EP1489352B1 - Mischeinrichtung für einen Öl- oder Gasbrenner - Google Patents

Mischeinrichtung für einen Öl- oder Gasbrenner Download PDF

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EP1489352B1
EP1489352B1 EP04013442.1A EP04013442A EP1489352B1 EP 1489352 B1 EP1489352 B1 EP 1489352B1 EP 04013442 A EP04013442 A EP 04013442A EP 1489352 B1 EP1489352 B1 EP 1489352B1
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EP
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combustion air
mixing device
orifice plate
chamber
housing
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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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
    • F23D11/36—Details, e.g. burner cooling means, noise reduction means
    • F23D11/40—Mixing tubes or chambers; Burner heads
    • F23D11/408—Flow influencing devices in the air tube
    • 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
    • F23D11/001—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space spraying nozzle combined with forced draft fan in one unit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/11401—Flame intercepting baffles forming part of burner head
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/11403—Flame surrounding tubes in front of burner nozzle

Definitions

  • the invention relates to a mixing device for an oil or gas burner according to the preamble of claim 1.
  • a generic burner is for example from the EP 0 558 455 A1 known.
  • the burner consists of a burner housing with a chamber arranged in the latter and a flame tube connected thereto.
  • the air enters the chamber radially from the housing and is displaced by vanes in a helical circulation.
  • a nozzle with a fuel jet generating nozzle is arranged, and in the flame tube, the fuel jet spreads.
  • a diaphragm Between the chamber and the combustion chamber is a diaphragm with a central opening through which the fuel jet passes. With a blower entering the combustion chamber combustion air flow is generated.
  • the burner from the EP 0 683 883 B1 consists of a burner housing, which has a support tube with an arranged in this prechamber and an adjoining flame tube.
  • a nozzle with a fuel jet nozzle is arranged in the prechamber, and in the flame tube, the fuel jet spreads.
  • a diaphragm with a central opening through which the fuel jet passes is generated. This includes a partial stream close to the fuel jet and a recirculation-stabilizing partial flow.
  • the radially outer recirculation-stabilizing partial flow has the shape of a flow pattern corresponding to an annular flow interrupted in the circumferential direction, so that an inner recirculation flow running back from the blue-burning flame to the non-combusting part of the fuel jet is formed in the combustion chamber.
  • the recirculation-stabilizing partial flow of the combustion air stabilizes the inner recirculation flow.
  • the disclosure DE 199 48 876 A1 a method for providing a homogeneous combustion air flow by changing the structure.
  • the air flow is pressed by the impeller of a fan in the spiral channel of the blower housing and passed therefrom in an approximately rectangular deflection in a laterally arranged burner housing.
  • the combustion air flows through air holes in a distributor element in the combustion zone of a fan burner.
  • this arrangement may adversely affect combustion quality and flame stability because of turbulence. These reach up to the aperture and / or the incoming combustion air occurs unevenly through the mantle of the calming element.
  • a combustion device for soot-free burning of liquid fuels is additionally known in which the air flowing through the air duct can be regulated by means of an axially adjustable, cylindrical gasifier head.
  • This is mounted in the region of a spray nozzle and has on its jacket individual incorporated through openings for a first partial flow of the combustion air.
  • the carburetor head together with the air duct at the height of the nozzle opening forms a throttle point for the amount of air to be supplied in the form of a partial flow, which flows directly from the air duct into the combustion zone.
  • the invention has for its object to provide a compact constructed mixing device for an oil or gas burner and to optimize its combustion quality and robustness in different operating conditions.
  • the mixing device for an oil or gas burner is characterized in that upstream of the orifice, between the orifice and the nozzle, a chamber is formed with a homogenizing element with finely distributed passages for the combustion air flow.
  • the combustion air flow from the housing enters radially and thus passes evenly from all sides to the flow openings in the diaphragm.
  • the cylindrical homogenizing element abuts in the axial direction both on the diaphragm and on a closed boundary wall on the side of the nozzle block.
  • a perforated plate forms the cylindrical homogenizing element.
  • the boundary wall of the chamber on the side of the nozzle assembly is placed on this and the holding devices for the diaphragm, which may be attached to the boundary wall or directly on the nozzle, are arranged within the homogenizing element.
  • the depth of the cylindrical homogenization element or the distance between the diaphragm and the boundary wall corresponds approximately to half the diameter of the diaphragm.
