DE2538134C2 - Ölbrenner - Google Patents
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Description
- daß die Luftzufuhröffnungen (7,9,108,110) im
AußenE-ylinder (1,101) lediglich im Bereich, der
das stromabwärtige Ende des Innenzylinders (2, 102) umgibt, sowie stromab von diesen in einem
Abstand, der mindestens so groß wie der Durchmesser des Außenzylinders (1, 101) ist,
vorgesehen sind,
- daß in die Luftzufuhröffnungen (7,9,108,110)
zylindrische Tüllen (8, 10, 109, 111) eingesetzt sind,
- daß die Wirbler (5, 5a, 5b, 105) für Primärluft einen Drehsinn haben, der demjenigen des
Wirbiers (6,107) für Sekundärluft entgegengesetzt ist und
- daß die Wirbler (5, 5a, Sb. 105) für Primärluft
und die jeweils zugeordneten Brennstoffdüsen (4, 4a, 4b, 104) auf ein Luftverhältnis von nicht
mehr als 0,4 eingestellt sind.
Die Erfindung betrifft einen ölbrenner gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs.
Aus der US-PS 29 51 339 ist bereits ein derartiger Brenner bekannt, der aus einem Außenzylinder und einem
Innenzylinder besteht, wobei sich an der Rückwand des Außenzylinders jeweils von einem Wirbler für Primärluft
umgebende Brennstoffdüsen befinden und am stromabwärtigen Ende des Innenzylinders ein Luftwirbler
angeordnet ist. Weitere Luftzufuhröffnungen befinden sich gleichmäßig verteilt im Außen- und Innenzylinder.
Ein derartiger Brenner weist keine Trennung zwischen einer primären und sekundären Verbrennungszone
auf.
Ferner ergibt sich durch die Anordnung der kleinen, gleichmäßig verteilten Luftzufuhröffnungen eine entsprechend
lange Verbrennungszone, in der, da das Luftdurchdringungsvermögen durch die Löcher gering ist,
die Vermischung des Luft-Brennstoff-Gemisches nur unvollständig erfolgt.
In der US-PS 26 38 745 und der US-PS 36 43 430 sind zwar Brenner mit primären und sekundären Verbrennungszonen
beschrieben, jedoch ist der Übergang zwischen den beiden Zonen kontinuierlich.
Die US-PS 36 43 430 weist zwar innerhalb eines Außenzylinders einen kurzen Innenzylinder und in der
Rückwand des von beiden begrenzten Ringraumes von je einem Wirbler umgebende Brennsioffdüscn auf, jedoch
sind beide Zylinder mit kurz aufeinanderfolgenden Luftzufuhröffnungen versehen.
Die US-PS 26 38 745 zeigt einen ölbrenner mit lediglich
einem einzigen Innenzylinder. Die Brennstoffzufuhr erfolgt mittels einer an der Rückwand angeordneten
Düse, wobei die Brennstoff-Luftvermischung mittels im Zylinder in drei abwechselnd in entgegengesetzten
Richtungen angeordneten tangentialen Leitvorrichtungen in Verbindung mit weiteren Durchlässen erfolgt
Diese Art der Vermischung erweist sich ebenfalls als unzureichend und führt zu einem hohen Rauch- und
Stickoxydgehalt des Abgases.
Aufgabe der Erfindung ist es daher einen ölbrenner
ίο eingangs genannter Art so auszubilden, daß sowohl die
Rauch- als auch die Stickoxyd-Emission vermindert ist.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs angegebenen Merkmale.
Da mehrere Brennstoffdüsen, umgeben von Wirblern für Primärluft, in der Rückwand des Außenzylinders angeordnet
sind und der Wirbler für Sekundärluft am stromabwärtigen Ende des Innenzylinders einen der
Primärluftwirblern entgegengesetzten Drehsinn aufweist, ergibt sich, unterstützt durch die definiert angebrachten
Luftzufuhröffnungen im Außenzylinder eine äußerst gutfj Durchmischung von Luft und Brennstoff.
