EP0428174A2

EP0428174A2 - Drallflammen-Mischvorrichtung für Ölbrenner

Info

Publication number: EP0428174A2
Application number: EP90121914A
Authority: EP
Inventors: Harro Kaminski; Engelbert Wittek; Armin Borth
Original assignee: ELECTRO-OIL GmbH
Current assignee: ELECTRO-OIL GmbH
Priority date: 1989-11-15
Filing date: 1990-11-15
Publication date: 1991-05-22
Anticipated expiration: 2010-11-15
Also published as: EP0428174B1; DE59010372D1; ATE139324T1; EP0428174A3; DE3937925C2; DE3937925A1

Abstract

Eine Drallflammen-Mischvorrichtung für Ölbrenner mit einer in einem stromab konisch verengten Brennerrohr (1) angeordneten Zerstäuberdüse (7), mit einer der Zerstäuberdüse zugeordneten axial verschieblichen Stauscheibe (12), welche eine mittige Öffnung (13) aufweist, von der im wesentlichen radial nach außen Schlitze (14) ausgehen, die durch aus der Ebene der Stauscheibe abgebogene flügelartige Abschnitte gebildet sind, und welche mit einer zylindrischen Begrenzung (16) in Fortsetzung ihres Außenumfangs - in Strömungsrichtung gesehen - versehen ist, soll der Flamme einen die Zündung und praktisch schadstofffreie Verbrennung des Heizöls begünstigenden, erhöhten Drall verleihen. Hierzu hat das Brennerrohr (1) stromab der Verengung (3) eine Einschnürung (6) und/oder zur Brennerrohrlängsachse einen Anstellwinkel aufweisende Sicken (4) und/oder ragt die Zerstäuberdüse (7) mit einer Düsenmündung (17) in die Ebene der Stauscheibe (12) hinein.

