EP2035747A2 - Verbrennungsverfahren sowie brennstoffkesselanordnung dafür - Google Patents

Verbrennungsverfahren sowie brennstoffkesselanordnung dafür

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EP2035747A2
EP2035747A2 EP07721946A EP07721946A EP2035747A2 EP 2035747 A2 EP2035747 A2 EP 2035747A2 EP 07721946 A EP07721946 A EP 07721946A EP 07721946 A EP07721946 A EP 07721946A EP 2035747 A2 EP2035747 A2 EP 2035747A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fuel
combustion
gas
combustion chamber
air
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07721946A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Otto Huthmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP2035747A2 publication Critical patent/EP2035747A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N1/00—Regulating fuel supply
    • F23N1/06—Regulating fuel supply conjointly with draught
    • F23N1/062—Regulating fuel supply conjointly with draught using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C7/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
    • F23C7/02—Disposition of air supply not passing through burner
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C99/00—Subject-matter not provided for in other groups of this subclass
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/34—Burners specially adapted for use with means for pressurising the gaseous fuel or the combustion air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23K—FEEDING FUEL TO COMBUSTION APPARATUS
    • F23K2900/00—Special features of, or arrangements for fuel supplies
    • F23K2900/05003—Non-continuous fluid fuel supply

Definitions

  • the invention relates to a combustion method for a fuel boiler with an exhaust duct and a combustion chamber, in which liquid or gaseous fuel is injected and combustion air is supplied in parallel, and a fuel boiler arrangement for building heating or the like for liquid or gaseous fuels with a combustion chamber with a combustion chamber and an exhaust duct, wherein an injection system for the fuel with a combustion chamber arranged in the final atomizing means and a combustion air supply are provided.
  • Such fuel boilers and combustion methods realized thereby are known in the prior art in conventional boilers for building heating or the like.
  • Such operated with liquid or gaseous fuels boilers or fuel boilers have a combustion chamber in which the combustion of the supplied via a Endzerstäubungsdüse fuel. The resulting thermal energy during combustion is released to the circulating around the combustion chamber in the boiler heat transfer medium and supplied, for example, the building heating and / or water heating.
  • gaseous or other liquid fuels such as natural gas, biogas, rapeseed oil or the like takes place.
  • the disadvantage is that the optimum quantity of combustion air for the quantity of fuel supplied can not be supplied in a sufficiently determined manner. Moreover, it is disadvantageous that, despite the intensive turbulence of the supplied combustion air with the injected fuel uniform mixing for complete combustion of the fuel is not achieved.
  • the object of the invention is therefore to improve the aforementioned combustion process or such a fuel boiler arrangement so that a very accurate quantity metering of the supplied combustion air and a very uniform mixing of fuel and combustion air is achieved.
  • the combustion air is supplied under high pressure near the point of injection of the fuel.
  • the combustion air is intensively and uniformly mixed with the injected fuel, so that a substantially complete combustion takes place.
  • By supplying compressed combustion air over at least one Combustion air supply nozzle by adjusting the pressure and selection of the cross section of the nozzle opening or the nozzle openings in addition to the accurate quantitative detection of the supplied fuel and the supplied combustion air quantitatively very accurately detected and adapted to the needs. For example, it is known from scientific studies that one liter of light fuel oil requires 9.3 m 3 of air with an oxygen content of about 21% for complete combustion.
  • the final atomizer for the fuel and the combustion air supply nozzles are arranged in a multi-hole nozzle.
  • the final atomizing agent for the fuel may be a centrally located nozzle orifice around which radially and substantially equidistantly the combustion air supply nozzles are grouped.
  • the combustion air is supplied at a pressure of 10 bar to 1 50 bar, in particular 50 bar to 125 bar.
  • Pressure range ensures that an intense turbulence and thus mixing with the injected fuel takes place.
  • the combustion method comprises a combustion phase in which fuel and combustion air are injected into the combustion chamber and burned there, the exhaust gas duct being closed; a rest period in the no fuel and no combustion air is supplied, but the exhaust duct remains closed; and an exhaust gas phase, in which the exhaust duct is open for the discharge of the combustion air, wherein after pressure equalization via the exhaust duct, this is closed and a re-combustion cycle begins with the former combustion phase.
  • this embodiment is achieved in a fuel boiler, in which an openable closure means is provided in the exhaust passage, which is apparent as a function of time, temperature and / or pressure in the combustion chamber.
  • an openable closure means is provided in the exhaust passage, which is apparent as a function of time, temperature and / or pressure in the combustion chamber.
  • care must be taken in a closed combustion chamber to avoid excessive overpressure, for example by a pressure relief valve, rupture disk or the like.
  • a control and regulating device which controls an intermittent combustion, wherein at least one temperature and / or pressure sensor in the combustion chamber with active connections to the control and regulating device, and effective lines between the control and regulating device and the fuel pumping means for supplying the fuel, the pumping means for supplying the combustion air and the apparent closure means of the exhaust duct are provided.
  • the temperature sensor should be arranged in the combustion chamber so that it is arranged in a zone of maximum temperature in order to avoid overheating safely.
  • pressure sensor thus a maximum operating pressure for the combustion chamber is considered.
  • temperature sensors and pressure sensors can be used in parallel to monitor both the maximum temperature and a maximum pressure.
  • the exhaust gas channel then has a waste water connection for the removal of condensate forming in the exhaust gas channel.
  • the fuel via a Gasanheimungsvorraum with a gas or a gas mixture, in particular oxygen or air is enriched, in which the fuel is atomized and the gas / gas mixture is supplied to the atomized fuel, wherein then the enriched fuel directly into the combustion chamber in Ways of a final atomization is injected and the fuel is cooled, at least in the enriched state until the final atomization, the supplied fuel for the subsequent combustion in the combustion chamber is optimally conditioned.
  • Such a method or such an injection system is known for internal combustion engines from DE 103 02 729 A1.
  • the fuel is saturated by the upstream atomization in a Gasanreichungsvoriques with a likewise supplied under pressure gas / gas mixture and then injected directly into the combustion chamber via the Endzerstäubungsstoff for final atomization.
  • the cooling of the enriched fuel counteracts a premature exit of the gas / gas mixture from the fuel before the final atomization.
  • ambient air, natural gas or the like gas mixtures or pure gases such as oxygen, hydrogen or the like can be supplied as a gas / gas mixture. This gas or gas mixture is absorbed by the liquid fuel in the gas enrichment device.
  • the boundary conditions are chosen so that auto-ignition is excluded.
  • the injection of the enriched fuel into the combustion chamber then runs a reverse process, namely the desorption (stripping process) from.
  • the volatile component namely the gas or gas mixture
  • the microdroplets of the fuel which are generated by the injection nozzle during atomization, at a correspondingly lower pressure.
  • the micro-droplets of the enriched fuel are atomized during this desorption to approximately molecular fuel particles. Accordingly, the effective surface area of the molecularly small fuel particles increases significantly with the air, so that the expansion rate of the combustion front increases and a much more complete combustion of the fuel takes place in the combustion chamber.
  • the injection system has a gas enrichment device for enriching the fuel with a gas or a gas mixture, in particular oxygen or air, and a cooling system is provided, with which the enriched fuel until the final atomization in Endzerstäubungsmitte! is cooled.
