DE29618399U1

DE29618399U1 - Air nozzle

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Priority date: 1996-10-31
Filing date: 1996-10-31
Publication date: 1997-01-09
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Description

WESTPHAL-WESTPHAL-

PATENTANWÄLTE· EUROPEAN PATENT ATTORNEYSPATENT ATTORNEYS· EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

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Siegfried W. SchillingSiegfried W. Schilling

Bruderbüelstraße 21Bruderbüelstrasse 21

CH - 8332 RussikonCH - 8332 Russikon

LuftdüseAir nozzle

Die Erfindung betrifft eine Luftdüse für die Verbrennungsluft eines mit fossilem Brennstoff betriebenen Brenners gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an air nozzle for the combustion air of a fossil fuel-operated burner according to the preamble of claim 1.

Im Feuerungsbau werden zu Stabilisierung der Flamme von Öl- und Gasbrennern Stauscheiben, Injektoren und Drallerzeuger eingesetzt. Diese Einrichtungen dienen neben der Flammenstabilisierung auch dazu, die Verbrennungsgase in den Wurzelbereich der Flamme zu rezirkulieren. Die Rezirkulation wird durch Injektorwirkung verursacht, wobei die der Flamme zugeführte Verbrennungsluft und/oder die Flamme selbst als Treibstrahl wirken. Als Mischstrecken dienen Rezirkulationsrohre und/oder mit Bypass-Öffnungen versehene Flammrohre und/ oder die Brennkammern der Wärmeerzeuger. Bei einer genügend hohen Rezirkulationsrate wird durch Absenkung der Verbrennungs-Prozeßtemperatur die thermische NO_x-Bildung reduziert und die Bildung des Brennstoff-Luft-Gemisches beschleunigt, so daß eine annähernd stöchiometrische Verbrennung möglich wird.In combustion engineering, baffle plates, injectors and swirl generators are used to stabilize the flame of oil and gas burners. In addition to flame stabilization, these devices also serve to recirculate the combustion gases into the root area of the flame. The recirculation is caused by the injector effect, whereby the combustion air supplied to the flame and/or the flame itself act as a propulsion jet. Recirculation pipes and/or flame pipes with bypass openings and/or the combustion chambers of the heat generators serve as mixing sections. If the recirculation rate is high enough, the thermal NO _x formation is reduced by lowering the combustion process temperature and the formation of the fuel-air mixture is accelerated, so that an almost stoichiometric combustion is possible.

Die Verwendung von Stauscheiben ergibt eine äußerst stabile Flamme, insbesondere in der Kaltstartphase. Für einen zufriedenstellenden Ausbrand sowie für die Absenkung der NO_x-Bildung ist jedoch eine hohe Einstellgenauigkeit erforderlich. Wegen der relativ engen Strömungsquerschnitte besteht außerdem eine Neigung zu Verschmutzungen im Bereich der Brennstoffdüse und damit zu einer Beeinträchtigung der Langzeit-Stabilität.The use of baffle plates results in an extremely stable flame, especially in the cold start phase. However, a high level of setting accuracy is required for satisfactory burnout and for reducing NO _x formation. Due to the relatively narrow flow cross-sections, there is also a tendency for contamination in the area of the fuel nozzle, which impairs long-term stability.

D-78048 VS-Villingen · Waldstrasse 33 · Telefon 07721 56007 · Telefax 07721 55164D-78048 VS-Villingen · Waldstrasse 33 · Telephone 07721 56007 · Fax 07721 55164

Injektor-stabilisierte Flammen benötigen hohe Verbrennungsluft-Impulsströme sowie relativ lange Mischstrecken, was zu hohen Flammengeräuschen und großen Flammrohr-Längen führt. Im Hinblick auf die Flammenstabilität in der Kaltstartphase sind der Beimischung von rezirkulierten Verbrennungsgasen enge Grenzen gesetzt, weshalb auch die Absenkung der Verbrennungs-Prozeßtemperatur begrenzt ist.Injector-stabilized flames require high combustion air pulse flows and relatively long mixing distances, which leads to high flame noise and long flame tube lengths. With regard to flame stability in the cold start phase, there are strict limits on the addition of recirculated combustion gases, which is why the reduction in the combustion process temperature is also limited.

Drall-stabilisierte Flammen sind bei genügend hohem Drall äußerst stabil. Die zentrale Rückströmung bewirkt jedoch nur eine geringe Temperaturabsenkung in der Flammenwurzel. Die intensive Vermischung von Brennstoff und Verbrennungsluft verkürzt die Flamme. Bei Reduzierung des Dralls und genügend großen Bypass-Öffnungen im Mischrohr wird eine zufriedenstellende NO_x-Absenkung erreicht, was jedoch mit engen Stabilitätsgrenzen erkauft werden muß.Swirl-stabilized flames are extremely stable if the swirl is sufficiently high. However, the central backflow only causes a slight reduction in temperature in the flame root. The intensive mixing of fuel and combustion air shortens the flame. By reducing the swirl and using sufficiently large bypass openings in the mixing tube, a satisfactory reduction in NO _x is achieved, but this must be paid for with narrow stability limits.

