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Brenner für gas-oder dampfförmigen Brennstoff.
Die vorliegende Erfindung bezieht sieh auf jene Art von Brennern für gas-oder dampfförmigen Brennstoff, bei der eine oder mehrere gelochte Wände gewöhnlich in Form zylindrischer Rohre angeordnet sind, zu deren beiden Seiten einerseits die Zufuhr des gas-oder dampfförmigen Brennstoffes und anderseits der Luft erfolgt. Bei dieser Art von Brennern dringt durch die Löcher in den Wänden die Luft ein und diffundiert im Brennstoff. An jedem Loch wird auf diese Weise Luft mit Brennstoff vermischt und eine Verbrennung bewirkt. Die bisher bekannten Brenner dieser Art arbeiten aber nicht einwandfrei. Der Grund hiefür ist folgender :
Durch den bei einer Temperatur von zirka 1000 C eintretenden Craekprozess"zerfallen die Öldämpfe.
Hiebei bildet sich freie Kohle, welche die Form von Russ annehmen kann, und es entsteht daher eine leuchtende Flamme. Die Verbrennung muss deshalb bei einer Temperatur von unterhalb zirka 1000 C erfolgen.
Die Verbrennungstemperatur hängt jedoch unter anderem von der Geschwindigkeit ab, mit der die Luft in den Öldampf eindringt. Je höher die Einströmgeschwindigkeit ist, desto leichter bildet sich freie, schwer verbrennbare, leuchtende Kohle. Durch Versuche wurde festgestellt, dass die günstigsten Ergebnisse erzielt werden, wenn die Luft bei der Verbrennung reinen Dampfes aus gewöhnlichem Rohöl eine Geschwindigkeit von bis rund 30 cmlsee. besitzt.
Um die einströmende Luft auf diese höchste Geschwindigkeit zu beschleunigen, ist ein Druck von rund 5 mm Luftsäule erforderlich. Hiezu kommt etwa ein Bruchteil eines Millimeters zur Überwindung der Reibung in der Perforierung, was jedoch vernachlässigt werden kann. Ein Überdruck der Luft von zirka 5 mm Luftsäule über den Druck des reinen Öldampfes stellt daher den höchsten zulässigen Wert
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Die vorliegende Erfindung geht von folgenden Erwägungen aus : Der Druckunterschied zwischen den Gasen im Verbrennungsraum und der Aussenluft ist vielfach grösser als der Überdruck, der für das Einpressen der Luft in den Verbrennungsraum erforderlich ist.
Man hat deshalb bisher eine Drosselung in der Verbindung zwischen der Aussenluft und dem Luftraum des Brenners zwecks Herabsetzung des Überdruckes auf den erforderlichen Wert angeordnet. Nach der vorliegenden Erfindung wird jedoch die Luftzufuhr für die einzelnen Teile des Brenners individuell je nach dem vorhandenen Druekunter- schied abgedrosselt. Diese Drosselung darf aber nicht durch eine Verringerung des Querschnittes der Brennerlöcher erzeugt werden, denn dies würde entweder zu einer ungeeigneten Menge einströmender Luft oder zu einer ungeeigneten Einströmungsgeschwindigkeit der Luft führen.
Der Brenner wird daher nach der Erfindung in mehrere Abschnitte geteilt, die zwar auch nur ein einziges Brennerloch pro Abschnitt umfassen können, zweckmässiger aber eine grössere Anzahl Löcher umfassen, die ungefähr in der gleichen Höhe gelegen sind. Innerhalb eines jeden Abschnittes wird auf dem Wege der Verbrennungsluft einerseits eine Reihe von Drossellöchern angeordnet, deren Gesamtquerschnitt so bemessen ist, dass die Luftmenge auf das erforderliche Mass herabgemindert wird, und anderseits werden auch Drossellöcher angeordnet, deren Gesamtquerschnitt um so viel grösser ist, dass trotzdem eine normale Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsluft erzielt wird. Die letztgenannten Löcher bestehen zweckmässigerweise aus den Verbrennungslöchern selbst.
Eine Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen ersichtlich gemacht. Fig. 1 zeigt einen Warmwasserkessel, der mit einem Brenner nach der vorliegenden Erfindung versehen ist, während Fig. 2 den Brenner im grösseren Massstabe veranschaulicht.
