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Brenner für flüssige Brennstoffe
Die Erfindung betrifft einen Brenner für flüssige Brennstoffe, in welchem der Brennstoff vor der Ver- brennung verdampft wird.
Es sind sogenannte Topf- oder Schalenbrenner bekannt, bei welchen der Brennstoff in eine unterhalb der Flamme angeordnete Schale eingebracht wird, in welcher er durch die Wärmeeinwirkung der Flamme verdampft wird. Dabei entstehen in der Schale Krack-Rückstände, welche zusammen mit schwer siedenden Anteilen des Brennstoffes in der Schale zurückbleiben und dadurch die Brennereigenschaften verändern. Die im Boden der Schale angeordneten Zündeinrichtungen würden daher nach kurzer Zeit ver- sagen, wenn die Schale nicht durch einen ständigen Wartungsdienst laufend gereinigt würde.
Das bei diesen bekannten Brennern angewandte Verfahren der Verdampfung des Brennstoffes in einer Schale und der anschliessenden Vermischung mit Verbrennungsluft hat den weiteren Nachteil, dass die Relativ-
Geschwindigkeit zwischen dem verdampften Brennstoff und der beigemischten Verbrennungsluft so klein ist, dass eine gute Durchmischung von Brennstoff und Verbrennungsluft sich nur auf einem sehr langen Mischungswege erzielen lässt. Die bekannten Brenner bedingen daher ausserordentlich grosse Brennkammern. Eine Verbesserung der Durchmischungsverhältnisse wurde durch das bekannte Verfahren erzielt, die Verbrennungsluft in den Brennraum mit azimutaler Strömungskomponente einzuführen. Durch die wirbelnde Bewegung der Verbrennungsluft wird eine bessere Durchmischung der Verbrennungsgase erzielt.
Trotzdem sind die bekannten Brenner vom Ideal einer rückstandsfreien und brummfreien Verbrennung noch weit entfernt.
Die Erfindung gibt zur Vermeidung der geschilderten Nachteile einen Brenner für flüssige Brennstoffe mit einem einen Verbrennungsraum bildenden drehsymmetrischen Gehäuse an, welches eine Eintritts- öffnung für den Brennstoff sowie Einrichtungen zur Einführung von Verbrennungsluft in den Verbrennungsraum mit azimutaler Strömungskomponente aufweist, wobei die nach unten weisende Aussenfläche des Bodens eines innerhalb des Gehäuses angeordneten, schalenförmigen Vergaserkörpers unmittelbar oberhalb der Eintrittsöffnung für den Brennstoff angeordnet ist und eine Flammenmündung von der Oberseite des Gehäuses zum Vergaserkörper hin nach innen gezogen ist.
Die Erfindung lässt es also nicht zu einer Ansammlung von flüssigem Brennstoff in einer Schale oder in einem Topf kommen, sondern der flüssige Brennstoff wird unmittelbar durch Zuführung zu der hocherhitzten Fläche des Vergaserkörpers rückstandsfrei vergast. Sie benützt dabei die Erkenntnis, dass in einem flüssigen Brennstoff keine Krackrückstande auftreten, wenn die mit dem Brennstoff in Berührung tretenden Flächen entweder unter etwa 2500 C oder über 6000 C gehalten werden. Der Brennstoff wird also erfindungsgemäss in einer vorzugsweise gekühlten Leitung bis in die unmittelbare Nähe des auf eine Temperatur von über 6000C erhitzten Vergaserkörpers geführt und beim Auftreffen auf den Vergaserkörper unmittelbar und rückstandsfrei vergast. Der Brennstoff wird dabei bereits während des Verdampfungsvorganges thermisch aufgespalten.
Sodann wird dem heissen Brennstoff um die Brennerachse wirbelnde Verbrennungsluft beigemischt, wobei der Brennstoff unter Wärmeabgabe bereits auf seine ersten Oxydationsstufen gebracht wird. Durch die Rotation der brennenden Gase bildet sich ein heisser Gaskern und ein ihn umgebender, kühlerer Gasmantel aus. Der heisse Gaskern enthält zu wenig Verbrennungsluft, um eine vollständige Verbrennung des Brennstoffes schon in diesem Stadium zu ermöglicher. Er ist jedoch so heiss, dass der Brennstoff ganz aufgeschlossen wird. Der kühlere Gasmantel hat zudem den Vorteil, dass die Wandung des Brennraumes auf tieferen Temperaturen gehalten wird.