Aus der DE 295 18 919 Ul ist eine Luftdüse der eingangs genannten Gattung bekannt. Bei dieser Luftdüse wird die Verbrennungsluft über ein den Düsenschaft des Brenners koaxial umschließendes Luftführungsrohr zugeführt, wobei sich das Luftführungsrohr austrittsseitig in ein Düsenmündungsteil verengt, welches die Brennstoffdüse umschließt. Ein in dem Luftführungsrohr angeordneter Drallkörper erteilt der Verbrennungsluft einen Drall, mit welchem die Verbrennungsluft durch den zwischen dem Düsenmündungsteil und der Brennstoffdüse gebildeten Ringspalt austritt.An air nozzle of the type mentioned above is known from DE 295 18 919 Ul. In this air nozzle, the combustion air is supplied via an air guide pipe that coaxially surrounds the nozzle shaft of the burner, whereby the air guide pipe narrows on the outlet side into a nozzle mouth part that surrounds the fuel nozzle. A swirl body arranged in the air guide pipe imparts a swirl to the combustion air, with which the combustion air exits through the annular gap formed between the nozzle mouth part and the fuel nozzle.

Die Luftdüse sitzt auf einer Schottscheibe. Der Düsenschaft sitzt in einer Nabe dieser Schottscheibe und ist in dieser axial verstellbar. Dadurch kann der Ringspalt zwischen der Brennstoffdüse und dem Austrittsende des Düsenmündungsteils verstellt werden. Die Luftdüse ist an die Brennerkonstruktion angepaßt und wird mit dieser zusammengebaut. Die Anpassung an die verschiedenen Brennertypen ist für eine kostengünstige Serienproduktion ungünstig. Die Demontage z. B. für Reparatur- und Wartungsarbeiten ist aufwendig. Der Düsenschaft muß individuell in Bezug auf die Luftdüse justiert werden, was eben-The air nozzle sits on a bulkhead. The nozzle shaft sits in a hub of this bulkhead and is axially adjustable in it. This allows the annular gap between the fuel nozzle and the outlet end of the nozzle mouth part to be adjusted. The air nozzle is adapted to the burner design and is assembled with it. Adaptation to the different burner types is unfavorable for cost-effective series production. Disassembly, e.g. for repair and maintenance work, is complex. The nozzle shaft must be individually adjusted in relation to the air nozzle, which also

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falls die Wartungsarbeiten erschwert.3
if maintenance work is made more difficult.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Luftdüse für Gas- und Ölbrenner, vorzugsweise für den Klexnleistungsbereich von 5 bis 100 kW zu schaffen, die sich für eine kostengünstige Serienfabrikation eignet und Justagefehler bei der Inbetriebnahme oder bei Wartungsarbeiten verhindert.The invention is based on the object of creating an air nozzle for gas and oil burners, preferably for the Klexn power range from 5 to 100 kW, which is suitable for cost-effective series production and prevents adjustment errors during commissioning or during maintenance work.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Luftdüse mit den Merkmalen des Anspruchs 1.This object is achieved according to the invention by an air nozzle with the features of claim 1.

Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments and further developments of the invention are specified in the subclaims.

Die erfindungsgemäße Luftdüse ist ein modulares Bauelement, durch welches die Verbrennungsluft mit guter Injektorwirkung und drallbehaftet in genau definierte Dosierung und Abstimmung zugeführt wird. Die Zuführung der Verbrennungsluft in der Luftdüse ist durch das Luftführungsrohr, dessen Dusenmündungsteil, die Nabe und den Drallkörper festgelegt. Die Luftdüse kann als komplettes Bauelement auf den Düsenschaft des Brenners aufgesetzt werden, ohne daß eine Abstimmung zwischen der Luftdüse und dem Düsenschaft bzw. der Brennstoffdüse erforderlich ist. Dadurch kann zum einen eine empfindliche und zeitraubende Justage vermieden werden und zum anderen ist eine Herstellung in Großserien möglich.The air nozzle according to the invention is a modular component through which the combustion air is supplied with a good injector effect and swirl in a precisely defined dosage and adjustment. The supply of combustion air in the air nozzle is determined by the air guide pipe, its nozzle mouth part, the hub and the swirl body. The air nozzle can be placed on the nozzle shaft of the burner as a complete component without any adjustment between the air nozzle and the nozzle shaft or the fuel nozzle being necessary. This avoids sensitive and time-consuming adjustment and also enables mass production.

Die Herstellung und der Zusammenbau der Luftdüse sind so ausgebildet, daß sie mit hohem Automatisierungsgrad kostengünstig durchgeführt werden können.The manufacture and assembly of the air nozzle are designed so that they can be carried out cost-effectively with a high degree of automation.

Durch die Luftdüse wird ein drallbehafteter ringförmiger Treibstrahl der Verbrennungsluft erzeugt, der einerseits eine gute Injektorwirkung hat und andererseits eine starke Durchmischung der Verbrennungsluft mit den rezirkulierten Verbrennungsgasen sicherstellt. Dadurch wird die Mischstrecke erheblich verkürzt, so daß die axialen Einbauabmessungen des Brenners verringert werden können.The air nozzle generates a swirling, ring-shaped jet of combustion air, which on the one hand has a good injector effect and on the other hand ensures a strong mixing of the combustion air with the recirculated combustion gases. This significantly shortens the mixing distance, so that the axial installation dimensions of the burner can be reduced.

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Vorzugsweise wird die Luftdüse in Verbindung mit einem nachgeschalteten Mischrohr verwendet, welches auch als Mischdüse ausgebildet sein kann. Die Nabe "ragt hierbei in Strömungsrichtung über die Luftdüse hinaus, so daß sich ihr Austrittsende in dem Mischrohr befindet. Dadurch wird eine besonders hohe Injektorwirkung erzeugt, wobei der Impulsaustausch in dem Mischrohr eine sehr gute Durchmischung der Verbrennungsluft mit den angesaugten Verbrennungsgasen bewirkt.The air nozzle is preferably used in conjunction with a downstream mixing tube, which can also be designed as a mixing nozzle. The hub "projects beyond the air nozzle in the direction of flow, so that its outlet end is in the mixing tube. This creates a particularly high injector effect, with the exchange of momentum in the mixing tube causing very good mixing of the combustion air with the intake combustion gases.

