[0001] Die Erfindung betrifft einen Brenner zur Verbrennung von flüssigem Brennstoff, insbesondere
leichtem Heizöl,
- mit einem Innengehäuse, das eine Brennstoffleitung umgibt und in dem primäre Verbrennungsluft
förderbar ist,
- mit einem das Innengehäuse wenigstens teilweise umgebenden Außengehäuse, in dem sekundäre
Verbrennungsluft förderbar ist,
- mit einer Gehäuseöffnung des Innengehäuses in deren Bereich ein Düsenkopf am Ende
der Brennstoffleitung angeordnet ist,
- wobei mit dem Düsenkopf ein Brennstoff-Zerstäubungskegel erzeugbar ist, in den hinein
die primäre und sekundäre Verbrennungsluft einleitbar sind,
- mit einem gegenüber Öffnungen im Außen- und/oder Innengehäuse beweglichen Überdeckungselement
zur Veränderung des Querschnittes der Öffnungen, das mit einem die Zufuhr der Brennstoffmenge
zur Brennstoffleitung steuernden Ventil verbunden ist.
[0002] Bekannt ist aus der DE-PS 27 29 321 ein Brenner, dessen Brennstoffzuleitung in einem
Düsenkopf endet. Leitung und Düse als sind "Lanze" beweglich in einem Gehäuse angeordnet.
Die Düse ragt in einen Stutzen hinein, der Öffnungen aufweist. Durch die Leitung wird
Heizöl zugeführt, das aus der Düse in Form eines Wirbels heraus-Als technisch schwierig
erweist sich bei stöchiometrischen Brennern weiterhin die Art und Weise der Zündung,
z.B. mit einer Zündelektrode. Nur ein "fettes" Gemisch, d.h. ein Gemisch mit einem
Ölüberschuß, ist leicht zu entzünden.
[0003] Bei den bekannten Brennern tritt aber ein solches zündfähiges Gemisch praktisch an
keiner Stelle der Verbrennungszonen auf, so daß die Zündung mit Zündelektroden schwierig
ist. Andere Zündvorrichtungen, insbesondere Zündlanzen, sind bekannt, aber in der
Beschreibung und im Dauerbetrieb nicht optimal einzusetzen.
[0004] Die eingangs erwähnten Schwierigkeiten der Zündung mit Elektroden sind daher zu beseitigen,
um einen Brenner zu schaffen, dessen Zündung einfach und sicher ist, wobei die Vorteile
der Steuerung der Eintrittsluft und der Brennstoffzufuhr erhalten bleiben soll.
[0005] Hierzu wird vorgeschlagen, eine zu einer Zündvorrichtung gehörende Zündungselektrode
im Bereich der Außenfläche des Sprühkegels enden zu lassen, in dem das Sprühstrahl-Luft-Gemisch
noch einen deutlich überstöchiometrischen, leicht zündfähigen Brennstoffanteil gegenüber
Luft aufweist. Die erfinderische Lösung wird vor allem deshalb erreicht, da das Ende
der Zündungselektrode an der Stelle angeordnet ist, an der ein "fettes" und damit
leicht entzündbares Gemisch vorhanden ist, ohne daß dabei im übrigen die Zusammensetzung
und die Betriebsweise des Brennstoff-Luft-Gemisches geändert werden muß.
[0006] In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist am Außengehäuse ein Einstellkopf
befestigt, in dessen konischen Vorderteil Schlitze eingearbeitet sind. Zwischen Innengehäuse
und Einstellkopf ist ein verstellbarer Ringkolben eingepaßt, der mit dem Stangenkolben
verbindbar ist. Um den verstellbaren Ringkolben ist zum Einstellkopf hin ein Dichtungsring
angeordnet. Dabei ist der Ringkolben vorzugsweise so lang, daß er in der vorgeschobenen
Stellung die Schlitze vollkommen verschließt und in der zurückgeschobenen Stellung
vollkommen freigibt. Durch die Veränderung des verstellbaren Ringkolbens ist die Luftzufuhr
steuerbar. Dadurch, daß die Zündungselektrode und die Brennstoffleitung mit dem vorne
angeordneten Düsenkopf in einer Stützvorrichtung verschiebbar angeordnet sind, sind
noch feinere Abstimmungen hinsichtlich Zündung und Luftzufuhr möglich.
[0007] Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen
- Figur 1
- einen Längsschnitt durch einen Heizölbrenner;
- Figur 2
- ein Ventil zur Einstellung der Brennstoffmengenzufuhr für vorgenannten Brenner;
- Figur 3
- den vorderen Abschnitt eines anderen Heizölbren ners der gleichen Grundausführung
wie Figur 1;
- Figur 4
- ein Heizölbrennerdiagramm.