Die primäre Verbrennungszone beschränkt sich nur auf den Ringraum zwischen Außen- und Innenzylinder
und weist ein Luftverhältnis von maximal 0,4 auf, wodurch die Zündbarkeit, die Verbrennungsstabilität und
der Wirkungsgrad erhöht werden können.
Außerdem werden hier Luft und Brennstoff bei reicher Mischung gut gemischt, die Verbrennungstempe-
jo raturen niedrig gehalten und die NOx-Ausbildung verringert.
Weiterhin mischt sich das Gasgemisch aus der primären Verbrennungszone mit der Sekundärluft vom Wirbler
am stromabwärtigen Ende des Innenzylinders und
mit der von den Öffnungen des Außenzylinders gelieferten Luft gut durch. Die sich ergebende Mischung brennt
unter Bedingungen einer mageren Mischung. Folglich wird der Rauch verringert und die NOx-Emission wird
auf niedrigem Wert gehalten.
-to Die Erfindung soll durch drei Ausführungsbeispiele
nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert werden. Dabei zeigt
F i g. 1 einen Längsschnitt eines Brenners nach der Erfindung gemäß der Linie HI-IlI in der F i g. 2;
F i g. 2 einen Querschnitt gemäß der Linie IV-IV in der Fig.l;
Fig.3 einen Längsschnitt eines weiteren Brenners
nach der Erfindung gemäß der Linie V-V in F i g. 4;
F i g. 4 einen Querschnitt gemäß der Linie VI-VI in Fig. 3;
F i g. 4 einen Querschnitt gemäß der Linie VI-VI in Fig. 3;
F i g. 5 einen Längsschnitt eines weiteren Brenners nach der Erfindung.
Die F i g. I und 2 zeigen einen Außenzylinder 1 und einen Innenzylinder 2, der koaxial im Außenzylinder 1
angeordnet ist. Die beiden Zylinder bilden zwischen sich einen ringförmigen Raum 3. Mehrere Brennstoffdüsen
(öleinspritzventile) 4 sind auf einem Kreis gleichmäßig verteilt in der Rückwand des Ringraumes 3 angeordnet,
umgeben von der gleichen Zahl von Wirblern 5 für Pri-
bo märluft, wobei die Blätter der Wirbler alle in derselben
Richtung umwälzen. Am stromabwärtigen Ende des Innen/.ylinders
2 befindet sich ein Wirbler 6 für Sekundärluft, dessen Blätter in der entgegengesetzten Richtung
drehen. Für die Sekundärluft gehen mehrere Luftzu-
M fuhröffnungen 7 durch den Wandungsteil des Außenzylinders
1 hindurch, der das siromabwärtige Ende des
Innen/.ylinders 2 umgibt. |cdc Luftzufuhröffnung 7 ist
mit einer Tülle 8 versehen. Gleiche Öffnungen 9 für die
Verdünnungsluft befinden sich im Außenzylinder stromab in einem Abstand, der mindestens so groß ist wie der
Durchmesser des Außenzylinders hinter den Luftzufuhröffnungen 7 für Sekundärluft Jede öffnung 9 ist mit
einer Tülle 10 versehen. In der Nähe des Wirbiers für die Sekundärverbrennungsluft befindet sich ein Wasseroder
Dampfeinspritzer 11. Ein Wasser- oder Dampizuführrohr
ist an einem Ende mi1 dem Einspritzer 11 und
am anderen Ende mit einer nicht dargestellten Pumpe verbunden.
An den Wandungen des Außenzylinders 1 und des Innenzylinders 2 befinden sich, mit Ausnahme der öffnungen
7 für die Sekundärverbrennungsluft und der öffnungen 9 für die Verdünnungsluft, an bestimmten
Stellen, keine Löcher.
Gleichzeitig mit dem Einspritzen von flüssigem Brennstoff durch die Einspritzventile 4 liefe-n die Wirbler
5 für Primärluft, die die einzelnen Ventile umgeben.
Luft zum Verbrennen in einer solchen Menge, daß sich im Ringraum 3 ein Luftverhäitnis von nicht mehr als 0,4
ergibt.
