-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Verbrennungskopf für Heizöl-Zerstäubungsbrenner,
der gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Niedertemperaturflamme erzeugt.
-
Bei
Brennern des Typs, auf den sich die vorliegende Erfindung bezieht,
wird die Verbrennung des brennbaren Fluids und des Fluidverbrennungs-Trägergemisches
mit Hilfe eines Brennkopfes bewerkstelligt, der im wesentlichen
eine röhrenförmige Luftleitung
beinhaltet, in die der Fluidverbrennungsträger, wie etwa Luft, eingeblasen
wird und sich mit dem brennbaren Fluid, in diesem Fall zerstäubtes Öl, mischt,
das in dieselbe röhrenförmige Leitung
mit Hilfe einer Mischvorrichtung eingeleitet wird, wobei die Verbrennung
durch eine Zündvorrichtung
initiiert wird, die das Brennstoff-/Verbrennungsträgergemisch
zündet.
-
Wie
dem Fachmann bekannt ist, besteht eines der Hauptprobleme bei Verbrennungsköpfen hinsichtlich
der ökologischen
Auswirkungen in der Emission von Stickoxiden Nox in die Atmosphäre während des
Verbrennungsvorgangs.
-
Beispielsweise
ist in
FR-A-1 495 966 (American
Radiator and Standard Sanitary Corporation) ein Brennkopf für einen
Heizölbrenner
beschrieben. Der Brennkopf enthält
eine röhrenförmige Luftleitung,
einen Flammendeflektor, einen Zerstäuberhalter mit einer Öldüse zum Zerstäuben des
Heizöls,
eine im wesentlichen konische Luftdüse, die mit dem Zerstäubungshalter
konzentrisch ist, und eine Zündvorrichtung
zum Zünden
eines Gemisches, das das Verbrennungsträgerfluid und die zerstäubten Partikel des
Heizöls
enthält.
-
Weiterhin
ist in
DE-A-43 23 300 (Oertli
Wärmetechnik
AG) eine Mischvorrichtung für
einen Brenner beschrieben. Die Vorrichtung enthält ein Luftleitelement, das
vor einer Brennerdüse
angeordnet ist, um einen ersten Luftstrom für die Rezirkulation und einen
zweiten Luftstrom für
die Gemischaufbereitung zu erzeugen. Das Luftleitelement verfügt über Wirbelelemente,
um die Luftströme
in parallele Luftströme aufzuteilen
und sie bei gleichzeitiger oder nacheinander erfolgender Ablenkung
tangential oder radial zum Brennstoff abzulenken. Die Vorrichtung
kann in Brennern mit einer blauen oder gelben Brennerflamme verwendet
werden.
-
Die
Vorrichtungen, die in
FR-A
1 495 966 und
DE-A-43
23 300 beschrieben sind, garantieren jedoch keine geringe
Emission von Stickoxiden, die während
der Verbrennung erzeugt werden, in die Atmosphäre.
-
Die
Hauptaufgabe des Brennkopfes gemäß der vorliegenden
Erfindung besteht darin, die herkömmlichen Verfahren zum Verringern
des Stickoxidgehaltes der Verbrennungsprodukte zu verbessern.
-
Der
Verbrennungskopf gemäß der vorliegenden
Erfindung sorgt somit für
eine exotherme Verbrennungsreaktion, die Abgase mit einem äußerst geringen
Stickoxidanteil erzeugt.
-
Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Emission
von anderen umweltschädlichen
Substanzen (Kohlendioxid, unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Qualm
und dergleichen) in die Atmosphäre
zu verringern.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Brennkopf für
Brenner gemäß Anspruch
1 angegeben.
-
Eine
Anzahl nicht einschränkender
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung wird beispielhaft unter Bezugnahme auf
die beiliegenden Zeichnungen erläutert.
-
1 zeigt
einen Längsschnitt
einer ersten Ausführungsform
des Brennkopfes gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
2 zeigt
einen Längsschnitt
einer zweiten Ausführungsform
des Brennkopfes gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
3 ist
eine Seitenansicht des Brennkopfes aus 2;
-
Wie
es erläutert
wurde, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Brennkopf
für Brenner, der
eine Niedertemperaturflamme erzeugt.
