EP0864812A2 - Mischeinrichtung für Gas- und Ölbrenner - Google Patents

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EP0864812A2
EP0864812A2 EP98104380A EP98104380A EP0864812A2 EP 0864812 A2 EP0864812 A2 EP 0864812A2 EP 98104380 A EP98104380 A EP 98104380A EP 98104380 A EP98104380 A EP 98104380A EP 0864812 A2 EP0864812 A2 EP 0864812A2
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EP
European Patent Office
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mixing device
tube
nozzle
secondary air
burner
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Withdrawn
Application number
EP98104380A
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EP0864812A3 (de
Inventor
Alois STÖCKL
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A Schwarz and Co
Original Assignee
A Schwarz and Co
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Publication date
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Priority claimed from AT211097A external-priority patent/AT406795B/de
Application filed by A Schwarz and Co filed Critical A Schwarz and Co
Publication of EP0864812A2 publication Critical patent/EP0864812A2/de
Publication of EP0864812A3 publication Critical patent/EP0864812A3/de
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    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/20—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone
    • F23D14/22—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other
    • F23D14/24—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other at least one of the fluids being submitted to a swirling motion
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    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/09002—Specific devices inducing or forcing flue gas recirculation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2208/00—Control devices associated with burners
    • F23D2208/10—Sensing devices

Definitions

  • the invention relates to a mixing device for gas and oil burners with a Burner tube with an end opening and a located therein front area frusto-conical inner tube, in which a coaxial nozzle tube with a Fuel supply, for example a pressure atomizing nozzle and a swirl generator is arranged, one in the burning direction in front of the pressure atomizing nozzle Ignition electrode is located.
  • a fuel supply for example a pressure atomizing nozzle and a swirl generator
  • Drastically tightened pollutant emission limit values in the air pollution control regulations in more and more countries are calling for burners with extremely low NOx emissions.
  • due to the highly thermally insulated building there is particularly Single-family houses the demand for low heating output of the burner.
  • the targeted low NOx values cannot be achieved with a burner with a yellow flame can be achieved. There has therefore been an effort to burners for a long time create that burn at least partially with a blue flame.
  • the object of the invention is to close a burner of the type mentioned improve that a reduced NOx emission is achieved without problems. Furthermore should continuous operation with low heating power is possible with the burner according to the invention be.
  • the object of the invention is achieved in that all three tubes, at least have a rear air inlet opening and at least one front outlet opening, from Air flows through that another between the nozzle tube and the inner tube Swirl generator is arranged, the swirl disturbances in the nozzle tube and in the inner tube are supercritical and run in the same direction of rotation while the airflow between the inner tube and the burner tube is guided without swirl.
  • the inventive design of the mixing device improves in particular Mixing of the flue gases with the secondary air is achieved.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that at the front of the Burner tube protruding through the nozzle mouth of the fuel supply Secondary air tubes are arranged, which surround the inner tube in a ring and which are in a front project the recirculation pipe arranged on the burner pipe.
  • the mixing of the flue gases with the secondary air is in one embodiment of the Invention further improved in that in the recirculation pipe before the secondary air pipes a perforated annular disc is arranged. It is advantageously provided that the Number of holes in the disc is equal to the number of secondary air pipes and that the Align holes in the disc with the secondary air pipes.
  • Another embodiment of the invention provides that an ionization sensor in the burner tube with a porcelain base, which is through a hole in the front wall of the Burner tube protrudes, with the porcelain base resting entirely on the flame facing away from the end wall.
  • the mixing device has a cylindrical burner tube 1.
  • the pressure atomizing nozzle 5 is arranged in the center. Coaxial to the atomizer nozzle 5 and to the burner tube 1 are at the front end Pressure atomizer nozzle 5, a nozzle tube 7 and an inner tube 2 surrounding the nozzle tube 7 intended.
  • the inner tube 2 has a front frustoconical region 2 'and a rear cylindrical area 2 ''.
  • the nozzle tube 7 is frustoconical in shape Area 7 'and a rear cylindrical area 7' 'executed.
  • the Front frustoconical area 7 ' partially covers the pressure atomizing nozzle 5 at the front.
  • Both the inner tube 2 and the nozzle tube 7 are with a at their rear ends final wall 8, 9 provided.
