WO1999060306A1 - Premix burner for liquid fuels - Google Patents
Premix burner for liquid fuels Download PDFInfo
- Publication number
- WO1999060306A1 WO1999060306A1 PCT/DE1999/001420 DE9901420W WO9960306A1 WO 1999060306 A1 WO1999060306 A1 WO 1999060306A1 DE 9901420 W DE9901420 W DE 9901420W WO 9960306 A1 WO9960306 A1 WO 9960306A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- flame
- oil
- burner
- evaporator
- premix burner
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
- F23D11/005—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space with combinations of different spraying or vaporising means
- F23D11/008—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space with combinations of different spraying or vaporising means combination of means covered by sub-groups F23D5/00 and F23D11/00
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
- F23D11/36—Details
- F23D11/40—Mixing tubes; Burner heads
- F23D11/402—Mixing chambers downstream of the nozzle
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
- F23D11/36—Details
- F23D11/44—Preheating devices; Vaporising devices
Definitions
- premix burner The principle of the premix burner has long been known for gas. However, premix burners for heating oil are not yet on the market. Burners for gaseous and liquid fuels differ fundamentally in the configuration. Liquid fuels must first be evaporated before they can be mixed with the combustion air and burned.
- the standard oil burner as it has been used for heating buildings for many years, is the so-called pressure atomizer.
- the fuel is atomized by means of a nozzle, and the combustion air is mixed into the spray mist via a turbulator. After ignition, a diffusion flame is created, in which the areas of mixing, vaporization and combustion merge. Although very small droplets are formed when the heating oil is atomized, a certain amount of time is required for the evaporation of these droplets.
- the mixture in this flame is extremely inhomogeneous and the pollutant formation correspondingly high. Since the fuel is processed and mixed with the combustion air in the flame itself, the flame volume is correspondingly large. This inhomogeneity is also the reason why a diffusion flame is very sensitive if the firebox is too cold; in this case soot is formed.
- gasification burner Another path is taken with the so-called gasification burner.
- the fuel is evaporated relatively quickly downstream of the nozzle by recirculating exhaust gases.
- a compact, gaseous flame is created. But even in this case it is not a real premix burner, because partial combustion also takes place here, even before the fuel has completely evaporated.
- Such a flame is much less sensitive to cold heating surfaces.
- gasification burners produce a very noisy flame. When it comes to ignition, each blue-burning gasification burner is initially a yellow burner, since gasification can only start when the exhaust gases are available for recirculation. During this time, the exhaust emissions are also stronger.
- the overlapping preparation steps also make it difficult to achieve functional changes in only one area. Every constructive change always affects all areas.
- the normal pressure atomizer also has the disadvantage that the minimum powers of less than 10 kW required today cannot be achieved, since the dimensions of the nozzles used cannot be reduced further; the risk of constipation would be too great.
- Other principles have also been tried to develop low-power burners. So the old compressed air atomizer was brought back to life, but it could not prevail on the market any more than an evaporation burner with a rotating evaporation beaker, which is described in patent applications DE-OS 2649669 and in EP 0283435.
- a burner which is described in EP-0405481 and which is actually a combination of evaporative burner and, also works in a similar manner Represents compressed air atomizer.
- the mixture is at least partially generated outside of the body from sintered metal, so that the principle of the premix burner has not been implemented here.
- D-AS 1 265906 The construction described in D-AS 1 265906 comes closest to a functional premix burner. But even here the problems were not recognized, the solution of which is the prerequisite for a reliable device.
- Prechambers are also known from diesel engines, but they have not realized the premixing principle, just as a proposal for such a construction for a two-stroke engine in DE-OS 4305468.
- the heating oil sublimes immediately. There is no liquid film on the surface at all, the heating oil is immediately converted into the vapor state. It must be avoided in any case that drops form, because above a temperature of approx. 360 ° C the Leidenfrost phenomenon occurs with heating oil; the drop surrounded by an insulating layer of vapor literally dances on the hot surface and it takes a long time for the drop to evaporate. During this time, cracking processes take place within the drop, which cause oil coke to form on the evaporator surface.
- the premix burner according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage over the prior art that even with insufficient atomization by the thermal treatment, a hot fuel vapor-air mixture is formed, which can be burned like a gas according to the premixing principle. Since the evaporator is preheated for this purpose at the start, the ignition is also easier. With a hot fuel vapor-air mixture, the ignition also generates far fewer pollutants than is the case with a cold mixture.
- the flame of the premix burner has the lowest volume in relation to all other mixing principles. For this reason, less nitrogen oxides can form because the combustion products stay in the hot area for a shorter time. In addition, there are no mixing processes in the flame, because the mixture is homogeneous during combustion; In this way, so-called hot nests are avoided, which are also responsible for the formation of pollutants.
- the low flame volume also enables the combustion chambers of the heaters to be designed with a smaller volume that can. In this way, the dimensions of the heat exchangers are also reduced and they are lighter in weight.
- the principle of the premix burner also includes other options. So z. B. the shape of the flame can be chosen freely. It is only the configuration of the burner head that determines whether a flame should have a cylindrical shape or whether the combustion should take place over a larger area. In this way, the energy density of the flame can also be selected, which has an effect on the residence time of the combustion products in the hot area and thus reduces the formation of nitrogen oxides.
- infrared emitters can also be implemented. In this case, in particular, a suitable coating is appropriate so that a catalyst is integrated in the burner at the same time.
- the atomizer nozzle 1 is arranged coaxially in the burner tube 2, which is closed off by the turbulator 3. Downstream of the turbulator is the mixing chamber 4 of the oil evaporator 5, which in this case consists of a tube.
- the oil evaporator 5 is closed off from the perforated base 6 with the bores 7.
- the perforated plate 6 is delimited upstream by the pipe socket 8.
- the perforated base 6 widens radially over the pipe socket 8 into the pipe section 9, in which the tubular heating element 10 is cast.
- Mantelrofir 11 establishes the connection to the fan housing, not shown.
- the tip of the thermal sensor 13 is seated in the pipe socket 8.
- the pipe section 9 forms the combustion chamber 12 in which the flame turbulator 14 is located.
- the tubular heater 10 is switched on. As soon as the thermal sensor 13 has reached a temperature of approx. 300 ° C., the command is given to the control device, not shown here, which gives voltage to the ignition electrodes 16. Fuel is injected into the mixing sprayed chamber 4 and admixed air via the turbulator. The arrows in the burner tube 2 show the direction of the air flow from the fan (not shown here). The fuel is evaporated on the hot perforated plate 6 and a fuel-vapor / air mixture enters the flame turbulator 14 downstream from the holes 7 in the perforated plate 6 Combustion chamber 12 forms a stabilizing vortex. At this point, the mixture is ignited by the ignition electrodes 16.
- the electrical preheating is switched off and the perforated base 6 receives the temperature required for evaporation via the heat conduction of the pipe section 9, which is located in the region of the vortex of flame formed on the turbulator.
- the pipe section 9 and the perforated base 6 must be made of a good heat-conducting material. Aluminum and copper or their alloys are suitable for this.
- the flame tube 15 is shrunk. Since the flame tube glows downstream at the free end, a sufficient amount of heat is introduced into the tube section 9 and thus into the perforated base 6. The flame tube 15 also prevents the parts made of highly conductive material from cooling the flame too much at this point, as a result of which unnecessary CO would otherwise be generated.
- the flow path of the mixture through the perforated plate 6, the bores 7 and the flame turbulator 14 is represented by arrows. The flame monitoring is not shown here, it can be carried out in the usual way for blue burners.
- drawing no. 2 a somewhat different configuration is shown. Similar parts are designated by the same reference numerals as in drawing no. 1.
