DE3718994A1 - Druckverdampferbrenner, vorzugsweise zur verwendung in einem feldkochherd - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckverdampferbrenner, vor­ zugsweise zur Verwendung in einem Feldkochherd, mit einer Brennstoffdüse für einen Brennstoff und einem sich daran anschließenden einen Brennraum einschließenden Flammrohr, welches Luftansaugöffnungen aufweist, mit einer Druckluft­ zufuhr zu der Düse zur Beimischung von Luft zu dem flüssi­ gen Brennstoff in der Anheizphase und mit einem von den heißen Flammengasen beaufschlagten, von dem flüssigen Brenn­ stoff durchströmten Verdampfer.

Ein solcher Druckverdampferbrenner ist bekanntgeworden aus dem technischen Handbuch des Ministeriums des US-Heeres TM 10-701 unter dem Titel "Feldkochherd M-1937" (United States Government Printing Office, Washington 1951). Bei diesem bekannten Brenner wird aus dem flüssigen Brennstoff und aus Druckluft in einem Mischventil eine Mischung her­ gestellt, die daran anschließend einem Zerstäuber zugeführt wird. Die derart zerstäubte Brennstoffmischung wird in einer Mischkammer verbrannt, in der zusätzliche Luft aus der Umgebung angesaugt wird. Die heißen Brenngase beheizen einen Verdampfer, dem flüssiger Brennstoff aus derselben Brennstoffquelle zugeführt wird. Sobald der Brennstoff im Verdampfer so ausreichend beheizt ist, daß er verdampft, wird dem Zerstäuber nicht mehr die in dem Mischventil hergestellte Brennstoff-Luft-Mischung zu­ geführt, sondern es wird auf den Auslaß des Verdampfers umgeschaltet, so daß nunmehr verdampfter Brennstoff dem Zerstäuber zugeführt wird. Die Umschaltung von der An­ heizphase auf die Hauptbetriebsphase ist umständlich, außerdem können sich dabei Unstetigkeiten im Betrieb er­ geben, da beispielsweise der Druck sowie der Brennstoffge­ halt des während der Anheizphase verwendeten, vorher her­ gestellten Brennstoffgemisches vollständig verschieden ist von den entsprechenden Werten des im Verdampfer ver­ dampften, reinen Brennstoffes.

Um diese Probleme zu vermeiden, sind insbesondere bei Feld­ kochherden die Entwicklungen dahin gegangen, daß für die Anheizphase und für die normale Betriebsphase getrennte Düsen verwendet werden, die entsprechend den jeweiligen Betriebsbedingungen optimiert sind. So beschreibt bei­ spielsweise das deutsche Patent 32 23 108 eine solche Hei­ zung, bei welcher in der Anheizphase eine Mischdüse ver­ wendet wird, in der vor dem Austritt des Brennstoffes die Mischung hergestellt wird (Innenmischdüse), während mit Beendigung der Anheizphase auf eine unmittelbar vom Verdampfer gespeiste Hauptbrenndüse umgeschaltet wird. Eine ähnliche Konstruktion ist bekanntgeworden aus der DE-OS 31 48 172 sowie der DE-OS 34 29 686.

In all diesen Fällen ergibt sich durch die Notwendigkeit von zwei getrennten Düsen mit den entsprechenden umschalt­ baren Versorungseinrichtungen ein relativ komplizierter Aufbau. Außerdem ist auch bei diesen Vorrichtungen ein problemloser Übergang von der Anheizphase in die Haupt­ betriebsphase nicht ohne weiteres gewährleistet, insbe­ sondere kann sich bei den bekannten Zwei-Düsenbrennern die Gefahr einstellen, daß in der Anheizphase der Brenn­ stoff in dem Verdampfer lokal überhitzt und dadurch zer­ setzt wird. Dies kann insbesondere dann eintreten, wenn zu spät von der Anheizphase in die Hauptbrennphase überge­ gangen wird, da bei den bekannten Vorrichungen der Ver­ dampfer erst durchströmt wird, wenn die Hauptbrenndüse in Betrieb genommen wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen gattungsgemäßen Druck­ verdampferbrenner so zu verbessern, daß er einerseits im konstruktiven Aufbau vereinfacht wird, während andererseits ein problemloser Übergang von der Anheizphase in die Haupt­ brennphase ermöglicht wird, insbesondere unter Verhinderung einer lokalen Überhitzung des Brennstoffes im Verdampfer.

Diese Aufgabe wird bei einem Druckverdampferbrenner der ein­ gangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Brennstoffdüse mindestens einen Auslaß für Brennstoff sowie mindestens einen Auslaß für Druckluft aufweist, die so angeordnet sind, daß sich die aus ihnen austretenden Brennstoff- bzw. Druckluftstrahlen außerhalb der Düse tref­ fen, daß Schließmittel in der Druckluftleitung angeordnet sind, die diese nach Beendigung der Anheizphase verschließen, und daß die Brennstoffzufuhr der Düse nur mit dem Auslaß des Verdampfers verbunden ist.