  • the Gasanreichungsvoriques has a
  • Enrichment space for fueling with a gas or a gas mixture, in particular oxygen or air, with at least one pre-atomizing agent and at least one opening for a gas inlet into the enrichment space, with at least one fuel pumping means for supplying the fuel and a second pumping means for supplying the gas / Gas mixture into the enrichment space, with a supply line for passing the enriched fuel from the enrichment space to the final atomizer in the combustion chamber.
  • the first and the second pumping means may be formed as a common compressor, so the compressed ambient air on the one hand of the gas enrichment device for Enrichment of the fuel and on the other hand to supply as combustion air via corresponding distributing supply lines.
  • the cooling of the enriched fuel already takes place in the Gasanreichungs- device.
  • the gas absorption and saturation of the fuel is optimally supported by the cooling already from the gas enrichment device.
  • the gas pressure of the gas / gas mixture supplied to the Gasanreich réelles- device is at least 100 bar, wherein the fuel with a 1, 2 to 50-fold pressure against the gas pressure is injected into the gas enrichment device, an optimal absorption of the gas / gas mixture achieved in the fuel and a self-ignition of the highly explosive fuel / gas mixture safely avoided.
  • ambient air is injected at a pressure of 100 bar into the gas enrichment device and the fuel is injected at a pressure of 125 bar via the pre-atomizing agent into the enrichment chamber.
  • the gas pressure of the gas / gas mixture is set higher when enriching the fuel in the gas enrichment device than the air pressure in the combustion chamber in the final atomization, a desired degassing of the fuel is supported immediately after the injection into the combustion chamber.
  • degassing the fuel is atomized in comparison to previous methods significantly finer microdroplets of molecular size, so that the surface is significantly increased to react with the combustion air during combustion, resulting in an even more intense and more complete combustion result. If the heat in the combustion chamber is additionally dissipated via at least one heat exchanger arranged in the combustion chamber, the thematic energy generated in the combustion chamber is transferred even more effectively.
  • this is achieved in that in the combustion chamber, at least a first heat exchanger is arranged, through which the heat transfer medium for heat extraction in the combustion chamber is circulated.
  • a second heat exchanger may be provided in a hot water tank for hot water, through which the heat transfer medium heated in the first heat exchanger is circulated.
  • the combustion chamber is assigned a pressure equalization vessel.
  • a heat pump can be arranged on the exhaust duct.
  • FIG. 2 shows the arrangement with conditioned fuel supply shown in FIG. 1, FIG.
  • Fig. 5 a, b a combination nozzle according to the invention in a longitudinal cross section and a plan view.
  • a conventional fuel boiler 1 is shown schematically in the form of a boiler for a building heating.
  • the fuel boiler 1 has a combustion chamber 1 1 with downstream adjacent exhaust duct 12.
  • the exhaust duct 1 2 releases the resulting during combustion exhaust gases freely to the ambient air.
  • the gaseous or liquid fuel to be burned in the fuel boiler 1 is supplied via an injection system or fuel supply 2 to the combustion chamber 1 1.
  • the fuel supply 2 has a fuel pumping means 24 in the form of an injection pump, downstream of the injection pump 24 a supply line 26 and at the downstream end of the supply line 26 a Endzerstäubungsstoff or injector 21 in the combustion chamber 1 1.
  • a supply line On the suction side of the injection pump 24 is a supply line, not shown, for example, connected by a fuel oil tank.
  • the fuel boiler arrangement according to FIG. 1 has a combustion air supply 3 for the quantity-matched supply of
  • the combustion air supply 3 has a first pumping means 31, which sucks, for example, ambient air on the suction side, compressed and on the pressure side via a supply line 34 to the combustion chamber 1 1 supplies. At the downstream end of the supply line 34, one or more combustion air supply nozzles 32 are arranged in the combustion chamber 1 1.
  • the second embodiment according to FIG. 2 is likewise a conventional fuel boiler, as described for FIG. 1, which is likewise provided with the combustion air feed 3. In this regard, reference is made to the description of FIG. 1. Matching components are designated by the same reference numerals.
  • the fuel supply 2 'in the embodiment according to FIG. 2 has a gas enrichment device 22.
  • the gas enrichment device 22 is upstream of the fuel pumping means 24 upstream.
  • the fuel for example, from an oil tank, is injected into the gas enrichment device 22 under a high delivery pressure.
  • the gas enrichment device 22 has an enrichment space 221 into which the fuel is injected via the fuel pumping means 24 under high pressure via a pre-atomizing agent 222.
  • the compressed air to a gas inlet opening 223 in the enrichment chamber 221st In the enrichment chamber 221, the supplied compressed air is dissolved in the fuel.
  • the so enriched with air fuel (conditioned fuel) is about
  • a cooling system 7 For cooling the conditioned fuel, a cooling system 7 is provided which preferably cools the gas enrichment device 22 with enrichment chamber 221 and the supply line 26 until immediately before the end atomizing agent 21 in the combustion chamber 1 1.
  • the supply line 26 may be formed insulated in a suitable manner heat.
  • the first pumping means 31 and the second pumping means 25 for compressing ambient air in a common compressor 33 are summarized.
  • two supply lines 34, 35 are connected.
  • the first supply line 34 leads to the combustion air supply nozzles 32 in the combustion chamber 11.
  • the second supply line 35 leads to the gas inlet opening 223 in the enrichment space 221.
  • a further alternative embodiment is shown schematically.
  • the fuel tank 1 'shown in Fig. 3 is configured with a fuel supply 2 as in Fig. 1 and a combustion air supply 3 as in Fig. 1 or 2.
  • the fuel tank 1 ' has its combustion chamber 1 1 downstream of an exhaust passage 1 2, which is closable with a closure means 14.
  • the combustion in this fuel tank 1 ' is carried out batchwise in preferably closed by means of closure means 14 exhaust duct 12 in the combustion chamber 1 first After combustion and cooling phase, the closure means 14 are then opened and the exhaust gases are discharged and the combustion chamber relieves pressure 1 1. After re-closing of the closure means 14 in the exhaust duct 1 2 another combustion cycle takes place.
  • a connected to the combustion chamber 1 1 pressure equalization vessel 17 is provided.
  • this arrangement can also be used in the embodiment of FIG. 4.
  • a first heat exchanger 16 is further arranged in the combustion chamber 1 1 of the fuel boiler 1 'through which the heat transfer medium 13 of the fuel kesseis 1' is circulated.
  • the heated from the first heat exchanger 16 in the combustion chamber 1 1 heat transfer medium 13 is passed to a second heat exchanger 61 in a hot water tank 6 to heat hot water there.
  • This embodiment can also be used in the embodiments according to FIGS. 1, 2 and 4. For clarity, this is shown only in Fig. 3.
  • the combustion chamber 1 1 first heat exchanger 1 6 By arranged in the combustion chamber 1 1 first heat exchanger 1 6, the in
  • Combustion chamber generated thermal energy particularly effectively and quickly transferred to a circulating in the heat exchanger heat transfer medium.
  • this embodiment increases the effectiveness of the fuel boiler.
