EP0054599A1 - Brenner für flüssige Brennstoffe - Google Patents

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Publication number
EP0054599A1
EP0054599A1 EP80810409A EP80810409A EP0054599A1 EP 0054599 A1 EP0054599 A1 EP 0054599A1 EP 80810409 A EP80810409 A EP 80810409A EP 80810409 A EP80810409 A EP 80810409A EP 0054599 A1 EP0054599 A1 EP 0054599A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fuel
burner
feed line
evaporation
edge
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP80810409A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hellmut Gutmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Maschinenwerke Altenrhein AG
Original Assignee
Maschinenwerke Altenrhein AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Maschinenwerke Altenrhein AG filed Critical Maschinenwerke Altenrhein AG
Priority to EP80810409A priority Critical patent/EP0054599A1/de
Publication of EP0054599A1 publication Critical patent/EP0054599A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D11/00Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/36Details, e.g. burner cooling means, noise reduction means
    • F23D11/44Preheating devices; Vaporising devices
    • F23D11/441Vaporising devices incorporated with burners
    • F23D11/448Vaporising devices incorporated with burners heated by electrical means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23KFEEDING FUEL TO COMBUSTION APPARATUS
    • F23K5/00Feeding or distributing other fuel to combustion apparatus
    • F23K5/02Liquid fuel
    • F23K5/04Feeding or distributing systems using pumps

Definitions

  • the present invention relates to a burner for liquid fuels, with an evaporation channel in which the fuel can be supplied to a heatable evaporation surface and through which evaporation channel the combustion air is conveyed and supplied to a combustion chamber with evaporated fuel through a burner nozzle.
  • a burner of this type is described in Swiss patent 488 148. As can be seen from this patent, such a burner permits complete soot-free combustion and high efficiency, at least in continuous operation.
  • the fuel is supplied through an annular slot nozzle at the inner end of the evaporation channel. It has been shown that this version makes it difficult to maintain optimal conditions when switching the burner on and off and also limits the ability to regulate.
  • the burner according to the invention is characterized in that the evaporation surface has an edge which is stowed in the direction of passage of the air and distributes transversely to this direction, and that Lich this direction of passage a fuel supply line opens out at least at one point outside the edge.
  • the aforementioned jamming and distributing edge on the evaporation unit surface now also allows the fuel to be supplied in a few places in the form of fine jets which emerge through outlet openings arranged at a distance above the evaporation surface and which preferably have a diameter of 0.2-0. 4 mm in diameter.
  • This type of fuel supply now in turn allows the fuel to be sucked back out of the fuel supply lines and the fuel nozzles in the event of an interruption in operation, and this possibility is of particular importance for reliable and clean operation by avoiding the after-smoking which occurs with other burners and the formation of unburned oil vapor and oil soot can be.
  • FIG. 1 shows the burner 1 largely in side view, only two sealing rings 2 and 3 on the burner flange or at the outlet opening of the burner are shown in section.
  • the heating knife rests on these seals with an outer flange 4 or with the inner wall 5 of the boiler.
  • the hollow, water-filled inner wall 5 of the boiler is cylindrical, and it is connected via an upper annular space to a number of cylindrical lateral trains 6, in which baffles 7 are installed. From the trains 6, the combustion gases emerge from below into an annular space 8, from which they emerge through the exhaust pipe 9.
  • the boiler has a flow connection 10 and a return connection 11.
  • the boiler is fastened to a support 12 and the burner is detachably suspended from the boiler by means of quick-release fasteners 13.
  • the combustion air is fed to the burner by means of a controllable fan, not shown, through a combustion air supply line 14. It will be explained later why the burner described in more detail below, together with the boiler according to FIG. 1, allows a particularly high efficiency and high specific thermal output to be achieved.
  • the burner shown in more detail in FIGS. 2 and 3 has a burner flange 15 which, according to FIG. 1, is connected to the boiler.
  • a burner shell 16 is screwed to the burner flange 15 by means of screws 17.
  • the burner flange 15 is further screwed to a cover plate 19, a guide plate 20 and an upper burner plate 21, which consists of one piece with a cylindrical combustion chamber 22 with heat exchanger fins 23.
  • a lower burner plate 24 is installed, which is provided on the underside with a spiral groove, in which an electrical heating element is inserted. In the drawing, only the heat-resistant insulation in these grooves is indicated, but not the inserted heating wire.
  • the burner plate 24 can thus be heated electrically to a thermostatically controlled temperature, so that its evaporation surface 25 at the top can be heated to a temperature of, for example, 250-300 ° C.
  • the temperature can be selected according to the fuel to be used so that all parts of the fuel evaporate completely on the evaporation surface 25.
  • the upper burner plate 21 lies with curved guide ribs on the evaporation surface 25 of the lower burner plate 24, namely, as shown in FIG. 3, a ring of outer guide ribs 26 and a ring of inner guide ribs 27 is provided. Between these guide ribs there is an annular groove 28, the cross section of which can be seen in FIG. 5.