Bei einer solchen Konstruktion ergibt sich ein besonders ein­ facher Aufbau dadurch, daß lediglich eine Düse vorgesehen ist. Die Brennstoffzufuhr zu dieser Düse ist während der An­ heizphase und der Hauptbrennphase in gleicher Weise immer nur mit dem Ausgang des Verdampfers verbunden, so daß sich eine Umschaltung der Brennstoffzufuhr beim Übergang von Anheizphase in Hauptbrennphase erübrigt. Diese Umschaltung erfolgt lediglich dadurch, daß die Druckluftzufuhr zu der Düse abgeschaltet wird, sobald der Brennstoff im Verdampfer in der für die Hauptbrennphase notwendigen Weise verdampft wird. Eine weitere Umschaltung ist nicht notwendig. Beson­ ders vorteilhaft ist auch, daß diese Düse als sogenannte Außenmischdüse arbeitet, daß also in der Düse selbst keinerlei Mischvorgänge ablaufen. Dadurch wird es möglich, die Düse sowohl für den Außenmischbetrieb in der Anheiz­ phase als auch für den Hauptbrennbetrieb, bei dem eine Mischung mit zugeführter Druckluft nicht mehr erfolgt, optimal zu dimensionieren. Die Düse ist im wesentlichen eine Brennstoffdüse, die in der Anheizphase die Zerstäu­ bung und Vermischung des Brennstoffes durch Einleiten eines Druckluftstrahles in den Brennstoffstrahl ermöglicht.

Vom Beginn der Anheizphase an wird der Verdampfer bei dieser Konstruktion von dem Brennstoff durchströmt, so daß jede Gefahr einer lokalen Überhitzung des Brenn­ stoffes im Verdampfer ausgeschlossen ist, selbst wenn ein Umschalten von der Anheizphase in die Hauptbrenn­ phase, d.h. eine Abschaltung der Druckluftzuführung durch die Düse, zu spät vorgenommen werden sollte. Dadurch ergibt sich eine erheblich erhöhte Betriebssi­ cherheit.

Eine besonders wirksame Zerstäubung des flüssigen Brenn­ stoffes ergibt sich in der Anheizphase, wenn die Düse einen zentralen Brennstoffauslaß und einen diesen kon­ zentrisch umgebenden Druckluftauslaß aufweist und wenn die Auslaßrichtung des Druckluftauslasses schräg zur Längsmittelachse der Düse geneigt ist, welche mit der Auslaßrichtung des zentralen Brennstoffauslasses über­ einstimmt. Man erhält bei einer solchen Konstruktion eine Zerstäubung des Brennstoffes in einen sich kegel­ förmig öffnenden Bereich, in dem die zerstäubten Brenn­ stofftröpfchen leicht mit einer Lunte oder dergleichen entzündet werden können.

Es kann weiterhin vorgesehen sein, daß in dem Druckluftaus­ laß Leitelemente angeordnet sind, die dem aus dem Druck­ luftauslaß austretenden Druckluftstrom eine Bewegungskompo­ nente in Umfangsrichtung verleihen. Man erhält damit eine an sich bekannte Dralldüse, bei der das abgegebene Medium zusätzlich um die Längsachse der Düse eine Drehbewegung ausführt.

Besonders vorteilhaft ist bei einer Außenmischdüse dieser Art, daß beim Abschalten des Druckluftstromes keine Gefahr besteht, daß Brennstoff in den Druckluftauslaß zurück ge­ langt, da beide Auslässe im gesamten Düsenkörper vollstän­ dig voneinander getrennt sind und keinerlei Verbindungen auf­ weisen. Dieser Effekt kann noch dadurch erhöht werden, daß der Brennstoffauslaß gegenüber dem Druckluftauslaß in Strömungsrichtung vorgesetzt ist. Dabei können Versetzungen in der Größenordnung von wenigen hundertstel Millimetern ausreichen.

Da die Zerstäubung des flüssigen Brennstoffes ausschließlich durch den Druckluftstrom erfolgt, kann die Düse in der An­ heizphase einen kompakten, nicht divergierenden Brennstoff­ strahl abgeben, d.h. der Querschnitt des Brennstoffauslas­ ses kann mindestens etwa dreimal so groß sein wie bei einer Druckzerstäuberdüse für flüssige Brennstoffe bei gleichem Mengendurchsatz. Dieser große Querschnitt des Brennstoff­ auslasses andererseits macht es möglich, daß auch bei dem mengenmäßig höheren Brennstoffdurchsatz in der Hauptbetriebs­ phase die Düse noch richtig dimensioniert ist. So kann bei­ spielsweise in der Anheizphase der Mengendurchsatz des Brenn­ stoffes bei einem halben Liter pro Stunde liegen, während in der Hauptbetriebsphase der Durchsatz bei zwei Litern pro Stunde liegt. Trotzdem sind die Auslaßquerschnitte der Düse in beiden Fällen angemessen ausgebildet, so daß mit derselben Düse unter vollständig verschiedenen Be­ triebsbedingungen optimal gearbeitet werden kann.

