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Brennstoffzerstäuber für einen Brenner für flüssige Brennstoffe
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gewundenen Kanal in eine Wirbelkammer strömt und am Umfang derselben auf die konische Innenwandung der Wirbelkammer geleitet wird. Infolgedessen schlagen sich die Öltröpfchen an dieser konischen Innenwandung praktisch zu einem Film nieder, der sich auf spiralförmigen Bahnen einwärts nach der Austrittsdüse hin bewegt, wobei sich sowohl kleinere als auch grössere Öltröpfchen gleichermassen niederschlagen.
Die Zerstäubung des Öl-Luft-Gemisches erfolgt daher bei den bekannten Ölbrennern mit hintereinandergeschalteten Düsen hauptsächlich erst wirksam in der Austrittsdüse des Brenners. Öle hoher Viskosität können daher in diesen Brennern nicht ohne die erwähnte Vorerwärmung in befriedigender Weise verwendet werden.
Bei einem Brennstoffzerstäuber der eingangs genannten Art besteht die Erfindung nun darin, dass der Brennstoff und das Gas oder der Dampf in mindestens eine, gegebenenfalls mehrere aufeinanderfolgende, bis auf die Eintritts- und Austrittsöffnungen allseitig geschlossene Druckkammer (n) gemeinsam unter Druck durch mindestens eine Eintrittsöffnung gelangen, deren grösster Durchmesser gering ist, u. zw. kleiner als 4 mm, so dass die Mischung, die durch die Eintrittsöffnung (en) hindurchtritt, nirgends mehr als 2 mm von der Wand dieser Öffnung entfernt ist.
Es ist dabei besonders zweckmässig, wenn die die Eintrittsöffnung für das Brennstoff-Luft-oder-Gasgemisch enthaltende Wandung sich quer zur Achse dieser Öffnung erstreckt, d. h. eine Prallfläche bildet, welche im wesentlichen senkrecht zur Richtung des aus der vorgeschalteten Düse austretenden Gemischstrahles verläuft. Dabei soll, nach einem weiteren Merkmal der Er-
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Die Begrenzung des grössten Durchmessers der oben genannten Eintrittsöffnung, die im übrigen zweckmässig eine zylindrische Bohrung sein wird, mit 4 mm hat die Bedeutung, dass damit die für eine richtige Zerstäubung des Brennstoffes nötige Strömungsgeschwindigkeit der Luft auf optimale Weise erreicht wird ; grössere Durchmesser würden den Verbrauch an Luft od. dgl. in unwirtschaftlicher Weise erhöhen.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert, die in den schematischen Zeichnungen dargestellt sind. Es bedeuten :
Fig. 1 das Schema einer erfindungsgemässen Anlage, Fig. 2 den Längsschnitt durch einen Brenner der Fig. l, wie er zur Verwendung eines Öles hoher Viskosität, das in Mischung mit Luft oder Dampf angeliefert wird, geeignet ist, Fig. 3 eine Ansicht ähnlich Fig. 1 eines abgeänderten Brenners nach der Erfindung, Fig. 4 die schematische Darstellung einer andern erfindungsgemässen Brenneranlage, Fig. 5 einen Längsschnitt eines Teiles eines abgeänderten erfindungsgemässen Brenners und Fig. 6 einen Längsschnitt durch einen Teil des Brenners einer andern erfindungsgemässen Brenneranlage.
Gemäss Fig. 1 wird Brennöl aus einem Brennöltank 10 durch ein Rohr 11 durch Schwerkraft oder durch eine Brennstoffpumpe (nicht dargestellt) in den Einlass eines Luftverdichters 12 gefördert, der ein Flügelradverdichter sein möge. Verdichtete, mit Öltröpfchen beladene Luft wird durch eine Leitung 13, die etwa 4 Fuss lang sein kann und wie dargestellt gewendelt ist, in die Einlassöffnung eines Brenners 14 geleitet.