- the atomizer nozzle is arranged coaxially in the burner tube 2, which is closed downstream by the orifice 21 with the air nozzle 20. If the cross section of the oil evaporator is small, as in the example shown, an orifice with an air nozzle is also sufficient, since in this case the fuel does not have to be distributed in such a wide jet. Downstream of the air nozzle 20 is the mixing chamber 4 of the oil evaporator 5, which is designed here as a tube. The bores 7 are arranged radially in the tubular jacket of the oil evaporator 5. The tubular heater 10 is shown here as a cylindrical heating cartridge. The thermal sensor 13 is also located in the jacket of the oil evaporator 5.
- the flame tube 15 is formed at its upstream end as a flange 17, which is connected in a heat-conducting manner to the thicker part 18 of the oil evaporator 5, which is also upstream. If from the holes 7 of the oil evaporator 5 a finished, hot oil vapor-air mixture emerges, it is ignited by the ignition electrodes 16. Since the bottom and part of the oil evaporator 5 lie in the area of the flame represented by arrows, a large part of the heat of vaporization required for the fuel is distributed in the oil evaporator. The flame tube 15 becomes glowing at its downstream end during operation and conducts the heat via the flange 17 to the oil evaporator 5. The burner can be operated in the form shown, but the flame produces some noise. In the drawing 3, the same burner principle is shown with an additional, radial flame turbulator 14, which is pushed onto the downstream part of the oil evaporator 5.
- This flame turbulator reduces the speed of the mixture emerging from the bores 7 of the oil evaporator and at the same time generates a stabilizing vortex, which also favors heat conduction into the oil evaporator.
- the drawing 3 shows a radial section through the bores 7 of the oil evaporator 5 and the entire flame tube 15.
- the nozzle 1 can be seen from the front, the wall of the oil evaporator 5 with the bores 7.
- the flame turbulator 14 has a shape which is similar to the wheel of a radial fan. The mixture emerges in the space between the blades of the flame turbulator 14 and forms a stabilizing vortex in the annular space 19, which is delimited radially by the flame tube 15.
- the two ignition electrodes 16 are also visible in the front view.
- an axially arranged flame turbulator as shown in drawing 1, can also be used, which is pushed downstream of the bores 7 over the oil evaporator 5.
- the ignition electrodes 16 can be guided through the wings of the axial flame turbulator 14.
- a glow element made of metal or ceramic can also be arranged, which distributes the mixture emerging from the bores of the oil evaporator (5) over the entire cross section, the outflow rate being reduced so far that the flame can hold onto the surface .
- An infrared heater is created in this way.
- the heat for evaporating fuel is both from the Part of the oil evaporator 5 passed upstream, as well as from the flame tube 15, which is connected to the oil evaporator 5 in a heat-conducting manner via the flange 17.
- the burner with a radial flame can also be operated without the flame tube 15. In this case, additional heat-conducting elements must be attached to the oil evaporator.
- the oil evaporator 5 is shielded by the insulation 24 in its upstream part.
- the nozzle 1 is again arranged in the burner tube 2.
- the oil evaporator 5 is formed by the perforated base 6 with the holes 7, in which the tubular heater 10 is cast.
- the flame turbulator 14 is located downstream.
- the bolt 22 projects centrally into the flame and conducts heat into the perforated base 6.
- several small bolts can also be distributed over the flame turbulator.
- This version has the lowest thermal inertia, since only a small amount of material has to be heated to start the burner. After ignition, the bolt 22 ensures that sufficient heat is conducted to the perforated base 6 so that the evaporation functions even when the preheating is switched off.
- Heat is also conducted to the perforated base 6 via the flame tube 15, which is connected to the perforated base 6 via the flange 17.
- the preheating at the start can also be carried out using heated air.
- the heat required for the fuel evaporator is supplied through heat pipes. In this way, the energy from the combustion process can be extracted at a particularly favorable point, since heat conduction is not a problem over long distances.
- Staged combustion can also be implemented.
- the first stage burns with a lack of air, so that larger amounts of CO are generated.
- the second stage the remaining air is mixed in so that the combustion can take place with the optimal amount of air.
- exhaust gases can also be added to the combustion air in the known manner.
- multi-stage or modulating burners can also be built with the known means.
- the prechamber of an internal combustion engine can be constructed analogously, but the functional sequence is somewhat different.
- the prechamber is arranged centrally in the cylinder head.
- the inlet and outlet valves are outside the prechamber.
- the intake combustion air is displaced into the prechamber.
- fuel is injected into the prechamber, and the mixture flowing out of the prechamber is also ignited outside.
- a short flame now emerges from the antechamber, which forms between the chamber and the piston. No soot is produced in this way, even when using diesel oil.
- the compression temperature must be kept lower so that no auto-ignition occurs within the prechamber.
- the holes 7 shown in the drawings have a diameter of 1.5-2.0 mm. It has been found that this reliably prevents the flame from striking back in the evaporator. These diameters also allow moderate mixture speeds of around 1 - 3 m / s to be operated, so that the pressure of the normal fans is sufficient for oil burners. It is also important that the material of the oil evaporator 5 also consists of a good heat-conductive material for this reason, because this also makes it more difficult for the flame to bounce back through the bores (7). The stated values were determined for a fuel throughput of 0.3-1.0 l / h. It would be possible to choose even smaller cross-sections, but this increases the risk of clogging and the required air pressure increases disproportionately.
- the security against a backlash of the flame is severely impaired if the outflow speed is not increased enormously, which becomes problematic in the case of small oil burners because of the required fan pressure. Larger holes also increase the likelihood that unevaporated fuel will leave the evaporator.
- the holes 7 do not necessarily have to have a circular shape, it is also possible to choose slot-shaped openings which can be designed as gills. The stated dimensions for the diameter in this case relate to the slot width.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Spray-Type Burners (AREA)
Abstract
Description
Vormischbrenner für flüssige BrennstoffePremix burner for liquid fuels
Stand der TechnikState of the art
Das Prinzip des Vormischbrenners ist für Gas seit langem bekannt. Vormischbrenner für Heizöl sind bisher jedoch nicht auf dem Markt. Brenner für gasförmige- und flüssige Brennstoffe unterscheiden sich grundsätzlich in der Konfiguration . Flüssige Brennstoffe müssen zunächst verdampft werden, bevor sie mit der Verbrennungsluft vermischt und verbrannt werden können.The principle of the premix burner has long been known for gas. However, premix burners for heating oil are not yet on the market. Burners for gaseous and liquid fuels differ fundamentally in the configuration. Liquid fuels must first be evaporated before they can be mixed with the combustion air and burned.
Der Standart-Ölbrenner, wie er seit vielen Jahren zur Beheizung von Gebäuden verwendet wird, ist der sogenannte Druckzerstäuber. Mittels einer Düse wird der Brennstoff zerstäubt, über einen Turbulator wird in den Sprühnebel die Verbrennungsluft beigemischt. Nach der Zündung entsteht eine Diffusionsflamme, in wejcher die Bereiche Mischen, Verdampfen und Verbrennen ineinander übergehen. Obwohl bei der Zerstäubung des Heizöls sehr kleine Tröpfchen entstehen, wird doch für die Verdampfung dieser Tröpfchen eine gewisse Zeit benötigt. Die Mischung in dieser Flamme ist extrem inhomogen und die Schadstoffbildung dementsprechend hoch. Da die Aufbereitung des Brennstoffs und die Mischung mit der Verbrennungsluft in der Flamme selbst erfolgen, ist das Flammenvolumen entsprechend groß. Diese Inhomogenität ist auch der Grund dafür, daß eine Diffusionsflamme sehr empfindlich ist, wenn etwa der Feueraum zu kalt ist; in diesem Fall kann es zu Rußbildung kommen.The standard oil burner, as it has been used for heating buildings for many years, is the so-called pressure atomizer. The fuel is atomized by means of a nozzle, and the combustion air is mixed into the spray mist via a turbulator. After ignition, a diffusion flame is created, in which the areas of mixing, vaporization and combustion merge. Although very small droplets are formed when the heating oil is atomized, a certain amount of time is required for the evaporation of these droplets. The mixture in this flame is extremely inhomogeneous and the pollutant formation correspondingly high. Since the fuel is processed and mixed with the combustion air in the flame itself, the flame volume is correspondingly large. This inhomogeneity is also the reason why a diffusion flame is very sensitive if the firebox is too cold; in this case soot is formed.
