EP1235979A2

EP1235979A2 - Einrichtung zum zuführen von vorzugsweise flüssigen oder gasförmigen brennstoffen in einen brennraum

Info

Publication number: EP1235979A2
Application number: EP00991133A
Authority: EP
Inventors: Hans J. Mistler
Original assignee: Mika Heiztechnik GmbH
Current assignee: Mika Heiztechnik GmbH
Priority date: 1999-11-27
Filing date: 2000-11-14
Publication date: 2002-09-04
Also published as: AU3154501A; DE19957055A1; WO2001038713A3; US6637674B1; WO2001038713A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Zuführen von vorzugsweise flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen in einen Brennraum mit einem mit einer Brennstoff-Zuführleitung verbindbaren, einen Hohlraum aufweisenden Düsenkörper, dessen Austrittsöffnung mittels eines mindestens einen Str!omungskanal aufweisenden Dichtelementes, vorzugsweise eines Dichtkegels, verschliessbar ist, wobei ein im Hohlraum (2) des Düsenkörpers (1) angeordnetes Betätigungselement (22) für das Dichtelement (11), zur Freigabe der Austrittsöffnung (18) des Düsenkörpers (1) durch den zuzuführenden Brennstoff entgegen der Kraft eines im Hohlraum (2) angeordneten Gegenlagers (23) in einer ersten Richtung und zum Verschliessen der Austrittsöffnung (18) durch das Gegenlager (23) in einer zur ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung bewegbar ist.

Description

Einrichtung zum Zuführen von vorzugsweise flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen in einen Brennraum

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Zuführen von vorzugsweise flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen in einen Brennraum entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine gattungsgemäße Einrichtung zum Zuführen von flüssigem Brennstoff, beispielsweise Öl in einen Brennraum ist in der DE 44 15 863 offenbart.

Hierbei ist innerhalb eines Düsenkörpers ein Einsatzstück angeordnet, das an seinem der Austrittsöffnung des Düsenkörpers benachbarten Ende kegelstumpfartig ausgebildet ist. Die Mantelfläche dieses Kegelstumpfes dient dabei als Dichtfläche, die mit einer am Düsenkörper ausgebildeten kegelstumpfförmigen Bohrung zusammenwirkt, deren Begrenzungsfläche ebenfalls als Dichtfläche dient.

Zum Durchfluß des Brennstoffes sind in die kegelstumpfartige Mantelfläche des Einsatzstückes Strömungskanäle eingearbeitet, deren jeweilige Querschnitte den gesamten Durchflußquerschnitt für den Brennstoff bilden. Dieser bestimmt die über eine der Austrittsöffnung des Düseπ- körpers vorgelagerte Wirbelkammer zur Austrittsöffnung gelangende Brennstoffmenge. Da einerseits der gesamte Durchflußquerschnitt für den Brennstoff relativ gering gehalten ist, soll die Geschwindigkeit des zufließenden Brennstoffes wesentlich erhöht werden und andererseits soll der zufließende Brennstoff durch die zu einem Grundkreis tangen- tiale Anordnung der Strömungskanäle auf seinem Weg vom Einsatzstück zur Wirbelkammer bzw zur Austrittsöffnung mit Drall beaufschlagt werden, wodurch eine äußerst feine Zerstäubung erreicht werden soll, die eine gute Verbrennung bei hoher Heizleistung und geringem Schad- Stoffanfall gewährleisten sein soll.

Da das Einsatzstück innerhalb des Düsenkörpers mittels eines Druckstückes gehalten ist, fließt unabhängig von der geforderten Leistung des Brenners der Austrittsöffnung stets die gleiche Brennstoffmenge zu. Dies führt sehr leicht zu einer Übersättigung des Brennstoffnebels und damit zu einer Reduzierung des Wirkungsgrades des Brenners sowie zu einer Erhöhung des Schadstoffanfalls. Da beim Abschalten des Brenners die Brennstoffzufuhr nicht schnell genug gestoppt werden kann, sind zur Vermeidung eines Nachtropfens des Brennstoffes im Einsatzstück mehrere zu einer zentralen Tankleitung führende Abflußbohrungen für überschüssigen Brennstoff vorgesehen.

Da die aus der Austrittsöffnung des Düsenkörpers austretende Brennstoffmenge nicht regulierbar ist, arbeitet diese Einrichtung unabhängig von der geforderten Brennerleistung stets mit einem kontinuierlichen Fluß der gleichen Brennstoffmenge. Für eine Anpassung der Brennstoffmenge an die geforderte Brennerleistung muß daher die Einrichtung demontiert und das Einsatzstück gegen ein anderes mit entsprechend angepaßtem Gesamtquerschnitt der Strömungskanäle ausgetauscht werden. In der DE 44 15 863 ist hierzu zwar ausgeführt, daß die Tankleitung mit Hilfe eines Ventils verschlossen und damit die rücklaufende Brennstoffmenge dem Brenner zugeführt werden kann, sodaß dieser mit zwei Stufen oder gar zur stufenlosen Regelegung verwendet werden könne, jedoch ist dies insoweit nachteilig, als hierdurch eine Rückführung von überschüssigem Brennstoff nicht mehr möglich ist. Hierdurch wird einerseits die Möglichkeit des Nachtropfens von Brennstoff wesentlich erhöht und andererseits entsteht insbesondere dann, wenn der Tankvorrat nahezu aufgebraucht ist, die Gefahr, daß sich die Strömungskanäle und/oder die Abflußbohrungen durch im Brennstoff enthaltene Verschmutzungen oder durch Brennstoffablagerungen zusetzen, wodurch ein unzulässig hoher Druck im gesamten System entstehen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine gattungsgemäße Einrichtung zu schaffen, die es ermöglicht, die dem Brennraum zuzuführende Brennstoffmenge ohne bauliche Veränderung an die jeweils geforderte Leistung des Brenners anzupassen. Dies soll auch während des Betriebes des Brenners möglich sein.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung dadurch gelöst, daß im Hohlraum des Düsenkörpers ein Betätigungselement für das Dichtelement angeordnet ist, das zur Freigabe der Austrittsöffnung des Düsenkörpers durch den zuzuführenden Brennstoff entgegen der Kraft eines im Hohlraum angeordneten Gegenlagers in einer ersten Richtung und zum Verschließen der Austrittsöffnung durch das Gegenlager in einer zur ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung bewegbar ist.