  • a fuel feed line 29 or its nozzle 30 opens out with an outlet opening 31.
  • the diameter of the outlet opening 31 is 0.2 to 0.4 mm
  • the length of the nozzle channel is round 4 mm
  • the inner diameter of the feed line 29 is considerably larger than the diameter of the nozzle channel and is 0.5 to 1.0 mm.
  • the height of the evaporation channel 32 formed between the plates 21 and 24 is approximately 4 mm and the nozzle 30 is arranged approximately symmetrically between the two plates, that is to say at a distance of approximately 2 mm above the evaporation surface 25 of the plate 24 or above the groove 28
  • a slit-shaped burner opening 34 is formed, which is narrower than the evaporation channel 32.
  • the combustible mixture passes through this burner opening at a speed of 15 to 150 m / sec . off, so that the combustion cannot strike back into the evaporation channel 32.
  • the combustion air is supplied from a controllable fan (not shown) via a feed line 14 shown in FIG. 1 through the connector 35 into an annular space formed between the burner flange 15 and the cover 19, from which the air supplied between the sheets 19 and 20 goes up and then up flows downward along the heat exchanger fins 23 and outwards via the upper burner plate 21 into an annular space 37, from which it does not get inside between the burner plates 21 and 24 through the evaporation channel 32.
  • the combustion air is heated in the process and is set into strong rotation by the guide ribs 26 and 27 in the evaporation channel, and the combustible mixture then exits the burner opening 34 with a correspondingly strong rotation.
  • the fuel is supplied via a nozzle 38 from a ring line, not shown.
  • three oil feed lines 29 or nozzles 30, each offset by 120 °, are arranged.
  • ignition electrodes 39 At the bottom of the burner chamber there are ignition electrodes 39, one of which is shown in FIG. 2 and to which the ignition voltage can be supplied via terminals 40.
  • FIG. 6 schematically shows a fuel vessel 41, from which a fuel pump 42 can draw fuel through a filter and bring it to a pressure of 5-10 bar.
  • a pressure regulator 45 with a servomotor 46, for example a stepping motor, which pressure regulator 45 allows the pressure to be regulated to 0.2 to 2 bar.
  • This pressure is displayed by means of a manometer 47 and monitored by means of a pressure switch 48.
  • An electrovalve 49 follows, which can either direct the fuel to the next branch of the feed line 44 and via a filter to the individual feed lines 29 or via a flow resistance back into the fuel vessel 41.
  • the pressure side of the pump 42 is connected via a flow resistance 50 to a cylinder 51, in which a spring-loaded piston 52 is located.
  • the other side of the cylinder is connected to the fuel nozzles.
  • the pressure side of the cylinder 51 is connected to the return line via a solenoid valve 53.
  • a blower 54 promotes the fuel air, the amount of which can be regulated by a flap 55 which is connected to an actuator 56.
  • the electrical heating of the lower burner plate 24 is switched on. It takes 5 to 10 minutes to heat up to the required temperature. During this time, the pressure regulator 45 and the air flap 55 are moved from a closed position into an approximately 20 to 30% open position brings. When the required temperature of the lower burner plate 24 is reached, the thermostat monitoring the temperature of this plate causes the actual activation. Here, the blower, not shown, and the pump 42 are turned on, and the solenoid valve 53 is opened. The heating, however, is switched off. As indicated in FIG.
  • a pre-purge begins for about 10 seconds, ie any residues of combustible or explosive gases are blown out of the burner and / or the boiler.
  • the valve 49 is still in the off position, ie no oil is supplied to the fuel nozzles. Excess oil can thus flow back to the fuel tank 41 via the valves 49 and 53.
  • the ignition is switched on with a delay of about 5 seconds during the pre-purge.
  • the pressure switch 48 controls the switchover to operation, ie the valve 49 is reversed so that oil of the selected pressure and with the selected amount can now reach the fuel nozzles.
  • the valve 53 is also reversed, as a result of which the pump pressure now acts on the piston 52 and pushes it to the right against the action of the spring. Fuel is displaced from the cylinder 51. The fuel supplied is immediately evaporated on the plate 24, and a combustible mixture thus immediately arises, which is ignited above the burner opening 34. The fuel flows from the nozzles 30 into the groove 28 in a closed jet, and the inner vertical edge 28 '(FIG. 5) of this groove acts as a stowage and distributing edge, ie the fuel supplied is distributed in the circumferential direction in the groove 28 and flows out this groove in a thin film inside.
  • the distribution of the fuel is supported here by the strongly rotating flow of the supplied combustion air directed in the direction of the fuel outflow from the nozzles. There is therefore a controlled, clean evaporation of the fuel without fuel particles being carried away by the combustion air and reaching the flame area without being evaporated.