Ein anderer Weg wird beim sogenannten Vergasungsbrenner beschritten. Durch rezirkulierende Abgase wird stromab der Düse der Brennstoff relativ schnell verdampft. Es entsteht eine kompakte, gasartige Flamme. Doch auch in diesem Fall handelt es sich nicht um einen echten Vormischbrenner, denn es erfolgt auch hier eine Teilverbrennung, noch bevor der Brennstoff komplett verdampft ist. Eine solche Flamme ist wesentlich unempfindlicher gegen kalte Heizflächen. Leider erzeugen Vergasungsbrenner eine sehr geräuschvolle Flamme. Bei der Zündung ist jeder blaubrennende Vergasungsbrenner zunächst ein Gelbbrenner, da die Vergasung erst dann einsetzen kann, wenn die Abgase für die Rezirkulation zur Verfügung stehen. Während dieser Zeit ist auch die Abgasemission stärker.Another path is taken with the so-called gasification burner. The fuel is evaporated relatively quickly downstream of the nozzle by recirculating exhaust gases. A compact, gaseous flame is created. But even in this case it is not a real premix burner, because partial combustion also takes place here, even before the fuel has completely evaporated. Such a flame is much less sensitive to cold heating surfaces. Unfortunately, gasification burners produce a very noisy flame. When it comes to ignition, each blue-burning gasification burner is initially a yellow burner, since gasification can only start when the exhaust gases are available for recirculation. During this time, the exhaust emissions are also stronger.
Durch die ineinander übergehenden Aufbereitungsschritte ist es außerdem schwierig, funktioneile Veränderungen nur in einem Bereich zu erzielen. Jede konstruktive Veränderung wirkt sich immer in allen Bereichen aus. Der normale Druckzerstäuber hat außerdem den Nachteil, daß die heute erforderlichen Minimalleistungen von weniger als 10 kW nicht realisiert werden können, da die verwendeten Düsen in ihren Abmessungen nicht weiter reduzierbar sind; die Verstopfungsgefahr wäre zu groß. Es wurde auch mit anderen Prizipien versucht, Brenner mit kleinen Leistungen zu entwickeln. So wurde der alte Druckluftzerstäuber wieder zum Leben erweckt, er konnte sich aber auf dem Markt ebensowenig durchsetzen, wie ein Verdampfungsbrenner mit einem drehenden Verdampfungsbecher, welcher in den Patentanmeldungen DE-OS 2649669 und in der EP 0283435 beschrieben ist.The overlapping preparation steps also make it difficult to achieve functional changes in only one area. Every constructive change always affects all areas. The normal pressure atomizer also has the disadvantage that the minimum powers of less than 10 kW required today cannot be achieved, since the dimensions of the nozzles used cannot be reduced further; the risk of constipation would be too great. Other principles have also been tried to develop low-power burners. So the old compressed air atomizer was brought back to life, but it could not prevail on the market any more than an evaporation burner with a rotating evaporation beaker, which is described in patent applications DE-OS 2649669 and in EP 0283435.
Ein andereres Prinzip wird in der DE-P 4401799 beschrieben. Hier wird ein Brenner vorgestellt, bei welchem der Brennstoff in eine poröse Metallplatte geleitet wird, wo der Brennstoff dann verdampft. Auf diese Weise ist aber eine gleichmäßige Verteilung des Heizöls nicht möglich, so daß es zu Verkokungen kommen kann.Another principle is described in DE-P 4401799. Here a burner is presented, in which the fuel is led into a porous metal plate, where the fuel then evaporates. In this way, an even distribution of the heating oil is not possible, so that coking can occur.
Ähnlich arbeitet auch ein Brenner, welcher in der EP-0405481 beschrieben ist und der eigentlich eine Kombination aus Verdampfungsbrenner und Druckluftzerstäuber darstellt. Das Gemisch wird zumindestens teilweise außerhalb des Körpers aus Sintermetall erzeugt, so daß hier das Prinzip des Vormischbrenners nicht verwircklicht wurde.A burner, which is described in EP-0405481 and which is actually a combination of evaporative burner and, also works in a similar manner Represents compressed air atomizer. The mixture is at least partially generated outside of the body from sintered metal, so that the principle of the premix burner has not been implemented here.
Ein Verdampfungsbrenner wird auch in der D-OS 2356769 beschrieben. Versuche haben ergeben, daß die Verdampfungsvorrichtung schnell verkokt. Femer neigt ein derartiger Brenner zum Zurückschlagen der Flamme in den Mischraum. Bei dieser Konstruktion ist außerdem eine Rückleitung der Wärme aus der Verbrennungszone in den Verdampfer nicht vorgesehen, so daß die permanent benötigte elektrische Beheizung des Verdampfers sehr hohe Stromkosten verursachen würde.An evaporative burner is also described in D-OS 2356769. Experiments have shown that the evaporator quickly cokes. Such a burner also tends to repel the flame into the mixing chamber. In this construction, a return of the heat from the combustion zone into the evaporator is also not provided, so that the permanently required electrical heating of the evaporator would cause very high electricity costs.
Einem funktionsfähigen Vormischbrenner kommt die in der D-AS 1 265906 beschriebene Konstruktion am nächsten. Aber auch hier wurden die Probleme nicht erkannt, deren Lösung die Voraussetzung für ein betriebssicheres Gerät sind.The construction described in D-AS 1 265906 comes closest to a functional premix burner. But even here the problems were not recognized, the solution of which is the prerequisite for a reliable device.
Ähnlich sind die Verhältnisse bei Brennkamern von Gasturbinen, welche mit flüssigen Brennstoffen betrieben werden. Dr. Peter Walzer beschreibt in seiner Dissertation eine Brennkammer nach dem Vormischprinzip. Es wird dabei auch auf die Schwierigkeiten hingewiesen, welche sich durch das Zurückschlagen der Flamme in die Mischzone ergeben. Es wird beschrieben, daß Ausströmgeschwindigkeiten aus der Mischkammer von mehr als 50 - 80 m/s erforderlich waren, um ein Zurückschlagen der Flamme in den Mischer zu verhindern.The situation is similar for combustion chambers of gas turbines which are operated with liquid fuels. Dr. In his dissertation, Peter Walzer describes a combustion chamber based on the premix principle. Attention is also drawn to the difficulties which arise from the flame returning into the mixing zone. It is described that outflow velocities from the mixing chamber of more than 50-80 m / s were required to prevent the flame from striking back into the mixer.
Vorkammern sind auch aus Dieselmotoren bekannt, welche aber das Vormischprinzip ebensowenig realisiert haben, wie ein Vorschlag für eine derartige Konstruktion für einen Zweitaktmotor in der DE-OS 4305468.Prechambers are also known from diesel engines, but they have not realized the premixing principle, just as a proposal for such a construction for a two-stroke engine in DE-OS 4305468.