Es ist auch möglich, die Luftdüse in Verbindung mit einem herkömmlichen Flammrohr zu verwenden. In diesem Falle endet die Nabe vorzugsweise im Austrittsende des Düsenmündungsteils, so daß sich der Verbrennungsluftstrahl schnell in dem Flammrohr aufweitet.It is also possible to use the air nozzle in conjunction with a conventional flame tube. In this case, the hub preferably ends in the outlet end of the nozzle mouth part, so that the combustion air jet expands quickly in the flame tube.

Insbesondere in dieser Ausführungsform wird vorzugsweise das Austrittsende des Düsenmündungsteils nach außen ausgestülpt. Dadurch wird die Strahlaufweitung des Gemisches aus Verbrennungsluft, Brennstoff und rezirkulierten Verbrennungsgasen zusätzlich verstärkt. Dies führt zu einer weiteren Flammenverkürzung und einer Reduzierung der Flammengeräusche.In this embodiment in particular, the outlet end of the nozzle mouth part is preferably turned outwards. This further increases the jet expansion of the mixture of combustion air, fuel and recirculated combustion gases. This leads to a further shortening of the flame and a reduction in flame noise.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigenIn the following, the invention is explained in more detail with reference to embodiments shown in the drawing.

Fig. 1 eine teilweise axial geschnittene SeitenansichtFig. 1 is a partially axially sectioned side view

der Luftdüse in einer ersten Ausführung,the air nozzle in a first embodiment,

Fig. 2 bis 4 die Herstellung des Drallkörpers der Luftdüse,Fig. 2 to 4 the production of the swirl body of the air nozzle,

Fig. 5 eine teilweise axial geschnittene SeitenansichtFig. 5 a partially axially sectioned side view

der in einen Brenner eingebauten Luftdüse,the air nozzle built into a burner,

Fig. 6 verschiedene Varianten der Kombination derFig. 6 different variants of the combination of

Luftdüse mit einem Mischrohr,Air nozzle with a mixing tube,

Fig. 7. eine teilweise axial geschnittene DarstellungFig. 7. a partially axially sectioned view

einer zweiten Ausführung der Mischdüse unda second version of the mixing nozzle and

Fig. 8 eine Darstellung der Mischdüse in der zweitenFig. 8 a representation of the mixing nozzle in the second

Ausführung in eingebautem Zustand.Execution in installed condition.

In dem in Figur 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel weist die Luftdüse eine Nabe 10 auf, die durch ein Stahlrohr gebildet ist. Am stromabseitigen vorderen Ende ist die Nabe 10 konisch verengt. Der Innendurchmesser der Nabe 10 ist ' etwas größer als der Normaußendurchmesser des Düsenschaftes 12 eines konventionellen Brenners. Die Nabe 10 kann somit auf den Düsenschaft 12 aufgeschoben werden, wobei die Brennstoffdüse 14 des Düsenschaftes 12 in das vordere sich verengende' Ende der Nabe 10 gelangt. Die Austrittsöffnung der Brennstoffdüse 14 fällt somit im wesentlichen mit dem Austrittsende der Nabe 10 zusammen. Das stromaufseitige Ende 16 der Nabe 10 ist axial geschlitzt und weist einen etwas verringerten Durchmesser auf, so daß dieses Ende den Düsenschaft 12 mit nur geringem Spiel umschließt. Auf diesem Ende 16 der Nabe 10 sitzt ein Klemmring 18; dieser weist eine radiale Gewindebohrung 20 auf, in welche ein Gewindestift einsetzbar ist, um den Klemmring 18 und damit die Nabe 10 auf dem Düsenschaft 12 festzulegen.In the first embodiment shown in Figure 1, the air nozzle has a hub 10 formed by a steel tube. At the downstream front end, the hub 10 is conically narrowed. The inner diameter of the hub 10 is slightly larger than the standard outer diameter of the nozzle shaft 12 of a conventional burner. The hub 10 can thus be pushed onto the nozzle shaft 12, with the fuel nozzle 14 of the nozzle shaft 12 reaching the front, narrowing end of the hub 10. The outlet opening of the fuel nozzle 14 thus essentially coincides with the outlet end of the hub 10. The upstream end 16 of the hub 10 is axially slotted and has a slightly reduced diameter, so that this end encloses the nozzle shaft 12 with only a small amount of play. A clamping ring 18 is seated on this end 16 of the hub 10; This has a radial threaded bore 20 into which a threaded pin can be inserted in order to fix the clamping ring 18 and thus the hub 10 on the nozzle shaft 12.

Die Nabe 10 wird in ihrem stromaufliegenden Bereich koaxial von einem Luftführungsrohr 22 umschlossen, welches radial gegen die Nabe 10 beabstandet ist. Das geradzylindrische Luftführungsrohr 22 geht an seinem stromabgerichteten vorderen Ende in ein Düsenmündungsteil 24 über, dessen Durchmesser sich düsenförtnig gegen die Nabe 10 hinverengt. Am Austrittsende des Düsenmündungsteils 24 bildet dieses mit der Nabe 10 einen Ringspalt 26.The hub 10 is coaxially surrounded in its upstream area by an air guide tube 22, which is spaced radially from the hub 10. The straight-cylindrical air guide tube 22 merges at its downstream front end into a nozzle mouth part 24, the diameter of which narrows in the shape of a nozzle towards the hub 10. At the outlet end of the nozzle mouth part 24, this forms an annular gap 26 with the hub 10.