  • the ignition is switched off approximately 5 seconds after the start of operation. However, 3 seconds after the start of operation, a flame detector (not shown), which is active during the entire operation, as shown in FIG. 7, has determined that no combustion has yet taken place, the control, which preferably contains a microcomputer, is switched back to the position V, at which pre-rinsing begins. The processes for preparing for the start of operation are therefore run through again, so that start of operation can take place again at time B, as described. FIG.
  • the burner output can now be regulated during operation by regulating the fuel supply by adjusting the pressure regulator 45 and at the same time the combustion air supply by adjusting the air flap 55.
  • the lower burner plate 24 is normally heated sufficiently by heat radiation and heat conduction through the fins 26 and 27 from the upper burner plate 21, so that the electric heater only has to be switched on temporarily to reheat. As can be seen in FIG. 7, this can be the case with large burner outputs, because the correspondingly higher amount of fuel requires more heat of vaporization.
  • solenoid valve 49 is reversed so that no more fuel reaches the fuel nozzles.
  • the fan and pump 42 continue to run for 5 seconds to rinse the burner and boiler.
  • the solenoid valve 53 is opened for 15 seconds, whereby the pressure on the cylinder 51 coincides.
  • the spring can therefore now move the piston 52 back into the rest position shown, fuel being sucked in through the connected line. This causes the fuel to be sucked back out of the fuel nozzles and the feed lines 29, so that in no fuel remains in these vessels located in the area of high temperatures.
  • this measure is essential for clean and safe burner operation.
  • the switch-off takes place at time A, with which all parts return to the starting position and the burner is ready for a new switch-on and start of operation.
  • FIG. 8 shows an embodiment variant of the control device, in which corresponding parts are identified in the same way as in FIG. 6.
  • the pump 42 is followed by an on and off valve 57.
  • a similar solenoid valve 58 is provided, which in one operating position supplies the fuel with regulated pressure and in a controlled quantity to the nozzles, and in the other position connects the fuel nozzles with a suction line 59, which connects to the suction side of the pump 42 connected is.
  • the filters, the pressure switch and the pressure gauges shown in FIG. 6 are omitted in FIG. 8 for the sake of simplicity.
  • valve 57 is switched so that pressure oil from pump 42 to pressure regulator 45 and from there via valve 58 to the fuel nozzles.
  • both valves 57 and 58 are reversed, and since the pump 42 continues to run somewhat, as shown in FIG the fuel tank 41 back. This embodiment thus allows the energy store 51, 52, according to FIG. 6, to be used.
  • FIGS. 9 and 10 show design variants of the fuel nozzle. Otherwise, these figures correspond to FIG. 4.
  • one is at the end closed feed line 29, which has the same dimensions as the feed line 29 according to FIG. 4, is provided with a bore 61 which is inclined slightly downward to the groove 28 and which acts as a nozzle.
  • the diameter of this nozzle bore is of the same order of magnitude as that of the nozzle bore according to FIG. 4, namely between 0.2 and 0.4 mm.
  • FIG. 10 shows a further embodiment variant in which the nozzle feed line 29 is completely closed at the front end and has a downwardly directed nozzle bore 62. This bore also has corresponding dimensions, namely a diameter of 0.2 to 0.4 mm.
  • FIG. 11 corresponds to FIG. 5 and shows an embodiment variant in which, instead of the groove 28 on the evaporation surface within the fuel nozzle 30, there is a damming edge 63 which extends over the entire circumference of the burner plate 24.
  • the inner part of the evaporation surface is thus slightly increased compared to the outer part.
  • the purpose and effect of this jamming edge corresponds to that of the groove 28 or its edge 28 '.
  • the fuel is supported by the strong swirl of the incoming combustion air along the groove 28 or along the distribution edge 63 evenly distributed and partly evaporates directly from the groove, partly from a thin film flowing inwards over the edge.

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Abstract

Der Brenner weist einen Verdampfungskanal (32) auf, durch welchen Brennluft zugeführt wird. Auf die eine elektrisch und durch die Verbrennung heizbare Verdampfungsfläche (25) wird der Brennstoff in feinen kompakten Strahlen aufgegeben. Bezogen auf die Strömungsrichtung der Brennluft nach den Aufgabestellen weist die Verdampfungsfläche (25) eine stauende und verteilende Kante (28') auf, welche eine feine kontrollierte Verteilung des Brennstoffes und damit eine vollständige Verdampfung desselben bewirkt. Im Interesse eines besonders umweltfreundlichen Betriebs und hoher Betriebssicherheit, wird der Brennstoff bei Betriebsunterbruch aus den Brennstoffdüsen (29) abgezogen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brenner für flüssige Brennstoffe, mit einem Verdampfungskanal in welchem der Brennstoff auf eine heizbare Verdampfungsfläche zuführbar ist und durch welchen Verdampfungskanal die Verbrennungsluft durchgefördert und mit verdampftem Brennstoff durch eine Brennerdüse einem Brennraum zugeführt wird. Ein Brenner dieser Art ist in der Schweizer-Patentschrift 488 148 beschrieben. Wie dieser Patentschrift zu entnehmen ist, gestattet ein solcher Brenner mindestens im Dauerbetrieb eine vollständige russfreie Verbrennung und einen hohen Wirkungsgrad. Der Brennstoff wird durch eine ringförmige Schlitzdüse am inneren Ende des Verdampfungskanals zugeführt. Es hat sich gezeigt, dass diese Ausführung das Einhalten optimaler Bedingungen beim Ein- und Ausschalten des Brenners erschwert und auch die Regelfähigkeit begrenzt.