Der Wirbler 6 und die Luftzufuhröffnungen 7 liefern Luft in einer solchen Menge, daß in der sekundären
Verbrennungszone ein Luftverhältnis von 1.05 bis 1.30, gemeint ist das Verhältnis von zugeführter Luft zu theoretischer,
für die Verbrennung notwendiger Luft, herrscht.
Der Wert von 13 wird erst in der Verdünnungszone durch die Luftzufuhröffnungen 9 für die Verdünnungsluft
überschritten.
Bei der Verbrennung von schwerem Heizöl wird vom Einspritzer 11 Wasser oder Dampf zugegeben.
Der Brenner arbeitet in folgender Weise:
Der ringförmige Raum 3, der von den Wirblern 5 mit Primärluft versorgt wird, weist ein Luftverhältnis von
nicht mehr als 0.4 auf. Dieser Raum, stellt eine Zone 15 dar, in der die gasförmige Mischung mit einer hohen
Brennstoffkonzentration unvollständig verbrennt. In dieser Zone wird der unverbrannte Teil des flüssigen
Brennstoffs durch Hitze vergast.
Zum unvollständig verbrannten Gas wird vom Wirbler 6 für Sekundärluft am stromabwärtigen Ende des
Innenzylinders 2 und durch die Luftzufuhröffnungen 7 Luft zugegeben.
Somit entsteht im Raum hinter dem stromabwärtigen Ende des Innenzylinders 2 eine Zone 16, in der eine
gasförmige Mischung mit einer niedrigen Brennstoffkonzentration vollständig verbrannt wird.
Da die Richtung, in der die Blätter des Wirbiers 6 für Sekundärluft umwälzen, zur Drehrichtung der Blätter
der Wirbler 5 für Primärluft entgegengesetzt ist, mischt sich das Brennstoff-Luft-Gemisch der PrimärverDrennungszone
15 gut mit der Sekundärluft.
Die Vermischung wird noch verstärkt, da die Luftzufuhröffnungen 7 für Sekundärluft zum stromabwärtigen
Ende des Innenzylinders 2 mit Hilfe der Tüllen 8 konzentrisch sind, wodurch die Luftdurchdringung zur Mittelachse
hin vergrößert wird. Das vom Einspritzer 11 gelieferte Wasser oder der eingespritzte Dampf werden
von den Verbrennungsluftströmungen geführt und bauen eine reduzierende Atmosphäre auf.
Weil H2O zusanimen mit den Wirbelluftströmen geliefert
wird, werden Wassertröpfchen in das Außengebiet des Vei'brenrUingsraumes geblasen. Auf diese Weise
wird Kohlenwasserstoff des Brennstoffs durch H2O
zu CO oder CC)2 und 112 umgewandelt, was einer Vergasung
des Brennstoffs gleich kommt. Da die Reaktion endo-lherm verlAiift. und der unvcrbrannle Teil und der
Kohlenstoff aus der primären Verbrennungszone mit Luft verbrannt werden, kann die sich ergebende Hitze
genutzt werden. Diese Reaktionswärme dient zum Vergasen und zum Verringern der Rauch- wie auch der
NOx-Emission.
An die sekundäre Verbrennungszone schließt sich stromabwärts die Verdünnungszone an. Die Verdünnungsluft
strömt durch die Luftzufuhröffnungen 9, wobei das Durchdringungsvermögen der Luft durch die
lu Tüllen 10 vergrößert wird.
Die Verdünnungsluft mischt sich mit dem Gas der sekundären Verbrennungszone und kühlt dieses rasch
ab.
Während das Einspritzen von Wasser oder Dampf bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel durch eine Düse erfolgt, wird der Brennstoff von einer Ringleitung zusammen mit der Luft in den Verbrennungsraum gegeben.
Es ist aber auch möglich das Wasser oder den Dampf mit dem Brennstoff zu mischen und diese Mischung anstatt des Brennstoffes allein einzuspritzen.