Durch die erfindungsgemäße Umsetzung des Druckes, mit dem der Brennstoff in den Hohlraum des Düsenkörpers geführt wird, in eine Kraft für das Betätigungselement wird dieses und hierdurch das Gegenlager zunächst entgegen dem Widerstand des Gegenlagers in einer ersten Richtung bewegt. Das Dichtelement wird hierdurch von der Austritts- öffnung im Düsenkörper weg bewegt, sodaß der Brennstoff unter der Wirkung des noch immer im Hohlraum herrschenden Druckes durch den Strömungskanal hindurch zur Austrittsöffnung des Düsenkörpers und von da in den Brennraum gelangt. Hierdurch entsteht trotz der weiteren Zufuhr von Brennstoff in den Hohlraum in diesem ein die Kraft für das Betätigungselement reduzierender Druckabfall, sodaß jetzt die vom Gegenlager ausgehende Kraft überwiegt und das Betätigungselement und damit auch Dichtelement entgegen ihrer ersten Bewegungsrichtung in ihre Ausgangslage zurückbewegt werden, in der das Dichtelement die Austrittsöffnung des Düsenkörpers wieder verschließt. Da sich dieser Vorgang beliebig oft wiederholt entsteht im Brennraum ein pulsierender Brennstoffstrom, der bei entsprechender Dimensionierung des Druckes in der Brennstoff-Zufύhrleitung sowie der hieraus abgeleiteten Kraft für das Betätigungselement und der Kraft des Gegenlagers so dimensioniert werden kann, daß der Brennstoffkegel im Brennraum nicht abreißt.

Damit lassen sich sowohl der Brennstoffverbrauch als auch der Schad- stoffanfall in besonders einfacher Weise optimieren. Da die Austrittsöffnung des Düsenkörpers nur in dem relativ kurzen Zeitintervall geöffnet ist, in dem die Betätiguπgskraft die vom Gegenlager ausgehende Kraft überwiegt, ist ein Nachtropfen des Brennstoffes praktisch ausgeschlossen.

Eine in konstruktiver Hinsicht einfache und schnell wirkende Lösung die keinerlei Übertragungsmittel benötigt, wird dadurch erreicht, daß das Betätigungselement von einem mit dem Druck des zuzuführenden Brennstoffes beaufschlagbaren Kolben gebildet ist, der mit dem Dichtelement vorzugsweise einstückig ausgebildet ist.

Zur Erzeugung der Gegenkraft für den Kolben weist das Gegenlager eine Druckfeder auf, die sich einerends gegen den Kolben und anderen- ends gegen ein im Düsenkörper angeordnetes Widerlager abstützt.

Eine vorteilhafte Ausbildung des Widerlagers für die Druckfeder, die auf einfache Weise eine Veränderung der Kennlinie der Druckfeder und somit eine Anpassung der Kraft des Gegenlagers an unterschiedliche Druckverhältnisse in der Brennstoff-Zuführleitung ermöglicht, ergibt sich dann, wenn das Widerlager von einer Einstellschraube gebildet ist, deren Relativlage zum Düsenkörper mittels eines Bewegungsgewindes einstellbar ist.

Eine Begrenzung der maximalen Größe des Strömungsquerschnittes für den Brennstoff im Bereich der Austrittsöffnung wird dann ermöglicht, wenn das Gegenlager eine einen Anschlag (Gegenstück) aufweisende Versteileinrichtung zur Begrenzung der Bewegungsbahn des Kolbens aufweist.

Eine kompakte Bauweise für das Widerlager und die Versteileinrichtung wird dadurch erreicht, wenn letztere koaxial zum Widerlager angeordnet ist und ein steuerbares Stellglied zur Veränderung des Abstandes zwischen dem Kolben und dem Anschlag (Gegenstück) aufweist.

Zur Erzieluπg einer steuerbaren Bewegung des Steilgliedes kann diesem ein pneumatisch, hydraulisch oder mechanisch betätigbares Stellmittel zugeordnet sein.

Konstruktiv günstig ist es, wenn der Hohlraum in zwei Kammern unter- teilt ist, wobei das Betätigungselement und das die Austrittsöffnung verschließende Dichtelement innerhalb der ersten Kammer angeordnet sind, während die Druckfeder des Gegenlagers in der zweiten Kammer angeordnet ist.

Um bei gleichen Druckverhältnissen innerhalb der Brennstoff-Zuführlei- tung die Kraft für das Betätigungseiement verändern zu können, ist die Querschnittsfläche der ersten Kammer durch Einlegen von Buchsen unterschiedlicher Innendurchmesser veränderbar.

Dabei können die Bohrungen der Buchsen als Stufenbohrungen ausgebildet sein, wobei der jeweilige Bereich mit dem großen Durchmesser als Führung für den Kolben und der jeweilige Bereich mit dem demgegenüber kleineren Durchmesser als Führung für einen zylindrischen Ansatz des Dichtelementes dient.