Gemäss Fig. 2 umfasst der Brenner ein Flammenrohr oder ein die Flamme stabilisierendes Rohr 15, in dessen hinterem Ende ein flanschentragender Teil 16 befestigt ist, in dem eine erste Kammer 17 ausgebildet ist. Diese Kammer mündet über eine erste Eintrittsöffnung des Düsenkörpers 18 in eine zweite Kammer 19, welche ihrerseits über eine zweite Eintrittsöffnung des Düsenkörpers 20 in eine flammenformende Erweiterung 21 öffnet, die einen grösseren Durchmesser als die Düse 20 und einen kleineren Durchmesser als das Flammenrohr 15 besitzt. Die Eintrittsöffnungen sind mit 18 a bzw. 20 a bezeichnet. Die Düse 20
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luft, in Form eines Einschnittes des Flammenrohres 15 vorgesehen. Es kann eine Hülse (nicht dargestellt) vorgesehen werden, um in bekannter Weise die wirksame Grösse dieser Öffnung regeln zu können.
Eine Einlassöffnung 26 für den seitlichen Eintritt der verdichteten, mit Öl beladenen Luft ist mit einer Düse 27 versehen, die in die Seite der Kammer 17 öffnet.
Sämtliche Düsen besitzen einen Innendurchmesser von 3, 78 mm, wobei die Düsen 20 und 27 einen konstanten Durchmesser besitzen, wogegen die Düse 18 ein wie ersichtlich sich unter 45 erweiterndes lichtes Profil aufweist.
Vermittels der gezeigten Anordnung wird die aus Luft und Öl bestehende Mischung einer starken Verwirbelung unterworfen, indem sie zuerst aus der Düse 27 auf die gegenüberliegende Wand der Kammer 17 auftrifft, die fast senkrecht zum auftreffenden Sprühstrahl steht, um sodann unter Richtungsänderung um einen rechten Winkel durch die Düse 18 hindurchzutreten und dann durch die Expansionen und Verdichtungen die sich beim Eintritt in die Kammer 19 einstellen, durch die Düse 20 in die Bohrung 21 zu gelangen. Das Ergebnis ist eine hochgradige Zerstäubung des Öls und eine innige Mischung des zerstäubten Öls mit der Luft.
In einem Beispiel beträgt der Abstand zwischen dem Vorderende des Teiles 22 und dem Vorderende des Flammenrohres 15 zirka 107 mm, der Innendurchmesser des Flammenrohres 50, 8 mm, der Durchmesser
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der Bohrung 21 zirka 12 mm mit einer Verengung auf zirka 4, 5 mm, der Durchmesser der Kammer 19 beträgt zirka 15, 8 mm und der Durchmesser der Kammer 17 und der Einlassöffnung 26 ist zirka 6, 35 mm.
Die Düsen sind in die gewindetragenden Öffnungen eingeschraubt und können somit leicht ausgewechselt werden.
Bei Anwendung des Brenners gemäss der Erfindung auf einen Wasserrohrkessel sind die Wasserrohre vorzugsweise in einem Ringkörper um die Brennerachse herum angeordnet und es verlaufen die Rohre im allgemeinen parallel zu dieser Achse. Man kann ein einziges langes Rohr verwenden, welches so gebogen ist, dass seine grösseren Teile parallel zur Brennerachse verlaufen.
Obgleich der in Fig. 2 dargestellte Brenner für eine Arbeitsweise mit horizontalliegender Längsachse gemeint ist, kann er auch in andern Stellungen, z. B. mit vertikaler Achse, verwendet werden.
Es ist nicht immer wesentlich, besonders wenn die Längsachse vertikal steht, dass das Luft-Öl-Gemisch durch die Düse 27 in die erste Kammer 17 in einer Richtung eingesprüht wird, die näherungsweise rechtwinkelig zur Fliessrichtung verläuft, die durch die Düsen 18 und 20 gegeben ist. Demnach werden gute Ergebnisse mindestens in manchen Fällen erreicht, wenn das Gemisch in die erste Kammer 17 in der Richtung eingeführt wird, in der es durch die erste und die zweite Düse 18 bzw. 20 fliesst.
In Fig. 3 tragen Teile, welche solchen der Fig. 2 entsprechen, die gleichen Bezugsziffern, wogegen Teile von verschiedener Form jedoch ähnlicher Funktion wie solche in Fig. 2, die gleichen Bezugsziffern vermehrt durch einen Indexstrich tragen. Der Brenner nach Fig. 3 ist zwar besonders dazu geeignet, mit vertikaler Längsachse verwendet zu werden (die Flammen werden für gewöhnlich nach aufwärts gerichtet), er kann jedoch auch in andern Stellungen verwendet werden.
Der Block 22'ist abnehmbar mit einem Teil 28 vermittels Schrauben 29 verbunden. Teil 28 hat eine gewindetragende Öffnung 30, die zur Aufnahme des Rohres 13 bestimmt ist, durch welches die Luft ;'Öl- Mischung angeliefert wird. Eine Düse 27'mit Eintrittsöffnung 27'aliefert die Mischung zu einer Kammer 17' in Richtung der Brennerachse anstatt unter einem rechten Winkel zu dieser Achse, wie gemäss Fig. 2.
Die Kammern 17'und 19'haben den gleichen Durchmesser und sind durch eine durchbrochene Blende 18'mit Öffnung 18'a getrennt, welche die Stelle der Düse 18 in Fig. 2 einnimmt.
Das Flammenrohr 15 ist vom Teil 28 abnehmbar und mittels einer Stellschraube 31 an Ort gehalten.
Eine Hülse 32 zur Regelung der wirksamen Grösse der Öffnung 25 ist mit 32 bezeichnet ; hinsichtlich der Wirkung wird auf die Beschreibung der Fig. 2 verwiesen. Diese Hülse kann mit einer Durchbrechung von etwa derselben Grösse und Form wie die Durchbrechung 25 versehen sein, so dass durch Rotation der Hülse die wirksame Grösse der Öffnung 25 von Null bis zu einem Maximum verändert werden kann.
Wenn man die Kapazität des Brenners, d. h. den Durchsatz an Öl, vergrössern will, ist es nicht wünschenswert, die Grösse der Eintrittsöffnungen bis über einen bestimmten Wert z. B. 3, 8 mm zu vergrössern, weil die Zerstäubung durch das Aufschlagen der Öltröpfchen auf die Kanten und Wände der Öffnungen herbeigeführt wird und jede beträchtliche Vergrösserung der letzteren die Wirksamkeit der Zerstäubung herabsetzt. Es ist gefunden worden, dass der lichte Durchmesser dieser Eintrittsöffnungen stets kleiner als 4 mm sein sollte, zumindest bei maximalen Drücken bis zu 2, 105 kgfcm2. Ein grösserer Durchsatz kann, falls nötig, durch Vergrösserung der Zahl der Öffnungen jeder Düse erzielt werden. Beispielsweise wurden gute Ergebnisse mit drei Düsenöffnungen erhalten, von denen jede ungefähr 3, 8 mm Durchmesser aufwies.
Die Öffnungen jeder Düse können in den Eckpunkten eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet werden und vorzugsweise werden die Öffnungen benachbarter Düsen mit Bezug aufeinander nichtfluchtend angeordnet. In manchen Fällen ist es vorteilhaft, auch bei Düsen mit je einer einzigen Öffnung die Öffnungen der Düsen 27' und 20 (Fig. 3) so zu versetzen, dass sie mit den Öffnungen der Blende 18'nicht fluchten. Beispielsweise hätten dann die beiden Enddüsen 27'und 20 gleichachsige Öffnungen, wogegen die Öffnung in der Blende 18'hinsichtlich dieser Achse versetzt wäre.
Es ist nicht wesentlich, dass alle Düsenöffnungen gleiche Grösse besitzen ; Unterschiede von mindestens 10% haben sich als zweckmässig herausgestellt.
