DE4209152A1 - Oelbrennerduese - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ölbrennerdüse, welche einen Düsenkopf mit Düsenbohrung, sowie Ölführungskörper wie Stauscheibe und Ölfilter aufweist, insbesondere zur direkten Anschraubung an einen Ölvorwärmer eines Ölbrenners.

Die Ölbrennerdüse hat in einer Hausfeuerung nicht nur die Funktion, als Mündungsstück das Öl unter Druck in den Brennerraum einzuspritzen, sondern trägt durch seine konstruktive Ausgestaltung und der gezielten Ausbildung eines Sprühbild des zerstäubten Öles wesentlich zur guten Verbrennung des Heizöles bei. Ein schlechtes Sprühbildes reduziert regelmäßig den Wirkungsgrad einer ganzen Heizanlage. Es setzt sich deshalb eine Praxis durch, bei der neben einer regelmäßigen Wartung der Heizanlage auch die Sprühwirkung der Ölbrennerdüse kontrolliert und allenfalls neu eingestellt wird.

Der Bereich der Düsenbohrung, insbesondere der sehr feinen Tangentialschlitze in der Stauscheibe unmittelbar vor der Düsenbohrung, ist naturgegeben ein häufiger Störpunkt. Hier besteht die Gefahr der Verstopfung. Zur Vermeidung eben dieser Verstopfungsgefahr werden heute fast ausnahmslos Düsenfilter verwendet, die auch feine Schmutzpartikel unmittelbar vor der Düse zurückhalten sollen. Bloße Siebe in älteren Düsen-Konstruktionen, die mehr für die Rückhaltung größerer Schmutz-Teile gedacht waren, bringen in bezug auf Feinpartikel keinen Nutzen. Es werden heute mehrheitlich fast nur noch Filtereinsätze verwendet, die aber je feiner die Porosität des Filtermaterials ist, selbst verstopfen können. Höhere Anforderungen an den Gesamtwirkungsgrad der Verbrennung bei immer kleinerem Ölverbrauch, erfordern höchste Ansprüche besonders an die Funktion der Ölbrennerdüse.

Im Gegensatz etwa zu einer reinen Wasser- oder Dampfdüse, unterliegt die Ölbrennerdüse zumindest einer ganz besonderen Bedingung. Die Innenseite der Ölbrennerdüse führt das flüssige, vorgewärmte Öl zur Austrittsdüse. Die Außenseite der Düse ragt mit der Düsenspitze direkt in den Feuerraum. Unvermeidbar wird dabei die Ölbrennerdüse beachtlich erhitzt. Damit nun die Düse bei einer langen Lebensdauer einen guten Wirkungsgrad behalten kann, werden bei den bekannten Ölbrennerdüsen zumindest der Düsenkopf und die Stauscheibe aus hochwertigem Chromstahl und der Düsenölfilter aus Sintermetall hergestellt.

Unbestreitbar ist das Problem der langen Lebensdauer bei konstanter Wirkungsweise der Ölbrennerdüse, durch die Verwendung von hochhitzebeständigen Materialien, gewährleistet. In jüngster Zeit wird nun aber das Nachtropfen als eine bis dahin zu wenig beachtete Störquelle beanstandet. Es ist bekannt, daß bei vielen Einsätzen die Ölbrennerdüsen nach dem Erlöschen der Brennerflamme nachtropfen. Je größer die Ölbrennerdüse ist, desto mehr tritt ein Nachtropfen ein, was im Extremfall zu einer Öllache auf dem Brennraumboden mit allen möglichen Folgeschäden führen kann. Man versucht durch Zwischenschalten von Spezial-Ventilen zumindest ein starkes Nachströmen zu vermeiden, dies analog zu dem Problemkreis des Tropfens vor dem Anzünden der Brennerflamme. Jeder Tropfen Öl, der nicht ordentlich zerstäubt wird, hat eine Verschlechterung der Verbrennung insbesondere eine Erhöhung von unverbranntem Brennstoff zur Folge, so daß mit dem Nachtropfen immer auch ein erhöhter Ausstoß unverbrannter Kohlenwasserstoffverbindungen erfolgt, welche einen wesentlichen Anteil der Luftverschmutzung ausmachen.