  • Es ist das Ziel vorliegender Erfindung, Bedingungen zu schaffen, welche bei voller Ausnützung der Vorteile des bekannten Brenners auch das Ein- und Ausschalten des Brenners, bzw. der Flamme mit einem absoluten Minimum an Schadstoffauswurf erlauben und zugleich eine hohe Regelfähigkeit gestatten. Der erfindungsgemässe Brenner ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfungsfläche eine in Durchtrittsrichtung der Luft stauende und quer zu dieser Richtung verteilende Kante aufweist, und dass bezüglich dieser Durchtrittsrichtung ausserhalb der Kante an mindestens einer Stelle eine Brennstoffzuleitung mündet. Eingehende Versuche haben gezeigt, dass eine klare Begrenzung der Ausbreitung des Oelfilms auf der Verdampfungsfläche eine Voraussetzung dazu darstellt, dass in jedem Betriebsstadium, insbesondere auch bei Inbetriebnahme und beim Abstellen des Brenners optimale Bedingungen erzielt werden und zwar auch, wenn die Brennstoff-und Brennluftzufuhr sehr stark, beispielsweise im Verhältnis 1:10 ohne jede Veränderung der Brennergeometrie geregelt wird.
  • Die obenerwähnte, stauend wirkende und verteilende Kante auf der Verdampfunisfläche gestattet nun auch die Zufuhr des Brennstoffs an einigen wenigen Stellen in Form feiner Strahlen, die durch im Abstand über der Verdampfungsfläche angeordnete Austrittsöffnungen austreten, und die einen Durchmesser von vorzugsweise 0,2 - 0,4 mm Durchmesser aufweisen. Diese Art der Brennstoffzufuhr erlaubt nun wiederum ein Rücksaugen des Brennstoffes aus den Brennstoffzuleitungen und den Brennstoffdüsen beim Betriebsunterbruch, und diese Möglichkeit ist von besonderer Bedeutung für einen zuverlässigen und sauberen Betrieb, indem das bei anderen Brennern auftretende Nachrauchen und die Bildung von unverbranntem Oeldampf und Oelruss vermieden werden kann.
  • Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels des Brenners und einiger Ausführungsvarianten näher erläutert.
    • Figur 1 zeigt den Brenner angebaut an einen Heizkessel,
    • Figur 2 zeigt den Brenner im Schnitt, teilweise in Ansicht,
    • Figur 3 zeigt eine Draufsicht, teilweise geschnitten auf den Brenner,
    • Figur 4 zeigt einen stark vergrösserten Teilschnitt durch eine Brennstoffzuleitung und den Verdampfungskanal,
    • Figur 5 zeigt einen Schnitt nach Linie V-V in Figur 4,
    • Figur 6 zeigt ein Schema einer Förder- und Steuervorrichtung für den Brennstoff,
    • Figur 7 zeigt ein Zeitdiagramm zur Erläuterung des Brennerbetriebes,
    • Figur 8 zeigt eine Ausführungsvariante einer Vorrichtung zum Fördern und Steuern der Brennstoffzufuhr,
    • Figuren 9 und 10 zeigen der Figur 4 entsprechende Schnitte durch Ausführungsvarianten, und
    • Figur 11 zeigt einen Querschnitt entsprechend Figur 5 durch eine Ausführungsvariante.
  • Figur 1 zeigt den Brenner 1 grösstenteils in Seitenansicht, nur zwei Dichtungsringe 2 und 3 am Brennerflansch bzw. an der Austrittsöffnung des Brenners sind im Schnitt dargestellt. Auf diese Dichtungen liegt der Heizkesser mit einem Aussenflansch 4 bzw. mit der Kesselinnenwand 5 auf. Die hohl ausgebildete und wassergefüllte Kesselinnenwand 5 ist zylindrisch ausgeführt, und sie steht über einen oberen Ringraum in Verbindung mit einer Anzahl zylindrischer seitlicher Züge 6, in welche Schikanen 7 eingebaut sind. Aus den Zügen 6 treten die Verbrennungsgase unten in einen Ringraum 8 aus, aus welchem sie durch das Abgasrohr 9 austreten. Der Heizkessel weist einen Vorlaufstutzen 10 und einen Rücklaufstutzen 11 auf. Der Kessel ist an einem Träger 12 befestigt, und der Brenner ist mittels Schnellverschlüssen 13 lösbar am Kessel aufgehängt. Die Verbrennungsluft wird mittels eines nicht dargestellten regelbaren Ventilators durch eine Brennluftzuleitung 14 dem Brenner zugeführt. Es wird später erläutert, weshalb der nachfolgend näher beschriebene Brenner zusammen mit dem Heizkessel gemäss Figur 1 einen besonders hohen Wirkungsgrad und hohe spezifische thermische Leistung zu erzielen gestattet.
