BRENNER FÜR DIE VERBRENNUNG VON FLÜSSIGEM BRENNSTOFF

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Brenner für die Verbrennung von flüssigem Brennstoff, wobei der Brennstoff und Luft in einer zylindrischen Mischkammer, deren Länge größer als deren Durchmesser ist, zusammengeführt werden, in der ein Unterdruck herstellbar ist, indem die Luft von einer die Mischkammer umgebenden Luftkammer über seitliche Öffnungen im Gehäuse der Mischkammer, die sich annähernd über die gesamte Länge des Gehäuses erstrecken, in die Mischkammer geführt wird und der darin einen Zyklon bildet und wobei der Brennstoff in der Längsmittelachse der Mischkammer in diese eingelassen wird.

[0002] Die Verbrennung von Heizöl-für Heizzwecke ist nach wie vor die umweltfreundlichste Lösung und wird mit Sicherheit das nächste Jahrzehnt aus folgenden Gründen dominierend sein :

1. Kohle ist durch hohen Schwefelgehalt und die schlechte Steuerbarkeit der Verbrennung wesentlich umweltbelastender als Heizöl. Die Emission von Schwefeldioxid S02 und Ruß und die Staubemission sind beträchtlich.

2. Holz ist nicht in genügender Menge vorhanden. Auch bringt die Verbrennung von Holz laut Untersuchung vom Frauenhofer-Institut für Holzforschung bei Kleinfeuerungen gewaltige Emissionsprobleme bei Ruß, Teer, Asche und verschiedenen geruchsintensiven und schädlichen gasförmigen Stoffen mit sich, deren Höhe von der Holzqualität und Feuchtigkeit sowie von der Art der Bedienung der Holzfeuerung abhängt.

3. Bei der Stromheizung kommt es darauf an, wie der Strom erzeugt wird. Kalorische Kraftwerke haben nur einen Wirkungsgrad von ca. 50 % und werden mit Atomreaktoren, Kohle und Öl befeuert. (Der feuerungstechnische Wirkungsgrad einer Ölfeuerung liegt zwischen 90 und 95 %).

4. Wärmepumpen und Sonnenkollektoren sind für unsere Breitengrade nur für die Heizungs- Übergangszeit sinnvoll. Die Amortisationszeit einer solchen Anlage beträgt mindestens 5 Jahre. Die steigenden Energiepreise und die immer höher werdende Umweltbelastung an C02 durch die Verbrennung von Kohlenstoffen (Heizung-Auto-Flugzeug) und die damit verbundenen höheren Schadtstoffauswürfe, wie Schwefeldioxid S02, Stickoxid NOX und unverbrannte Kohlenstoffe CO, fordern einerseits eine noch bessere Verbrennung bei Ölfeuerungen und andererseits eine Reduzierung des Brennstoffverbrauches durch bessere Isolation der Häuser.

[0003] Wurden früher in Einfamilienhäuser Heizkessel mit 30 kW installiert, so sind es heute vorwiegend nur noch Kessel mit 15 kW.

[0004] Bei optimaler Gebäudeisolation und neuzeitlicher Installation der Warmwasser-Heizanlage werden zukünftig aber nur mehr Heizkessel mit 5-10 kW pro Einfamilienhaus benötigt.

[0005] Überdimensionierte Heizungsanlagen haben oft nur einen Jahresanlagen-Wirkungsgrad von 60 % gegenüber neuzeitlichen Installationen mit 80-90 %.

[0006] Da derzeit am Markt Ölbrenner mit Druckzerstäuberdüsen bedingt durch die kleine Bohrung und schmalen Tangentialschlitzen der Zerstäuberdüse erst ab 14 kW Heizleistung störungsfrei funktionieren, fehlt es aus folgenden Gründen an geeigneten Ölbrennern mit Leistungen von 5-10 kW.