-
Der
Brennkopf 10, der in 1 gezeigt
ist, enthält
im wesentlichen eine röhrenförmige Luftleitung 11,
in die ein Fluidverbrennungsträger,
wie etwa Luft, durch ein Gebläse
(nicht gezeigt) eingeleitet wird und sich mit einem brennbaren Fluid,
wie etwa zerstäubtem Öl, mischt,
das in die röhrenförmige Luftleitung 11 durch
eine Mischvorrichtung (siehe unten) eingeleitet wird. Stromabwärts vom
Luft-Brennstoff-Mischabschnitt
zündet
eine Zündvorrichtung 12 das
Gemisch, um die Verbrennung zu initiieren.
-
Der
Brennkopf 10 ist an einer Gebläseanordnung (nicht gezeigt)
befestigt, die ihrerseits an der Wand einer Brennkammer (nicht gezeigt)
mit Hilfe eines Verbindungsflansches (nicht gezeigt) befestigt ist.
-
In
der Nähe
des Endes, das in die Brennkammer eingefügt ist, hat die röhrenförmige Luftleitung 11 einen
im wesentlichen plattenförmigen
Flammendeflektor 13, der senkrecht zur Luftströmungsrichtung
angeordnet ist, die der Einfachheit halber parallel zu einer Symmetrielängsachse
S verläuft, wie
es mit dem Pfeil F gezeigt ist. In den Rand des Flammendeflektors 13,
der integraler Bestandteil der röhrenförmigen Luftleitung
ist 11, sind normalerweise Rohre 14 eingefügt, die
symmetrisch angeordnet sind und den Strömungsabschnitt für eine bestimmte Menge
von Tertiärluft
A3 (siehe unten) bilden. Beim beschriebenen Beispiel gibt es vier
Rohre, wenngleich in 1 nur zwei dargestellt sind.
-
Die
Rohre sind stromabwärts
vom Flammendeflektor 13 in Richtung des Pfeils F angeordnet,
der zentrale Abschnitt des Flammendeflektors 13 hat eine
im wesentlichen kreisförmige
zentrale Öffnung 15,
die im Bezug auf die Achse S symmetrisch ist, und ein Rohr 16,
in das ein Flammendetektor (nicht gezeigt) eingefügt werden
kann, befindet sich stromaufwärts
vom Flammendeflektor 13.
-
In
der röhrenförmigen Luftleitung 11 befindet sich
ein Zerstäuberhalter 17,
der koaxial mit der Achse S angeordnet ist und der für die Zuführung eines Hochdruckbrennstoffes
zu einer Öldüse 18 sorgt,
in der der Brennstoff zerstäubt
wird.
-
In
den Zerstäuberhalter 17 sind
eine Propellervorrichtung 10 und eine Luftdüse 20 konzentrisch eingefügt, die
eine Einheit bilden 21, die, wie es zu erkennen sein wird,
axial entlang der Achse S bewegt werden kann. Die Einheit 21 ist
stromaufwärts
vom Flammendeflektor 13 angeordnet, der zudem die Einheit 21 wirkungsvoll
vor übermäßig hohen
Temperaturen im Flammenbereich schützt. Die Einheit 21, die,
wie beschrieben, den Zerstäuberhalter 17,
die Propellervorrichtung 19 und die Luftdüse 20 enthält ist,
sowohl im Bezug auf die röhrenförmige Luftleitung 11 als
auch die zentrale Öffnung 15 des
Flammendeflektors 13 durch eine Halterung 22,
die eine Fixiermanschette 23 enthält, die die Luftdüse 20 hält, und
eine oder mehrere Auskragungen 24, die die Fixiermanschette 23 am
Flammendeflektor 13 befestigen, zentriert.
-
Das
Ende der Luftdüse 20,
das dem Flammendeflektor 13 zugewandt ist, läuft leicht
zusammen.
-
Wie
es in 1 gezeigt ist, kann die Position der Einheit 21 im
Bezug auf den Flammendeflektor 13 mit Hilfe der Einrichtungen 25, 26 justiert
werden, wie es zu erkennen sein wird.
-
Beim
dargestellten Beispiel enthält
die Vorrichtung 25 eine Schraube, die in eine Öse des Flammendeflektors 13 eingreift,
um die Position der Manschette 23 im Bezug auf den Flammendeflektor 13 einzustellen,
und enthält
die Vorrichtung 26 eine Schraube, die in ein Gewindeloch
auf der Halterung eingreift.
-
Die
Einrichtung 25 und 26 ermöglichen somit die Einstellung
der Einheit 21 im Verhältnis
zur zentralen Öffnung 15.
-
Die
Positionen der Propellervorrichtung 19 und des Zerstäuberhalters 17 im
Bezug auf die Luftdüse 20 bestimmen
die Strömungsrate
der Primärluft A1
am Auslassabschnitt der Luftdüse 20.