  • the inner tube 2 has a front outlet opening 3 and the nozzle tube 7 has a front one Outlet opening 4 on.
  • the outlet openings 3, 4 are in the embodiment in one level, but with a tolerance limit of ⁇ 3 mm.
  • the burner tube 1 is provided with a flat end wall 6 at its front end.
  • the frustoconical sections 2 ', 7' of the inner tube 2 and the nozzle tube 7 protrude the burner tube 1 out.
  • Burner tube 1 is made in two parts, with one adjoining the end wall 6 Pipe attachment 1 'and an extension tube 1' '.
  • the pipe socket 1 ' is in the extension pipe 1 '' and thus its distance from the recirculation pipe 14 is adjustable.
  • the end wall 6 is circular arranged openings 10 for the supply of secondary air into the flame region 17th provided and in the embodiment of FIGS. 6 to 16 arranged in a circle Secondary air tubes 20.
  • the secondary air tubes 20 protrude into the recirculation tube 14.
  • the air supplied by it mixes with the recirculated flue gases 23 and brings this mixture up to the flame region 17.
  • the ends of the secondary air tubes 20 facing the flame region 17 differ be trained.
  • the secondary air tubes 20 are on their jacket each provided with a hole 31.
  • the holes 31 upstream from the Outlet openings 3, 4 are preferably located either towards the center of the Mixing device, i.e. aligned to the pressure atomizer nozzle 5 or in the direction of swirl.
  • a swirl generator is provided, which is inclined Air supply openings 12, for example bores or punch holes, is formed.
  • the cylindrical jacket of the nozzle tube 7 has oblique air supply openings 13 that perform the function of a swirl generator.
  • the air supply openings 12, 13 are located each in one plane and are formed obliquely to the radial axis of the tubes 2, 7.
  • Such Air supply openings 12, 13 are also referred to as tangential openings, although they are not on a tangent to the pipe jacket.
  • a recirculation pipe 14 is arranged in front of the burner pipe 1.
  • the recirculation pipe 14 is located directly in front of the outlet opening of the pressure atomizing nozzle 5 and has one Length that is no longer than half its diameter.
  • the diameter of the recirculation tube 14 is equal to or less than that Diameter of the burner tube 1.
  • annular disc 27 is arranged in front of the secondary air pipes 20 in Recirculation tube 14 an annular disc 27 is arranged.
  • the annular disc 27 has an inner opening 28 and openings 29 arranged in a ring each opening 29 in front of a secondary air tube 20.
  • the diameter of the openings 29 is slightly larger than the diameter of the secondary air pipes 20.
  • the holes 29 have a flanged edge 30. It however, it would also be possible to make the holes 29 with a smooth edge.
  • Disc 27 mixes the secondary air with the recirculated flue gases intensified again.
  • the cross sections of the air supply openings 12, 13 are selected so that the total cross section the air supply openings 12 are equal to the ring cross section of the outlet opening 3, during the ring cross section between the nozzle tube 7 and the pressure atomizing nozzle 5 the outlet opening 4 has an area which is half of the total cross section of the Air supply openings 13 corresponds.
  • the total cross section of the air supply openings 12 can however, also be larger than the ring cross section of the outlet opening 3 and Ring cross section between the pressure atomizing nozzle 5 and the nozzle tube 7 can be between 40 and 70% of the total cross section of the air supply openings 13 of the nozzle tube 7 are.
  • the inner tube 2 and Nozzle tube 7 Due to the design of the mixing device according to the invention, the inner tube 2 and Nozzle tube 7 generates a supercritical swirl. Due to the supercritical swirl the so-called vortex breakdown effect a strong backflow in the center 15. By the strong backflow will fuel back in the direction of the pressure atomizer nozzle 5 transported. That it is not contaminated by the oil and flue gas residues, is caused by the combustion air emerging from the nozzle tube 7 in a swirl configuration prevented.
  • the oil burner equipped with a mixing device according to the invention ignites with a Yellow flame in the area 16 immediately before the pressure atomizing nozzle 5 or Outlet openings 3, 4, with which the gasification of the fuel in fractions of one Initiated second and then maintained by the internal backflow of flame becomes. No additional external energy is used to initiate fuel gasification needed.