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Drallflammen-Mischvorrichtung für Ölbrenner mit einer in einem stromab konisch verengten Brennerrohr angeordneten Zerstäuberdüse, mit einer der Zerstäuberdüse zugeordneten axial verschieblichen Stauscheibe, welche eine mittige Öffnung aufweist, von der im wesentlichen radial nach außen Schlitze abgehen, die durch aus der Ebene der Stauscheibe abgebogene flügelartige Abschnitte gebildet sind, und welche mit einer zylindrischen Begrenzung in Fortsetzung ihres Außenumfangs - in Strömungsrichtung gesehen - versehen ist.
Eine gattungsgemäße Mischvorrichtung ist bereits aus der DE-PS 35 42 174 bekannt. Im Brennerrohr ist ein im Durchmesser kleineres Führungsrohr angeordnet, das axial verstellbar ist und eine topfartig ausgebildete Stauscheibe aufnimmt. Die Stauscheibe dient der Flammenhaltung, d.h. sie stellt ein Gleichgewicht zwischen der Ausströmgeschwindigkeit eines Brennstoff-Luftgemisches und der Rückzündgeschwindigkeit der Flamme bei beabsichtigter Rezirkulation im Verbrennungsraum ein. Die Stauscheibe bildet mit dem Brennerrohr einen einstellbaren Ringspalt, wobei die Stauscheibe von einem Primärluftstrom für eine unterstöchiometrische Vorverbrennung und der Ringspalt von einem Sekundürluftstrom für eine vollständige Verbrennung des Heizöls durchströmt werden. Dabei gelangt das Heizöl von der Zerstäuberdüse durch eine zentrische Öffnung der nachgeordneten Stauscheibe, die einen sechsspitzflächigen Durchlaß bildet, in die Verbrennungszone. Schlitze in der Stauscheibe geben der hindurchtretenden Primärluft einen Drall auf, der eine Mischung von Heizöl und Luft sowie eine Vergasung des Heizöls fördert. Durch eine verhältnismäßig große Schlitzbreite im Bereich der mittigen Öffnung wird ein örtlich begrenzter starker Wirbeleffekt erzielt, welcher das Zünden nach jeder Regelzuschaltung des Brenners begünstigt.
Bei dieser Mischvorrichtung ist jedoch nachteilig, daß die Drallbewegung des Verbrennungsgasgemisches relativ ungehindert in eine axiale Aströmbewegung umgesetzt wird, wodurch die Vermischung von Heizöl und Luft sowie Vergasung des Heizöls beeinträchtigt werden. Unterstützt wird dies noch durch die mit einer hohen Geschwindigkeit von z.B. mehr als 10 Metern pro Sekunde durch die mittige Öffnung der Stauscheibe in Strahlform strömende Primärluft, welche die gewünschte Drallführung im Zentrum der Misch- und Verbrennungszone behindert und durch ihren Stoßimpuls die Zündwilligkeit des Verbrennungsgasgemisches verringert. Ferner setzt die vornehmlich in Axialrichtung des Brennerrohres abströmende Sekundärluft den Drall des Verbrennungsgasgemisches herab.
Das DE-GM 77 24 029 offenbart eine ähnliche Mischvorrichtung, bei der das Führungsrohr mit vier gleichmäßig am Umfang verteilten Flossen versehen ist, die mittels Winkelprofilstücken gebildet sind und gewährleisten, daß das Führungsrohr genau koaxial in das Brennerrohr eingesetzt ist. Diese Abstützung von Führungsrohr und eingesetzter Stauscheibe ist jedoch konstruktiv relativ aufwendig und ändert auch nichts an der drallvermindernden Wirkung der axial ausgerichteten Sekundärluftströmung.
Die DE-PS 24 61 078 offenbart bereits eine Feuerungsanlage mit einem Brenner, der außen einen Ringspalt für eine Zufuhr von Sekundärluft hat, die vor dem Austritt in einen Verbrennungsraum durch Öffnungen einer Platte strömt, denen schaufelförmige Leitbleche zugeordnet sind, um eine Ablenkung der Luft zur Außenseite des Flammenkerns zu bewirken, so daß ein Luftmantel mit einer schraubenlinienförmig verlaufenden Strömungsrichtung gebildet wird. Die Lochplatte hat jedoch hohe Druckverluste und erzeugt infolge unstetiger Übergänge eine unvollständig ausgebildete Drall-Mantelströmung, die noch nicht den wünschenswerten Mischungs- und Vergasungseffekt hat. Zudem ist die ein zentrales Führungsrohr haltende zusätzliche Drallplatte herstellungstechnisch relativ aufwendig.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Mischvorrichtung für Ölbrenner zu schaffen, die der Flamme einen erhöhten Drall verleiht, welcher die Zündung und praktisch schadstofffreie Verbrennung des Heizöls begünstigt.
Hierzu ist bei einer ersten erfindungsgemäßen Lösungsvariante in Verbindung mit den gattungsgemäßen Merkmalen vorgesehen, daß das Brennerrohr stromab der konischen Verengung eine von dieser radial vorstehende Einschnürung hat.