-
Die
Einstellung der Position der Luftdüse 20 im Bezug auf
die zentrale Öffnung 15 des
Flammendeflektors 13 durch axiales Bewegen der Einheit 21 in
Richtung des Pfeils F mit Hilfe der Einrichtungen 25, 26 definiert
den Strömungsabschnitt
der Sekundärluft
A2.
-
Wie
es in 1 gezeigt ist, enthält die röhrenförmige Luftleitung einen vorderen
Abschnitt 11a und einen hinteren Abschnitt 11b,
wobei zwischen beiden ein ringförmiger
Spalt 27 ausgebildet ist und der hintere Abschnitt 11b fest
am vorderen Abschnitt 11a durch Elemente 28 angebracht
ist, von denen lediglich eines in 1 gezeigt
ist.
-
Stromabwärts vom
Flammendetektor 13 ist in den Abschnitt 11b der
röhrenförmigen Luftleitung 11 ein
Rezirkulationsflammenrohr 29 eingefügt, das auf den schmalen ringförmigen Spalt 27 eingestellt werden
kann, um Brandgase R wiedereinzuleiten.
-
Um
in der praktischen Anwendung den Brennkopf 10 zu verwenden,
wird ein Strom einer Verbrennungsträgerluft durch das Gebläse (nicht
gezeigt) entlang der röhrenförmigen Luftleitung 11 dem Flammendeflektor 13 zugeführt, wo
sie in drei getrennte Luftabschnitte A1, A2, A3 (Primär-, Sekundär bzw. Tertiärluft) zerlegt
wird, wie es oben beschrieben ist.
-
Im
Abschnitt A1 der Primärluft
wälzt die
Propellervorrichtung 19 die Verbrennungsträgerluft
um, um am Auslass der Luftdüse 20 einen
wirbelnden Luftstrom zu erzeugen, der sich mit dem Öl mischt, das
von der Öldüse 18 zerstäubt wird
und dessen Eigenschaften genutzt werden, um die Stabilität der Flamme
und der Verbrennungsintensität
zu steuern. Die sich verjüngende
Form der Luftdüse 20 sorgt
für eine
wirkungsvolle Mischung der Luft und des Öls durch Bündeln des Luftstroms im Strahl
aus der Öldüse 18,
wobei die Verbrennung des Gemisches aus Luft und zerstäubtem Brennstoff,
das auf diese Art erzeugt wird, durch die Zündvorrichtung 12 initiiert
wird, um dicht an der Luftdüse 20 eine
Reduzierzone zu bilden, wenn die Verbrennung unvollständig ist.
-
Die
Flamme, die in dieser Zone erzeugt wird, wird gleichzeitig durch
den Verbrennungsträger,
der aus dem Abschnitt A2 der Sekundärluft an der zentralen Öffnung 15 des
Flammendeflektors 13 austritt, begrenzt, wobei dessen Strömungsrate
gemäß der Einstellung
von Einheit 21 – wie
beschrieben definiert durch den Zerstäuberhalter 17, die
Propellervorrichtung 19 und die Luftdüse – im Bezug auf die zentrale Luftöffnung 15 des
Flammendeflektors 13 variiert.
-
In
diesem Stadium wird der Verbrennungsvorgang zudem durch Wiedereinleiten
von Brandgasen R unterstützt,
die durch den Zwischenraum 27 zum Wiedereinleiten von Brandgasen
R eingesaugt und durch die Position des Rezirkulationsflammenrohrs 29 im
Bezug auf die röhrenförmige Luftleitung 11 definiert
werden. Das Volumen der wiedereingeleiteten Brandgase R, die in
das Rezirkulationsflammenrohr 29 durch den Spalt eingesaugt
werden, hängt
von den Geschwindigkeiten ab, mit denen die Verbrennungsträgerluft
durch die drei getrennten Luftabschnitte A1, A2 und A3 strömt, wobei
diese Geschwindigkeiten eine Niederdruckzone am ringförmigen Spalt 27 bilden,
um das Ansaugen der wiedereingeleiteten Brandgase R zu unterstützen.
-
Kurz
gesagt kann das Volumen der wiedereingeleiteten Brandgase R von
der Geschwindigkeit und den fluiddynamischen Eigenschaften der Luft, die
in drei Abschnitte A1, A2 und A3 unterteilt ist, und von der Größe des Zwischenraumes 27 zwischen
der röhrenförmigen Luftleitung 11 und
dem Rezirkulationsflammenrohr 29 abhängen.
-
Die
Strömungsrate
der wiedereingeleiteten Brandgase R durch den Zwischenraum 27 kann
daher gesteuert werden, indem die Position des Rezirkulationsflammenrohrs 29 entlang
der Achse S gesteuert wird. Dadurch kann das Ansaugvolumen der wiedereingeleiteten
Brandgase R optimiert werden, deren Hauptfunktion dann besteht,
die Flammentemperatur abzusenken, die hauptsächlich für die Bildung von Nox verantwortlich
ist.
-
Die
Position des Rezirkulationsflammenrohrs 29 im Bezug auf
die röhrenförmige Luftleitung wird
durch einen Justierstift 30, der integraler Bestandteil
des hinteren Abschnittes 11b der röhrenförmigen Luftleitung 11 ist,
im Bezug auf einen ge neigten Schlitz 31 eingestellt, der
im Rezirkulationsflammenrohr 29 ausgebildet ist. Um die
Position des Rezirkulationsflammenrohr 29 im Bezug auf
die röhrenförmige Luftleitung 11 einzustellen
und die Größe des ringförmigen Spaltes 27 zur
Rezirkulation von Brandgasen R einzustellen, muss der Benutzer,
wenn der Brenner abgeschaltet ist, lediglich das Rohr 29 um die
Achse S im Verhältnis
zur röhrenförmigen Luftleitung 11 drehen,
so dass die "Schraubwirkung" des Stiftes 30 genutzt
wird, der in den geneigten Schlitz 31 eingreift.
-
Die
nächste
Verbrennungsstufe findet in der Oxidationszone statt, in der die
Verbrennungsträgerluft
aus dem Tertiärluftabschnitt
A3, der durch die Rohre 14 definiert ist, den Verbrennungsvorgang
innerhalb des Rezirkulationsflammenrohrs 29 vervollständigt.
-
Bei
der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die in 2 und 3 gezeigt
ist, sind die Manschette 23 und die mit ihr verbundenen Elemente
durch einen Flammendeflektor 13 ersetzt, der eine bestimmte
Anzahl von Rippen 13a, wie etwa vier Rippen 13a,
enthält,
die um 90° voneinander
beabstandet sind, um die Luftdüse 20 und
sämtliche
mit ihr verbundenen Elemente lose zu zentrieren. Die Luftdüse 20 und
sämtliche
mit ihr verbundenen Elemente, sind zwischen die Rippen 13a gepresst,
wobei die Menge der Sekundärluft
A2 durch Einstellen der Position der Luftdüse 20 im Bezug auf
die zentrale Öffnung 15 justiert
wird. Es ist offensichtlich ausreichend Raum zwischen einer Rippe 13a und
einer weiteren Rippe vorhanden, um es der Sekundärluft A2 zu gestatten, die Öffnung 15 zu
erreichen.
-
Was
die Primär-
und die Sekundärluft
A1 und A3 angeht, treffen dieselben Gesichtspunkte wie bei der ersten
Ausführungsform
aus 1 zu.
-
Bei
der zweiten Ausführungsform,
die in 2 und 3 gezeigt ist, enthält das Rezirkulationsflammenrohr 29 zwei
Abschnitte 29a, 29b, die miteinander integral
verbunden sind. Der Abschnitt 29b weist eine Anzahl von
Schlitzen 32 senkrecht zur Achse S auf, die wie zuvor einen
ringförmigen
Spalt 27 zur Rezirkulation von Brandgasen R definieren. Bei
dieser Ausführungsform
ist der Stift 30 integraler Bestandteil des Flammendeflektors 13,
wobei der geneigte Schlitz 31 im Abschnitt 29b des
Rezirkulationsflammenrohrs 29 ausgebildet ist. Um die Menge der
Brandgase R einzustellen, die durch den ringförmigen Spalt 27 eingeleitet
werden, dreht auch in diesem Fall der Benutzer, wenn der Brennkopf 10 abgeschaltet
ist, einfach das Rezirkulationsflammenrohr 29 in die eine
oder die andere Richtung um die Achse S, um die "Schraubwirkung" des Stiftes 30 zu nutzen, der
in den geneigten Schlitz 31 eingreift.
-
Bei
der zweiten Ausführungsform,
die in 2 und 3 gezeigt ist, ist die Zündvorrichtung 12 vorteilhafterweise
an der stromaufwärtigen
Fläche des
Flammendeflektors 13 angebracht, um es dem Benutzer, sofern
es notwendig ist, zu ermöglichen, die
Zündvorrichtung 12 von
der Kesselseite entgegengesetzt zum hinteren Abschnitt des Brennkopfes 10 zu
entfernen.