1. Die bei Etagenheizungen viel eingesetzten Ölöfen, die nach dem Verdampfungssystem arbeiten, mit einer Leistung von 5-15 kW, werden wegen der schlechten Verbrennungsergebnisse während der Start- und Abschaltphase in Zukunft immer weniger geeignet sein.

2. Das System « Druckluftzerstäubung _", bei dem mittels Druckluft von ca. 1 bar Heizöl zerstäubt wird, ist betriebssicher von 5 kW aufwärts. Auch die Verbrennungsergebnisse sind sehr gut. Nachteilig sind jedoch die Herstellungskosten wegen des notwendigen Kompressors usw. sowie das laute Verbrennungsgeräusch.

3. Neu entwickelte Verdampfungs- oder Vergasungsbrenner sind bisher an der Betriebssicherheit und den zu hohen Herstellungskosten gescheitert.

[0007] Aufgabe der Erfindung ist es, einen Brenner zu entwickeln der bei einer Leistung von 5-15 kW eine optimale Verbrennung bei höchstem Feuerungsgrad ermöglicht und der trotzdem preisgünstig ist. Wegen der damit erzielbaren optimalen Verbrennung wurde das Prinzip des Ölvergasens gewählt.

[0008] Aus der EP-A-7 424 ist ein Verfahren zum Betrieb eines Brenners für flüssige Brennstoffe ohne Brennstoffpumpe bekannt und eine nach dem Verfahren arbeitende Brennereinrichtung. Diese Brennereinrichtung arbeitet jedoch auf dem Prinzip eines Druckluftzerstäubers. Es kommt lediglich zu einer Zerstäubung des Heizöls und nicht zu einem Vergasen.

[0009] Die EP-A-28 025 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Mikroflüssigkeitströpfchen, ebenfalls bei einem Brenner. Auch hier erfolgt kein Vergasen des Heizöls.

[0010] Aus der DE-A-3005042 ist ein Brenner bekannt, dessen Mischkammer nach der Art einer Druckluftzerstäuberdüse arbeitet.

[0011] Die Brennervorrichtung braucht einen hohen Zerstäubungsdruck. In der Mischkammer wird kein Gasgemisch erzeugt sondern ein Ölnebel, der in die Brennkammer austritt. Die Einlaßöffnung für das Öl befindet sich unmittelbar an der stirnseitigen Abschlußfläche der Mischkammer.

[0012] Die DE-A1-3036841 zeigt einen Brenner mit Vorwärmung des Heizöles.

[0013] Bei der Ölvergasung waren folgende Kriterien zu lösen :

1. Rückstandfreies Vergasen des Heizöles, sodaß es zu keinen Ablagerungen kommt.

2. Start und Abschaltverhalten : Die Vergasung des Heizöles muß beim Start des Brenners in Sekundenbruchteilen voll eingeleitet - und beim Abschalten des Ölbrenners ebenso wieder sofort unterbrochen werden. Ist dies nicht der Fall, so geht beim Start und beim Abschalten des Ölbrenners Öldampf mangels Zündfähigkeit verloren.

3. Durchmischung mit Verbrennungsluft: Die zwei leichten Medien Luft und Ölgas lassen sich auf Grund der geringen kinetischen Energie schlecht mischen.

[0014] Aufgabe der Erfindung ist es, einen Brenner zu schaffen, der den Vorteil aufweist, daß es sofort zu einer groben Zerstäubung des Brennstoff es und anschließend zur Vergasung kommt. _.

[0015] Die erfindungsgemäße Aufgabe wurde dadurch gelöst, daß das Gehäuse der Mischkammer durch mindestens einen elektrischen Widerstandsheizkörper erwärmbar ist und daß der Brennstoff über ein Zufuhrrohr in die Mischkammer eingeführt wird, das bis in die Unterdruckzone der Mischkammer reicht.