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In Fig. 1 bezeichnet 1 ein Gehäuse, in welches die Heizvorrichtung eingeschlossen ist. Von einem an geeigneter Stelle angebrachten Behälter wird das Öl einem Regler 2, der in einem Raum innerhalb des genannten Gehäuses 1 angeordnet ist, zugeführt. Der Regler weist irgendeine an sich bekannte Bau-
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Rohrleitung 5 angeschlossen ist. Diese führt zu einem Mundstück 7, das sich im oberen Teil eines kurzen Rohres 8 von verhältnismässig grossem Durchmesser befindet. Dieses Rohr 8 sitzt in einer Bohrung im Deckel 10 des Vergasers 9, so dass aus dem Mundstück 7 tropfenweise Öl auf den Boden des Vergasers 9 fällt,
Der Vergaser 9 ist aus einem Stück mit dem Fuss 11 des Brenners gegossen. Infolgedessen teilt sieh die hohe Temperatur des Brennerfusses 11 dem Vergaser 9 mit.
Das Öl wird daher sehr schnell und nahezu explosiv in dem Augenblick vergast, wo es mit dem Boden des Vergasers in Berührung kommt.
Der gebildete Öldampf dringt durch die Öffnung12 in den ringförmigen Spalt13 im Fusse 11 des Brenners ein. Das Fussstück ist als Rotationskörper von J-förmigem Querschnitt ausgebildet, so dass seine zylindrische äussere Wand 14 höher ist wie die innere zylindrische Wand 15. Jede dieser Wände trägt eine zylindrische, durchlochte Scheidewand 16 bzw. 17. Der Öldampf steigt also in dem Ringspalt zwischen diesen Scheidewänden empor.
Die unteren Teile des Brenners sind von einem Gehäuse 18 umschlossen, welches durch die Öffnungen 19 mit der Aussenluft in Verbindung steht. Aus dem Innern des Gehäuses 18 gelangt die Luft für die Verbrennung sowohl in das Rohr 17 wie auch in den das Rohr 16 umschliessenden Raum. Es soll nun die Luft mit der notwendigen Geschwindigkeit, die bei der beschriebenen Einrichtung mit ungefähr 30 cmlsee. zu bemessen ist, sämtliche Löcher durchdringen, so dass auf der Brennstoffzuführungsseite eines jeden Loches eine Verbrennung stattfindet. Die nach Verlassen des Brenners noch verbleibende Verbrennungswärme wird durch die Verbrennungsgase einem Gusseisenkasten 20 zugeführt, von wo die Gase zum Abzugsrohr 21 strömen. Der Kasten 20 enthält Kanäle 22, die von dem zu erwärmenden Wasser durchströmt werden.
Die ganze in dem Behälter 1 eingeschlossene Vorrichtung und der Brennerfuss sind in ein geeignetes Isolationsmittel 33 bzw. 32 eingebettet.
Es hat sich nun gezeigt, dass die Druckverhältnisse im oberen und unteren Teil des Brenners so erheblich voneinander abweichen, dass besondere Massnahmen vorgesehen werden müssen, durch welche eine annähernd konstante Verbrennung in der ganzen Höhe des Brenners erzielt wird.
Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird nun jede Scheidewand aus zwei konzentrischen Blechrohren zusammengesetzt. Es besteht die Scheidewand 16 aus einem äusseren Blechrohr 23 und einem inneren Blechrohr 24, während dieScheidewand 17 aus einem äusseren Blechrohr 25 und einem inneren Blechrohr 26 besteht. In die Rohre 23 und 26 sind eine Anzahl nach innen bzw. nach aussen gerichteter ringförmiger Wülste oder Rippen 27', 27"usw. bzw. 28', 28"usw. eingepresst, durch welche der Spalt einerseits zwischen den Rohren 23 und 24, anderseits zwischen den Rohren 25 und 26 in eine Anzahl ringförmiger Abschnitte 29', 29"usw. bzw. 30', 30"usw. geteilt wird.
Sowohl die innerhalb des doppelwandigen Rohres 17 als auch die ausserhalb des doppelwandigen Rohres 16 befindliche Luft muss also bei der Einströmung in den Ringraum zwischen den Rohren 16 und
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bzw. 26. Der Gesamtquerschnitt dieser Löcher innerhalb eines jeden Abschnittes 29 bzw. 30 ist nun so bemessen, dass bei normaler Druckdifferenz in jedem Abschnitt von beiden Seiten nur so viel Luft eingelassen wird, als für die Verbrennung innerhalb dieses Abschnittes erforderlich ist. Da diese Luftmenge verhältnismässig gering ist, während die Druckdifferenz um einen beträchtlichen Wert zu gross ist, müssen die Löcher in den Abschnitten der Rohre 23 bzw. 26 einen verhältnismässig geringen Gesamtquerschnitt haben. Die Luft durchströmt sie daher mit einer Geschwindigkeit, welche die für die Verbrennung erwünschte erheblich übersteigt.
