[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbrennung von flüssigem Brennstoff
mittels eines Ölbrenners, bei welchem der Brennstoff in ein Flammrohr gesprüht, Luft
in das Flammrohr geblasen und Abgas durch Sogwirkung der Luft in das Flammrohr rückgeführt
wird.
[0002] Die EPA 0 655 580 beschreibt einen Ölbrenner, bei welchem eine Düse in einer kegelartigen
Düsenkammer angeordnet ist. Die Düsenkammer weist einen zylindrischen Abschnitt auf,
der auf einer Seite von einer Abschlusswand und auf der andern Seite von einem kegelstumpfförmigen
Bereich begrenzt wird. Durch die Abschlusswand ragen zwei Zündelektroden. Die Düsenkammer
ist mit einer mit radialen Schlitzen versehenen Stauscheibe verbunden, die an der
von der Düse abgewandten Seite mit einem Rohr verbunden ist, welches schlitzförmige
Durchbrechungen aufweist. Das die Durchbrechungen aufweisende Rohr ist koaxial in
einem weiteren Rohr angeordnet. Die beiden Rohre sind über einen konischen Abschnitt
miteinander verbunden. Das ganze ist von einem als Mischrohr bezeichneten Mantel umgeben,
welcher am Ende einen Flansch aufweist, so dass zwischen dem Flansch und dem Durchbrechungen
aufweisenden Rohr ein ringförmiger Spalt gebildet wird. An der Flammseite des Mischrohrs
befindet sich ein äusseres Rezirkulationsrohr und ein inneres Flammrohr. Um den Kaltstart
zu erleichtern, ist das Rezirkulationsrohr mit einer elektrischen Widerstandsheizung
versehen. Wenn Luft aus dem oben erwähnten ringförmigen Spalt strömt, kommt es zu
einem Unterdruck, der für die Rezirkulation von Abgasen durch das innere Flammrohr
sorgt.
[0003] Durch beschriebene Massnahmen entsteht kurz nach der Düse eine Kernflammzone mit
gelber Kernflamme, die etwa 10 bis 30% des Brennstoffes unter Luftmangel mit erhöhten
Abgaswerten verbrennt. Diese gelbe Kernflamme wird zur Stabilisation der blauen Flamme
benötigt. Um die Kernflamme herum und weiter stromabwärts entsteht eine blaue Flamme,
die 70 bis 90% des Brennstoffes verbrennt. Da die Düse den Brennstoff in die Kernflamme
sprüht, erfolgen Vergasung und Verbrennung sowohl in der Kernflamme als auch in der
Hauptflamme.
[0004] Der beschriebene Brenner hat den Nachteil einer sehr komplizierten und teuren Konstruktion.
Nachteilig ist auch, dass er zum guten Kaltstart eine elektrische Widerstandsheizung
benötigt, die ebenfalls einen erheblichen Kostenfaktor bei der Herstellung und im
Betrieb des Brenners darstellt. Besonders nachteilig ist die für die stabile Verbrennung
benötigte gelbe Kernflamme, die es schwierig macht, die Grenzwerte für Kohlenmonoxid
und unverbrannte Kohlenwasserstoffe einzuhalten und zudem wegen der Russbildung die
Betriebssicherheit des Brenners beeinträchtigt.
[0005] Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen,
welche die Verbrennung von flüssigem Brennstoff mit niedrigen Schadstoffemissionen
ermöglicht. Weiter soll der Brenner ohne Zuführung von Fremdenergie ein sehr gutes
Startverhalten aufweisen und praktisch unabhängig von der Form des Feuerungsraumes
ruhig und stabil brennen. Der Brenner soll weiter wartungsfreundlich und günstig in
der Herstellung sein. Die wesentlichen Bestandteile des Brenners sollen sich sowohl
für die Verbrennung von Gas als auch von Öl eignen. Dadurch soll der Brenner durch
kleine Änderungen von Gas auf Öl oder von Öl auf Gas umgestellt werden können.
[0006] Erfindungsgemäss wird dies durch ein Verfahren erreicht, bei welchem der Brennstoff
vor der Flammenwurzel in das rückgeführte Abgas gesprüht und im Abgas verdampft wird,
und das mit verdampftem Brennstoff angereicherte Abgas mit der Luft verwirbelt wird.
[0007] Indem der Brennstoff vor der Flammenwurzel in das Abgas gesprüht wird, gelangt er
in einer ersten Phase ohne Flammenbildung in eine sauerstoffarme und heisse Umgebung
und verdampft sehr rasch und vollständig. Das Gemisch aus Abgas und Brennstoffdampf
wird erst in einer zweiten Phase mit der Luft verwirbelt und brennt dann blau bei
einer relativ niedrigen Temperatur, bei welcher kaum Stickoxide gebildet werden. Durch
die Trennung der Vergasungsphase von der Verbrennungsphase wird der Brennstoff erst
in vollständig vergastem Zustand verbrannt, was sich auch positiv auf die übrigen
Abgaswerte auswirkt. Mit diesem Verfahren werden Abgaswerte für NO
X von unter 60 mg/kW und für CO von unter 16 mg/kW erreicht. Praktisch sofort nach
dem Start sind keine unverbrannten Kohlenwasserstoffe feststellbar.
[0008] Vorteilhaft wird die Luft durch eine zentrale Öffnung in einer Stauscheibe in das
Flammrohr eingeblasen und das Abgas am stauscheibenseitigen Ende des Flammrohres derart
eingelassen, dass es den zentralen Luftstrom ummantelt. Als Alternative dazu ist auch
die Umkehrung davon möglich, nämlich dass der Luftstrom den Abgasstrom ummantelt.
Dies bringt den Vorteil, dass der Brennstoff zentral im Abgasstrom vernebelt wird
und die Flamme expandieren und dadurch kühl brennen kann. Aus konstruktiven Gründen
bietet sich jedoch insbesondere ein Verfahren mit zentralem Luftstrom an. Das Flammrohr
ist im Betrieb des Brenners in einem Brennraum angeordnet und wird daher von Abgas
umgeben. Auf der Aussenseite des Flammrohrs steht somit überall Abgas zur Verfügung
und Luft kann sehr einfach in einem zentralen Strahl zugeführt werden.
[0009] Der Brennstoff kann über mehrere Düsen direkt in den sauerstoffarmen und heissen
Unterdruckbereich gesprüht werden. Da aber eine einzige Düse weniger störungsanfällig
und konstruktiv weniger aufwendig ist, wird der Brennstoff vorteilhaft mit einer Düse
kegelmantelförmig aus dem Zentrum des Luftstroms aus dem Luftstrom hinaus in den heissen
und sauerstoffarmen Abgasmantel gespritzt. Es wird die kinetische Energie der Brennstofftröpfchen
dazu genutzt, den zentralen Luftstrom zu durchdringen und an die Peripherie im Innenraum
des Flammrohrs zu gelangen.
[0010] Dazu wird der Brennstoff vorteilhaft in einem Winkel von 30 bis 45 Grad zur Flammrohrachse
in Richtung zur inneren Wandung des Flammrohres gesprüht. Die Geschwindigkeit des
Luftstromes und die axiale Geschwindigkeitskomponente der Brennstofftröpfchen sind
vorteilhaft ähnlich, so dass die kinetische Energie der Brennstofftröpfchen vorwiegend
dazu genutzt werden kann, den Luftstrom zu durchqueren. Eine bevorzugte Kegelmantelcharakteristik
einer Brennstoffdüse weist 80° auf.
[0011] Vorteilhaft wird der Luftstrom in Rotation um die Flammrohrachse versetzt. Dies bewirkt
eine stabile Verwirbelung des Luftstroms mit dem Brennstoffdampf/AbgasMantel.
[0012] Vorteilhaft wird das an der inneren Wandung des Flammrohres stromabwärts fliessende
Brennstoffdampf/AbgasGemisch durch eine Verengung der Flammenaustrittöffnung am Ausströmen
aus dem Flammrohr gehindert und mit der Luft verwirbelt. Dadurch wird der Brennstoff/Abgas-Mantel
gezwungen, sich mit dem Luftstrom zu vermischen. Durch die Verengung wird auch die
Flamme am Flammrohr gehalten.
[0013] Die Erfindung betrifft auch einen Ölbrenner mit Abgasrezirkulation, mit einer zentral
angeordneten Brennstoffdüse mit Kegelmantelcharakteristik, einer Stauscheibe mit Luftöffnung
und in Strömungsrichtung an die Stauscheibe anschliessend einem Flammrohr, welches
in Stauscheibennähe Öffnungen zum Einlass von Abgas in ein Unterdruckgebiet in Strömungsrichtung
hinter der Stauscheibe aufweist.
[0014] Der Brennstoff wird bei der erfindungsgemässen Brenneranordnung entsprechend dem
oben ausgeführten Verfahren in einem Mantelbereich im Abgas verdampft, indem die Sprühöffnung
der Brennstoffdüse etwa in der Ebene der Unterdruck erzeugenden Stauscheibe liegt
und die Stauscheibe lediglich eine Öffnung aufweist, welche einen ringförmigen, konzentrisch
um die Brennstoffdüse angeordneten Lufteinlass bildet. Dadurch spritzt die Düse vorzugsweise
in einem Winkel von 40 Grad zur Flammrohrachse den Brennstoff durch den Luftstrom
in den Mantel aus Abgas. Diese mit Brennstoffdampf angereicherte Mantelschicht wird
anschliessend mit dem zentralen Luftstrom verwirbelt. Die Flamme ist dadurch hohl,
an der Wurzel mit ringförmigem Querschnitt, und brennt von der Verdampfungszone in
der Nähe der Flammrohrwandung gegen das Zentrum mit dem Luftstrom. Während die Verdampfungszone
heiss und sauerstoffarm ist, weil sie mit heissem Abgas gespiesen wird und sich in
direkter Nachbarschaft zum heissen Flammrohr befindet, ist die Brandzone durch den
Luftstrom gekühlt und mit Sauerstoff versetzt. Die Oberfläche der Flamme ist durch
ihre Hohlform im Verhältnis zu ihrem Volumen grösser und damit die Flamme besser kühlbar
als bei vollen Flammenkörpern und die Verbrennung geschieht in Nachbarschaft zum kühlenden
Luftstrom und nicht zum heissen Abgas. Dadurch dass die Vergasungszone durch Abgas
und Flammrohrwandung aufgeheizt und die Brandzone durch die Luft gekühlt ist, stellt
sich ein kleineres Temperaturgefälle zwischen Flammenwurzel und Flammenspitze ein,
d.h. die Flamme hat eine ausgeglichene Temperatur auf niedrigem Niveau.
[0015] Besonders vorteilhaft wirkt sich die Vergasung im heissen Abgas und fern der kalten
Luftströmung beim Kaltstart aus. Sobald der im Feuerungsraum vorliegende Sauerstoff
verbrennt, d.h. sofort nach dem Kaltstart, befindet sich die Vergasungszone im heissen,
rezirkulierten Abgas. Der Brennstoff wird beim Kaltstart innert Bruchteilen einer
Sekunde bereits vollständig vergast. Nach ca. einer halben Sekunde brennt die Flamme
bereits blau.
[0016] Auf eine Vorwärmung des Brennstoffs wird bewusst verzichtet. Dies kann dank dem ausgezeichneten
Kaltstartverhalten auch problemlos getan werden, was sich nicht nur günstig auf die
Fabrikationskosten und den Stromverbrauch auswirkt. Durch den Verzicht auf eine Vorwärmung
des Brennstoffes ist die Verkokungsgefahr für die Düse bei kleinen Leistungen gebannt.
Der Brenner kann denn auch ohne begleitende Massnahmen bis zu einer Minimal leistung
von ca. 8,5 bis 9 kW gedrosselt werden. Mit einer Frequenzpumpe, also einer Pumpe,
welche einen pulsierenden Brennstoffstrom erzeugt, lässt sich die Minimalleistung
weiter senken bis auf ca. 6 kW.
[0017] Der erfindungsgemässe Brenner ermöglicht damit nicht nur eine Verbrennung entsprechend
dem oben ausgeführten Verfahren, sondern ist in der Herstellung wesentlich einfacher
und damit kostengünstiger, da er aus weniger und einfacher zusammenbaubaren Teilen
hergestellt ist. Zudem ist die Wartung völlig unproblematisch. Ferner eignen sich
die meisten Teile auch zur Herstellung eines Gasbrenners.
[0018] Vorteilhaft ist die Luftöffnung der Stauscheibe mit drallerzeugenden Leitflächen
versehen, um die erwünschte Rotation des Luftstromes zu bewirken.
[0019] Vorteilhaft ist zwischen Flammrohr und Stauscheibe ein im Wesentlichen umlaufender
Rezirkulationsschlitz mit einer Öffnungsweite von wenigstens 0,2 mm zur Selbstreinigung
der Stauscheibe angeordnet. Dieser Schlitz bewirkt eine zuverlässige Reinigung der
Oberfläche der Stauscheibe, indem rezirkuliertes Abgas an dieser entlangstreicht.
Dadurch wird einer Russablagerung an der Stauscheibe vorgebeugt. Der Rezirkulationsschlitz
ist je nach dem, ob zusätzliche Rezirkulationsöffnungen vorgesehen sind oder nicht
unterschiedlich zu dimensionieren. Um einer Russablagerung an der Stauscheibe vorzubeugen,
ist jedoch eine Mindestöffnungsweite von 0,2 mm zweckmässig.
[0020] Vorteilhaft ist das Flammrohr mit distanzhaltenden Verbindungsgliedern an der Stauscheibe
befestigt. Die Montage des Flammrohrs an der Stauscheibe ist damit sehr einfach. Die
Öffnungsweite istt durch die integrierten Distanzhalter vorgegeben. Vorzugsweise sind
es deren drei Verbindungsglieder, weil wenigstens drei Befestigungspunkte für eine
stabile Verbindung benötigt werden, eine grössere Anzahl aber keine Vorteile bringt.
[0021] Vorteilhaft sind in der Flammrohrwandung in Stauscheibennähe mit Abstand zur Stauscheibe
eine Vielzahl von Rezirkulationsöffnungen angeordnet. Diese Rezirkulationsöffnungen
können derart ausgebildet sein, dass die eingesogenen Abgase Wirbel bilden, so dass
der eingespritzte und verdampfte Brennstoff mit dem Abgas gründlich vermischt wird.
[0022] Vorteilhaft ist das Flammrohr an seiner Austrittöffnung verengt. Die Verengung hält
den Abgas/Brennstoffdampf-Mantel im Flammrohr zurück und begünstigt dadurch seine
Verwirbelung mit dem zentralen Luftstrom. Zudem verhindert die Verengung ein Ablösen
der Flamme vom Flammrohr. Eine zweckmässige Verengung macht etwa 1/13 des Flammrohrdurchmessers
aus.
[0023] Vorteilhaft entspricht die Länge des Flammrohrs etwa seinem doppelten Durchmesser.
Diese Proportionen erlauben die Bildung einer stabilen Flamme.
[0024] Vorteilhaft ist die Luftöffnung in der Stauscheibe durch einen die Stauscheibenöffnung
verengenden Blendeneinsatz bestimmt. Die Luftöffnung im Blendeneinsatz kann dadurch
verschieden dimensioniert und allfällige drallerzeugende Leitflächen verschieden ausgestaltet
werden. Die Stauscheibe braucht so zum Verändern der Luftöffnung nicht gewechselt
zu werden. Auch kann der Blendeneinsatz mit kleinerer Materialstärke hergestellt werden
als die Stauscheibe, was für das Einrichten von Luftleitflächen von Vorteil ist, weil
dies dadurch durch Verdrehen von aus einem Stück mit dem Blendeneinsatz ausgestanzten
Lamellen erreicht werden kann. Das Wechseln des Blendeneinsatzes kann auch im Zusammenhang
mit dem Wechseln der Düse nötig sein, weil die Leitflächen vorteilhaft an der Düse
anschliessen, um eine optimale Wirkung auf die Luft auszuüben.
[0025] Die Parameter Strömungsgeschwindigkeit der Luft und Luftmenge sowie Querschnitt des
Luftstromes im Verhältnis zum Flammrohrquerschnitt haben Einfluss auf das Funktionieren
des Brenners. Durch die Querschnittfläche der Luftöffnung und die Gebläseleistung
sind diese Parameter regulierbar. Zweckmässigerweise weist die Luftöffnung eine Querschnittfläche
von 4 bis 13%, vorzugsweise 8 ± 2% der Querschnittfläche des Flammrohres auf.
[0026] Weil der Brennstoff beim Start zuerst mit dem im Brennraum vorhandenen sauerstoffhaltigen
Abgas und der Luft vermischt werden muss, und dies vor allem entlang der Flammrohrwandung,
wo der Brennstoff bei Kaltstart auftrifft, geschieht, ist der Zündpunkt der Zündelektroden
vorteilhaft im mittleren Drittel des Flammrohres angeordnet. Die Nähe zur Flammrohrwandung
ist auch zweckmässig wegen der Distanz zum zentralen, kühlen Luftstrom, der praktisch
keinen Brennstoff enthält. An der Flammrohrwandung hingegen entwickelt sich sehr rasch
eine grosse Hitze, so dass der Brennstoff schon Sekundenbruchteile, ca. 1/2 Sekunde,
nach dem Kaltstart vollständig vergast und blau brennt.
[0027] Vorteilhaft ist der Zündpunkt der Zündelektroden in der stromaufwärtigen Hälfte bei
ca. 2/5 der Länge des Flammrohres angeordnet, denn dort ist das Gemisch bereits gut
zündbar und weiter stromabwärts würden die Elektroden im Flammenwurzelbereich unnötig
störend wirken.
[0028] Der erfindungsgemässe Ölbrenner funktioniert praktisch unabhängig von der Form des
Feuerungsraumes. Er ist insbesondere geeignet für kompakte Feuerunganlagen mit kurzen
Feuerungsräumen. Der erfindungsgemässe Brenner eignet sich insbesondere zur Verbrennung
von Heizöl extraleicht, Ökoöl oder Kerosen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass
der erfindungsgemässe Brenner auch für die Verbrennung von gasfömigem Brennstoff geeignet
ist. Durch Zuführen von Gas in die Luft vor der Stauscheibe und einblasen des Gas/Luftgemisches
kann der Brenner, ohne dass dazu die Oldüse entfernt werden müsste, zum Gasbrenner
umfunktioniert werden.
[0029] Nachfolgend werden zum besseren Verständnis der Erfindung Ausführungsbeispiele der
Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Es zeigt:
- Fig. 1
- den Brennerkopf im Längsschnitt,
- Fig. 2
- schematisch das Verbrennungsverfahren,
- Fig. 3
- Aufsicht auf einen Blendeneinsatz mit ausgeschnittenen, jedoch noch nicht verdrehten
Führungsflächen,
- Fig. 4
- Schnitt durch den Blendeneinsatz nach Fig. 3, wobei die Führungsflächen zur Drallerzeugung
verdreht sind.