  • the fuel boiler arrangement has a fuel tank 1 'according to FIG. 3 and a fuel feed 2', as described for FIG. 2.
  • a fuel tank 1 ' according to FIG. 3
  • a fuel feed 2' as described for FIG. 2.
  • Matching components are designated by the same reference numerals.
  • a control and regulating device 5 is shown in Fig. 4, which is not shown for clarity in the other embodiments or is not required.
  • the control and regulating device 5 has an active line 51 to a temperature and / or pressure sensor 1 5 in the combustion chamber 1 1 on. Furthermore, the control and regulating device 5 has active lines 52 for controlling the injection pump 27, the fuel pumping means 24, the first pumping means 31 and the second pumping means 25. Further, the control and regulating device 5 is connected via effective line 53 with the closure means 14. With the control and regulating device 5, the preferred, intermittent combustion method can be carried out as follows:
  • the arranged in the combustion chamber 1 1 sensor 1 5 registers the combustion chamber temperature and / or the combustion chamber pressure.
  • the measured values are compared via effective line 51 in the control and regulating device 5 with limit values and stopped upon reaching a maximum pressure or a maximum temperature of the burning process.
  • the exhaust gas phase is then introduced via the control and regulating device 5 when the limit values fall below corresponding threshold values, whereby the closure means 14 for opening the exhaust gas channel 12 via effective line 53 is controlled. Accordingly, the exhaust gases flow out of the combustion chamber 1 1 and there is a pressure relief of the combustion chamber 1 first Subsequently, the closure means 14 is closed again and a renewed combustion cycle with the aforementioned combustion phase can begin.
  • a combination nozzle 4 is shown in detail in a longitudinal section (a) and in plan view (b), in particular in the embodiment according to FIG. 2 and / or according to FIG. 4 when using conditioned fuel Can be found.
  • the combination nozzle 4 on an axially central supply line 26 for supplying the conditioned fuel.
  • the Endzerstäubungsstoff or injection nozzle 21 is arranged.
  • the combustion air supply nozzles 32 are arranged radially around the injection nozzle 21 close to this.
  • the supply air nozzles 32 are arranged at equal distances from one another in a circle around the injection nozzle 21.
  • a heat insulating material is disposed around the fuel supply line 26 to keep the conditioned fuel cool.
  • an ignition electrode 41 is arranged close to the injection nozzle 21. Ignition electrode 41 can electrically ignite the injected, conditioned fuel.
  • injection system 21 end atomizer, injector

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verbrennungsverfahren für einen Brennstoffkessel mit einem Abgaskanal und einem Brennraum, in den flüssiger oder gasförmiger Brennstoff injiziert und parallel Verbrennungsluft zugeführt wird, wobei die Verbrennungsluft unter Hochdruck nahe der Injektionsstelle des Brennstoffs zugeführt wird. Ferner betrifft die Erfindung einen Brennstoffkesselanordnung für Gebäudeheizung oder dergleichen für flüssige oder gasförmige Brennstoffe mit einem Brennstoff kessel (1, T) mit einem Brennraum (11) und einem Abgaskanal (12), wobei eine Einspritzanlage (2) für den Brennstoff mit einem im Brennraum (11) angeordneten Endzerstäubungsmittel (21) und eine Verbrennungsluftzufuhr (3) vorgesehen sind, wobei ein erstes Pumpmittel (31) zur Druck beaufschlagten Zufuhr der Verbrennungsluft in den Brennraum (11) vorgesehen ist und dass wenigstens eine Verbrennungsluftzufuhrdüse (32) nahe des Endzerstäubungsmittels (21) für den Brennstoff angeordnet ist.

Description

B E S C H R E I B U N G
Verbrennungsverfahren sowie Brennstoffkesselanordnung dafür
Die Erfindung betrifft ein Verbrennungsverfahren für einen Brennstoffkessel mit einem Abgaskanal und einem Brennraum, in den flüssiger oder gasförmiger Brennstoff injiziert und parallel Verbrennungsluft zugeführt wird, sowie eine Brennstoffkesselanordnung für Gebäudeheizung oder dergleichen für flüssige oder gasförmige Brennstoffe mit einem Brennkessel mit einem Brennraum und einem Abgaskanal, wobei eine Einspritzanlage für den Brennstoff mit einem im Brennraum angeordneten Endzerstäubungsmittel und eine Verbrennungsluftzufuhr vorgesehen sind.
Derartige Brennstoffkessel und damit verwirklichte Verbrennungsverfahren sind im Stand der Technik in herkömmlichen Heizkesseln für die Gebäudeheizung oder dergleichen bekannt. Derartige mit flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen betriebene Heizkessel oder Brennstoffkessel weisen einen Brennraum auf, in dem die Verbrennung des über eine Endzerstäubungsdüse zugeführten Brennstoffs erfolgt. Die bei der Verbrennung entstehende thermische Energie wird an das um den Brennraum im Kessel zirkulierende Wärmeträgermedium abgegeben und beispielsweise der Gebäudeheizung und/oder Warmwasserbereitung zugeführt.
Um eine möglichst effektive Verbrennung des Brennstoffs zu erreichen wird parallel zur Brennstoffzufuhr Verbrennungsluft zugeführt. Herkömmliche Heizkessel werden meist mit Luftüberschuss betrieben. Bei Ölheizungen, auch Ölfeuerungen genannt, wird das Öl über eine Einspritzanlage mit einer Vorwärmung einer Endzerstäubungsdüse zugeführt. Parallel dazu wird über ein Gebläse die Verbrennungsluft über eine sog. Stauscheibe sich intensiv mit dem injizierten Öl verwirbelnd zugeführt. Es bildet sich ein turbulent verwirbelter Ölnebel mit einer möglichst intensiven Vermischung. Der Ölnebel wird in geeigneter Weise entzündet und brennt anschließend als stete Flamme.
Ähnlich erfolgt die Verbrennung von gasförmigen oder anderen flüssigen Brennstoffen, wie beispielsweise Erdgas, Biogas, Rapsöl oder dergleichen.
Nachteilig ist jedoch, dass die für die zugeführte Brennstoffmenge optimale Verbrennungsluftmenge mengenmäßig nicht hinreichend bestimmt zugeführt werden kann. Darüber hinaus ist nachteilig, dass trotz der intensiven Verwirbelung der zugeführten Verbrennungsluft mit dem injizierten Brennstoff eine gleichmäßige Vermischung für einen vollständigen Abbrand des Brennstoffes nicht erreicht wird.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, dass vorgenannte Verbrennungsverfahren bzw. eine derartige Brennstoffkesselanordnung so weiterzubilden, dass eine sehr genaue Mengendosierung auch der zugeführten Verbrennungsluft und eine sehr gleichmäßige Vermischung von Brennstoff und Verbrennungsluft erreicht wird.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Verbrennungsverfahren gemäß Anspruch 1 und einer Brennstoffkesselanordnung gemäß Anspruch 1 1 .
