<Desc/Clms Page number 1>
Wirbelstrom-Gasbrenner
Bei den bekannten Gasbrennern wird zur Erzielung der für die vollständige Verbrennung erforderlichen Vermischung von Brenngas und Verbrennungsluft im wesentlichen nach zwei Grundarten vorgegangen, u. zw. entweder nach dem sogenannten Kreuzstromverfahren mit sich kreuzenden Gas- und Luftströmen oder nach dem sogenannten Parallelstromverfahren, bei welchem die Gas- und Luftströme parallel zueinander, jedoch mit grosser Differenz in den Strömungsgeschwindigkeiten austreten.
Das Kreuzstromverfahren bietet den Vorteil, eine rasche Verbrennung mit relativ kurzer Flamme zu erreichen.
Dies hängt im wesentlichen damit zusammen, dass im Kreuzstromverfahren sich Luft- und Gasströme in einem grossen Winkel schneiden, so dass eine rasche und intensive Vermischung zwischen Gas und Luft stattfindet. Die Gasbrenner, die nach diesem Prinzip arbeiten, verursachen aber ein verhältnismä- ssig starkes Flammgeräusch (Rauschen). Beim Parallelstromverfahren ist zwar das vorerwähnte Geräusch vermindert, jedoch sind dabei die Flammen verhältnismässig lang und es treten insbesondere bei Verwendung von Gasen mit geringer Zündgeschwindigkeit, z. B. Erdgas, sehr leicht Schwierigkeiten auf, u. zw. vor allem dann, wenn höhere Gegendrücke zu überwinden sind.
Eine weitere Schwierigkeit bieten diese bekannten Verfahren in der Erfüllung einer aus Gründen der Lagerhaltung sehr wichtigen Bedingung, nämlich der Möglichkeit, einen Brenner bestimmter Grösse für einen verhältnismässig grossen Leistungsbereich zu fertigen, ohne dass besondere bauliche Veränderungen am Brenner vorgenommen zu werden brauchen.
Die Erfindung macht es sich nun zur Aufgabe, diese Nachteile zu vermeiden und einen Brenner zu schaffen, der mit relativ kurzer Flamme und geringem Flammgeräusch arbeitet und einen sehr grossen Regelbereich aufweist, der die Einstellung für voneinander stark abweichende Leistungen gestattet, ohne dass besondere bauliche Änderungen oder schwierige Einstellarbeiten erforderlich wären.
Zu diesem Zweck bedient sich die Erfindung des Wirbelstromverfahrens, bei welchem die Gas- und Luftströme im Zustand mehr oder minder starker Verwirbelung zusammengeführt werden, wobei diese Verwirbelung vorzugsweise durch Aufdrücken bestimmter Drallbewegungen hervorgerufen wird.
Zur Erzeugung einer Drallbewegung ist es bereits bei einem Gasbrenner, bei welchem das Brenngas innerhalb des zur Führung der Verbrennungsluft dienenden Brennrohres eingeleitet wird, bekannt, zur Einleitung des Brenngases mindestens einen zum Brennerrohr vorzugsweise koaxial angeordneten Doppelmantelzylinder vorzusehen, in dessen Mantelhohlraum Leitflächen eingebaut sind, die dem Gas bis zu seinem Austritt eine entsprechende Drallbewegung erteilen, wobei auch der Aussenmantel des Doppelmantelzylinders zur Erzeugung einer Drallbewegung des gesamten Verbrennungsluftstromes mit den entsprechenden Leitflächen versehen ist.
Um bei einem vorstehend beschriebenen Brenner die Wirbelung der Verbrennungsluft zu steigern, ist gemäss der Erfindung in unmittelbarer Nachbarschaft zur Gasaustrittsmündung in der den Doppelman" telzylinder umgebendenRingzone des Brennrohrinnenraumes mindestens eine Stauwand mit der Verbrennungsluft gleichfalls eine Drallbewegung erteilenden, an sich bekannten Leitflächen angebracht, wobei die Drallbewegung des Brenngases und jene der Verbrennungsluft vorzugsweise gleichsinnig verlau -
<Desc/Clms Page number 2>
fen.