Alle Erfinder der angeführten Konstruktionen haben offenbar die Erfordernisse der Kraftstoffverdampfung nicht erkannt, sofern es sich letztendlich um Verdampfungsbrenner handelt und der Kraftstoff auf eine Oberfläche aufgetragen wird. Lediglich bei den beiden Brennern, welche in den Patentanmeldungen DE-OS 2649669 und EP 0283435 bechrieben sind, wurde unbewußt der richtigen Weg gewählt, um den Kraftstoff rückstandsfrei zu verdampfen. Die üblichen Verdampfungsbrenner, insbesondere die Topfbrennβr, lassen den Brennstoff einfach auf den heißen Topfboden laufen, wo er sich langsam ausbreitet. Der gleiche Effekt entsteht auch, wenn das Heizöl in einen Körper aus Sintermaterial eingebracht wird. Rückstandsfrei kann aber Heizöl erst dann verdampft werden, wenn ein dünner Ölfilm schnell ausgebreitet wird, der unmittelbar in den dampfförmigen Zustand übergeht. Wenn dieser Film z.B. mit einer Zerstäubungsdüse aufgetragen wird, sublimiert das Heizöl sofort. Auf der Fläche entsteht überhaupt kein Flüssigkeitsfilm, das Heizöl wird unmittelbar in den dampfförmigen Zustand überführt. Es muß in jedem Fall vermieden werden, daß sich Tropfen bilden, denn über einer Temperatur von ca. 360° C entsteht bei Heizöl das Leidenfrost Phänomen; der von einer isolierenden Dampfschicht umgebene Tropfen tanzt regelrecht auf der heißen Fläche und es dauert sehr lange, bis der Tropfen verdampft ist. In dieser Zeit finden innerhalb des Tropfens Krackvorgänge statt, welche auf der Verdampferoberfläche Ölkoks entstehen lassen.All inventors of the designs mentioned have apparently not recognized the requirements of fuel evaporation, provided that it is ultimately an evaporative burner and the fuel is applied to a surface. Only with the two burners, which are described in patent applications DE-OS 2649669 and EP 0283435, was the unconscious choice of the right way to vaporize the fuel without leaving any residue. Leave the usual evaporation burners, especially the pot burners just run the fuel onto the hot pot bottom, where it slowly spreads. The same effect occurs when the heating oil is introduced into a body made of sintered material. However, heating oil can only be evaporated without leaving any residue if a thin oil film is spread quickly, which immediately changes to the vapor state. If this film is applied with an atomizing nozzle, for example, the heating oil sublimes immediately. There is no liquid film on the surface at all, the heating oil is immediately converted into the vapor state. It must be avoided in any case that drops form, because above a temperature of approx. 360 ° C the Leidenfrost phenomenon occurs with heating oil; the drop surrounded by an insulating layer of vapor literally dances on the hot surface and it takes a long time for the drop to evaporate. During this time, cracking processes take place within the drop, which cause oil coke to form on the evaporator surface.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Der erfindungsgemäße Vormischbrenner mit denn kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, daß selbst bei ungenügender Zerstäubung durch die thermische Aufbereitung ein heißes Brennstoffdampf-Luftgemisch entsteht, welches wie ein Gas nach dem Vormischprinzip verbrannt werden kann. Da zu diesem Zweck der Verdampfer zum Start vorgeheizt wird, erfolgt auch die Zündung leichter. Bei einem heißen Brennstoffdampf-Luftgemisch entstehen außerdem bei der Zündung wesentlich weniger Schadstoffe, als dies bei einem kalten Gemisch der Fall ist.The premix burner according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage over the prior art that even with insufficient atomization by the thermal treatment, a hot fuel vapor-air mixture is formed, which can be burned like a gas according to the premixing principle. Since the evaporator is preheated for this purpose at the start, the ignition is also easier. With a hot fuel vapor-air mixture, the ignition also generates far fewer pollutants than is the case with a cold mixture.
Die Flamme des Vormischbrenners hat das geringste Volumen im Verhältnis zu allen anderen Mischprinzipien. Aus diesem Grund können sich weniger Stickoxyde bilden, denn die Verweilzeit der Verbrennungsprodukte im heißen Bereich ist kürzer. Zudem finden in der Flamme keine Mischprozesse statt, denn das Gemisch ist bei der Verbrennung homogen; auf diese Weise werden sogenannte heiße Nester vermieden, welche ebenfalls für die Bildung von Schadstoffen verantwortlich sind.The flame of the premix burner has the lowest volume in relation to all other mixing principles. For this reason, less nitrogen oxides can form because the combustion products stay in the hot area for a shorter time. In addition, there are no mixing processes in the flame, because the mixture is homogeneous during combustion; In this way, so-called hot nests are avoided, which are also responsible for the formation of pollutants.
Das geringe Flammenvolumen ermöglicht es außerdem, daß die Brennkammern der Heizgeräte ebenfalls mit einem kleineren Volumen ausgeführt wer- den können. Auf diese Weise reduzieren sich auch die Abmessungen der Wärmetauscher und sie haben ein geringeres Gewicht. Das Prinzip des Vormischbrenners beinhaltet auch noch weitere Optionen. So kann z. B. die Form der Flamme frei gewählt werden. Lediglich die Konfiguration des Brennerkopfes ist dafür maßgebend, ob eine Flamme zylindrische Form haben soll, oder der Abbrand auf einer größeren Fläche stattfinden soll. Auf diese Weise kann auch die Energiedichte der Flamme gewählt werden, was sich auf die Verweilzeit der Verbrennungsprodukte im heißem Bereich auswirkt und damit die Bildung von Stickoxyden reduziert. Selbstverständlich können auch Infrarotstrahler realisiert werden. Speziell in diesem Fall bietet sich eine entsprechende Beschichtung an, so daß im Brenner gleichzeitig ein Katalysator integriert ist.The low flame volume also enables the combustion chambers of the heaters to be designed with a smaller volume that can. In this way, the dimensions of the heat exchangers are also reduced and they are lighter in weight. The principle of the premix burner also includes other options. So z. B. the shape of the flame can be chosen freely. It is only the configuration of the burner head that determines whether a flame should have a cylindrical shape or whether the combustion should take place over a larger area. In this way, the energy density of the flame can also be selected, which has an effect on the residence time of the combustion products in the hot area and thus reduces the formation of nitrogen oxides. Of course, infrared emitters can also be implemented. In this case, in particular, a suitable coating is appropriate so that a catalyst is integrated in the burner at the same time.
Zeichnungdrawing
Vier Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und im folgenden näher beschrieben.Four embodiments of the invention are shown in the drawings and described in more detail below.
Beschreibung der ErfindungsbeispieleDescription of the invention examples
Die Zerstäuberdüse 1 , ist koaxial im Brennerrohr 2 angeordnet, welches durch den Turbulator 3 abgeschlossen ist. Stromab des Turbulators liegt die Mischkammer 4 des Ölverdampfers 5, welcher in diesem Fall aus einem Rohr besteht. Der Ölverdampfer 5 ist von dem Lochboden 6 mit den Bohrungen 7 abgeschlossen. Die Lochboden 6 ist stromauf durch den Rohrstutzen 8 begrenzt. Die Lochboden 6 erweitert sich radial über den Rohrstutzen 8 in das Rohrstück 9, in welches der Rohrheizkörper 10 eingegossen ist. Das Mantelrofir 11 stellt die Verbindung zum nicht gezeigten Ventilatorgehäuse her. Der Thermofühler 13 sitzt mit seiner Spitze im Rohrstutzen 8. Das Rohrstück 9 bildet die Brennkammer 12, in welcher sich der Flammen- turbulator 14 befindet.The atomizer nozzle 1 is arranged coaxially in the burner tube 2, which is closed off by the turbulator 3. Downstream of the turbulator is the mixing chamber 4 of the oil evaporator 5, which in this case consists of a tube. The oil evaporator 5 is closed off from the perforated base 6 with the bores 7. The perforated plate 6 is delimited upstream by the pipe socket 8. The perforated base 6 widens radially over the pipe socket 8 into the pipe section 9, in which the tubular heating element 10 is cast. Mantelrofir 11 establishes the connection to the fan housing, not shown. The tip of the thermal sensor 13 is seated in the pipe socket 8. The pipe section 9 forms the combustion chamber 12 in which the flame turbulator 14 is located.
Zum Start des Brenners wird der Rohrheizkörper 10 eingeschaltet. Sobald der Thermofühler 13 eine Temperatur von ca. 300 °C erreicht hat, wird der Befehl an das hier nicht gezeigte Steuergerät gegeben, welches Spannung auf die Zündelektroden 16 gibt. Über die Düse 1 wird Brennstoff in die Misch- kammer 4 gesprüht und Luft über den Turbulator beigemischt. Die Pfeile im Brennerrohr 2 zeigen die Richtung des Luftstroms aus dem hier nicht dargestellten Ventilator dar. Auf dem heißen Lochboden 6 wird der Brennstoff verdampft und aus den Bohrungen 7 des Lochbodens 6 tritt ein Brennstoffdampf-Luftgemisch stromab in den Flammenturbulator 14 ein, welcher in der Brennkammer 12 einen stabilisierenden Wirbel bildet. An dieser Stelle wird das Gemisch durch die Zündelektroden 16 gezündet. Nach der Zündung wird die elektrische Vorheizung ausgeschaltet und der Lochboden 6 erhält die zur Verdampfung benötigte Temperatur über die Wärmeleitung des Rohrstücks 9, welches ja im Bereich des sich am Turbulators bildenten Flammenwirbels liegt. Das Rohrstück 9, sowie der Lochboden 6 müssen aus einem gut wärmeleitenden Material hergestellt sein. Es eignen dazu Alu und Kupfer, bzw. deren Legierungen.At the start of the burner, the tubular heater 10 is switched on. As soon as the thermal sensor 13 has reached a temperature of approx. 300 ° C., the command is given to the control device, not shown here, which gives voltage to the ignition electrodes 16. Fuel is injected into the mixing sprayed chamber 4 and admixed air via the turbulator. The arrows in the burner tube 2 show the direction of the air flow from the fan (not shown here). The fuel is evaporated on the hot perforated plate 6 and a fuel-vapor / air mixture enters the flame turbulator 14 downstream from the holes 7 in the perforated plate 6 Combustion chamber 12 forms a stabilizing vortex. At this point, the mixture is ignited by the ignition electrodes 16. After the ignition, the electrical preheating is switched off and the perforated base 6 receives the temperature required for evaporation via the heat conduction of the pipe section 9, which is located in the region of the vortex of flame formed on the turbulator. The pipe section 9 and the perforated base 6 must be made of a good heat-conducting material. Aluminum and copper or their alloys are suitable for this.
Im Rohrstück 9 ist das Flammrohr 15 eingeschrumpft. Da das Flammrohr am freien Ende stromab glüht, wird eine ausreichende Wärmemenge in das Rohrstück 9 und damit in den Lochboden 6 eingetragen. Das Flammrohr 15 verhindert außerdem, daß die Teile aus gut leitendem Material die Flamme an dieser Stelle zu sehr abkühlen, wodurch sonst unnötig CO entstehen würde. Der Strömungsweg des Gemischs durch den Lochboden 6, den Bohrungen 7 und dem Flammenturbulator 14 wird durch Pfeile dargestellt. Die Flammenüberwachung wird hier nicht gezeigt, sie kann auf die für Blaubrenner übliche Art vorgenommen werde.In the pipe section 9, the flame tube 15 is shrunk. Since the flame tube glows downstream at the free end, a sufficient amount of heat is introduced into the tube section 9 and thus into the perforated base 6. The flame tube 15 also prevents the parts made of highly conductive material from cooling the flame too much at this point, as a result of which unnecessary CO would otherwise be generated. The flow path of the mixture through the perforated plate 6, the bores 7 and the flame turbulator 14 is represented by arrows. The flame monitoring is not shown here, it can be carried out in the usual way for blue burners.
Es wurde im Prinzip das Verfahren für einen Vormischbrenner dargestellt, welcher trotzt der vorhandenen Düse kein typischer Druckzerstäuber mehr ist. Die Düse wird lediglich dazu benutzt, um auf die Fläche des Lochbodens 6 einen Brennstoff-Film aufzutragen, der dann verdampft. Zu diesem Zweck können auch andere Verfahren verwendet werden, um auch kleinste Brennstoff mengen aufzubereiten, wie das mit der üblichen Druckzerstäubung nicht geht.In principle, the process for a premix burner was shown, which despite the existing nozzle is no longer a typical pressure atomizer. The nozzle is only used to apply a film of fuel to the surface of the perforated base 6, which then evaporates. For this purpose, other methods can also be used to prepare even the smallest amounts of fuel, as is not possible with conventional pressure atomization.
Es gibt auch die Möglichkeit eine Düse mit Druckimpulsen von ca. 50 Hz zu betreiben. Für Brenner mit Diffusionsflammen ist dieses Zerstäubungsverfahren nicht geeignet, da sich die Taktfrequenz in Flammengeräusch umsetzt. Bei manchen Vergasungsbrennem kann aber diese Geräusch stark reduziert werden, so daß es in der Praxis tragbar ist. Bei echten Vormisch- brennern ist dieses Geräusch nicht hörbar, da nach der Zerstäubung der Ver- dampfungsvorgang erfolgt und das Takten dadurch egalisiert wird.It is also possible to operate a nozzle with pressure pulses of approx. 50 Hz. This atomization process is not suitable for burners with diffusion flames because the clock frequency is converted into flame noise. With some gasification burners, however, this noise can be greatly reduced so that it is portable in practice. This sound is not audible in real premix burners because after atomization steaming process takes place and the clocking is thereby equalized.
Filmverdampfung wendet man bei direkteinspritzenden Dieselmotoren schon seit langer Zeit mit bestem Erfolg an. Bei den Vergasungsbrennern mit einem Mischrohr wird eine Kombination aus Tröpfchenverdampfung und Filmverdampfung praktiziert. Es hat sich gezeigt, daß eine rückstandsfreie Verdampfung nur von der Zeit abhängig ist. Der Verdampfungsvorgang muß so schnell erfolgen, noch bevor sich Ölkoks bilden kann. Daher bilden sich auch in den Mischrohren der Vergasungsbrenner keinerlei Ablagerungen, ebensowenig wie in den Kolbenmulden der Diesel. Beim erfindungsgemäßen Vormischbrenner kann man sehen, daß beim Abschalten des Brenners die Flamme ohne jede Verzögerung erlischt. Bei dem gegenwärtig verwendeten Heizöl liegt das Siedeende bei etwa 420°C, es genügt aber, wenn der Verdampfer zum Start auf ca. 300°C vorgewärmt wird. Bei richtiger Auslegung des Brenners, heizt die Flamme den Ölverdampfer auf die gewünschte Temperatur auf. Die Filmverdampfung bietet den unschätzbaren Vorteil, daß ein Zurückschlagen der Flamme in den Mischraum bei richtig gewählten Temperaturen und Auströmgeschwindigkeiten unmöglich ist.Film evaporation has been used with great success for a long time in direct-injection diesel engines. For gasification burners with a mixing tube, a combination of droplet evaporation and film evaporation is practiced. It has been shown that residue-free evaporation only depends on the time. The evaporation process must take place so quickly before oil coke can form. Therefore, no deposits are formed in the mixing tubes of the gasification burner, any more than in the piston bowls of the diesel. In the premix burner according to the invention it can be seen that when the burner is switched off the flame goes out without any delay. With the heating oil currently used, the boiling point is around 420 ° C, but it is sufficient if the evaporator is preheated to approx. 300 ° C at the start. If the burner is designed correctly, the flame heats the oil evaporator to the desired temperature. The film evaporation offers the invaluable advantage that it is impossible to blow the flame back into the mixing room at the correct temperatures and discharge speeds.
In der Zeichnung Nr. 2 wird eine estwas andere Konfiguration dargestellt. Gleichartige Teile werden mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet, wie in der Zeichnung Nr. 1.In drawing no. 2, a somewhat different configuration is shown. Similar parts are designated by the same reference numerals as in drawing no. 1.