Die erfindungsgemäß vorgesehene Einschnürung verringert die Flammen-Fluchtgeschwindigkeit in Axialrichtung des Brennerrohres und unterstützt somit die als Flammenhaltungs-Vorrichtung bereits vorgesehene Stauscheibe. Dadurch bleibt der Drall der Primärluft der Flamme in größerem Umfang erhalten, so daß in einer Mischzone vor der Einschnürung eine intensive Mischung des Heizöls mit der Luft und dessen stärkere Vergasung stattfindet. Es resultiert ein intensiv gemischtes Verbrennungsgas, welches einen schnellen Ausbrand mit einer kürzeren Flamme mit der Charakteristik einer sogenannten "Blauflamme" fördert, wobei weniger fester Kohlenstoff, dafür jedoch mehr Kohlenmonoxid aufbereitet wird. Vorteilhafterweise fällt praktisch kein Ruß im Abgas an, sind im Abgas geringere Anteile an Kohlenmonoxid enthalten und ist auch eine Minderung der Stickstoffoxidbildung festzustellen.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung beträgt das Verhältnis eines kleinsten Einschnürungsdurchmessers zu einem kleinsten Durchmesser der angrenzenden konischen Verengung etwa 0,85 bis 0,8, wobei eine praktisch zufriedenstellende Verminderung der Flammen-Fluchtgeschwindigkeit unter Erhöhung des Flammendralls erreicht werden.
Bei einer praktischen Weiterbildung ist die Einschnürung von einem - vorzugsweise durch Einbördeln einer Brennerrohrmündung - in dem Brennerrohr gehaltenen Ringkörper gebildet. Verschiedenen Einsatzfällen kann leicht durch Verwendung unterschiedlicher Ringkörper Rechnung getragen werden.
Bei einer alternativen Ausgestaltung ist die Einschnürung von einer Ausformung, insbesondere Einbördelung der Brennerrohröf fnung des Brennerrohres gebildet, wodurch ein zusätzliches Bauteil eingespart wird.
Nach einer Ausgestaltung bildet die Einschnürung eine konische Düse mit einem Konuswinkel von 90° bis 180°, deren Konusspitze vor oder in der Ebene der Brennerrohröffnung liegt. Die Düse ist z.B. von einem im Brennerrohr gehaltenen Ringkörper oder einer Ausformung des Brennerrohres gebildet und bewirkt insbesondere ein verlustarmes und gleichmäßiges Abströmverhalten der Verbrennungsprodukte.
Bei einer zweiten Lösungsalternative ist in Verbindung mit den gattungsbildenden Merkmalen, wahlweise aber auch in Verbindung mit den Merkmalen der ersten Lösungsalternative vorgesehen, daß das Brennerrohr neben der Brennerrohrmündung mehrere um die Brennerrohrlängsachse - vorzugsweise gleichmäßig - verteilt angeordnete, zum Brennerrohrzentrum ausgerichtete rippenartige Vorsprünge hat, daß die Vorsprünge die zylindrische Begrenzung der Stauscheibe seitlich führen, und daß die Vorsprünge zur Brennerrohrlängsachse einen Anstellwinkel haben. Der Anstellwinkel kann 0° betragen, ist jedoch bevorzugt deutlich größer.
Die erfindungsgemäß vorgesehen Vorsprünge bilden zum einen eine herstellungstechnisch günstige Führung und seitliche Halterung für die Stauscheibe. Zum anderen verleihen sie der Sekundärluftströmung aufgrund ihres Anstellwinkels über 0° zur Brennerrohrlängsachse einen Drall, welcher die eingeschlossene Flamme stabilisiert und den Drall der Primärluftströmung unterstützen kann. Somit behindert der Drall der Sekundärluft auch eine Umsetzung der Drehbewegung der Primärluft in eine Längsbewegung.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Vorsprünge in einem Schnitt parallel zur Brennerrohrlängsachse tropfenförmig. Die entsprechend bekannten Tragflügelprofile im Querschnitt tropfenförmigen Vorsprünge sorgen für eine gut durchgebildete Drallströmung der Sekundärluft und gleichmäßige sowie kontrollierte Strömungsverhältnisse in der Misch- und Verbrennungszone.
Bevorzugt sind vier bis sechs Vorsprünge um die Brenner rohrlängsachse verteilt angeordnet, welche die Drallströmung gut durchbilden und zugleich den Strömungsquerschnitt im Ringspalt vernachlässigbar mindern.
Bevorzugt haben die Vorsprünge zur Brennerrohrlängsachse einen Anstellwinkel von 15 bis 45°, wodurch die erwünschte kurze Flamme bei ausreichender Flammen-Fluchtgeschwindigkeit erreicht werden.
