DK176656B1 - Oliebrænder til biologisk olie til opvarmningsformål - Google Patents

Description

-2- DK 176656 B1

Opfindelsen angår et brænderaggregat til forbrænding af biologisk olie og andre brændbare væsker. Aggregatet omfatter bl.a. midler for volumetrisk konstant tilledning af olie, midler for tilledning af trykluft samt midler 5 for tilledning af supplerende forbrændingsluft. Desuden omfatter aggregatet et eller flere dysearrangementer, der er indrettet til at forstøve den tilledte olie ved anvendelse af den tilledte trykluft og som omfatter midler til at antænde den forstøvede olie 10

Der findes som udgangspunkt to principielle udformninger af brænderaggregater til opvarmningsformål til bolig / let industri, samt kombinationer af disse.

15 Trykforstøvningsprincip

Princippet er baseret på at olien sættes under højt tryk, typisk 5-15 bar, typisk ved hjælp af en tandhjulspumpe eller lamelpumpe. Pumpen er typisk drevet af brænderaggregatets blæsermotor (blæser til forbrændingsluft) med 20 fikseret omdrejningstal, trykket reguleres typisk med en fjederbelastet returventil. Ved det høje tryk forstøves olien gennem en dyse med meget lille lysning. Trykket, oliens viskositet samt dysens lysning bestemmer den indfyrede oliemængde. Ofte anvendes en olieforvarmer for at 25 opnå en veldefineret ensartet viskositet. Forbrændingsluften leveres typisk af en blæser, som har fælles motor med oliepumpen, i en "ring" omkring dysen. Princippet kan ses på figur 1, hvor olien opbevares i tanken 1 og herfra af pumpen 2 drevet af motoren 3 ledes til dysen 5 under 30 højt tryk, mens forbrændingsluften tilledes fra blæseren 4 ligeledes drevet af motoren 3 gennem spjældet 6.

-3- DK 176656 B1

Princippet er meget anvendeligt til mineralolie med lav viskositet og veldefinerede egenskaber samt høj renhed.

Ved anvendelse af princippet til biologisk olie, som ofte har højere viskositet, kan den mindste smule snavs i oli-5 en forårsage tilstopning af dysen, hvilket nedsætter olieflowet og forstyrrer forstøvningen. Et eksempel på denne type brænderaggregat findes i patentskrift GB897737.

10 Trykluft forstøvning

Dette princip kendes fra brænderaggregater til vegetabilsk olie, f.eks. rapsolie, som ikke er højt raffineret. Princippet er baseret på at der anvendes en dyse, som ved hjælp af trykluft danner et svagt vakuum i olietillednin-15 gen (injektor). Vakuumet gør at olien "suges" ud af dysen og forstøves, enten i den yderste del af dysen eller umiddelbart udenfor dysens munding. Princippet til forstøvning og fremførsel af olien er det samme som anvendes i trykluftdrevne malepistoler.

20 Det lave tryk til fremførsel af olien (trykforskellen mellem det atmosfæriske tryk og det vakuum, som dannes i dysen, typisk 1 - 200 millibar) betyder, at dysens lysning skal være meget større end ved princippet med trykforstøvning. For at opnå trykforskellen er det nødven-25 digt, at olien er i forbindelse med det atmosfæriske tryk, og typisk sker det ved, at olien føres gennem og evt. forvarmes i et "åbent kar" i en veldefineret højde i forhold til dysen. Selv små aflejringer i dysen og det øvrige oliefremføringssystem kan nedsætte olieflowet be-30 tydeligt pga. den lave trykdifference.

Trykluften har ved dette princip to funktioner. Dels at danne vakuum for fremføring af olien, og dels at danne -4- DK 176656 B1 turbulens for forstøvning af olien. Det er imidlertid ikke muligt at ændre den ene parameter uden også at ændre den anden. Vil man f.eks. øge graden af forstøvning medfører det samtidig et større olieflow. At de to parametre 5 ved den kendte teknik ikke er uafhængige gør det vanskeligt at indstille brænderaggregatet optimalt i forhold til miljøparametre og energieffektivitet.