  • Der in den Figuren 2 und 3 näher dargestellte Brenner weist einen Brennerflansch 15 auf, der gemäss Figur 1 mit dem Heizkessel verbunden ist. Mit dem Brennerflansch 15 ist eine Brennerschale 16 mittels Schrauben 17 verschraubt. Mittels Schrauben 18 ist der Brennerflansch 15 ferner verschraubt mit einem Abdeckblech 19, einem Leitblech 20 und einer oberen Brennerplatte 21, die mit einer zylindrischen Brennkammer 22 mit Wärmetauscherrippen 23 aus einem Stück besteht. In der Brennerschale 16 ist eine untere Brennerplatte 24 eingebaut, die an der Unterseite mit einer spiralförmigen Nut versehen ist, in welche ein elektrisches Heizelement eingesetzt ist. In der Zeichnung ist nur die hitzebeständige Isolation in diesen Nuten angedeutet, nicht aber der eingelegte Heizdraht. Die Brennerplatte 24 kann somit elektrisch auf eine thermostatisch geregelte Temperatur erhitzt werden, so dass ihre oben liegende Verdampfungsfläche 25 auf eine Temperatur von beispielsweise 250 - 300° C erhitzt werden kann. Die Temperatur kann dem zu verwendenden Brennstoff entsprechend so gewählt werden, dass alle Anteile des Brennstoffes auf der Verdampfungsfläche 25 vollständig verdampfen. Die obere Brennerplatte 21 liegt mit gebogenen Leitrippen auf die Verdampfungsfläche 25 der unteren Brennerplatte 24 auf, und zwar ist, wie Figur 3 zeigt, ein Kranz von äusseren Leitrippen 26 und ein Kranz von inneren Leitrippen 27 vorgesehen. Zwischen diesen Leitrippen befindet sich eine Ringnut 28, deren Querschnitt aus Figur 5 ersichtlich ist. Im Abstand über dieser Nut und tangential zu derselben mündet eine Brennstoffzuleitung 29 bzw. deren Düse 30 (Figur 4 und 5) mit einer Austrittöffnung 31. Der Durchmesser der Austrittsöffnung 31 beträgt 0,2 bis 0,4 mm, die Länge des Düsenkanals beträgt rund 4 mm, und der Innendurchmesser der Zuleitung 29 ist erheblich grösser als der Durchmesser des Düsenkanals und beträgt 0,5 bis 1,0 mm. Die Höhe des zwischen den Platten 21 und 24 gebildeten Verdampfungskanals 32 beträgt rund 4 mm und die Düse 30 ist etwa symmetrisch zwischen den beiden Platten angeordnet, also in einem Abstand von rund 2 mm über der Verdampfungsfläche 25 der Platte 24 bzw. über der Nut 28. Zwischen einem stutzenartigen Innenteil 33 und der Innenseite der oberen Brennerplatte 21 ist eine schlitzförmige Brenneröffnung 34 gebildet, die enger ist als der Verdampfungskanal 32. Je nach der zugeführen Luftmenge tritt das brennbare Gemisch durch diese Brenneröffnung mit einer Geschwindigkeit von 15 bis 150 m/Sek. aus, so dass die Verbrennung nicht in den Verdampfungskanal 32 zurückschlagen kann. Die Brennluftzufuhr erfolgt von einem nicht dargestellten, regelbaren Gebläse über eine in Figur 1 dargestellte Zuleitung 14 durch den Stutzen 35 in einen zwischen dem Brennerflansch 15 und der Abdeckung 19 gebildeten Ringraum, aus welchem die zugeführte Luft zwischen den Blechen 19 und 20 nach oben und dann entlang den Wärmetauscherrippen 23 nach unten und über die obere Brennerplatte 21 nach aussen in einen Ringraum 37 strömt, aus welchem sie zwischen den Brennerplatten 21 und 24 durch den Verdampfungskanal 32 nich innen gelangt. Die Verbrennungsluft wird hierbei erwärmt, und sie wird durch die Leitrippen 26 und 27 im Verdampfungskanal in starke Rotation versetzt, und das brennbare Gemisch tritt dann mit entsprechend starker Rotation an der Brenneröffnung 34 aus. Die Brennstoffzufuhr erfolgt über einen Stutzen 38 aus einer nicht dargestellten Ringleitung. Im Ausführungsbeispiel sind drei je um 120° versetzte Oelzuleitungen 29 bzw. Düsen 30 angeordnet. Am Grund der Brennerkammer befinden sich Zündelektroden 39, von welchen in Figur 2 eine dargestellt ist, und welchen über Klemmen 40 die Zündspannung zugeführt werden kann.
  • Figur 6 zeigt schematisch ein Brennstoffgefäss 41, aus welchem eine Brennstoffpumpe 42 über einen Filter Brennstoff ansaugen und auf einen Druck von 5 - 10 Bar bringen kann. In der Brennstoffleitung 44 liegt sodann ein Druckregler 45 mit einem Stellmotor 46, beispielsweise einem Schrittschaltmotor, welcher Druckregler 45 den Druck auf 0,2 bis 2 Bar zu regeln gestattet. Dieser Druck wird mittels eines Manometers 47 angezeigt und mittels eines Druckwächters 48 überwacht. Es folgt ein Elektroventil 49, welches den Brennstoff entweder zum nächsten Strang der Zuleitung 44 und über ein Filter zu den einzelnen Zuleitungen 29 oder aber über einen Durchflusswiderstand zurück ins Brennstoffgefäss 41 leiten kann. Die Druckseite der Pumpe 42 ist über einen Durchflusswiderstand 50 mit einem Zylinder 51 verbunden, in welchem sich ein federbelasteter Kolben 52 befindet. Die andere Seite des Zylinders ist mit den Brennstoffdüsen verbunden. Die Druckseite des Zylinders 51 ist über ein Magnetventil 53 mit der Rücklaufleitung verbunden. Ein Gebläse 54 fördert die Brennstoffluft, deren Menge durch eine Klappe 55 regelbar ist, die mit einem Stellmotor 56 verbunden ist.
  • Anhand der Figur 7, wird nun die Arbeitsweise des Brenners beschrieben. Im Einschaltzeitpunkt E wird die elektrische Heizung der unteren Brennerplatte 24 eingeschaltet. Die Aufheizung auf die erforderliche Temperatur dauert 5 bis 10 Minuten. Während dieser Zeit werden der Druckregler 45 und die Luftklappe 55 aus einer Schliessstellung in eine zu etwa 20 bis 30% offenen Stellung gebracht. Wenn die erforderliche Temperatur der unteren Brennerplatte 24 erreicht ist, bewirkt der die Temperatur dieser Platte überwachende Thermostat die eigentliche Einschaltung. Hierbei werden das nicht dargestellte Gebläse und die Pumpe 42 eingeschaltet, und das Magnetventil 53 wird geöffnet. Die Heizung wird dagegen ausgeschaltet. Wie in Figur 7 angegeben, beginnt damit während etwa 10 Sekunden ein Vorspülen (V), d.h. eventuelle Rückstände brennbarer oder explosiver Gase werden aus dem Brenner und/oder dem Heizkessel ausgeblasen. Das Ventil 49 befindet sich noch in der Ausschaltstellung, d.h. es wird kein Oel zu den Brennstoffdüsen zugeführt. Ueberschüssiges Oel kann somit über die Ventile 49 und 53 zum Brennstoffbehälter 41 zurückfliessen. Während des Vorspülens wird mit einer Verzögerung von etwa 5 Sekunden bereits die Zündung eingeschaltet. Nach dem Vorspülen erfolgt gesteuert durch den Druckwächter 48 die Umschaltung auf Betrieb, d.h. das Ventil 49 wird umgesteuert, so dass nun Oel des gewählten Drucks und mit der gewählten Menge zu den Brennstoffdüsen gelangen kann. Das Ventil 53 wird ebenfalls umgesteuert, wodurch nun der Pumpendruck auf den Kolben 52 wirkt und denselben entgegen der Wirkung der Feder nach rechts schiebt. Dabei wird Brennstoff aus dem Zylinder 51 verdrängt. Der zugeführte Brennstoff wird auf der Platte 24 sofort verdampft, und es entsteht somit sogleich ein brennbares Gemisch, welches über der Brenneröffnung 34 gezündet wird. Der Brennstoff gelangt aus den Düsen 30 in geschlossenem Strahl in die Nut 28, und die innere senkrechte Kante 28' (Figur 5) dieser Nut wirkt als stauende und verteilende Kante, d.h. der zugeführte Brennstoff verteilt sich in Umfangsrichtung in der Nut 28 und fliesst aus dieser Nut in einem dünnen Film nach innen. Die Verteilung des Brennstoffs wird hierbei unterstützt durch die in Richtung des Brennstoffausflusses aus den Düsen gerichtete stark rotierende Strömung der zugeführten Brennluft. Es erfolgt daher eine kontrollierte, saubere Verdampfung des Brennstoffes, ohne dass Brennstoffpartikel von der Brennluft mitgerissen werden und unverdampft in den Flammenbereich gelangen. Ungefähr 5 Sekunden nach Betriebsaufnahme wird die Zündung ausgeschaltet. Hat jedoch 3 Sekunden nach Betriebsaufnahme ein nicht dargestellter Flammenwächter, der während des ganzen Betriebs wirksam ist, wie Figur 7 zeigt, festgestellt, dass noch keine Verbrennung erfolgt, erfolgt Rückschaltung der Steuerung, die