Dadurch, dass ein erstes Pumpmittel zur Druck beaufschlagten Zufuhr der Verbrennungsluft in den Brennraum vorgesehen ist und dass wenigstens eine Verbrennungsluftzufuhrdüse nahe des Endzerstäubungsmittels für den Brennstoff angeordnet ist, wird die Verbrennungsluft unter Hochdruck nahe der Injektionsstelle des Brennstoffs zugeführt. Durch diese Vorkehrung wird die Verbrennungsluft intensiv und gleichmäßig mit dem injizierten Brennstoff vermischt, so dass eine im wesentlichen vollständige Verbrennung erfolgt. Durch die Zufuhr von komprimierter Verbrennungsluft über wenigstens eine Verbrennungsluftzufuhrdüse kann durch Einstellung des Drucks und Auswahl des Querschnitts der Düsenöffnung bzw. der Düsenöffnungen neben der genauen mengenmäßigen Erfassung des zugeführten Brennstoffs auch die zugeführte Verbrennungsluft mengenmäßig sehr genau erfasst und an die Erforderlichkeiten angepasst werden. Beispielsweise ist aus wissenschaftlichen Untersuchungen bekannt, dass ein Liter leichtes Heizöl 9,3 m3 Luft mit einem Sauerstoffgehalt von ca. 21 % für eine vollständige Verbrennung benötigt.
Vorteilhaft sind das Endzerstäubungsmittel für den Brennstoff und die Verbrennungsluftzufuhrdüsen in einer Mehrlochdüse angeordnet. Dabei kann das Endzerstäubungsmittel für den Brennstoff eine zentral angeordnete Düsenöffnung sein, um die sich radial und im wesentlich gleich beabstandet die Verbrennungsluftzufuhrdüsen gruppieren.
Verfahrensgemäß wird die Verbrennungsluft mit einem Druck von 10 bar bis 1 50 bar, insbesondere 50 bar bis 125 bar zugeführt. Bei diesem
Druckbereich wird sichergestellt, dass eine intensive Verwirbelung und damit Vermischung mit dem injizierten Brennstoff erfolgt.
Dadurch, dass eine intermittierende Verbrennung erfolgt, bei dem der Abgaskanal während der Verbrennung verschlossen ist, kann eine vorgegebene Brennstoffcharge mit der für die Verbrennung erforderlichen Verbrennungsluft im Brennraum verbrannt werden, ohne dass die heißen Abgase unmittelbar über den Abgaskanal abgeführt werden. Erst nach Ablauf des Verbrennungsvorgangs und einer gewissen Abkühlungszeit wird dann der Abgaskanal wieder geöffnet.
Bevorzugt weist das Verbrennungsverfahren auf eine Verbrennungsphase, bei der Brennstoff und Verbrennungsluft in den Brennraum injiziert und dort verbrannt wird, wobei der Abgaskanal verschlossen ist; eine Ruhephase in der kein Brennstoff und keine Verbrennungsluft zugeführt wird, aber der Abgaskanal weiterhin verschlossen bleibt; und eine Abgasphase, in der der Abgaskanal zur Ableitung der Verbrennungsluft geöffnet ist, wobei nach Druckausgleich über den Abgaskanal dieser verschlossen wird und ein erneuter Verbrennungszyklus mit erstgenannter Verbrennungsphase beginnt.
Vorrichtungsgemäß wird diese Ausgestaltung bei einem Brennstoffkessel erreicht, bei dem ein offenbares Verschlussmittel im Abgaskanal vorgesehen ist, das in Abhängigkeit von Zeit, Temperatur und/oder Druck im Brennraum offenbar ist. Selbstverständlich ist bei einem abgeschlossenen Verbrennungsraum Sorge zu tragen zur Vermeidung eines übermäßigen Überdrucks, beispielsweise durch ein Überdruckventil, Berstscheibe oder dergleichen.
Für die intermittierende, phasenweise Verbrennung ist eine Steuer- und Regeleinrichtung vorgesehen, die eine intermittierende Verbrennung steuert, wobei wenigstens ein Temperatur- und/oder Druckfühler im Brennraum mit Wirkverbindungen zur Steuer- und Regeleinrichtung, sowie Wirkleitungen zwischen der Steuer- und Regeleinrichtung und dem Brennstoffpumpmittel zum Zuführen des Brennstoffs, dem Pumpmittel zum Zuführen der Verbrennungsluft und dem offenbaren Verschlussmittel des Abgaskanals vorgesehen sind. Dabei sollte der Temperaturfühler im Brennraum so angeordnet sein, dass er in einer Zone der Maximaltemperatur angeordnet ist, um eine Überhitzung sicher vermeiden zu können. Bei einem alternativ angeordneten Druckfühler wird somit ein maximaler Betriebsdruck für den Brennraum beachtet. Selbstverständlich können auch Temperaturfühler und Druckfühler parallel eingesetzt werden, um sowohl die Maximaltemperatur wie auch einen Maximaldruck überwachen zu können.
Wenn in der Ruhephase ein Abklingen der Brennraumtemperatur auf 60 0C bis 140 0C, insbesondere 80 0C bis 100 0C abgewartet wird und dann erst der Abgaskanal zur Ableitung der Verbrennungsluft geöffnet wird, wird die bei der Verbrennung erzeugte thermische Energie weitestgehend an das Wärmeträgermedium im Heizkessel übertragen und somit für die gewünschten Heizzwecke genutzt. Die verbleibende Abgastemperatur kann bei entsprechender Ausbildung der Abgasführung auch den sonst kritischen Taupunkt unterschreiten.
Der Abgaskanal weist dann einen Abwasseranschluss zur Abführung von sich im Abgaskanal bildenden Kondensat auf.
Dadurch, dass der Brennstoff über eine Gasanreichungsvorrichtung mit einem Gas oder einem Gasgemisch, insbesondere Sauerstoff oder Luft, angereicht wird, in dem der Brennstoff zerstäubt wird und das Gas/Gasgemisch dem zerstäubten Brennstoff zugeführt wird, wobei anschließend der angereicherte Brennstoff direkt in den Brennraum im Wege einer abschließenden Zerstäubung eingespritzt wird und der Brennstoff zumindest im angereicherten Zustand bis zum abschließenden Zerstäuben gekühlt wird, wird der zugeführte Brennstoff für die nachfolgende Verbrennung im Brennraum optimal konditioniert.
