstoff am von der
Austrittsöffnung abgelegenen Ende der Verdampfungskammer in diese eintritt, auf
seinem Weg längs des Heizstabes zur Austrittsöffnung erwärmt wird und an der Austrittsöffnung
weitgehend verdampft austritt.
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Bei dem bekannten Brennerelement ist die Wärmeübertragung vom Heizstab
auf den zu verdampfenden Brennstoff infolge der verhältnismäßig kurzen Verweildauer
des Brennstoffes im Bereich des Heizstabes für technisch günstige, d. h. möglichst
niedrige Temperaturen des Heizstabes noch nicht so gut, daß die Verdampfung des
Brennstoffes zuverlässig aus dem Naßdampfbereich herausführt. Es besteht daher die
Gefahr der Tröpfchenbildung, die einer gleichmäßigen und gut regulierbaren Brennerleistung
durch Steuerung der Durchsatzmenge entgegensteht.
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Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Brennerelements,
bei welchem die Erwärmung des flüssigen Brennstoffes diesen zuverlässig in den Heißdampfbereich
führt, so daß das Brennerelement wie ein echter Gasbrenner funktioniert.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Brennerelement gelöst,
wie es in Anspruch 1 gekennzeichnet ist. Das Kapillarrohr wird auf diese Weise durch
das Heizelement hauptsächlich durch Strahlung so weit erwärmt, daß bereits im Kapillarrohr
ein Teil des flüssigen Brennstoffes - bei einem Kohlenwasserstoffgemisch etwa der
durch die niedrig siedenden Kohlenwasserstoffe gebildete Anteil - verdampft und
schon im gasförmigen Zustand in die Verdampfungskammer eintritt.
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Der flüssige Rest, wird beim Auftreffen auf die Prallfläche zerstäubt
und geht auf seinem Weg von der Prallfläche zur Austrittsöffnung schließlich auch
in den gasförmigen Zustand über. Damit wird für ein breites Spektrum von möglichen
flüs-
sigen Brennstoffen und Durchsatzmengen eine echte Vergasung
der flüssigen Brennstoffe erreicht, die das Brennerelement mit allen Vorteilen der
Feinregulierbarkeit und Homogenität eines Gasbrenners funktionieren lassen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des Brennerelements sind Gegenstand
der Unteransprüche.
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Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung
mit der beigefügten Zeichnung beschrieben. Auf dieser zeigt Fig. 1 ein Brennerelement
im Längsschnitt, Fig. 2 einen zugehörigen Querschnitt, und Fig. 3 einen der Fig.
2 entsprechenden Querschnitt eines weiteren Brennerelements.
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Die Figuren 1 und 2 zeigen ein im wesentlichen axialsymmetrisches
Brennerelement, das an seinem mit einem Gewinde 5 versehenen Gehäuse 4 nach Art
einer Zündkerze in eine Brennkammer eingeschraubt werden kann. Das Gehäuse 4 setzt
sich in axialer Richtung in einem langgestreckten rohrförmigen Mantel 9 fort, in
dem im wesentlichen über seine ganze Länge verlaufend vier ebenfalls in axialer
Richtung liegende stabförmige Heizelemente 7 in dichter Packung untergebracht sind.
Der rohrförmige Mantel 9 bildet zusammen mit einer senkrecht zu seiner Achse verlaufenden
Stirnfläche des Gehäuses 4 eine Kammer, die an der der genannten Stirnfläche des
Gehäuses abgekehrten Seite eine Austrittsöffnung 14 für verdaapften Brennstoff aufweist.
Die Austrittsöffnung befindet sich in einem kalottenförmig verjüngten Teil des Mantels
9.
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Die stabförmigen Heizelemente 7 werden über in ihrem Inneren vorgesehene
Heizwendeln elektrisch beheizt. Die stabförmigen Heizelemente 7 durchsetzen in der
oben genannten Stirnfläche des Gehäuses 4 vorgesehende Durchgangsbohrungen und sind
auf der dem Mantel 9 abgekehrten Seite des Gehäuses mit einem Vergußmittel 3 vergossen.
Die Spannungsversorgung
der Heizwendeln 20 erfolgt über eine elektrische
Anschlußleitung 1, die an einem elektrischen Anschluß 2 endet, mit dem auch die
aus dem Verguißmittel herausragenden Anschlußdrähte der Heizwendeln 20 verbunden
sind. Die elektrischen Anschlußteile sind mittels einer IrJasserschutzkappe 11 abgedeckt.