Das Flammrohr kann die Düse unter Ausbildung eines ring­ förmigen Ansaugkanales umgeben, durch den die für die Verbrennung zusätzlich notwendige Verbrennungsluft ange­ saugt wird.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schließmittel in der Druckleitung ein von einer Steuerung betätigbares Schließventil sowie einen Druck- oder Temperatursensor umfassen, der beim Überschreiten eines Oberwertes des Druckes bzw. der Temperatur des den Verdampfer verlas­ senden Brennstoffes der Steuerung ein Schließsignal zu­ führt. Auf diese Weise erfolgt das Verschließen der Druckluftleitung und damit der Übergang von der Anheiz­ phase in die Hauptbrennphase eigengesteuert beim Er­ reichen eines Druck- oder Temperaturwertes des den Ver­ dampfer verlassenden Brennstoffes, der eine vollstän­ dige Verdampfung und damit eine Betriebsbereitschaft für die Hauptbrennphase anzeigt. Besonders vorteil­ haft ist es dabei, wenn die Steuerung bei steigendem Druck bzw. steigender Temperatur des Brennstoffes das Schließventil zunehmend verschließt. Es ergibt sich dann ein allmählicher Übergang von der Anheiz­ phase in die Hauptbrennphase, indem die Druckluftzu­ fuhr zur Druckluftleitung der Düse in zunehmendem Maße gedrosselt und schließlich ganz unterbunden wird. Ein solcher gleitender Übergang vermeidet jegliche Umschaltprobleme und Instabilitäten, die sonst bei bekannten Vorrichtungen beim Umschalten auftreten konnten.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Verdampfer einen Strömungskanal für den Brennstoff aufweist, der über seine gesamte Länge mit den heißen Flammengasen in Wärmekontakt steht und aufgrund eines engen Querschnitts eine schnelle Durchströmung des Brenn­ stoffes erzwingt, daß zwischen Einlaß und Auslaß des Wärmetauschers eine weitere Zufuhrleitung für flüssi­ gen Brennstoff in den Strömungskanal einmündet und daß in der zum Einlaß führenden Brennstoffleitung und/ oder der weiteren Zufuhrleitung Schließventile ange­ ordnet sind, die von einer Durchflußsteuerung betätig­ bar sind. Die schnelle Durchströmung des Verdampfers vermeidet lokale Überhitzungen, wobei trotzdem aufgrund des engen Strömungsquerschnittes der gesamte Brenn­ stoff gleichmäßig erhitzt wird. Durch die Aufteilung des zugeführten Brennstoffes kann erreicht werden, daß ein Teil des Brennstoffes einen längeren Wärme­ tauscherweg durchläuft als ein anderer Teil.

Beispielsweise kann vorgesehen sein, daß die Durchfluß­ steuerung in der Anheizphase das Schließventil in der weiteren Zufuhrleitung geschlossen hält. In der An­ heizphase, bei der eine geringere Brennstoffmenge ausreicht, wird daher der Brennstoff längs des gesam­ ten Strömungsweges gleichmäßig erhitzt, bis die Ver­ dampfungsbedingungen und damit die Bedingungen der Hauptbrennphase erreicht sind. Eim Eintritt in die Hauptbrennphase, bei der größere Brennstoffmengen ver­ brannt werden, kann dann über die weitere Zufuhrleitung zusätzlicher Brennstoff zugeführt werden, der jedoch einen kürzeren Strömungsweg durchläuft und daher nur geringer aufgeheizt wird. Die Zudosierung kann dabei so gewählt werden, daß insgesamt die gewünschten Er­ wärmungsbedingungen der gesamten Brennstoffmenge er­ reicht werden, da die Brennstoffmengen sich im zweiten Teil des Verdampfers vermischen.

So ist es beispielsweise vorteilhaft, wenn der Durch­ flußsteuerung ein Druck- oder Temperatursensor zuge­ ordnet ist, der in Abhängigkeit vom Druck bzw. der Temperatur des den Verdampfer verlassenden Brennstoffes das Schließventil in der weiteren Zufuhrleitung zur Konstanthaltung der Druck- bzw. Temperaturwerte mehr oder weniger schließt. Auf diese Weise kann man eine Eigenregelung der Druck- und Temperaturbedingungen erreichen, unter denen der Brennstoff in der Haupt­ brennphase den Verdampfer verläßt. Dabei kann für die Umschaltung von der Anheizphase in die Haupt­ brennphase und für die Konstanthaltung der Verdamp­ fungstemperatur des Brennstoffes in der Hauptbrenn­ phase derselbe Druck- oder Temperatursensor verwen­ det werden.