Es hat sich dabei als vorteilhaft erwiesen, die Ausgestaltung so zu treffen, dass die Stauwand die den Doppelmantelzylinder umgebende Ringzone unter Freilassung von ringförmigen Durchtrittsspalten für die Verbrennungsluft nur zum Teil überdeckt, wobei gegebenenfalls am Aussenmantel des Zylinders zusätzlich, in an sich bekannter Weise, Leitflächen für den Luftstrom zum inneren ringförmigen Durchtrittsspalt angeordnet sind, die dem vorbeistreichenden Luftstrom ebenfalls eine Drallbewegung erteilen, deren Drehsinn vorzugsweise entgegengesetzt ist zu jenem der durch die Leitflächen der Stauwand erzeugten Drallbewegung.
Um den Strömungswiderstand möglichst gering zu halten, hat es sich als zweckmässig erwiesen, die im Mantelhohlraum und gegebenenfalls auch die am Aussenmantel des Zylinders vorgesehenen Leitflächen als Wendelflächen auszubilden, deren Steigung in Richtung der Strömung des Gases bzw. der Luft abnimmt.
Versuche haben gezeigt, dass bei dem so ausgebildeten Brenner das Brenngas mit starker Drehbewe- gung und mit Ausbreitung nach aussen mit dem gleichfalls in Drallbewegung befindlichen Luftstrom in Berührung kommt, welch letzterer sich im wesentlichen im gleichen Sinn bewegt, so dass also hier gewissermassen ein kombiniertes Kreuzstrom- und Parallelstromverfahren zur Wirkung kommt, was letztlich dazu führt, dass sich an der Stauwand eine verhältnismässig kurze, sehr stabile Flamme mit sehr geringem Flammgeräusch ansetzt.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung können bei Brennrohren grösseren Durchmessers (für höhere Brennerleistungen) zwei konzentrisch angeordnete Doppelmantelzylinder für die Gaszufuhr und dementsprechend zwei ebenfalls konzentrisch angeordnete Stauwände für die Verbrennungsluft vorgesehen sein, wobei die die Drallbewegungen des Brenngases und der Verbrennungsluft erzeugenden Leitflächen in den Mantelhohlräumen und in den Stauwänden vorzugsweise so angeordnet bzw. ausgebildet sind, dass jene des Brenngases unter sich gleichsinnig jene der Verbrennungsluft zueinander gegensinnig verlaufen. Zweckmässig ist dabei die Drallbewegung des aus dem innenliegenden Doppelmantelzylinder austretenden Gasstromes zu jener des aus der innenliegenden Stauwand austretenden Luftstromes entgegengesetzt gerichtet.
In dem durch den Innenmantel des zentralen Doppelmantelzylinders gebildeten freien Innenraum können z. B. die elektrischen Zündelektroden und z. B. auch eine Ionisationselektrode eingebaut sein.
Es wäre aber auch möglich, in dem durch den Innenmantel des zentralen Doppelmantelzylinders gebilderen freien Innenraum eine Zerstäuberdüse für Brennöl unterzubringen, so dass der Brenner als kombinierter Gas-Öl-Brenner betreibbar ist.
In der nachfolgenden Beschreibung wird die Erfindung an Hand zweier in den Zeichnungen schematisch veranschaulichter Ausführungsbeispiele noch näher erläutert. Dabei zeigen : Fig. 1 einen Brenner mit nur einem Doppelmantelzylinder und nur einer Stauwand im axialen Längsschnitt, Fig. 2 eine Draufsicht hiezu und Fig. 3 einen Brenner mit zwei Doppelmantelzylindern und zwei Stauwänden im axialen Längsschnitt.
In den Fig. 1 und 2 ist mit 1 das Brennrohr bezeichnet, welches zur Führung der Verbrennungsluft dient, die unter einem entsprechenden Überdruck in das Brennrohr. eingeleitet wird. Das Brenngas wird über eine Leitung 2 zugeführt, die an den koaxial zum Brennrohr angeordneten Doppelmantelzylinder 3 angeschlossen ist, so dass das Brenngas in dem Mantelhohlraum 3a gelangt, diesen durchströmt und bei 3b aus demselben austritt.