Während das Einspritzen von Wasser oder Dampf bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel durch eine Düse erfolgt, wird der Brennstoff von einer Ringleitung zusammen mit der Luft in den Verbrennungsraum gegeben.
Es ist aber auch möglich das Wasser oder den Dampf mit dem Brennstoff zu mischen und diese Mischung anstatt des Brennstoffes allein einzuspritzen.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel, dargestellt in den F i g. 3 und 4, befindet sich eine gerade Anzahl von
im Kreis angeordneten Einspritzventilen 4a, 46 mit einem ringförmigen Querschnitt, am stromaufwärtigen
Ende des zylindrischen Raumes 3.
Die Ventile 4a, 4b sind entsprechend von den Primärverbrennungsluftwirblern
5a, 5b umgeben, deren Blätter in entgegengesetzten Richtungen umwälzen, d. h. die
Wirblerblätter 5a, 56 drehen sich in entgegengesetzten
Richtungen.
Die Einspritzventile 4a, 4b geben entweder unterschiedliche
Brennstoffmengen in den Zylinder oder die Wirbler 5a, 5i> für die primäre Verbrennungsluft liefern
einen hohen und einen niedrigen Luftanteil oder beide Einstellmöglichkeiten sind miteinander kombiniert.
Das bedeutet, daß jedes Paar benachbarter Ventile und Wirbler auf ein anderes Luftverhältnis eingestellt
ist.
Dies bedeutet, daß ein Ventil 4a und ein Wirbler 5a ein Luft-Brennstoff-Verhältnis besitzt, das dem von 4b
und 5b nicht ähnlich ist.
Wirbler und jeweils zugeordnete Brennstoffdüse sind auf ein Luftverhältnis von nicht mehr als 0.4 eingestellt,
wodurch sich im Ringraum 3, der primären Verbrennungszone ebenfalls ein Luftverhältnis von maximal 0.4
ergibt.
In der primären Verbrennungszone werden somit die Verbrcnnungsflammen aus unterschiedlichen Gemisehen,
abwechselnd in einander entgegengesetzten Richtungen wirbeln. Bei der Zündung des Brennstoffes
dienen die Flammen der reicheren Mischung als Pilotflammen, zum Zünden der mageren Gemische.
Bei allmählicher Abwärtsbewegung beginnen die Flammen sich zu vermengen.
In der sekundären Verbrennungszone drückt ein starker
Wirbelstrom, der vom Wirbler 6 für Sekundärluft geliefert wird, die Gruppe kleiner Wirbelflammen so,
daß sie zusnmmenwirbeln. Gleichzeitig werden Luft-
bo ströme durch die Luftzufuhröffnungen 7 für Sekundärluft
eingeführt. Diese Ströme regen mit ihrem Durchdringen, das durch die Tüllen 8 verstärkt ist, die Gruppe
kleiner Wirbelflammen an. In der beschriebenen Weise werden die kleinen Flammen stark ein- und ausgeht
mischt. Dann wird der unverbrannte Teil der reichen Mischung verbrannt und das Abgas enthält einen Teil
der Verbrennungsluft. Das Gesamtluftverhältnis in dieser Verbrennungszone bewegt sich zwischen 1,5 und 2,0.
Die Luft zum Überschreiten des Luftverhältnisses von 2.0 wird von den mit Tüllen 10 versehenen Luftzufuhröffnungen
9 für die Verdünnungsluft geliefert.
F i g. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, mit einem Außenzylinder 101 und einem Innenzylinder
102. Der Innenzylinder ist kürzer als der Außenzylinder und verläuft koaxial im vorderen Raum des
Außenzylinders, so daß sich ein Ringraum 103 zwischen ihnen ergibt. Es sind mehrere Einspritzventile 104
gleichmäßig verteilt und kreisförmig am stromaufwärtigen Ende des Ringraumes 103 angebracht. Die Wirbler
105 für Primärluft sind um die einzelnen Ventile herum angebracht. Diese Wirbler besitzen einen Wirbelwinkel
von 30 bis 35°. Trenner 106 in der Form von Zylindern, Kegein oder deren Kombinationen sind je rund um die \r>
Wirbler 105 herum befestigt und verlaufen in Strömungsrichtung.