In das zylindrische Luftführungsrohr 22 ist ein Drallkörper 2 8 eingesetzt, der schraubenlinienförmig verlaufende Lamellen 3 0 aufweist. Die Lamellen 30 erstrecken sich in radialer Richtung von der Nabe 10 bis zu dem Luftführungsrohr 22 und in axialer Richtung über die gesamte Länge des Luftführungsrohres 22. Die Nabe 10 mit dem auf dieser befestigten Drallkörper 28 wird von dem stromaufliegenden Ende her in das Luftführungsrohr 22 eingeschoben, bis das vordere Ende des Drallkörpers 28 gegenA swirl body 28 is inserted into the cylindrical air guide tube 22, which has helically extending fins 30. The fins 30 extend in the radial direction from the hub 10 to the air guide tube 22 and in the axial direction over the entire length of the air guide tube 22. The hub 10 with the swirl body 28 attached to it is pushed into the air guide tube 22 from the upstream end until the front end of the swirl body 28 is against

einen nach innen vorspringenden Anschlag 32 anstößt, der am Übergang von dem Luftführungsrohr 22 zu dem Düsenmündungsteil 24 ausgeformt ist.abuts an inwardly projecting stop 32 which is formed at the transition from the air guide tube 22 to the nozzle mouth part 24.

Die Herstellung und die Form des Drallkörpers 28 werden anhand der Figuren 2 bis 4 näher erläutert.The manufacture and shape of the swirl body 28 are explained in more detail with reference to Figures 2 to 4.

Zu Herstellung des Drallkörpers 28 wird zunächst eine Blechscheibe in der in Figur 2 gezeigten Form gestanzt. Die Blechscheibe weist eine mittige kreisförmige Öffnung 34 auf, deren Durchmesser dem Außendurchmesser des Endabschnittes 16 der Nabe 10 entspricht. Von einem die Öffnung 34 umschließenden Ring 3 6 laufen vier Lamellen 3 0 spiralig nach außen, die sich aneinander anschließend jeweils über 90° des Umfangs erstrekken. Die Breite der Lamellen 30 entspricht dem lichten radialen Abstand zwischen der Nabe 10 und dem Luftführungsrohr 22. An ihrem mit dem Ring 36 verbundenen Ende weisen die Lamellen 3 0 einen Außenradius auf, der mit dem Innenradius des Luftfuhrungsrohres 22 übereinstimmt. Der Außenradius der Lamellen 30 steigt gegen das freie Ende der Lamellen 3 0 hin an.To produce the swirl body 28, a sheet metal disk is first punched in the shape shown in Figure 2. The sheet metal disk has a central circular opening 34, the diameter of which corresponds to the outer diameter of the end section 16 of the hub 10. Four slats 30 run spirally outwards from a ring 36 surrounding the opening 34, each of which extends over 90° of the circumference. The width of the slats 30 corresponds to the clear radial distance between the hub 10 and the air guide tube 22. At their end connected to the ring 36, the slats 30 have an outer radius that corresponds to the inner radius of the air guide tube 22. The outer radius of the slats 30 increases towards the free end of the slats 30.

Die Lamellen 3 0 werden aus der Ebene des Ringes 3 6 hochgebogen, wie dies in Figur 3 in Seitenansicht dargestellt ist. Dadurch ergibt sich eine axiale Abmessung, die der axialen Abmessung des Luf tfuhrungsrohres 22 entspricht. Es wird nun ein dem in Figur 3 dargestellten Teil entsprechendes zweites Teil gestanzt und gebogen. Die beiden Teile werden nun in der Weise ineinandergesetzt, wie dies in Figur 4 dargestellt ist. Dabei liegen die beiden Ringe 36 der beiden Teile aufeinander, während die Ansatzpunkte der Lamellen 3 0 an den Ringen 3 6 der beiden Teile jeweils um 45° gegeneinander versetzt sind. Die Lamellen 3 0 der beiden Teile überdecken sich dadurch in axialer Draufsicht teilweise.The slats 3 0 are bent up from the plane of the ring 3 6, as shown in Figure 3 in side view. This results in an axial dimension that corresponds to the axial dimension of the air guide tube 22. A second part corresponding to the part shown in Figure 3 is now punched and bent. The two parts are then put together in the way shown in Figure 4. The two rings 36 of the two parts lie on top of each other, while the attachment points of the slats 3 0 on the rings 3 6 of the two parts are each offset by 45° from each other. The slats 3 0 of the two parts therefore partially overlap in an axial plan view.

Die in dieser Weise zusammengesetzten beiden Teile werden mit ihren Öffnungen 34 von hinten auf das Ende 16 der Nabe 10 aufgeschoben, bis sie an der Schulter anliegen, mit welcher das Ende 16 in den etwas größeren Durchmesser der Nabe 10The two parts assembled in this way are pushed with their openings 34 from behind onto the end 16 of the hub 10 until they rest against the shoulder with which the end 16 fits into the slightly larger diameter of the hub 10.

übergeht. In der geschnittenen unteren Hälfte der Figur 1 ist erkennbar, wie die Ringe 3 6 an dieser Schulter anliegen. Es wird dann der Klemmring 18 auf das Ende 16 der Nabe 10 aufgezogen, so daß er die Ringe 36 an dieser Schulter anliegend festlegt. Der Klemmring 18 wird dann zur Festlegung des Drallkörpers 28 durch Aufbördeln des Endes 16 verstemmt.In the sectioned lower half of Figure 1, it is recognizable how the rings 36 rest against this shoulder. The clamping ring 18 is then pulled onto the end 16 of the hub 10, so that it fixes the rings 36 against this shoulder. The clamping ring 18 is then caulked to fix the swirl body 28 by flanging the end 16.