Der Erfindung wurde nun die Aufgabe gestellt, eine preisgünstige Ölbrennerdüse zu entwickeln, die eine optimale Funktion gewährleistet insbesondere aber das Nachtropfen vermeidet.

Die erfindungsgemäße Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Ölführungskörper aus Wärmedämmstoff besteht respektiv, daß die Ölführungskanäle in der Ölbrennerdüse zumindest teilweise durch Wärmedämmstoffe gebildet sind.

Erst mit der Erfindung zeigte es sich, daß mit dem bisherigen Lösungsansatz, durch gedanklich vollständiges Fixieren allein auf die maximale Hitzebeständigkeit der Werkstoffe, zusätzliche Probleme geschaffen werden. Erfindungsgemäß ist nämlich erkannt worden, daß hochhitzebeständige Metalle der Einwirkung der Ölflammenhitze über eine lange Lebensdauer standhalten können.

Solange die Flamme brennt, strömt neben vorgewärmtem Öl mit 70°C-80°C, ebenso Frischluft nach, so daß eine genügende Wärmeabfuhr von der Ölbrennerdüse erfolgt. Mit dem Erlöschen der Brennerflamme stoppt aber die Zufuhr von Frischluft wie auch des Heizöles.

Die Ölbrennerdüse ist dann zumindest im Bereich der Austrittsdüse einer relativ hohen Wärmeeinstrahlung ausgesetzt. Dies trifft besonders dann zu, wenn keramische Einbausteine in dem Feuerraum vorhanden sind. Metalle haben in bezug auf die vorliegende Problematik eine mehrfach negative Eigenschaft, indem sie nicht nur rasch Wärme aufnehmen, sondern sehr gute Wärmeleiter sind, und zudem ein großes Wärmespeichervermögen haben. Dies bedeutet, daß die Metallteile die aufgenommene, in ihnen gespeicherte Wärme durch direkte Wärmeleitung an das Öl in der Düse abgeben, und das Öl aufheizen, so daß es durch natürliche Volumenvergrößerung, sonst allseits eingeschlossen, nun in dem Bereich der Düse in Form von Tropfen austreten kann. In den bisherigen Überlegungen wurde ferner keine Wärmebilanz der ganzen erhitzten Ölbrennerdüse mit dem Ölvorwärmer und dem darin unter Druck stehenden Öl erstellt. Bis zu einer genügenden Abkühlung strömen, wenn auch relativ geringe Mengen, des erhitzten Öles aus dem Vorraum der Düse nach, und treten dann tropfenweise aus. Dies dauert bei den bekannten Lösungen so lange, bis keine überhitzten Wandelemente mehr in dem Brennraum nachstrahlen und wiederholt sich nach jedem Abschalten der Brennerflamme.

Erfindungsgemäß kann dieser Übelstand ganz wesentlich entschärft werden, indem zumindest ein Teil der Ölführungskörper aus Wärmedämmstoff hergestellt wird. Wärmedämmstoffe haben gegenüber Metall gerade eine entgegengesetzte Eigenschaft. Wärme wird schlecht aufgenommen und es wird in ihnen sehr wenig Wärme gespeichert und zudem schlecht weitergeleitet. Der Wärmeeintrag von dem Brennraum in das Öl der Düse, nach Abschalten der Flamme, wird so auf ein Minimum reduziert. Nicht nur kann wirksam ein wärmebedingtes Nachtropfen verhindert werden, sondern es kann nach dem bestmöglichen Erkenntnisstand der Brennraum gestaltet und ausgekleidet werden, besonders stören nun die nachglühenden Keramikteile in dem Brennraum nicht mehr.