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Der Brennstoff wird über einen Brennstoffanschluß 10 zugeführt, der
mit einem im Gehäuse 4 ausgebildeten Kanal in Verbindung steht, der in der erwähnten
mantelseitigen Stirnfläche des Gehäuses 4 endet.
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Dieser Kanal setzt sich in einem U-förmigen Kapillarrohr 8 fort,
das längs des Mantels vom Gehäuse 4 zur Austrittsöffnung 14 und wieder zurück zum
Gehäuse 4 verläuft und dabei mit seiner Austrittsöffnung 12 kurz vor der mantelseitigen
Stirnfläche des Gehäuses endet.
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Diese bildet dort eine Prallfläche 13 für aus dem Kapillarrohr 8 noch
flüssig austretenden Brennstoff.
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Im zentralen Freiraum zwischen den in dichter Packung im Mantel 9
angeordneten als zylindrische Stäbe ausgebildeten Heizelementen 7 sitzt ein im wesentlichen
über die Länge der Stäbe sich erstreckender Siebwickel 6.
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Das Brennerelement nach Fig. 3 unterscheidet sich von demjenigen
nach den Figuren 1 und 2 dadurch, daß statt vier sieben stabförmige Heizelemente
7 in dichter Packung im Mantel sitzen. Dadurch wird die Anzahl der Zwischenräume
zwischen den Heizstäben erhöht, wobei sich gleichzeitig deren Querschnitt verändert.
Der Siebwickel 6 entfällt bei dieser Ausführungsform. Es können jedoch auch sechs
Heizelemente 7 mit einem Siebwickel 6 vorgesehen sein.
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Im Betrieb gelangt der flüssige Brennstoff durch den Brennstoffanschluß
10 in das Kapillarrohr 8, das durch die Heizstäbe hauptsächlich durch Stahlung von
außen beheizt wird.
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Das Kapillarrohr erreicht dabei etwa Temperaturen zwischen 380 und
5000C, wodurch es bereits im Kapillarrohr zu einer teilweisen. Verdampfung, zumindest
der leicht siedenden Bestandteile kommt. Dieser Dampf treibt die ggf. noch vorhandene
Restflüssigkeitsmenge aus dem Kapillarrohr an dessen Austrittsöffnung 12 aus und
schleudert sie gegen die Prallfläche 13 des Gehäuses 4. Hierdurch wird diese noch
vorhande-
ne Restflüssigkeit zerstäubt und trifft auf die elektrisch
beheizten Heizelemente 7, an deren Oberfläche eine weitere Verdampfung stattfindet,
oder gegen den den Verdampfungsraum umschließenden Mantel 9, der ebenso wie das
Kapillarrohr 8 durch Strahlung auf 380 bis 5000C aufgeheizt ist.
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Um das Ausschleudern von Flüssigkeitsteilchen an der Austrittsöffnung
14 des Mantels 9 zu vermeiden, ist die Oberfläche der Heizelemente 7, z. B. durch
Oxidieren, aufgerauht.
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Gleichzeitig ist aber bei mit ihren Wänden senkrecht liegenden Heizelementen
7.die Gewähr gegeben, daß sich flüssige Teile nicht länger auf den Heizelementen
halten können, sondern sich infolge der Schwerkraft nach unten bewegen, zumal der
sich an den Heizstaboberflächen bildende Brennstoffdanpf die Haftung weiter herabsetzt.
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Solche ablaufenden Flüssigkeitsreste verteilen sich dabei zwangsläufig
auf die konstruktiv bedingten engen Spalte 15, 16, 17 und 18 zwischen Heizelementen
7, Kapillarrohr 8 und Mantel 3, wo sie auf ihrem Weg zur Austrittsöffnung 14 weiter
aufgeheizt werden, so daß sie diese als überhitzter Dampf in einem praktisch gleichmäßigen
Strahl verlassen.
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Der im zentralen Zwischenraum zwischen den Heizelementen 7 vorgesehene
Siebwickel 6 dient einer Erhöhung der Verweildauer des zu verdampfenden Brennstoffs
in der Verdampfungskammer und fördert die vollständige Verdampfung des Brennstoffes.
