EP0233349A1 - Verbrennungsverfahren und Brenner für flüssige Brennstoffe - Google Patents

Verbrennungsverfahren und Brenner für flüssige Brennstoffe Download PDF

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EP0233349A1 EP86117396A EP86117396A EP0233349A1 EP 0233349 A1 EP0233349 A1 EP 0233349A1 EP 86117396 A EP86117396 A EP 86117396A EP 86117396 A EP86117396 A EP 86117396A EP 0233349 A1 EP0233349 A1 EP 0233349A1
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valve
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fuel
nozzle
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Elmar Goller
Heinrich Eickhoff
Albrecht Kayser
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Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
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Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR
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    • F23D11/42—Starting devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23K—FEEDING FUEL TO COMBUSTION APPARATUS
    • F23K5/00—Feeding or distributing other fuel to combustion apparatus
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    • F23K5/02—Liquid fuel
    • F23K5/14—Details thereof
    • F23K5/147—Valves

Definitions

  • the invention relates to a burner for liquid fuels, with a fuel line leading from a pump to a nozzle.
  • the invention has for its object to provide a burner of the type mentioned, with a times a medium enables reliable ignition even at high outflow speeds of the fuel from the nozzle.
  • the solution to this problem consists in that a pressure accumulator and a valve are connected to the fuel line between the pump and the nozzle.
  • the fuel delivered by the pump is directed into the pressure accumulator, which is thereby charged. If the valve is opened abruptly, the pressure accumulator discharges via the valve to the nozzle, so that the fuel / air mixture that emerges from the nozzle is briefly enriched. This mixture is easily ignitable.
  • the pressure accumulator connected to the fuel line has no effect.
  • the valve which is preferably a switching valve, remains open.
  • the pressure accumulator is preferably designed as a gas pressure accumulator which contains a compressible gas volume.
  • the pump is a positive displacement pump which is bridged by a return line containing a pressure-dependent opening second valve.
  • the positive displacement pump for example a gear pump or a piston pump, supplies a fuel volume proportional to the pump speed to the fuel line.
  • the first valve in the fuel line is closed, it starts building this valve to a pressure through which the pressure accumulator is charged.
  • the first valve is open, the fuel is supplied to the nozzle in an amount that is dependent on the pump speed.
  • the return branch is provided, which is bridged by the second valve.
  • the pressure accumulator and the second valve can be designed as a common assembly, the second valve simultaneously taking over the function of the pressure accumulator.
  • the second valve has a spring-loaded piston which is movable in a cylinder and together with this forms the pressure accumulator, and that the cylinder has an opening connected to the pump inlet, which is connected to the pump outlet when the Pressure at the pump outlet pushes the piston back over the opening.
  • a fuel line 10 leads from a positive displacement pump 11 the nozzle 12.
  • the nozzle 12 is surrounded by a jacket 13 which is connected to an air duct 14 and has an outlet 15 in the vicinity of the nozzle opening.
  • the fuel emerging from the nozzle opening mixes with the air emerging from the outlet 15.
  • An electrode arrangement 16 is used to generate an arc for igniting the flame.
  • the fuel line 10 contains a valve 17 which is designed as a switching valve and can be opened by a controller 18 for a predetermined time.
  • the pressure accumulator 19 in the form of a gas pressure accumulator is connected to the fuel line 10 in the flow path upstream of the valve 17.
  • the gas pressure accumulator contains a gas volume 20, which is closed off from the fuel line 10 by a flexible and stretchable membrane 21 or a freely movable piston.
  • the return branch 22 leads from the pump outlet 11b to the pump inlet 11a.
  • the return branch 22 contains a spring-loaded check valve 23 which only opens from the pump outlet 11b to the pump inlet 11a when the pressure at the pump outlet exceeds a predetermined threshold value.
  • the opening pressure of the check valve 23 is dimensioned such that the check valve opens when the pressure accumulator 19 has absorbed its maximum amount of liquid. In this way, an overload of the fuel line 10, the pressure accumulator 19 and the valve 17 is avoided.
  • the valve 17 To ignite the flame, the valve 17 is closed, so that the pump 11 delivers fuel from the supply line 24 to the fuel line 10 and the pressure accumulator is charged. After the pressure accumulator 19 is charged, the valve 17 is opened abruptly, so that the pressure accumulator 19 discharges into the fuel line 10 to the nozzle 12 and in addition to the delivery volume of the pump 11 provides a further fuel volume for a short time. While the amount of air that is supplied to the inlet 14 of the jacket 13 remains constant, the amount of fuel increases temporarily, so that an enriched mixture flows into the combustion chamber, which can be easily ignited by the electrode arrangement 16.
  • the pressure accumulator 19 contains a spring 25 which presses a piston 26 which is arranged in the return branch 22 and can be moved in a cylinder 27 in the direction of the fuel line 10.
  • the cylinder 27 has a lateral opening 28 through which the piston 26 can be pushed away by the pressure of the fuel line 10, so that the return branch 22 is opened and the pump outlet 11b is connected to the pump inlet 11a.
  • the spring 25 presses the piston 26 against a stop 29. Since the piston 26 lies sealingly against the wall of the cylinder 27, when the spring 25 is released, no fuel can flow from the pump inlet 11a via the return branch 22 to the pump outlet 11b.
  • the pressure accumulator 19 therefore also assumes the function of the check valve 23 in FIG. 1.
  • the spring 25 is supported on the piston-like support member 30 which engages with a threaded bolt 31 in a thread in the end wall 32 of the cylinder 27.
  • a threaded bolt 31 in a thread in the end wall 32 of the cylinder 27.
  • the valve 17 is shut off.
  • the operation of the displacement pump 11 increases the pressure in the fuel line 10, as a result of which the pressure accumulator 19 is charged, i.e. the piston 26 is pushed against the force of the spring 25 from the stop. If the pressure exceeds the threshold value predetermined by the axial position of the support member 30, the return branch 22 is opened by retracting the piston 26 and the pump 11 delivers in a closed circuit.
  • the valve 17 is opened, the spring 25 presses the amount of liquid stored in the pressure accumulator through the fuel line 10 through the piston 26 to the nozzle 12.
  • the amount of liquid to be taken up by the pressure accumulator 19 is limited by opening the return branch 22.