Ved dette princip leveres en del af forbrændingsluften 10 som trykluft til forstøvning og olie fremførsel, mens resten (sekundær luft) af en blæser leveres i en "ring" omkring dysen. Princippet kan ses på figur 2, hvor olien opbevares i tanken 1 og ved pumpen 2 ledes til forvarmeren 3, hvor niveauet styres ved hjælp af svømmeren 4 til 15 en fast højde Ah under dysen 7. Kompressoren 5 giver trykluft til dysens ydre kammer og danner et vakuum, som løfter olien højden Ah og suger den ud gennem dysen. Blæseren 6 giver via spjældet 8 sekundær luft til forbrændingen. Eksempler på denne type brænderaggregat findes i 20 patentskrifterne EP0023001, som omhandler en oliebrænder, som omfatter en enhed, der leverer den primære luft under tryk omkring forstøveren, en enhed, som leverer den sekundære luft til forbrændingskammeret, samt en motor, der driver både blæseren og oliepumpen og EP0074823, som om-25 handler en oliebrænder, hvor olien forstøves med en nitrogenrig luft og med separate enheder til levering af primær og sekundær luft. Desuden beskriver JP56146913 en brænder til forbrænding af animalsk og vegetabilsk olie forsynet med separate enheder for tilførsel af primær og 30 sekundær luft.

Problemet med de kendte princippers anvendelse til biologisk olie er bl. a. at olieflowet er afhængig af en række -5- DK 176656 B1 parametre, som på grund af oliens egenskaber ikke er kon-, stante. Det medfører at det er vanskeligt at få brænderaggregater efter de kendte principper til at brænde konstant over længere tid uden jævnlig rensning. En ujævn 5 forbrænding medfører, tilsodning af kedel og røgkanaler, lavere udnyttelse af brændslet samt større miljøbelastning. Desuden bruges en ikke uvæsentlig mængde elektrisk energi på forvarmning af olien.

10 For at en oliebrænder skal brænde stabilt kræves som minimum: - at den afbrændte oliemængde (olieflow) er konstant over tid.

- at mængden af forbrændingsluft passer til oliemængden 15 og er konstant.

- at forstøvningen er ensartet og konstant uafhængigt af olieflowet.

Det er især olief lowet, der er vanskeligt at holde kon-20 stant, og fælles for de to kendte principper er, at olieflowet er afhængigt af og varierer med tre parameter: 1) Oliens viskositet: For biologisk olie kan viskositeten variere meget med temperaturen, mellem forskellige leverancer og endog inden for én leverance ved 25 lagdeling under oplagring. Dvs. viskositeten ikke er konstant, og derfor er olieflowet ikke stabilt.

2) Oliens tryk: Ved højtryksforstøvning er det relativt let at opnå konstant tryk, idet trykket reguleres af en fjederbelastet ventil, men ved trykluftforstøv- 30 ningen, hvor det er en meget lille trykdifference som fremfører olien, kan selv små urenheder i dysen nedsætte trykdifferencen og dermed flowet.

-6- DK 176656 B1 3) Dysens modstand: Hele rørsystemet frem til og ud gennem dysen giver flowmodstand, denne modstand skal være stabil for at flowet er stabilt. Aflejringer i rørsystemet og (især) i dysen vil øge modstanden og 5 dermed nedsætte olieflowet.

Ved anvendelse af mineralolie med lav, veldefineret viskositet og høj renhed samt stor ensartethed over tid, er det relativt let at holde de tre parametre konstante og 10 dermed olieflowet og den indfyrede energi konstant. Men, fordi biologisk olie dels har meget højere viskositet, ofte mere end en faktor 10, og dels ikke er særlig ren, da det ikke er økonomisk rentabelt at raffinere den til brændselsformål, er det meget vanskeligt at holde flowet 15 konstant med den kendte teknik.

Ved opfindelsen tilvejebringes et brænderaggregat, hvor olieflowet og dermed den indfyrede energi er uafhængig af variationer i oliens viskositet, trykdifference samt mod-20 stand i dyse og oliefremføringssystemet. Desuden gøres olieflowet og forstøvningsgraden uafhængige af hinanden.

Dette opnås ifølge opfindelsen ved at midler for tilledning af olie omfatter en doseringsanordning, som er tildannet således at der kan holdes et konstant volumetrisk 25 flow uafhængig af oliens viskositet.

I forhold til GB897737 opnås et aggregat, der ikke er følsomt for ændringer i oliens viskositet og renhed.

30 I forhold til EP0023001, EP0074823 og JP56146913 opnås et aggregat, der kan holde olieflowet konstant og uafhængig af større udsving i oliens viskositet, oliens temperatur, -7- DK 176656 B1 oliens renhed, forstøvningstrykket og oliens fødetryk (tankniveau).