  • the gasification and mixing of the fuel with the combustion air and the hot flue gases are caused by the highly supercritical main swirl, the emerges from the inner tube 2 and which through the so-called vortex breakdown effect strong backflow of flame with an intensive mass transfer. Subsequently the flame burns blue in a pronounced edge region 17.
  • the pressure atomizing nozzle 5 is preferably provided with a preheating device for the flow through Light fuel oil.
  • the mixing device for a gas burner according to FIGS. 2 and 7 differs only through the nozzle 18, the gas not at the tip but via openings 19 emerges laterally into the cylindrical section of the nozzle tube 7.
  • the flame is monitored by an ionization sensor 24, the End protrudes into the flame area 17.
  • the ionization sensor 24 is supported in a conventional manner in a porcelain base 25. However, this porcelain base 25 is located entirely in the burner tube 1, the ionization sensor 24 projects through a hole 26 in the end wall 6 of the burner tube 1.

Abstract

Eine Mischeinrichtung für Gas- und Ölbrenner mit einem Brennerrohr (1) mit einer stirnseitigen Durchlaßöffnung und einem darin befindlichen im vorderen Bereich kegelstumpfförmigen Innenrohr (2). Das Innenrohr (2) weist hintere Luftzufuhröffnungen (12) und einer vorderen Auslaßöffnung (3) auf. In dem Innenrohr (2) ist eine Druckzerstäuberdüse angeordnet. Stromabwärts von der Druckzerstäuberdüse (5) befindet sich eine Zündelektrode (11). Zwischen der Druckzerstäuberdüse (5) und dem Innenrohr (2) ist ein koaxiales Düsenrohr (7) mit einer vorderen Auslaßöffnung (9) und mindestens einer hinteren Luftzufuhröffnung (13) angeordnet. Sowohl im Innenrohr (2) als auch im Düsenrohr (7) befindet sich ein Drallerzeuger. Die Drallstörmungen in beiden Rohren (2, 7) verlaufen in der gleichen Drehrichtung. Der Luftstrom zwischen dem Brennerrohr (1) und dem Innenrohr (2) ist unverdrallt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Mischeinrichtung für Gas- und Ölbrenner mit einem Brennerrohr mit einer stirnseitigen Durchlaßöffnung und einem darin befindlichen im vorderen Bereich kegelstumpfförmigen Innenrohr, in dem ein koaxiales Düsenrohr mit einer Brennstoffzuführung, beispielsweise eine Druckzerstäuberdüse und einem Drallerzeuger angeordnet ist, wobei sich in Brennrichtung vor der Druckzerstäuberdüse eine Zündelektrode befindet.
Drastisch verschärfte Schadstoffemissionsgrenzwerte in den Luftreinhalteverordnungen in immer mehr Staaten führen zu Forderungen nach Brennern mit äußerst geringer NOx-Abgabe. Gleichzeitig besteht aufgrund der hochwärmegedämmten Gebäude besonders bei Einfamilienhäusern die Forderung nach niedrigen Heizleistungen des Brenners.
Die angestrebten niederen NOx-Werte können mit einem Brenner mit Gelbflamme nicht erreicht werden. Es besteht daher seit längerer Zeit bereits das Bestreben, Brenner zu schaffen, die zumindestens teilweise mit einer Blauflamme brennen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Brenner der eingangs erwähnten Art dahingehend zu verbessern, daß ein verminderter NOx-Ausstoß störungsfrei erzielt wird. Des weiteren soll mit dem erfindungsgemäßen Brenner ein Dauerbetrieb mit niederer Heizleistung möglich sein.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, daß alle drei Rohre, die mindestens eine hintere Luftzufuhröffnung und mindestens eine vordere Auslaßöffnung aufweisen, von Luft durchströmt werden, daß zwischen dem Düsenrohr und dem Innenrohr ein weiterer Drallerzeuger angeordnet ist, wobei die Drallstörmungen im Düsenrohr und im Innenrohr überkritisch sind und in der gleichen Drehrichtung verlaufen, während der Luftstrom zwischen dem Innenrohr und dem Brennerrohr unverdrallt geführt ist.
Durch die erfindungsgemäße Ausführung der Mischeinrichtung wird insbesondere eine verbesserte Durchmischung der Rauchgase mit der Sekundärluft erzielt.