Um die Kraft der Druckfeder durch eine zusätzliche Kraft ergänzen zu können und somit eine vergrößerte Anpassungsflexibilität der Kraft des Gegenlagers an unterschiedliche Druckverhältnisse in der Brennstoff- Zuführleitung zu erreichen, weist die zweite Kammer einen Eingang für einen Zuführkanal zur Erzeugung eines Gegendruckes zum in der ersten Kammer durch den zugeführten Brennstoff aufbaubaren Druck auf.

Zur Gewährleistung eines einen vorgebbaren Maximaldruck nicht übersteigenden Druckes innerhalb der zweiten Kammer weist diese einen Anschluß für eine ein Druckbegrenzungsventil aufweisende Tankleitung auf.

Um eine möglichst gleichmäßig Druckverteilung innerhalb der zweiten Kammer zu erreichen, sind der Eingang für den Zuführkanal und der Anschluß für die Tankleitung vorzugsweise an einander diametral gegenüberliegenden Stellen der zweiten Kammer angeordnet.

Zur Erzielung eines möglichst gleichmäßigen Kraftangriffes des Kolbens ist innerhalb der zweiten Kammer zwischen dem Widerlager und der Membran eine die Druckfeder umgebende Buchse angeordnet, deren Länge teleskopartig veränderbar ist. Vorteilhafter Weise ist die Buchse mit Querbohrungen zum Durchtritt des Druckmediums versehen.

Um auch die am Düsenkörper vorgesehenen Dichtflächen leicht austauschen und auch ohne Schwierigkeiten bearbeiten oder auch nacharbeiten zu können, sind diese an auswechselbaren Einsatzstücken ausgebildet, die von einem mit dem Düsenkörper lösbar verbundenen Tragteil aufgenommen sind.

Zur Zuführung von Luft zum Brennraum weisen der Düsenkörper und das Tragteil im wesentlichen den gleichen Außendurchmesser auf, wobei der Düsenkörper oder das Tragteil lösbar mit einem als Hohlkörper ausgebildeten Außenteil verbunden ist, das mit mindestens einem Luftzuführkanal versehen ist.

Sofern der Luftzuführkanal im wesentlichen parallel zur Längsachse des Außenteils gerichtet und zu dessen Bohrung hin offen ist, ist es zweckmäßig wenn der Innendurchmesser des Außenteils größer als der Außendurchmesser des Düsenkörpers bzw des Tragteils ist, sodaß der Querschnitt des Luftzuführkanals durch Einlegen von Ausgleichsbuchsen unterschiedlicher Außendurchmesser veränderbar ist.

Eine günstige Zuführung der Verbrennungsluft sowie eine gute Vermischung derselben mit dem Brennstoff läßt sich dann erreichen, wenn die Form des Luftzuführkanals im Bereich seines dem Tragteil benachbarten Endes an dessen Außenkontur angepaßt und sein freies Ende trichterförmig erweitert ist.

Um ein Ansteigen des Druckes innerhalb der Brennstoff-Zuführleitung oder innerhalb der ersten Kammer über einen wählbaren Maximalwert zu vermeiden, weist die Brennstoff-Zuführleitung -vorzugsweise im unmittelbaren Bereich des Düsenkörpers- ein Druckbegrenzungsventil auf, das oberhalb eines höchst zulässigen Druckes die Brennstoff- Zuführleitung mit einer Tankleitung verbindet.

Um innerhalb der ersten Kammer stets einen Mindestdruck für die das Betätiguπgselement zu gewährleisten, weist die Brennstoff-Zuführleitung ein -vorzugsweise im unmittelbaren Bereich des Düsenkörpers angeord- netes- Druckregelventil auf, das unterhalb eines einstellbares Mindestdruckes den Durchfluß zur ersten Kammer sperrt. Hierdurch wird einerseits die erfindungsgemäße Funktion des Betätigungselementes sichergestellt und andererseits wird vermieden, daß bei zu geringem Druck innerhalb der ersten Kammer Brennstoff durch die Austritts- öffnung in den Brennraum tropft.

Vorteilhaft ist es, wenn zumindest ein Teil der Wandung des Hohlraumes und ein Bereich des Kolbens aus Magneten oder antimagnetischen Metallen besteht, die das pulsierende Öffnen und Schließen der Austritts- öffnung durch Stromimpulse unterstützen oder einleiten.

Um den Kolben während seiner Arbeitsbewegung zusätzlich in Drehbewegung zu versetzen weist dieser Mittel auf, um von der Druckenergie des Brennstoffes eine Rotationsbewegung abzuleiten.

Um auch geringste Mengen von Brennstoff zuverlässig und genau dosierern zu können, ist die Dichtfläche des Dichtelementes in mehrere stufenartig angeordnete Dichtflächenabschnitte unterteilt, die mit dementsprechend stufenartig angeordneten Dichtflächenabschnitten der Dichtfläche des Einsatzstückes zusammenwirken.

Zur Erzielung einer besonders intensiven Vermischung des Brennstoffes mit der zuzuführenden Luft ist zumindest ein Teil der Austrittsschlitze des Luftzuführkanals derart angeordnet und gerichtet, daß der aus diesem austretende Luftstrom im Bereich der Austrittsöffnung auf den aus dieser austretenden Brennstoffnebel trifft.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Es zeigt:

Fig. 1: einen Längsschnitt der Einrichtung; Fig. 2: eine vergrößerte Darstellung des Dichtelementes als Draufsicht; o

Fig. 3: eine vergrößerte Vorderansicht des Dichtelementes;

In Fig. 1 der Zeichnung ist mit 1 ein Düsenkörper bezeichnet, der einen sich in seiner Längsrichtung erstreckenden Hohlraum 2 aufweist, der in zwei Kammern 3 und 4 unterteilt ist. Zur Unterteilung des Hohlraumes 2 in die beiden Kammern 3,4 dient eine Membran 5, die beispielsweise aus Gummi hergestellt sein kann. In den Düsenkörper 1 ist ein Zuführkanal 6 für einen Brennstoff eingearbeitet, dessen eines Ende in die Kammer 3 mündet und dessen anderes Ende an eine Zuführleitung 7 angeschlossen ist. Die Zuführleitung 7 wird von einer Pumpe 8 gespeist, die über eine Leitung 9 mit einem Brennstofftank 10 verbunden ist. Die Pumpe 8 fördert den Brennstoff mit einem vorwählbaren Druck in die Kammer 3.

Im -bezogen auf die Zeichnung- unteren Bereich der Kammer 3 ist ein Dichtelement 11 angeordnet, das die Form eines Kegels oder eines Kegelstumpfes mit einem zylindrischen Ansatz 12 aufweist. In die Mantelfläche des Kegels ist ein Strömungskanal 13 für den Brennstoff eingearbeitet, der schräg, radial oder auch tangential zur Längsachse des Kegels gerichtet ist. Selbstverständlich können auch mehrere Strömungskanäle 13 in den Kegel eingearbeitet sein, die entsprechend der gewünschten Austrittsrichtung des Brennstoffes aus dem jeweiligen Strömungskanal 13 anzuordnen sind. Durch entsprechende Wahl der Richtung der Strömungskanäle 13 kann der Brennstoff mit einem Drall beaufschlagt werden. Der Brennstoff gelangt durch den Strömungskanal 13 zur Unterseite des Dichtelementes 11 , die als Dichtfläche 14 dient. Das Dichtelement 11 bzw dessen Dichtfläche 14 wirkt mit einem Einsatzstück 15 zusammen, das von einem Tragteil 16 aufgenommen ist, das mittels eines Gewindes auf den Düsenkörper 1 flüssigkeits- oder gasdicht aufgeschraubt ist.

Zwischen dem Einsatzstück 15 und dem Dichtelement 11 kann in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein Axiallager angeordnet sein, sodaß sich das Dichtelement 11 trotz des auf ihm lastenden Druckes relativ leicht um seine Längsachse drehen läßt. Die Anordnung eines solchen Axiallagers ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der mit dem Dichtelemeπt 11 einstückig ausgebildete Kolben 21 oder das Dicht- element 11 mit Schaufelrad- oder turbinenähnlichen Mitteln, ausgestattet ist, sodaß der Kolben 21 zusammen mit dem Dichtelement 11 durch den aus dem Zuführkanal 6 ausströmenden Brennstoff in Drehung versetzt werden kann. Hierdurch erhöht sich der Drall des zuzuführenden und zu zerstäubenden Brennstoffes ohne hierzu eine eigene Antriebsvorrichtung zu erfordern.

Der Düsenkörper 1 und das Tragteil 16 weisen vorzugsweise den gleichen Außendurchmesser auf. Das Einsatzstück 15 ist mit einer kegeligen Bohrung versehen, deren Begrenzungsfläche als Dichtfläche 17 dient und mit der Dichtfläche 14 zusammenwirkt.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das Dichtelement als mehrstufiger Kegel ausgebildet sein, der von mehreren unmittelbar übereinander angeordneten Stufen gebildet sein kann. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Dichtelemeπt 11 insgesamt 4 Stufen auf, deren jeweilige Mantelflächen die Dichtflächenabschnitte 14a, 14b, 14c und 14d bilden. Diese Stufen können mit je einem Strömungskanal 13a, 13b, 13c und 13d versehen sein, wobei diese vorzugsweise um jeweils 120 Grad zueinander versetzt angeordnet sind (Fig. 2 und 3). Die Strömungskanäle 13a, 13b, 13c und 13d können vorzugsweise als zur jeweiligen Dichtfläche 14a, 14b, 14c und 14d offene Nuten ausgebildet sein, sodaß die Größe ihres Querschnittes leicht an unterschiedlich große Brenπstoffmengen angepaßt werden kann. Durch die Ausbildung der Strömungskanäle 13a, 13b, 13c und 13d als offene Nuten läßt sich einerseits deren Querschnitt bis herab zu feinen Ritzen minimieren, und anderseits wird durch die offene Ausbildung die Gefahr eines sich Verstopfens der nur einen minimalen Querschnitt aufweisenden Strömungskanäle 13a, 13b, 13c und 13d ausgeschlossen.

Entsprechend der stufenförmigen Ausbildung des Dichtelementes 11 ist die im Einsatzstück 15 vorgesehene Bohrung ebenfalls stufenförmig ausgebildet, sodaß die Dichtfläche 17 sich aus den einzelnen Dichtflächenabschnitten 17a, 17b, 17c und 17d zusammensetzt, die mit den entsprechenden Dichtflächeπabschnitten 14a, 14b, 14c und 14d des Dichtelementes 14 zusammenwirken. Der Brennstoff gelangt somit nacheinander durch die Strömungskanäle 13a, 13b, 13c und 13d, wobei der Durchflußquerschnitt 19 in den einzelnen Stufen aufeinanderfolgend abgedichtet werden kann. Hierdurch läßt sich einerseits eine genaue Dosierung der Brennstoffmenge erreichen und andererseits können durch die mehrmalige Pressung des Brennstoffes in diesen enthaltene Partikel zerquetscht werden. Obwohl der Brennstoff von der Kammer 3 bis zu seinem Austritt aus dem Düsenkörper 1 mit einem sehr hohen Druck beaufschlagt werden kann, bleibt die radiale Belastung des Dichtelementes 11 relativ gering.

Der Düsenkörper 1 weist eine Austrittsöffnung 18 für den Brennstoff -auf, die am Einsatzstück 15 ausgebildet ist. Die Dichtflächen 14, 17 sind feinstbearbeitet und werden bei verschlossener Austrittsöffnung 18 gegeneinander gedrückt. Bei geöffneter Austrittsöffnung 18 weisen die Dichtflächen 14, 17 einen gegenseitigen Abstand auf, der die Größe eines Durchflußquerschnittes 19 bestimmt.

Das Dichtelement 11 ist mit einem Kolben 21 eiπstückig ausgebildet und dient als Betätigungselement 22 für dieses. Der Kolben 21 ist innerhalb der Kammer 3 mittels einer in diese eingesetzten Buchse 20 in vertikaler Richtung geführt. Um bei gleichen Druckverhältnissen innerhalb der Brennstoff-Zuführleitung 7 die Kraft für das Betätigungselement verändern zu können, ist die Querschnittsfläche der Kammer 3 durch Einlegen von Buchsen 20 unterschiedlicher Innendurchmesser veränderbar. Dabei können die Bohrungen der Buchsen 20 als Stufenbohrungen ausgebildet sein, wobei der jeweilige Bereich mit dem großen Durchmesser als Führung für den Kolben 21 und der jeweilige Bereich mit dem demgegenüber kleineren Durchmesser als Führung für den zylindrischen Ansatz 12 des Dichtelementes 11 dient.

Der an seiner Unterseite mit dem Druck des zuzuführenden Brennstoffes beaufschlagbare Kolben 21 wirkt über die Membran 5 auf ein Gegenlager 23, das eine innerhalb der Kammer 4 angeordnete Druckfeder 24 aufweist. Diese stützt sich einerends gegen den Kolben 21 bzw die Membran 5 und anderenends unter Zwischenlage eines oberen Drucktellers 26 gegen ein Widerlager 25 ab, das im Düsenkörper 1 aufgenommen ist. Das Widerlager 25 ist von einer Einstellschraube 27 gebildet, deren Relativlage zum Düsenkörper 1 mittels eines druckdichten Bewegungsgewindes einstellbar ist. Durch Verändern der Relativlage zwischen dem Düsenkörper 1 und der Einstellschraube 27 kann die Kraft der Druckfeder 24 und damit ihre Kennlinie verändert werden. Die Kraft der Druckfeder 24 ist damit an unterschiedliche Druckverhältnisse des zuzuführenden Brennstoffes anpassbar.

Im Widerlager 25 ist ein Stellglied 28 einer Versteileinrichtung 29 aufgenommen, dessen Relativlage zum Widerlager 25 und somit auch zum Düsenkörper 1 mittels eines ebenfalls druckdichten Bewegungsgewindes veränderbar ist. Die Veränderung der Relativlage zwischen dem Widerlager 25 und dem Stellglied 28 kann von Hand oder mittels eines am Stellglied 28 angreifenden (in der Zeichnung nur symbolisch angedeuteten) Stellmittels 31 erfolgen, das motorisch, pneumatisch oder hydraulisch wirkt.

An der Unterseite des Stellgliedes 28 liegt ein Druckstück 32 an, das zusammen mit einem Gegenstück 33 zur Aufnahme eines Bolzens 34 dient. Der Bolzen 34 ist von einer ebenfalls innerhalb der Druckfeder 24 angeordneten Hülse 35 umgeben, die ebenfalls zwischen dem Druckstück 32 und dem Gegenstück 33 angeordnet ist. Damit kann die Relativlage zwischen dem einen Anschlag für den Kolben 21 bildenden Gegenstück 33 und dem Kolben 21 durch Drehen des Stellgliedes 28 verändert werden, ohne hierbei die Kennlinie der Druckfeder 24 zu verändern. Durch die Begrenzung des Hubes des Kolbens 21 wird der maximale Abstand zwischen den Dichtflächen 14 und 17 und somit die maximale Größe des Durchflußquerschnittes 19 für den Brennstoff begrenzt. Durch Verstellen des Stellgliedes 28 und damit der Relativlage des Druckstückes 32 sowie des Gegenstückes 33 kann nicht nur die maximal Größe des Durchflußquerschnittes 19 eingestellt werden, vielmehr läßt sich durch feiπstufiges Verstellen des Stellgliedes 28 jede beliebige Größe des Durchflußquerschnittes 19 einstellen. Damit läßt sich die dem Brennraum zuzuführende Brennstoffmenge an die vom Brenner geforderte Leistung anpassen, wobei die Durchflußmenge des Brennstoffes sich bis herab auf praktisch jede wählbare Mindestmenge pro Stunde steuern läßt. Der aus dem Zuführkanal 6 mit bestimmten Druck in die Kammer 3 des Hohlraumes 2 strömende Brennstoff wird bei verschlossener Austritts- öffnung 18 durch den Kolben 21 (Betätigungselement 22) in eine zum Gegenlager 23 gerichtete Kraft umgewandelt. Hierdurch bewegt sich dieses zunächst entgegen der Kraft der sich spannenden Druckfeder 24 zusammen mit dem Kolben 21 in einer ersten Richtung, d.h. in der Zeichnung nach oben. Das Dichtelement 11 wird hierdurch von der Aus^¬ trittsöffnung 18 des Düsenkörpers weg bewegt, sodaß der Brennstoff unter der Wirkung des in der Kammer 3 noch immer herrschenden Druckes durch den Strömungskanal 13 hindurch zum sich öffnenden Durchflußquerschπitt 19 zur Austrittsöffnung 18 und von da in. den Brennraum gelangt. Hierdurch entsteht trotz der weiteren Zufuhr von Brennstoff in die Kammer 3 in dieser ein die Kraft für das Betätigungselement 22 reduzierender Druckabfall, sodaß die von der sich entspannenden Druckfeder 24 des Gegenlagers 23 ausgehende Kraft die Kraft des Betätigungselementes 22 (Kolben 21) überwiegt und das Betätigungselement 22 (Kolben 21) und damit auch das Dichtelement 11 entgegen seiner ersten Bewegungsrichtung in seine Ausgangslage zurückbewegt wird, in der die Dichtflächen 14 bzw 17 des Dichtelementes 11 bzw des Einsatzstückes 15 durch die Kraft der Druckfeder 24 gegeneinander gedrückt werden. Damit kann kein weiterer Brennstoff mehr zur Austrittsöffnung 18 gelangen.

Durch diesen sich beliebig oft wiederholenden Vorgang entsteht im Brennraum ein pulsierender Brennstoffstrom, der bei entsprechender Dimensionierung des Druckes im Zuführkanal 6 sowie der hiervon abgeleiteten Kraft für das Betätigungselement 22 und der Kraft der Druckfeder 24 des Gegenlagers 23 so dimensioniert werden kann, daß der Brennstoffkegel im Brennraum nicht abreißt.

Da beim Abschalten des Brenners der Druck im Zuführkanal 6 schnell abfällt, wird der Durchflußquerschnitt 19 dementsprechend schnell durch die Druckfeder 24 geschlossen, sodaß ein Nachtropfen von Brennstoff vermieden bleibt.

Um Gewähr dafür zu haben, daß der Druck des Brennstoffes weder innerhalb der Kammer 3 noch innerhalb des Zuführkanals 6 einen Höchstwert übersteigt, ist in der Zuführleitung 7 für den Brennstoff, vorzugsweise im unmittelbaren Bereich des Düsenkörpers 1 , ein Druck- begrenzungsventil 36 vorgesehen, das oberhalb des Höchstwertes des Druckes die Zuführleitung 7 zu einer zum Brennstofftank 10 führenden Tankleitung 37 öffnet. Um dabei gleichzeitig sicher zu stellen, daß der Brennstoff der Kammer 3 stets mit einem Mindestdruck zugeführt wird, kann innerhalb der Zuführleitung 7 ein Druckregelventil 40 angeordnet sein, das erst oberhalb des vorwählbaren Mindestdruckes öffnet, sodaß der Brennstoff der Kammer 3 stets mit einem Druck zugeführt wird, der dem Mindestdruck entspricht. Vorteilhaft ist es, wenn das Druckregelventil 40 im Bereich des Anschlußes der Zuführleitung 7 an den Düsenkörper 1 angeordnet ist.

Dabei ist es selbstverständlich möglich, die Funktion des DruckbegFen- zungsventils 36 und auch diejenige des Druckregelventils 40 in die Pumpe 8 zu integrieren, die dann mit mehreren Abgängen zu versehen ist, wobei ein erster Abgang dann mit dem Zuführkanal 6 und ein zweiter Abgang mit der Tankleitung 9 bzw dem Brennstofftank 10 zu verbinden ist, sodaß die Tankleitung 37 entfallen kann.

Weiterhin ist es, sofern der Brennstoff auch als Druckmedium für die Kammer 4 dient, möglich, die Brennstoffleitung 7 und die Druckleitung 39 miteinander zu verbinden, sodaß die Brennstoffleitung 7 und die Druckleitung von einer Pumpe versorgt werden können, Zur Unterstützung der Kraft der Druckfeder 24 weist die Kammer 4 einen Zuführkanal 38 für ein Druckmedium auf, der über eine Zuführleitung 39 mit einer Pumpe 41 verbunden ist, die ihrerseits an einen Tank 42 angeschlossen ist. Auf der der Mündung des Zuführkanals 38 diametral gegenüberliegenden Seite der Kammer 4 ist im Düsenkörper 1 ein Abführkanal 43 für das Druckmedium vorgesehen, der über eine Leitung 44 mit einem Druckbegreπzungsventil 45 mit dem Tank 42 verbunden ist. Das Druckbegrenzungsventil 45 öffnet dann, wenn durch die Bewegung des Betätigungselementes 22 (Kolben 21) der Druck innerhalb der Kammer 4 einen zulässigen Höchstwert übersteigen würde.