[0016] Der oder die in das Gehäuse der Mischkammer eingesetzten Elektroheizkörper bringt bzw. bringen das Gehäuse auf eine Temperatur von 400 °C Erst wenn diese Temperatur erreicht wird, erfolgt zuerst die Zufuhr der Verbrennungsluft und dann die Ölzufuhr. Das Öl, das aus dem Züfuhrungsrohr direkt in die Unterdruckzone des Heißluftzyklons eintritt, wird durch die rotierende Heißluftbewegung und den Unterdruck grob zerstäubt und in Sekundenbruchteilen durch die Heißluft und Strahlungswärme vergast.

[0017] Das vergaste Öl wird durch weitere Heißluftzuführung auf eine Luftzahl n 1,1 bis 1,15 gemischt.

[0018] Vorteilhaft ist an der Austrittsseite der Mischkammer eine Stauplatte angeordnet. Vor der Stauscheibe wird das zündfähige Gas-Luft-Gemisch mittels einer Zündelektrode gezündet und verbrennt als Blauflamme absolut ruß- und fast COfrei.

[0019] Die Strahlungswärme vom Feuerraum erwärmt die Verbrennungsluft auf 80 bis 90 %, sodaß zur weiteren Vergasung nur mehr 10 bis 20 % Strom (ca. 150-250 Watt/h) benötigt werden. Während des Betriebes kann die Vergasungstemperatur auf 300 °C reduziert werden.

[0020] Die Öffnungen, über die die Luft in die Mischkammer eingebracht wird, können Lochreihen oder Schlitze sein, oder eine Kombination von beiden.

[0021] Vorteilhaft ist vorgesehen, daß die Öffnungen tangential in die Mischkammer einmünden, wodurch der beste Wirbeleffekt erzielt wird.

[0022] Der Brenner ist vorteilhaft direkt im Brennraum angeordnet, sodaß es zu einer Erwärmung der Luft kommt, bevor diese in die Mischkammer eintritt. Dafür daß durch alle Öffnungen warme Luft tritt und nicht bereits kalte Luft beim Eingang der Luftkammer in die Mischkammer eintritt, ist mindestens ein Umlenkkanal vorgesehen.

[0023] Wegen der heißen, intensiven Gasflamme können höhere NOX-Werte entstehen, wie bei normalen Druckzerstäuberbrennern.

[0024] Vorteilhaft ist daher vorgesehen, daß in das Gehäuse der Mischkammer ein in die Flamme ragender, wärmeableitender Block eingesetzt oder an dieser ausgebildet ist, oder daß neben der Stauplatte eine Nebenluftöffnung ist. Im erstgenannten Fall kommt es zu einer Wärmeableitung von der Flamme und im zweiten Fall zu einer unterstöchiometrischen Verbrennung mit einer Luftzahl n von 0,7 bis 1,0.

[0025] Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren der beiliegenden Zeichnungen eingehend beschrieben, ohne daß die Erfindung darauf eingeschränkt sein soll. Ebenso sollen die in den nachfolgenden Patentansprüchen angeführten Bezugszeichen keine Einschränkung bedeuten. sie dienen lediglich dem erleichterten Auffinden bezogener Teile in de Figuren der Zeichnungen.

[0026] Die Fig. 1 bis 4 zeigen jeweils einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Brenner und die Fig. 5 zeigt einen Schnitt nach der Linie A-A der Fig. 1 bis 4.

[0027] Wie aus den Figuren der Zeichnungen ersichtlich, ist die kanalförmige Mischkammer 1 von einem zylindrischen Gehäuse 2 umgeben, in das elektrische Widerstandsheizkörper 3 eingesetzt sind.

[0028] In den gezeigten Ausführungsbeispielen werden die seitlichen Öffnungen, über die Luft in die Mischkammer 1 geführt wird, von Löchern 4 und Schlitzen 5 gebildet. Die Löcher 4 und die Schlitze 5 münden tangential in die Mischkammer 1.