[0030] Die Figur 1 zeigt einen Brennerkopf 11 mit Stauscheibe 13, welche in eine nicht dargestellte
Wandung eines Brennraums 12 montierbar ist. An der Stauscheibe 13 ist in Strömungsrichtung,
welche durch den Pfeil 14 angezeigt ist, ein Flammrohr 15 mit einem Verhältnis von
Durchmesser zu Länge von ca. 1 zu 2 angeordnet. Weiter ist zentral auf der Flammrohrachse
17 eine Lanze oder Düse 19 angeordnet. Die Befestigungsmittel für die Düse 19 und
die Stauscheibe 13 bilden zusammen z.B. eine Blendeneinheit, wie sie beispielsweise
in der EPA 0 650 014 beschrieben ist. Der Düsenkopf 23 sitzt zentrisch in einem Blendeneinsatz
25. Die Sprühöffnung 21 der Düse 19 liegt in der Ebene der Stauscheibe 13 bzw. des
Blendeneinsatzes 25. Der Blendeneinsatz 25 ist auf der Stauscheibe 13 befestigt und
deckt bis auf eine ringförmige Luftöffnung 29 um den Düsenkopf 23 herum die Öffnung
27 in der Stauscheibe 13 ab. Die ringförmige Luftöffnung 29 nimmt eine Fläche von
ca. 8% der Querschnittfläche des Flammrohrs 15 ein.
[0031] Die Luftöffnung 29 ist ausserdem mit drallerzeugenden Leitflächen 31 ausgestattet.
Diese Leitflächen 31 sind radial ausgerichtet und sind gegenüber der Flammrohrachse
17 und Strömungsrichtung 14 geneigt, so dass durch die Luftöffnung 29 strömende Luft
in Rotation um die Achse 17 versetzt wird. Die Lamellen oder Leitflächen 31 sind aus
einem Stück mit dem Blendeneinsatz 25 gefertigt (Fig. 3 und 4). Bei ihrer Herstellung
und Ausrichtung werden sie bis auf eine etwa der gut doppelten Materialstärke entsprechenden
Verbindung 32 aus dem Blendeneinsatzblech 34 herausgeschnitten oder gestanzt und danach
gegenüber der Blendeneinsatzebene um 60 bis 88 Grad verdreht. Dabei sind an den durch
die Verdrehung am meisten zu verformenden Stellen der Verbindungen die Längen der
sich verformenden Blechkanten durch runde Ausschnitte (36) vergrössert, um einer Rissbildung
vorzubeugen.
[0032] Das Flammrohr 15 ist mit Verbindungsgliedern 33 an der Stauscheibe 13 befestigt.
Die Verbindungsglieder 33 sind einstückig mit der Wandung 39 des Flammrohres 15 gebildet,
ragen über das stauscheibenseitige Ende des Flammrohres 15 hinaus und sind durch Schlitze
in der Stauscheibe 13 hindurchgesteckt. Stromaufwärts der Stauscheibe 13 werden die
Verbindungsglieder 33 nach dem Zusammenstecken verdreht, so dass eine feste Verbindung
zwischen Stauscheibe 13 und Flammrohr 15 entsteht.
[0033] Die Verbindungsglieder 33 weisen eine abgetreppte, sich verjüngende Silhouette auf.
Die Absätze 37 in der Abtreppung stehen flammrohrseitig an der Stauscheibe 13 an und
definieren so die Öffnungsweite des Rezirkulationsschlitzes 35. Durch diesen Rezirkulationsschlitz
35 wird Abgas entlang der Stauscheibe 13 und dem Blendeneinsatz 25 in das Flammrohr
15 gesaugt, um einer Verrussung dieses Bereiches vorzubeugen. Eine günstige Öffnungsweite
liegt um ca. 1 mm.
[0034] In Stauscheibennähe weist das Flammrohr 15 Rezirkulationsöffnungen 39 auf, durch
die das Abgas durch den Unterdruck, der stromabwärts der Stauscheibe 13 aufgrund der
Luftströmung entsteht, angesaugt wird. Im gezeigten Fall sind es deren 18 kreisrunden
Rezirkulationsöffnungen 39 mit einem jeweiligen Durchmesser von ca. 6 mm. Die Öffnungen
39 können aber auch in anderer Anzahl und/oder anderer Form vorliegen.
[0035] Das Flammrohr 15 weist einen inneren Durchmesser von etwa 80 mm und eine Länge von
etwa 160 mm auf. Am dem Brennraum 12 zugewandten Ende des Flammrohres 15 ist dieses
eingeschnürt. Die Einschnürung 41 verengt die Flammenaustrittöffnung 43 gegenüber
dem Flammrohrquerschnitt. Der Randbereich 45 des Flammrohres 15 ist zur Bildung der
Einschnürung 41 rund nach innen gewendet.
[0036] Die Zündelektroden 47 sind nahe der Peripherie des Flammrohres 15 mit keramischen
Isolationsstücken 49 durch die Stauscheibe 13 hindurchgeführt und ragen mit ihren
Enden 51 in das Flammrohr 15 hinein. Die Zündstelle 53 liegt in einem Abstand von
der Stauscheibe 13 von etwa 2/5 der Länge des Flammrohres 15.
[0037] In Figur 2 sind die verschiedenen Zonen während der Verbrennung schematisch dargestellt.
Dadurch dass die Luft durch die Luftöffnung 29 geblasen wird entsteht stromabwärts
der Stauscheibe 13 ein Unterdruck im Bereich 61. Durch diesen Unterdruck wird Abgas
angesaugt, dargestellt durch die Pfeile 63 und 65. Dieses Abgas bildet einen Mantel
67 um die Kernströmung 69. Das entlang Pfeil 65 einströmende Abgas streicht der Oberfläche
der Stauscheibe entlang und schützt sie vor Russablagerung. Zwischen der Kernströmung
69 und dem Mantel 67 entstehen Wirbel 71, in denen die beiden Medien Luft und Abgas
vermischt werden.
[0038] Der Brennstoff wird auf kürzestem Wege durch die Luftströmung hindurchgespritzt,
dargestellt mit unterbrochenen Linien 72. Der Kegelmantel des versprühten Brennstoffes
weist einen Winkel zwischen 60 und 90 Grad auf. Die Düse hat vorzugsweise eine Kegelmantelcharakteristik
mit 80 Grad. In einem Bereich 73 des Abgasmantels 67 vergast der Brennstoff und wird
durch Wirbel 75 im Abgasmantel 67 mit dem Abgas vermengt. Da stromaufwärts der Vergasungszone
73 kein vergaster Brennstoff vorliegt, der brennen könnte, und auf dem kurzen Durchdringungsweg,
den der Brennstoff durch den Luftstrom 69 hindurch zurücklegen muss, der Brennstoff
nicht zu brennen beginnt, wird praktisch sämtlicher Brennstoff im Gasmantel 67 vergast
und gelangt erst in vergaster Form mit der Luft in einen eine Reaktion auslösenden
Kontakt.
[0039] Vergaster Brennstoff wird also in den Wirbeln 71 mit dem Abgas zusammen mit der Luft
verwirbelt und verbrennt erst im Bereich dieser Wirbel 71 kühl und schadstoffarm.
[0040] Die Flamme beginnt in ihrem Wurzelbereich 77 am Ende des ersten Drittels des Flammrohrs
15. Die Flammenwurzel ist ringförmig zwischen Abgasmantel 67 und Luftstrom 69 eingebettet.
Im letzten Drittel des Flammrohrs endet der zentrale Luftstrom 71 im Zentrum der Flamme
und kühlt diese. Die Stärke des Mantels 67 ist stromabwärts abnehmend, weil das Abgas/
Brennstoffdampf-Gemisch sich auf dieser Strecke mit der Luft vermischt. Der Brennstoffdampf
wird über etwa zwei Drittel der Flammrohrlänge der Flamme zugeführt. Die Flamme hat
somit einen ringförmigen und langgezogenen Wurzelbereich und wird aus dem Mantelbereich
67 heraus genährt.
[0041] Durch die Einschnürung 41 wird die Mantelzone 67 stromabwärts begrenzt. Das Gas im
Mantelbereich 67 wird beim Ausströmen aus dem Flammrohr 15 behindert. Eine Verwirbelung
der beiden Medien wird dadurch begünstigt. Die austretende Flamme hält stabil am Flammrohr.
1. Verfahren zur Verbrennung von flüssigem Brennstoff mittels eines Ölbrenners, bei welchem
der Brennstoff in ein Flammrohr gesprüht, Luft in das Flammrohr geblasen und Abgas
durch Sogwirkung der Luft in das Flammrohr rückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet,
dass der Brennstoff vor der Flammenwurzel (77) in das rückgeführte Abgas gesprüht
(72) und im Abgas verdampft wird, und das mit verdampftem Brennstoff angereicherte
Abgas mit der Luft verwirbelt wird (71).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft durch eine zentrale
Öffnung (29) in einer Stauscheibe (13) in das Flammrohr (15) eingeblasen wird und
das Abgas am stauscheibenseitigen Ende des Flammrohres (15) derart eingelassen (63,65)
wird, dass es den zentralen Luftstrom (69) ummantelt (67).
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff mit einer Düse
(23) kegelmantelförmig aus dem Zentrum des Luftstroms (69) aus dem Luftstrom hinaus
in den heissen und sauerstoffarmen Abgasmantel (67) gespritzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff in einem Winkel
von 30 bis 45 Grad zur Flammrohrachse (17) in Richtung zur inneren Wandung des Flammrohres
(15) gesprüht wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftstrom
(69) in Rotation um die Flammrohrachse (17) versetzt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das an der
inneren Wandung des Flammrohres (15) stromabwärts fliessende Brennstoffgas/Abgas-Gemisch
durch eine Verengung (41) der Flammenaustrittöffnung (43) am Ausströmen aus dem Flammrohr
(15) gehindert und mit der Luft verwirbelt und damit die austretende Flamme am Flammrohr
(15) gehalten wird.
7. Ölbrenner mit Abgasrezirkulation, mit einer zentral angeordneten Brennstoffdüse mit
Kegelmantelcharakteristik, einer Stauscheibe mit Luftöffnung und in Strömungsrichtung
an die Stauscheibe anschliessend einem Flammrohr, welches in Stauscheibennähe Öffnungen
zum Einlass von Abgas in ein Unterdruckgebiet in Strömungsrichtung hinter der Stauscheibe
aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprühöffnung (21)der Brennstoffdüse (23)
etwa in der Ebene der Unterdruck erzeugenden Stauscheibe (13) liegt und die Stauscheibe
(13) lediglich eine Öffnung aufweist, welche einen ringförmig konzentrisch um die
Brennstoffdüse (23) herum angeordneten Lufteinlass (29) bildet.
8. Ölbrenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftöffnung (29) der Stauscheibe
(13) mit drallerzeugenden Leitflächen (31) versehen ist.
9. Ölbrenner nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Flammrohr
(15) und Stauscheibe (13) Rezirkulationsschlitze (35) mit einer Öffnungsweite von
wenigstens 0,2 mm für die Selbstreinigung der Stauscheibe (13) angeordnet sind.
10. Ölbrenner nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Flammrohr (15) mit vorzugsweise
drei distanzhaltenden Verbindungsgliedern (33) an der Stauscheibe (13) befestigt ist.
11. Ölbrenner nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Flammrohrwandung
in Stauscheibennähe mit Abstand zur Stauscheibe (13) eine Vielzahl von Rezirkulationsöffnungen
(39) angeordnet sind.
12. Ölbrenner nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Flammrohr
(15) an seiner Austrittöffnung (43) verengt ist.
13. Ölbrenner nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge
des Flammrohrs (15) etwa dem doppelten Durchmesser entspricht.
14. Ölbrenner nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftöffnung
(29) in der Stauscheibe (13) durch einen die Stauscheibenöffnung (27) verengenden
Blendeneinsatz (25) bestimmt ist.
15. Ölbrenner nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftöffnung
(29) eine Querschnittfläche von 4 bis 13%, vorzugsweise 8 ± 2% der Querschnittfläche
des Flammrohres (15) aufweist.
16. Ölbrenner nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Zündpunkt
(53) der Zündelektroden (47) im mittleren Drittel des Flammrohres (15) in der Nähe
zur Flammrohrwandung angeordnet ist.