Durch das Hochbiegen der Lamellen 30 kommt deren in Umfangsrichtung verlaufende Innenkante zur Anlage an der äußeren Mantelfläche der Nabe 10. Nun wird die Nabe 10 mit dem darauf befestigten Drallkörper 28 in das Luftführungsrohr 22 eingeschoben. Aufgrund der Krümmung der Lamellen 3 0 liegt deren Außenkante auf einem kleineren Radius als der Innenradius des Luftführungsrohres 22. Lediglich an dem hinteren unverbogenen mit dem Ring 36 verbundenen Ende der Lamellen 30 stimmt deren Außenradius mit dem Innenradius des Luftführungsrohres 22 überein. Der Drallkörper 28 läßt sich auf diese Weise axial in das Luftführungsrohr 22 einschieben, bis das hintere Ende der Lamellen 30 im Paßsitz in das Luftführungsrohr 22 gedrückt wird. Hierbei werden die freien vorderen Enden der Lamellen 30 axial gegen den Anschlag 32 gedrückt. Dadurch werden die Lamellen 3 0 axial leicht gestaucht, wodurch ihre Außenkante radial nach außen gedrückt wird und sich der gesamte Drallkörper 2 8 auf diese Weise am Innenumfang des Luftführungsrohres 22 verspannt. Der Drallkörper 28 und mit diesem die Nabe 10 sind auf diese Weise fest mit dem Luftführungsrohr 22 verbunden.By bending up the slats 30, their inner edge running in the circumferential direction comes into contact with the outer surface of the hub 10. The hub 10 with the swirl body 28 attached to it is now pushed into the air guide tube 22. Due to the curvature of the slats 30, their outer edge lies on a smaller radius than the inner radius of the air guide tube 22. Only at the rear, unbent end of the slats 30 connected to the ring 36 does their outer radius match the inner radius of the air guide tube 22. The swirl body 28 can be pushed axially into the air guide tube 22 in this way until the rear end of the slats 30 is pressed into the air guide tube 22 with a snug fit. The free front ends of the slats 30 are pressed axially against the stop 32. As a result, the slats 30 are slightly compressed axially, whereby their outer edge is pressed radially outwards and the entire swirl body 28 is thus braced on the inner circumference of the air guide tube 22. The swirl body 28 and with it the hub 10 are thus firmly connected to the air guide tube 22.

Figur 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für den Einbau der Luftdüse bei einem Ölbrenner.Figure 5 shows an example of how to install the air nozzle in an oil burner.

Die Brennkammer eines Feuerungsraumes ist durch einen Brennkammerver Schluß 38 abgeschlossen. In einen stirnseitigen Ausschnitt des Brennkammerverschlusses 3 8 wird geführt die in Figur 1 dargestellte Luftdüse eingesetzt. Der Düsenmündungsteil 24 der Luftdüse sitzt in der Stirnseite des Brennkammerverschlusses 38. Die Nabe 10 mit der Brennstoffdüse 14 ragt sbirnseitig in die Brennkammer.The combustion chamber of a combustion chamber is closed by a combustion chamber closure 38. The air nozzle shown in Figure 1 is inserted into a front cutout of the combustion chamber closure 38. The nozzle opening part 24 of the air nozzle is located in the front of the combustion chamber closure 38. The hub 10 with the fuel nozzle 14 protrudes into the combustion chamber on the bulb side.

P · · Ii t · «P · · Ii t · «

Auf den Düsenmündungsteil 24 der Luftdüse ist ein Mischrohr 40 aufgesteckt. Der Durchmesser des Mischrohres 40 entspricht dem Durchmesser des Luftführungsrohres 22. Auf diese Weise kann das Mischrohr 40 mit seinem stromaufliegenden Endabschnitt auf dem Düsenmündungsteil 24 passend aufgesteckt werden, welcher aufgrund des Anschlages 32 im Durchmesser gegenüber dem Luftführungsrohr 22 reduziert ist. Das Mischrohr 40 umfaßt koaxial die in die Brennkammer ragende Nabe 10 und ist axial über diese hinaus verlängert. In dem axialen Bereich, in welchem das Austrittsende des Düsenmündungsteiles 24 liegt, sind im Mantel des Mischrohres 40 Rezirkulationsöffnungen 42 vorgesehen. Stromab von den Rezirkulationsöffnungen 42 ist der Innendurchmesser des Mischrohres 40 durch einen Einsatz 44 verengt, so daß das Mischrohr in diesem Bereich, in welchem das Austrittsende der Nabe 10 und der Brennstoffdüse 14 liegt, düsenförmig ausgebildet ist.A mixing tube 40 is placed on the nozzle mouth part 24 of the air nozzle. The diameter of the mixing tube 40 corresponds to the diameter of the air guide tube 22. In this way, the mixing tube 40 can be placed with its upstream end section on the nozzle mouth part 24, which is reduced in diameter compared to the air guide tube 22 due to the stop 32. The mixing tube 40 coaxially surrounds the hub 10 protruding into the combustion chamber and is extended axially beyond it. In the axial area in which the outlet end of the nozzle mouth part 24 is located, recirculation openings 42 are provided in the jacket of the mixing tube 40. Downstream of the recirculation openings 42, the inner diameter of the mixing tube 40 is narrowed by an insert 44, so that the mixing tube is nozzle-shaped in this area, in which the outlet end of the hub 10 and the fuel nozzle 14 is located.

Außerhalb des Umfangs der Luftdüse sitzen in der Stirnwand des Brennkammerverschlusses 38 ein Zündelektrodenpaar 46 sowie eine Flammenüberwachung 48, die z. B. als Ionisationssonde oder als optische Überwachung ausgebildet sein kann.Outside the circumference of the air nozzle, in the front wall of the combustion chamber closure 38, there is a pair of ignition electrodes 46 and a flame monitor 48, which can be designed, for example, as an ionization probe or as an optical monitor.