  • the panel may be attached directly to the boundary wall via the homogenizing element. Additional holding devices can then be omitted.
  • the boundary wall is extended on the side of the nozzle assembly to the wall of the housing and provided outside in the region of the annular gap with passage openings for the combustion air flow, the total cross-sections are preferably selected to be greater than the total cross sections of all passage openings on the equalization.
  • flow guide elements for example ribs, can generally be arranged in the outlet region of the combustion air channel and / or on the inside of the wall of the housing.
  • a plurality of cylindrical homogenizing elements with different diameters, and with respectively different or identical cross sections or arrangements of the individual passage openings for the combustion air flow, are arranged one above the other at a small distance. These are associated with each other and ensure multiple equalization of the radially entering the chamber at the aperture combustion air.
  • the cross sections of the passage openings for the combustion air flow on the jacket of a homogenizing element can vary as needed. In this case, smaller cross sections are preferably present in the vicinity of the aperture.
  • a compact constructed mixing device for an oil or gas burner is created and its combustion quality and Robustness optimized in different operating conditions.
  • blowers with a combustion air duct which is aligned approximately at right angles to the axis of the mixing device and the combustion air flow does not flow in the axial direction in the housing upstream of the aperture, a uniform, possible low turbulence flow of the aperture is guaranteed.
  • expensive distribution and calming devices in the discharge area of the combustion air duct can be omitted.
  • the drawing illustrates an embodiment of the invention and shows in a single figure a vertical longitudinal section through a mixing device of an oil or gas burner.
  • the mixing device consists of a flame tube 1, which surrounds a combustion chamber 2, in which a fuel jet from a fuel nozzle 3 propagates. This is upstream of the combustion chamber 2, shortly behind a diaphragm 4 with flow openings 5 for the combustion air, mounted on a so-called nozzle 6.
  • the combustion air flow is generated. It opens via a combustion air duct 7 approximately at right angles to the axis of the mixing device in a housing 8 upstream of the aperture. 4
  • a chamber 9 Between the diaphragm 4 and the nozzle 6 is a chamber 9, surrounded by a homogenizing element 10 with finely distributed passages 11 for the combustion air flow.
  • a homogenizing element 10 In the chamber 9, the combustion air flow from the housing 8 enters radially and passes from there to the flow openings 5 in the diaphragm 4.
  • the cylindrical homogenizing element 10 is located in the axial direction both on the diaphragm 4 and on a boundary wall 12 on the side of the Nozzle stock 6 and forms outside of the wall of the cylindrical housing 8 an annular gap.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Mischeinrichtung für einen Öl- oder Gasbrenner nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Ein gattungsgemäßer Brenner ist beispielsweise aus der EP 0 558 455 A1 bekannt. Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 8 besteht der Brenner aus einem Brennergehäuse mit einer in diesem angeordneten Kammer und ein sich daran anschließendes Flammrohr. Die Luft tritt radial aus dem Gehäuse in die Kammer ein und wird durch Flügel in eine schraubenförmige Zirkulation versetzt. In der Kammer ist ein Düsenstock mit einer einen Brennstoffstrahl erzeugenden Düse angeordnet, und in das Flammrohr breitet sich der Brennstoffstrahl aus. Zwischen der Kammer und der Brennkammer befindet sich eine Blende mit einer zentralen Öffnung, durch welche der Brennstoffstrahl hindurch tritt. Mit einem Gebläse wird der in die Brennkammer eintretende Verbrennungsluftstrom erzeugt.
  • Der Brenner aus der EP 0 683 883 B1 besteht aus einem Brennergehäuse, welches ein Stützrohr mit einer in diesem angeordneten Vorkammer und ein sich daran anschließendes Flammrohr aufweist. Im Stützrohr ist in der Vorkammer ein Düsenstock mit einer einen Brennstoffstrahl erzeugenden Düse angeordnet, und in das Flammrohr breitet sich der Brennstoffstrahl aus. Zwischen der Vorkammer und der Brennkammer befindet sich eine Blende mit einer zentralen Öffnung, durch welche der Brennstoffstrahl hindurch tritt. Mit einem Gebläse wird der in die Brennkammer eintretende Verbrennungsluftstrom erzeugt. Dieser umfasst einen brennstoffstrahlnahen Teilstrom sowie einen rezirkulationsstabilisierenden Teilstrom. Der radial außen liegende rezirkulationsstabilisierende Teilstrom besitzt die Form eines einem in Umfangsrichtung unterbrochenen Ringstromes entsprechenden Strömungsbildes, so dass sich in der Brennkammer eine von der blau brennenden Flamme zum nichtbrennenden Teil des Brennstoffstrahls zurück verlaufende innere Rezirkulationsströmung ausbildet. Außerdem stabilisiert der rezirkulationsstabilisierende Teilstrom der Brennluft die innere Rezirkulationsströmung.
  • Weiterhin offenbart die DE 199 48 876 A1 ein Verfahren zum Schaffen eines homogenen Verbrennungsluftstromes durch Änderung der Struktur. Dabei wird der Luftstrom durch das Laufrad eines Gebläses in den Spiralkanal des Gebläsegehäuses gepresst und daraus in einer etwa rechtwinkligen Umlenkung in ein seitlich angeordnetes Brennergehäuse geleitet. Aus diesem strömt die Verbrennungsluft durch Luftlöcher in einem Verteilerelement in die Brennzone eines Gebläsebrenners ein. Es erfolgt eine n-stufige Verringerung des Turbulenzgrades, wobei als 1. Stufe an der Umlenkung vom Spiralkanal zum Brennergehäuse ein Linearberuhiger, vorzugsweise in Form eines Lamellengitters, und/oder als 2. Stufe im Brennergehäuse ein Rohrberuhiger, vorzugsweise in Form eines stirnseitig zum Verteilerelement offenen Zylindergitters, und/oder als 3. Stufe ein Kreisberuhiger in Form eines mit kleinen Löchern versehenen Gitters vor dem Verteilerelement den Luftstrom homogenisiert. Dabei gelangt die Verbrennungsluft über eine relativ lange Mantelfläche in das Zentrum des zylindrischen Beruhigungselementes und von dort aus zur in axialer Anströmrichtung zur Blende.
  • Möglicherweise kann sich diese Anordnung ungünstig auf die Verbrennungsqualität und die Flammenstabilität auswirken, weil Verwirbelungen entstehen. Diese gelangen bis an die Blende und/oder die einströmende Verbrennungsluft tritt ungleichmäßig durch den Mantel des Beruhigungselementes hindurch.
  • Aus der DE 24 07 504 ist zusätzlich noch eine Brennvorrichtung zum rußfreien Verbrennen von flüssigen Brennstoffen bekannt, bei der die den Luftkanal durchströmende Luft mittels eines axial verstellbaren, zylindrischen Vergaserkopfes regelbar ist. Dieser ist im Bereich einer Zerstäuberdüse angebracht und besitzt auf seinem Mantel einzelne eingearbeitete Durchtrittsöffnungen für einen ersten Teilstrom der Verbrennungsluft. Weiterhin bildet der Vergaserkopf gemeinsam mit dem Luftführungsrohr auf Höhe der Düsenöffnung eine Drosselstelle für die zuzuführende Luftmenge in Form eines Teilstromes, welcher direkt aus dem Luftkanal in die Verbrennungszone strömt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kompakt aufgebaute Mischeinrichtung für einen Öl- oder Gasbrenner zu schaffen sowie dessen Verbrennungsqualität und Robustheit in unterschiedlichen Betriebszuständen zu optimieren.
  • Erfindungsgemäß wurde dies mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Die Mischeinrichtung für einen Öl- oder Gasbrenner ist dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts vor der Blende, zwischen der Blende und dem Düsenstock, eine Kammer mit einem Vergleichmäßigungselement mit fein verteilten Durchtrittsöffnungen für den Verbrennungsluftstrom gebildet wird. In diese tritt der Verbrennungsluftstrom aus dem Gehäuse radial ein und gelangt somit gleichmäßig von allen Seiten zu den Strömungsöffnungen in der Blende.
  • Das zylindrische Vergleichmäßigungselement liegt in axialer Richtung sowohl an der Blende als auch an einer geschlossenen Begrenzungswand auf der Seite des Düsenstocks an.