Nach einer anderen Ausgestaltung verleihen die Vorsprünge einer zwischen Brennerrohr und zylindrischer Begrenzung der Staubscheibe durchtretenden Sekundärluftströmung den gleichen Drehsinn, wie die Stauscheibe einer die Schlitze durchströmenden Primärluftströmung, so daß die Drallwirkung der beiden Teilluftströme einander unterstützen.
Bei einer dritten Lösungsalternative ist in Verbindung mit den gattungsbildenden Merkmalen, wahlweise aber auch in Verbindung mit den Merkmalen der ersten und/oder zweiten Lösungalternative vorgesehen, daß die Zerstäuberdüse mit einer Düsenmündung in die mittige Öffnung der Stauscheibe hineinragt und in der Ebene der Stauscheibe angeordnet ist.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Düsenmündung in der Öffnung und Ebene der Stauscheibe wird der relativ große Querschnitt der Öffnung verringert. Hierdurch wird erreicht, daß sich auch im Zentrum eine gedrallte Luftzuführung einstellt, d.h. daß der die Öffnung durchtretende Strahl durch den Drall der Primärluft aus den angrenzenden Schlitzen zumindest am äußeren Umfang gedämpft und mitgedreht wird. Auch dies begünstigt eine bessere Einmischung des Heizöls in die Verbrennungsluft und eine stärkere Vergasung des Heizöls und verbessert die Zündwilligkeit des Verbrennungsgasgemisches vor der Zerstäuberdüse.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung trägt die Zerstäuberdüse ein Paar Zündelektroden, von denen jede in Brennerrohrlängsrichtung etwa S-förmig stromabwärts zur Brennerrohrlängsachse gebogen ist, wobei jede Zündelektrode an Elektrodenfuß und Elektrodenspitze etwa parallel zur Brennerrohrlängsachse ausgerichtet ist, und sind die Zündelektroden durch die mittige Öffnung der Stauscheibe hindurchgeführt und stehen mit den Elektrodenspitzen stromabwärts über die Ebene der Stauscheibe vor. Die solchermaßen angeordneten Elektrodenspitzen liegen in einem für die Zündung günstigen Bereich des Verbrennungsgasgemisches. Dabei stehen die Zündelektroden mit den Elektrodenspitzen bevorzugt um etwa 3 mm über die Ebene der Stauscheibe vor.
Zum Erzeugen eines starken Zündfunkens sind die Zündelektroden nach einer Fortbildung ausgehend vom Elektrodenfuß aufeinander zu gebogen und neben der Elektrodenspitze etwa parallel zueinander ausgerichtet. Hierzu haben die Elektrodenspitzen voneinander bevorzugt einen Abstand von etwa 3 mm.
Bei Stauscheiben besteht die Gefahr, daß die noch nicht ausgebrannte Flamme mit relativ kaltem Metall in Berührung kommt und dort die Ölpartikel durch Crackvorgänge Koksablagerungen bilden. Diese Gefahr besteht auch bei den vorstehend beschriebenen Mischvorrichtungen nach der Erfindung, zumal diese generell eine Verringerung der Flammen-Fluchtgeschwindigkeit anstrebt. Zudem können sich trotz der erfindungsgemäßen Anordnung der Düsenmündung bei erhöhten Luftstaudrucken Zündunwilligkeiten ergeben. Aus der DE-PS 35 42 174 sind vorteilhafte Maßnahmen bekannt, die den vorstehend beschriebenen Effekten entgegenwirken. Diese sind vorteilhaft auch bei einer erfindungsgemäßen Mischvorrichtung vorgesehen.
Nach einer - sämtliche Lösungsvarianten betreffenden - Ausgestaltung ist deshalb vorgesehen, daß die Breite der Schlitze im Anschluß an die mittige Öffnung größer ist als im mittleren Bereich und daß die Breite der Schlitze im mittleren Bereich so bemessen ist, daß noch eine Luftfilmbildung erzielt wird. Dadurch wird nicht nur ein das Zünden des Brenners begünstigender Wirbeleffekt nahe der mittigen Öffnung erzielt, sondern im mittleren Schlitzbereich eine Wirbelbildung vermieden, wobei eine ausreichende Luftfilmbildung auf dem anschließenden Flächenbereich eine Verkokung desselben verhindert. Die durch den Flächenbereich strömenden Ölpartikel werden hingegen ausreichend verbrannt.
Nach einer Ausgestaltung ist die Breite der Schlitze im radial äußeren Endbereich größer als im mittigen Bereich. Im äußeren Schlitzbereich prallt ein starker Luftstrom mehr oder weniger direkt auf die zylindrische Begrenzung, um dann rotierend im Becher zur Abrißkante abgeleitet zu werden. Dies ist für das Freihalten der äußeren Schlitzbereiche von Koksablagerungen vorteilhaft. Bevorzugt ist der Verlauf der radial äußeren Endbereiche der Schlitze derart, daß die durch diese tretende Luftströmung im Winkel von annähernd 45° auf die Begrenzung trifft. Dadurch wird ein verhältnismäßig starker Luftstrom durch die zylindrische Begrenzung umgelenkt und ihm eine entsprechende Rotation erteilt. Zu diesem Zweck kann der radial äußere Endbereich der Schlitze bogenförmig gekrümmt sein. Vorzugsweise sind die Schlitze insgesamt bogenförmig ge krümmt, beispielsweise mit einem einzigen Radius. Der bogenförmige Verlauf der Schlitze hat den weiteren Vorteil, daß der durch die Schlitze hindurchtretende Luftstrom aufgefächert und der zugeordnete Flächenbereich der Stauscheibe vollständig beaufschlagt wird.