[0029] Die Luftkammer 6 wird von einem Gehäuse 7 gebildet. In der Luftkammer 6 befindet sich ein Umlenkkanal 8, sodaß die Luft, wie in den Figuren der Zeichnung ersichtlich, erst von hinten zum vorderen Ende des Gehäuses 2 geführt und anschließend wieder zurückgeleitet wird, wobei sie durch die Bohrungen 4 und die Schlitze 5 in die Mischkammer 1 gelangt.

[0030] Die Widersandsheizkörper 3 sind in der Lage, das Gehäuse 2 auf 400° zu erhitzen. Dies ist, wie bereits erwähnt, jedoch nur beim Start des Brenners notwendig, anschließend kann die Temperatur abgesenkt werden und auch die Temperatur aus dem Brennraum genutzt werden.

[0031] Der flüssige Brennstoff, beispielsweise Heizöl-Leicht, tritt über ein Zuführrohr 9 in die Mischkammer 1 ein. Das Zuführrohr 9 ragt bis in den von der tangential eintretenden Luft gebildeten Vakuumbereich, sodaß es sofort zu einer groben Zerstäubung des Brennstoffes kommt. Durch die in der Mischkammer 1 herrschende Temperatur kommt es unmittelbar anschließend zur Vergasung des Brennstoffes.

[0032] An der Austrittsseite der Mischkammer 1 ist eine Stauplatte 10 angeordnet. Vor der Stauplatte 10 befindet sich ein Zündstab 11.

[0033] Im Ausfürungsbeispiel nach der Fig. 2 ist am vorderen Ende des Gehäuses 2 ein Block 12 angeordnet, der in die Stauplatte 10 und in die Flamme ragt.

[0034] Der Block 12 bewirkt eine Wärmeableitung von der Flamme zum Gehäuse 2. Dies bedeutet zum einen eine Energieersparnis und zum anderen eine Herabsetzung der NOX-Werte.

[0035] Eine Herabsetzung der NOX-Werte wird auch im Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 3 erzielt, bei dem neben der Stauplatte 10 eine ringförmige Nebenluftöffnung 13 vorgesehen ist.

[0036] Im Ausführungsbeispiel nach der Fig. 4 ist an der Austrittsseite der Mischkammer 1 ebenso eine Stauplatte 10 angeordnet.

[0037] Das Gehäuse 2 weist flammenseitig einen Flansch 15 auf, der den Abschluß der Luftkammer 6 bildet.

[0038] Einerseits kann in der Mischkammer 1 vorgeheizte Luft beim Spalt 16 an der Stauplatte 10 vorbeigehen und andererseits gelangt Nebenluft durch die Bohrungen 17 direkt aus der Luftkammer 6 zur Flamme.

[0039] In das Gehäuse 2 kann noch ein Temperaturfüler 14 eingesetzt sein.

Ansprüche

1. Brenner für die Verbrennung von flüssigem . Brennstoff, wobei der Brennstoff und Luft in einer zylindrischen Mischkammer, deren Länge größer als deren Durchmesser ist, zusammengeführt werden, in der ein unterdruck herstellbar ist, indem die Luft von einer die Mischkammer umgebenden Luftkammer über seitliche Öffnungen im Gehäuse der Mischkammer, die sich annähernd über die gesamte Länge des Gehäuses erstrecken, in die Mischkammer geführt wird und darin einen Zyklon bildet und wobei der Brennstoff in der Längsmittelachse der Mischkammer in diese eingelassen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) der Mischkammer (1) durch mindestens einen elektrischen Widerstandsheizkörper (3) erwärmbar ist und daß der Brennstoff über ein Zufuhrrohr (9) in die Mischkammer (1) eingeführt wird, das bis in die unterdruckzone der Mischkammer (1) reicht.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Öffnungen Schlitze (5) sind.

3. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Öffnungen Reihen von Bohrungen (4) sind.

4. Brenner nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnugnen tangential in die Mischkammer (1) einmünden.

5. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in das Gehäuse (2) der Mischkammer (1) ein in die Flamme ragender, wärmeableitender Block (12) eingesetzt oder an dieser ausgebildet ist.

6. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Luftkammer (6) mindestens ein Umlenkkanal (8) vorgesehen ist.

7. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Austrittsseite der Mischkammer (1) eine Stauplatte (10) angeordnet ist.

8. Brenner nach den Ansprüchen 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Block (12) in die Stauplatte (10) ragt.

9. Brenner nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Nebenluftöffnung (13) neben der Stauplatte (10).

Claims

1. A burner for the combustion of liquid fuel wherein the fuel and air are brought together in a cylindrical mixing chamber, the length of which is larger than the diameter thereof and in which a reduced pressure can be produced, by the air being passed into the mixing chamber from an air chamber surrounding the mixing chamber, by way of lateral openings in the housing of the mixing chamber, which openings extend approximately over the entire length of the housing, and the air forming a cyclone in the mixing chamber, and wherein the fuel is introduced into the mixing chamber on the longitudinal centre line thereof, characterised in that the housing (2) of the mixing chamber (1) can be heated by at least one electrical resistance heating body (3) and that the fuel is introduced into the mixing chamber (1) by way of a feed pipe (9) which extends into the reduced-pressure zone of the mixing chamber (1).

2. A burner according to claim 1 characterised in that the lateral openings are slots (5).

3. A burner according to claim 1 characterised in that the lateral openings are rows of bores (4).

4. A burner according to claim 2 or claim 3 characterised in that the openings open tangentially into the mixing chamber (1).

5. A burner according to claim 1 characterised in that a heat-dissipating block (12) which projects into the flame is fitted into the housing (2) of the mixing chamber (1) or is provided on the latter.

6. A burner according to claim 1 characterised in that at least one direction-changing passage (8) is provided in the air chamber (6).

7. A burner according to claim 1 characterised in that a baffle plate (10) is disposed at the exit end of the mixing chamber (1).

8. A burner according to claims 5 and 7 characterised in that the block (12) projects into the baffle plate (10).

9. A burner according to claim 7 characterised by a secondary air opening (13) beside the baffle plate (10).

Revendications

1. Brûleur pour la combustion d'un combustible liquide, dans lequel le combustible et l'air sont introduits conjointement dans une chambre cylindrique de mélange, dont la longueur est supérieure au diamètre, et dans laquelle une dépression peut être établie par le fait que l'air est introduit dans la chambre de mélange à partir d'une chambre à air, qui entoure la chambre de mélange, par l'intermédiaire d'ouvertures latérales qui sont ménagées dans le carter de la chambre de mélange et s'étendent approximativement sur toute la longueur de ce carter, et forme dans cette dernière un tourbillon, et dans lequel le combustible est introduit dans la chambre de mélange le long de l'axe médian longitudinal de cette dernière, caractérisé en ce que le carter (2) de la chambre de mélange (1) peut être chauffé par au moins un corps chauffant à résistance électrique (3) et que le combustible est introduit dans la chambre de mélange (1) par l'intermédiaire d'un tube d'amenée (9) qui s'étend jusque dans la zone en dépression de la chambre de mélange (1).

2. Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ouvertures latérales sont des fentes (5).

3. Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ouvertures latérales sont des rangées de perçages (4).

4. Brûleur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les ouvertures débouchent tangentiellement dans la chambre de mélange (1).

5. Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un bloc (12), qui pénètre dans la flamme et réalise une évacuation de chaleur, est inséré dans le carter (2) de la chambre de mélange (1) ou est formé sur ce carter.

6. Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un canal déflecteur (8) est prévu dans la chambre à air (6).

7. Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une plaque de refoulement (10) est prévue du côté sortie de la chambre de mélange (1).

8. Brûleur selon les revendications 5 et 7, caractérisé en ce que le bloc (12) passe dans la plaque de refoulement (10).

9. Brûleur selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'une ouverture latérale de passage d'air (13) est prévue à côté de la plaque de refoulement (10).

Zeichnung