Die Zerstäuberdüse ist koaxial im Brennerohr 2 angeordnet, welches stromab durch die Blende 21 mit der Luftdüse 20 abgeschlossen ist. Wenn der Querschnitt des Ölverdampfers gering ist, so wie im gezeigten Beispiel, genügt auch eine Blende mit einer Luftdüse, da in diesem Fall der Brennstoff nicht in solch breitem Strahl verteilt werden muß. Stromab der Luftdüse 20 liegt die Mischkammer 4 des Ölverdampfers 5, welcher hier als Rohr ausgebildet ist. Die Bohrungen 7 sind radial im Rohrmantel des Ölverdampfers 5 angeordnet. Der Rohrheizkörper 10, ist hier als zylindrische Heizpatrone dargestellt. Im Mantel des Ölverdampfers 5 sitzt auch der Thermofühler 13. Das Flammrohr 15 ist an seinem stromauf liegendem Ende als Flansch 17 ausgebildet, welcher mit dem ebenfalls stromauf liegendem dickeren Teil 18 des Ölverdampfers 5 wärmeleitend verbunden ist. Wenn aus den Bohrungen 7 des Ölverdampfers 5 ein fertiges, heißes Öl- dampf-Luftgemisch austritt, wird es durch die Zündelektroden 16 entzündet. Da der Boden und ein Teilstück des Ölverdampfers 5 im Bereich der durch Pfeile dargestellten Flamme liegen, wird ein großer Teil der für den Brennstoff benötigten Verdampfungswärme im Ölverdampfer verteilt. Das Flammrohr 15 wird an seinem stromab liegendem Ende im Betrieb glühend und leitet die Wärme über den Flansch 17 an den Ölverdampfer 5. Der Brenner kann in der gezeigten Form betrieben werden, allerdings erzeugt die Flamme etwas Geräusch. In der Zeichnung 3 wird das gleiche Brennerprinzip mit einem zusätzlichen, radialen Flammenturbulator 14 dargestellt, welcher auf dem stromab liegenden Teil des Ölverdampfers 5 aufgeschoben ist.The atomizer nozzle is arranged coaxially in the burner tube 2, which is closed downstream by the orifice 21 with the air nozzle 20. If the cross section of the oil evaporator is small, as in the example shown, an orifice with an air nozzle is also sufficient, since in this case the fuel does not have to be distributed in such a wide jet. Downstream of the air nozzle 20 is the mixing chamber 4 of the oil evaporator 5, which is designed here as a tube. The bores 7 are arranged radially in the tubular jacket of the oil evaporator 5. The tubular heater 10 is shown here as a cylindrical heating cartridge. The thermal sensor 13 is also located in the jacket of the oil evaporator 5. The flame tube 15 is formed at its upstream end as a flange 17, which is connected in a heat-conducting manner to the thicker part 18 of the oil evaporator 5, which is also upstream. If from the holes 7 of the oil evaporator 5 a finished, hot oil vapor-air mixture emerges, it is ignited by the ignition electrodes 16. Since the bottom and part of the oil evaporator 5 lie in the area of the flame represented by arrows, a large part of the heat of vaporization required for the fuel is distributed in the oil evaporator. The flame tube 15 becomes glowing at its downstream end during operation and conducts the heat via the flange 17 to the oil evaporator 5. The burner can be operated in the form shown, but the flame produces some noise. In the drawing 3, the same burner principle is shown with an additional, radial flame turbulator 14, which is pushed onto the downstream part of the oil evaporator 5.
Dieser Flammenturbulator reduziert die Geschwindigkeit des aus den Bohrungen 7 des Ölververdampfers austretenden Gemischs und erzeugt gleichzeitig einen stabilisierenden Wirbel, was auch die Wärmeleitung in den Ölverdampfer begünstigt. Die Zeichnung 3 zeigt einen radialen Schnitt durch die Bohrungen 7 des Ölverdampfers 5 und des gesamten Flammrohres 15.This flame turbulator reduces the speed of the mixture emerging from the bores 7 of the oil evaporator and at the same time generates a stabilizing vortex, which also favors heat conduction into the oil evaporator. The drawing 3 shows a radial section through the bores 7 of the oil evaporator 5 and the entire flame tube 15.
In diesem Schnitt sieht man die Düse 1 von vorn, die Wandung des Ölverdampfers 5 mit den Bohrungen 7. Der Flammenturbulator 14 hat eine Form, welche dem Rad eines Radialventilators ähnlich ist. Das Gemisch tritt im Zwischenraum der Schaufeln des Flammenturbulators 14 aus und bildet in dem Ringraum 19, welcher radial vom Flammrohr 15 begrenzt wird, einen stabilisierenden Wirbel. Sichtbar sind ebenfalls die beiden Zündelektroden 16 in der Vorderansicht. Bei dieser Ausführung kann auch ein achsial ange- ordnerter Flammenturbulator verwendet werden, wie er in der Zeichnung 1 gezeigt wird, welcher stromab der Bohrungen 7 über den Ölverdampfer 5 geschoben wird. Die Zündelektroden 16 können in diesem Fall durch die Flügel des achsialen Flammenturbulators 14 geführt werden. Anstelle des Flammenturbulators 14 kann auch ein Glühkörper aus Metall oder Keramik angeordnet werden, welcher das aus den Bohrungen des Ölverdampfers (5) austretende Gemisch auf den gesamten Querschnitt verteilt, wobei die Ausströmgeschwindigkeit so weit herabgesetzt wird, daß sich die Flamme auf der Oberfläche halten kann. Auf diese Weise entsteht ein Infrarotstrahler.In this section, the nozzle 1 can be seen from the front, the wall of the oil evaporator 5 with the bores 7. The flame turbulator 14 has a shape which is similar to the wheel of a radial fan. The mixture emerges in the space between the blades of the flame turbulator 14 and forms a stabilizing vortex in the annular space 19, which is delimited radially by the flame tube 15. The two ignition electrodes 16 are also visible in the front view. In this embodiment, an axially arranged flame turbulator, as shown in drawing 1, can also be used, which is pushed downstream of the bores 7 over the oil evaporator 5. In this case, the ignition electrodes 16 can be guided through the wings of the axial flame turbulator 14. Instead of the flame turbulator 14, a glow element made of metal or ceramic can also be arranged, which distributes the mixture emerging from the bores of the oil evaporator (5) over the entire cross section, the outflow rate being reduced so far that the flame can hold onto the surface . An infrared heater is created in this way.
In den Ausführungen 2 und 3 des erfindungsgemäßen Brenners, wird die , Wärme zur Brennstoffverdampfung sowohl aus dem in die Flamme hineinra- genden Teil des Ölverdampfers 5 stromauf geleitet, als auch vom Flammrohr 15, welches über den Flansch 17 mit dem Ölverdampfer 5 wärmeleitend verbunden ist. Ebenso kann der Brenner mit radialer Flamme auch ohne das Flammrohr 15 betrieben werde. In diesem Fall müssen am Ölverdampfer zusätzliche Wärmeleitelemente angebracht werden. Der Ölverdampfer 5 ist in seinem stromauf liegendem Teil durch die Isolierrung 24 abgeschirmt.In versions 2 and 3 of the burner according to the invention, the heat for evaporating fuel is both from the Part of the oil evaporator 5 passed upstream, as well as from the flame tube 15, which is connected to the oil evaporator 5 in a heat-conducting manner via the flange 17. Likewise, the burner with a radial flame can also be operated without the flame tube 15. In this case, additional heat-conducting elements must be attached to the oil evaporator. The oil evaporator 5 is shielded by the insulation 24 in its upstream part.