In dem Mantelhohlraum 3a sind vorzugsweise nach Art von Wendelflächen ausgebildete Leitflächen 4 angeordnet, die dem durchströmenden Brenngas eine entsprechende Drallbewegung erteilen, derzufolge das Brenngas am Austrittsende 3b des Mantelhohlraumes mit starker Rotationsbewegung ausströmt, wobei sich, wie Versuche ergeben haben, für diesen Gasstrom (vermutlich zufolge der vorerwähnten Rotationsbewegung) die mit strichpunktierten Linien S dargestellte Strahlform ergibt. Die Wendelflächen 4 sind dabei so ausgebildet, dass ihre Steigung in Richtung der Gasströmung abnimmt, um so während der Durchströmung des Hohlraumes dem Brenngas eine ständig zunehmende Rottationsgeschwindigkeit zu erteilen, die am Austrittsende ihr Maximum erreicht.
In unmittelbarer Nachbarschaft zum Austrittsende 3b des Mantelhohlraumes ist in dem Zwi- schenraum zwischen dem Doppelmantelzylinder 3 und dem Brennrohr 1 eine Stauwand 5 eingebaut, in welcher z. B. durch ausgebogene Lappen gebildete Leitflächen 5a vorgesehen sind, die der Verbrennungsluft bei deren Durchtritt durch die im Bereich der Ausbiegungen vorgesehenen Durchtrittsöffnungen ebenfalls eine Drallbewegung erteilen, die vorteilhafterweise etwa gleichsinnig verläuft wie die Drallbewegung des Brenngases.
Wie man aus den Zeichnungen ohne weiteres ersehen kann, ist die ringförmige Stauwand 5 in
<Desc/Clms Page number 3>
ihrer radialen Breitenerstreckung so bemessen, dass sie den Zwischenraum zwischen dem Doppelmantelzylinder 3 und dem Brennrohr 1 nur zum Teil ausfüllt, u. zw. so, dass an der Innenseite ein ringförmiger freier Durchlassspalt 6a und an der Aussenseite ein ebenfalls ringförmiger freier Durchlassspalt üb belassen ist.
Die im vorgenannten Zwischenraum strömende Verbrennungsluft kann man sich also gewissermassen in drei ineinanderliegende zylindrische Strömungskörper unterteilt denken, u. zw. einen inneren, durch den Durchlass 6a austretenden (L), einen mittleren, durch die Durchtrittsöffnungen der Stauwand hindurchtretenden (L) und einen äusseren durch den Durchlass 6b austretenden
EMI3.1
zu der der Luft durch die Leitflächen 5a erteilten Drallbewegung verläuft.
Durch diese Aufteilung der strömenden Luft und die dabei vorgesehene gegensinnige Drallbewegung von Teilen der Verbrennungsluft wird im Zusammenwirken mit der dem Brenngas erteilten Drallbewegung eine äusserst innige Verwirbelung von Brenngas und Verbrennungsluft erzielt, die wie schon eingangs erwähnt, gewissermassen eine Kombination von Kreuzströmung und Parallelströmung darstellt, so dass, wie ebenfalls Versuche eindeutig ergeben haben, die Verbrennung mit äusserst geringem Flammgeräusch erfolgt und dabei aber eine sehr stabile Flamme erzielt wird, die sich an den Durchtrittsöffnungen der Stauwand 5 ansetzt.
Durch Verstellung der Stauwand 5 in axialer Richtung in bezug auf den Doppelmantelzylin - der 3 kann die Lage der eigentlichen Verwirbelungszone verändert werden, wodurch sich auch eine entsprechende Veränderung der Flammenform ergibt.
In dem durch den Innenmantel 3d des Doppelmantelzylinders 3 gebildeten zylindrischen Hohlraum kann eine Zündeinrichtung 8 z. B. elektrische Zündelektroden und beispielsweise auch eine Ionisationselektrode untergebracht sein, wie dies in Fig. 1 strichpunktiert angedeutet ist.
Für Brenner grösserer Leistungen und dementsprechend auch einem Brennrohr grösseren Durchmessers, erweist es sich als vorteilhaft, zur Erzeilung einer stabilen, über die ganze Querschnittsfläche des Brennrohres gleichmässig verteilten Flamme zusätzlich zu einem inneren koaxial zum Brennrohr angeordneten Doppelmantelzylinder 3 noch einen ebenfalls koaxial angeordneten, zweiten Doppelmantelzylinder 3'vorzusehen, wobei beide Zylinder an die gemeinsame Brenngaszuleitung 2 angeschlossen sind, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Die Verbrennungsluft wird einerseits in dem Zwischenraum la zwischen den beiden Doppelmantelzylindern und anderseits indem Zwischenraum 1b zwischen dem äusseren Doppelmantelzylinder 3'und dem Brennrohr 1 geführt.
Diese Zwischenräume sind etwa im Bereich der Austrittsenden 3b bzw. 3b'der Doppelmantelzylinder 3 bzw. 3'auch hier wieder von ringförmigen Stauwänden 5 bzw. 5'überdeckt, wobei gleichfalls wieder diese Stauwände nicht eine vollständige Überdeckung bewirken, sondern jeweils innere und äussere Durchtrittsspalte 6a, 6b bzw. 6a', 6b'für die Verbrennungsluft freilassen.
Die Mantelhohlräume sind auch beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 mit Leitflächen ausgestattet, welche dem durchströmenden Brenngas eine entsprechende Drallbewegung erteilen. Auch die Stau-
EMI3.2
räumen der Doppelmantelzylinder 3, 3' so ausgebildet, dass die aus den Doppelmantelzylindern austretenden Gasströme untereinander vorzugsweise eine gleichsinnige Drallbewegung aufweisen. Die durch die Leitflächen 5a, 5a'erzeugten Drallbewegungen der Verbrennungsluft sind so gewählt, dass die Drallbewegung der Verbrennungsluft an der inneren Stauwand 5 gleichsinnig verläuft zu den, Drallbewegungen der aus den Doppelmantelzylindern austretenden Brenngasströme, wogegen die Drallbewegung der Verbrennungsluft an der äusseren Stau wand 5'gegensinnig zu den Drallbewegungen der Brenngasströme verläuft.
Es hat sich gezeigt, dass durch diese Lenkung der Luft- und Gasströme eine sich über die ganze Querschnittsfläche des Brennrohres erstreckende äusserst innige Verwirbelung der Ströme ergibt, die nicht nur eine vollständige Verbrennung gewährleistet und eine äusserst stabile, über den ganzen Brennrohrquerschnitt verteilte Flamme erzielen lässt, sondern auch das Flammgeräusch weitgehend herabsetzt.
Zur Begünstigung der Verwirbelung können auch beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 an den Aussenmänteln der Doppelmantelzylinder zusätzliche Leitflächen entsprechend den Flächen 7 in Fig. 1 angeordnet sein, die in die Luftführungsräume la und 1b ragen und dadurch jeweils dem inneren Teil der durch diese Führungsräume geleiteten Luftströme eine Drallbewegung erteilen, durch
<Desc/Clms Page number 4>
welche die Verwirbelung noch gesteigert wird.
Auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 könnte der durch den Innenmantel 3d des inneren Doppelmantelzylinders 3 gebildete Hohlraum für die Unterbringung einer Zündeinrichtung ausgenutzt werden. Es wäre aber, wie in Fig. 3 eingezeichnet, auch möglich, in. diesem Innenraum eine Zerstäuberdüse 10 für Brennöl anzuordnen, so dass der Brenner als kombinierter Gas-Öl-Brenner betrieben werden kann, wobei gleichfalls äusserst günstige Verhältnisse hinsichtlich derVerbrennung und der Flammenbildung erzielt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Wirbelstrom-Gasbrenner, bei welchem das Brenngas innerhalb des zur Führung der Verbrennungsluft dienenden Brennrohres in den Mantelhohlraum eines zum Brennrohr vorzugsweise koaxial angeordneten Doppelmantelzylinders eingeleitet wird, wobei in diesem Mantelhohlraum gegebenenfalls Leitflächen eingebaut sind, die dem Gas bis zu seinem Austritt eine entsprechende Drallbewegung er-
EMI4.1
dung (3b) in der den Doppelmantelzylinder (3) umgebenden Ringzone des Brennrohrinnenraumes mindestens eine Stauwand (5) mit der Verbrennungsluft gleichfalls eine Drallbewegung erteilenden, an sich bekannten Leitflächen (5a) angebracht ist, wobei die Drallbewegung des Brenngases und jene der Verbrennungsluft vorzugsweise gleichsinnig verlaufen.