Vorteilhaft ist vorgesehen, daß ca. 50% der Verbrennungsluft über das Innenrohr und das Düsenrohr in einer Drallströmung der Brennkammer zugeführt werden und ca. 50% über die Sekundärluftrohre unverdrallt als Sekundärluft.
Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht vor, daß an der Stirnseite des Brennerrohres über die Düsenmündung der Brennstoffzuführung vorstehende Sekundärluftrohre angeordnet sind, die das Innenrohr ringförmig umgeben und die in ein vor dem Brennerrohr angeordnetes Rezirkulationsrohr ragen.
Die Vermischung der Rauchgase mit der Sekundärluft wird in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weiters dadurch verbessert, daß im Rezirkulationsrohr vor den Sekundärluftrohren eine gelochte ringförmige Scheibe angeordnet ist. Vorteilhaft ist dabei vorgesehen, daß die Anzahl der Löcher in der Scheibe gleich der Anzahl der Sekundärluftrohre ist und daß die Löcher in der Scheibe mit den Sekundärluftrohren fluchten.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht vor, daß im Brennerrohr ein Ionisationsfühler mit einem Porzellansockel gelagert ist, der durch ein Loch in der Stirnwand des Brennerrohres ragt, wobei der Porzellansockel sich zur Gänze an der von der Flamme abgewendeten Seite der Stirnwand befindet.
Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren der beiliegenden Zeichnungen eingehend beschrieben.
Die Fig. 1
zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Mischeinrichtung für einen Ölbrenner,
die Fig. 2
zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Mischeinrichtung für einen Gasbrenner,
die Fig. 3
zeigt eine Stirnansicht der Mischeinrichtung,
die Fig. 4
zeigt einen Schnitt nach der Linie B-B der Fig. 1,
die Fig. 5
zeigt einen Schnitt nach der Linie A-A der Fig. 1,
die Fig. 6
zeigt einen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Mischeinrichtung für einen Ölbrenner,
die Fig. 7
zeigt einen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Mischeinrichtung für einen Gasbrenner,
die Fig. 8
zeigt eine Stirnansicht der Mischeinrichtung gemäß den Fig. 6 und 7,
die Fig. 9
zeigt einen Schnitt nach der Linie B-B der Fig. 6,
die Fig. 9a
zeigt einen ausschnittsweisen Längsschnitt durch das Innenrohr und das Düsenrohr im Bereich zweier Luftzuführöffnungen,
die Fig. 10
zeigt einen Schnitt nach der Linie A-A der Fig. 6,
die Fig. 11
zeigt einen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Mischeinrichtung,
die Fig. 12
zeigt eine Draufsicht auf eine Scheibe,
die Fig. 13
zeigt eine Seitenansicht der Scheibe,
die Fig. 14
zeigt einen Längsschnitt durch die Mischeinrichtung im Bereich des Ionisationsfühlers,
die Fig. 15a-15d
zeigen schematisch und in Seitenansicht verschiedene Ausführungsformen der Sekundärluftrohre und
die Fig. 16
zeigt einen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Mischeinrichtung.
Die erfindungsgemäße Mischeinrichtung weist ein zylindrisches Brennerrohr 1 auf. Im vorderen Bereich des Brennerrohres 1 ist die Druckzerstäuberdüse 5 mittig angeordnet. Koaxial zur Druckzerstäuberdüse 5 und zum Brennerrohr 1 sind beim vorderen Ende der Druckzerstäuberdüse 5 ein Düsenrohr 7 und ein das Düsenrohr 7 umgebendes Innenrohr 2 vorgesehen.
Das Innenrohr 2 weist einen vorderen kegelstumpfförmigen Bereich 2' und einen hinteren zylindrischen Bereich 2'' auf. Ebenso ist das Düsenrohr 7 mit einem vorderen kegelstumpfförmigen Bereich 7' und einem hinteren zylindrischen Bereich 7'' ausgeführt. Der vordere kegelstumpfförmige Bereich 7' deckt die Druckzerstäuberdüse 5 vorne teilweise ab.
Sowohl das Innenrohr 2 als auch das Düsenrohr 7 sind an ihren hinteren Enden mit einer abschließenden Wand 8, 9 versehen.