Zuletzt wird schliesslich eine
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turbulente Vermischung des heissen Gaskerns und des kühleren Gasmantels erzwungen und dadurch der Brennstoff in einer kleinen, buschigen, russfreien Flamme vollständig verbrannt.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, den unterhalb des Vergaserkörpers in einem Hohlkörper, beispielsweise in der Zuführungsleitung, befindlichen flüssigen Brennstoff durch die Wärmeeinwirkung des Vergaserkörpers bzw. des heissen Gaskernes zum Aufschäumen und dadurch mit dem Vergaserkörper in Berührung zu bringen.
An Hand der Figuren werden zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Brenners näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 einen schematischen, senkrechten Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Brenners, Fig. 2 einer schematischen, senkrechten Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel.
In Fig. 1 ist ein Brenner mit einem einen Brennraum bildenden Gehäuse 1 dargestellt, welches zwei Kränze 2 und 3 von drallerzeugenden Eintrittsöffnungen für die Verbrennungsluft und eine kreisförmige, nach innen gezogene Mündung 4 aufweist. Innerhalb des Gehäuses 1 ist ein napfförmiger Vergaserkörper 5 angeordnet, in welchen der innere Rand 6 der Mündung 4 ragt. Der Boden 7 des Vergaserkörpers 5 ist leicht nach innen gewölbt und in diese Einziehung ragt der nach innen gezogene Boden 8 des Brennergehäuses, welcher die Brennstoffzuführungsleitung 9 umschliesst und in dessen höchstem Punkt die Mündung 10 der Leitung 9 unmittelbar gegenüber dem Boden 7 angeordnet ist. Der flüssige Brennstoff wird gemäss dem Pfeil 11 dem Boden 7 im Freistrahl zugeführt.
Der Brenner ist für Saugbetrieb, beispielsweise Kaminzug, eingerichtet und daher herrscht im Inneren des Gehäuses 1 ein Unterdruck, der die Verbrennungsluft sowohl durch die Kränze 2 und 3 der Eintrittsöffnungen als auch durch die im Boden 8 de. Gehäuses angeordneten Öffnungen 12 ansaugt. Die durch die Öffnungen 12 gemäss der Pfeile 13 angesaugte Luft kühlt dabei die Leitung 9 sowie den in ihr befindlichen flüssigen Brennstoff. Unterhalb des Randes 14, welcher tiefer liegt als der übrige Teil des Bodens 7, ist ein den eingebuchteten Boden 8 des Gehäuses 1 umschliessender Glühring 15 angeordnet, auf welchen zu Beginn des Brennerbetriebes vom Rand 14 einige Tropfen Brennstoff fallen und welcher nur zum Zwecke der Zündung kurzzeitig eingeschaltet wird.
Der verdampfte Brennstoff steigt zusammen mit der durch die Eintrittsöffnungen 2 mit azimutaler Strömungskomponente einströmenden Verbrennungsluft laminar durch den Ringkanal 16 nach oben, wobei bereits unter Wärmeabgabe eine Verbrennung bis zu den ersten Oxydationsstufen des Brennstoffs eintritt. Dadurch wird die Wandung des Vergaserkörpers 5 aufgeheizt. Im oberen Bereich des Gehäuses 1 werden die Verbrennungsgase nach unten ins Innere des napfförmigen Vergaserkörpers 5 umgeleitet, wobei gleichzeitig kühle Verbrennungsluft durch die Eintrittsöffnungen 3 eintritt. Durch die wirbelnde Bewegung der Verbrennungsgase wird in der Mitte des Vergaserkörpers 5 ein heisser Gaskern 17 gebildet, welcher vo, einem kühleren Gasmantel umgeben wird, der vorwiegend aus der durch die Eintrittsöffnungen 3 zutretenden Verbrennungsluft gebildet wird.
Der heisse Gaskern 17 bringt zuerst die Mitte des eingezogenen Bodens 7 zum Glühen, wodurch der auf diese Stelle auftreffende Brennstoff sofort rückstandsfrei vergast wird. Nach und nach gerät der gesamte Vergaserkörper ins Glühen. Der letzte Verfahrensschritt der turbulenten Durchmischung von heissem Gaskern und kühlerem Gasmantel wird schliesslich in der engen Mündung 4 bewirkt, welche bei diesem Ausführungsbeispiel als turbulenzerzeugender Diffusor ausgebildet ist. Oberhalb des Diffusors bildet sich die kurze, buschige und russfreie Brennerflamme 18, welche. von einem auf das Brennergehäuse 1 gesetzten Wärmetauscher 19 umgeben ist, welcher nur teilweise dargestellt ist. Zur Verstärkung der Azimutalbewegung der Verbrennungsluft können die Öffnungen 12 im Boden 8 des Brenner- gehäuses 1 ebenfalls schuppenförmig ausgebildet sein.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Fig. 2 dargestellt. Zur Erleichterung des Zusammenbaues sowie der Zugänglichkeit zwecks Reinigung ist das Brennergehäuse aus drei längs waagrechter Fugen zusammengesetzten Teilen 20, 21 und 22 zusammengefügt. Der Brennraum 23 ist von einem ihn umgebenden ringförmigen Raum 24 durch eine zylindrische, mit schuppenförmigen Durchbrüchen versehene Wandung 25 abgetrennt. Der Ringraum 24 ist durch eine radiale Wandung 26, welche mit Durchbrüchen 27 für die Verbrennungsluft versehen ist, von dem unteren Bereich 28 des Innenraumes des Gehäuses 20 abgeteilt, welchem die Brennluft durch einen nicht dargestellten Kanal oder mittels eines Gebläses zugeführt wird. Im Brennraum 23 ist der napfförmige Vergaserkörper 29 angeordnet.
Unterhalb der tiefsten Stelle 30 des eingezogenen Bodens 31 des Vergaserkörpers 29 ist in mehreren Windungen eine nach oben hin durch einen gewellten Boden 32 abgedeckte Heizspirale 33 angeordnet, welche zur Zündung bei Inbetriebnahme des Brenners dient. In der Brennstoffzuführungsleitung 34 wird mittels einer nicht dargestellten Einrichtung der Brennstoffspiegel auf der durch die Linie 35 angedeuteten Höhe gehalten. Infolge der nach unten ausstrahlenden Wärme des Vergaserkörpers 29 wird der in der Leitung 34 stehende Brennstoff aufgeschäumt, tritt durch die Mündung 36 aus und berührt den glühenden Boden 31 des Ver-
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gaserkörpers, wodurch er rückstandsfrei vergast wird.
Eine die Mündung 36 umgebende Manschette 3'ver- hindert nach der Zündung ein Heruntertropfen von Brennstofftröpfchen auf die gewellte Verkleidung 32 der Heizspirale 33, was besonders bei Beginn des Brennvorganges störend wäre, bevor der Vergaserkörper zum Glühen gebracht wurde. Oberhalb des Vergaserkörpers 29 ist wiederum ein Turbulenz erzeugender ! Diffuser 38 angeordnet.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Brenner für flüssige Brennstoffe mit einem einen Verbrennungsraum bildenden drehsymmetrischen
Gehäuse, welches eine Eintrittsöffnung für den Brennstoff sowie Einrichtungen zur Einführung von Ver- brennungsluft in den Verbrennungsraum mit azimutaler Strömungskomponente aufweist, dadurch gekenn- zeichnet, dass die nach unten weisende Aussenfläche des Bodens (7,31) eines innerhalb des Gehäuses (1, 20 - 22) angeordneten, schalenförmigen Vergaserkörpers (5,29) unmittelbar oberhalb der Eintrittsöffnung (10, 36) für den Brennstoff angeordnet ist und eine Flammenmündung (4,38) von der Oberseite des Ge- häuses zum Vergaserkörper hin nach innen gezogen ist.