Bevorzugt beträgt das Verhältnis vom Radius der Begrenzung zum Radius der Schlitze etwa 1,82. Eine vorteilhafte Breite der Schlitze im radial inneren und/oder äußeren Bereich kann etwa 2 mm betragen. Wie bereits erwähnt, muß die Breite der Schlitze im mittleren Bereich so bemessen sein, daß noch eine Luftfilmbildung erzielt wird. Dies ist bei einer Breite von etwa 0,7 mm der Fall.
Ferner ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die mittige Öffnung sechsspitzig ausgebildet ist, wobei die Schlitze von den Spitzen ausgehen. Hierdurch werden insbesondere die Herstellungs- und Strömungsbedingungen verbessert.
Bei einer vierten Lösungsalternative ist in Verbindung mit den gattungsbildenden Merkmalen, wahlweise aber auch in Verbindung mit den Merkmalen der ersten, zweiten und/oder dritten Lösungsalternative vorgesehen, daß das Brennerrohr eine koaxiale Rohrhülse trägt, die in Strömungsrichtung über die konische Verengung hinausragt, vorn eine radial vorstehende Einschnürung hat und in einen Spalt zwischen ihr und dem Brennerrohr mündende Injektionsöffnungen aufweist. Die Rohrhülse bewirkt eine tertiäre Gasströmung durch die Injektionsöffnungen in dem Bereich der Brennerrohrmündung infolge des dort herrschenden Unterdruckes. Die Tertiärströmung hat zum einen eine Minderung der Schadstoffanteile der Verbrennungsgase zur Folge. Zum anderen verringert die radial nach innen gerichtete tertiäre Strömung die Flammen-Fluchtgeschwindigkeit in Axialrichtung, womit die zur Einschnürung des Brennerrohres schon erwähnten Vorteile einhergehen. Die Mischvorrichtung kann eine Einschnürung nur an der Rohrhülse aufweisen, aber auch an Rohrhülse und Brennerrohr mit einer Einschnürung versehen sein.
Im letztgenannten Fall ist es hinsichtlich der Strömungsverluste besonders günstig, wenn gemäß einer Weiterbildung die Innenabmessungen der Einschnürung der Rohrhülse denjenigen der Einschnürung des Brennerrohres entsprechen.
Für eine konzentrierte Einbringung der Tertiärströmung in den Mündungsbereich haben die Einschnürungen von Rohrhülse und Brennerrohr bevorzugt einen axialen Abstand von etwa 5 mm voneinander.
Gemäß einer Weiterbildung sind die Injektionsöffnungen an der Rohrhülse in Strömungsrichtung vor der Brennerrohrmündung angeordnet, wodurch das Ansaugen durch die Injektionsöf fnungen gefördert und einem Ausblasen der Primär- und Sekundärluftströmung durch die Injektionsöffnungen entgegengewirkt wird.
Grundsätzlich reicht eine einzige Injektionsöffnung z.B. in Form eines Langloches aus. Für eine gleichmäßige Strömungsverteilung innerhalb des Spaltes zwischen Rohrhülse und Brennerrohr sind die Injektionsöffnungen jedoch bevorzugt über den Umfang der Rohrhülse verteilte (Lang-)Löcher.
Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnungen, die bevorzugte Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigen. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Mischvorrichtung mit einem Ringkörper als Einschnürung, einem Brennerrohr mit Sicken und in der Ebene einer Stauscheibe angeordneter Düsenmündung in einem Längs schnitt (mit winkligem Schnittverlauf);
Fig. 2 Zerstäuberdüse mit Zündelektroden derselben Vorrichtung in der Vorderansicht;
Fig. 3 Düsenbuchse mit Stauscheibe und Zentrumsscheibe derselben Vorrichtung im Längsschnitt;
Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV der Fig. 3;
Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V der Fig. 3;
Fig. 6 Brennerrohr derselben Vorrichtung im Längsschnitt;
Fig. 7 ein anderes Brennerrohr mit von einer Ausformung gebildeter Einschnürung in einem Teilschnitt neben der Brennerrohrmündung;
Fig. 8 ein anderes Brennerrohr mit von einer anders abgewinkelten Ausformung gebildeten Einschnürung in einem Teilschnitt nahe der Brennerrohrmündung;
Fig. 9 ein anderes Brennerrohr mit einer vorgesetzten Rohrhülse.

Die Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung mit einem Brennerrohr 1, welches einen etwas verjüngten, jedoch zylindrischen Mit telabschnitt 2 und daran angrenzend eine konische Verengung 3 hat, die entlang eines Mischraumes der Länge A ausgebildet ist. Im Bereich der Verengung 3 sind in das Brennerrohr sechs Sicken 4 eingeformt, die innen eine Teilzylindermantelfläche umgrenzen. Neben einer Brennerrohrmündung 5 ist in das Brennerrohr 1 ein Ringkörper 6 eingebördelt, der den Mischraum - bezogen auf einen Stromrichtungspfeil ST - stromabwärts begrenzt.
In dem Brennerrohr 1 ist längsverschieblich eine Zerstäuberdüse 7 gehalten. Die Zerstäuberdüse 7 trägt außen eine Düsenbuchse 8, die mit einer Feststellschraube 9 festgelegt ist.
Stromaufwärts ist an der Düsenbuchse 8 eine Zentrumsscheibe 10 befestigt, welche Luftverteilungszwecken dient. Stromabwärts ist an einer Stirnseite der Düsenbuchse 8 ein Halter 11 für eine Stauscheibe 12 festgelegt.
Die Stauscheibe 12 hat eine mittige Öffnung 13 und davon ausgehend im wesentlichen radial nach außen sich erstreckende Schlitze 14. Außen ist die Stauscheibe 12 über eine umlaufende Randsicke 15 mit einer zylindrischen Begrenzung 16 verbunden, die an den Innenflächen der Sicken 4 des Brennerrohres 1 geführt ist. Stromaufwärts wird der Mischraum der Länge A von der Stauscheibe 12 begrenzt. Auf Einzelheiten der Düsenbuchse und der daran befestigten Teile wird weiter unten noch eingegangen.
Die in Strömungsrichtung ST anströmende Verbrennungsluft wird von der Zentrumsscheibe 10 zum Teil radial nach außen abgelenkt, so daß ein Sekundärluftstrom S die Kanäle zwischen Brennerrohr 1, Sicken 4 und zylindrischer Begrenzung 16 durchströmt und von außen in den Mischraum der Länge A gelangt. Ein weiterer Anteil der Verbrennungsluft gelangt als Primärluftstrom P durch die Schlitze 14 und die Öffnung 13 der Stauscheibe 12 in den Mischraum hinein. Aufgrund einer weiter unten noch erläuterten Orientierung der Sicken 4 sowie der Schlitze 14 gelangen Sekundär- und Primärluftstrom jeweils mit einem gleichgerichteten Drall in den Mischraum hinein, dessen Umwandlung in eine axiale Bewegung von dem Ringkörper 6 behindert wird.
Außer der Verbrennungsluft wird dem Mischraum der Länge A noch Heizöl zugesetzt, wozu die Zerstäuberdüse 7 mit einer Düsenmündung 17 in die mittige Öffnung der Stauscheibe 12 hineinragt und genau in der Ebene der Stauscheibe angeordnet ist. Aufgrund des Dralls der Verbrennungsluft wird das von der Zerstäuberdüse 7 abgegebene Heizöl im Mischraum fein vermischt und zugleich vergast.
Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, ist an der Düsenbuchse 8 zum Zünden des in dem Mischraum der Länge A erzeugten Verbrennungsgasgemisches ein isolierender Träger 18 festgeschraubt, der stromabwärts ein Paar Zündelektroden 19 aufweist. Die Zündelektroden 19 sind in Brennerrohrlängsrichtung etwa S-förmig stromabwärts zur Brennerrohrlängsachse gebogen, wobei sie mit einem etwa parallel zur Brennerrohrlängsachse ausgerichteten Elektrodenfuß 20 in dem Träger 18 gehalten sind. Mit einer Elektrodenspitze 21 durchgreifen sie die Öffnung 13 der Stauscheibe 12, wobei sie für eine optimale Zündung einen Zündabstand Z von etwa 3 mm von der Ebene der Stauscheibe 12, einen Elektrodenabstand E voneinander von ca. 3 mm und einen Mündungsabstand M vom Zentrum der Düsenmündung 17 von ca. 6 mm haben.
Zur Regulierung des Verhältnisses von Sekundär- und Primärluftstrom sowie der Länge A des Mischraumes ist die Zerstäuberdüse 7 mitsamt der Düsenbuchse 8 und der daran befestigten Stauscheibe 12 sowie den Zündelektroden 19 axial verschiebbar. Wird die Stauscheibe 12 weiter stromab verschoben, so verringert sich aufgrund der konischen Verengung 3 der freie Querschnitt für den Sekundärluftstrom S, so daß dieser auf Kosten des Primärluftstroms P abnimmt.
Wie die Fig. 3 in gegenüber Fig. 1 seitenverdrehter Darstellungsweise zeigt, hat die Düsenbuchse 8 innen eine der Außenkontur der Zerstäuberdüse 7 entsprechende Aufnahme 22 mit Gewindebohrungen für die Feststellschraube 9 und für die Befestigungsschraube des Trägers 18. Die Zentrumsscheibe 10 und der Halter 11 sind jeweils stirnseitig an der Düsenbuchse 8 durch Einbördeln gehalten. Wie die Fig. 3 bis 5 zeigen, hat der Halter 11 hierzu einen zentralen Haltering 22, von dem drei Haltearme 23 ausgehen und zu Befestigungslaschen 24 für die Stauscheibe 12 geführt sind. Außerdem sind an den Haltering 22 seitlich Stützarme 25 für den Träger 18 der Zündelektroden angeformt.
Der Fig. 4 ist entnehmbar, daß die mittige Öffnung 13 der Stauscheibe 12 die Form eines sechsspitzflächigen Durchlasses hat, dessen lichte Weite mehr als 15 mm beträgt. Von Spitzen der Öffnung 13 aus erstrecken sich die Schlitze 14, die mittels nach außen aus der Ebene der Stauscheibe 12 abgebogener Flügel 26 (vgl. Fig. 3) gebildet werden. Die Schlitze sind kreisbogenförmig gekrümmt, wobei sie in Radialrichtung variable Schlitzbreiten haben. Dies und die Bogenform der Schlitze bewirkt eine starke Wirbelbildung nahe der Öffnung 13 und eine Auffächerung der Luftströmung über den ganzen Flächenbereich zwischen den Schlitzen, so daß eine gute Zündwilligkeit erreicht und eine Verkokung auf dem Flächenbereich vermieden wird.
Wie die Fig. 6 näher zeigt, hat das Brennerrohr 1 im Bereich der Verengung 3 einen Konuswinkel α von ca. 12°. Die Sicken 4 haben in einem Schnitt parallel zur Brennerrohrlängsachse ein tropfenförmiges Profil und sind um einen Anstellwinkel β von ca. 15° zur Brennerrohrlängsachse geneigt. Der Anstellwinkel β beträgt maximal ca. 45°,
Anstatt des zusätzlichen Ringkörpers 6 kann die Brennerrohrmündung 5 - wie in den Fig. 7 und 8 gezeigt - angrenzend an die konische Verengung 3 auch eine Einbördelung 27 oder 28 aufweisen. Die senkrecht zur Brennerrohrlängsachse ausgerichtete Einbördelung 27 hält die Flamme besser im Mischraum zurück, verursacht aber größere Strömungsverluste. Die Einbördelung 27 kommt einer Düse mit einem Konuswinkel von 180° gleich. Dagegen ist die Einbördelung 28 um ca. 45° zur Brennerrohrlängsachse geneigt, was einem Düsenwinkel γ von 90° gleich kommt. Hierdurch wird der Drall bei nicht all zu hohen Strömungsverlusten in der Flamme gehalten.
Soweit das Brennerrohr gemäß Fig. 9 mit dem aus Fig. 1 bzw. 6 übereinstimmt, wurden identische Bezugszeichen verwendet und wird auf obige Erläuterungen Bezug genommen.
Zusätzlich hat das Brennerrohr 1 eine auf den zylindrischen Mittelabschnitt 2 aufgeschobene und dort angeschweißte, im wesentlichen zylindrische Rohrhülse 29, die in Strömungsrichtung ST etwas über die Brennerrohrmündung 5 hinausragt und vorn eine radial vorstehende Einschnürung 30 hat. Der Abstand der Einschnürungen 6 und 30 voneinander beträgt etwa 5 mm.
Im Bereich der konischen Verengung 3 des Brennerrohres 1 ist zwischen Brennerrohr und Rohrhülse 29 ein nach vorn divergierender Ringspalt 31 ausgebildet. In diesen münden Langlöcher 32, die in Strömungsrichtung vor der Brennerrohrmündung 5 auf einer kreisringförmigen Umfangslinie der Rohrhülse 29 gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
Infolge des im Bereich der Brennerrohrmündung 5 herrschenden Unterdruckes wird durch die Langlöcher 32 eine tertiäre Gasströmung angesaugt und radial in das Verbrennungsgemisch eingebracht. Hierdurch wird die Vermischung der Verbrennungsgase weiter begünstigt, zumal auch die tertiäre Gasströmung infolge der Strömungsführung durch die Außenfläche der Sicken 4 einen Drall aufweisen kann.
Die Rohrhülse 29 kann auch im Bereich der konischen Verengung 3 des Brennerrohres befestigt sein.
Das Brennerrohr 1 bzw. die Rohrhülse 29 wird bevorzugt aus einem Stahl mit der Werkstoff-Nummer 1.4878 hergestellt.