Ein derartiges Verfahren bzw. eine derartige Einspritzanlage ist für Verbrennungsmotoren aus der DE 103 02 729 A1 bekannt. Der Brennstoff wird durch die vorgelagerte Zerstäubung in einer Gasanreichungsvorrichtung mit einem ebenfalls unter Druck zugeführten Gas/Gasgemisch gesättigt und dann direkt in den Brennraum über das Endzerstäubungsmittel zur abschließenden Zerstäubung eingespritzt. Dabei wird durch das Kühlen des angereicherten Brennstoffs einem vorzeitiger Austritt des Gas/Gasgemisches aus dem Brennstoff vor dem abschließenden Zerstäuben entgegengewirkt. Als Gas/Gasgemisch kann beispielsweise Umgebungsluft, Erdgas oder dergleichen Gasgemische oder reine Gase, wie Sauerstoff, Wasserstoff oder dergleichen zugeführt werden. Dieses Gas bzw. Gasgemisch wird in der Gasanreicherungsvorrichtung von dem flüssigen Brennstoff absorbiert. Dabei werden die Randbedingungen so gewählt, dass eine Selbstzündung ausgeschlossen wird. Mit der Einspritzung des angereicherten Brennstoffs in den Brennraum läuft dann ein umgekehrter Prozess, nämlich die Desorption (Stripping-Prozess) ab. Dabei wird aus den Mikrotropfen des Brennstoffs, die bei der Zerstäubung durch die Einspritzdüse erzeugt werden, bei entsprechend niedrigerem Druck die flüchtige Komponente, nämlich das Gas bzw. Gasgemisch, in eine selbständige gasförmige Phase ausgeschieden. Dabei werden die Mirkotropfen des angereichten Brennstoffs bei dieser Desorption auf annähernd molekulare Brennstoffpartikel zerstäubt. Entsprechend vergrößert sich die wirksame Oberfläche der molekular kleinen Brennstoffpartikel mit der Luft erheblich, so dass die Ausdehnungsgeschwindigkeit der Verbrennungsfront steigt und eine erheblich vollständigere Verbrennung des Brennstoffs im Brennraum erfolgt.
Vorrichtungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Einspritzanlage eine Gasanreichungsvorrichtung zur Anreicherung des Brennstoffs mit einem Gas oder einem Gasgemisch, insbesondere Sauerstoff oder Luft, aufweist und ein Kühlsystem vorgesehen ist, mit dem der angereicherte Brennstoff bis zum abschließenden Zerstäuben im Endzerstäubungsmitte! gekühlt ist. In bevorzugter Ausgestaltung weist die Gasanreichungsvorrichtung einen
Anreicherungsraum auf zur Anreichung von Brennstoff mit einem Gas oder einem Gasgemisch, insbesondere Sauerstoff oder Luft, mit zumindest einem Vorzerstäubungsmittel sowie zumindest einer Öffnung für einen Gaseinlass in den Anreichungsraum, mit zumindest einem Brennstoffpumpmittel zum Zuführen des Brennstoffs und einem zweiten Pumpmittel zum Zuführen des Gas/Gasgemisches in den Anreichungsraum, mit einer Zufuhrleitung zum Leiten des angereicherten Brennstoffs von dem Anreichungsraum zu dem Endzerstäubungsmittel im Brennraum. Dabei kann das erste und das zweite Pumpmittel als ein gemeinsamer Kompressor ausgebildet sein, der also komprimierte Umgebungsluft einerseits der Gasanreicherungsvorrichtung zur Anreicherung des Brennstoffs und andererseits zur Zufuhr als Verbrennungsluft über entsprechende verteilende Zuleitungen zuführt.
Wenn der angereicherte Brennstoff auf eine Temperatur von 1 bis 10 0C, vorteilhaft 1 bis 3 0C abgekühlt wird, wird eine Ausgasung des Brennstoffs im angereicherten Zustand weitestgehend vermieden. Bevorzugt erfolgt die Abkühlung des angereicherten Brennstoffs bereits in der Gasanreichungs- vorrichtung. Dabei wird durch die Kühlung bereits ab der Gasanreicherungsvorrichtung die Gasaufnahme und -Sättigung des Brennstoffs optimal unterstützt. Dadurch, dass der Gasdruck des in die Gasanreicherungs- Vorrichtung zugeführten Gases/Gasgemisches mindestens 100 bar beträgt, wobei der Brennstoff mit einem 1 ,2 bis 50-fachen Druck gegenüber dem Gasdruck in die Gasanreicherungsvorrichtung eingespritzt wird, wird eine optimale Absorption des Gases/Gasgemisches im Brennstoff erreicht und eine Selbstzündung des hochexplosiven Brennstoff-/Gasgemisches sicher vermieden. Bevorzugt wird Umgebungsluft mit einem Druck von 100 bar in die Gasanreicherungsvorrichtung eingepresst und der Brennstoff mit einem Druck von 125 bar über das Vorzerstäubungsmittel in den Anreicherungsraum injiziert.
Dadurch, dass der Gasdruck des Gases/Gasgemisches beim Anreichern des Brennstoffs in der Gasanreicherungsvorrichtung höher eingestellt wird als der Luftdruck im Brennraum bei der abschließenden Zerstäubung, soll eine gewünschte Entgasung des Brennstoffs unmittelbar nach der Injektion in den Brennraum unterstützt werden. Durch die Entgasung wird dabei der Brennstoff in gegenüber bisherigen Methoden erheblich feinere Mikrotropfen in molekularer Größenordnung zerstäubt, so dass die Oberfläche zur Reaktion mit der Verbrennungsluft bei der Verbrennung erheblich gesteigert wird, was eine noch intensivere und vollständigere Verbrennung zur Folge hat. Wenn die Wärme im Brennraum zusätzlich über wenigstens einen im Brennraum angeordneten Wärmetauscher abgeführt wird, wird die im Brennraum entstehende themische Energie noch effektiver übertragen. Vorrichtungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass im Brennraum wenigstens ein erster Wärmetauscher angeordnet ist, durch den das Wärmeträgermedium zum Wärmeentzug im Brennraum zirkulierbar ist. Dabei kann beispielsweise ein zweiter Wärmetauscher in einem Warmwasserspeicher zur Warmwasserbereitung vorgesehen sein, durch den das im ersten Wärmetauscher erwärmte Wärmeträgermedium zirkuliert wird. Somit steht die im Brennraum entstehende thermische Energie zur raschen Erwärmung eines Warmwasserspeichers zur Verfügung.
Um übermäßige Druckspitzen im Brennraum zu vermeiden, ist dem Brennraum ein Druckausgleichsgefäß zugeordnet.
Um die Restwärme des Abgases im Abgaskanal noch verwerten zu können, kann am Abgaskanal eine Wärmepumpe angeordnet sein.
Nachfolgend werden vier Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen detailliert beschrieben.
Darin zeigt: in Prinzipskizzen
Fig. 1 einen herkömmlichen Brennstoffkessel mit Hochdruck- Verbrennungsluftzufuhr,
Fig. 2 die in Fig. 1 dargestellte Anordnung mit konditionierter Brennstoffzufuhr,
Fig. 3 die in Fig. 1 dargestellte Anordnung, jedoch mit einem verschließbaren Abgaskanal, Fig. 4 die in Fig. 3 dargestellte Anordnung mit einem verschließbaren Abgaskanal und konditionierter Brennstoffzufuhr und
Fig. 5 a, b eine erfindungsgemäße Kombinationsdüse in einem Längsquerschnitt sowie einer Draufsicht.
In Fig. 1 ist ein herkömmlicher Brennstoff kessel 1 in Form eines Heizkessels für eine Gebäudeheizung schematisch dargestellt. Der Brennstoffkessel 1 weist einen Brennraum 1 1 mit stromabwärtig anschließenden Abgaskanal 12 auf. Der Abgaskanal 1 2 führt die bei der Verbrennung entstehenden Abgase frei an die Umgebungsluft.