In der Zeichnung 4 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt. In der schematischen Darstellung ist wieder die Düse 1 im Brennerrohr 2 angeordnet. Der Ölverdampfer 5 wird vom Lochboden 6 mit den Bohrungen 7 gebildet, darin ist der Rohrheizkörper 10 eingegosen. Stromab befindet sich der Flammenturbulator 14. Zentrisch ragt der Bolzen 22 in die Flamme und leitet Wärme in den Lochboden 6. Es können aber auch mehrere kleine Bolzen über den Flammenturbulator verteilt sein. Diese Ausführung hat die geringste Wärmeträgheit, da zum Start des Brenners nur eine geringe Materialmenge aufgeheizt werden muß. Nach der Zündung gewährleistet der Bolzen 22, daß an den Lochboden 6 genügend Wärme geleitet wird, damit die Verdampfung auch bei abgeschalteter Vorheizung funktioniert. Über das Flammrohr 15, welches über den Flansch 17 mit dem Lochboden 6 verbunden ist, wird ebenfalls Wärme an den Lochboden 6 geleitet. Natürlich kann die Vorheizung zum Start auch mittels erhitzter Luft durchgeführt werde. Ebenso ist es möglich, daß bei größeren Brennern - zum Beispiel bei Gasturbinen - die benötigte Wärme für den Brennstoffverdampfer durch Heat pipes zugeführt wird. So kann die Energie aus dem Verbrennungsprozeß an einer besonders günstigen Stelle entnommen werden, da die Wärmeleitung über große Strecken kein Problem darstellt.Another embodiment is shown in the drawing 4. In the schematic representation, the nozzle 1 is again arranged in the burner tube 2. The oil evaporator 5 is formed by the perforated base 6 with the holes 7, in which the tubular heater 10 is cast. The flame turbulator 14 is located downstream. The bolt 22 projects centrally into the flame and conducts heat into the perforated base 6. However, several small bolts can also be distributed over the flame turbulator. This version has the lowest thermal inertia, since only a small amount of material has to be heated to start the burner. After ignition, the bolt 22 ensures that sufficient heat is conducted to the perforated base 6 so that the evaporation functions even when the preheating is switched off. Heat is also conducted to the perforated base 6 via the flame tube 15, which is connected to the perforated base 6 via the flange 17. Of course, the preheating at the start can also be carried out using heated air. It is also possible that with larger burners - for example in gas turbines - the heat required for the fuel evaporator is supplied through heat pipes. In this way, the energy from the combustion process can be extracted at a particularly favorable point, since heat conduction is not a problem over long distances.
Ebenso kann eine gestufte Verbrennung realisiert werden. In diesem Fall wird in der ersten Stufe mit Luftmangel verbrannt, so daß größere Mengen CO enstehen. In der zweiten Stufe wird die restliche Luft beigemischt, so daß die Verbrennung mit der optimalen Luftmenge stattfinden kann. Sollte es erforderlich sein, können auch Abgase der Verbrennungsluft auf die bekannte Art und Weise zugemischt werden. Nach diesem Prinzip lassen sich mit den den bekannten Mitteln auch mehrstufige oder modulierende Brenner bauen. Es kann in machen Fällen auch vorteilhaft sein, die innere Fläche des Ölverdampfers mit einer Struktur zu versehen oder zu beschichten, damit die Fläche eine gewisse Rauhigkeit aufweist.Staged combustion can also be implemented. In this case, the first stage burns with a lack of air, so that larger amounts of CO are generated. In the second stage, the remaining air is mixed in so that the combustion can take place with the optimal amount of air. If it is necessary, exhaust gases can also be added to the combustion air in the known manner. According to this principle, multi-stage or modulating burners can also be built with the known means. In some cases it can also be advantageous to provide the internal surface of the oil evaporator with a structure or to coat it so that the Surface has a certain roughness.
Die Vorkammer eines Verbrennungsmotors kann analog aufgebaut sein, der Funktionsablauf ist dagegen entwas anders.The prechamber of an internal combustion engine can be constructed analogously, but the functional sequence is somewhat different.
Die Vorkammer ist zentrisch im Zylinderkopf angeordnet. Die Ein- und Auslaßventile befinden sich außerhalb der Vorkammer. Beim Verdichtungshub wird die angesaugte Verbrennungsluft in die Vorkammer verdrängt. Bei Beginn des Arbeitstaktes wird Kraftstoff in die Vorkammer eingespritzt, und das aus der Vorkammer ausströmende Gemisch auch außerhalb gezündet. Aus der Vorkammer tritt nun eine kurze Flamme aus, welche sich zwischen Kammer und Kolben ausbildet. Auch bei der Verwendung von Dieselöl entsteht auf diese Weise keinerlei Ruß. Die Verdichtungstemperatur muß allerdings niedriger gehalten werden, damit keine Selbstzündung innerhalb der Vorkammer zustande kommt.The prechamber is arranged centrally in the cylinder head. The inlet and outlet valves are outside the prechamber. During the compression stroke, the intake combustion air is displaced into the prechamber. At the start of the work cycle, fuel is injected into the prechamber, and the mixture flowing out of the prechamber is also ignited outside. A short flame now emerges from the antechamber, which forms between the chamber and the piston. No soot is produced in this way, even when using diesel oil. However, the compression temperature must be kept lower so that no auto-ignition occurs within the prechamber.
Die in den Zeichnungen dargestellten Bohrungen 7 haben einen Durchmesser von 1 ,5 - 2,0 mm. Es hat sich herausgestellt, daß damit ein Zurückschlagen der Flamme in der Verdampfer sicher verhindert wird. Zudem können mit diesen Durchmessern moderate Gemischgeschwindigkeiten von etwa 1 - 3 m/s gefahren werden, so daß bei Ölbrennem die Pressung der normalen Ventilatoren ausreicht. Es ist ebenso wichtig, daß der Werkstoff des Ölverdampfers 5 auch aus diesem Grund aus gut wärmeleitfähigem Material besteht, weil auch dadurch das Zurückschlagen der Flamme durch die Bohrungen (7) erschwert wird. Die genannten Werte wurden für einen Brennstoffdurchsatz von 0,3 - 1 ,0 l/h ermittelt. Es wäre zwar möglich, noch kleinere Querschnitte zu wählen, aber dadurch wird die Verstopfungsgefahr größer und die erforderliche Luftpressung steigt überproportional an. Bei einer Vergrößerung der Bohrungen7 auf 4 mm Durchmesser, ist die Sicherheit gegen ein Zurückschlagen der Flamme stark beeinträchtigt, wenn die Ausströmgeschwindigkeit nicht enorm erhöht wird, was bei kleinen Ölbrennern wegen der benötigten Ventilatorpressung problematisch wird. Es steigt bei größeren Bohrungen außerdem die Wahrscheinlichkeit, daß unverdampfter Brennstoff den Verdampfer verläßt. Die Bohrungen 7 müssen nicht unbedingt Kreisform haben, es können auch schlitzförmige Öffnungen gewählt werden, welche als Kiemen ausgebildet sein können. Die genannten Maße für den Durchmesser beziehen sich in diesem Fall auf die Schlitzbreite. The holes 7 shown in the drawings have a diameter of 1.5-2.0 mm. It has been found that this reliably prevents the flame from striking back in the evaporator. These diameters also allow moderate mixture speeds of around 1 - 3 m / s to be operated, so that the pressure of the normal fans is sufficient for oil burners. It is also important that the material of the oil evaporator 5 also consists of a good heat-conductive material for this reason, because this also makes it more difficult for the flame to bounce back through the bores (7). The stated values were determined for a fuel throughput of 0.3-1.0 l / h. It would be possible to choose even smaller cross-sections, but this increases the risk of clogging and the required air pressure increases disproportionately. When the bores 7 are enlarged to 4 mm in diameter, the security against a backlash of the flame is severely impaired if the outflow speed is not increased enormously, which becomes problematic in the case of small oil burners because of the required fan pressure. Larger holes also increase the likelihood that unevaporated fuel will leave the evaporator. The holes 7 do not necessarily have to have a circular shape, it is also possible to choose slot-shaped openings which can be designed as gills. The stated dimensions for the diameter in this case relate to the slot width.