An der Außen- und der Innenseite eines jeden Trenners befinden sich ringförmige Luftdurchgänge und, es
kann ein äußerer Wirbler zusätzlich zum Innenwirbler vorgesehen sein. Am stromabwärtigen Ende des Innenzylinders
102 befindet sich ein Wirbler 107 für Sekundärluft Mehrere Luftzufuhröffnungen 108 für Sekundärluft,
von denen jede mit einer Tülle 109 versehen ist, befinden sich im Wandungsteil des Außenzylinders 101. 2ri
Mehrere öffnungen für Verdünnungsluft 110, die mit Tüllen Ul versehen sind, gehen durch den Wandungsteil
des Außenzylinders 101 in einem Abstand, der mindestens so groß ist wie der Durchmesser des Außenzylinders,
hindurch.
Die Einspritzventile 104 geben entweder abwechselnd unterschiedliche Brennstoffmengen in den Zylinder
oder die Wirbler 105 für die primäre Verbrennungsluft liefern jeweils einen hohen und einen niedrigen
Luftanteil oder beide Einstellmöglichkeiten sind mitein- π
ander kombiniert, d. h. jedes Paar benachbarter Ventile und Wirbler ist auf ein anderes Luftverhältnis eingestellt.
Die Arbeitsweise dieses Ausführungsbeispiels ist, wie folgt:
Der von den Einspritzventilen 104 eingespritzte Brennstoff wird mit der von den Primärverbrennungsluftwirblern
105 um die Ventile herum gelieferten Luft verbrannt und ergibt eine primäre Verbrennungszone
im Ringraum 103. 4s
In der primären Verbrennungszone wird ein Gesamtluftverhältnis von 0.4 nicht überschritten.
Die Wirbler 107 und die öffnungen 108 liefern Luft
für die sekundäre Verbrennungszone.
Wenn das Gesamtluftverhältnis in der sekundären r>o
Verbrennungszone über 2,0 iiegi, wird die restliche Luft durch die öffnungen für Verdünnungsluft 110 in den
Verbrennungsraum eingeführt
Da die Trenner 106 um die Ventile 104 und ihre Luflwirbler
105 Ränder aufweisen, bewirkt jedes System aus je einem Wirbler und einem Ventil eine von den anderen
System im Ringraum 103 unabhängige Verbrennung.
In anderen Worten, in der Nähe jedes Einspritzventils erfolgt die Verbrennung unabhängig ohne Interferenz
mit dem benachbarten Wirbel. Somit kann ein Wirbel- to winkel, der in bezug auf Verbrennungsgrad und Rauchcharakteristik
die beste Wirkung hat, z. B. von θ = 35°
gewählt werden.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen ö5
Claims (1)
- Patentanspruch:ölbrenner mit einem Außenzylinder und einem konzentrischen Innenzylinder, dessen axiale Länge kleiner ist als die des Außenzylinders und mit diesem stromauf einen Ringraum begrenzt, mit mehreren in der Rückwand des Ringraumes angeordneten BrennstoffdOsen, die jeweils von einem Wirbler für Primärluft umgeben sind, mit einem Wirbler für Sekundärluft am stromabwärtigen Ende des Innenzylinders sowie mit Luftzufuhröffnungen im Außenzylinder, dadurch gekennzeichnet,
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9751774A JPS5124936A (ja) | 1974-08-27 | 1974-08-27 | Nenryonenshosochi |
| JP9751874A JPS5124937A (ja) | 1974-08-27 | 1974-08-27 | Nenryonenshosochi |
| JP13770974A JPS5164639A (ja) | 1974-12-03 | 1974-12-03 | Nenryonenshosochi |
Publications (2)
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|---|---|
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (3)
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| GB (1) | GB1516177A (de) |
Cited By (1)
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| FR2283392B1 (de) | 1978-04-07 |
| FR2283392A1 (fr) | 1976-03-26 |
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| D2 | Grant after examination | ||
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