In die Nabe 10 wird der Düsenschaft 12 mit der Brennstoffdüse 14 des Brenners eingeschoben, bis die Brennstoffdüse 14 am stromabllegenden vorderen Ende der Nabe 10 anschlägt. Dann wird der Düsenschaft 12 mittels des Klemmringes 18 mit der Nabe 10 verbunden. Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist das vordere Ende der Nabe 10 konisch verengt und bildet somit den Anschlag für die Brennstoffdüse 14. Im Ausführungsbeispiel der Figur 5 ist in das zylindrische vordere Ende der Nabe 10 ein sich verengender Anschlageinsatz 50 eingesetzt, der als Anschlag für die Brennstoffdüse 14 dient und die axiale Lage des Düsenschaftes 12 in der Nabe 10 definiert. Für Reparatur- und Wartungsarbeiten kann der Düsenschaft 12 in entsprechender Weise einfach aus der Nabe 10 herausgezogen werden. Das Wiedereinsetzen erfolgt in gleicher Weise ohne aufwendige Justage. The nozzle shaft 12 with the fuel nozzle 14 of the burner is pushed into the hub 10 until the fuel nozzle 14 hits the downstream front end of the hub 10. Then the nozzle shaft 12 is connected to the hub 10 by means of the clamping ring 18. In the embodiment of Figure 1, the front end of the hub 10 is conically narrowed and thus forms the stop for the fuel nozzle 14. In the embodiment of Figure 5, a narrowing stop insert 50 is inserted into the cylindrical front end of the hub 10, which serves as a stop for the fuel nozzle 14 and defines the axial position of the nozzle shaft 12 in the hub 10. For repair and maintenance work, the nozzle shaft 12 can be easily pulled out of the hub 10 in the same way. It can be reinserted in the same way without any complex adjustment.

Im Betrieb des Brenners wird der Brennstoff, zum Beispiel Öl über den Düsenschaft 12 zu der Brennstoffdüse 14 zugeführt und tritt unter Druck zerstäubt aus der Brennstoffdüse 14 aus. Verbrennungsluft wird über ein Gebläse unter Druck zu dem Brennkammerverschluß 3 8 zugefügt und strömt in das offenen Ende des Luftführungsrohres 22, in welchem es durch den Drallkörper 28 einen Drall erhält. Der mit Drall behaftete Verbrennungsluft strahl wird in dem sich verengenden Düsenmündungsteil 24 beschleunigt und tritt als drallbehafteter Treibstrahl durch den Ringspalt 26 in den düsenförmig verengten Abschnitt des Mischrohres 40 ein. Die Injektorwirkung dieses Treibstrahles saugt über die Rezirkulationsöffnungen 42 Verbrennungsgase aus der Brennkammer an. Der hohe Drall des Verbrennungsluftstrahles in dem Mischrohr 40 sorgt für eine schnelle und intensive Vermischung mit den angesaugten Verbrennungsgasen und für eine schnelle und intensive Vermischung des Verbrennungsluft-Verbrennungsgas-Gemisches mit dem aus der Brennstoffdüse 14 austretenden Brennstoff. Das Mischrohr 40 muß daher nur mit einer geringen axialen Länge als Mischstrekke über das Austrittsende der Nabe 10 hinausragen.When the burner is in operation, the fuel, for example oil, is fed to the fuel nozzle 14 via the nozzle shaft 12 and emerges from the fuel nozzle 14 in an atomized form under pressure. Combustion air is supplied to the combustion chamber closure 38 under pressure via a blower and flows into the open end of the air guide tube 22, in which it is given a swirl by the swirl body 28. The swirling combustion air jet is accelerated in the narrowing nozzle mouth part 24 and enters as a swirling propulsion jet through the annular gap 26 into the nozzle-shaped narrowed section of the mixing tube 40. The injector effect of this propulsion jet sucks combustion gases from the combustion chamber via the recirculation openings 42. The high swirl of the combustion air jet in the mixing tube 40 ensures rapid and intensive mixing with the intake combustion gases and rapid and intensive mixing of the combustion air-combustion gas mixture with the fuel exiting from the fuel nozzle 14. The mixing tube 40 therefore only has to protrude a small axial length as a mixing section beyond the outlet end of the hub 10.

Da die Lamellen 3 0 des Drallkörpers 28 mit ihrer Innenkante an der Nabe 10 und mit ihrer Außenkante an dem Luftführungsrohr 22 anliegen und da sich die Lamellen 3 0 in Umfangsrichtung teilweise überlappen, bietet sich kein geradliniger Durchtritt der Verbrennungsluft durch das Luftführungsrohr 22. Die gesamte Verbrennungsluft wird daher durch den Drallkörper 28 mit Drall beaufschlagt.Since the slats 30 of the swirl body 28 rest with their inner edge on the hub 10 and with their outer edge on the air guide tube 22 and since the slats 30 partially overlap in the circumferential direction, there is no straight passage of the combustion air through the air guide tube 22. The entire combustion air is therefore subjected to swirl by the swirl body 28.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, weist die Nabe 10 an ihrem stromauf liegenden Ende unmittelbar anschließend an das verengte Ende 16 Belüftungslöcher 52 auf, durch die die Verbrennungsluft in den Düsenbelüftungskanal 54 eintreten kann, der zwischen dem Außenumfang des Düsenschaftes 12 und der Innenwandung der Nabe 10 gebildet ist. Die durch die Belüftungslöcher 52 in den Düsenbelüftungskanal 54 eintretende Verbrennungsluft verhindert, daß am Austrittsende der Nabe 10 im Bereich der Brennstoffdüse 14 ein Unterdruck gebildet wird,As can be seen from Fig. 1, the hub 10 has ventilation holes 52 at its upstream end immediately adjacent to the narrowed end 16, through which the combustion air can enter the nozzle ventilation channel 54, which is formed between the outer circumference of the nozzle shaft 12 and the inner wall of the hub 10. The combustion air entering the nozzle ventilation channel 54 through the ventilation holes 52 prevents a negative pressure from being formed at the outlet end of the hub 10 in the area of the fuel nozzle 14.

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der das Sprühmuster der Brennstoffdüse 14 negativ beeinflussen würde.which would negatively affect the spray pattern of the fuel nozzle 14.

Fig. 6 zeigt verschiedene Ausbildungen des Mischrohres 40 als Alternativen zu der in Fig. 5 dargestellten Ausführung.Fig. 6 shows various designs of the mixing tube 40 as alternatives to the embodiment shown in Fig. 5.

In der oberen Varianten ist das Mischrohr 40.1 im stromab liegenden vorderen Bereich, in welchem die Nabe 10 endet, mit einem sich verengenden Düsenmündungsteil 56 ausgebildet, das in der Form im wesentlichen dem Düsenmündungsteil 24 der Luftdüse entspricht. Hierdurch ergibt sich eine zusätzliche Beschleunigung des Verbrennungsluft-Verbrennungsgas-Geschmisches, wodurch die Injektorwirkung und die Durchmischung verstärkt werden.In the upper variant, the mixing tube 40.1 is designed in the downstream front area, in which the hub 10 ends, with a narrowing nozzle opening part 56, which essentially corresponds in shape to the nozzle opening part 24 of the air nozzle. This results in an additional acceleration of the combustion air-combustion gas mixture, which increases the injector effect and the mixing.

In der mittleren Varianten entspricht der Verlauf des Innenquerschnittes des Mischrohres 40.2 dem in Fig. 5 gezeigten Verlauf. Die Verengung des Mischrohres im stromab liegenden Teil wird jedoch nicht durch einen Einsatz 44 bewirkt, sondern durch eine Querschnittsverengung der Wandung des Mischrohres 40.2.In the middle variant, the course of the inner cross section of the mixing tube 40.2 corresponds to the course shown in Fig. 5. The narrowing of the mixing tube in the downstream part is not, however, caused by an insert 44, but by a cross-sectional narrowing of the wall of the mixing tube 40.2.

In der unteren Variante ist in den stromab liegenden Abschnitt des Mischrohres 40.3 ein Einsatz 58 eingesetzt, der entsprechend dem Einsatz 44 in Fig. 5 den Innendurchmesser des Mischrohres 40.3 düsenförmig verengt. Der Einsatz 58 besteht aus einem hitzebeständigen Stahl oder einem Keramikmaterial.In the lower variant, an insert 58 is inserted into the downstream section of the mixing tube 40.3, which narrows the inner diameter of the mixing tube 40.3 in a nozzle-like manner, corresponding to the insert 44 in Fig. 5. The insert 58 consists of a heat-resistant steel or a ceramic material.

In Fig. 7 ist eine zweite Aus führungs form der Luftdüse dargestellt. In dieser Ausführungsform ist die Nabe 10 verkürzt, so daß ihr stromab liegendes Austrittsende in der axialen Lage mit dem Austrittende des Düsenmündungsteils 24 zusammenfällt. Der Ringspalt 26 wird somit zwischen dem Austrittsende der Nabe 10 und dem Austrittsende des Dusenmündungsteiles 24 gebildet. A second embodiment of the air nozzle is shown in Fig. 7. In this embodiment, the hub 10 is shortened, so that its downstream outlet end coincides in the axial position with the outlet end of the nozzle mouth part 24. The annular gap 26 is thus formed between the outlet end of the hub 10 and the outlet end of the nozzle mouth part 24.

Das Austrittsende des Dusenmündungsteiles 24 ist nach außen ausgestülpt, so daß sich eine zusätzliche Umlenkung des drall-The outlet end of the nozzle mouth part 24 is turned outwards, so that an additional deflection of the swirling

behaftet austretenden Verbrennungsluft-Treibstrahles ergibt, der zu einer schnellen Strahlaufweitung führt.resulting from the combustion air jet escaping with a high level of contamination, which leads to a rapid jet expansion.

Diese Ausführungsform der Luftdüse eignet sich insbesondere für den Einsatz bei Brennern mit einem herkömmlichen Flammrohr 60, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist. Das Flammrohr 60 schließt sich axial und mit gleichem Durchmesser an ein Brennerrohr 62 an. Das Brennerrohr 62 ist durch ein Schott 64 verschlossen, in welches die Luftdüse eingesetzt wird. Das Schott 64 kann gegebenenfalls auch in axialer Richtung verstellbar in dem Brennerrohr 62 angeordnet sein.This embodiment of the air nozzle is particularly suitable for use with burners with a conventional flame tube 60, as shown in Fig. 8. The flame tube 60 is connected axially and with the same diameter to a burner tube 62. The burner tube 62 is closed by a bulkhead 64, into which the air nozzle is inserted. The bulkhead 64 can also be arranged in the burner tube 62 so that it can be adjusted in the axial direction.