I en særlig udførelsesform for brænderaggregatet ifølge 5 opfindelsen er den volumetriske doseringsanordning indstillelig i området 0-20 liter/time, eller et delområde herunder.

I en anden udførelsesform er den volumetriske doserings-10 anordning variabel i området 1-6 liter/time, eller et delområde herunder.

De to ovenstående udførelsesformer gør brænderaggregatet velegnet til opvarmningsformål i henholdsvis større og 15 mindre industri samt opvarmning af beboelse i henholdsvis flerfamilie- og enfamilieejendomme.

I en særlig udførelsesform for brænderaggregatet ifølge opfindelsen omfatter den volumetriske doseringsanordning 20 en volumetrisk pumpe.

Den volumetrisk pumpe er bl.a. kendt fra kemisk og medicinsk industri og kendetegnet ved at levere et konstant flow (volumen per tidsenhed), uanset at trykket før 25 og/eller efter pumpen varierer. Opfindelsen er især egnet til vegetabilske olier og andre flydende brændsler, der på grund af varierende viskositet eller urenheder er særligt udsatte for variationer i olieflowet.

30 Et eksempel på en volumetrisk pumpe er en tandhjulspumpe, hvor flowet (mængden af indfyret olie per tidsenhed) justeres ved at ændre omdrejningshastigheden på pumpens tandhjul. De pumper som normalt anvendes ved trykforstøv- -8- DK 176656 B1 ning af olie kan også være tandhjulspumper, men omdrejningshastigheden ligger fast og i stedet ændres flowet, ved at der skiftes til en dyse med anden lysning, eller trykket ændres gennem en fjederbelastet returventil, og 5 hermed er flowet afhængig af oliens egenskaber.

For at flowet kan holdes konstant i en volumetrisk doseringspumpe, er det nødvendigt at pumpehastigheden ikke påvirkes af oliens viskositet, tryk eller andre ydre på-10 virkninger. Det er derfor hensigtsmæssigt at lade pumpen drive af en motor, hvis omdrejningstal er uafhængig af belastning og motortemperatur mv.

I en særlig udførelsesform for brænderaggregatet ifølge 15 opfindelsen er den volumetriske pumpe forbundet til en motor med mulighed for fastholdelse af konstant omdrejningstal. Eksempler på motorer med sådanne egenskaber er synkronmotorer og stepmotorer.

20 I en særlig udførelsesform for brænderaggregatet ifølge opfindelsen forstøves olien ved anvendelse af trykluft med et overtryk på 0 - 10 bar, nærmere 0,2 - 1,2 bar, hvilket har vist sig hensigtsmæssigt for at opnå de bedste forbrændingsegenskaber og den laveste miljøpåvirk-25 ning.

I en særlig udførelsesform for brænderaggregatet ifølge opfindelsen er den tilledte olie af vegetabilsk oprindelse og kan være kemisk og/eller fysisk modificeret i for-30 hold til sin naturlige form. Det har f.eks. vist sig at affaldsprodukter fra produktion af bl.a. spiseolie, biodiesel og tekniske olier kan give en bedre forbrænding en rene vegetabilske olier.

-9- DK 176656 B1 I en særlig udførelsesform for brænderaggregatet ifølge opfindelsen tilledes trykluften fra en kompressor, som er en integreret del af aggregatet.

5 I en anden udførelsesform er kompressoren og en blæser for tilledning af supplerende forbrændingsluft forbundet til samme motor.

10 De to ovenstående udførelsesformer bevirker at brænderag-gregatet kan gøres væsentligt mere kompakt end ved den kendte teknik, desuden kan der spares en motorenhed. En egnet kompressor til denne udførelsesform kan f.eks. være en lamelkompressor.

15 I en særlig udførelsesform for brænderaggregatet ifølge opfindelsen tilledes den supplerende forbrændingsluft og trykluften fra samme kilde. Ved, f.eks. at lade en kompressor med fornøden kapacitet levere både trykluft til 20 forstøvning og supplerende luft til forbrændingen, behøves ingen blæser i brænderaggregatet, der derved kan indskrænkes til meget små dimensioner og gøres væsentligt billigere at producere.

25 Opfindelsen forklares nærmere i det følgende under henvisning til figur 3, der viser en principskitse for én foretrukken udførelse for opfindelsen.

Olien opbevares i en tank 3, der afhængig af olietype er 30 placeret ved en hensigtsmæssig temperatur, idet visse olier ikke tåler lave temperaturer. Fra tanken trækkes olien af en volumetrisk doseringspumpe, f.eks. en tandhjulspumpe 4, gennem en forvarmer 2 og et filter 3. Fil- -10- DK 176656 B1 teret og forvarmeren kan udelades for visse typer olie. Tandhjulspumpen pumper olien igennem en magnetventil 5 og ind i en forstøvningsdyses 13 inderste rør 15. En kompressor 7 leverer trykluft med tilstrækkeligt overtryk 5 til en tank 8. Et manometer 9 angiver primærtrykket. Tanken 8 kan evt. udelades, i så fald skal kompressoren arbejde i hele brænderens driftstid. En reguleringsventil 11 reducerer lufttrykket til det ønskede sekundærtryk, typisk 0,3 - 1,0 bar. Et manometer 10 viser sekundærtryk-10 ket. Gennem en magnetventil 12 ledes trykluften til dysens 13 ydre kammer 14, hvor den ved mundingen forstøver olien fra dysens indre rør 15. Hvis kompressoren 7 kører konstant i hele driftstiden kan tanken 8 og magnetventilen 12 udelades. En blæser 6 tilfører via et spjæld 16 15 sekundær forbrændingsluft til forbrændingen 17. I en alternativ udførelse leveres sekundærluften til forbrænding af den samme kompressor 7, som leverer trykluft til forstøvning af olien. Flammen antændes ved hjælp af højspændingselektroder 18 og verificeres ved hjælp af en foto-20 sensor 19.

I det følgende beskrives en typisk fremgangsmåde for opstart af brænderen.

Blæseren 6 startes og samtidig eller med kort forsinkelse 25 bringes elektroderne 18 til at tænde. Efter nogle sekunder startes kompressoren 7, eller/og magnetventilen 12 åbnes. Samtidig eller med kort forsinkelse startes pumpen 4 og ventilen 5 åbnes. Når der med fotosensoren 19 registreres flamme 17 afbrydes strømmen til elektroderne 18.

30 Ved indstilling og justering af brænderegenskaberne indstilles den volumetriske doseringspumpe 4 til at give den ønskede oliemængde svarende den ønskede afsatte energi i kedlen. Herefter justeres trykluftens sekundærtryk med DK 176656 B1 -11- reguleringsventilen 11 og den sekundære forbrændingsluft med spjældet 16, således at den mest optimale forbrænding opnås i henhold til de gældende krav til røggasudledningen og virkningsgrad.

Claims (10)

1. Aggregat til forbrænding af biologisk olie og andre brændbare væsker, i det væsentligste omfattende midler 5 for tilledning af olie {4), midler for tilledning af trykluft, midler for tilledning af supplerende forbrændingsluft og i det mindste ét dysearrangement (14,15), der er indrettet til at forstøve den tilledte olie ved anvendelse af den tilledte trykluft samt midler til an-10 tændelse af den forstøvede olie kendetegnet ved at midler for tilledning af olie omfatter en doseringsanordning, som er tildannet således at der kan holdes et konstant volumetrisk flow uafhængig af oliens viskositet.

2. Aggregat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den volumetriske doseringsanordning kan indstilles i området 0-20 liter/time.

3. Aggregat ifølge krav 2, kendetegnet ved, at 20 den volumetriske doseringsanordning er variabel i området 1-6 liter/time.

4. Aggregat ifølge krav 1 til 3, kendetegnet ved, at den volumetriske doseringsanordning omfatter en 25 volumetrisk pumpe.

5. Aggregat ifølge krav 4, kendetegnet ved, at den volumetriske pumpe er forbundet til en motor med mulighed for fastholdelse af konstant omdrejningstal. 30

6. Aggregat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at olien forstøves ved anvendelse af trykluft med et overtryk på 0 - 10 bar, nærmere 0,2 - 1,2 bar. -13- DK 176656 B1

7. Aggregat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den tilledte olie er af vegetabilsk oprindelse og kan være kemisk / fysisk modificeret i forhold til sin naturli- 5 ge form.

8. Aggregat ifølge krav 6. kendetegnet ved, at trykluften tilledes fra en kompressor, som er en integreret del af aggregatet. 10

9. Aggregat ifølge krav 8, kendetegnet ved, at kompressoren og blæser for tilledning af supplerende forbrændingsluft er forbundet til samme motor.

10. Aggregat ifølge krav 1, 6 og 8, kende tegnet ved, at den supplerende forbrændingsluft og trykluften tilledes fra samme kilde.