Die die Abschnitte 29 bzw. 30 durchströmende Luft gelangt durch die Löcher in den Rohren 24 bzw. 25 in den vom Brennstoffdampf erfüllten Ringraum. Die Löcher in diesen inneren Rohren haben-pro Abschnitt gerechnet-eine bedeutend grössere Gesamtfläche, und die Luft erhält daher, wenn sie dieselben durchströmt, eine kleinere Geschwindigkeit. Der Gesamtquerschnitt der letztgenannten Löcher in jedem Abschnitt ist so bemessen, dass die Luft die gewünschte Geschwindigkeit erhält.
Die Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten der Wandabschnitte ist jedoch in verschiedener Höhe des Brenners auch verschieden gross und, genauer gesagt, bei maximaler Verbrennung desto grösser, je höher der Abschnitt sich befindet. Unter der Voraussetzung eines konstanten Lochquerschnittes per Flächeneinheit-der Rohre 24 und 25 muss also der Lochquerschnitt per Flächeneinheit der Rohre 23 und 26 nach oben zu abnehmen.
Zwecks Erzielung der erforderlichen Einblasegeschwindigkeit der Luft muss das Verhältnis zwischen dem Lochquerschnitt pro Flächeneinheit der Rohre 24 und 25 und der Lochquerschnitt pro Flächen- einheit der Rohre 23 und 26 über die ganze Länge des Brenners stetig ändern, während der Gesamtquer-
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Verbrennung im unteren Teil des Brenners fetter und im oberen Teil des Brenners magerer ist. Aus diesem Grunde kann zuweilen eine etwas grössere Geschwindigkeit (bis zu 50 em/see.) im oberen Teil des Brenners wünschenswert sein, um eine konstante Verbrennungstemperatur zu erzielen. Im letzteren Fall kann eventuell das oben angegebene Verhältnis für den oberen Teil des Brenners etwas kleiner gewählt werden.
Aus verschiedenen Gründen kann es wünschenswert sein, die Verbrennung über die Länge des Brenners in bestimmter Weise zu verteilen, beispielsweise so, dass bei grösster Verbrennungsgesehwindigkeit ein verhältnismässig geringer Teil der Verbrennung im mittleren Teile des Brenners stattfindet und ein verhältnismässig grösserer Teil im oberen und unteren Teil des Brenners. Dieser Wunsch kann darin seine Begrünung finden, dass die Wärmeverluste an die Umgebung um so grösser werden, je näher an der Wärmeverbrauchstelle die Verbrennung stattfindet. Die Wärmeverbrauchstellen bestehen jedoch einerseits aus dem Vergaser 9 in gleicher Höhe mit dem unteren Teil des Brenners und anderseits aus dem Gusseisenkasten 20 oberhalb des Brenners.
In einem solchen Falle ist der Gesamtquerschnitt der
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förmige Löcher gestanzt oder gebohrt worden sind. Diese Löcher sollen sich von der Brennstoffzuführungs- seite gegen die Luftzuführungsseite hin verengen. Im letztgenannten Fall muss jedoch das Mass der Verengung richtig gewählt werden, da es sonst geschehen kann, dass am schmalsten Abschnitt im Loch eine russende Stichflamme entsteht.
Aus dem gleichen Grunde ist bei der Montage der verschiedenen Rohre nach den dargestellten Ausführungsformen darauf zu achten, dass sich die Drossellöcher im Rohre M oder 26 nicht mit den Verbrennungslöchern im Rohr 24 oder 25 decken. ;
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Brenner für gas-oder dampfförmigen Brennstoff, bei welchem Brennstoff und Verbrennungs- luft auf verschiedenen Seiten einer oder mehrerer durchloehter Scheidewände zugeführt wird, so dass die Luft durch die Löcher in den Brennstoff eindringt und die Verbrennung einer der Luftmenge entsprechenden Menge Brennstoff herbeigeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtquerschnitt der Löcher auf der Luftzuführungsseite kleiner ist als auf der Brennstoffzufuhrungsseite.