Zwischen dem stromab liegenden Ende des Brennerrohres 62 und dem stromauf liegenden Ende des Flammrohres 60 bleibt ein Ringspalt 66 offen, durch welchen die Verbrennungsgase von außerhalb des Flammrohres 60 zu der Flamme rezirkulieren. Das ausgestülpte Austrittsende des Düsenmündungsteiles 24 liegt im axialen Bereich des stromauf liegenden Endes des Flammrohres 60, so daß der Ringspalt 66 etwa im axialen Bereich des Austrittsendes des Düsenmündungsteiles 24 einmündet. Der durch die Luftdüse zugeführte Verbrennungsluftstrahl wird durch den aufgeprägten Drall und die Ausstülpung des Austrittsendes des Düsenmündungstexles 24 stark nach außen aufgeweitet, so daß er sich schnell und intensiv mit den durch den Ringspalt 66 angesaugten rezirkulierenden Verbrennungsgasen vermischt.Between the downstream end of the burner tube 62 and the upstream end of the flame tube 60, an annular gap 66 remains open, through which the combustion gases recirculate from outside the flame tube 60 to the flame. The protruding outlet end of the nozzle mouth part 24 lies in the axial region of the upstream end of the flame tube 60, so that the annular gap 66 opens approximately in the axial region of the outlet end of the nozzle mouth part 24. The combustion air jet supplied through the air nozzle is greatly expanded outwards by the imposed swirl and the protrusion of the outlet end of the nozzle mouth part 24, so that it mixes quickly and intensively with the recirculating combustion gases sucked in through the annular gap 66 .

In das Flammrohr 60 kann zusätzlich ein ringförmiger Einsatz 68 aus einem hitzebeständigen hochporösen Metall- oder Keramikwerkstoff in dem axialen Bereich eingesetzt werden, in welchem der aufgeweitete Strahl des Gemisches aus Verbrennungsluft, Brennstoff und rezikulierten Verbrennungsgasen auf die Innenwand des Flammrohres 60 auftritt. Der Einsatz 68 nimmt insbesondere in der Kaltstartphase unverbranntes Öl auf, welches nachfolgend bei der Erhitzung des Einsatzes 68 rückstandslos verdampft und verbrannt wird.In addition, an annular insert 68 made of a heat-resistant, highly porous metal or ceramic material can be inserted into the flame tube 60 in the axial area in which the expanded jet of the mixture of combustion air, fuel and recirculated combustion gases hits the inner wall of the flame tube 60. The insert 68 absorbs unburned oil, particularly in the cold start phase, which is then evaporated and burned without residue when the insert 68 is heated.

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Claims

•&diams;&iacgr; sswOll S PROTECTION PROVERBS

1. Air nozzle for the combustion air of a fossil fuel-powered burner, with an air guide tube coaxially enclosing a nozzle shaft of the burner, which merges into a narrowing nozzle mouth part, and with a swirl body arranged in the air guide tube,

characterized in that the air nozzle has a hub (10) which is tubular, can be pushed onto the nozzle shaft (12) and fastened to it and coaxially encloses the nozzle shaft (12) up to its fuel nozzle (14), that the swirl body (28) supports the air guide tube (22) centeringly on the hub (10) and that the nozzle mouth part (24) forms an annular gap (26) with the hub (10) at its outlet end.

2. Air nozzle according to claim 1, characterized in that the hub (10) projects axially downstream beyond the outlet end of the nozzle mouth part (24).

3. Air nozzle according to claim 1, characterized in that the outlet end of the hub (10) and the outlet end of the nozzle mouth part (24) lie axially approximately in one plane.

4. Air nozzle according to claim 3, characterized in that the outlet end of the nozzle mouth part (24) is everted outwards.

5. Air nozzle according to one of the preceding claims, characterized in that the swirl body (28) on the hub

(10) and that the hub (10) with the swirl body (28) is inserted into the air guide tube (22).

6. Air nozzle according to claim 5, characterized in that the air guide tube (22) has an inwardly shaped stop (32) for the swirl body (28).

7. Air nozzle according to one of the preceding claims, characterized in that a stop for the nozzle shaft (12) or the fuel nozzle (14) is provided at the downstream end of the hub (10).

8. Air nozzle according to one of the preceding claims, characterized in that the swirl body (28) has helically extending lamellae (30) which rest on the circumference of the hub (10) and on the inner circumference of the air guide tube (22) without a gap and which partially overlap in an axial plan view.

9. Air nozzle according to claims 6 and 8, characterized in that the slats (30) are pressed against the stop (32) when the swirl body (28) is pushed into the air guide tube (22) and are thereby braced against the inner wall of the air guide tube (22).

10. Air nozzle according to claim 8, characterized in that the lamellae (30) are punched out of sheet metal disks and bent up, which sit on the hub (10) with a remaining inner ring (36).

11. Air nozzle according to claim 10, characterized in that the swirl body (28) is formed from two punched sheet metal disks with upwardly bent slats (3 9), the slats (3 0) of the two disks being offset from one another at an angle and engaging with one another.

12. Air nozzle according to claim 2, characterized in that a mixing tube (40, 40.1, 40.2, 40.3) is placed downstream of the air nozzle, which coaxially encloses the axially projecting end of the hub (10) and which is in the axial region of the outlet end of the nozzle orifice

part (24) has recirculation openings (42) in its wall.

13. Air nozzle according to claim 12, characterized in that the mixing tube (40, 40.1, 40.2, 40.3) is narrowed in cross-section like a nozzle in the area located downstream of the recirculation openings (42) and enclosing the outlet end of the hub (10).

14. Air nozzle according to claim 3 or 4, characterized in that the air nozzle is seated in a burner tube (62) to which a flame tube (60) is connected, wherein in the axial region of the outlet end of the nozzle mouth part (24) and the hub (10) there are recirculation openings (annular gap 66) in the flame tube (60) or between the flame tube (60) and the burner tube (62).