Der gasförmige oder flüssige Brennstoff, der im Brennstoff kessel 1 verbrannt werden soll, wird über eine Einspritzanlage oder Brennstoffzufuhr 2 dem Brennraum 1 1 zugeführt. Die Brennstoffzufuhr 2 weist ein Brennstoffpumpmittel 24 in Form einer Einspritzpumpe, stromabwärtig der Einspritzpumpe 24 eine Zufuhrleitung 26 und am stromabwärtigen Ende der Zufuhr- leitung 26 ein Endzerstäubungsmittel oder Einspritzdüse 21 im Brennraum 1 1 auf. An der Saugseite der Einspritzpumpe 24 ist eine nicht näher dargestellte Versorgungsleitung, beispielsweise von einem Heizöltank angeschlossen.
Ferner weist die Brennstoffkesselanordnung gemäß Fig. 1 eine Verbrennungsluftzufuhr 3 zur mengenabgestimmten Zufuhr von
Verbrennungsluft in den Brennraum 1 1 auf. Die Verbrennungsluftzufuhr 3 weist ein erstes Pumpmittel 31 auf, das auf der Saugseite beispielsweise Umgebungsluft ansaugt, komprimiert und auf der Druckseite über eine Zufuhrleitung 34 dem Brennraum 1 1 zuführt. Am stromabwärtigen Ende der Zufuhrleitung 34 sind im Brennraum 1 1 eine oder mehrere Verbrennungsluftzufuhrdüsen 32 angeordnet. Beim zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 handelt es sich ebenfalls um einen herkömmlichen Brennstoffkessel, wie zu Fig. 1 beschrieben, der ebenfalls mit der Verbrennungsluftzufuhr 3 versehen ist. Diesbezüglich wird auf die Beschreibung zu Fig. 1 verwiesen. Übereinstimmende Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen benannt.
Ergänzend zur Ausgestaltung gemäß Fig. 1 weist die Brennstoffzufuhr 2' in der Ausgestaltung gemäß Fig. 2 eine Gasanreicherungsvorrichtung 22 auf. Der Gasanreicherungsvorrichtung 22 ist stromaufwärtig das Brennstoffpumpmittel 24 vorgelagert. Mit dem Brennstoffpumpmittel 24 wird der Brennstoff, beispielsweise aus einem Öltank, in die Gasanreicherungsvorrichtung 22 unter hohem Förderdruck injiziert. Die Gasanreichungsvor- richtung 22 weist einen Anreicherungsraum 221 auf, in den der Brennstoff über das Brennstoffpumpmittel 24 unter hohen Druck über ein Vorzerstäubungsmittel 222 eingespritzt wird. Ferner ist ein zweites Pumpmittel 25 zum Ansaugen von Umgebungsluft und Komprimieren der
Umgebungsluft vorgesehen. Auf der Druckseite des zweiten Pumpmittels 25 führt eine nicht näher bezeichnete Leitung die komprimierte Luft zu einer Gaseinlassöffnung 223 im Anreicherungsraum 221 . Im Anreicherungsraum 221 wird die zugeführte komprimierte Luft im Brennstoff gelöst. Der so mit Luft angereicherte Brennstoff (konditionierte Brennstoff) wird über
Zufuhrleitung 26 und Einspritzpumpe 27 über das Endzerstäubungsmittel 21 in dem Brennraum 1 1 eingespritzt.
Zur Kühlung des konditionierten Brennstoffs ist ein Kühlsystem 7 vorgesehen, das bevorzugt die Gasanreicherungsvorrichtung 22 mit Anreicherungsraum 221 und die Zufuhrleitung 26 bis unmittelbar vor dem Endzerstäubungsmittel 21 im Brennraum 1 1 kühlt. Alternativ kann die Zufuhrleitung 26 auch in geeigneter Weise Wärme gedämmt ausgebildet sein. Durch die Kühlung des angereicherten Brennstoffs auf Temperaturen von unter 10 0C, bevorzugt 1 bis 3 0C wird das in der Anreicherungs- einrichtung absorbierte Gas bzw. Gasgemisch im Brennstoff gelöst gehalten. Eine vorzeitige Ausgasung wird verhindert. Bei einem Gasdruck der in den Anreicherungsraum 221 durch das zweite Pumpmittel 25 eingepressten Luft von mindestens 100 bar und einem mindestens 1 ,2-fachen Injektionsdruck für den Brennstoff wird eine optimale Absorption der Luft im Brennstoff erreicht und eine unerwünschte Selbstzündung des explosiven Brennstoff-/ Gasgemisches vermieden.
In bevorzugter Ausgestaltung ist das erste Pumpmittel 31 sowie das zweite Pumpmittel 25 zum Komprimieren von Umgebungsluft in einem gemeinsamen Kompressor 33 zusammengefasst. Auf der Druckseite dieses Kompressors 33 sind zwei Zufuhrleitungen 34, 35 angeschlossen. Die erste Zufuhrleitung 34 führt zu den Verbrennungsluftzufuhrdüsen 32 im Brennraum 1 1 . Die zweite Zufuhrleitung 35 führt zur Gaseinlassöffnung 223 im Anreicherungsraum 221 .
In Fig. 3 ist eine weitere alternative Ausgestaltung schematisch dargestellt. Der in Fig. 3 dargestellte Brennstoffkessel 1 ' ist mit einer Brennstoffzufuhr 2 wie in Fig. 1 und einer Verbrennungsluftzufuhr 3 wie in Fig. 1 oder 2 ausgestaltet. Der Brennstoffkessel 1 ' weist jedoch seinem Brennraum 1 1 nachgeschaltet einen Abgaskanal 1 2 auf, der mit einem Verschlussmittel 14 verschließbar ist. Die Verbrennung in diesem Brennstoffkessel 1 ' erfolgt dabei chargenweise bei bevorzugt mit über Verschlussmittel 14 geschlossenen Abgaskanal 12 im Brennraum 1 1 . Nach erfolgter Verbrennung und Abkühlungsphase werden dann das Verschlussmittel 14 geöffnet und die Abgase abgegeben sowie der Brennraum 1 1 Druck entlastet. Nach dem Wiederverschließen des Verschlussmittels 14 im Abgaskanal 1 2 erfolgt ein weiterer Verbrennungszyklus. Ferner ist zur Vermeidung von übermäßigen Druckspitzen im Brennraum 1 1 ein am Brennraum 1 1 angeschlossenes Druckausgleichsgefäß 17 vorgesehen. Selbstverständlich kann diese Anordnung auch beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 verwendet werden. In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist ferner im Brennraum 1 1 des Brennstoffkessels 1 ' ein erster Wärmetauscher 16 angeordnet, durch den das Wärmeträgermedium 13 des Brennstoff kesseis 1 ' zirkuliert wird. Im dargestellten Ausfϋhrungsbeispiel wird das vom ersten Wärmetauscher 16 im Brennraum 1 1 erhitzte Wärmeträgermedium 13 zu einem zweiten Wärmetauscher 61 in einen Warmwasserspeicher 6 geleitet, um dort Brauchwasser zu erwärmen. Diese Ausgestaltung kann ebenso bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 1 , Fig. 2 und Fig. 4 verwendet werden. Der Übersichtlichkeit halber ist dies lediglich in Fig. 3 dargestellt. Durch den im Brennraum 1 1 angeordneten ersten Wärmetauscher 1 6 kann die im
Brennraum erzeugte thermische Energie besonders effektiv und schnell auf ein im Wärmetauscher zirkuliertes Wärmeträgermedium übertragen werden. Somit erhöht diese Ausgestaltung die Effektivität des Brennstoffkessels.