Claims

1. Drallflammen-Mischvorrichtung für Ölbrenner mit einer in einem stromab konisch verengten Brennerrohr (1) angeordneten Zerstäuberdüse (7), mit einer der Zerstäuberdüse zugeordneten axial verschieblichen Stauscheibe (12), welche eine mittige Öffnung (13) aufweist, von der im wesentlichen radial nach außen Schlitze (14) abgehen, die durch aus der Ebene der Stauscheibe (12) abgebogene flügelartige Abschnitte (26) gebildet sind, und welche mit einer zylindrischen Begrenzung (16) in Fortsetzung ihres Außenumfangs - in Strömungsrichtung gesehen - versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennerrohr (1) stromab der konischen Verengung (3) eine von dieser radial vorstehende Einschnürung (6, 27, 28) hat.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis eines kleinsten Einschnürungsdurchmessers zu einem kleinsten Durchmesser der angrenzenden Verengung (3) etwa 0,85 bis 0,8 beträgt.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnürung von einem - vor zugsweise durch Einbördeln einer Brennerrohrmündung (5) in dem Brennerrohr (1) gehaltenen Ringkörper (6) gebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnürung von einer Ausformung (27, 28) des Brennerrohres (1) gebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnürung (6, 27, 28) eine konische Düse mit einem Konuswinkel (γ) von 90° bis 180° bildet, deren Konusspitze vor oder in der Ebene der Brennerrohröf fnung (5) liegt.