Es ist gefunden worden, dass einer der wichtigsten Faktoren darin besteht, das Öl, bevor es dem Brenner zugeführt wird, in innige Mischung mit einem Gas oder Dampf zu bringen. Die Natur dieses Gases oder Dampfes ist nicht von grosser Bedeutung, weil der benötigte Sauerstoff, falls notwendig, zur Gänze aus dem Sekundärlufteinlass bezogen werden kann, wie z. B. jenem, der bei 25 in den Fig. 2 oder 3 dargestellt ist. Demgemäss kann man anstatt dem Kompressor 12 der Fig. 1 Luft zuzuführen, ein anderes Gas oder einen Dampf, z. B. Wasserdampf, zwecks Vermischung mit dem Öl zuführen. Eine solche Anordnung kann besonders zweckmässig sein, wenn der von dem Brenner zu beheizende Kessel Dampf für Heizungs- oder andere Zwecke zu erzeugen hat.
Die Arbeitsweise des Brenners kann dadurch geräuschärmer gestaltet werden, dass man Luft durch den Sekundärlufteinlass 25 zwangsweise zuführt, anstatt ein Ansaugen der Luft zu gestatten. Demnach ist, wie in Fig. 4 gezeigt, der Brenner 14'welcher die aus Fig. 3 ersichtliche Beschaffenheit haben möge, innerhalb eines zylindrischen Gehäuses 33 angeordnet, welches sich an einem Ende zu einem Körper 34 aus feuerfestem Material verengt, an den ein Teil 35 anschliesst, der dicht mit der Vorderwand jenes Kessels (nicht gezeichnet) verbunden ist, an welchem der Brenner Verwendung findet. Das Rohr 36 durch welches die Öl-Gas- oder eine Öl-Dampf-Mischung dem Brenner 14'zugeführt wird, kann in der Endwand des Gehäuses 33 gleitbar sein, um die Lage des Brenners rel. zum Kopf einstellen zu können.
Das Flammen-
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rohr 15 ragt in das Innere einer Hülse 37 aus feuerfestem Material, die mit dem Gehäuse 33 verbunden sein kann.
Durch eine Leitung 38 wird aus einem nicht dargestellten geeigneten Kompressor Luft in das Gehäuse 33 gefördert. Diese Luft streicht durch die Einlassöffnung 25 in einem Ausmass, welches durch die Einstellung der Hülse 32, (Fig. 3) bestimmt ist und kann auch durch den Raum zwischen dem Flammenrohr 15 und der Hülse 37 strömen. Die Leitung 38 kann die Luft radial oder näherungsweise tangential in'das Gehäuse 33 fördern.
Länge und Form der Flamme können durch Veränderung der Axiallage die der Brenner hinsichtlich der Hülse 37 einnimmt, verändert werden.
Ein wichtiger Umstand wird durch die Fig. 4 erläutert, nämlich eine Anordnung solcher Art, dass der grössere Teil der Luft die für die Verbrennung erforderlich ist, den heissen Gasen zugeführt wird, nachdem diese aus dem Flammenrohr 15 austreten. Der Grund hiefür liegt darin, dass der Ringraum zwischen dem Vorderende des Teiles 37 und dem Gehäuse 33 einen viel grösseren Querschnitt als die Öffnung 25 aufweist. Ausserdem kann etwas Luft durch den hinteren Ringspalt der zwischen dem Flammenrohr 15 und der Hülse 37 vorhanden ist, eintreten und erreicht das brennende Gas an der Mündung des Flammenrohres. Die Öffnung oder Öffnungen im Brennerkopf 14'sind vorzugsweise so angeordnet, dass die Düse heisser Gase nicht auf das Stirnende des Flammenrohres 15 auftrifft.