  • Es ist mit einem radialen Abstand zur Wand des umgebenden zylindrischen Gehäuses so angeordnet, dass ein Ringspalt entsteht. Vorzugsweise bildet ein Lochblech das zylindrische Vergleichmäßigungselement. Die Begrenzungswand der Kammer auf der Seite des Düsenstockes ist auf diesen aufgesetzt und die Haltevorrichtungen für die Blende, welche an der Begrenzungswand oder direkt am Düsenstock angebracht sein können, sind innerhalb des Vergleichmäßigungselementes angeordnet. Dabei entspricht die Tiefe des zylindrischen Vergleichmäßigungselementes bzw. der Abstand zwischen Blende und Begrenzungswand etwa dem halben Durchmesser der Blende. Auch kann die Blende direkt über das Vergleichmäßigungselement an der Begrenzungswand befestigt sein. Zusätzliche Haltevorrichtungen können dann entfallen.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird die Begrenzungswand auf der Seite des Düsenstockes bis an die Wand des Gehäuses verlängert und außen im Bereich des Ringspaltes mit Durchtrittsöffnungen für den Verbrennungsluftstrom versehen, deren Gesamtquerschnitte vorzugsweise größer als die Gesamtquerschnitte aller Durchtrittsöffnungen am Vergleichmäßigungselement gewählt sind. Damit wird bereits eine erste Vergleichmäßigung in axialer Richtung erreicht, bevor die Verbrennungsluft durch das eigentliche Vergleichmäßigungselement hindurch tritt. Es entsteht in der Umlenkungszone eine weitere Kammer, die der Kammer an der Blende vorgeschaltet ist.
  • Um die gleichmäßige Anströmung des Vergleichmäßigungselementes zu begünstigen, können generell im Ausmündungsbereich des Verbrennungsluftkanals und/oder an der Innenseite der Wand des Gehäuses Strömungsleitelemente, beispielsweise Rippen, angeordnet sein.
  • Bei einer weiteren Variante werden mehrere zylindrische Vergleichmäßigungselemente mit unterschiedlichen Durchmessern, und mit jeweils unterschiedlichen oder gleichen Querschnitten oder Anordnungen der einzelnen Durchtrittsöffnungen für den Verbrennungsluftstrom, mit geringem Abstand übereinander angeordnet. Diese sind einander zugeordnet und sorgen für eine mehrfache Vergleichmäßigung der radial in die Kammer an der Blende eintretenden Verbrennungsluft. Für eine genaue Anpassung des Verbrennungsluftdurchsatzes bzw. der Durchströmung einzelner Zonen der Blende können die Querschnitte der Durchtrittsöffnungen für den Verbrennungsluftstrom auf dem Mantel eines Vergleichmäßigungselementes bei Bedarf variieren. Dabei sind vorzugsweise in der Nähe der Blende kleinere Querschnitte vorhanden.
  • Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen wird eine kompakt aufgebaute Mischeinrichtung für einen Öl- oder Gasbrenner geschaffen sowie dessen Verbrennungsqualität und Robustheit in unterschiedlichen Betriebszuständen optimiert. Besonders beim Einsatz von Gebläsen mit einem Verbrennungsluftkanal, welcher etwa im rechten Winkel zur Achse der Mischeinrichtung ausgerichtet ist und dessen Verbrennungsluftstrom nicht in axialer Richtung in das Gehäuse stromaufwärts der Blende einströmt, wird eine gleichmäßige, möglichst wirbelarme Anströmung der Blende gewährleistet. Dadurch können einerseits aufwendige Verteiler- und Beruhigungsvorichtungen im Ausmündungsbereich des Verbrennungsluftkanals entfallen. Andererseits vereinfacht sich der Gesamtaufbau einer Mischeinrichtung und der gesamte Brenner bekommt sehr kompakte Abmessungen, weil die Anordnung des Gebläses bzw. des Verbrennungsluftkanals nicht mehr direkt von der Einströmsituation an der Mischeinrichtung, insbesondere stromaufwärts der Blende, abhängt.
  • Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar und zeigt in einer einzigen Figur einen senkrechten Längsschnitt durch eine Mischeinrichtung eines Öl- oder Gasbrenners.
  • Die Mischeinrichtung besteht aus einem Flammrohr 1, welches eine Brennkammer 2 umgibt, in die sich ein Brennstoffstrahl aus einer Brennstoffdüse 3 ausbreitet. Diese ist stromaufwärts zur Brennkammer 2, kurz hinter einer Blende 4 mit Strömungsöffnungen 5 für die Verbrennungsluft, auf einem sogenannten Düsenstock 6 angebracht.
  • Mit einem Gebläse wird der Verbrennungsluftstrom erzeugt. Er mündet über einen Verbrennungsluftkanal 7 etwa im rechten Winkel zur Achse der Mischeinrichtung in ein Gehäuse 8 stromaufwärts der Blende 4.
  • Zwischen der Blende 4 und dem Düsenstock 6 befindet sich eine Kammer 9, umgeben von einem Vergleichmäßigungselement 10 mit fein verteilten Durchtrittsöffnungen 11 für den Verbrennungsluftstrom. In die Kammer 9 tritt der Verbrennungsluftstrom aus dem Gehäuse 8 radial ein und gelangt von dort aus zu den Strömungsöffnungen 5 in der Blende 4. Das zylindrische Vergleichmäßigungselement 10 liegt in axialer Richtung sowohl an der Blende 4 als auch an einer Begrenzungswand 12 auf der Seite des Düsenstocks 6 an und bildet außen zur Wand des zylindrischen Gehäuses 8 einen Ringspalt.

Claims (7)

  1. Mischeinrichtung für einen Öl- oder Gasbrenner, bestehend aus einem Düsenstock (6) mit aufgesetzter Verteilereinrichtung und einer zentralen Brennstoffdüse (3), einem in einen Brennraum ragenden Flammrohr (1), einer Blende (4) mit Strömungsöffnungen (5) für die Verbrennungsluft im Ausmündungsbereich eines Verbrennungsluftkanals (7), welcher an ein Gebläse angeschlossen und etwa im rechten Winkel zur Achse der Mischeinrichtung ausgerichtet ist und in einem Gehäuse (8) stromaufwärts der Blende (4) einmündet, sowie einer Kammer (9) stromaufwärts vor der Blende (4), zwischen der Blende (4) und dem Düsenstock (6), in welche der Verbrennungsluftstrom aus dem Gehäuse (8) radial eintritt,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (9) mit einem Vergleichmäßigungselement (10) mit fein verteilten Durchtrittsöffnungen (11) für den Verbrennungsluftstrom gebildet wird, wobei das Vergleichmäßigungselement (10) in axialer Richtung sowohl an der Blende (4) als auch an einer Begrenzungswand (12) auf der Seite des Düsenstocks (6) anliegt und mit einem radialen Abstand zur Wand des zylindrischen Gehäuses (8) einen Ringspalt ausbildet, und dass die Begrenzungswand (12) auf der Seite des Düsenstocks (6) bis an die Wand des Gehäuses (8) verlängert ist und außen im Bereich des Ringspaltes mit Durchtrittsöffnungen für den Verbrennungsluftstrom versehen ist, deren Gesamtquerschnitte vorzugsweise größer als die Gesamtquerschnitte aller Durchtrittsöffnungen (11) am Vergleichmäßigungselement (10) gewählt sind.
  2. Mischeinrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Vergleichmäßigungselement (10) zylindrisch und vorzugsweise ein Lochblech ist.
  3. Mischeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungswand (12) der Kammer (9) auf der Seite des Düsenstockes (6) auf diesen aufgesetzt ist und dass Haltevorrichtungen für die Blende (4) innerhalb des Vergleichmäßigungselementes (10) angeordnet sind.
  4. Mischeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe des zylindrischen Vergleichmäßigungselementes (10) bzw. der Abstand zwischen Blende (4) und Begrenzungswand (12) etwa dem halben Durchmesser der Blende (4) entspricht.
  5. Mischeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass im Ausmündungsbereich des Verbrennungsluftkanals (7) und/oder an der Innenseite der Wand des Gehäuses (8) Strömungsleitelemente angeordnet sind.
  6. Mischeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass mehrere zylindrische Vergleichmäßigungselemente (10) mit unterschiedlichen Durchmessern, und mit jeweils unterschiedlichen oder gleichen Querschnitten oder Anordnungen der einzelnen Durchtrittsöffnungen (11) für den Verbrennungsluftstrom, mit geringem Abstand übereinander angeordnet und einander zugeordnet sind.
  7. Mischeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnitte der Durchtrittsöffnungen (11) für den Verbrennungsluftstrom auf dem Mantel eines Vergleichmäßigungselementes (10) variieren, wobei vorzugsweise in der Nähe der Blende (4) kleinere Querschnitte vorhanden sind.
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