Die Erfindung gestattet eine ganze Anzahl besonders vorteilhafter weiterer Ausgestaltungen. So wird bevorzugt der Ölfilter insbesondere der Primärfilter aus Wärmedämmstoff, ganz besonders bevorzugt aus porösem Sinterkunststoff hergestellt. Dies hat den Vorteil, daß der im wesentlichen in das Öl eingetauchte Filter die Wärme vom Düsenkopf schlecht aufnimmt, wenig Wärme speichert und diese auch nur mimimal an das Öl weiterleitet.

Ein weiterer Ausgestaltungsgedanke liegt darin, daß der Ölfilter zur Vergrößerung der Filterwirkung im wesentlichen aus einem Vollkörper gebildet ist, in dem in Ölflußrichtung ein oder mehrere feine Kanäle für den Ölabfluß vorgesehen sind. Durch diese Maßnahme kann das freie Ölvolumen in der Düse verkleinert und der Filterweg vergrößert werden, ohne Nachteil für die oben dargestellte Wärmeproblematik. Der Vollkörper kann ohne weiteres auch eine größere Länge aufweisen gegenüber den bekannten Ausführungen. Zur Steigerung der Filterwirksamkeit wird ferner vorgeschlagen, daß der Filterkörper außen, öleintrittsseitig, eine grobe und nach innen eine feinere Porosität aufweist, und entsprechend die Schmutzpartikel in verschiedenen Tiefen zurückhält.

Der Ölfilter kann aus einem Wärmedämmstoff mit den Farben weiß bis gelb hergestellt werden, als visuelle Indikationsfarbe für die Verschmutzung. Gemäß einem weiteren Gedanken kann die Farbgebung auch zur Kennzeichnung des Durchsatzes kg/h (zum Beispiel gelb: kleiner Durchsatz, weiß: großer Durchsatz) gewählt werden. Dies erlaubt dem Servicepersonal eine leichte Erkennbarkeit der Typen, zum Beispiel wenn die Ölbrennerdüse ausgewechselt werden muß.

Es kann in dem Ölfilter auch ein Einbaukörper zur Reduzierung des Filterinnenvolumens angeordnet werden, welcher vorzugsweise aus Nicht-Metallwerkstoff besteht. Ölfilter und Einbaukörper können ein- oder zweistückig hergestellt werden.

Eine genaue Untersuchung der bekannten Ölbrennerdüse hat ergeben, daß eine ganze Anzahl Einflußfaktoren bisher zwar bekannt für die Gestaltung der Bauelemente aber unberücksichtigt blieben. Extra leichtes Heizöl hat ein Verhalten, das sehr ähnlich eines Kriechöles ist. Der Ölvorwärmer kann als kleines Ölreservoir betrachtet werden mit einer feinen Bohrung in der Mitte. Je nach der besonderen baulichen Gestaltung kann, bis der mittlere Ölspiegel erreicht ist, Öl über die dauernd offene Düsenbohrung austropfen. Ein anderes Problem liegt darin, daß im Öl eine gewisse Menge Luft respektiv Gas vorhanden ist, das sich in dem Ölvorwärmer als Blasen sammeln kann. Die Blasen sind nun im Gegensatz zum Öl kompressibel, was zur Folge hat, daß entsprechend dem Kompressionsgrad der Blasen soviel und solange Öl austropft, bis die Luftblase druckfrei ist.

Es wird deshalb vorgeschlagen, in dem Wärmedämmstoff des Ölfilters eine Widerstandsregulierung respektiv eine Druckbarriere durch entsprechenden Strukturaufbau vorzusehen, derart, daß unterhalb eines Druckes von zum Beispiel 1,5 bar im wesentlichen kein Öl durchströmt. Es ist erkannt worden, daß die Wahl eines schwammartigen Filterinnenteils, beziehungsweise ein Strukturaufbau mit Kapilarfunktion eine ganz besonders gute Druckbarriere darstellt, welche bei leichtem Überdruck ganz besonders in drucklosem Zustand ein freies Abtropfen wie aus einem undichten Wasserhahn verhindert. Der aus porösem Kunststoff hergestellte Ölfilter läßt sich als Preßkörper direkt an dem Düsenkopf befestigen, wozu an dem Kunststoff des Primärfilters ein Gewinde angebracht werden kann, zur Schraubverbindung mit dem Düsenkopf.