In Fig. 5 ist die Form des Brennerkopfes und des Flammenrohres dargestellt, welche zur Zeit für die Verbrennung von Schwerölen bevorzugt wird. Der Kopf umfasst einen Körper 40 und eine Düsenplatte 41, mit Eintrittsöffnungen 41 a, die innerhalb des Bodenteiles durch das gewindetragende Ende eines Rohres 42 gehalten wird, durch welches eine Mischung aus Öl und Luft oder Dampf unter einem Druck von etwa 2, 1 kg/cm2 zugeführt wird. Eine zweite Düsenplatte 43 mit Eintrittsöffnungen 43 a wird von einem hohlen Teil 44 in Lage gehalten, dessen Stirnende 45 konisch ausgeführt ist und welches in den Körper eingeschraubt ist. Das Stirnende 45 und jede Düsenplatte 41 und 43 sind mit einer Anzahl von Öffnungen versehen.
Beispielsweise können in jedem dieser Teile sechs Öffnungen von 2, 5 mm Durchmesser mit über einen Kreis gleichmässig verteilten Zentren vorgesehen sein.
Der Brennerkopf ist so angeordnet, dass er eine zerstäubte Brennstoffmischung durch eine Öffnung in ein die Flamme beruhigendes Rohr 46 entlässt, welches zylindrische Gestalt hat und wobei das Loch zentral in der Endwand 47 angeordnet ist. In einem Ausführungsbeispiel besitzt das Flammenrohr 46 einen Durchmesser von 250 mm und eine Axiallänge von 150 mm.
Es hat sich als zweckmässig erwiesen, den Aufbau so zu treffen, dass die Achsen 48 der Düsen das Stirnende 49 des Flammenrohres nicht schneiden. Im vorliegenden Beispiel beträgt der Abstand zwischen diesen Achsen und dem Stirnende 49 ungefähr 25 mm.
Falls man einen grösseren Brennstoffdurchsatz wünscht, können die Eintrittsöffnungen verlängert werden, z. B. indem sie längliche Form erhalten. Im Grenzfall werden die Öffnungen die Form eines Ringspaltes annehmen und dann müssen natürlich Mittel, etwa Speichen, vorgesehen werden, um das Mittelstück zu tragen.
Die Fig. 6 zeigt einen Teil einer andern erfindungsgemässen Anlage. Ein Brennerkopf 50 der eine Düse oder mehrere Düsen in seinem Ende 51 aufweist, ist in einem zylindrischen Gehäuse 52 montiert, so dass das Ende 51 durch ein in der Stirnwand 53 des Gehäuses befindliches Loch ragt. Durch die hintere Wand 54 ragt ein Rohr 55, durch welches dem Brennerkopf eine Mischung von Öl und Gas oder Dampf zugeführt wird.
Das Gehäuse 52 ist axial in einer zylindrischen Öffnung gleitbar, die in einem Verteiler 56 gebildet ist, wobei ein luftdichter Verschluss zwischen dem Gehäuse 52 und dem Verteiler durch einen Dichtungsbalg 57 gewährleistet ist. Das Gehäuse 52 ist axial dadurch einstellbar, dass ein Handrad 58 gedreht wird, mit dem eine Gewindespindel 59 verbunden ist, die sich in eine dreiarmige Spinne 60, die mit dem Verteiler 56 verbunden ist, einschrauben lässt. Ein Ansatz 61 des Handrades 58 ist drehbar, jedoch an einer Axialbewegung rel. zu einem Teil 62 gehindert. Demnach wird, wenn das Handrad 58 gedreht wird, der Teil 62 in der Zeichnung nach rechts oder links rel. zum Verteiler 56 verstellt.
Stangen 63 sind an einem Ende mit dem Teil 62 und an ihrem andern Ende mit der Rückwand 54 des Gehäuses 52 verbunden und dienen somit dazu, das Gehäuse axial zu verstellen, wodurch das Gehäuse und der Brennerkopf 15 vorgeschoben oder zurückgezogen werden. Die Stangen 64 sind in Öffnungen des Verteilers 56 sowie in Öffnungen im Teil 62 gleitbar und ihr Vorderende ist an einer Hülse 66 befestigt, die über ein zylindrisches, die Flamme stabilisierendes Rohr 67 mit drei Reihen von Öffnungen 68 gleitbar ist. Durch Längsverstellung der Stangen 64 kann die Hülse 66 somit so verstellt werden, dass sie zwei Reihen der Öffnungen verdeckt.