Es ist weiterhin bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß der Wäremetauscher an der Wand eines sich konisch erweiternden Bereiches des Flammrohres anliegt und daß sich diese Wand in eine waagerecht verlaufende Schale öffnet. Der Wärmetauscher kann auch an der waagerecht verlaufenden Wand der Schale zumin­ dest teilweise anliegen.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn im Bereich der Schale der Auslaß des Flammrohres von einem Nachverdampferteller abgedeckt ist, der zusammen mit der waagerechten Wand der Schale einen ringförmigen Auslaßspalt für die heis­ sen Brenngase bildet und aus einem Material mit hoher Wärmekapazität besteht. Sollten sich in den Brenngasen noch unverdampfte Brennstoffteilchen befinden, werden sie spätestens bei der Umlenkung an dem heißen Nachver­ dampferteller verdampft, so daß eine vollständige Verbren­ nung gewährleistet ist. Der Nachverdampferteller kann an seiner dem Flammrohr zugewandten Seite einen zentralen konischen Vorsprung tragen, der in das Flammrohr eintaucht und ein Umlenkelement für die aus dem Flammrohr ausströmen­ den Brenngase bildet.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Nachverdampferteller an seiner dem Flammrohr abgewandten Seite einen thermischen Isolierstoff mit schlechter Währmeleitung trägt.

Der Strömungsquerschnitt der Brenngase kann sich im Bereich Nachverdampferteller in Strömungsrichtung verengen.

Zur Vergrößerung der wirksamen Oberfläche können in den Nach­ verdampferteller auf der den Brenngasen zugewandten Seite Phasen oder Rillen eingearbeitet sein.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Nachverdampferteller aus einem keramischen Werkstoff mit einer Porösität über 20 Prozent und einem mittleren Porendurchmesser über 20 Mikrometern besteht.

Die nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungs­ form der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines Druckverdampferbrenners mit einer Aus­ senmischdüse und

Fig. 2 eine schematische, vergrößerte Schnitt­ ansicht der Außenmischdüse des Bren­ ners der Fig. 1.

Der in der Zeichnung schematisch dargestellte Druckverdamp­ ferbrenner findet vorzugsweise Verwendung in Feldkochherden, die mit unterschiedlichen flüssigen Brennstoffen betrieben werden, beispielsweise mit Benzin, Heizöl oder Petroleum. Vorzugsweise erfolgt der Betrieb dabei ohne Verwendung von Fremdenergie, d.h. zum Betrieb stehen lediglich der flüssige Brennstoff und Druckluft zur Verfügung. Die folgende Be­ schreibung beschränkt sich daher auf die Beschreibung eines solchen Brenners für Feldkochherde, grundsätzlich ist aber auch die Verwendung in anderen Brenneinrichtungen möglich.

Der in der Fig. 1 dargestellte Brenner umfaßt einen Zulei­ tungskopf 1, eine in diesen eingesetzte Düse 2, ein sich daran anschließendes und sich zunächst trichterförmig und dann schalenförmig erweiterndes Flammrohr 3 sowie einen das Flammrohr 3 umgebenden, als Wärmetauscher ausgebildeten Verdampfer 4.

Die Düse 2, die in Fig. 2 vergrößert dargestellt ist, um­ faßt einen Kern 7 mit einer zentralen, durchgehenden Boh­ rung 5, die an der Oberseite in Form eines Brennstoffaus­ lasses 6 endet. In diesem verengten Bereich hat die Boh­ rung 5 beispielsweise einen Durchmesser in der Größenord­ nung zwischen 0,4 mm und 0,7 mm und ist damit für die Ab­ gabe von etwa 0,5 l flüssigen Brennstoffes pro Stunde bzw. die Abgabe von etwa 2 l verdampften Brennstoffes pro Stunde geeignet.

Auf den Kern ist ein haubenförmiges Gehäuse 8 aufgesetzt, welches den Kern 7 im Abstand umgibt und mit diesem zusam­ men einen Ringspalt 9 ausbildet, der einerseits mit einem Lufteinlaß 10 in Verbindung steht und andererseits einen unter einem Winkel von etwa 30° schräg nach innen geneig­ ten, den Brennstoffauslaß 6 konzentrisch umgebenden, spalt­ förmigen Luftauslaß 11 bildet, der so gerichtet ist, daß seine Auslaßrichtung die Längsachse der Düse und damit die Auslaßrichtung des Brennstoffauslasses 6 in geringem Abstand vor der Düse trifft. Der Treffpunkt ist in Fig. 2 durch das Bezugszeichen 12 gekennzeichnet. Außerdem sind in dem schräg nach innen geneigten Teil des Luftauslasses 11 Leitglieder 13 eingesetzt, die der aus dem Ringspalt 9 austretenden Druckluft zusätzlich eine Komponente in Um­ fangrichtung erteilen, so daß diese Düse insgesamt eine Außenmischdüse bildet.

Die Düse 2 ist in den Zuleitungskopf 1 derart abgedichtet eingesetzt, daß die Bohrung 5 mit einer Brennstoffzuleitung 14 und der Lufteinsatz 10 mit einer Druckluftleitung 15 verbunden sind. Diese Leitungen sind in einem stopfenarti­ tigen, zentralen Teil 16 angeordnet, welches seinerseits in den Zuleitungskopf 1 so eingeschraubt ist, daß die Brenn­ stoffzuleitung und die Druckluftleitung ihrerseits mit einem Brennstoffkanal 17 bzw. einem Druckluftkanal 18 im Zuleitungskopf 1 in Verbindung stehen. In dem Brennstoff­ kanal 17 ist ein Mündungsstück 19 eingesetzt, in welches eine Brennstoffleitung 20 einmündet, die den Auslaß des Verdampfers 4 mit dem Brennstoffkanal 17 verbindet. In dem Druckluftkanal 18 ist ein Schließventil 21 eingesetzt, welches eine in der Zeichnung nicht dargestellte Druckluft­ quelle über eine Leitung 22 mit dem Druckluftkanal 18 im Zuleitungskopf 1 verbindet.

Im Mündungsstück 19 befindet sich weiterhin ein Druck- oder Temperatursensor 23, der den Druck bzw. die Tempe­ ratur des durch das Mündungsstück 19 hindurchtretenden Brennstoffes mißt und ein den gemessenen Werten entspre­ chendes Signal über eine Steuerleitung 24 einer Steue­ rung 25 zuführt, die ihrerseits dem Schließventil 21 zu­ geordnet ist und dieses in Abhängigkeit von den vom Sensor 23 gemessenen Werten schließt oder mehr oder weniger öffnet.

Unmittelbar an die Düse 2 schließt sich das zunächst zylindrisch ausgebildete, sich dann aber konisch oder trichterförmig erweiternde Flammrohr 3 an, das im zy­ lindrischen Bereich seitliche Ansaugöffnungen 30 auf­ weist. In dem zylindrischen Bereich ist innerhalb des Flammrohrs 30 ein Ansaugschacht 31 angeordnet. Dies ist ein konzentrisch im Inneren des Flammrohrs 3 an­ geordnetes Rohrstück, das sich im Bereich der Düse 2 trichterförmig erweitert und dort einen Ansaugspalt 32 ausbildet, durch den Brennluft aus der Umgebung angesaugt werden kann. Zwischen der Außenwand des An­ saugschachtes 31 und der Innenwand des Flammrohres 3 ist ein Ringspalt 33 freigelassen, durch den die durch die Ansaugöffnungen 30 angesaugte Umgebungsluft in das Innere des Flammrohres 3 eintreten kann.

In dem sich an den zylindrischen Teil anschließenden konisch erweiterten Teil des Flammrohres 3 ist dieses doppelwandig ausgeführt, wobei in diesem doppelwandi­ gen Teil ein wendelförmiger Ringkanal mit rechtecki­ gem Querschnitt ausgebildet ist, der in dem sich ko­ nisch erweiternden Bereich eine größere Anzahl von Gängen aufweist, beispielsweise 15. Dieser doppel­ wandige Ringkanalbereich erstreckt sich auch noch in einen sich schalenförmig erweiternden Teil 35 des Flammrohres 3 hinein, der durch eine waagerechte Wand 36 gebildet wird, die sich an ihren freien Enden schräg nach oben richtet.

Der Ringkanal 34 steht über eine untere Zufuhrleitung 37 und eine Steuerung 38 mit einer Brennstoffleitung 39 in Verbindung, die zu einem in der Zeichnung nicht dargestellten Vorrat eines flüssigen Brennstoffes führt. Eine weitere mittlere Zufuhrleitung 40, die ebenfalls über die Steuerung 38 mit der Brennstoffleitung 39 verbunden ist, mündet etwa im Übergangsbereich zwischen dem koni­ schen Teil des Flammrohres und dem schalenförmigen Teil 35 des Flammrohres in den Ringkanal 34 ein, und die Brenn­ stoffleitung 20 führt vom oberen Ende des Ringkanals 34 zum oben beschriebenen Mündungsstück 19.

In der Steuerung 38 sind Schließeinrichtungen angeordnet, die den von der Brennstoffleitung 39 kommenden Brennstoff­ strom wahlweise über die untere Zufuhrleitung 37, die weitere Zufuhrleitung 40 oder über beide Zufuhrleitungen in den Ringkanal 34 einleitet, wobei die Einleitung in Abhängigkeit von einem Steuersignal erfolgt, das der Steuerung 38 über eine Steuerleitung 41 zugeführt wird, die mit dem Sensor 23 in Verbindung steht.

Am Übergang des trichterförmigen Teils des Flammrohrs 3 in den schalenförmigen Teil 35 befindet sich oberhalb des Flammrohres ein Nachverdampferteller 42, der sich über den gesamten, vom Verdampfer 4 überdeckten Teil erstreckt und zusammen mit dem oberen Teil des Verdamp­ fers 4 einen Ringspalt 43 für die aus dem Flammrohr 3 austretenden Brenngase bildet. Dabei verengt sich der Querschnitt des Ringspaltes 23 in Strömungsrichtung, insbesondere durch die spezielle Formgebung des Nach­ verdampfertellers 42, der in seinem mittleren Bereich einen im wesentlichen konisch nach unten in den trich­ terförmigen Teil des Flammrohrs 3 eintauchenden Vor­ sprung 44 trägt. Dieser Vorsprung wirkt als Umlenk­ element, so daß in dem anschließenden, im Querschnitt gebogenen Teil des Nachverdampfertellers 42 eine laminare Umlenkung der Brenngase erfolgt. Der Nachverdampfer­ teller 42 besteht an seinem dem Flammrohr 3 zugewandten Ende aus einem keramischen Werkstoff mit einer Poro­ sität von über 20 Prozent und einem mittleren Porendurch­ messer von 20 Mikrometern. Auf der dem Flammrohr abge­ wandten Seite ist der Nachverdampferteller 42 von einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit abgedeckt, um auf diese Weise ein hohes Temperaturniveau des Nachver­ dampfertellers aufrecht zu erhalten.

Zusätzliche Verbrennungsluft kann noch durch Ansaugöff­ nungen 45 an der Unterseite des schalenförmigen Teils 35 des Flammrohres 3 angesaugt werden.

Im Stillstand sind zunächst das Schließventil 21 sowie die die beiden Zufuhrleitungen 37 und 40 verschließen­ den Leitungen verschlossen. Zum Anheizen das beschrie­ benen Brenners wird zunächst das Schließventil 21 in dem Druckluftkanal 18 geöffnet. Dadurch gelangt Druckluft über das geöffnete Schließventil 21, den Druckluftkanal 18 und die Druckluftleitung 15 zur Düse 2. In kurzem zeitlichem Abstand wird daraufhin die untere Zufuhrlei­ tung 37 geöffnet. Dadurch gelangt flüssiger Brennstoff durch den gesamten Ringkanal 34 des Verdampfers 4, über die Brennstoffleitung 20, das Mündungsstück 19, den Brenn­ stoffkanal 17 und die Brennstoffzuleitung 14 zur Düse 2. Durch die kurze zeitliche Verzögerung wird sichergestellt, daß bereits Druckluft aus der Düse ausströmt, wenn der flüssige Brennstoff zur Düse gelangt, so daß die gleich­ zeitig aus der Düse 2 austretenden Strahlen des flüssigen Brennstoffes und der Druckluft außerhalb der Düse im Treff­ punkt 12 aufeinander treffen. In diesem Punkt erfolgt eine feine Zerstäubung des flüssigen Brennstoffes durch das all­ seitige Auftreffen des Druckluftstromes. In dem sich an den Treffpunkt 12 anschließenden, sich kegelförmig öffnenden Be­ reich, in dem eine Zerstäubung eingetreten ist, kann das Brennstoff-Luft-Gemisch mit Hilfe einer Lunte oder der­ gleichen entzündet werden. Dies kann über entspre­ chende, in der Zeichnung nicht dargestellte Entzündungsöffnungen erfolgen. Sobald die Entzündung er­ folgt ist, beginnen die Flammengase den Verdampfer 4 zu erwärmen, so daß der durch den Ringkanal 34 strömende flüssige Brennstoff ebenfalls erwärmt wird. Diese Erwär­ mung erfolgt dabei von der Unterseite zur Oberseite all­ mählich, durch den engen Querschnitt und die dadurch be­ wirkte dünne Schicht des strömenden Brennstoffes besteht keine Gefahr einer lokalen Überhitzung des Brennstoffes.

Die Temperatur oder der Druck des aus dem Verdampfer 4 austretenden Brennstoffes wird durch den Sensor 23 be­ stimmt. Dieser Sensor kann ein an sich bekannter Druck­ mittelsensor sein, der bei Erhöhung des Druckes oder der Temperatur den Druck in einer angeschlossenen Kapil­ lare erhöht. Die Steuerleitungen 24 und 41 können als solche Kapillaren ausgebildet sein, so daß das Steuer­ signal ein ohne Fremdenergiequelle erzeugtes Drucksi­ gnal ist.