vorzugsweise einen Mikrokomputer enthält, in die Stellung V, bei welcher das Vorspülen beginnt. Es werden also nochmals die Vorgänge zur Vorbereitung der Betriebsaufnahme durchlaufen, so dass im Zeitpunkt B die Betriebsaufnahme nochmals erfolgen kann, wie beschrieben. In Figur 7 ist angedeutet, dass nun während des Betriebsdie Brennerleistung geregelt werden kann, indem in entsprechendem Sinne die Brennstoffzufuhr durch Verstellung des Druckreglers 45 und zugleich die Brennluftzufuhr durch Verstellen der Luftklappe 55 geregelt werden kann. Während des Betriebs wird normalerweise die untere Brennerplatte 24 durch Wärmestrahlung und Wärmeleitung durch die Rippen 26 und 27 von der oberen Brennerplatte 21 her genügend erhitzt, so dass die elektrische Heizung nur zeitweise eingeschaltet werden muss, um nachzuheizen. Das kann, wie Figur 7 zeigt, gerade bei grossen Brennerleistungen der Fall sein, weil die entsprechend höhere Brennstoffmenge mehr Verdampfungswärme erfordert. Bei Betriebsunterbruch im Zeitpunkt U wird das Magnetventil 49 umgesteuert, so dass kein Brennstoff mehr zu den Brennstoffdüsen gelangt. Das Gebläse und die Pumpe 42 laufen noch während 5 Sekunden nach, um den Brenner und den Kessel nachzuspülen. Das Magnetventil 53 wird während 15 Sekunden geöffnet, womit der Druck am Zylinder 51 zusammenfällt. Die Feder kann daher nun den Kolben 52 in die dargestellte Ruhestellung zurückbewegen, wobei durch die angeschlossene Leitung Brennstoff nachgesaugt wird. Damit erfolgt ein Rücksaugen des Brennstoffes aus den Brennstoffdüsen und den Zuleitungen 29, so dass in diesen im Bereiche hoher Temperaturen liegenden Gefässen kein Brennstoff zurückbleibt. Wie oben ausgeführt, ist diese Massnahme wesentlich für einen sauberen und sicheren Betrieb des Brenners. Nach weiteren 15 Sekunden erfolgt im Zeitpunkt A die Ausschaltung, womit alle Teile in die Ausgangsstellung zurückkehren, und der Brenner für eine neue Einschaltung und Betriebsaufnahme bereit ist.
  • Figur 8 zeigt eine Ausführungsvariante der Steuervorrichtung, in welcher entsprechende Teile gleich bezeichnet sind, wie in Figur 6. Der Pumpe 42 ist ein Ein- und Ausschaltventil 57 nachgeschaltet. Anstelle des Ventils 49 ist ein ähnliches Elektroventil 58 vorgesehen, welches in der einen Betriebsstellung den Brennstoff mit geregeltem Druck und in geregelter Menge den Düsen zuführt, und welches in der anderen Stellung die Brennstoffdüsen mit einer Saugleitung 59 verbindet, welche mit der Saugseite der Pumpe 42 verbunden ist. Die in Figur 6 dargestellten Filter, der Druckwächter und die Manometer sind in Figur 8 der Einfachheit halber weggelassen.
  • Während des normalen Betriebs ist das Ventil 57 umgeschaltet, so dass Druckoel von der Pumpe 42 zum Druckregler 45 und von dort über das Ventil 58 zu den Brennstoffdüsen gelangt. Im Zeitpunkt des Betriebsunterbruchs werden beide Ventile 57 und 58 umgesteuert, und da die Pumpe 42, gemäss Figur 7, noch etwas nachläuft, saugt sie über die Leitung 59 den Brennstoff aus den Brennstoffdüsen und ihren Zuleitungen ab und fördert diesen Brennstoff über eine Rückleitung 60 in den Brennstoffbehälter 41 zurück. Diese Ausführung gestattet also ohne den Energiespeicher 51, 52, nach Figur 6, auszukommen.
  • In den Figuren 9 und 10 sind Ausführungsvarianten der Brennstoffdüse dargestellt. Im übrigen entsprechen diese Figuren der Figur 4. Gemäss Figur 9 ist eine am Ende geschlossene Zuleitung 29, welche gleiche Dimensionen aufweist, wie die Zuleitung 29 nach Figur 4, mit einer leicht nach unten zur Nut 28 geneigten Bohrung 61 versehen, welche als Düse wirkt. Der Durchmesser dieser Düsenbohrung liegt in der gleichen Grössenordnung wie derjenige der Düsenbohrung nach Figur 4, nämlich zwischen 0,2 und 0,4 mm. Figur 10 zeigt eine weitere Ausführungsvariante, bei welcher die Düsenzuleitung 29 am vorderen Ende ganz geschlossen ist und eine nach unten gerichtete Düsenbohrung 62 aufweist. Auch diese Bohrung hat entsprechende Dimensionen, nämlich einen Durchmesser von 0,2 bis 0,4 mm.
