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Brenner für pulsierende Verbrennung
Die Erfindung betrifft einen Brenner für die pulsierende Verbrennung eines Gemisches aus Luft und einem flussigen, gasförmigen oder pulverförmigen Brennstoff, insbesondere Brennöl.
Die Brenner für pulsierendeverbrennung (Schwingbrenner), deren Verbesserung die Erfindung betrifft, haben in bekannter Weise eine erste Verbrennungskamrrer und eine dieser koaxial nachgeschaltete zweite Verbrennungskammer, wobei die beiden Kammern drehsymmetrisch in bezug auf die Mittelachse des Brenners ausgebildet sind, ferner einen axialen Einlasskanal für die Zufuhr uses Luft-Brennstoff-Gemisches in die erste Kammer und eine in der vorderen Endwand der ersten Kammer angeordnete verengte Durchlassöffnung fur die Überführung der Brenngase in die zweite Kammer zur Fortsetzung der Verbrennung in dieser zweiten Kammer, wobei der Durchmesser dieser Durchlassöffnung kleiner als der Innendurchmesser der ersten Kammer ist,
und schliesslich eine in der vorderen Endwand der zweiten Kammer angeordnete zentrale Auslassöffnung, die mit einem Abzugskanal für die Abgase verbunden ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Brenner dieser besonders für Heizzwecke geeigneten Bauart so auszubilden, dass er bei relativ einfachem Aufbau und-bezogen auf seine Heizkapazität-rela- tiv kleinen Abmessungen im Betrieb zuverlässig und feuersicher ist, eine innerhalb eines weiten Bereiches veränderbare Heizkapazität hat, geräuscharm arbeitet und gegebenenfalls im Betrieb mit geringem spezifischem Brennstoffverbrauch forciert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass bei einem Brenner der einleitend angege- benen Art das Ende oder die Mündung des Einlasskanals in bezug auf den hintersten Teil der hinteren Endwand der ersten Kammer in axialer Richtung nach vorne versetzt angeordnet ist, dass die axiale Länge der ersten Kammer zwischen dem hintersten Teil der hinteren End wand und der zur folgenden Kammer führenden Durchlassöffnung kleiner als der grösste Innenradius der ersten Kammer ist und dass die vordere Endwand der ersten Kammer einen im wesentlichen konkaven, ringförmigen Wandteil bildet, der sich nach aussen bis zum inneren Umfang der ersten Kammer erstreckt.
Wenn bei dieser besonderen Ausbildung der ersten Verbrennungskammer in dieser eine Brennstoff ge- mischmenge entzündet wird und die hiebei erzeugten Verbrennungsgase durch die Durchlassöffnung in die zweite Kammer strömen, tritt in der ersten Kammer ein Unterdruck auf, wodurch eine neue Menge frischen Brennstoffgemisches in diese Kammer gesaugt wird. Beim Eintritt in die erste Kammer expandiert dieses Brennstoffgemisch nach allenseiten radial nach aussen, wobei diese Expansion etwa in der Mitte der ersten Kammer beginnt, weil der Einlass vor der hinteren Endwand der ersten Kammer liegt. Die expandierenden Gase werden durch in der Kammer zurückgebliebene heisse Gasreste entzündet und streichen in der ersten Kammer an der konkaven vorderen End wand derselben nach aussen.
Am Umfang der erstenKam- mer werden die Gasströme umgelenkt und diese strömen dann entlang der hinteren Endwand der ersten Kammer radial nach innen, wobei sie in der Mitte der Kammer zusammentreffen und schliesslich axial durch die Durchlassöffnung ausströmen. Hiebei wird rund um das Zentrum der ersten Kammer ein ringförmiger Kern von heissen und brennenden Gasen aufrecht erhalten, der zur Entzündung neu einströmenden frischen Brennstoffgemisches beiträgt.
Die angegebenen und weitere Merkmale der Erfindung sollen nun unter Bezugnahme auf die Zeich-
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nungen genauer erläutert werden, in denen schematisch einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind. Fig. 1 zeigt einen besonders für Heizöl geeigneten Brenner ; die Fig. 2 - 4 stellen verschiedene Ausführungen einer zweckmässig in der Wandung der ersten Kammer des Brenners ausgebildeten Tasche dar ; Fig. 5 zeigt eine Abwandlung der Ausführung nach Fig. 1, bei der zwischen der ersten und zweiten Kammer eine Zwischenkammer vorgesehen ist.
Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen ist jeweils ein Einlass l für die Zufuhrung eines LuftBrennstoff-Gemisches in die erste Kammer 4 vorgesehen. Diese erste Kammer steht über eine Durchlassöffnung 9 unmittelbar (Fig. 1) bzw. mittelbar über eine Zwischenkammer 37 (Fig. 5) mit einer zweiten Kammer 8 in Verbindung. Diese zweite Kammer 8 ist so bemessen, dass sie eine vollstän- dige Verbrennung zwecks Erzeugung von Wärme ermöglicht, die an ein den Brenner umgebendes Medium abgeführt werden kann. Die Auspuffgase verlassen die zweite Kammer durch einen Auslass 12, der in bekannter Weise als Resonatorröhre ausgebildet ist (Fig. 1 und 3) oder ein Ruckschlagventil enthält.
Im Einlass kann in bekannter Weise ein Rückschlagventil, vorzugsweise gemäss Fig. 1 ein Klappenventil 15, angeordnet sein, das so ausgebildet ist, dass es bei atmosphärischem Druck in der ersten Kammer leicht geöffnet ist, bei einem Druckanstieg in dieser Kammer aber schliesst. Das Rückschlagventil kann auch als Kegelventil ausgebildet sein.
In den Fig. 1 und 5 ist erkennbar, dass die Mündung des Einlasskanals 1, in der sich, wie später erläutert wird, ein Diffusor 34 befinden kann, in bezug auf die hintere Endwand der Kammer 4 in axialer Richtung nach vorne versetzt angeordnet ist. Die axiale Länge der Kammer 4 zwischen der er-
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mer und die vordere Endwand der Kammer ist innenseitig konkav ausgebildet.
Der Brenner wird beispielsweise durch Einspritzen von Benzin in die erste Kammer durch das leicht geöffnete Ventil 15 und durch Zundung mit einer Zündkerze oder einem elektrisch geheizten Glüh- draht 16 in Betrieb genommen, worauf die pulsierende Verbrennung einsetzt. Die elektrische Zünd- einrichtung wird hernach abgeschaltet.
Nachfolgend wird angenommen, dass sich der Brenner bereits im Betrieb befindet. Beim Abströmen der Verbrennungsgase aus der ersten Kammer entsteht in dieser ein Unterdruck, wodurch eine neue Teilmenge an Brennstoffgemisch in die Kammer eingesaugt und in dieser gezündet wird.
Die Durchlassöffnung 9 ist vorzugsweise so ausgebildet, dass sich an ihr in der ersten Kammer 4 eine heisse Stelle ausbildet, die zur vollständigen Zündung und zur Verbrennung des Brennstoffgemisches beiträgt. Die Durchlassöffnung bildet einen verengten Kanal für die. heissen Gase und ist vorzugsweise mit keramischem Material-17 oder anderem hitzebeständigen Material ausgekleidet. Infolge des Unterdruckes in der ersten Kammer und der geschilderten speziellen Gestalt dieser Kammer bildet die einströmende Menge an Brennstoffgemisch die in Fig. 1 durch Pfeile angedeutete Wirbelströmung, und in dieser beginnt die Verbrennung eines Teiles der Brennstoffgemischmenge. Beim Abströmen der Verbrennungsgase durch die Durchlassöffnung wird der in der ersten Kammer nicht gezündete Teil des Brennstoffgemisches an der heissen Auskleidung'17 der Durchlassöffnung gezündet.
Zur Verbesserung der Zündung ist es zweckmässig, in der Wandung der ersten Kammer 4 mindestens eine Tasche auszubilden, die zu einer Verzögerung der Verbrennung eines Teiles des vergasten Brennstoff gemisches führt. Dieser Anteil an brennbaren Gasen, der aus der Tasche angesaugt wird, trägt zur Zündung der einströmenden Brennstoffgemischmenge bei. Die Tasche kann die Form eines Blindloches oder einer Ausnehmung in einer Wand der Kammer haben.
Bei den Brennern nach den Fig. 1-5 hat die erste Kammer mehrere Taschen in Form von Nuten 24 bis 29, die so ausgebildet sind, dass die daraus abgezogenen brennbaren Gase längs der Wandung der Kammer im wesentlichen in der gleichen Richtung geleitet werden wie die einströmende Brennstoffgemischmenge, die gezündet werden soll. Die Nuten 25 (Fig. 1 und 5) sind als Ringnuten rings um den Einlass angeordnet und leiten die Brenngase in die Strömung des in die erste Kammer durch den Einlass einströmenden Brennstoffgemisches ein. Demgemäss beginnt die Zündung des Brennstoffgemisches schon nahe der Mündung des Einlasses, und sie kann durch die brennbaren Gase beschleunigt werden, die aus dem Bereich der Durchlassöffnung angesaugt werden.
Gemäss Fig. 4 ist die Durchlassöffnung 9 von einem Flanschteil 32 umgeben, der eine Ringnut 29 bildet, aus welcher die brennbaren Gase in radialer Richtung nach aussen längs benachbarter Teile der konkaven Wand der ersten Kammer abgesaugt werden können. In Kombination mit andern Taschen oder für sich allein können auch schräge Nuten 28 in der aus Fig. 4 erkennbaren Lage vorgesehen werden, aus denen eingefangene brennbare Gase längs der Wandung der Kammer abgesaugt werden können.