Innerhalb der Kammer 4 ist eine die Druckfeder 24 umgebende Buchse 46 angeordnet, die teleskopartig ausgebildet und mit nicht näher bezeichneten Querbohrungen zum Durchtritt des Brennstoffes versehen ist. Die Buchse 46 stützt sich mit ihrem unteren Ende gegen die Membran 5 oder gegen einen auf ihr aufliegenden unteren Druckteller 26 und mit ihrem oberen Ende gegen den oberen Druckteller 26 ab. Bei mit Druckmedium beaufschlagter Kammer 4 arbeitet das Betätigungselement zunächst sowohl gegen die Kraft der Druckfeder 24, als auch gegen den sich aus der Beaufschlagung der Kammer 4 ergebenden Widerstand. Sobald ein Gleichgewicht zwischen dem Druckmedium und der Druckfeder 24 einerseits und der vom Druck des Brennstoffes abgeleiteten Kraft erreicht ist, kehrt sich die Bewegungsrichtung des Betätigungselementes 22 (Kolben 21) um. Dabei wird die Bewegung des Betätigungselementes 22 (Kolben 21) sowohl durch die sich entspannende Druckfeder 24 als auch durch den Druckabbau innerhalb der Kammer 4 beschleunigt. Damit wird auch der Austritt des mit Drall beaufschlagten Brennstoffes aus der Austrittsöffnung 18 beschleunigt, sodaß dieser verwirbelt und mit hohem Druck als Brennstoffnebel in den Brennraum eintritt. Die dem Betätigungselement 22 (Kolben 21) erteilte Beschleunigung bewirkt gleichzeitig ein schnelles sich Schließen des Durchflußquerschnittes 19, wodurch ein Nachtropfen von Brennstoff in den Brennraum ausgeschlossen wird.

Obwohl sich schon alleine aufgrund der erfindungsgemäßen Wirkungsweise ein pulsierender Brennstoffstrom bzw ein pulsierender Strom von Brennstoffnebel ergibt, kann dieses Pulsieren auch -oder zusätzlichgesteuert werden. Hierzu können in die Zuführleitung 39 oder in die Leitung 44 sowie in der Leitung 7 Magnetventilen ähnliche Schalter mit Magneten oder antimagnet Metallen eingesetzt werden, die zum Öffnen, Schließen oder Takten mit Strom beaufschlagt werden.

Sofern dem in den Brennraum strömenden Brennstoff Luft beigemischt werden soll, kann auf den Düsenkörper 1 oder das Tragteil 16 eine Außenhülse 47 aufgeschraubt werden. Diese kann zur Zufuhr der Luft mit einem sich in ihrer Längsrichtung erstreckenden Luftzuführkanal 48 versehen sein, der zur Innenbohrung 49 der Außenhüise 47 offen gestaltet ist. In diesem Fall ist der Durchmesser der innenbohrung 49 um einen bestimmten Betrag größer als der Außendurchmesser des Düsenkörpers 1 bzw des Tragteils 16, wobei der hier durch entstehende Zwischenraum durch auswechselbare Buchsen 51 , die ihrerseits unterschiedliche Außendurchmesser aufweisen, ausgefüllt werden kann. Der Strömungsquerschnitt des Luftzufύhrkanals 48 kann hierdurch verändert und an den jeweiligen Luftbedarf angepaßt werden. Im Bereich des Tragteils 16 ist die Form des Luftzuführkanals 48 an die Außenform des Tragteils 16 angepaßt und verengt sich zunächst, um sich dann wieder trichterförmig zu erweitern. Im Bereich seines freien Endes ist der Luftzuführkanal 48 mit einer Mehrzahl von Austrittsschlitzen 52 versehen, die so gerichtet sind, daß die aus diesen ausströmende Luft den aus der Austrittsöffnung 18 austretenden Brennstoffkegel kreuzt und sich mit diesem vermischt. Dabei kann zumindest ein Teil der Austrittsschlitze 52, vorzugsweise die im unmittelbaren Bereich der Austrittsöffnung 18 endenden Austrittsschlitze 52, so gerichtet sein, daß sie im unmittelbaren Bereich der Austrittsöffnung 18 auf den sich bildenden Brennstoffkegel trifft. Durch die Anordnung des Luftzuführkanals 48 kann der aus der Austrittsöffnung 18 austretende Brennstoffkegel in praktisch jedem beliebigen Verhältnis mit Luft oder Sauerstoff angereichert werden.

Um die Außenhülse 47 zusammen mit dem Düsenkörper 1 in einen Brennraum einschrauben zu können, ist diese mit einem ein Gewinde aufweisenden Ansatz 53 versehen und weist an ihrer Stirnfläche 54 eine zur Aufnahme eines O-Ringes 55 dienende Nut 56 auf.

Claims

Patentansprüche

1. Einrichtung zum Zuführen von vorzugsweise flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen in einen Brennraum mit einem mit einer Brennstoff-Zuführleitung verbindbaren, einen Hohlraum aufweisenden Düsenkörper, dessen Austrittsöffnung mittels eines mindestens einen Strömungskanal aufweisenden Dichtelementes, vorzugsweise eines Dichtkegels, verschließbar ist,

gekennzeichnet durch

ein im Hohlraum (2) des Düsenkörpers (1) angeordnetes Betätiguπgs- element (22) für das Dichtelement (11), das zur Freigabe der Austritts- öffnung (18) des Düsenkörpers (1) durch den zuzuführenden Brennstoff entgegen der Kraft eines im Hohlraum (2) angeordneten Gegenlagers (23) in einer ersten Richtung und zum Verschließen der Austrittsöffnung (18) durch das Gegenlager (23) in einer zur ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung bewegbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungseiement (22) von einem mit dem Druck des zuzuführenden Brennstoffes beaufschlagbaren Kolben (21) gebildet ist, der mit dem Dichtelement (11) vorzugsweise einstückig ausgebildet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegenlager (23) eine Druckfeder (24) aufweist, die sich einerends gegen den Kolben (21) und anderenends gegen ein im Düsenkörper (1) angeordnetes Widerlager (26) abstützt.

4. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerlager (26) für die Druckfeder (24) von einer Einstellschraube (27) gebildet ist, deren Relativlage zum Düsenkörper (1 ) mittels eines Bewegungsgewindes einstellbar ist.

5. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegenlager (23) eine einen Anschlag (Gegenstück 33) aufweisende VerStelleinrichtung (29) zur Begrenzung der Bewegungsbahn des Kolbens (21 ) aufweist.

6. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die VerStelleinrichtung (29) koaxial zum Widerlager (25) angeordnet ist und ein Stellglied (28) zur Veränderung des Abstandes zwischen dem Kolben (21) und dem Anschlag (Gegenstück 33) aufweist.

7. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (28) mittels eines steuerbaren Stellmittels (31) pneumatisch, hydraulisch oder motorisch betätigbar ist.

8. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (2) in zwei Kammern (3,4) unterteilt ist, wobei das Betätigungselement (22) und das die Austrittsöffnung (18) verschließende Dichtelement (11) innerhalb der ersten Kammer (3) angeordnet sind, während die Druckfeder (24) des Gegenlagers (23) in der zweiten Kammer (4) angeordnet ist.

9. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kammern (3,4) durch eine Treπneinlage, vorzugsweise durch eine Membran (5) voneinander getrennt sind.

10. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der ersten Kammer (3) ein mit der Breπnstoff-Zuführleitung (7) verbindbarer Zuführkanal (6) zugeordnet ist.

11. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche der ersten Kammer (3) durch Einlegen von Buchsen (20) unterschiedlicher Innendurchmesser veränderbar ist.

12. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen der Buchsen (20) als Stufenbohruπgen ausgebildet sind, deren Bereich mit dem großen Durchmesser als Führung für den Kolben (21) und dessen Bereich mit dem demgegenüber kleineren Durchmesser als Führung für einen zylindrischen Ansatz (12) des Dichtelementes (11) dient.

13. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kammer (4) einen Eingang für einen Zuführkanal (38) zur Erzeugung eines Gegendruckes zum in der ersten Kammer (3) durch den zugeführten Brennstoff aufbaubaren Druck aufweist.

14. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kammer (4) einen Anschluß für eine ein Druckbegrenzungsventil (45) aufweisende Tankleitung (44) aufweist.

15. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang für den Zuführkanal (38) der zweiten Kammer und der Anschluß für die Tankleitung (44) vorzugsweise an einander diametral gegenüberliegenden Stellen der Kammer (4) angeordnet ist.

16. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der zweiten Kammer (4) zwischen dem Widerlager (25) und der Membran (5) eine die Druckfeder (24) umgebende Buchse (46) angeordnet ist, deren Länge teleskopartig veränderbar ist.

17. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (46) Querbohrungen zum Durchtritt des Druckmediums aufweist.

18. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtflächen (14) des Düsenkörpers (1) an auswechselbaren Einsatzstücken (15) ausgebildet sind, die von einem mit dem Düsenkörper (1) lösbar verbundenen Tragteil (16) aufgenommen sind.

19. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (1) und das Tragteil (16) im wesentlichen den gleichen Außendurchmesser aufweisen und der Düsenkörper (1 ) oder das Tragteil (16) lösbar mit einem als Hohlkörper ausgebildeten Außenteil (47) verbunden ist, das mindestens einen Luftzuführkanal (48) aufweist.

20. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftzuführkanal (48) im wesentlichen parallel zur Längsachse des Außenteils (47) gerichtet und zu dessen Bohrung hin offen ist.

21. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des Außenteiles (47) größer als der Außendurchmesser des Düsenkörpers (1) bzw des Tragteils (16) ist, und der Querschnitt des Luftzuführkanals (48) durch Einlegen von Ausgleichsbuchsen (51) unterschiedlicher Außendurchmesser veränderbar ist.

22. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Form des Luftzuführkanals (48) im Bereich seines dem Tragteil (16) benachbarten Endes an dessen Außenkoπtur angepaßt ist und sein freies Ende trichterförmig erweitert ist.

23. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoff-Zuführleitung (7) im unmittelbaren Bereich des Düsenkörpers (1) ein Druckbegrenzungsventil (36) aufweist, das oberhalb eines höchst zulässigen Druckes die Brennstoff-Zuführleitung (7) mit einer Tankleitung (37) verbindet.

24. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoff-Zuführleitung (7) ein, vorzugsweise im unmittelbaren Bereich des Düsenkörpers (1) angeordnetes, Druckregelventii (40) aufweist, das unterhalb eines einstellbares Miπdestdruckes den Durchfluß zur Kammer (3) sperrt.

25. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffleitung (6) und die Druckleitung (39) von einer gemeinsamen Pumpe versorgt sind.

26. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Wandung des Hohlraumes (2) und ein Bereich des Kolbens aus Magneten oder antimagnetischen Metallen besteht, die das pulsierende Öffnen und Schließen der Austrittsöffnung (18) durch Stromimpulse unterstützen oder einleiten.

27. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (21) Mittel aufweist, um von der Druckenergie des Brennstoffes eine Rotationsbewegung des Kolbens (21) abzuleiten.

28. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß daß die Dichtfläche (14) des Dichtelementes (11) mehrere stufenartig angeordnete Dichtflächenabschnitte (14a, 14b, 14c. 14d) unterteilt ist, die mit dementsprechend stufenartig angeordneten Dichtflächenab- schnitten (17a, 17b, 17c, 17d) der Dichtfläche (17) des Einsatzstückes (15) zusammenwirken.

29. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Austrittsschlitze (52) des Luftzuführkanals (48) derart angeordnet und gerichtet ist, daß der aus diesem austretende Luftstrom im Bereich der Austrittsöffnung (18) auf den aus dieser austretenden Brennstoffnebel trifft.