  • Figur 11 entpsricht der Figur 5 und zeigt eine Ausführungsvariante, bei welcher anstelle der Nut 28 auf der Verdampfungsfläche innerhalb der Brennstoffdüse 30 eine stauende Kante 63 liegt, welche sich über den ganzen Umfang der Brennerplatte 24 erstreckt. Der innere Teil der Verdampfungsfläche ist somit gegenüber dem äusseren Teil leicht erhöht. Zweck und Wirkung dieser stauenden Kante entspricht demjenigen der Nut 28, bzw. ihrer Kante 28'. Der Brennstoff wird unterstützt durch den starken Drall der eintretenden Brennluft längs der Nut 28, bzw. längs der Verteilkante 63 gleichmässig verteilt und verdampft teils direkt aus der Nut, teils aus einem dünnen, über die Kante nach innen fliessenden Film.
  • Der hohe Drall des bei der Brenneröffnung 34 austretenden Gemisches ist nicht nur wichtig für eine stabile Flamme und Verbrennung, sondern dieser Drall der in den Verbrennungsgasen erhalten bleibt, begünstigt einen äusserst intensiven Wärmeaustausch an der Innenwand 5 des Kessels nach Figur 1. In den Zügen 6 wird der Wärmeaustausch begünstigt durch die Schikanen 7. Man erreicht damit insgesamt ein System, welches nicht nur eine sehr umweltfreundliche Verbrennung von flüssigen Brennstoffen, die z.B. aus der Destillation von Erdöl gewonnen werden, insbesondere von Heizöl EL, ermöglicht, sondern auch eine hohe spezifische Leistung des Brenners und des angeschlossenen Kessels ergibt.

Claims (11)

1. Brenner für flüssige Brennstoffe, mit einem Verdampfungskanal, in welchem der Brennstoff auf eine heizbare Verdampfungsfläche zuführbar ist und durch welchen Verdampfungskanal die Verbrennungsluft durchgefördert und mit verdampftem Brennstoff durch eine Brennerdüse einem Brennraum zugeführt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verdampfungsfläche (25) eine in Durchtrittsrichtung der Luft stauende und quer zu dieser Richtung verteilende Kante (28', 63) aufweist, und dass bezüglich dieser Durchtrittsrichtung ausserhalb der Kante an mindestens einer Stelle eine Brennstoffzuleitung (29, 30) mündet.
2. Brenner nach Anspruch 1, wobei ein ringförmiger Verdampfungskanal (32) von aussen nach innen durchströmt ist und wobei sich im Kanal Leitrippen (26, 27) befinden, die der Verbrennungsluft einen Drall erteilen,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine geschlossene, kreisrunde Kante (28', 63) vorgesehen ist.
3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kante die eine Begrenzung (28') einer Nut (28) in der Verdampfungsfläche ist.
4. Brenner, insbesondere nach irgendeinem der Ansprüche 1 - 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Brennstoffzuleitung (29) mit mindestens einer Austrittsöffnung im Abstand über der Verdampfungsfläche (25) angeordnet ist.
5. Brenner, insbesondere nach irgendeinem der Ansprüche 1 - 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein im Verhältnis 1:10 regelbarer Druckregler (45) in der Brennstoffzuleitung (44) liegt.
6. Brenner nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Brennstoffdruck zwischen 0,2 und 2 bar regelbar ist und dass Brennstoff-Austrittsöffnungen (31, 61, 62) von 0,2 bis 0,4 mm Durchmesser vorgesehen sind.
7. Brenner nach einem der Ansprüche 4 - 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Brennstoffzuleitung (29) bis unmittelbar an ihre Austrittsöffnung einen weiteren Querschnitt aufweist als die Austrittsöffnung (31, 61, 62).
8. Brenner nach einem der Ansprüche 4 - 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens eine Brennstoff-Austrittsöffnung (31, 61) tangential in die erwähnte Nut (28) mündet.
9. Brenner, insbesondere nach irgendeinem der Ansprüche 1 - 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Mittel (42, 58) zum Fördern des Brennstoffes zum Rücksaugen des Brennstoffes aus der Brennstoffzuleitung (29) umsteuerbar sind.
10. Brenner nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Brennstoffförderpumpe (42) bei Betriebsunterbruch (U) weiterläuft und über ein umgesteuertes Ventil den Brennstoff aus der Brennstoffzuleitung (29) rückpumpt.
11. Brenner nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein während des Betriebs durch den Brennstoffdruck ladbarer Energiespeicher (51, 52) vorgesehen ist, der bei Wegfall des Brennstoffdruckes den Brennstoff aus der Brennstoffzuleitung (29) absaugt.
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