In der in Fig. 4 dargestellten Ausführung weist die Brennstoffkessel- anordnung einen Brennstoffkessel 1 ' gemäß Fig. 3 und eine Brennstoffzufuhr 2', wie zu Fig. 2 beschrieben, auf. Hinsichtlich dieser Bauteile wird auf die entsprechenden Beschreibungsteile zu den Fig. 2 und 3 verwiesen. Übereinstimmende Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Ergänzend ist in Fig. 4 eine Steuer- und Regeleinrichtung 5 dargestellt, die der Übersichtlichkeit halber bei den anderen Ausführungsbeispielen nicht dargestellt ist oder nicht erforderlich ist.
Die Steuer- und Regeleinrichtung 5 weist eine Wirkleitung 51 zu einem Temperatur- und/oder Druckfühler 1 5 im Brennraum 1 1 auf. Ferner hat die Steuer- und Regeleinrichtung 5 Wirkleitungen 52 zur Ansteuerung der Einspritzpumpe 27, des Brennstoffpumpmittels 24, dem ersten Pumpmittel 31 und dem zweiten Pumpmittel 25. Weiter ist die Steuer- und Regeleinrichtung 5 über Wirkleitung 53 mit dem Verschlussmittel 14 verbunden. Mit der Steuer- und Regeleinrichtung 5 kann das bevorzugte, intermittierende Verbrennungsverfahren wie folgt durchgeführt werden:
1 . In der Verbrennungsphase ist der Abgaskanal 1 2 mit dem Verschlussmittel 14 verschlossen. In dieser Phase wird die Zufuhr von Brennstoff und Anreicherungsgas in die Gasanreicherungsvorrichtung aktiviert.
Parallel wird aus der Gasanreicherungsvorrichtung 22 über Zufuhrleitung 26 mittels Einspritzpumpe 27 angereicherter, konditionierter Brennstoff zum Endzerstäubungsmittel 21 gefördert und komprimierte Verbrennungsluft in den Brennraum 1 1 eingeblasen. Durch Zündung des so eingeblasenen konditionierten Brennstoffs mit Verbrennungsluft mit einer Zündelektrode läuft der Verbrennungsprozess ab.
Der im Verbrennungsraum 1 1 angeordnete Fühler 1 5 registriert die Brennraumtemperatur und/oder den Brennraumdruck. Die Messwerte werden über Wirkleitung 51 in der Steuer- und Regeleinrichtung 5 mit Grenzwerten verglichen und bei Erreichen eines maximalen Drucks bzw. einer maximalen Temperatur der Brennvorgang gestoppt.
2. In einer Ruhephase wird kein Brennstoff und keine Verbrennungsluft zugeführt. In der Ruhephase bleibt der Abgaskanal weiterhin verschlossen. Die in der Verbrennung erzeugte thermische Energie wird nun vom Brennstoffkessel 1 ' und dem ihm umgebenden Wärmeträgermedium 13 aufgenommen und für Heizzwecke oder dergleichen abgeführt. Entsprechend verringert sich die Temperatur und/oder der Druck im Brennraum 1 1 .
3. Aus über Fühler 1 5 ermittelten Messwerten für Temperatur bzw. Druck wird dann über die Steuer- und Regeleinrichtung 5 bei Unterschreiten entsprechender Grenzwerte die Abgasphase eingeleitet, wobei über Wirkleitung 53 das Verschlussmittel 14 zum Öffnen des Abgaskanals 12 angesteuert wird. Entsprechend strömen die Abgase aus dem Brennraum 1 1 und es erfolgt eine Druckentlastung des Brennraums 1 1 . Anschließend wird das Verschlussmittel 14 wieder verschlossen und ein erneuter Verbrennungszyklus mit der vorgenannten Verbrennungsphase kann beginnen.
In Fig. 5 a und b ist eine Kombinationsdüse 4 im Detail in einem Längsschnitt (a) und in Draufsicht (b) dargestellt, die insbesondere bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 2 und/oder gemäß Fig. 4 bei der Verwendung von konditioniertem Brennstoff Verwendung finden kann. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Kombinationsdüse 4 eine axial zentrische Zufuhrleitung 26 zur Zufuhr des konditionierten Brennstoffs auf. Am Ende dieser Leitung 41 ist das Endzerstäubungsmittel oder Einspritzdüse 21 angeordnet. Ferner sind die Verbrennungsluftzufuhrdüsen 32 radial um die Einspritzdüse 21 nahe zu dieser angeordnet. Bevorzugt sind die Zuluft- düsen 32 zueinander gleich beabstandet kreisförmig um die Einspritzdüse 21 angeordnet. Um die Brennstoffzufuhrleitung 26 ist ein Wärmedämmstoff angeordnet, um den konditionierten Brennstoff kühl zu halten. In der in Fig. 5 b) dargestellten Draufsicht der Kombinationsdüse 4 ist eine Zündelektrode 41 nahe der Einspritzdüse 21 angeordnet. Die Zündelektrode 41 kann den injizierten, konditionierten Brennstoff elektrisch zünden.
Bezugszeichenliste
1 , 1 ' Brennstoffkessel, Heizkessel
1 1 Brennraum 12 Abgaskanal
13 Wärmeträgermedium
14 Verschlussmittel
1 5 Temperatur- und/oder Druckfühler
1 6 erster Wärmetauscher 17 Druckausgleichsgefäß
18 Wärmepumpe
1 9 Abwasseranschluss
2, 2' Brennstoffzufuhr, Einspritzanlage 21 Endzerstäubungsmittel, Einspritzdüse
22 Gasanreicherungsvorrichtung
221 Anreicherungsraum
222 Vorzerstäubungsmittel
223 Gaseinlassöffnung 23 Kühlsystem
24 Brennstoffpumpmittel
25 zweites Pumpmittel
26 Zufuhrleitung
27 Einspritzpumpe
3 Verbrennungsluftzufuhr
31 erstes Pumpmittel
32 Verbrennungsluftzufuhrdüse
33 Kompressor 34 erste Zufuhrleitung
35 zweite Zufuhrleitung Kombinationsdüse
Zündelektrode
Steuer- und Regeleinrichtung
Wirkleitung
Wirkleitung
Wirkleitung
Warmwasserspeicher zweiter Wärmetauscher
Kühlsystem

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 . Verbrennungsverfahren für einen Brennstoffkessel mit einem Abgaskanal und einem Brennraum, in den flüssiger oder gasförmiger Brennstoff injiziert und parallel Verbrennungsluft zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsluft unter
Hochdruck nahe der Injektionsstelle des Brennstoffs zugeführt wird.
2. Verbrennungsverfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsluft mit einem Druck von 10 bar bis 1 50 bar, insbesondere 50 bar bis 1 25 bar zugeführt wird.
3. Verbrennungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine intermittierende Verbrennung erfolgt, bei dem der Abgaskanal während der Verbrennung verschlossen ist,
4. Verbrennungsverfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch
- eine Verbrennungsphase, bei der Brennstoff und Verbrennungs- luft in den Brennraum injiziert und dort verbrannt wird, wobei der Abgaskanal verschlossen ist,
- eine Ruhephase in der kein Brennstoff und keine Verbrennungsluft zugeführt wird, aber der Abgaskanal weiterhin verschlossen bleibt, und - eine Abgasphase, in der der Abgaskanal zur Ableitung der
Verbrennungsluft geöffnet ist, wobei nach Druckausgleich über den Abgaskanal dieser verschlossen wird und ein erneuter Verbrennungszyklus mit erstgenannter Verbrennungsphase beginnt.
5. Verbrennungsverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ruhephase ein Abklingen der Brennraumtemperatur auf 60 0C bis 140 0C, insbesondere 80 0C bis 100 0C abgewartet wird und dann erst der Abgaskanal zur Ableitung der Verbrennungsluft geöffnet wird.
6. Verbrennungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff über eine Gasan- reichungsvorrichtung mit einem Gas oder einem Gasgemisch, insbesondere Sauerstoff oder Luft, angereicht wird, in dem der Brennstoff zerstäubt wird und das Gas/Gasgemisch dem zerstäubten Brennstoff zugeführt wird, wobei anschließend der angereicherte Brennstoff direkt in den Brennraum im Wege einer abschließenden Zerstäubung eingespritzt wird und der Brennstoff zumindest im angereicherten Zustand bis zum abschließenden Zerstäuben gekühlt wird.
7. Verbrennungsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der angereicherte Brennstoff auf eine Temperatur von 1 bis 10 0C, vorteilhaft 1 bis 3 0C abgekühlt wird.
8. Verbrennungsverfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Gasdruck des in die Gasanreicherungvorrichtung zugeführten Gases/Gasgemisches mindestens 100 bar beträgt, wobei der Brennstoff mit einem 1 ,2 bis 50-fachen Druck gegenüber dem Gasdruck in die Gasanreicherungsvorrichtung eingespritzt wird.
9. Verbrennungsverfahren nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasdruck des Gases/Gasgemisches beim
Anreichern des Brennstoffs in der Gasanreicherungsvorrichtung höher eingestellt wird als der Luftdruck im Brennraum bei der abschließenden Zerstäubung.
10. Verbrennungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme im Brennraum zusätzlich über wenigstens einen im Brennraum angeordneten Wärmetauscher abgeführt wird.
1 1 . Brennstoffkesselanordnung für Gebäudeheizung oder dergleichen für flüssige oder gasförmige Brennstoffe mit einem Brennstoffkessel (1 , 1 ') mit einem Brennraum (1 1 ) und einem Abgaskanal (12), wobei eine Einspritzanlage (2) für den Brennstoff mit einem im
Brennraum (1 1 ) angeordneten Endzerstäubungsmittel (21 ) und eine Verbrennungsluftzufuhr (3) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Pumpmittel (31 ) zur Druck beaufschlagten Zufuhr der Verbrennungsluft in den Brennraum (1 1 ) vorgesehen ist und dass wenigstens eine Verbrennungsluftzufuhrdüse (32) nahe des Endzerstäubungsmittels (21 ) für den Brennstoff angeordnet ist.
12. Brennstoffkesselanordnung nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Endzerstäubungsmittel (21 ) für den Brennstoff und die Verbrennungsluftzufuhrdüsen (32) in einer Mehrlochdüse (4) angeordnet sind.
1 3. Brennstoffkesselanordnung nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzanlage (2) eine Gasanreichungs- vorrichtung (22) zur Anreicherung des Brennstoffs mit einem Gas oder einem Gasgemisch, insbesondere Sauerstoff oder Luft, aufweist und ein Kühlsystem (23) vorgesehen ist, mit dem der angereicherte Brennstoff bis zum abschließenden Zerstäuben im Endzerstäubungsmittel (21 ) gekühlt ist.
14. Brennstoffkesselanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasanreichungsvorrichtung (22) einen Anreicherungsraum (221 ) aufweist zur Anreichung von Brennstoff mit einem Gas oder einem Gasgemisch, insbesondere Sauerstoff oder Luft, mit zumindest einem Vorzerstäubungsmittel (222) sowie zumindest einer Öffnung (223) für einen Gaseinlass in den Anreichungsraum (221 ), mit zumindest einem Brennstoff pump- mittel (24) zum Zuführen des Brennstoffs und einem zweiten Pumpmittel (25) zum Zuführen des Gas/Gasgemisches in den Anreichungsraum (221 ), mit einer Zufuhrleitung (26) zum Leiten des angereicherten Brennstoffs von dem Anreichungsraum (221 ) zu dem Endzerstäubungsmittel (21 ) im Brennraum (1 1 ).
1 5. Brennstoffkesselanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Pumpmittel (31 , 25) ein gemeinsamer Kompressor (33) ist.
16. Brennstoff kesselanordnung nach Anspruch 1 1 , 12, 1 3, 14 oder 1 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein offenbares Verschlussmittel (14) im Abgaskanal (1 2) vorgesehen ist, das in Abhängigkeit von Zeit, Temperatur und/oder Druck im Brennraum (1 1 ) offenbar ist.
17. Brennstoffkesselanordnung nach einem der Ansprüche 1 1 bis 1 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuer- und Regeleinrichtung (5) vorgesehen ist, die eine intermittierende Verbrennung steuert, wobei wenigstens ein Temperatur- und/oder Druckfühler (1 5) im Brennraum mit Wirkverbindungen (51 ) zur Steuer- und Regelein- richtung (5), sowie Wirkleitungen (52, 53) zwischen der Steuer- und
Regeleinrichtung (5) und dem Brennstoffpumpmittel (24) zum Zuführen des Brennstoffs einerseits und dem offenbaren Verschlussmittel (14) des Abgaskanals (12) andererseits vorgesehen sind.
18. Brennstoffkesselanordnung nach einem der Ansprüche 1 1 bis 1 7 für Gebäudeheizung mit einem Wärmeträgermedium (13), dadurch gekennzeichnet, dass im Brennraum (1 1 ) wenigstens ein erster
Wärmetauscher (1 6) angeordnet ist, durch den das Wärmeträgermedium (13) zum Wärmeentzug im Brennraum (1 1 ) zirkulierbar ist.
1 9. Brennstoffkesselanordnung nach Anspruch 1 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein zweiter Wärmetauscher (61 ) in einem Warmwasserspeicher (6) zur Warmwasserbereitung vorgesehen ist, durch den das im ersten Wärmetauscher (1 6) erwärmte Wärmeträgermedium (13) zirkuliert wird.
20. Brennstoff kesselanordnung nach einem der Ansprüche 1 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass dem Brennraum ein Druckausgleichs- gefäß (1 7) zugeordnet ist.
21 . Brennstoffkesselanordnung nach einem der Ansprüche 1 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass am Abgaskanal (1 2) eine Wärmepumpe (18) angeordnet ist.
22. Brennstoffkesselanordnung nach einem der Ansprüche 1 1 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaskanal (1 2) einen Ab- wasseranschluss (1 9) zur Abführung von sich im Abgaskanal (1 1 ) bildenden Kondensat aufweist.
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