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Nach dem Austreten aus der Austrittsöffnung 14 kann der gasförmige
Brennstoff mit Luft gemischt und gezündet werden, wobei das entstandene Kraftstoff-Luftgemisch
je nach Anwendungsfall fett, mager oder stöchiometrisch sein kann. Für bestimmte
Anwendungen kann es vorteilhaft sein, die Luft nicht mit einem Lüfter zuzuführen,
sondern die Flamme frei brennen zu lassen. Die elektrischen Heizelemente 7 sind
vorzugsweise mit einer Regelwendel 19 und einer Heizwendel 20 ausgestattet, wodurch
erreicht werden kann, daß sich die elektrische Leistungsaufnahme stufenlos der Brennstoffdurchsatzmenge
anpaßt.
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Ein höherer Kraftstoffdurchsatz kühlt nämlich im Bereich der Regelwendel
19 das Heizelement 7 stärker ab. Hierdurch verringert sich entsprechend der positiven
Temperaturcharakteri-
stik der Regelwendel 19 deren elektrischer
Widerstand, so daß die elektrische Leistungsaufnahme steigt und damit die für die
erhöhte Brennstoffmenge benötigte zusätzliche Verdampfungswärme zur Verfügung steht.
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Der maximal möglich Brennstoffdurchsatz orientiert sich an der maximal
möglichen Leistungsaufnahme der Heizelemente 7 insgesamt. Diese wiederum kann u.a.
durch Erhöhung der Anzahl der Heizelemente vergrößert werden, so daß die Ausführungsform
der Fig. 3 für ein Brennerelement mit einem gegenüber der Ausführungsform der Figuren
1 und 2 erhöhten maximalen Brennstoffdurchsatz steht.
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In einer für bestimmte Anwendungsfälle zweckmäßigen Ausgestaltung
des Brennerelements können die elektrischen Heizelemente 7 und das Kapillarrohr
8 über das Ende des Mantels 9 hinaus durch die Austrittsöffnung 14 bis in den Flammbereich
vorgezogen sein. Sobald die Flamme brennt, heizt diese die elektrischen Heizelemente
7 und das Kapillarrohr 8 soweit auf, daß bereits durch die Flammenergie genügend
Kraftstoff verdampft, womit sich die Flamme selbst erhält und die elektrische Beheizung
abgeschaltet werden kann.
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Außerdem ist es bei einer solchen Ausführungsform möglich, ohne zusätzliche
elektrische Leistungsaufnahme die durchgesetzte Brennstoffmenge weiter zu erhöhen,
sobald die Flamme brennt. Die maximale Durchsatzmenge an Brennstoff ist dann gegenüber
einem Brennerelement, bei dem die Heizelemente außerhalb des Flammbereichs enden
und das Kapillarrohr den Flammbereich nicht durchquert, erhöht.
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Eine Ausführungsform mit in den Flammbereich vorgezogenen Heizelementen
und Kapillarrohr ist beispielsweise bei Fahrzeugzusatzheizungen zweckmäßig, wo es
darauf ankommt, im Dauerbetrieb möglichst wenig elektrische Energie umzusetzen.
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Im Kapillarrohr 8 ist nur ein definiertes kleines Brennstoffvolumen
gespeichert. Läßt man diese Menge am Ende des Brennerbetriebes über eine Rücklaufleitung
abfließen, so wird hierdurch ein Nachdampfen verhindert.
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Ist eine gewisse Nachdampfzeit zulässig, unterbricht man
den
Brennstoffzulauf und läßt den Inhalt des Kapillarrohres 8 ausdampfen. Beim erneuten
Starten ist dann das gesamte Verdampfersystem kraftstoffrei, so daß vorab kein störender
Dampf austritt, der unverbrannt die Umwelt belastet.
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Bei Einsatz des I3reenereleeents als Ileizölbrenner und Speisung
der Heizwendeln mit Netzspannung, sind zweckmäßigerwelse die Mantelrohre der Heizelemente
von den Heizwendeln galvanisch getrennt, so daß das Brennerelement aus Sicherheitsgründen
geerdet werden kann.
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Die beschriebenen Brennerelemente haben gegenüber Brennern die nach
dem Druckzerstäuberprinzip oder dem Schleuderradprinzip arbeiten und erst ab Durchsatzmengen
von 1 kg/h einwandfrei funktionieren, den Vorteil, daß der Brennstoffdurchsatz ausgehend
von null in praxisgerechten Grenzen kontinuierlich eingestellt werden kann.
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