Als ganz besonders preisgünstig und vorteilhaft in der Wirkungsweise hat es sich erwiesen, wenn der Düsenkopf aus hitzebeständigem Metall besteht, also außen wärmeleitend ist und der innen damit verbundene Filter aus Sinterkunststoff gefertigt ist und wärmehemmend wirkt. Durch eine direkte Verschraubung des Düsenkopfes mit dem ebenfalls aus Metall bestehenden Ölvorwärmer, kann die Wärme von dem Düsenkopf so metallisch leitend an das Ölvorwärmergehäuse abgegeben werden. Der in das Öl eingetauchte Filter dagegen gibt wegen seiner physikalischen Eigenschaft trotz seiner Verbindung mit dem heißen Düsenkopf nahezu keine Wärme an das Öl ab, entsprechend der bekannten häuslichen Wärmedämmung im Beispiel von Pfannenstiel aus Kunststoff und Metallpfanne.

Ein weiterer Ausgestaltungsgedanke liegt darin, den Düsenkopf aus hitzebeständigem Kunststoff herzustellen. Dabei kann die als getrennter Körper eingelegte Stauscheibe aus Metall mit hoher Dauerfestigkeit gegen Kavitation hergestellt werden.

Eine weitere ganz besonders vorteilhafte Lösung ergibt sich, wenn alle Teile der Ölbrennerdüse aus Nichtmetallwerkstoff hergestellt und die Brennerdüse als Verbrauchskörper zum Beispiel zur zweÿährlichen Ersetzung konzipiert ist. Damit wird bewußt von der bisherigen Praxis abgewichen, die von einem allfälligen Ersetzen der Filterelemente ausging, und von dem Düsenkopf eine Beständigkeit entsprechend dem Ölbrenner von 10 bis 20 Jahren erwartete.

Die neue Erfindung strebt vielmehr ein ständiges ein- oder zweÿährliches Ersetzen der ganzen Brennerdüse zur Optimierung der Verbrennung und damit zur Verbesserung der Umweltbelastung an. Ziel ist nicht mehr die größtmögliche Lebensdauer der Düse, sondern die dauernde Optimierung der Verbrennung und Minimierung der Aufwendungen für die Entsorgung der Verbrauchsteile. Wenn die Düse nur noch aus Nichtmetallwerkstoffen besteht, ist die Problematik der Trennung der Werkstoffe für die Entsorgung stark reduziert, da eine "von Handtrennung" der unterschiedlichen Werkstoffe nicht mehr notwendig ist. Die ganze Düse kann als Ersatzeinheit verwendet werden, und erlaubt mit geringen Aufwendungen die Wirksamkeit von Filter und Düse für eine ideale Spraywirkung spürbar zu verbessern.

Es ist ferner aber auch möglich, den Düsenkopf aus Keramik und die Ölzuführkörper aus wärmebeständigem Wärmedämmstoff herzustellen. Sowohl der Primärfilter und/oder der Sekundärfilter können in einen Metalldüsenkopf einpreßbar ausgebildet werden.

In der Folge wird nun die Erfindung an Hand einiger Ausführungsbeispiele mit weiteren Einzelheiten erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Teilschnitt durch eine Ölbrennerdüse etwa 5fach vergrößert;

Fig. 1a einen Schnitt I-I der Fig. 1;

Fig. 2 eine zusammengebaute Ölbrennerdüse, ebenfalls vergrößert;

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der Ölbrennerdüse, teilweise im Schnitt;

Fig. 3a Ölfilter mit Ölführungskörper im Schnitt;

Fig. 4 zeigt einen Düsenstock mit eingeschraubter Ölbrennerdüse;

Fig. 5 einen Schnitt durch einen ganzen Ölvorwärmer;

Fig. 5a zeigt die Fig. 5 in einer Ansicht und

Fig. 6 den Kopf eines ganzen Ölbrenners;

In der Folge wird nun auf die Fig. 1 und 1a sowie 2 Bezug genommen. Eine Ölbrennerdüse 1 weist die Grundelemente Düsenkopf 2, Ölfilter 3 sowie eine Stauscheibe 4 auf. Der Düsenkopf 2 weist im Unterteil ein Schraubgewinde 6 und im Mittelteil eine Sechskantform auf und ist mit einer Düsenbohrung 5 versehen, wobei die Stauscheibe 4 im Innern des Düsenkopfes 2 unmittelbar der Düsenbohrung 5 vorgelagert ist. Wichtig ist, daß die Stauscheibe 4 in einer genauen Lage gehalten wird, was über einen Hals 7 der Stauscheibe und einen Filteroberteil 8 sichergestellt wird. Der Ölfilter 3 weist zu diesem Zweck eine Gewindeverbindung 9 auf, über die der Filter in den Düsenkopf 2 eingeschraubt wird. In dem Ölfilter 3 ist das Öl im wesentlichen über folgenden Weg gelenkt: Pfeile 10 als Eintritt in den Filter, Pfeil 12 Strömungsweg in feinen Kanälen 11, welche längs in den sonst als Vollkörper ausgebildeten Filterunterteil angebracht sind, Pfeil 13 gibt den Strömungswechsel in einen Überströmkanal 14 an. Weiter wird das Öl gemäß Pfeil 15 durch einen Sekundärfilter 16 geführt. Pfeil 17 zeigt die Strömung an, welche in einem Abströmkanal 19, welcher direkt auf die Oberseite der Stauscheibe 4 zu der Düsenbohrung 5 führt mündet. Der Raum des Überströmkanales 14 ist durch einen Fülldorn 30 der ebenfalls aus Wärmedämmstoff besteht, verkleinert.

In der Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform einer Ölbrennerdüse teilweise in Ansicht, teilweise im Schnitt dargestellt.

Wie auch in der Fig. 1 ist hier der Ölfilter 3 über ein Gewinde 20 direkt in den Düsenkopf 2 eingeschraubt. Im oberen, mittleren Bereich überragt ein Ölführungskörper 21 den Ölfilter 3. Der Ölführungskörper hat gleichzeitig eine Hohlraumverkleinerungsfunktion. Die Stauscheibe 4 wird über eine an sich bekannte Fixierschraube 22 in Position gehalten. Zur Verdeutlichung der inneren Ölführungskörper sind die entsprechenden Teile in der Fig. 3 etwas verzerrt dargestellt. Symbolisch ist in dem Bereich der Düsenbohrung 5 ein Spraykegel 23 eingezeichnet.

In der Fig. 3a ist ein Ausführungsbeispiel eines Ölfilters 3 im Schnitt dargestellt, der im wesentlichen aus einem Hauptfilterkörper 24, sowie einem inneren Tropfstoppkörper 25 besteht, wobei beide bevorzugt aus Wärmedämmstoff hergestellt werden. Der äußere Hauptfilterkörper 24 kann zum Beispiel aus einem porösen Sinterkunststoff bestehen und hat im wesentlichen eine reine Filterfunktion. Der Tropfstoppkörper dagegen weist hier nicht nur eine feinere Porosität auf, sondern hat zudem einen Strukturaufbau ähnlich der eines Schwammes mit einer starken Kapilarwirkung. Dies hat zur Folge, daß von dem Material, das ähnlich beschaffen sein kann wie die bekannten Schreibspitzen von Filzschreibern, zum Beispiel gemäß dem Fabrikat Marke Stabilo Boss Saug- und auch Rückhaltekräfte für die Flüssigkeit wirksam sind. Der Durchdringweg für den Tropfstoppkörper ist sehr gering, zum Beispiel nur 1-2 mm oder weniger. Dagegen ist die Durchströmfläche groß. Dies hat zur Folge, daß bei minimalen Druckkräften die Adhäsion so groß ist, daß das Öl nicht durchströmt. Bei Steigerung des Druckes auf zum Beispiel gegen 10 bar kann der gewünschte Öldurchsatz gewährleistet werden und über die feine Bohrung 11 abfließen.

In den Fig. 4, 5 und 5a ist ein Düsenstock 30 mit einer Ölbrennerdüse 1, gefüllt mit Öl (strichliert), dargestellt. Zur Veranschaulichung ist in Fig. 4 eine Luftblase 31 eingezeichnet. Man versucht mit vielen Mitteln solche Blasen zu verhindern, doch ist anzunehmen, daß bei deren Vorhandensein das Nachtropfen der Ölbrennerdüse 1 begünstigt wird. Mit dem durchgestrichenen Tropfen Dr soll nur angedeutet werden, daß dieser verhindert werden soll. Aus der Figur ist ferner erkennbar, daß die obere Hälfte des Ölvolumens in dem Düsenstock 30 um das Maß D/2 höher liegt, als die Düsenbohrung 5, so daß auf Grund des natürlichen Druckgefälles und wegen der Kriechfähigkeit des Öles je nach Umständen eine relativ große Menge Öl in Form von Öltropfen austreten kann, was aber mit der neuen Lösung gerade verhindert werden soll.

Die Fig. 6 zeigt den Kopf eines Ölbrenners, mit dem Düsenstock 30, einer Zündelektrode 32, einer Fotozelle 33 sowie einem Luftführungsgitter 34 durch welches die Luft "L" in den Brennraum geführt wird.

Claims (12)

1. Ölbrennerdüse welche einen Düsenkopf mit Düsenbohrung sowie Ölführungskörper wie Stauscheibe und Ölfilter aufweist, insbesondere zur direkten Anschraubung an einen Ölvorwärmer eines Ölbrenners, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Ölführungskörper respektiv Öltauchkörper aus Wärmedämmstoff besteht.

2. Ölbrennerdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ölfilter, insbesondere ein Primärfilter, aus Wärmedämmstoff besteht.

3. Ölbrennerdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ölfilter aus porösem Kunststoff insbesondere aus Sinterkunststoff besteht.

4. Ölbrennerdüse nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ölfilter zur Vergrößerung der Filterwirkung im wesentlichen aus einem Vollkörper gebildet ist, in dem in Ölflußrichtung ein oder mehrere feine Kanäle für den Ölabfluß vorgesehen sind und vorzugsweise düsenhohlraumverkleinernde Einbaukörper aufweist.

5. Ölbrennerdüse nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterkörper außen, öleintrittsseitig, eine grobe und nach innen eine feinere Porosität aufweist.

6. Ölbrennerdüse nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ölfilter aus einem Wärmedämmstoff von weiß bis gelb als Mengen- oder Qualitäts-Identifikationsfarbe besteht.

7. Ölbrennerdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ölfilter eine Widerstandsregulierung aufweist, derart, daß unterhalb eines gegebenen Druckes (von zum Beispiel 1,5 bar) im wesentlichen kein Öl durchströmt.

8. Ölbrennerdüse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsregulierung durch entsprechenden porösen, respektiv schwammartigen Strukturaufbau gebildet ist.

9. Ölbrennerdüse nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsregulierung im Innern der Ölbrennerdüse bevorzugt im Innern des Filterkörpers angeordnet ist.

10. Ölbrennerdüse nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der aus porösem Kunststoff hergestellte Ölfilter als Preßkörper direkt an dem Düsenkopf befestigbar ist oder daß zumindest der Primärfilter aus porösem Kunststoff besteht, an dem bevorzugt direkt ein Gewinde zur Schraubverbindung mit dem Düsenkopf angebracht ist.

11. Ölbrennerdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkopf aus hitzebeständigem Metall und der damit verbundene Filter aus Sinterkunststoff oder der Düsenkopf aus Keramik und die Ölzuführkörper aus wärmebeständigen Wärmedämmstoffen bestehen.

12. Ölbrennerdüse nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter zweiteilig ausgebildet ist, wobei der Ölfilter direkt mit dem Metalldüsenkopf und ein weiterer Ölführungskörper aus Wärmedämmstoff die metallene Stauscheibe fixiert.