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Abstract

Brennstoffgemische mit hohen Strömungsgeschwindigkeiten lassen sich schwer zünden. Die Zündung wird erleichtert, wenn das Gemisch beim Start kurzfristig angefettet wird. Zu diesem Zweck ist in die Brennstoffleitung (10) ein Ventil (17) gesetzt. Ein Druckspeicher (19) nimmt bei geschlossenem Ventil (17) die von der Verdrängerpumpe (11) geförderte Flüssigkeitsmenge auf. Durch Öffnen des Ventils (17) entlädt sich der Druckspeicher (19) zur Düse (12) hin, wodurch kurzfristig eine vergrößerte Brennstoffmenge zur Verfügung gestellt wird. Die Zündung erfolgt durch die Eiektrodenanordnung (16). Die Verdrängerpumpe (11) ist von einem Rücklaufzweig (22) überbrückt, der ein federgespanntes Rückschlagventil (23) enthält. Das Rückschlagventil (23) öffnet, wenn der Druckspeicher (19) aufgeladen ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Brenner für flüssige Brennstoffe, mit einer von einer Pumpe zu einer Düse führenden Brennstoffleitung.
  • Wenn bei einem Brenner das Brennstoffgemisch eine hohe Strömungsgeschwindigkeit hat, besteht eine Schwierigkeit darin, die Flamme zu zünden. Es ist bekannt, zum Zünden der Flamme einen zusätzlichen Zündbrenner einzusetzen, aus dem Brennstoff mit relativ geringer Geschwindigkeit austritt und der sich demnach leicht zünden läßt. Mit der Flamme des Zündbrenners wird dann die Flamme des Hauptbrenners gestartet. Eine leichtere Zündung erfolgt auch, wenn man beim Start kurzfristig das Brennstoff/Luft-Gemisch anfettet, d.h. den Brennstoffanteil erhöht.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brenner der eingangs genannten Art zu schaffen, der mit einfachen Mitteln auch bei hohen Ausströmgeschwindigkeiten des Brennstoffs aus der Düse eine sichere Zündung ermöglicht.
  • Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß zwischen der Pumpe und der Düse ein Druckspeicher und ein Ventil an die Brennstoffleitung angeschlossen sind.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Brenner wird vor dem Zünden bei geschlossenem Ventil, d.h. bei abgesperrter Brennstoffleitung, der von der Pumpe geförderte Brennstoff in den Druckspeicher geleitet, der sich dadurch auflädt. Wird das Ventil schlagartig geöffnet, dann entlädt sich der Druckspeicher über das Ventil zur Düse, so daß kurzzeitig eine Anfettung des Brennstoff/Luft-Gemisches, das aus der Düse austritt, entsteht. Dieses Gemisch ist leicht zündbar. Beim normalen Betrieb des Brenners wirkt sich der an die Brennstoffleitung angeschlossene Druckspeicher nicht aus. Das Ventil, das vorzugsweise ein Schaltventil ist, bleibt geöffnet.
  • Vorzugsweise ist der Druckspeicher als Gasdruckspeicher ausgebildet, der ein komprimierbares Gasvolumen enthält.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Pumpe eine Verdrängerpumpe, die von einer ein druckabhängig öffnendes zweites Ventil enthaltenden Rücklaufleitung überbrückt ist. Die Verdrängerpumpe, z.B. eine Zahnradpumpe oder eine Kolben-Pumpe, liefert ein der Pumpendrehzahl proportionales Brennstoffvolumen an die Brennstoffleitung. Wenn das in der Brennstoffleitung liegende erste Ventil geschlossen ist, baut sich vor diesem Ventil ein Druck auf, durch den der Druckspeicher aufgeladen wird. Bei geöffnetem ersten Ventil wird der Düse der Brennstoff in einer Menge zugeführt, die von der Pumpendrehzahl abhängig ist. Um bei geschlossenem ersten Ventil einen zu hohen Druckanstieg am Pumpenauslaß zu vermeiden, ist der Rücklaufzweig vorgesehen, der durch das zweite Ventil überbrückt ist.
  • Der Druckspeicher und das zweite Ventil können als gemeinsame Baugruppe ausgeführt sein, wobei das zweite Ventil gleichzeitig die Funktion des Druckspeichers übernimmt. Zu diesem Zweck ist vorgesehen, daß das zweite Ventil einen federgespannten Kolben aufweist, der in einem Zylinder bewegbar ist und zusammen mit diesem den Druckspeicher bildet, und daß der Zylinder eine mit dem Pumpeneinlaß verbundene öffnung aufweist, die mit dem Pumpenauslaß verbunden wird, wenn der Druck am Pumpenauslaß den Kolben über die öffnung hinweg zurückdrängt.
  • Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des Brenners mit Gasdruckspeicher und
    • Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform mit federgespanntem Druckspeicher.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 führt eine Brennstoffleitung 10 von einer Verdrängerpumpe 11 zu der Düse 12. Die Düse 12 ist mit einem Mantel 13 umgeben, der an einen Luftkanal 14 angeschlossen ist und in der Nähe der Düsenöffnung einen Auslaß 15 aufweist. Der aus der Düsenöffnung austretende Brennstoff vermischt sich mit der aus dem Auslaß 15 austretenden Luft. Eine Elektrodenanordnung 16 dient zur Erzeugung eines Lichtbogens zum Zünden der Flamme. Die Brennstoffleitung 10 enthält ein Ventil 17, das als Schaltventil ausgebildet ist und von einer Steuerung 18 eine vorgegebene Zeit lang geöffnet werden kann. Ferner ist im Strömungsweg vor dem Ventil 17 an die Brennstoffleitung 10 der Druckspeicher 19 in Form eines Gasdruckspeichers angeschlossen. Der Gasdruckspeicher enthält ein Gasvolumen 20, das von der Brennstoffleitung 10 durch eine flexible und dehnbare Membran 21 oder einen frei bewegbaren Kolben abgeschlossen ist.
  • Vom Pumpenauslaß llb führt der Rücklaufzweig 22 zum Pumpeneinlaß lla. Der Rücklaufzweig 22 enthält ein federgespanntes Rückschlagventil 23, das nur vom Pumpenauslaß llb zum Pumpeneinlaß 11a öffnet, wenn der Druck am Pumpenauslaß einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt. Der öffnungsdruck des Rückschlagventils 23 ist so bemessen, daß das Rückschlagventil öffnet, wenn der Druckspeicher 19 seine maximale Flüssigkeitsmenge aufgenommen hat. Auf diese Weise wird eine überlastung der Brennstoffleitung 10, des Druckspeichers 19 und des Ventils 17 vermieden.
  • Zum Zünden der Flamme wird das Ventil 17 geschlossen, so daß die Pumpe 11 Brennstoff von der Zuführleitung 24 zur Brennstoffleitung 10 fördert und hierbei der Druckspeicher aufgeladen wird. Nachdem der Druckspeicher 19 aufgeladen ist, wird das Ventil 17 schlagartig geöffnet, so daß der Druckspeicher 19 sich in die Brennstoffleitung 10 hinein zur Düse 12 entlädt und zusätzlich zu dem Fördervolumen der Pumpe 11 kurzfristig ein weiteres Brennstoffvolumen zur Verfügung stellt. Während die Luftmenge, die dem Einlaß 14 des Mantels 13 zugeführt wird, konstant bleibt, erhöht sich die Brennstoffmenge vorübergehend, so daß ein angefettetes Gemisch in den Brennraum einströmt, welches durch die Elektrodenanordnung 16 leicht gezündet werden kann.
  • Das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 gleicht weitgehend demjenigen der Fig. 1, so daß die nachfolgende Beschreibung sich auf die Erläuterungen der Unterschiede beschränkt. Gemäß Fig. 2 enthält der Druckspeicher 19 eine Feder 25, die einen im Rücklaufzweig 22 angeordneten Kolben 26, welcher in einem Zylinder 27 bewegbar ist, in Richtung auf die Brennstoffleitung 10 drückt. Der Zylinder 27 weist eine seitliche Öffnung 28 auf, über die der Kolben 26 durch den Druck der Brennstoffleitung 10 hinweggedrängt werden kann, so daß der Rücklaufzweig 22 geöffnet und der Pumpenauslaß llb mit dem Pumpeneinlaß lla verbunden wird. Die Feder 25 drückt den Kolben 26 gegen einen Anschlag 29. Da der Kolben 26 abdichtend an der Wand des Zylinders 27 anliegt, kann bei entlasteter Feder 25 kein Brennstoff vom Pumpeneinlaß lla über den Rücklaufzweig 22 zum Pumpenauslaß llb fließen. Der Druckspeicher 19 übernimmt daher zusätzlich die Funktion des Rückschlagventils 23 in Fig. 1.
  • Die Feder 25 ist an dem kolbenartigen Abstützorgan 30 abgestützt, das mit einem Gewindebolzen 31 in ein Gewinde in der Stirnwand 32 des Zylinders 27 eingreift. Durch axiales Verstellen des Stützorgans 31 kann die Vorspannung der Feder 25 verändert werden.
  • Wenn bei der Einrichtung in Fig. 2 das Zünden erfolgen soll, wird das Ventil 17 abgesperrt. Durch den Betrieb der Verdrängerpumpe 11 erhöht sich der Druck in der Brennstoffleitung 10, wodurch der Druckspeicher 19 aufgeladen wird, d.h. der Kolben 26 wird entgegen der Kraft der Feder 25 von dem Anschlag abgedrängt. Ubersteigt der Druck den durch die axiale Stellung des Stützorgans 30 vorgegebenen Schwellenwert, dann wird der Rücklaufzweig 22 durch Zurückweichen des Kolbens 26 geöffnet und die Pumpe 11 fördert in geschlossenem Kreislauf. Wenn das Ventil 17 geöffnet wird, drückt die Feder 25 durch den Kolben 26 die in dem Druckspeicher gespeicherte Flüssigekeitsmenge durch die Brennstoffleitung 10 zur Düse 12.
  • Bei beiden Ausführungsbeispielen wird die von dem Druckspeicher 19 aufzunehmende Flüssigkeitsmenge durch öffnung des Rücklaufzweiges 22 begrenzt.

Claims (5)

1. Brenner für flüssige Brennstoffe mit einer von einer Pumpe zu einer Düse führenden Brennstoffleitung,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen der Pumpe (11) und der Düse (12) ein Druckspeicher (19) und ein Ventil (17) an die Brennstoffleitung (10) angeschlossen sind.
2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckspeicher (19) ein Gasdruckspeicher ist.
3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (11) eine Verdrängerpumpe ist, die von einem ein druckabhängiges öffnendes zweites Ventil (23;25,26) enthaltenden Rücklaufzweig (22) überbrückt ist.
4. Brenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ventil (25,26) einen federgespannten Kolben (26) aufweist, der in einem Zylinder (27) bewegbar ist und zusammen mit diesem den Druckspeicher (19) bildet und daß der Zylinder (27) eine mit dem Pumpeneinlaß (lla) verbundene öffnung (28) aufweist, die mit dem Pumpenauslaß (llb) verbunden wird, wenn der Druck am Pumpenauslaß den Kolben (26) über die öffnung (28) hinweg zurückdrängt.
5. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem federgespannten Druckspeicher (19) die Feder (25) von einem verstellbaren Stützorgan (30) abgestützt ist.
EP19860117396 1986-01-11 1986-12-13 Verbrennungsverfahren und Brenner für flüssige Brennstoffe Expired - Lifetime EP0233349B1 (de)

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