Je nach dem verwendeten Brennstoff können sich die Taschen zur ersten Kammer hin erweitern, wie
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;liche Brennstoffe, wie Benzin. Anderseits können die Taschen auch parallele Seitenwände haben, wie dies für die Nuten 24,25 in den Fig. 1 und 5 dargestellt ist. Für relativ schwer verbrennende Brennstoffe, wie Heizöl, sollen die Taschen mit der ersten Kammer über einen Drosselkanal oder eingeschnürte Öffnungen in Verbindung stehen, wie dies in Fig. 2 für die Nut 26 dargestellt ist. Bei der letzterwähnten
Taschenform werden die Zeitdauer und die Länge der dUsenartigenStrömung der Verbrennungsgase aus der
Tasche vergrossert.
Bei den Ausführungsformen nach den Fig. l, 2,3 und 5 befindet sich am Aussenumfang der ersten
Kammer eine Nut 24, aus der heisse Gase längs einer Wand der Kammer zum Einlass hin abgesaugt werden. Neben der Aufgabe, die Zündung zu bewirken, haben diese Taschen noch den Vorteil, dass die von ihnen abgehende Strömung die Ablagerung von Russ an der Wand des Brenners verhindert.
Vorzugsweise hat der Einlass 1 in der ersten Kammer eine freiliegende Mündung, um zu verhin- dern, dass das einströmende Brennstoffgemisch die Wände der Kammer im Bereich nahe dem Einlass ab- kühlt. An der Mündung des Einlasses kann gemäss den Fig. 1 und 5 ein Diffusor 34 vorgesehen werden, um Brennstoff tröpfchen radial nach aussen in die von der ringförmigen Tasche 25 kommende Strömung heisser Gase zu versprühen.
Wie in Fig. 1 erkennbar, ist der Abstand zwischen der Mündung des Einlasses und dem Rückschlag- ventil 15 so gewählt, dass während des letzten Teiles der Einlassperiode im Zwischenraum zwischen dem Ventil und der Einlassmündung ein Kissen aus angereichertem Brennstoffgemisch entsteht, wodurch verhindert wird, dass Verbrennungsgase von der ersten Kammer her das Ventil erreichen.
Hinsichtlich der relativen Abmessung der ersten und zweiten Kammer wurde gefunden, dass zur Ver- minderung des Verbrennungsgeräusches das Volumen der zweiten Kammer grösser als das Volumen der er- stenKammer sein soll. Wie in den Fig. 1 und 5 dargestellt ist, verjüngt sich die zweite Kammer zu ihrem
Auslass hin ; sie ist birnenförmig gestaltet, wobei ihr maximaler Durchmesser in bezug auf die Mitte der.
Kammer zur Durchlassöffnung hin verschoben ist. Für Brennöl u. ähnl. Brennstoffe soll der maximale
Durchmesser der zweiten Kammer vorzugsweise grösser als der maximale Durchmesser der ersten Kammer sein, wie dies aus den Fig. 1 und 5 hervorgeht.
Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform befindet sich zwischen der ersten Kammer 4 und der zweiten Kammer 8 eine Zwischenkammer 37, die im wesentlichen die gleiche Gestalt wie die erste Kammer, aber ein grösseres Volumen als diese hat. Die verschiedenen Kammern sind über Durch- lassöffnungen 9, 38 miteinander verbunden. Die Inbetriebnahme dieses Brenners erfolgt in gleicher
Weise, wie dies früher beschrieben worden ist. Wenn mit normaler Heizkapazität gearbeitet wird, so treten die Verbrennungsgase aus der ersten Kammer praktisch direkt nach unten in die zweite Kammer 8 über. Zur Erhöhung der Heizkapazität des Brenners kann das Brennstoffgemisch angereichert werden, wo- bei sich die erste Durchlassöffnung 9 abkühlt und die Intensität der Verbrennung vermindert wird.
Der grössere Teil des Gemisches wird demgemäss nicht schon vor dem Eintreten in die Zwischenkammer 37 gezundet, sondern erst in dieser. Infolge des Umstandes, dass die Zwischenkammer ein grösseres Volumen hat, entsteht in ihr ein stärkererSog als dies in der ersten Kammer möglich wäre. Die Gase strömen dem- gemäss direkt nach unten in die Zwischenkammer. Das Brennstoffgemisch wird nun auf normale Zusam- mensetzung eingeregelt, wobei aber die beschriebene Mitwirkung der Zwischenkammer erhalten bleibt.
Durch Erhöhung des Luftanteiles im einströmenden Gemisch kann die Verbrennung wieder leicht aber- wiegend in die erste Kammer zurtickverlegt werden. Nach Übergang auf diese Betriebsart wird wieder auf
Normalgemisch umgestellt.
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