[0008] Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Heizölbrenner, der mit einem herkömmlichen
zerstäubenden Düsenkopf 1 ausgestattet ist. Derartige herkömmliche Zerstäuberdüsenköpfe,
die unter Öldruck arbeiten, sind beispielsweise dem Buch von NIEPENBERG, Industrie-Ölfeuerungen;
Verlag Kopf, Stuttgart, 2. Auflage, 1973, zu entnehmen. Der Düsenkopf 1 bildet das
Ende einer Brennstoffzuleitung 8. Die Brennstoffzuleitung 8 verläuft zentral innerhalb
eines Innengehäuses 7. Das Innengehäuse 7 besitzt eine zylindrische Wandung, die zum
vorderen Teil des Brenners sich abgestuft verjüngt. Die aus dem Innengehäuse 7 ragende
Brennstoffleitung 8 ist in einer Stützvorrichtung 20 gelagert. Die Ölzufuhr ist über
ein Magnetventil 18 ein- und ausstellbar. Die Leitung 8 setzt sich über den in der
Zeichnung genannten Verbindungpunkt A in Figur 2 fort.
[0009] Wie an sich bekannt, wird mit dem Düsenkopf 1 ein Zerstäubungskegel 16 aus feinsten
Brennstoffteilchen erzeugt.
[0010] Im vorderen Bereich endet das Innengehäuses 7 in einer Öffnung 9. Dort trägt das
Innengehäuse an seiner Innenseite, bereits im äußeren Rand des Sprühkegels 16 angeordnet,
Drallgeber 10, bestehend aus kleinen, quer gestellten Leitflächen, wie aus der Figur
1 ersichtlich. Am hinteren Teil des Innengehäuses 7 ist ein Stutzen 12 für die Zufuhr
von Primärluft vorgesehen. Die Primärluft wird innerhalb des Innengehäuses 7 bis in
den Bereich der Öffnung 9 geführt und mit Hilfe der Drallelemente 10 in eine Wirbelformation
gebracht.
[0011] In der Stützvorrichtung 20 wird außerdem eine Leitung 3.1 einer Zündungs-Elektrode
3 gehalten, die abgewinkelt von der Leitung 3.1 vor der Düse 1 endet; mit ihrem anderen
Ende ragt sie ebenso wie die Brennstoffleitung 8 aus dem Innengehäuse 7 heraus und
ist in bekannter Weise mit einer Hochspannungsquelle (nicht dargestellt) verbunden
und geschaltet.
[0012] Den vorderen Teil des Innengehäuses 7 umschließt ein Außengehäuse 14 mit einem konischen
Vorderteil 14.1. An Abschlußwandungen 21, die das Außengehäuse 14 nach vorne begrenzen
und eine Öffnung 39 lassen, ist ein Einstellkopf 5 mit einem ebenfalls konischen Vorderteil
5.1 befestigt. Über einen Stutzen 15 wird sekundäre Luft in das Außengehäuse 14 eingeleitet.
[0013] In das konische Vorderteil 5.1 sind Schlitze 19 eingebracht. Zwischen Einstellkopf
5 und Innengehäuse 7 ist ein verstellbarer, gleitender Ringkolben 2 eingepaßt, der
über einen Dichtungsring 6 zum Einstellkopf 5 hin abgedichtet ist. Dieser Ringkolben
2 ist so breit, daß er die Schlitze 19 sowohl voll schließen als auch öffnen kann,
so daß die Sekundärluft 15 entsprechend dosiert in den Bereich des Wirbels 11 eingeführt
werden kann. Die Schlitze 19 können auch schräg in den Einstellkopf 5 eingefräst sein,
so daß der durch die Schlitze geführte Luftstrom den durch die Drallvorrichtungen
10 erzeugten Wirbel 11 führt und verstärkt.
[0014] Der Ringkolben 2 ist über ein (schematisch dargestelltes) Gestänge 32 mit einem Stangenkolben
31 verbunden, der zu einem Brennstoffventil 30 gehört (vgl. Fig. 2). Das Brennstoffventil
30 besitzt ein zylindrisches Gehäuse 33, das an seinem vorderen Ende mit einem Verschluß
34 und an seinem hinteren Ende mit einem Verschluß 35 verschlossen ist. Beide Verschlüsse
34 und 35 sind über radiale Bohrungen gleichzeitig als Öleinlaß 34' bzw. als Ölauslaß
35' ausgestattet. Der Einlaß 34' ist mit einer entsprechenden Öldruckleitung (nicht
dargestellt) und der Ölauslaß 35' mit der Leitung 8 gemäß Fig. 1 verbunden (vgl. Verbindungspunkt
A).
[0015] Das Gehäuse 33 trägt auf seiner Innenseite einen vorspringenden Flansch 36, der torusförmig
ist und im Querschnitt die Form eines nach innen konvergierenden Trapezes hat. Der
Flansch tangiert mit seiner Innenfläche 37 die Außenseite des Stangenkolben 31. Dieser
trägt an seinem freien Ende eine keilförmige, zum Kolbeninneren vorspringenden Nut
38. Der Keilwinkel der Nut liegt etwa zwischen 2 und 10°. Diese Nut 38 ist jeweils
von dem den Stangenkolben 31 umschließenden Flansch 36 nicht verschlossen, so daß
das unter Druck stehende Öl in entsprechender Stellung des Stangenkolbens 31 beginnend
mit der Menge Null zu einer größeren Menge pro Zeiteinheit fließen kann, so daß es
vom Raum 39 in den Raum 40 innerhalb des zylindrischen Gehäuses 33 und von dort aus
zum Ölauslaß 35' gelangen kann.
[0016] Durch entsprechende Einstellung der Sekundärluftzufuhr läßt sich die stöchiometrische
Menge an Luftzufuhr, die für das jeweilige Öl erforderlich ist, genau einstellen.
[0017] Wie aus der Figur 1 ersichtlich ist, können die Zündungs-Elektrode 3 und die Brennstoffleitung
8 mit der Düse 1 über die Stützeinrichtung 20 gegeneinander verstellt werden. Eine
solche Verstellung ist normalerweise während des Betriebs nicht vorgesehen. Die Verstellmöglichkeit
läßt sich jedoch dann beispielsweise einsetzen, wenn zu Beginn der Brennereinstellung
eine bestimmte Zündeinstellung erforderlich ist oder wenn sich die Qualität und Zusammensetzung
oder andere Parameter des flüssigen Brennstoffes ändern.
[0018] In Figur 3 ist ein vorderer Abschnitt eines anderen Heizölbrenners mit gleicher Grundausführung
dargestellt. In einem Innengehäuse 7 ist über die Stützeinrichtung 20 die Brennstoffzuleitung
8 verstellbar angeordnet. Ebenso kann die Zündungs-Elektrode 3 verstellt werden. Die
Düse 1 kann damit sowohl relativ gegenüber dem Gehäuse 7, dem Drallgeber 10 und der
Zündungs-Elektrode 3 verstellt werden. Das Außengehäuse 14 ist von einer etwas anderen
Gestalt. Auch hier ist der Ringkolben 2 mit dem Stangenkolben 31 zusammen verschiebbar.
[0019] Die
Funktion der in den Figuren 1 und 3 dargestellten Vorrichtung ist wie folgt:
Über das Ventil 30 wird durch die Brennstoffzuleitung 8 die Heizölzufuhr zum Düsenkopf
1 gesteuert. Entsprechend der zugeführten Heizölmenge, abhängig von der Öffnung des
Spaltes der Nut 38, wird die Zuluft entsprechend den Parametern und den Bedingungen
der Stöchiometrie durch die Verstellung der Primärluft und Sekundärluft gesteuert.
Die zum Einsatz kommende bekannte Düse 1 zerstäubt eine vom Düsenausgangsdruck abhängige
Heizölmenge, die einen Zerstäubungskegel 16 mit einer Außenfläche 17 ergibt. Den Düsenkopf
umgibt ein Drallgeber 10, der die Primärluft in einen Wirbel versetzt, der die feinen
Heizöltröpfchen aufnimmt und in einem Wirbel führt. Dieser Wirbel wird noch verstärkt
unter zusätzlicher Zerschlagung der Heizöltröpfchen bei Zutritt der Sekundärluft.
[0020] Wesentlich ist, daß unmittelbar nach Austritt, jedoch schon nach anfänglichem Hinzutreten
der Primärluft ein zündfähiges Sprühstrahl-Luft-Gemisch vorhanden ist, wobei gewährleistet
wird, daß sich die Zündungs-Elektrode 3 im Bereich der Außenfläche des Sprühkegels
16 endet, in dem das Sprühstrahl-Luft-Gemisch noch einen deutlich überstöchiometrischen,
leicht zündbaren Brennstoffanteil gegenüber Luft aufweist. Das brennende und verwirbelte
Brennstoff-Luft-Gemisch, das zunächst nicht vollständig verbrennt, wird im Laufe der
Weiterführung und Wirbelstabilisierung über die sekundäre Luftzufuhr 15 weiter verbrannt,
wobei die genauen stöchiometrischen Verhältnisse durch die Verstellung des Ringkolbens
2 und damit der Öffnung der Schlitze 19 regelbar ist. Indem die Abstände zwischen
Ende Innengehäuse und Innenseite und Außenseite der Abschlußwandung 21 und Ringkolben
2 veränderbar sind, sind auch die Flammenlänge und -breite beeinflußbar.
[0021] Aufschluß über die jeweils einzustellenden Mengen gibt das Diagramm gemäß Fig. 4,
das wie folgt erläutert wird:
Auf der X-Achse ist die Kolbenöffnung, d.h. Verstellung des Kolbens 31 von einem Nullpunkt
an, angegeben. Entsprechend dem Öldruck ist die durchlaufende Menge direkt proportional
der Kolbenverstellung. Während die oberen Kurven diesen Zusammenhang bei einer Öldüse
des Typs UMO 105 zeigen, zeigen die unteren Kurven den Zusammenhang bei einer Düse
des Typs UMO 108. Gleichzeitig geben die Angaben in WS (mm Wassersäule) den erforderlichen
Luftdruck an. Es handelt sich um willkürlich gewählte Parameter bei einer bestimmten
Ausführungsform. Es zeigt sich, daß das Prinzip der Erfindung insbesondere für Brenner
mit großer Energieerzeugung einsetzbar ist.
1. Brenner zur Verbrennung von flüssigem Brennstoff, insbesondere leichtem Heizöl,
- mit einem Innengehäuse (7), das eine Brennstoffleitung (8) umgibt und in dem primäre
Verbrennungsluft förderbar ist,
- mit einem das Innenaehäuse (7) wenigstens teilweise umgebenden Außengehäuse (14),
in dem sekundäre Verbrennungsluft förderbar ist,
- mit einer Gehäuseöffnung (9) des Innengehäuses (7 in deren Bereich ein Düsenkopf
(1) am Ende der Brennstoffleitung (8) angeordnet ist,
- wobei mit dem Düsenkopf ein Brennstoff-Zerstäubungskegel (16) erzeugbar ist, in
den hinein die primäre und sekundäre Verbrennungsluft einleitbar sind,
- mit einem gegenüber Öffnungen (9;19) im Außen- und/oder Innengehäuse beweglichen
Überdeckungselement (2) zur Veränderung des Querschnittes der Öffnungen, das mit einem
die Zufuhr der Brennstoffmenge zur Brennstoffleitung steuernden Ventil (30) verbunden
ist,
dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (30) in einem Ventilgehäuse (33) einen verschiebbaren Stangenkolben
(31) besitzt,
daß an der Gehäuse-Innenseite ein vorspringender, die Außenseite des Stangenkolbens
(31) umschießender Flansch (36) angeordnet ist,
und daß der Stangenkolben (31) auf wenigstens einem Teil seiner Länge eine Nut (38)
aufweist, die über ihre Länge mit variabler Tiefe ausgestattet ist und die von der
sie überdeckenden Innenseite des Flansches (36) nicht verschlossen ist.
2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (38) eine keilförmige
Form hat, wobei der Öffnungswinkel (α) gegenüber der Mantelflächen zwischen 2 und
10° beträgt.
3. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (36) ein Torus mit
sich verjüngendem trapezförmigen Querschnitt ist.
4. Brenner nach Anspruch 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei stöchiometrischer Betriebsweise
eine zu einer Zündvorrichtung gehörende Zündungs-Elektrode (3) im Bereich der Außenfläche
(17) des Sprühkegels (16) endet, in dem das Spühstrahl-Luft-Gemisch noch einen deutlich
überstöchiometrischen, leicht zündbaren Brennstoffanteil gegenüber Luft aufweist.
5. Brenner nach Anspruch 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Außengehäuse (14) ein
Einstellkopf (5) befestigt ist, in dessen konischen Vorderteil (5.1) Schlitze (19)
eingearbeitet sind, und daß zwischen Innengehäuse (7) und Einstellkopf (5) ein verstellbarer
Längskolben (2) eingepaßt ist.
6. Brenner nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß um den verstellbaren Längskolben
(2) zum Einstellkopf (5) ein Dichtungsring (6) angeordnet ist.
7. Brenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der verstellbare Längskolben
(2) so lang ist, daß er in der vorgeschobenen Stellung die Schlitze (19) vollkommen
verschließt und in der zurückgeschobenen Stellung vollkommen freigibt.
8. Brenner nach den Ansprüchen 4 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündungs-Elektrode
(3) und die Brennstoffzuleitung (8) mit vorne angeordnetem Düsenkopf (1) in einer
Stützeinrichtung (20) verschiebbar angeordnet sind.