Sobald der Sensor 23 Druck- oder Temperaturwerte fest­ stellt, die eine Verdampfung des Brennstoffes im Ver­ dampfer 4 anzeigen, schließt der Sensor 23 über die Steuerleitung 24 das Schließventil 21 in der Druckluft­ leitung. Dieser Schließvorgang kann allmählich entspre­ chend der Zunahme des Druckes und der Temperatur im Verdampfer erfolgen, es kann auch ein schlagartiges Schließen vorgesehen sein. Mit dem Schließen der Druck­ luftzufuhr ist der Brenner von der Anheizphase in die Hauptbrennphase umgeschaltet, denn der unter Druck stehende, verdampfte Brennstoff wird nunmehr vom Brennstoffauslaß 6 kegelförmig in den vor der Düse liegenden Bereich ausgestoßen, so daß der gesamte Brenn­ bereich im Inneren des Ansaugschachtes und des Flamm­ rohres gleichmäßig mit verdampftem Brennstoff angefüllt wird. In diesem Bereich kann sich durch die angesaugte Umgebungsluft dann eine brennbare Brennstoff-Luft-Mischung ausbilden.

Über die Steuerleitung 41 überträgt der Sensor 23 weiterhin ein Steuersignal an die Steuerung 38. Wenn die Druck- und Temperaturwerte am Ausgang des Verdampfers 4 zu hoch werden, öffnet die Steuerung 38 daraufhin die weitere Zufuhrleitung 40, so daß ein Teil des flüssigen Brennstoffes unter Umge­ hung des unteren Verdampferteiles erst in den Mittelbereich des Verdampfers eingeleitet wird. Da dieser später einge­ leitete Brennstoffteil einen kürzeren Strömungsweg im Ver­ dampfer 4 zurücklegt, wird dadurch insgesamt die Ausgangs­ temperatur des Brennstoffes am Ende des Verdampfers 4 her­ abgesetzt, d.h. auf diese Weise ist durch die Aufzweigung der Brennstoffzufuhr eine Konstanthaltung der Temperatur oder des Druckes am Ausgang des Verdampfers 4 möglich.

Eine Regelung der Brennerstärke in der Hauptbrennphase er­ folgt durch eine in der Zeichnung nicht näher dargestellte Regelung der Brennstoffzufuhr über die Brennstoffleitung 39.

Das Brennstoff-Luft-Gemisch gelangt durch den Ringspalt 43 in den äußeren Randbereich des schalenförmigen Teiles 35, so daß die Flamme vom zentralen Bereich des Flammrohres 3 bis in den ringförmigen Außenbereiches des schalenförmigen Teiles 35 getragen wird. Der Nachverdampferteller 42 ver­ dampft gegebenenfalls noch flüssige Brennstoffteilchen vollständig, so daß auch keine Gefahr einer Rußbildung oder Verkokung besteht.

Der anhand der Zeichnung beschriebene Verdampferbrenner weist eine senkrechte Konstruktion auf, bei welcher Düse und Flammrohr senkrecht übereinander angeordnet sind. Grundsätzlich wäre es auch möglich, eine horizontale Anordnung vorzusehen, d.h. die Düsenlängsachse könnte auch horizontal verlaufen.

Ein wesentlicher Vorteil der beschriebenen Anordnung liegt darin, daß sowohl in der Anheizphase als auch in der Haupt­ brennphase ein im wesentlichen gleicher Winkelbereich mit einem brennbaren Gemisch beschickt wird, obwohl in einem Fall von flüssigem Brennstoff und im anderen Fall von ver­ dampftem Brennstoff ausgegangen wird. Die als Außenmisch­ düse ausgebildete Düse ist für beide Brennarten in gleicher Weise geeignet. Durch die relativ großen Strömungsquer­ schnitte des Brennstoffauslasses gegenüber vergleichbaren Auslaßquerschnitten bei reinen Druckzerstäuberdüsen wird nicht nur ermöglicht, daß die Düse auch für wesentlich höhere Durchsätze im Verdampferbetrieb geeignet ist, son­ dern es wird auch die Verstopfungsgefahr erheblich herab­ gesetzt.

Claims (19)

1. Druckverdampferbrenner, vorzugsweise zur Verwendung in einem Feldkochherd, mit einer Brennstoffdüse für einen Brennstoff und einem sich daran anschließen­ den, einen Brennraum einschließenden Flammrohr, welches Luftansaugöffnungen aufweist, mit einer Druckluftzufuhr zu der Brennstoffdüse zur Beimi­ schung von Luft zu dem flüssigen Brennstoff in der Anheizphase und mit einem von den heißen Flammen­ gasen beaufschlagten, von dem flüssigen Brennstoff durchströmten Verdampfer, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Brennstoffdüse (2) mindestens einen Auslaß (6) für Brennstoff sowie mindestens einen Auslaß (11) für Druckluft aufweist, die so angeordnet sind, daß sich die aus ihnen aus­ tretenden Brennstoff- bzw. Druckluftstrahlen außer­ halb der Düse (2) treffen, daß Schließmittel (21) in der Druckluftleitung (22) angeordnet sind, die diese nach Beendigung der Anheizphase verschließen, und daß die Brennstoffzufuhr (20) der Düse (2) nur mit dem Auslaß des Verdampfers (4) verbunden ist.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (2) einen zentralen Brennstoffauslaß (6) und einen diesen konzentrisch umgebenden Druckluft­ auslaß (11) aufweist und daß die Auslaßrichtung des Druckluftauslasses (11) schräg zur Längsmittel­ achse der Düse (2) geneigt ist, welche mit der Aus­ laßrichtung des zentralen Brennstoffauslasses (6) übereinstimmt.

3. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Druckluftauslaß (11) Leitelemente (13) angeordnet sind, die dem aus dem Druckluftauslaß (11) austretenden Druckluftstrom eine Bewegungs­ komponente in Umfangsrichtung verleihen.

4. Brenner nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffauslaß (6) gegenüber dem Druckluftauslaß (11) in Strö­ mungsrichtung vorgesetzt ist.

5. Brenner nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Brennstoffauslasses (6) mindestens etwa dreimal so groß ist wie bei einer Druckzerstäuberdüse für flüssige Brennstoffe gleicher Abgaberate.

6. Brenner nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Flammrohr (3) die Düse (2) unter Ausbildung eines ringförmigen Ansaugkanales (32) umgibt.

7. Brenner nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließmittel in der Druckluftleitung (22) ein von einer Steue­ rung (25) betätigbares Schließventil (21) sowie einen Druck- oder Temperatursensor (23) umfassen, der beim Überschreiten eines Oberwertes des Druckes bzw. der Temperatur des den Verdampfer (4) verlassenden Brennstoffes der Steuerung (25) ein Schließsignal zuführt.

8. Brenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (25) bei steigendem Druck bzw. steigender Temperatur des Brennstoffes das Schließ­ ventil (21) zunehmend verschließt.

9. Brenner nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (4) einen Strömungskanal (34) für den Brennstoff auf­ weist, der über seine gesamte Länge mit den heißen Flammengasen in Wärmekontakt steht und aufgrund eines engen Querschnitts eine schnelle Durchströ­ mung des Brennstoffes erzwingt, daß zwischen Ein­ laß und Auslaß des Verdampfers (4) eine weitere Zufuhrleitung (40) für flüssigen Brennstoff in den Strömungskanal (34) einmündet und daß in der zum Einlaß führenden Brennstoffleitung (37) oder/ und der weiteren Zufuhrleitung (40) Schließventile angeordnet sind, die von einer Durchflußsteuerung (38) betätigbar sind.

10. Brenner nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußsteuerung (38) in der Anheizphase das Schließventil in der weiteren Zufuhrleitung (40) geschlossen hält.

11. Brenner nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Durchflußsteuerung (38) ein Druck- oder Temperatursensor (23) zugeordnet ist, der in Abhängigkeit vom Druck bzw. der Temperatur des den Verdampfer (4) verlassenden Brennstoffes das Schließventil in der weiteren Zufuhrleitung (40) zur Konstanthaltung der Druck- bzw. Tempera­ turwerte mehr oder weniger schließt.

12. Brenner nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (4) an der Wand eines sich konisch erweiternden Be­ reiches des Flammrohres (3) anliegt, und daß sich diese Wand in eine waagerecht verlaufende Schale (35) öffnet.

13. Brenner nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (4) zumindest teilweise an der waagerecht verlaufenden Wand (36) der Schale (35) anliegt.

14. Brenner nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Bereich der Schale (35) der Aus­ laß des Flammrohres (3) von einem Nachverdampfer­ teller (42) abgedeckt ist, der zusammen mit der waagerechten Wand (36) der Schale (35) einen ring­ förmigen Auslaßspalt (43) für die heißen Brenn­ gase bildet und aus einem Material mit hoher Wär­ mekapazität besteht.

15. Brenner nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachverdampferteller (42) an seiner dem Flammrohr (3) zugewandten Seite einen zentralen, konischen Vorsprung (44) trägt, der in das Flamm­ rohr (3) eintaucht und ein Umlenkelement für die aus dem Flammrohr (3) ausströmenden Brenngase bil­ det.

16. Brenner nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Nachverdampferteller (42) an seiner dem Flammrohr (3) abgewandten Seite einen thermischen Isolierstoff mit schlechter Wärmelei­ tung trägt.

17. Brenner nach einem der Ansprüche 14-16, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Strömungsquerschnitt der Brenngase im Bereich des Nachverdampfertellers (42) in Strömungsrichtung verengt.

18. Brenner nach einem der Ansprüche 14-17, dadurch gekennzeichnet, daß in den Nachverdampferteller (42) auf der den Brenngasen zugewandten Seite Phasen oder Rillen eingearbeitet sind.

19. Brenner nach einem der Ansprüche 14-18, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachverdampferteller (42) aus einem keramischen Werkstoff mit einer Porösi­ tät über 20 Prozent und einem mittleren Porendurch­ messer über 20 Mikrometer besteht.