DE2401473C2

DE2401473C2 - Brennerelement vom Dochttyp

Info

Publication number: DE2401473C2
Application number: DE2401473A
Authority: DE
Inventors: James Peter Staines Middlesex Granger; Kenneth Kemsing Kent Hirst; David Montagu Camberley Surrey Whitehead
Original assignee: BP PLC
Current assignee: BP PLC
Priority date: 1973-01-15
Filing date: 1974-01-12
Publication date: 1983-03-31
Also published as: CA1022056A; GB1441392A; ZA74145B; DE2401473A1; BE809771A; US3947227A; DK137771C; FR2214083B1; DK137771B; FR2214083A1

Description

a) die poröse Platte (1) ist gleichmäßig in einer Richtung von Durchgangsöffnungen (2) für die Verbrennungsluft durchzogen;

b) unterhalb der porösen Platte (1) ist eine Auffangvorrichtung (4, 6) für überschüssigen Brennstoff vorgesehen, die über eine Rücklaufleitung (7) und Brennstoffstandregelung (9) mit der Brennstoffzuführung (5) verbunden ist

Die Erfindung betrifft ein Brennerelement vom Dochttyp in Form einer den verdampfbaren flüssigen Brennstoff durch Kapillarwirkung festhaltenden, porösen Platte mit mindestens einem Brennstoffzuführungsrohr mit Austrittsöffnungen zum plattenförmigen Element, das den flüssigen Brennstoff unter einem höheren als zur Sättigung des Elementes und zu dessen mindestens teilweise ständiger Spülung erforderlichen Druck zuführt

Ein derartiges Brennerelement ist aus der AT-PS 35 026 zwar seit langem für den Einsatz von Rohöl bekannt, konnte aber für verdampfbare flüssige Brennstoffe, wie beispielsweise Kerosin, nicht verwendet werden, da diese die gleichmä3ige Zufuhr von Verbrennungsluft gleichzeitig mit dem flüssigen Brennstoff zur Verbrennungszone unter Ausbildung eines brennbaren Gemisches erfordern.

Für flüssige Brennstoffe beschreibt die AT-PS 3 01 107 ebenfalls ein Brennerelement vom Dochttyp, doch wird der flüssige Brennstoff dabei nicht unter einem höheren als zur Sättigung des Elementes erforderlichen Druck zugeführt, vielmehr soll gerade ein Abtropfen von Brennstoff vermieden und der durch Oberflächenspannung im Verdampferkörper festgehaltene Brennstoff verdampft und gleichmäßig unter Luftzufuhr verbrannt werden. Für die Zuführung der Luft ist der Verdampferkörper von Luftkanälen durchbohrt.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, in einem Brennerelement des eingangs beschriebenen Typs eine gleichmäßige Verteilung der Verbrennungsluft unter gleichzeitiger Vergrößerung der Verdampfungsoberfläche des Körpers zu schaffen, wobei aber in jedem Falle eine Verschmutzung des Brennerelementes vermieden werden sollte. Hierbei war es nicht möglich, in dem aus der AT-PS 35 026 bekannten porösen Körper einfach eine Durchlöcherung für die Verbrennungsluft vorzusehen; denn Art und Herstellung dieses Körpers lassen einerseits eine derartige Perforierung nicht zu, da bei der unkontrollierten Porosität eine gleichmäßige Brennstoffverteilung nicht gewährleistet wäre, und andererseits ist die Luftzuführung des bekannten Brennerelementes als solche nicht geeignet, die Durchströmung des Körpers von unten durch die Perforierung hindurch zu sichern.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung ist nun ein Brennerelement vom Dochityp, wie eingangs erläutert, das durch die Kombination folgender Merkmale gekennzeichnet ist:

a) die poröse Platte ist gleichmäßig in einer Richtung ίο von Durchgangsöffnungen für die Verbrennungsluft durchzogen;

b) unterhalb der porösen Platte ist eine Anfangvorrichtung für überschüssigen Brennstoff vorgesehen, die über eine Rücklaufleitung und Brennstoffstandregelung mit der Brennstoffzuführung verbunden ist

Gerade durch diese Kombination der beiden Merkmale gelingt es in nicht vorhersehbarer Weise, nicht nur die Verbrennungsluft im gesamten plattenförmigen Element besonders gleichmäßig zu verteilen, sondern gleichzeitig seine Verdampfungsoberfläche zu vergrößern, ohne daß die poröse Platte verschmutzt wird; denn der unter Druck zugeführte Brennstoff spült die Platte dauernd, so daß es zu keinen Ansätzen von Kohlenstoff infolge Krackung des Brennstoffes bei der Verbrennung kommen kann, und ein Zuviel des Brennstoffes geht nicht verloren, sondern wird aufgefangen und zur Brennstoffzuführung zurückgeleitet, was einen wirtschaftlichen Betrieb des Brennerelementes gewährleistet.

Beim Brennerelement gemäß der Erfindung kann der Brennstoff über ein oder mehrere Brennstoffzuführungsrohre der Verbrennungszone zugeführt werden, die im allgemeinen im wesentlichen angrenzend an das Brennerelement angeordnet ist, jedoch ist es auch möglich, das brennbare Gemisch einer vom Element entfernten Stelle zuzuführen, wo dann die Verbrennung stattfindet. Die Brennstoffzuführungsleitung kann auch zwischen Schichten von Brennerelementen sandwichartig eingefügt sein.

Das Brennerelement ist vorzugsweise aus einem Metallschaum hergestellt, beispielsweise aus einem Metallschaum aus nickelplattiertem Kunststoff (offenzelliges Polystyrol) mit einem Festigkeit verleihenden oberflächlichen Chromüberzug. Auch andere poröse Werkstoffe, wie metallgefüllte Kunststoffe, poröse Keramikmaterialien und Sintermetalle, sind geeignet. Neben starren Platten können auch flexible Konstruktionen Verwendung finden, beispielsweise solche aus Keramikfasern, die in Verbindung mit einem Trägeroder Stützelement, das den Docht in der erforderlichen Gestalt hält, verwendet werden, da dieser sonst unter seinem Eigengewicht zusammenfallen würde.

Es ist im allgemeinen erwünscht, ein Brennstoffelement mit der geringst möglichen Dicke, die mit der Erzielung des notwendigen Brennstofftransports im Einklang ist, zu verwenden, da die Wärmekapazität des Elements und des darin enthaltenen Brennstoffs um so größer ist, je größer die Dicke ist und eine geringe Wärmekapazität wegen der leichteren Verdampfung des Brennstoffs die Zündung erleichtert, was besonders wichtig ist, bei einem Brenner, der durch ein automatisches Regelsystem ein- und ausgeschaltet wird.

Außerdem hat ein dünnes Element den weiteren Vorteil, daß beim Ausschalten des Brenners die Verbrennung weitergeht, bis der noch im Element enthaltene Brennstoff verbraucht ist. Bevorzugt werden Brennele-

men te einer Dicke von weniger als 10 mm, und zwar für Zentralheizungen von Wohngebäuden, beispielsweise von weniger als 5 mm, insbesondere von weniger als 3 mm. Die Durchgangsöffnungen für die Verbrennungsluft sind vorzugsweise rund, können aber auch schlitzförmig sein und haben eine Fläche von 0,01 bis 1,0 cm². Ihre Zahl wird so gewählt, daß sie vorzugsweise 25 bis 55% der Gesamtfläche des Elements ausmachen.

Das Brennerelement gemäß der Erfindung wird normalerweise in im wesentlichen waagerechter Lage verwendet, jedoch kann es in Abhängigkeit von seinem Einsatz auch senkrecht ausgerichtet sein.

Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit den Abbildungen beschrieben.

F i g. 1 ist ein senkrechter Schnitt durch einen Brenner mit einem Brennerelement gemäß der Erfindung aus Metallschaum.

F i g. 2 zeigt den in F i g. 1 dargestellten Brenner in Draufsicht

Fig.3 zeigt eine Ausführungsform des Brennerelements mit doppelter Brennstoffzuführung.

F i g. 4 veranschaulicht einen Brenner in der praktischen Anwendung, beispielsweise in einer Zentralheizungsanlage mit einem hochliegenden, über dem Brennstofftank montierten Brennerelement

Das in F i g. 1 dargestellte Brennerelement 1 hat die Form einer flachen rechteckigen Platte aus verdichtetem Metallschaum, nämlich ein aus nickelplattiertem offenzelligen Polystyrol hergestellter Metallschaum mit einem oberflächlichen, Festigkeit verleihenden Chromüberzug. Das Element ist von Luft-Durchgangsöffnungen 2 durchzogen, die in einem Sechseckmuster angeordnet sind.

Das Element 1 wurde aus einem Block eines Metallschaums mit einem mittleren Porendurchmesser von 03 mm durch Verdichten parallel zu seiner Achse im Verhältnis von 3 :1 hergestellt. Gleichzeitig wurden die Öffnungen 2 eingeschnitten. Durch dieses Verdichten in bestimmter Richtung wird ein anisotropes Element erhalten, in dem die Poren, ursprünglich in Form unregelmäßiger Zwölfecke, zu in senkrechter Richtung dünnen Hohlräumen umgewandelt werden.

Ein Brennstoffzufühaingsrohr 3 ist an der Unterseite des Elements mit Hilfe eines Klebers befestigt. Dieses Brennstoffzuführungsrohr 3 hat Brennstoffaustrittsöffnungen 13, beispielsweise in Form von runden Löchern oder Schlitzen, auf der Oberseite und in Berührung mit der Unterseite des Elements 1. Die Brennstoffaustrittsöffnungen 13 sind so angeordnet, daß der in das Brennstoffzuführungsrohr 3 gepumpte Brennstoff über das gesamte Element 1 gleichmäßig verteilt wird. An der Unterseite des Brennstoffzuführungsrohres ist ein Auffangtrog 4 so angeordnet, daß er etwaigen überschüssigen Brennstoff, der von den Brennstoffaustrittsöffnungen 13 herabtropft, auffängt.

F i g. 2 zeigt eine Draufsicht auf das aus Metallschaum bestehende Brennelement 1. Bei Verwendung von Kerosin als Brennstoff hat das Element eine optimale Dicke von etwa 1 mm. Ein etwas dickeres Element wird verwendet, wenn Gasöl als Brennstoff verwendet wird.

Ein typisches Brennerelement mit runden Durchgangsöffnungen für die Luft hat die folgenden Abmessungen:

Breite	45 mm
Dicke	Umm
Durchmesser der öffnungen	3,0 mm
Zahl der Offnungen	480
Gesamtfläche der öffnungen	3335 cm²

Länge

245 mm

Fig.3 zeigt die besondere Ausführungsform des Elementes der Erfindung, bei der das Brennstoffzuführungsrohr 3 zwei Einlaßstellen für die Aufnahme von Brennstoff aufweist Diese Anordnung ermöglicht die Erzielung einer noch besseren Verteilung des Brennstoffs in dem Brennerelement 1. Während der Brennstoff dem Zuführungsrohr 3 unter einem geringen Druck zugeführt wird, wird das Brennerelement 1 mit Brennstoff getränkt, und der Überschuß tropft nach unten in den Auffangtrog 4. Dies bedeutet daß das Element 1 tatsächlich ständig mit Brennstoff gespült und der Ansatz von Kohlenstoff als Folge der Einwirkung der Hitze oder einer unvollständigen Verbrennung verhindert wird. Der überschüssige Brennstoff wird aufgefangen und mit Hilfe der Rücklaufleitung 7 2urückgeführt Die Verbrennungsluft wird der Unterseite des Elements unter Druck mittels einer Luftpumpe zugeführt

Bei der in F i g. 4 dargestellten Heizungsanlage wird Brennstoff dem Brennerelement 1 aus einem Brennstofftank 10, der unter der Höhe des Brenners liegt, mit Hilfe einer Pumpe 8 zugeführt Im vorliegenden Fall wurde als Pumpe eine elektrisch betriebene Membranpumpe verwendet Eine Brennstoffstandregelung 9 ist in der Brennstoffzuführungsleitung zwischen der Brennstoffpumpe 8 und dem Brennstofftank 10 angeordnet und ferner mit der Brennstoffrücklaufleitung 7 des Elements 1 verbunden, um die Kreislaufführung von überschüssigem Brennstoff zu ermöglichen. Diese Brennstoffregelung 9 wird verwendet, damit die Pumpe 8 keine Luft zurücksaugt Dies würde der Fall sein, wenn die Rücklaufleitung 7 unmittelbar mit der Saugleitung 11 der Pumpe verbunden wäre.

Im Betrieb der Brenneranlage wird Brennstoff aus der Brennstoffstandregelung 9 durch die Ansaugleitung 11 der Pumpe in die Pumpe 8 und dann durch die Druckleitung 12 der Pumpe in das Brennerelement gepumpt Der Druck, unter dem der Brennstoff dem Brennerelement zugeführt wird, liegt in der Größenordnung von nur wenigen Zoll WS. Wenn der Brennstofftank 10 über dem Brennerelement 1 liegt, kann die Brennstoffstandregelung 9 innerhalb des Gehäuses 14 angeordnet werden. Es ist ferner möglich, die Pumpe 8

so und die Brennstoffstandregelung 9 durch eine genaue Brennstoffdosierpumpe zu ersetzen. Der Brenner wird zweckmäßig durch ein (in den Abbildungen nicht dargestelltes) elektrisches System automatisch gegründet. Die in Fig.4 dargestellte Anlage ist nicht von Fallspeisung abhängig und ermöglicht die unterirdische Brennstofflagerung oder die Brennstofflagerung im Keller.

Das Brennerelement gemäß der Erfindung konnte kontinuierlich für eine Zeit bis zu 1000 Stunden im praktischen Einsatz betrieben werden, bevor übermäßig starker Kohlenstoffansatz auf dem Element gebildet war. Durch Ein-Aus-Betrieb konnte die Geschwindigkeit der Bildung von Kohlenstoffansatz auf dem Element noch herabgesetzt und die Betriebszeiten des

b5 Brenrers weiter verlängert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Brennerelement vom Dochttyp in Form einer den verdampfbaren flüssigen Brennstoff durch Kapillarwirkung festhaltenden, porösen Platte mit mindestens einem Brennstoffzuführungsrohr mit Austrittsöffnungen zum plattenförmigen Element, das den flüssigen Brennstoff unter einem höheren als zur Sättigung des Elementes und zu dessen mindestens teilweise ständiger Spülung erforderlichen Druck zuführt, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: