EP0346284B1 - Brenner zur Verbrennung von flüssigen Brennstoffen in gasförmigem Zustand - Google Patents

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EP0346284B1
EP0346284B1 EP89810413A EP89810413A EP0346284B1 EP 0346284 B1 EP0346284 B1 EP 0346284B1 EP 89810413 A EP89810413 A EP 89810413A EP 89810413 A EP89810413 A EP 89810413A EP 0346284 B1 EP0346284 B1 EP 0346284B1
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EP
European Patent Office
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burner
gasifier
mixing head
inlet
carburetor
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP89810413A
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English (en)
French (fr)
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EP0346284A2 (de
EP0346284A3 (de
Inventor
Jörg Füllemann
Heinrich Boner
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FUELLEMANN PATENT AG
Original Assignee
FUELLEMANN PATENT AG
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Publication date
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Publication of EP0346284A3 publication Critical patent/EP0346284A3/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/10—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour
    • F23D11/12—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour characterised by the shape or arrangement of the outlets from the nozzle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/36—Details, e.g. burner cooling means, noise reduction means
    • F23D11/40—Mixing tubes or chambers; Burner heads
    • F23D11/402—Mixing chambers downstream of the nozzle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/005—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space with combinations of different spraying or vaporising means
    • F23D11/008—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space with combinations of different spraying or vaporising means combination of means covered by sub-groups F23D5/00 and F23D11/00

Definitions

  • the invention relates to a burner for the combustion of liquid fuels in the gaseous state, with a stationary carburetor which has an inlet proximally and an outlet distally, a flame tube which surrounds the carburetor, the space between the carburetor and the flame tube as a recirculation path for hot Combustion gases serve to the inlet of the carburetor, and a fuel supply to the carburetor.
  • a burner is described in EP-A-232 677.
  • a burner with a burner chamber is known from DE-A 26 49 669, in the front area of which a rotating evaporator pot consisting of a base and a jacket is arranged.
  • the outlet opening of the evaporator pot is arranged at an axial distance from the end wall of the combustion chamber.
  • the jacket of the evaporator pot is surrounded by an annular deflection chamber at a radial distance, forming an injector channel through which air flows.
  • DE-A 33 46 431 for the burner described it provides a good mixture of fuel and combustion air with a sufficient excess of air, which is shown in a blue flame. However, a high excess of air is not permissible for continuous operation, since the CO2 value and thus the combustion efficiency do not meet the requirements.
  • DE-A 33 46 431 therefore set itself the task of improving the burner according to DE-A 26 49 669 in such a way that the oil vapor is mixed well with the fresh air and the combustion gas without influencing the injector effect.
  • the improved burner also has a rotating evaporator pot. This is closed on the flame side and only has an outlet for the vaporized fuel on the engine side.
  • the evaporator pot is provided with several rows of recesses distributed over the circumference and surrounded by an annular deflection chamber for the air supply. Gasified fuel and air then flow between the evaporator pot and the flame tube in two concentric streams of annular cross-section, meet a baffle ring, mix and then form a flame.
  • FR-A 2 269 029 also shows a burner which has a rotating evaporator pot which is distal, i.e. flame side, is closed.
  • the inside of the evaporator pot is lined with a wire mesh, which serves to prevent the fuel from escaping.
  • This burner requires a powerful fan with a relatively high energy consumption because both the fresh air and the air / gas mixture are deflected several times.
  • Another disadvantage is that after the burner has been switched off, a lot of fuel still evaporates from the wire network which has previously been coated with air and therefore has remained relatively cool, so that there is a strong release of unburned hydrocarbons.
  • a so-called mixing tube and a flame tube are provided coaxially with a nozzle.
  • the oil is injected through the nozzle into the mixing tube, into which the air necessary for combustion is also blown.
  • a flame then forms at the distal end of the mixing tube.
  • Part of the hot combustion gases is then recirculated to the beginning of the mixing tube by the action of an injector and mixed there with the oil / air mixture for the purpose of heat exchange. Thanks to the recirculation of some of the combustion gases, this burner enables the oil droplets in the mixing tube to be largely gasified and thus relatively good combustion with relatively little soot formation. However, this advantage is paid for by the increased formation of nitrogen oxides (NOX).
  • NOX nitrogen oxides
  • the burner requires a long flame tube.
  • the flame relaxes only after it has emerged from the flame tube, there is a relatively large flame zone with high temperatures, which favors the formation of nitrogen oxides.
  • Another disadvantage of the burner is that the mixing tube is cold at the start and therefore has no vaporizing effect. The flame is therefore sooty until the mixing tube reaches a high temperature and is able to effectively evaporate the oil that hits it.
  • JP-A-62 186 114 describes a kerosene burner which has an electrically heatable evaporator pot, into which fuel and air are introduced laterally in order to produce an air / fuel premix.
  • a mixing plate with a central opening is arranged above the evaporator pot, through which the premix can rise into a cylinder closed with a cover and can exit the cylinder through a large number of pores and through the mesh of a wire mesh, where it is ignited.
  • a number of hollow heat radiators, which have air holes, are arranged around the cylinder surrounded by the wire mesh.
  • this is achieved in a burner of the type mentioned at the outset in that a stationary mixing head with outlet openings for a combustible gas mixture is arranged at the outlet of the gasifier, that a deflection section is provided on the mixing head for deflecting the escaping gas mixture in a practically radial direction and that the flame tube extends to the end of the mixing head or only slightly beyond.
  • a combination with a stationary carburetor which has an inlet proximally and an outlet distally, a flame tube which surrounds the carburetor, the space between the carburetor and flame tube serving as a recirculation path for hot combustion gases for the carburetor inlet, a fuel supply to the carburetor and a stationary mixing head at the outlet of the carburetor, the stationary mixing head having a deflection section for deflecting the emerging gas mixture in a practically radial direction and the flame tube extending to the end of the mixing head or only a little beyond.
  • This combination contains no moving elements and is therefore very reliable. Due to the recirculation of hot gases, the gasifier is heated up, which practically prevents the formation of coking.
  • the high temperature of the carburetor also causes the fuel to evaporate reliably when the burner is switched off, so that it burns Stage there are no inadmissible emissions of unburned hydrocarbons.
  • the flame tube can be dimensioned relatively short without impairing the injection effect and thus the return of the hot combustion gases to the gasifier inlet.
  • the flame tube extends only to the end of the mixing head or only a little beyond, the mixing head at the end of the gasifier causing the flame to be in contact with the flame tube after a short distance and to come out of it and relax. This reduces the flame temperature.
  • a low flame temperature has the major advantage from the point of view of environmental protection that only little nitrogen oxides are formed.
  • Carburetor and mixing head can form a single unit.
  • the carburetor and the mixing head can be tubular.
  • the unit can then be made from a piece of pipe or from one consist of a piece of pipe shaped sheet metal. This considerably simplifies and reduces manufacturing costs.
  • an annular, radially inwardly directed section for example a constriction, is expediently provided at the outlet end of the carburetor. It is also possible to provide a radially inward extension at the inlet of the carburetor. This can be produced, for example, by flanging.
  • an electric heater is expediently arranged on the carburetor.
  • the carburetor is then heated up before the fuel supply is switched on. This avoids that unburned hydrocarbons are released to an unacceptable extent at the start of the heating process.
  • the carburetor, mixing head, deflection part, air panel and electric heater advantageously form a single structural unit. Such a unit can be easily replaced during service work.
  • the flame tube is advantageously arranged coaxially with the carburetor and with the electric heater. This results in a particularly expedient construction in which the recirculated hot combustion gases heat the carburetor evenly.
  • the combination of the electrical heating and the recirculation path has the advantage that the electrical heating can be switched off shortly after the start, because the carburetor is kept at the desired high operating temperature by the recirculated hot gases.
  • a spray rotor can be provided at the inlet, which causes a uniform distribution of the fuel in the carburetor.
  • an atomizer nozzle at the inlet. This can preferably be arranged coaxially with the carburetor.
  • the fuel can be finely distributed over the carburetor walls using an atomizing nozzle.
  • a hollow cone nozzle is particularly expediently used as the atomizing nozzle.
  • the atomizer nozzle can also be designed such that at least one spray jet with a limited scattering angle is directed against the carburetor wall.
  • the air diaphragm has a shielding section in the area of the respective spray jet. Through this section, the spray jet is then shielded from the incoming air in such a way that it safely reaches the carburetor wall. Then no oil droplets are entrained with the air flow and shipped to the mixing head.
  • the air screen is advantageously arranged at a distance from the carburetor, the gap between the air screen and the carburetor forming a recirculation inlet. Thanks to this arrangement, it is primarily the hot recirculating gases that run along the inner wall of the carburetor, while the cold air flows more inside the carburetor. Good evaporation of the fuel is thereby achieved and re-vaporization of the fuel is avoided after the burner has come to a standstill. When the burner is switched off, the carburetor is still so hot that the remaining fuel will evaporate shortly and be burned with the air that is still being pumped until the burner comes to a standstill.
  • the carburetor advantageously has a surface-enlarging center, for example a metal mesh. This increases the effective surface area of the fuel film and accelerates gasification. When using a metal mesh or a porous sintered mass, capillary forces also become effective, which facilitate the distribution of the fuel over the entire wall of the carburetor.
  • the surface enlarging Means formed by an insert which occupies the inner wall of the hollow body. Such an insert can easily be replaced when necessary for revision work. Because the liquid fuel comes into contact with the surface-enlarging metal mesh as it emerges, capillary forces are immediately effective, which endeavor to distribute it over the entire inner surface of the carburetor.
  • the insert advantageously has a practically radially inwardly projecting flange. This causes any oil droplets to be trapped and evaporated on the hot surface of the insert. For this reason, the flange of the insert is expediently arranged at the distal end of the gasification chamber.
  • a Volustat can be provided to control the fuel supply.
  • a volustat is understood to mean a device which, according to an input signal, delivers a corresponding delivery volume per unit of time, which is practically not influenced by resistances in the delivery line. The delivery volume is hardly influenced by the viscosity of the fuel.
  • An air screen with an opening for air supply to the inlet of the carburetor is advantageously provided.
  • This opening for the air supply is expediently arranged centrally and also serves as a passage for the drive shaft of a spray rotor or as a passage for an atomizer nozzle.
  • the burner shown in Fig. 1 has a motor 11 which serves to drive the fuel pump 13, the fan 15 and optionally a spray rotor 18 (Fig. 4).
  • a fuel line 19 leads from the fuel pump 13 to the carburetor 17 (FIG. 3), which is enclosed by a flame tube 21.
  • the flame tube can be easily removed by loosening the screws 23.
  • a Volustat, a solenoid valve or another suitable device 25 serves to control the fuel supply in accordance with the control commands of the heating control 26. Volustaten are supplied, for example, by the company SATRONIK, Regensdorf, Switzerland.
  • Fig. 2 now shows an easily replaceable assembly 27, which consists essentially of the carburetor 17, the mixing head 29 forming a unit with the carburetor 17 and having a deflection section 31, the air screen 35, the electric heater 39 and possibly other parts.
  • the assembly 27 is enclosed by the flame tube 21. This is relatively short. It therefore only extends to the end of the mixing head 29 or only slightly beyond.
  • the space 40 between the carburetor 17 and the flame tube 21 form a recirculation path for hot combustion gases to the inlet 41.
  • Carburetor 17 and mixing head 29 are designed as hollow rotating bodies.
  • the carburetor 17 and mixing head 29 consist of a single piece of pipe 30 which is closed at the front by a disk 31.
  • the disk 31 serves as a deflection section for the gas mixture.
  • the gas mixture generated in the mixing head can exit through a large number of outlet openings 33.
  • the outlet openings 33 are slot-shaped. However, a different shape is also possible. Since the outlet openings 33 are located in the cylindrical lateral surface 36 of the mixing head, the gases emerge on the mixing head 29 in a practically radial direction.
  • the boundary between the carburetor 17 and the mixing head 29 is formed by a constriction 37 in the exemplary embodiment shown.
  • This constriction 37 forms an annular, radially inwardly directed section 37 'at the distal outlet 42 of the carburetor 17, which prevents liquid fuel from flowing out of the carburetor 17 into the mixing head 29.
  • an inwardly directed extension 43 prevents liquid fuel from flowing out.
  • the unit 45 consisting of the carburetor 17 and the mixing head 29 is fastened, for example, to the air shield 35 by spot welding, rivets or the like with three feet 47, which can represent extensions of the tube 30. Through the Gaps between the feet 47 create recirculation inlets 49.
  • the assembly 27 is attached to an extension ring 51 of the flame tube 21, for example with screws (not shown).
  • a sealing ring 53 made of a heat-resistant material ensures a practically airtight seal. This ensures that the air necessary for combustion can only flow through the central opening 55 of the air screen 35.
  • the carburetor 17 is enclosed by the electric heater 39.
  • the electrical heater 39 is arranged concentrically to the carburetor 17 at a short distance.
  • the carburetor 17 is heated only by radiant heat. A better heat transfer is achieved if the winding of the electric heater 39 is in direct contact with the wall of the carburetor 17.
  • These can consist, for example, of an insert 57 made of a metal mesh.
  • a metal mesh creates a capillary effect through which the fuel is finely distributed over the inner wall of the carburetor.
  • the insert 57 has a practically radially inwardly directed flange 58, which serves to catch any oil droplets so that they do not get into the mixing head 29.
  • An atomizer nozzle 59 is provided at the inlet 41 of the carburetor 17. It is a hollow cone nozzle.
  • the nozzle 59 has four different spray jets 61 with a limited scattering angle. To spray these against a To protect deflection by the inflowing air, the air screen 35 has a shielding section 63 in the area of the respective spray jet 61.
  • a spray rotor 18 is provided instead of an atomizing nozzle 54, which is driven by the motor 11 (FIG. 1) via the shaft 20.
  • the fuel line 19 leads in the immediate vicinity of the spray rotor 18.
  • the ignition electrode 65 projects into the carburetor chamber.
  • the ignition in the carburetor chamber has the advantage that a pressure surge during ignition is largely avoided. So there is a soft start. The ignition also takes place quite quickly because at the start in the carburetor 17 there are higher temperatures than at the outlet openings 33 of the mixing head 29.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Brenner zur Verbrennung von flüssigen Brennstoffen in gasförmigem Zustand, mit einem stationären Vergaser, welcher proximal einen Einlass und distal einen Auslass aufweist, einem Flammrohr, welches den Vergaser umschliesst, wobei der Raum zwischen Vergaser und Flammrohr als Rezirkulationsweg für heisse Verbrennungsgase zum Einlass des Vergasers dient, und einer Brennstoffzuführung zum Vergaser. Ein solcher Brenner wird in der EP-A-232 677 beschrieben.
  • Durch die DE-A 26 49 669 ist ein Brenner mit einer Brennerkammer bekannt geworden, in deren vorderem Bereich ein aus einem Boden und einem Mantel bestehender, rotierender Verdampfertopf angeordnet ist. Die Austrittsöffnung des Verdampfertopfs ist in einem axialen Abstand von der Stirnwand der Brennkammer angeordnet. Der Mantel des Verdampfertopfs ist unter Bildung eines von Luft durchströmten Injektorkanals in einem radialen Abstand von einer ringförmigen Umlenkkammer umgeben. Wie in der DE-A 33 46 431 zum beschriebenen Brenner ausgeführt wird, liefert er bei einem ausreichenden Luftüberschuss eine gute Vermischung von Brennstoff und Verbrennungsluft, was sich in einer blauen Flamme zeigt. Nun ist aber ein hoher Luftüberschuss für den Dauerbetrieb nicht zulässig, da dann der CO2-Wert und somit der feuerungstechnische Wirkungsgrad nicht den gestellten Anforderungen entspricht. Die überschüssige Luft stört sogar das Wärmegleichgewicht derart, dass an der Rückwand eine Kondensation auftritt. Bei einem Betrieb im nahstöchiometrischen Bereich stellt sich eine verschlechterte Durchmischung des Oeldampfes mit der Frischluft und den Verbrennungsgasen ein. Wurde, um die Durchmischung zu verbessern, ein Einbau von Stolperkanten, Bypassen oder eine Aenderung der Injektorgeometrie vorgenommen, so führte dies zu einer Minderung der Injektorwirkung. Dies wiederum hatte zur Folge, dass weniger Verbrennungsgas rezirkuliert wurde. Es kam dann zu einer Störung des Temperaturgleichgewichts, zu Kondensationserscheinungen und zu einem unzulässig hohen Anstieg der NOX- und CO-Werte.
  • Die DE-A 33 46 431 stellte sich daher die Aufgabe, den Brenner gemäss der DE-A 26 49 669 derart zu verbessern, dass der Oeldampf mit der Frischluft und dem Verbrennungsgas gut durchmischt wird, ohne dass die Injektorwirkung beeinflusst wird. Der verbesserte Brenner besitzt ebenfalls einen rotierenden Verdampfertopf. Dieser ist flammenseitig verschlossen und weist lediglich motorseitig einen Auslass für den verdampften Brennstoff auf. Der Verdampfertopf ist mit mehreren Reihen über den Umfang verteilten Ausnehmungen versehen und von einer ringförmigen Umlenkkammer für die Luftzufuhr umgeben. Vergaster Brennstoff und Luft fliessen dann zwischen Verdampfertopf und Flammrohr in zwei konzentrischen Strömen von ringförmigem Querschnitt, treffen auf einen Stauring auf, durchmischen sich und bilden dann eine Flamme. Nachteilig ist jedoch dabei, dass der Verdampferraum nicht einer starken Strömung von heissen Gasen ausgesetzt ist, so dass sich dort Ablagerungen bilden, die bald die Funktion des Brenners beeinträchtigen. Insbesondere beim Abstellen des Brenners tritt dann eine starke Abgabe von unverbrannten Kohlenwasserstoffen auf.
  • Auch die FR-A 2 269 029 zeigt einen Brenner, welcher einen rotierenden Verdampfertopf aufweist, der distal, d.h. flammenseitig, verschlossen ist. Der Verdampfertopf ist auf der Innenseite mit einem Drahtnetz ausgekleidet, welches dazu dient, ein Abströmen des Brennstoffes zu verhindern. Dieser Brenner benötigt ein starkes Gebläse mit relativ hohem Energieverbrauch, weil sowohl die Frischluft als auch das Luft/Gas-Gemisch mehrfach umgelenkt wird. Nachteilig ist ferner, dass nach dem Abstellen des Brenners aus dem vorher mit Luft bestrichenen und daher relativ kühl gebliebenen Drahtnetz noch viel Brennstoff verdampft, so dass eine starke Abgabe von unverbrannten Kohlenwasserstoffen auftritt.
  • Beim Brenner gemäss der CH-A 628 724 sind koaxial zu einer Düse ein sogenanntes Mischrohr und ein Flammrohr vorgesehen.
  • Im Betrieb wird das Oel durch die Düse in das Mischrohr gespritzt, in das auch die zur Verbrennung notwendige Luft geblasen wird. Am distalen Ende des Mischrohrs bildet sich dann eine Flamme aus. Ein Teil der heissen Verbrennungsgase wird dann zum Anfang des Mischrohrs durch Injektorwirkung rezirkuliert und dort mit dem Oelnebel/Luft-Gemisch zwecks Wärmeaustausch vermischt. Dieser Brenner ermöglicht dank der Rezirkulation eines Teils der Verbrennungsgase eine weitgehende Vergasung der Oeltröpfchen im Mischrohr und somit eine relativ gute Verbrennung mit relativ geringer Russbildung. Dieser Vorteil wird aber erkauft durch eine erhöhte Bildung von Stickoxiden (NOX). Der Brenner benötigt nämlich ein langes Flammrohr. Da die Entspannung der Flamme erst nach dem Austritt aus dem Flammrohr stattfindet, besteht eine relativ grosse Flammenzone mit hohen Temperaturen, was die Bildung von Stickoxiden begünstigt. Ein weiterer Nachteil des Brenners besteht darin, dass beim Start das Mischrohr kalt ist und somit keine Verdampferwirkung besitzt. Die Flamme ist daher stark russend, bis das Mischrohr eine hohe Temperatur erreicht und in der Lage ist, das auftreffende Oel wirksam zu verdampfen.
  • Im Patent Abstracts of Japan, Band 12, Nr. 31 (M663) 2878, 29. Januar 1988; JP-A-62 186 114, wird ein Kerosenbrenner beschrieben, der einen elektrisch beheizbaren Verdampfertopf aufweist, in welchen seitlich Brennstoff und Luft eingeführt werden, um ein Luft/Brennstoff-Vorgemisch zu erzeugen. Ueber dem Verdampfertopf ist eine Mischplatte mit einer zentralen Oeffnung angeordnet, durch welche das Vorgemisch in einen mit einem Deckel verschlossenen Zylinder steigen und durch eine Vielzahl von Poren aus dem Zylinder und durch die Maschen eines Drahtgitters hindurch austreten kann, wo es entzündet wird. Rings um den mit dem Drahtgitter umgebenen Zylinder ist eine Anzahl von hohlen Wärmestrahlkörper angeordnet, welche Luftlöcher aufweisen. Durch diese Luftlöcher fliesst Sekundärluft, um zusätzlich zu der Primärflamme am Drahtgitter eine Sekundärflamme zu bilden, an deren Ende eine praktisch vollständige Verbrennung stattfindet. Die Flamme ist ringsum von einem Brennzylinder umgeben, der sie an einer radialen Expansion hindert. Deswegen und wegen der fehlenden Rezirkulation von Verbrennungsgasen ist die Flamme relativ heiss, so dass relativ viel NOX gebildet wird.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Brenner der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welcher die genannten Nachteile mindestens teilweise vermeidet. Er soll betriebssicher sein und wenig Unterhaltsarbeiten erfordern. Auch soll er hohen Anforderungen des Umweltschutzes entsprechen und eine saubere Verbrennung gewährleisten, wenig Stickoxide erzeugen und beim Anschalten und Abstellen möglichst keine Emissionen von unverbrannten Kohlenwasserstoffen verursachen.
  • Gemäss der Erfindung wird dies bei einem Brenner der eingangs erwähnten Art dadurch erreicht, dass am Ausgang des Vergasers ein stationärer Mischkopf mit Austrittsöffnungen für ein brennbares Gasgemisch angeordnet ist, dass am Mischkopf ein Umlenkabschnitt zur Umlenkung des austretenden Gasgemisches in praktisch radiale Richtung vorgesehen ist und dass sich das Flammrohr bis zum Ende des Mischkopfs oder nur wenig darüber hinaus erstreckt. Es liegt somit eine Kombination vor, mit einem stationären Vergaser, welcher proximal einen Einlass und distal einen Auslass aufweist, einem Flammrohr, welches den Vergaser umschliesst, wobei der Raum zwischen Vergaser und Flammrohr als Rezirkulationsweg für heisse Verbrennungsgase zum Einlass des Vergasers dient, einer Brennstoffzuführung zum Vergaser und einem stationären Mischkopf am Ausgang des Vergasers, wobei der stationäre Mischkopf einen Umlenkabschnitt zur Umlenkung des austretenden Gasgemisches in praktisch radialer Richtung aufweist und sich das Flammrohr bis zum Ende des Mischkopfs oder nur wenig darüber hinaus erstreckt. Diese Kombination enthält keine bewegten Elemente und ist schon aus diesem Grunde sehr betriebssicher. Durch die Rezirkulation heisser Gase wird der Vergaser stark erhitzt, was die Bildung von Verkokungen praktisch verhindert. Die hohe Temperatur des Vergasers bewirkt auch eine sichere Verdampfung des Brennstoffes beim Abstellen des Brenners, so dass in diesem Stadium keine unzulässigen Emissionen von unverbrannten Kohlenwasserstoffen entstehen. Von ganz besonderer Bedeutung ist die Tatsache, dass das Flammrohr relativ kurz dimensioniert werden kann, ohne dadurch die Injektionswirkung und damit die Rückführung der heissen Verbrennungsgase zum Vergasereingang zu beeinträchtigen. Erfindungsgemäss erstreckt sich das Flammrohr lediglich bis zum Ende des Mischkopfes oder nur wenig darüber hinaus, wobei der Mischkopf am Ende des Vergasers bewirkt, dass die Flamme schon nach kurzer Distanz am Flammrohr anliegt und aus diesem heraustreten und sich entspannen kann. Dadurch sinkt die Flammentemperatur. Eine niedrige Flammentemperatur hat den aus der Sicht des Umweltschutzes gewichtigen Vorteil, dass nur wenig Stickoxide gebildet werden.
  • Vergaser und Mischkopf können eine Einheit bilden. So kann beispielsweise der Vergaser und der Mischkopf rohrförmig sein. Die Einheit kann dann aus einem Rohrstück, bzw. aus einem zu einem Rohrstück geformten Blechstück bestehen. Dadurch wird die Fertigung erheblich vereinfacht und verbilligt. Um zu verhindern, dass Brennstoff an den Enden des Rohrstücks ausläuft, ist zweckmässigerweise am auslasseitigen Ende des Vergasers ein ringförmiger, radial nach innen gerichteter Abschnitt, z.B. eine Einschnürung, vorgesehen. Auch am Einlass des Vergasers ist es möglich, einen radial nach innen gerichteten Ansatz vorzusehen. Dieser kann beispielsweise durch Bördeln hergestellt werden.
  • Um den Vergaser beim Einschalten des Brenners aufheizen zu können, wird zweckmässigerweise am Vergaser eine elektrische Heizung angeordnet. Der Vergaser wird dann vor dem Einschalten der Brennstoffzufuhr aufgeheizt. Dadurch wird vermieden, dass zu Beginn des Heizvorgangs in unzulässigem Ausmass unverbrannte Kohlenwasserstoffe abgegeben werden. Vorteilhaft bilden Vergaser, Mischkopf, Umlenkteil, Luftblende und elektrische Heizung eine einzige Baueinheit. Eine solche Baueinheit kann bei Servicearbeiten mit Leichtigkeit ausgewechselt werden.
  • Das Flammrohr ist vorteilhaft koaxial zum Vergaser und zur elektrischen Heizung angeordnet. Dies ergibt eine besonders zweckmässige Konstruktion, bei welcher die rückgeführten heissen Verbrennungsgase den Vergaser gleichmässig aufheizen.
  • Die Kombination der elektrischen Heizung und des Rezirkulationsweges hat den Vorteil, dass kurz nach dem Start die elektrische Heizung abgeschaltet werden kann, weil durch die rezirkulierten heissen Gase der Vergaser auf der gewünschten hohen Betriebstemperatur gehalten wird.
  • Es sind verschiedene Arten der Brennstoffzufuhr in den Vergaser möglich. So kann beispielsweise beim Einlass ein Sprührotor vorgesehen sein, der eine gleichmässig Verteilung des Brennstoffes im Vergaser bewirkt. Insbesondere für Brenner grösserer Leistung ist es zweckmässig, beim Einlass eine Zerstäuberdüse vorzusehen. Diese kann vorzugsweise koaxial zum Vergaser angeordnet sein. Mit einer Zerstäuberdüse kann der Brennstoff fein auf die Vergaserwandungen verteilt werden. Besonders zweckmässig wird als Zerstäuberdüse eine Hohlkegeldüse verwendet. Die Zerstäuberdüse kann auch derart ausgebildet sein, dass mindestens ein Sprühstrahl mit begrenztem Streuwinkel gegen die Vergaserwandung gerichtet wird. In diesem Fall ist es zweckmässig, wenn die Luftblende jeweils im Bereich des jeweiligen Sprühstrahls einen Abschirmungsabschnitt aufweist. Durch diesen Abschnitt wird dann der Sprühstrahl von der eintretenden Luft so abgeschirmt, dass er sicher die Vergaserwandung erreicht. Es werden dann keine Oeltröpfchen mit dem Luftstrom mitgerissen und zum Mischkopf verfrachtet.
  • Die Luftblende ist vorteilhaft in einem Abstand zum Vergaser angeordnet, wobei der Spalt zwischen Luftblende und Vergaser einen Rezirkulationseinlass bildet. Dank dieser Anordnung sind es in erster Linie die heissen rezirkulierenden Gase, die entlang der Innenwandung des Vergasers streichen, währenddem die kalte Luft mehr im Innern des Vergasers fliesst. Dadurch wird eine gute Verdampfung des Brennstoffes erreicht und ein Nachdampfen vom Brennstoff nach dem Stillstand des Brenners vermieden. Beim Abstellen des Brenners ist der Vergaser noch so heiss, dass in Kürze der verbliebene Brennstoff verdampft und mit der bis zum Stillstand des Brenners noch geförderten Luft verbrennt wird.
  • Vorteilhaft besitzt der Vergaser oberflächenvergrössernde Mitte, z.B. ein Metallgewebe. Dadurch wird die wirksame Oberfläche des Brennstofffilms vergrössert und die Vergasung beschleunigt. Bei der Verwendung eines Metallgewebes oder einer porösen Sintermasse werden auch Kapillarkräfte wirksam, welche die Verteilung des Brennstoffes über die ganze Vergaserwandung erleichtern. Zweckmässigerweise werden die oberflächenvergrössernden Mittel durch einen Einsatz gebildet, der die Innenwandung des Hohlkörpers belegt. Ein solcher Einsatz kann bei Revisionsarbeiten nötigenfalls leicht ersetzt werden. Weil der flüssige Brennstoff bei seinem Austritt sofort in Kontakt mit dem oberflächenvergrössernden Metallgewebe kommt, werden sofort Kapillarkräfte wirksam, die bestrebt sind ihn über die ganze Innenfläche des Vergasers zu verteilen. Vorteilhaft weist der Einsatz einen praktisch radial nach innen ragenden Flansch auf. Dieser bewirkt, dass etwaige Oeltröpfchen abgefangen und an der heissen Oberfläche des Einsatzes verdampft werden. Aus diesem Grunde wird der Flansch des Einsatzes zweckmässig am distalen Ende der Vergaserkammer angeordnet.
  • Zur Steuerung der Brennstoffzufuhr kann ein Volustat vorgesehen werden. Unter einem Volustat versteht man eine Einrichtung, welche gemäss einem Eingangssignal ein entsprechendes Fördervolumen pro Zeiteinheit liefert, das durch Widerstände in der Förderleitung praktisch nicht beeinflusst wird. Das Fördervolumen wird auch durch die Viskosität des Brennstoffes kaum beeinflusst.
  • Vorteilhaft ist eine Luftblende mit einer Oeffnung für Luftzufuhr zum Einlass des Vergasers vorgesehen. Diese Oeffnung für die Luftzufuhr ist zweckmässigerweise zentral angeordnet und dient zugleich als Durchlass für die Antriebswelle eines Sprührotors oder als Durchlass für eine Zerstäuberdüse.
  • Es ist möglich, den Brenner statt in der üblichen horizontalen Lage auch in einer vertikalen Lage anzuordnen. Dadurch werden die Einsatzmöglichkeiten des Brenners erhöht.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigt:
    • Fig. 1
    eine Ansicht eines Brenners gemäss der Erfindung,
    Fig. 2
    einen Schnitt durch eine erstes Ausführungsbeispiel des Brenners mit einer Zerstäuberdüse,
    Fig. 3
    einen Schnitt entlang der Linie III-III von Fig. 2,
    Fig. 4
    einen Schnitt durch eine zweites Ausführungsbeispiel des Brenners mit einem Sprührotor,
  • Die in Fig. 1 dargestellte Brenner besitzt einen Motor 11, der dem Antrieb der Brennstoffpumpe 13, des Lüfters 15 und gegebenenfalls eines Sprührotors 18 (Fig. 4) dient. Von der Brennstoffpumpe 13 führt eine Brennstoffleitung 19 zum Vergaser 17 (Fig. 3), der von einem Flammrohr 21 umschlossen wird. Das Flammrohr kann leicht durch Lösen der Schrauben 23 entfernt werden. Ein Volustat, ein Magnetventil oder eine andere geeignete Vorrichtung 25 dient der Steuerung der Brennstoffzufuhr gemäss den Steuerbefehlen der Heizungssteuerung 26. Volustaten werden beispielsweise von der Firma SATRONIK, Regensdorf, Schweiz, geliefert.
  • Fig. 2 zeigt nun eine leicht auswechselbare Baueinheit 27, die im wesentlichen aus dem Vergaser 17, dem mit dem Vergaser 17 eine Einheit bildenden und einen Umlenkabschnitt 31 aufweisenden Mischkopf 29, der Luftblende 35, der elektrischen Heizung 39 und gegebenenfalls noch weiteren Teilen besteht. Die Baueinheit 27 wird durch das Flammrohr 21 umschlossen. Dieses ist relativ kurz. Es erstreckt sich also lediglich bis zum Ende des Mischkopfes 29 oder nur wenig darüber hinhaus. Der Raum 40 zwischen Vergaser 17 und Flammrohr 21 bilden einen Rezirkulationsweg für heisse Verbrennungsgase zum Einlass 41.
  • Vergaser 17 und Mischkopf 29 sind als hohle Rotationskörper ausgebildet. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel bestehen Vergaser 17 und Mischkopf 29 aus einem einzigen Rohrstück 30, das vorn durch eine Scheibe 31 abgeschlossen ist. Die Scheibe 31 dient als Umlenkabschnitt für das Gasgemisch. Das im Mischkopf erzeugte Gasgemisch kann durch eine Vielzahl von Austrittsöffnungen 33 austreten. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Austrittsöffnungen 33 schlitzförmig. Es ist aber auch eine andere Formgebung möglich. Da sich die Austrittsöffnungen 33 in der zylindrischen Mantelfläche 36 des Mischkopfes befinden, treten die Gase auf dem Mischkopf 29 in praktisch radialer Richtung aus. Die Grenze zwischen Vergaser 17 und Mischkopf 29 wird beim gezeigten Ausführungsbeispiel durch eine Einschnürung 37 gebildet. Durch diese Einschnürung 37 wird am distal angeordneten Auslass 42 des Vergasers 17 ein ringförmiger, radial nach innen gerichteter Abschnitt 37′ gebildet, welcher ein Abfliessen von flüssigem Brennstoff aus dem Vergaser 17 in den Mischkopf 29 verhindert. Am proximalen Ende 41, d.h. am Einlass des Vergasers 17, verhindert ein nach innen gerichteter Ansatz 43 ein Ausfliessen von flüssigem Brennstoff.
  • Die Einheit 45 bestehend aus dem Vergaser 17 und dem Mischkopf 29 ist beispielsweise mit drei Füssen 47, welche Verlängerungen des Rohrs 30 darstellen können, an der Luftblende 35 durch Punktschweissen, Nieten oder dergleichen befestigt. Durch die Zwischenräume zwischen den Füssen 47 entstehen Rezirkulationseinlässe 49.
  • Die Baueinheit 27 ist an einem Ansatzring 51 des Flammrohrs 21 beispielsweise mit Schrauben (nicht eingezeichnet) befestigt. Ein Dichtungsring 53 aus einem wärmebeständigen Material sorgt dabei für einen praktisch luftdichten Abschluss. Dadurch wird sichergestellt, dass die zur Verbrennung notwendig Luft lediglich durch die zentrale Oeffnung 55 der Luftblende 35 fliessen kann.
  • Der Vergaser 17 wird durch die elektrische Heizung 39 umschlossen. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist die elektrische Heizung 39 in kurzem Abstand konzentrisch zum Vergaser 17 angeordnet. In diesem Fall folgt die Aufheizung des Vergasers 17 lediglich durch Strahlungswärme. Ein besserer Wärmeübergang wird erzielt, wenn die Wicklung der elektrischen Heizung 39 in direktem Kontakt mit der Wandung des Vergasers 17 steht.
  • Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, oberflächenvergrössernde Mittel 57 beim Vergaser 17 vorzusehen. Diese können beispielsweise durch einen Einsatz 57 aus einem Metallgewebe bestehen. Durch ein solches Metallgewebe entsteht eine Kapillarwirkung, durch welche der Brennstoff fein über die Vergaserinnenwandung verteilt wird. Es wäre aber auch möglich, an der Innenwandung des Vergasers 17 eine Beschichtung aus porösem keramischem Material vorzusehen. Der Einsatz 57 weist einen praktisch radial nach innen gerichteten Flansch 58 auf, der dazu dient, allfällige Oeltröpfchen abzufangen, damit sie nicht in den Mischkopf 29 gelangen. Beim Einlass 41 des Vergasers 17 ist eine Zerstäuberdüse 59 vorgesehen. Es handelt sich dabei um eine Hohlkegeldüse. Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 weist die Düse 59 vier verschiedene Sprühstrahlen 61 mit begrenztem Streuwinkel auf. Um diese Sprühstrahlen gegen eine Ablenkung durch die einfliessende Luft zu schützen, besitzt die Luftblende 35 im Bereich des jeweiligen Sprühstrahls 61 einen Abschirmungsabschnitt 63.
  • Bei der Ausführungsform von Fig. 4 ist an Stelle einer Zerstäuberdüse 54 ein Sprührotor 18 vorgesehen, welcher über die Welle 20 vom Motor 11 (Fig. 1) angetrieben wird. Die Brennstoffleitung 19 führt in unmittelbare Nähe des Sprührotors 18. Die Zündelektrode 65 ragt in den Vergaserraum. Die Zündung im Vergaserraum hat den Vorteil, dass ein Druckstoss bei der Zündung weitgehend vermieden wird. Es findet also ein weicher Start statt. Auch erfolgt die Zündung ziemlich rasch, weil beim Start im Vergaser 17 höhere Temperaturen herrschen als bei den Austrittsöffnungen 33 des Mischkopfs 29.

Claims (22)

  1. Brenner zur Verbrennung von flüssigen Brennstoffen in gas förmigem Zustand, mit einem stationären Vergaser (17), welcher proximal einen Einlass (41) und distal einen Auslass (42) aufweist, einem Flammrohr (21), welches den Vergaser (17) in einem Abstand umschliesst, wobei der Raum (40) zwischen Vergaser (17) und Flammrohr (21) als Rezirkulationsweg für heisse Verbrennungsgase zum Einlass (41) des Vergasers (17) dient, und einer Brennstoffzuführung (19, 59) zum Vergaser (17), dadurch gekennzeichnet, dass am Auslass des Vergasers (17) ein stationärer Mischkopf (29) mit Austrittsöffnungen (33) für ein brennbares Gasgemisch angeordnet ist, dass am Mischkopf (29) ein Umlenkabschnitt (31) zur Umlenkung des austretenden Gasgemisches in praktisch radiale Richtung vorgesehen ist und dass sich das Flammrohr (21) bis zum Ende des Mischkopfs (29) oder nur wenig darüber hinaus erstreckt.
  2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergaser (17) und der Mischkopf (29) eine Einheit bilden.
  3. Brenner nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergaser (17) und der Mischkopf (29) rohrförmig sind.
  4. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass am Auslass (42) des Vergasers (17) ein ringförmiger radial nach innen gerichteter Abschnitt (37′), der zum Beispiel durch eine Einschnürung (37) gebildet ist, vorgesehen ist.
  5. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass am Einlass (41) des Vergasers (17) ein nach innen gerichteter Ansatz (43) vorgesehen ist.
  6. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Luftblende (35) mit einer Oeffnung (55) zur Luftzufuhr zum Einlass (41) des Vergasers (17) vorgesehen ist.
  7. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass am Vergaser (17) eine elektrische Heizung (39) angeordnet ist.
  8. Brenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Vergaser (17), Mischkopf (29), Umlenkabschnitt (31), Luftblende (35) und elektrische Heizung (39) eine einzige Baueinheit (27) bilden.
  9. Brenner nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Flammrohr (21) koaxial zum Vergaser (17) und zur elektrischen Heizung (39) angeordnet ist.
  10. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einlass (41) ein Sprührotor (18) vorgesehen ist.
  11. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einlass (41) eine Zerstäuberdüse (59) vorzugsweise koaxial zum Vergaser (17) angeordnet ist.
  12. Brenner nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichent, dass die Zerstäuberdüse (59) eine Hohlkegeldüse ist.
  13. Brenner nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerstäuberdüse (59) derart ausgebildet ist, dass mindestens ein Sprühstrahl (61) mit begrenztem Streuwinkel gegen die Vergaserwandung gerichtet wird.
  14. Brenner nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftblende (35) jeweils im Bereich des jewiligen Sprühstrahls (61) einen Abschirmungsabschnitt (63) aufweist.
  15. Brenner nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftblende (35) in einem Abstand zum Vergaser (17) angeordnet ist, wobei der Spalt zwischen Luftblende (35) und Vergaser (17) einen Rezirkulationseinlass (49) bildet.
  16. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergaser oberflächenvergrössernde Mittel (57), z.B. ein Metallgewebe, aufweist.
  17. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die oberflächenvergrössernden Mittel (57) durch einen Einsatz gebildet werden, der die Innenwandung des Vergasers (17) mindestens teilweise bedeckt.
  18. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (57) einen praktisch radial nach innen gerichteten Flansch (58) aufweist.
  19. Brenner nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (58) des Einsatzes (57) am distalen Ende des Vergasers (17) angeordnet ist.
  20. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zündelektrode (65) beim Einlass (41) in den Vergaser (17) angeordnet ist.
  21. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein Volustat (25) zur Steuerung der Brennstoffzufuhr vorgesehen ist.
  22. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner vertikal angeordnet ist.
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