6. Mischvorrichtung nach dem Oberbegriff des Ansprüches 1, insbesondere in Verbindung mit den Kennzeichnungsmerkmalen der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennerrohr (1) neben der Brennerrohrmündung (5) mehrere um die Brennerrohrlängsachse - vorzugsweise gleichmäßig - verteilt angeordnete, zum Brennerrohrzentrum ausgerichtete rippenartige Vorsprünge, vorzugsweise Sicken (4) hat, daß die Vorsprünge die zylindrische Begrenzung (16) der Stauscheibe (12) seitlich führen, und daß die Vorsprünge (4) zur Brennerrohrlängsachse einen Anstellwinkel (β) haben.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (4) in einem Schnitt parallel zur Brennerrohrlängsachse tropfenförmig sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß vier bis sechs Vorsprünge (4) um die Brennerrohrlängsachse verteilt angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (4) zur Brennerrohrlängsachse einen Anstellwinkel (β) von 15 bis 45° haben.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (4) einer zwischen Brennerrohr (1) und zylindrischer Begrenzung (16) der Stauscheibe (12) durchströmenden Sekundärluftströmung (S) den gleichen Drehsinn verleihen, wie die Stauscheibe (12) einer die Schlitze (14) durchströmenden Primärluftströmung (P).

11. Mischvorrichtung nach dem Oberbegriff des Ansprüches 1, insbesondere in Verbindung mit den Kennzeichnungsmerkmalen der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäuberdüse (7) mit einer Düsenmündung (17) in die mittige Öffnung (13) der Stauscheibe (12) hineinragt und in der Ebene der Stauscheibe angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäuberdüse (7) ein Paar Zündelektroden (19) trägt, von denen jede in Brennerrohrlängsrichtung etwa S-förmig stromabwärts zur Brennerrohrlängsachse gebogen ist, wobei jede Zündelektrode (19) an Elektrodenfuß (20) und Elektrodenspitze (21) etwa parallel zur Brennerrohrlängsachse ausgerichtet ist, und daß die Zündelektroden (19) durch die mittige Öffnung (13) der Stauscheibe (12) hindurchgeführt sind und mit den Elektrodenspitzen (21) stromabwärts über die Ebene der Stauscheibe vorstehen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündelektroden (19) mit den Elektrodenspitzen (21) etwa 3 mm über die Ebene der Stauscheibe (12) vorstehen.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündelektroden (19) ausgehend vom Elektrodenfuß (20) aufeinander zu gebogen sind und neben der Elektrodenspitze (21) etwa parallel zueinander ausgerichtet sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenspitzen (21) einen Abstand von etwa 3 mm voneinander haben.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Schlitze (14) im Anschluß an die mittige Öffnung (13) größer ist als im mittleren Bereich und daß die Breite der Schlitze (14) im mittleren Bereich so bemessen ist, daß noch eine Luftfilmbildung erzielt wird.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Schlitze (14) im radial äußeren Endbereich größer ist als im mittleren Bereich.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf der radial äußeren Endbereiche der Schlitze (12) derart ist, daß die durch diese tretende Luftströmung im Winkel von annähernd 45° auf die Begrenzung (16) trifft.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der radial äußere Endbereich der Schlitze (14) bogenförmig gekrümmt ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (14) insgesamt bogenförmig gekrümmt sind, vorzugsweise mit einem einzigen Radius.

21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis vom Radius der Begrenzung (16) und Radius der Schlitze (12) etwa 1,82 ist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Schlitze (14) radial innen und/oder radial außen etwa 2 mm beträgt.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Schlitze (14) im mittleren Bereich annähernd 0,7 mm beträgt.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 23, gekennzeichnet durch eine in an sich bekannter Weise sechsspitzig ausgebildete mittige Öffnung (13), von deren Spitzen die Schlitze (14) ausgehen.

25. Mischvorrichtung nach dem Oberbegriff des Ansprüches 1, insbesondere in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennerrohr (1) eine koaxiale Rohrhülse (29) trägt, die in Strömungsrichtung (ST) über die konische Verengung (3) hinausragt, vorne eine radial vorstehende Einschnürung (30) hat und in einen Spalt (31) zwischen ihr und dem Brennerrohr (1) mündende Injektionsöf fnungen (32) aufweist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenabmessungen der Einschnürung (30) der Rohrhülse denjenigen der Einschnürung (6) des Brennerrohres (1) entsprechen.

27. Vorrichtung nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnürungen (30, 6) von Rohrhülse (29) und Brennerrohr (1) einen axialen Abstand von etwa 5 mm voneinander haben.

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionsöffnungen (32) an der Rohrhülse (29) in Strömungsrichtung (ST) vor der Brennerrohrmündung (5) angeordnet sind.

29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionsöffnungen über den Umfang der Rohrhülse (29) verteilte (Lang-)Löcher (32) sind.