Ferner sind Stangen 65 in Öffnungen des Verteilers 56 gleitbar und im Teil 62 fixiert ; ihre Stirnenden sind an eine zylindrische Hülse 69 angeschlossen, welche teleskopartig rel. zu einer Hülse 70 verschiebbar ist, die innerhalb des Verteilers angeordnet ist. Es können (nicht gezeichnete) Mittel vorgesehen sein, um die Stangen 64 und 65 mit dem Glied 62 in gewünschten Einstellungen zu verbinden. Eine weitere zylindrische Hülse 71 ist innerhalb des Verteilers angeordnet.
Luft einer geeigneten, entsprechend den Erfordernissen in weiten Grenzen schwankenden Pressung, wird durch einen nicht dargestellten Lüfter durch einen Kanal 72 zum Verteiler 56 geführt. Zufolge Vorhandenseins der Hülsen oder Blenden 71 und 69, 70 wird die Luft veranlasst, den durch Pfeile angezeigten
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eintritt, welches einen Flansch 75 zur Befestigung an einem Kessel aufweist. Diese Luft wird mithin den brennenden Gasen vom Brennerkopf 50 zugeführt, nachdem die Gase aus dem Vorderende des Flammenrohres 67 ausgetreten sind. Eine erheblich kleinere Luftmenge tritt in das Flammenrohr durch die unbedeckten Öffnungen 68 ein, weil die Summe der Querschnitte aller Öffnungen M zweier Reihenbeträcht- lich kleiner ist, als der Querschnitt der Öffnung 73.
Das Ausmass von Luft, welche in das Flammenrohr durch die Öffnungen 68 eintritt, sowie der Ort an welchem die Luft in das Flammenrohr eintritt, kann durch Bewegung der Stange 64 geregelt werden. Der Weg dem die Luft aus 72 folgt, kann vermittels der Stangen 65 verändert werden.
Es ist eine Öffnung 76 vorgesehen, durch welche hindurch die Flamme vermittels einer photoelektrischen Zelle in bekannter Weise überwacht werden kann um die Ölzufuhr automatisch zu unterbrechen, falls die Flamme verlöschen sollte.
Eine Brenneranlage der beschriebenen Art besitzt, wie schon erwähnt, ein sehr grosses Regelverhältnis und damit man dessen vollen Vorteil ausnützen kann, können Mittel vorgesehen werden, um automatisch, z. B. über einen Thermostaten, die Ölanlieferung durch die Leitung 55 sowie die Luftzufuhr durch den Kanals 72 zu regeln. Auf diese Weise kann der Brenner in vielen Fällen in dauerndem Betrieb gehalten werden, im Gegensatz zu bekannten Brennern, die nur ein vergleichsweise kleines Regelverhältnis besitzen und welche demnach nach dem Einschalt-Ausschalt-Prinzip betrieben werden müssen um eine stabile Verbrennung zu erzielen.
Gemäss einem Beispiel einer Anlage, die in der Zeichnung dargestellt ist, besitzt der Brennerkopf 50 die in Fig. 5 dargestellte Bauweise. Wie beschrieben, sind die Achsen der Öffnungen bei 51 nach auswärts geneigt und so angeordnet, dass bei einem Brennerkopf 50, wenn er sich in seiner äussersten zurückgezogenen Stellung befindet, der Sprühstrahl der aus den Öffnungen austritt, die Stirnkante des Flammenrohres 67 nicht trifft. Die ringförmige Öffnung 73 ist l- Zoll breit.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Brennstoffzerstäuber für einen Brenner für flüssige Brennstoffe, in welchem der Brennstoff mit einem Gas oder mit Dampf aus einer Kammer unter Druck durch die Brennerdüse in Form eines zu entzündenden Sprühstrahles austritt, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff und das Gas oder der Dampf in mindestens eine, gegebenenfalls mehrere aufeinanderfolgende, bis auf die Eintritts- und Austrittsöffnungen
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