Das Innenrohr 2 weist eine vordere Auslaßöffnung 3 und das Düsenrohr 7 eine vordere Auslaßöffnung 4 auf. Die Auslaßöffnungen 3, 4 befinden sich im Ausführungsbeispiel in einer Ebene, wobei jedoch eine Toleranzgrenze von ± 3 mm gegeben ist.
Das Brennerrohr 1 ist an seinem vorderen Ende mit einer planen Stirnwand 6 versehen. Die kegelstumpfförmigen Abschnitte 2', 7' des Innenrohres 2 und des Düsenrohres 7 ragen aus dem Brennerrohr 1 heraus. Im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 6, 7, 11 und 14 ist das Brennerrohr 1 zweiteilig ausgeführt, und zwar mit einem an die Stirnwand 6 anschließenden Rohransatz 1' und einem Verlängerungsrohr 1''. Der Rohransatz 1' ist im Verlängerungsrohr 1'' verschiebbar und somit sein Abstand zum Rezirkulationsrohr 14 einstellbar.
In der Stirnwand 6 des Brennerrohres 1 sind zwei Zündelektroden 11 und ein Ionisationsfühler 24 gelagert.
Im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 5 ist die Stirnwand 6 mit kreisförmig angeordneten Öffnungen 10 für die Zufuhr von Sekundärluft in den Flammbereich 17 versehen und im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 6 bis 16 mit kreisförmig angeordneten Sekundärluftrohren 20. Die Sekundärluftrohre 20 ragen in das Rezirkulationsrohr 14 hinein. Die von ihren zugeführte Luft vermischt sich mit den rezirkulierten Rauchgasen 23 und bringt diese Mischung bis an den Flammbereich 17. Wie in den Fig. 15a-15d gezeigt, können die zum Flammbereich 17 weisenden Enden der Sekundärluftrohre 20 unterschiedlich ausgebildet sein.
So ist das freie in das Rezirkulationsrohr 14 vorstehende Sekundärluftrohrende in Fig. 15a abgewinkelt oder in Fig. 15b konisch verjüngt, in Fig. 15c konisch erweitert und in Fig. 15d stufenförmig erweitert.
Im Ausführungsbeispiel nach der Fig. 16 sind die Sekundärluftrohre 20 an ihrem Mantel jeweils mit einem Loch 31 versehen. Die Löcher 31, die stromaufwärts von den Auslaßöffnungen 3, 4 angeordnet sind, sind vorzugsweise entweder zur Mitte der Mischeinrichtung, d.h. zur Druckzerstäuberdüse 5 oder in Drallrichtung ausgerichtet.
Im zylindrischen Mantel des Innenrohres 2 ist ein Drallerzeuger vorgesehen, der von schrägen Luftzuführöffnungen 12, beispielsweise Bohrungen oder Stanzlöchern, gebildet wird. Ebenso weist der zylindrische Mantel des Düsenrohres 7 schräge Luftzuführöffnungen 13 auf, die die Funktion eines Drallerzeugers erfüllen. Die Luftzuführöffnungen 12, 13 liegen jeweils in einer Ebene und sind schräg zur Radialachse der Rohre 2, 7 ausgebildet. Derartige Luftzuführöffnungen 12, 13 werden auch als Tangentialöffnungen bezeichnet, obwohl sie nicht auf einer Tangente des Rohrmantels liegen.
Anstelle der schräg ausgerichteten Luftzuführöffnungen 12, 13 im Rohrmantel könnte die Drallerzeugung auch durch die Anordnung von Lamellen im Innenrohr 2 und im Düsenrohr 7 erfolgen, wobei die Luftzufuhr zu den Rohren 2, 7 vorzugsweise nicht über den Rohrmantel sondern über Öffnungen an den hinteren Stirnseiten erfolgen würde.
Mit der erfindungsgemäßen Mischeinrichtung wird die von einem Gebläse in das Brennerrohr 1 eingeleitete Verbrennungsluft geteilt. Ca. 50 % werden als Primärluft durch das Innenrohr 2 und das Düsenrohr 7 geführt, wobei in jedem Rohr 2, 7 eine Drallströmung erzeugt wird und die Verbrennungsluft bei den Auslaßöffnungen 3, 4 mit zwei gleichgerichteten überkritischen Drallströmungen austritt. Dabei ist die Drallströmung, die aus dem Innenrohr 2 austritt, stark überkritisch, während die Drallströmung der Verbrennungsluft, die aus dem Düsenrohr 7 austritt, nur leicht überkritisch ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel hat der Luftstrom bei der Auslaßöffnung 4 eine Drallzahl von 1,1 und bei der Auslaßöffnung 3 eine Drallzahl von 1,5 bis 2,5. Bei einer Drallzahl die kleiner als 1 ist, erfolgt der axiale Vorschub in Strömungsrichtung, bei einer Drallzahl die größer als 1 ist, kommt es zu einer Rückströmung. Dieser Effekt wird erfindungsgemäß genützt. Die restlichen 50 % der Verbrennungsluft werden aus dem Brennerrohr 1 in einer Linearströmung durch die Öffnungen 10 oder die Sekundärluftrohre 20 an den Randbereich der Flamme abgegeben.
Vor dem Brennerrohr 1 ist ein Rezirkulationsrohr 14 angeordnet. Das Rezirkulationsrohr 14 befindet sich unmittelbar vor der Auslaßöffnung der Druckzerstäuberdüse 5 und weist eine Länge auf, die nicht länger ist als die Hälfte seines Durchmessers.
Vorzugsweise ist der Durchmesser des Rezirkulationsrohres 14 gleich oder geringer als der Durchmesser des Brennerrohres 1.
Im Ausführungsbeispiel nach der Fig. 11 ist vor den Sekundärluftrohren 20 im Rezirkulationsrohr 14 eine ringförmige Scheibe 27 angeordnet. Die ringförmige Scheibe 27 weist eine innere Öffnung 28 auf und ringförmig angeordnete Öffnungen 29. Dabei befindet sich jede Öffnung 29 vor einem Sekundärluftrohr 20. Der Durchmesser der Öffnungen 29 ist geringfügig größer als der Durchmesser der Sekundärluftrohre 20.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die Löcher 29 einen gebördelten Rand 30 auf. Es wäre jedoch auch möglich, die Löcher 29 mit einem glatten Rand auszuführen.
Durch die Scheibe 27 wird die Vermischung der Sekundärluft mit den rezirkulierten Rauchgasen nochmals intensiviert.
Die Querschnitte der Luftzuführöffnungen 12, 13 sind so gewählt, daß der Gesamtquerschnitt der Luftzuführöffnungen 12 gleich dem Ringquerschnitt der Auslaßöffnung 3 ist, während der Ringquerschnitt zwischen dem Düsenrohr 7 und der Druckzerstäuberdüse 5 bei der Auslaßöffnung 4 eine Fläche aufweist, die der Hälfte des Gesamtquerschnittes der Luftzuführöffnungen 13 entspricht. Der Gesamtquerschnitt der Luftzuführöffnungen 12 kann jedoch auch größer sein als der Ringquerschnitt der Auslaßöffnung 3 und der Ringquerschnitt zwischen der Druckzerstäuberdüse 5 und dem Düsenrohr 7 kann zwischen 40 und 70 % des Gesamtquerschnittes der Luftzuführöffnungen 13 des Düsenrohres 7 liegen.
Durch die Bauform der erfindungsgemäßen Mischeinrichtung wird im Innenrohr 2 und im Düsenrohr 7 ein überkritischer Drall erzeugt. Durch den überkritischen Drall entsteht durch den sogenannten Vortex-breakdown-Effekt eine starke Rückströmung im Zentrum 15. Durch den starken Rückstrom wird Brennstoff wieder zurück in der Richtung der Druckzerstäuberdüse 5 transportiert. Daß diese durch die Öl- und Rauchgasrückstände nicht verschmutzt, wird durch die aus dem Düsenrohr 7 in einer Drallstörmung austretenden Verbrennungsluft verhindert.
Der mit einer erfindungsgemäßen Mischeinrichtung ausgestattete Ölbrenner zündet mit einer Gelbflamme im Bereich 16 unmittelbar vor der Druckzerstäuberdüse 5 bzw. den Auslaßöffnungen 3, 4, mit der die Vergasung des Brennstoffes in Bruchteilen von einer Sekunde eingeleitet und anschließend durch die interne Flammenrückströmung aufrechterhalten wird. Zur Einleitung der Brennstoffvergasung wird keine zusätzliche Fremdenergie benötigt. Die Vergasung und Vermischung des Brennstoffes mit der Verbrennungsluft und den heißen Rauchgasen erfolgt durch den stark überkritischen Hauptdrall, der aus dem Innenrohr 2 austritt und der durch den sogenannten Vortex-breakdown-Effekt die starke Flammenrückströmung mit einem intensiven Stoffaustausch erzeugt. In der Folge brennt die Flamme in einem stark ausgeprägten Randbereich 17 blau. Damit die Flamme zündfreudig und stabil brennt, wird nur 50 % der Verbrennungsluft über die schrägen Luftzuführöffnungen 12, 13 und die Rohre 2, 7 verdrallt. Die restlichen 50 % strömen als Sekundärluft durch die Sekundärluftrohre 20 unmittelbar in den blau-brennenden Randbereich 17 der Flamme.
Die Druckzerstäuberdüse 5 ist vorzugsweise mit einer Vorwärmeeinrichtung für das durchfließende Heizöl-Leicht ausgestattet.
Die Mischeinrichtung für einen Gasbrenner gemäß den Fig. 2 und 7 unterscheidet sich lediglich durch die Düse 18, wobei das Gas nicht an der Spitze sondern über Öffnungen 19 seitlich in den zylindrischen Abschnitt des Düsenrohres 7 austritt.
Die Flamme wird erfindungsgemäß durch einen Ionisationsfühler 24 überwacht, dessen Ende in den Flammbereich 17 hineinragt.
Gelagert ist der Ionisationsfühler 24 in herkömmlicher Weise in einem Porzellansockel 25. Dieser Porzellansockel 25 befindet sich jedoch zur Gänze im Brennerrohr 1, der Ionisationsfühler 24 ragt durch ein Loch 26 in der Stirnwand 6 des Brennerrohres 1.
Da sich das Ende des Porzellansockels 25 an der von der Flamme abgewendeten Seite der Stirnwand 6 befindet und der Ionisationsfühler 24 im Bereich des Loches 26 von Luft umspült wird, kommt es zu keiner Belagsbildung am Porzellansockel 25, und eine dauerhafte Funktion des Ionisationsfühlers 24 ist gewährleistet.

Claims (27)

  1. Mischeinrichtung für Gas- und Ölbrenner mit einem Brennerrohr mit einer stirnseitigen Durchlaßöffnung und einem darin befindlichen im vorderen Bereich kegelstumpfförmigen Innenrohr, in dem ein koaxiales Düsenrohr mit einer Brennstoffzuführung, beispielsweise eine Druckzerstäuberdüse und einem Drallerzeuger angeordnet ist, wobei sich in Brennrichtung vor der Druckzerstäuberdüse eine Zündelektrode befindet, dadurch gekennzeichnet, daß alle drei Rohre (1, 2, 7), die mindestens eine hintere Luftzufuhröffnung und mindestens eine vordere Auslaßöffnung aufweisen, von Luft durchströmt werden, daß zwischen dem Düsenrohr (7) und dem Innenrohr (2) ein weiterer Drallerzeuger angeordnet ist, wobei die Drallstörmungen im Düsenrohr (7) und im Innenrohr (2) überkritisch sind und in der gleichen Drehrichtung verlaufen, während der Luftstrom zwischen dem Innenrohr (7) und dem Brennerrohr (1) unverdrallt geführt ist.
  2. Mischeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallströmung im Innenrohr (2) stark überkritisch ist, während im Düsenrohr (7) eine leicht überkritische Drallströmung vorherrscht.
  3. Mischeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drallerzeuger in mindestens einem der Rohre (2, 7) von vorzugsweise mehreren tangentialen Luftzuführöffnungen (12, 13) gebildet wird.
  4. Mischeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drallerzeuger in beiden Rohren (2, 7) von mehreren tangentialen Luftzuführöffnungen (12, 13) gebildet wird, wobei der Gesamtquerschnitt aller Luftzuführöffnungen (12) des Innenrohres (7) gleich oder größer als der Ringquerschnitt der Auslaßöffnung (3) des Innenrohres (2) und der Gesamtquerschnitt der Luftzuführöffnungen (13) des Düsenrohres (7) gleich oder größer als der Ringquerschnitt der Auslaßöffnung (4) des Düsenrohres (7) ist.
  5. Mischeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringquerschnitt bei der Auslaßöffnung (4) des Düsenrohres (7) zwischen 40% und 70%, vorzugsweise 50% des Gesamtquerschnittes der Luftzuführöffnungen (13) des Düsenrohres (7) beträgt.
  6. Mischeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (3) des Innenrohres (2) und die Auslaßöffnung (4) des Düsenrohres (7) in einer Ebene liegen, bei einer Toleranzgrenze von ± 3 mm.
  7. Mischeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (2) und das Düsenrohr (7) an ihrem hinteren Ende geschlossen sind.
  8. Mischeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ca. 50% der Verbrennungsluft über das Innenrohr (2) und das Düsenrohr (7) in einer Drallströmung der Brennkammer zugeführt werden und ca. 50% über die Sekundärluftrohre (20) unverdrallt als Sekundärluft.
  9. Mischeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der Stirnseite des Brennerrohres (1) über die Düsenmündung der Brennstoffzuführung vorstehende Sekundärluftrohre (20) angeordnet sind, die das Innenrohr (2) ringförmig umgeben und die in ein vor dem Brennerrohr (1) angeordnetes Rezirkulationsrohr (14) ragen.
  10. Mischeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Rezirkulationsrohres (14) kleiner als dessen Durchmesser ist, vorzugsweise in etwa dem halben Durchmesser entspricht.
  11. Mischeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Sekundärluftrohre (20) zumindest teilweise bei ihren Auslaßöffnungen erweitern.
  12. Mischeinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Sekundärluftrohre (20) bei ihren Auslaßöffnungen trichterförmig erweitern.
  13. Mischeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Sekundärluftrohre (20) zumindest teilweise bei ihren Auslaßöffnungen verengen.
  14. Mischeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Sekundärluftrohre (20) ein abgewinkeltes Ende aufweist.
  15. Mischeinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die abgewinkelten Enden der Sekundärluftrohre (20) in der Drallrichtung des Innenrohres (2) ausgerichtet sind.
  16. Mischeinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Rezirkulationsrohres (14) gleich dem Durchmesser des Brennerrohres (1) ist.
  17. Mischeinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintauchtiefe der Sekundärluftrohre (20) in das Rezirkulationsrohr (14) einstellbar ist.
  18. Mischeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß im Rezirkulationsrohr (14) eine gelochte ringförmige Scheibe (27) angeordnet ist.
  19. Mischeinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der ringförmigen Löcher (29) in der Scheibe (27) gleich der Anzahl der Sekundärluftrohre (20) ist und daß die Löcher (29) in der Scheibe (27) mit den Sekundärluftrohren (20) fluchten.
  20. Mischeinrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser der Löcher (29) in der Scheibe (27) größer sind als die Durchmesser der Auslaßöffnungen der Sekundärluftrohre (20).
  21. Mischeinrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder (30) der Löcher (29) in der Scheibe (27) gebördelt sind.
  22. Mischeinrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Scheibe (27) auf Bolzen gelagert ist, die von der Stirnwand (6) des Brennerrohres (1) abstehen.
  23. Mischeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß im Brennerrohr (1) ein Ionisationsfühler (24) mit einem Porzellansockel (25) gelagert ist, der durch ein Loch (26) in der Stirnwand (6) des Brennerrohres (1) ragt, wobei der Porzellansockel (25) sich zur Gänze an der von der Flamme abgewendeten Seite der Stirnwand (6) des Brennerrohres (1) befindet.
  24. Mischeinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärluftrohre (20) mindestens ein seitliches Loch (31) aufweisen.
  25. Mischeinrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Löcher (31) zur Mitte der Mischeinrichtung gerichtet sind.
  26. Mischeinrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Löcher (31) in der Drallrichtung des Innenrohres (2) und des Düsenrohres (7) ausgerichtet sind.
  27. Mischeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennerrohr (1) an seinem zur Brennkammer gerichteten Ende mit einer Stirnwand (6) versehen ist, die mindestens eine Öffnung (10) für Sekundärluft aufweist.
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