Claims
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1998121672 DE19821672A1 (en) | 1998-05-14 | 1998-05-14 | Pre-mix burner for liquid fuel |
| DE19821672.6 | 1998-05-14 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO1999060306A1 true WO1999060306A1 (en) | 1999-11-25 |
Family
ID=7867783
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/DE1999/001420 Ceased WO1999060306A1 (en) | 1998-05-14 | 1999-05-11 | Premix burner for liquid fuels |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19821672A1 (en) |
| WO (1) | WO1999060306A1 (en) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10157856A1 (en) * | 2001-11-26 | 2003-07-17 | Rolls Royce Deutschland | Slim premix burner for gas turbine has part of burner wall may be electrically heated |
| DE10246696A1 (en) * | 2002-10-07 | 2004-04-15 | Robert Bosch Gmbh | atomization |
| DE102014103817B4 (en) | 2014-03-20 | 2018-07-19 | Webasto SE | Evaporator burner for a mobile liquid fueled heater |
| DE102014103813A1 (en) | 2014-03-20 | 2015-09-24 | Webasto SE | Evaporator burner assembly for a mobile liquid fueled heater |
| DE102014103812A1 (en) * | 2014-03-20 | 2015-09-24 | Webasto SE | Evaporator burner for a mobile liquid fueled heater |
| DE102014103815B4 (en) | 2014-03-20 | 2018-07-19 | Webasto SE | evaporative burner |
| DE102015112932A1 (en) * | 2015-08-06 | 2017-02-09 | Eberspächer Climate Control Systems GmbH & Co. KG | mixing arrangement |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1265906B (en) | 1960-05-14 | 1968-04-11 | Willi Broedlin | Burners for liquid fuels, especially heating oil |
| DE2356769A1 (en) | 1973-11-14 | 1975-06-05 | Schladitz Hutzenlaub Gbr | Burner for liquid fuel - has porous insert of polycrystalline metal whickers in fuel feed and vapouriser pipe |
| DE2649669A1 (en) | 1976-10-29 | 1978-05-03 | Messerschmitt Boelkow Blohm | BURNERS FOR LIQUID FUELS, IN PARTICULAR OILS |
| EP0166329A2 (en) * | 1984-06-25 | 1986-01-02 | AG Verfahrenstechnik für Heizung VTH | Burner, especially a burner for burning liquid fuel in the gaseous state |
| WO1988003249A1 (en) * | 1986-10-27 | 1988-05-05 | Olymp-Werk A. Schwarz Gesellschaft M.B.H. | Burner for the combustion of liquid fuel |
| EP0283435A1 (en) | 1987-03-13 | 1988-09-21 | Füllemann Patent Ag | Burner |
| EP0405481A1 (en) | 1989-06-29 | 1991-01-02 | Sintermetallwerk Krebsöge Gmbh | Apparatus for spraying a fluid |
| US5154597A (en) * | 1987-03-13 | 1992-10-13 | Vth Ag Verfahrenstechnik Fur Heizung | Burner for combustion of gasified liquid fuels |
| DE4305468A1 (en) | 1993-02-23 | 1994-09-08 | Herbert Prof Dr Ing Heitland | Method of operation for a two-stroke internal combustion engine and two-stroke internal combustion engines for performing this method of operation |
| DE4401799C1 (en) | 1994-01-22 | 1995-06-14 | Webasto Thermosysteme Gmbh | Evaporator burner for heating appts |
| DE19606560A1 (en) * | 1996-02-22 | 1997-09-04 | Stephan Herrmann | Pre-evaporating and pre-mixing burner for liquid fuels |
| WO1997049952A1 (en) * | 1996-06-25 | 1997-12-31 | Koehne Heinrich | Surface-combustion liquid-fuel burner and method of operating it |
-
1998
- 1998-05-14 DE DE1998121672 patent/DE19821672A1/en not_active Withdrawn
-
1999
- 1999-05-11 WO PCT/DE1999/001420 patent/WO1999060306A1/en not_active Ceased
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1265906B (en) | 1960-05-14 | 1968-04-11 | Willi Broedlin | Burners for liquid fuels, especially heating oil |
| DE2356769A1 (en) | 1973-11-14 | 1975-06-05 | Schladitz Hutzenlaub Gbr | Burner for liquid fuel - has porous insert of polycrystalline metal whickers in fuel feed and vapouriser pipe |
| DE2649669A1 (en) | 1976-10-29 | 1978-05-03 | Messerschmitt Boelkow Blohm | BURNERS FOR LIQUID FUELS, IN PARTICULAR OILS |
| EP0166329A2 (en) * | 1984-06-25 | 1986-01-02 | AG Verfahrenstechnik für Heizung VTH | Burner, especially a burner for burning liquid fuel in the gaseous state |
| WO1988003249A1 (en) * | 1986-10-27 | 1988-05-05 | Olymp-Werk A. Schwarz Gesellschaft M.B.H. | Burner for the combustion of liquid fuel |
| EP0283435A1 (en) | 1987-03-13 | 1988-09-21 | Füllemann Patent Ag | Burner |
| US5154597A (en) * | 1987-03-13 | 1992-10-13 | Vth Ag Verfahrenstechnik Fur Heizung | Burner for combustion of gasified liquid fuels |
| EP0405481A1 (en) | 1989-06-29 | 1991-01-02 | Sintermetallwerk Krebsöge Gmbh | Apparatus for spraying a fluid |
| DE4305468A1 (en) | 1993-02-23 | 1994-09-08 | Herbert Prof Dr Ing Heitland | Method of operation for a two-stroke internal combustion engine and two-stroke internal combustion engines for performing this method of operation |
| DE4401799C1 (en) | 1994-01-22 | 1995-06-14 | Webasto Thermosysteme Gmbh | Evaporator burner for heating appts |
| DE19606560A1 (en) * | 1996-02-22 | 1997-09-04 | Stephan Herrmann | Pre-evaporating and pre-mixing burner for liquid fuels |
| WO1997049952A1 (en) * | 1996-06-25 | 1997-12-31 | Koehne Heinrich | Surface-combustion liquid-fuel burner and method of operating it |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE19821672A1 (en) | 1999-11-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE19529994C2 (en) | Evaporator burner for a heater | |
| EP0558455B1 (en) | Burner, particularly oil burner or combined oil/gas-burner | |
| DE19646957B4 (en) | Method and apparatus for burning liquid fuel | |
| EP0927321B1 (en) | Pre-vaporizing and pre-mixing burner for liquid fuels | |
| DE3722093A1 (en) | BURNER | |
| CH642731A5 (en) | METHOD FOR BURNING LIQUID FUEL AND BURNER FOR CARRYING OUT THE METHOD. | |
| DE10019198A1 (en) | Atomizing burner especially for stand-alone heater in motor vehicle has impingement plate located inside combustion chamber in fuel atomizing direction and in flame zone, and provided with collar to form approximate shape of cup | |
| DE69008080T2 (en) | Evaporator for liquid fuel. | |
| DE2140354C3 (en) | Liquid fuel burners | |
| DE3010078A1 (en) | BURNER USED WITH LIQUID FUEL FOR HEATING DEVICES | |
| CH654392A5 (en) | LIQUID FUEL BURNER. | |
| EP0346284B1 (en) | Burner for the combustion of liquid fuel in the gaseous phase | |
| WO1996015408A1 (en) | Evaporation burner for a heater | |
| EP0843083B1 (en) | Fuel preevaporator | |
| DE10200524C1 (en) | Combustion chamber assembly for motor vehicle heater has housing with exhaust outlet having return flow of some gas to maintain even temperature profile | |
| WO1999060306A1 (en) | Premix burner for liquid fuels | |
| EP0283435B1 (en) | Burner | |
| DE10347509B4 (en) | Heater with a spray nozzle | |
| DE3337601A1 (en) | HEATER, ESPECIALLY VEHICLE HEATER | |
| DE2444188A1 (en) | COMBUSTION CHAMBER ARRANGEMENT WITH A ROTATING POT-SHAPED FUEL DISTRIBUTOR | |
| EP2679897B1 (en) | Oil pre-mix burner with swirler | |
| DE4126745A1 (en) | Oil-fired heater with rotary fuel atomiser - has ring of nozzles which direct air to form cylindrical window | |
| DE102010025107B4 (en) | Ölvormischbrenner | |
| EP0867658B1 (en) | Process and device for combustion of liquid fuel | |
| DE19518787A1 (en) | Vapour burner for liquid fuel in domestic and small heaters |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| AK | Designated states |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): CA US |
|
| AL | Designated countries for regional patents |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE |
|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application | ||
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |