Schwingbrenner, insbesondere für Heizzwecke. Die sog. Schwingbrenner bestehen be kanntlich aus einem akustischen Resonator, der im Takte seiner Eigenfrequenz periodisch ein Brenngemisch ansaugt und anschliessend zur Verpuffung bringt. Sie haben ihre erste technische Bedeutung als Rückstossantrieb für Flugzeuge und dergleichen gewonnen und be sassen dabei meist die Form eines einseitig offenen Rohres,
an dessen geschlossenem Ende die Einlassventile für Luft und Brennstoff sowie die Zündquelle (Zündkerze, Glühkörper oder dergleichen) lagen, und aus dessen offe nem Ende der schwingende Abgasstrahl mit erheblicher Strömungsenergie austrat (vergl. P. Schmidt, 1950, V. D. I.- Zeitschrift, Band 92, Seite 393-399).
In neuerer Zeit gewinnen solche Schwing brenner steigende Bedeutung für Beheizungs- zwecke. Hierbei entsteht,das Bedürfnis, ihren thermischen Wirkungsgrad zu Lasten des ärodynamischen Wirkungsgrades zu verbes sern und die Geräuschbildung herabzusetzen.
Dies erfordert natürlich eine Verminderung der Spitzendrucke ;des akustischen Schwin gungsvorganges und muss deshalb bei einem Schwingrohr der bisher üblichen Art die Sta bilität der Schwingung gefährden.
Man benutzt für Beheizungszwecke am besten einen Resonator, dessen Kammer einen mehrfach grösseren Querschnitt besitzt als der Resonatorhals, da man hierdurch einerseits den Wärmeübergang und anderseits das ela stische Element des Schwingungssystems ver grössert.
Weiterhin sieht man zweckmässig für den Eintritt des Brenngemisches eine Ge- mischleitung vor, welche in die Kammer dies Resonators mündet und in die einerseits der Brennstoff sowie anderseits, über ein Rück- Schlagventil, die Brennluft eingeführt wird, welches das Entweichen der Brenngase über diese Gemischleitung verhindert.
Die Erfindung betrifft eine Verbesserung für Schwingbrenner der genannten Art, wel che dadurch gekennzeichnet ist, dass die ge nannte Gemischleitung nur teilweise ausser halb der Kammer des Resonators verläuft, wobei der Luft- und Brennstoffeinlass an .den ausserhalb der Resonatorkammer liegenden Teil dieser Gemischleitung angeschlossen sind, während ihr offenes Endstück die Gestalt eines frei in die Resonatorkammer hinein ragenden Rohrstückes besitzt.
Man kann auf diese Weise erreichen, dass die Verbrennung im wesentlichen innerhalb des genannten, frei in die Resonatorkammer hineinragenden und daher von dem heissen Gasinhalt dieser Kammer umspülten Rohrstückes erfolgt und der hierbei aus dessen,
öffnung ausströmende Pfropfen brennender Gase etwa wie ein Kol ben die Schwingung des Resonators anstösst. In diesem Falle erfolgt offenbar eine beson ders wirksame Anregung des Resonators und das Frischgemisch gelangt bereits zur Ver brennung, bevor es sich mit den in der Reso- natorkammer zurückgebliebenen Verbren nungsgasen der vorangehenden Verbren nung vermischt hat.
Diese Verbrennungsver hältnisse erhält man in: besonders reiner Form, wenn man das vom erwähnten, in die Resonatorkammer hineinragenden Endstück der Gemischleitung umschlossene Voliunen angenähert gleich dem im einzelnen Verbren nungstakt zur Verpuffung gelangenden Ge- misehvoliimen wählt.
Hierdurch kann. man nämlich erreichen, dass das Frischgemisch schrittweise durch die Gemischleitung vor- wärts geschoben und hierdurch schrittweise aufgewärmt wird, wobei jeweils nur ein be grenzter Gemischpfropfen in dass - gegebe nenfalls bis zur Rotglut - erhitzte Endstück der- Gemischleitung eintritt und dort nach entsprechendem Zündverzug zur Verpuffung kommt.
Bei Verwendung von flüssigem Brenn stoff schlägt die Verpuffungsflamme nicht in den hintern Teil der Gemischleitung mxrüek, wenn man ,dafür sorgt, dass der.Brennstoff dort noch nicht verdampft und daher noch nietet zündfähig ist.
Bei Verwendung gas förmiger Brennstoffe kann man das Zu rückschlagen der Flamme in den hintern Teil der Gemischleitung durch wärmeablei tende - Einbauten zwischen diesem Teil und besagtem Rohrstück verhindern. In; beiden Fällen bleibt dann das Rückschlagventil vor der Verpuffungssflamme geschützt und kann aus Leder, Gummi, Kunststoff oder derglei chen in einer Form hergestellt werden, .die eine genaue Einstellung des Ventilwiderstan des zulässt.
Der erwähnte Schutz des hintern Teils der Gemischleitung, und: des Ventils durch wärmeableitende Einbauten ist auch bei Verwendung von flüssigen Brennstoffen zweckmässig, !da die Entstehung von Verbren- nungsrückständen hierdurch vermindert wird.
Der Druckstoss der Verpuffung, der sich auf das frische Brenngemisch in ;der Gemischlei- tung überträgt, wirkt sich hingegen vorteil- haft aus; denn er verbessert durch Wirbel bildung die mechanische Aufbereitung des Brenngemisches.
Dieser Effekt kann durch wirbelbildende Einbauten in die Gemischlei- tung bzw. durch seitlichen Anschluss des Rückschlagventils an diese Leitung noch ge- steigert werden.
Die Erfindung sei im folgenden an Hand der Zeichnungen an einigen Ausführungsbei spielen erläutert. Es zeigen Fig. 1 die Wirkungsweise eines erfin dungsgemässen Schwingbrenners an Hand einer schematischen Darstellung seiner Ele mente, Fig. 2 den Schnitt des Mischrohres dieses Brenners nach Linie II-II in Fig. 1,
Fig. 3 drei verschiedene Ausführungsfor- men für das Auslassendstück der Gemischlei- tung, Fig. 4 die Schnittseitenansicht eines Bren ners für Benzinbetrieb und Fig. 5 die wesentlichen Teile eines Bren ners für Dieselölbetrieb.
Gemäss Fig. 1 läuft das Gemischrohr l in ein Rohrstück 10 aus, welches frei in die Kammer 2 eines Helmholtzschen Resonators hineinragt. Dieser besteht aus :der genannten Kammer 2 und dem als Resonatorhals dienenden Abgasrohr 3. Letzteres mündet in einen Schalldämpfer, der von einer Kammer 4 und einem Auspuffrohr 5 gebildet wird.
An das Gemischrohr 1 ist links, kurz vor seinem verschlossenen Ende, ein Rückschlag ventil 6 seitlich angebaut, das die Brennllüt- zufuhr beherrscht. Weiterhin mündet in das Gemischrohr 1 die aus dem Vergaser 7 ge speiste Brennstoffdüse B. Man sieht, dass die Luft- und Brennstoffeinlasszone des Gemisch rohres ausserhalb der Resonatorkammer 2 liegt.
Das in die Kammer 2 hineinragende End stück 10 des Gemischrohres 1 wird im Be trieb aussen ringsherum von den heissen Ab gasen der Verbrennung umspült, so dass seine Wandung sehr heiss wird. Sie i-st vom hintern, luftgekühlten Teil des Gemischrohres 1 durch ein eingelegtes Rohrbündel 9 (vergl. Fig. 2) getrennt. Letzteres reicht bis zur Ansehluss- ebene des in die Kammer 2 hineinragenden Endstückes 10.
Als Zündquelle dient der Glühdraht 11, welcher etwa 1-2 cm tief in das Auslassende des Rohrstückes 10 hineinragt. Zum Starten dient eine Düse 12, über die mittels einer kleinen Hand- oder Elektropumpe Luft in das Gemischrohr 1 eingeblasen werden kann.
Die Wirkungsweise ist folgende Sobald der elektrisch beheizte Glühdraht 11 warm ist, bläst man über die Startdüse 12 Luft ein, welche sich an der Düse 8 mit Brennstoff sättigt und durch das Rohrbündel 9 nach rechts strömt. Wenn dies Brennge- misch den Glühdraht 11 erreicht, kommt zur Verpuffung und es entsteht ein Druck stoss in dem Gemischrohr 1, welcher vom Ven til 6 nicht durchgelassen wird und den Reso- nator 2,
3 zu einer Schwingung in seiner Eigenfrequenz anregt. Die. Wärmeableitung durch ,das Rohrbündel 9 bewirkt hierbei, dass nur der in das Endstück 10 gelangte Gemisch pfropfen P1 verbrennt, während der im. Rohr bündel 9 und im hintern Teil des Gemisch rohres 1. befindliche Gemischpfropfen P2 von der Flamme nicht erfasst, sondern nur einer beschränkten Erwärmung sowie einer Kom pression und Verwirbelung unterworfen wird, welche seine Aufbereitung verbessern.
Im Verlaiü der angestossenen Schwingung folgt dem erwähnten Druckstoss innerhalb der Kammer 2 eine Unterdruckphase, in der Reste des verbrannten Gaspfropfens P1 aus dem Rohrstück 10 herausgesaugt werden. Gleich; zeitig wird dieser Unterdruck über das Ge mischrohr 1 auf das Rückschlagventil 6 und die Brennstoffdüse. 8 übertragen.
Der Strö mungswiderstand des Rüekschlagventils 6 und seiner Verbindung mit dem Rohrstück 10 ist so eingestellt, dass hierbei im betriebswarmen Zustand nur ein Gemischvolumen angesaugt wird, welches dem Volumendes Gaspfropfens P1 und damit dem des Rohrstückes 10 ent spricht.
Dieses frische Brenngemisch schiebt dann den bereits aufbereiteten Gemisch pfropfen P2 in die Stellung des Pfropfens P1, so dass nunmehr d:er Gemischpfropfen P2 das, Rohrstück 10 erfüllt und dort nach einer kurzen Verweilzeit an dem Glühdraht 11 ent zündet wird. Es folgt dann die nächste Ver puffung.
Da somit bei jeder einzelnen Verpuffung nur ein relativ kleiner, nach beiden Richtun- gen hin durch Gaspolster begrenzter Gemisch pfropfen verbrennt, erfolgen die Verpuffun gen sehr weich und übertragen ihre Verbren nungswärme auf ein vielfach grösseres Volu- men. Es entsteht daher im, Resonator 2, 3 eine angenähert sinusförmige, äusserst stabile Schwingung und ein;
sehr günstiger Wärme übergang von den heissen Gasen auf die Wan dung dieses Resonators.
Für die Aufrechterhaltung des Schwin- gungsvorganges ist es natürlich von entschei dender Bedeutung, dass die Zündung des Ge mischpfropfens P1 möglichst phasenrichtig, :das heisst in demjenigen Moment erfolgt, in dem der im Abgasrohr 3 zurückschwingende Gaspfropfen gewissermassen an, dem obern Totpiulkt der akustischen. Kompression. an gelangt ist.
Es hat sich gezeigt, dass man die phasenrichtige Zündung @dadurch erzwingen kann, dass man das Rohrstück 10 mindestens in der Umgebung der Zündquelle 11 in ge eigneter Form erweitert, derart, dass das während :
der Unterdruckphase vom hintern Teil des Rohres 1 her angesaugte, der Wand des Rahrstückes 10 entlangstreichende und sich dabei erhitzende Brenngemisch (Pfrop fen Pl) zunächst an. der Zündquelle 11 seit lich vorbeiströmt,
um erst während der aku stischen überdruckphase durch den im Ab gasrohr 3 zui¯üclr#sehwingenden Gaspfropfen gegen diese Zündquelle zurückgestaut zu wer den. Erst dann erfolgt die Zündung.
Fig. 3 zeigt verschiedene, diesem Zwecke angepasste Ausführungsformen des Rohr stückes 10. Die Lage der Zündquelle 11 ist durch ein Sternchen gekennzeichnet, und der Strömungsverlauf des Brenngemisches wäh rend .des in der Resonatorkammer 2 erfolgen den Überganges vom akustischen Unterdruck zum akustischen Überdruck durch Pfeile an gedeutet. Das in Fig. 3:a dargestellte Rohr stück 10a erweitert sieh nach dem Auslass ende hin trichterförmig.
Das in Fig. 3b dar gestellte Rohrstück 10b erweitert sich vom hintern. Teil des Rohres 1 aus konisch, -tun hierauf eine zylindrische Kammer zu bilden, während nach Fig. 3c der konisch an den hintern Teil des Rohres 1 angesetzte Topf 10c am Auslassende noch mit einer konischen Ver engung ausgerüstet ist, welche .dazu beiträgt,
die Strömung im gewünschten Sinne umzu- lenken. Die Anbringung der Zündquelle 11 inner halb des Rohrstückes 10 ist nicht nur für die Entstehung der phasenrichtigen Zündung wichtig, sondern bewirkt auch, dass die bei der Verpuffung entstehende Verbrennungs wärme den Zündkörper 11 in Glut hält, so dass dieser nur für den Start elektrisch auf geheizt zu werden braucht.
Ebenso hält die Verbrennungswärme die Wandung des Rohr stückes 10 auf einer Temperatur von einigen hundert Grad Celsius, so dass das Frischge@ misch unmittelbar vor der Zündung auch thermisch gutaufbereitet wird.
Dagegen blei ben der -hintere Teil des Gemischrohres 1 und das Rohrbündel 9 unter dem kühlenden Ein fluss der Aussenluft und - bei Verwendung von flüssigem Brennstoff - auch durch den Einfluss der innern Brennstoffverdampfung praktisch kalt, das heisst bei Benzinbetrieb auf einer Temperatur von, etwa 50-70 C. Beim Betrieb mit hochsiedenden Brennstof fen, wie z. B.
Dieselöl, bringt man den mitt= leren Teil des Gemischrohres 1 bzw. der Ge mischleitung zweckmässig in Wärmeaustausch mit dem Abgasrohr 3, um seine Temperatur auf etwa 250-500 C zu erhölhen und hier durch die richtige Aufbereitung des Brenn- gemisches sicherzustellen.
In der Praxis hat es sich als zweckmässiger erwiesen, den Glühkörper 11, von hinten durch das Gemischmohr 1 hindurch in das Rohr stück 10 einzuführen, um das Dichtungsge- winde des Tragstiels des Glühkörpers in eine möglichst kühle Zone zu verlegen. Dabei kann man diesen Stiel als Dämpfungsglied für das Gemischrohr 1 auobilden und zum Ersatz des Rohxbündels 9 benutzen.
Der er wähnte Stiel muss jedoch streng symmetrisch gestaltet und sehr genau zentriert werden, damit die Schwingung der Gaspfropfen Pi, P2 im Gemischrohr 1 den Charakter einer unverkanteten Kolbenschwingung beibe hält, wie sie das Rohrbündel 9 gewährleistet.
Am besten gibt man dem Stiel die Gestalt eines Stiftes, :den eine genau zentrierte Heiz- wendel umgibt, welche mit dem Glühdraht in Reihe liegt und sich daher beim elektrischen Aufheizen des Glühdrahtes ebenfalls erwärmt. Denn auf diese Weise wird das erwünschte Dämpfungsglied gleichzeitig dazu herangezo gen, um eine verbesserte Aufbereitung des Startgemisches zu erzielen und damit ein Starten bei jeder Aussentemperatur zu er möglichen.
Den Schnitt eines solchen Gerätes zeigt Fig. 4. Gleiche Teile sind hierbei mit den glei chen Bezugsziffern bezeichnet wie in Fig. 1.
Das als Resonatorhals dienende Abgasrohr 3 ist zur Vermeidung einer direkten Beauf- schlagung durch die Verpuffungsflamme seitlich an die Kammer 2 angesetzt. Es ist innerhalb des zu beheizenden Wassermantel gefässes 13 mit Einlaufstutzen W, und Aus laufstutzen ylr2 in schraubenförmigen Win dungen um die Resonatorkammer 2 geführt.
An den obern. Teil des Rohres 1 schliesst sich das innerhalb ider Kammer 2 gelegene, koni sche nach vorn sich erweiternde Stück 10a dieses Rohres an. Das Rückseblagventil 6 ist .mit einem Stellknopf 14 zur Einstellung seines Ventilspaltes ausgerüstet.
Die Zünd- quelle 11 besteht aus einem Glühdraht, wel cher von dem metallischen., in der Achse des Rohres 1 liegenden, als elektrische Ab- oder Zuleitung dienenden Stift 15 getragen wird, während die elektrische Zu- oder Ableitung 16 des Glühdrahtes in gut zentrierten Schrau benwindungen um diesen, von der Einlass,
sehe des 1VIisehrohmes her bis in das Rohr stück 10a ragenden Stift 15 herumgeführt. ist und aus einem Widerstandsdraht besteht, der sich bei der elektrischen Aufheizung des Glühdrahtes 11 auf etwa 100-200 C er wärmt.
Zur sicheren Zentrierung -ist an dem Isolierstück 17 eine metallische Zentrierspinne 18 vorgesehen, deren Stege an der Wand des Eintrittsteils des Rohrstückes 10 anliegen und durch ihre Wärmeableitung gleichzeitig .die Verbrennungszone nach hinten begrenzen.
Der Schalldämpfer (4, 5) ist in Fig. 4 nicht dar gestellt, hingegen ist in ihr noch eine Vorrich tung 14 gezeigt, mittels welcher der Ventil spalt des Lufteinlassventils eingestellt werden kann.
Der in Fig. 5 wiedergegebene Brenner be sitzt einen Gemischleitungsteil 1a, der seitlich an den Gemisehleitungsteil 1b,<B>10e,</B> angeschlos sen ist und dessen in einer Ebene mit dem an die Kammer 2 anschliessenden Teil :des Abgasrohres 3 verlaufender, ausserhalb der Resonatorkammer 2 befindlicher Teil 21 mit diesem Abgasrohr 3 durch eine einge schweisste, massive Kupferbrücke 20 in Wärmeaustausch steht.
Die Zone a. des Rohrstückes 1a wird hierdurch auf etwa 250 bis 500 C aufgeheizt, während die Umgebung des Ventils 6 praktisch kalt bleibt. Um die Entfernung etwaiger Verkokungsnieder- sehläge zLi erleichtern, welche nur in :der Zone a entstehen können, ist das Rohr- stück 21 mit einem seitlichen Reinigungskanal ausgerüstet, den die Schraube 19 verschliesst. Die Zündquelle 11 ist entsprechend Fig. 4 ausgebildet und bezeichnet.
Schwingbrenner der beschriebenen Art können mit so grossem Luftüberschuss Betre ben werden, dass auch für hoch siedende Brennstoffe eine russfreie Verbrennung ge währleistet ist, bei der die Abgase keine mit dem Auge erkennbaren Rückstände mehr ent halten.
Der Wärmeübergang vom Resonator (2, 3) auf das Wasserbad (13) ist trotz der relativ kleinen Wärmeaustausehfläche so gün stig, dass sich die Differenz zwischen der Tem peratur der Abgase und der Temperatur des beheizten Mediums (Wasserbad 13) .auf -etwa 30 C herabdrücken lässt. Die Geräte arbeiten also wärmetechnisch ungewöhnlich günstig und lassen sich zu Beheizun;gen aller Art ver wenden.
Weiterhin zeichnen sich die erläuterten Schwingbrennerdurchaussergewöhnliche Start willigkeit und Stabilität des Schwingungs zustandes aus. Brenner gemäss Fig. 4 lassen sich nach elektrischer Aufheizung der Teile 11 und 16 bei Aussentemperaturen bis zu - 50 C herunter mühelos starten und sind daher besonders zum Anwärmen von Fahr zeugmotoren geeignet. Brenner gemäss Fig. 5 werden zweckmässig zunächst mit Benzin an gelassen Lmd erst nach ausreichender Erwär mung auf Dieselölbetrieb umgeschaltet.
Die geeignetste Betriebsfrequenz für die erfindungsgemässen Schwingbrenner, auf wel- ehe der Resonator (2, 3) abzustimmen ist, liegt bei etwa 50-100 Hz. Während die bis her bekannten Schwingbrenner meist schon beim Ausfall einer einzigen Verpuffung aus setzten und neu gestartet werden mussten, ist das frequenzbestimmende System (2, 3) der erläuterten Brenner so wenig gedämpft, dass die Schwingung sieh sogar nach einem zu fälligen Aussetzen von drei bis vier Verpuf fungen sofort wieder aufschaukelt.
Hierauf ist .die hohe Betriebssicherheit dieser neuen Schwingbrenner zurückzuführen.
Vibrating burners, in particular for heating purposes. The so-called. Oscillating burners are known to consist of an acoustic resonator, which periodically sucks in a combustion mixture in the cycle of its natural frequency and then causes it to deflagrate. They gained their first technical importance as a recoil drive for aircraft and the like and mostly had the shape of a tube open on one side,
at its closed end the inlet valves for air and fuel as well as the ignition source (spark plug, glow element or the like) were located, and from its open end the oscillating exhaust gas jet emerged with considerable flow energy (cf. P. Schmidt, 1950, VDI magazine, volume 92 , Pages 393-399).
In recent times, such vibrating burners have become increasingly important for heating purposes. This creates the need to improve their thermal efficiency at the expense of the aerodynamic efficiency and reduce the level of noise.
Of course, this requires a reduction in the peak pressures, the acoustic oscillation process and must therefore endanger the stability of the oscillation in an oscillating tube of the previously usual type.
It is best to use a resonator for heating purposes, the chamber of which has a cross section several times larger than the neck of the resonator, as this increases the heat transfer on the one hand and the ela-elastic element of the vibration system on the other.
Furthermore, a mixture line is expediently provided for the entry of the combustion mixture, which opens into the chamber of this resonator and into which on the one hand the fuel and on the other hand, via a check valve, the combustion air is introduced, which allows the combustion gases to escape via this mixture line prevented.
The invention relates to an improvement for oscillating burners of the type mentioned, which is characterized in that the mixture line mentioned runs only partially outside the chamber of the resonator, the air and fuel inlet being connected to the part of this mixture line located outside the resonator chamber , while its open end piece has the shape of a piece of pipe protruding freely into the resonator chamber.
In this way, it can be achieved that the combustion takes place essentially within the pipe section mentioned, which protrudes freely into the resonator chamber and is therefore surrounded by the hot gas content of this chamber, and which in this case consists of its,
Orifice outflowing plugs of burning gases like a piston pushes the oscillation of the resonator. In this case, the resonator is evidently excited in a particularly effective manner and the fresh mixture is already burned before it has mixed with the combustion gases from the preceding combustion that have remained in the resonator chamber.
These combustion conditions are obtained in: a particularly pure form if the volume enclosed by the mentioned end piece of the mixture line protruding into the resonator chamber is selected to be approximately equal to the volume of the gas that is deflagrated in the individual combustion cycle.
This can. You can achieve that the fresh mixture is pushed forward step by step through the mixture line and thereby gradually warmed up, whereby only a limited plug of mixture enters the heated end piece of the mixture line - possibly to the red heat - and there after a corresponding ignition delay to deflagration comes.
When using liquid fuel, the deflagration flame does not strike the rear part of the mixture line if you ensure that the fuel has not yet evaporated there and is therefore still ignitable.
When using gaseous fuels, you can prevent the flashback of the flame in the rear part of the mixture line by wärmeablei tend - internals between this part and said piece of pipe. In; In both cases, the non-return valve remains protected from the deflagration flame and can be made of leather, rubber, plastic or the like in a form that allows the valve resistance to be set precisely.
The above-mentioned protection of the rear part of the mixture line and: the valve by means of heat-dissipating internals is also advisable when using liquid fuels, as this reduces the build-up of combustion residues.
The pressure surge of the deflagration, which is transferred to the fresh combustion mixture in the mixture line, has an advantageous effect; because it improves the mechanical preparation of the fuel mixture through eddy formation.
This effect can be further increased by vortex-forming installations in the mixture line or by connecting the non-return valve to this line on the side.
The invention is explained below with reference to the drawings of some Ausführungsbei play. 1 shows the mode of operation of a vibratory burner in accordance with the invention on the basis of a schematic representation of its elements, FIG. 2 shows the section of the mixing tube of this burner along line II-II in FIG.
3 shows three different embodiments for the outlet end piece of the mixture line, FIG. 4 shows the sectional side view of a burner for gasoline operation and FIG. 5 shows the essential parts of a burner for diesel oil operation.
According to FIG. 1, the mixture pipe 1 ends in a pipe section 10 which protrudes freely into the chamber 2 of a Helmholtz resonator. This consists of: the mentioned chamber 2 and the exhaust pipe 3 serving as a resonator neck. The latter opens into a silencer, which is formed by a chamber 4 and an exhaust pipe 5.
On the left of the mixture pipe 1, just before its closed end, a non-return valve 6 is attached to the side, which controls the Brennllüt- supply. Furthermore, the fuel nozzle B fed from the carburetor 7 opens into the mixture pipe 1. It can be seen that the air and fuel inlet zone of the mixture pipe lies outside the resonator chamber 2.
The protruding into the chamber 2 end piece 10 of the mixture pipe 1 is in operation outside all around by the hot gases from the combustion, so that its wall is very hot. It is separated from the rear, air-cooled part of the mixture tube 1 by an inserted tube bundle 9 (see FIG. 2). The latter extends as far as the connection plane of the end piece 10 protruding into the chamber 2.
The glow wire 11, which protrudes approximately 1-2 cm into the outlet end of the pipe section 10, serves as the ignition source. A nozzle 12 is used to start it, through which air can be blown into the mixture pipe 1 by means of a small hand or electric pump.
The mode of operation is as follows. As soon as the electrically heated filament 11 is warm, air is blown in via the starting nozzle 12, which is saturated with fuel at the nozzle 8 and flows through the tube bundle 9 to the right. When this fuel mixture reaches the glow wire 11, it explodes and there is a pressure surge in the mixture pipe 1, which is not let through by the valve 6 and the resonator 2,
3 stimulates vibration in its natural frequency. The. Heat dissipation through the tube bundle 9 has the effect that only the mixture plug P1 that has reached the end piece 10 burns, while the im. Tube bundle 9 and in the rear part of the mixture tube 1. The mixture plug P2 located in the flame is not captured, but only subjected to limited heating and compression and swirling, which improve its processing.
In the course of the initiated oscillation, the aforementioned pressure surge is followed within the chamber 2 by a negative pressure phase in which the remains of the burnt gas plug P1 are sucked out of the pipe section 10. Equal; This negative pressure is timely via the Ge mixing tube 1 on the check valve 6 and the fuel nozzle. 8 transferred.
The flow resistance of the non-return valve 6 and its connection to the pipe section 10 is set so that only a mixture volume is sucked in when at operating temperature, which corresponds to the volume of the gas plug P1 and thus that of the pipe section 10.
This fresh fuel mixture then pushes the already prepared mixture plug P2 into the position of plug P1, so that the mixture plug P2 now fills the pipe section 10 and is ignited there after a short dwell time on the glow wire 11. The next deflagration then follows.
Since only a relatively small mixture, limited in both directions by gas cushions, burns with each individual deflagration, the deflagrations are very soft and transfer their heat of combustion to a much larger volume. Therefore, an approximately sinusoidal, extremely stable oscillation occurs in the resonator 2, 3 and a;
very favorable heat transfer from the hot gases to the walls of this resonator.
In order to maintain the oscillation process, it is of course of decisive importance that the ignition of the mixed plug P1 is as correctly phased as possible: that is, takes place at the moment when the gas plug swinging back in the exhaust pipe 3 hits the top dead center of the acoustic. Compression. got to.
It has been shown that the in-phase ignition can be enforced by expanding the pipe section 10 at least in the vicinity of the ignition source 11 in a suitable manner so that the during:
the vacuum phase sucked in from the rear part of the pipe 1, the wall of the Rahrstückes 10 stroking and thereby heating fuel mixture (Pfrop fen Pl) initially. the ignition source 11 flows past Lich,
in order to back up against this ignition source only during the acoustic overpressure phase by the gas plug swinging in the exhaust pipe 3. Only then does the ignition take place.
Fig. 3 shows various embodiments of the pipe section 10 adapted for this purpose. The position of the ignition source 11 is marked by an asterisk, and the flow of the combustion mixture during the course of the resonator chamber 2, the transition from acoustic negative pressure to acoustic positive pressure is indicated by arrows indicated. The tube piece 10a shown in Fig. 3: a expands towards the outlet end in the shape of a funnel.
The pipe section 10b presented in Fig. 3b expands from the rear. Part of the tube 1 from conical, -tun then to form a cylindrical chamber, while according to Fig. 3c the conically attached to the rear part of the tube 1 pot 10c is still equipped with a conical constriction at the outlet end, which contributes,
to divert the flow in the desired sense. The installation of the ignition source 11 within the pipe section 10 is not only important for the creation of the correct phase ignition, but also ensures that the combustion heat generated during the deflagration keeps the igniter 11 glowing so that it is only heated electrically for start-up needs to become.
The heat of combustion also keeps the wall of the pipe section 10 at a temperature of a few hundred degrees Celsius, so that the fresh mixture is also thermally well prepared immediately before ignition.
In contrast, the rear part of the mixture pipe 1 and the pipe bundle 9 remain practically cold under the cooling influence of the outside air and - when using liquid fuel - also due to the influence of the internal fuel evaporation, i.e. at a temperature of around 50 when running on gasoline -70 C. When operating with high-boiling fuels such. B.
Diesel oil, the middle part of the mixture pipe 1 or the mixing line is expediently exchanged with the exhaust pipe 3 in order to increase its temperature to about 250-500 C and to ensure the correct preparation of the fuel mixture.
In practice, it has proven to be more expedient to insert the incandescent body 11 from behind through the mixture 1 into the pipe piece 10 in order to move the sealing thread of the support stem of the incandescent body into as cool a zone as possible. In this case, this stem can be used as a damping element for the mixture pipe 1 and to replace the raw bundle 9.
The stem mentioned, however, must be designed strictly symmetrical and centered very precisely so that the oscillation of the gas plugs Pi, P2 in the mixture pipe 1 maintains the character of an uncanted piston oscillation, as ensured by the tube bundle 9.
It is best to give the handle the shape of a pencil, which is surrounded by a precisely centered heating coil which is in series with the filament and therefore also heats up when the filament is electrically heated. Because in this way the desired attenuator is used at the same time to achieve an improved preparation of the starting mixture and thus a start at any outside temperature possible.
The section of such a device is shown in FIG. 4. The same parts are denoted by the same reference numerals as in FIG.
The exhaust pipe 3, which serves as the resonator neck, is attached to the side of the chamber 2 to avoid direct exposure to the deflagration flame. It is within the water jacket to be heated vessel 13 with inlet connection W, and out running connection ylr2 in helical Win connections around the resonator chamber 2 out.
At the top. Part of the tube 1 is joined by the conical piece 10a of this tube, which is located within the chamber 2 and widens towards the front. The blowback valve 6 is equipped with an adjusting knob 14 for adjusting its valve gap.
The ignition source 11 consists of a glow wire which is carried by the metallic pin 15, which is located in the axis of the tube 1 and serves as an electrical outlet or supply line, while the electrical inlet or outlet line 16 of the glow wire is well centered Screw threads around this, from the inlet,
see the 1VIisehrohmes her up in the pipe piece 10a protruding pin 15 led around. is and consists of a resistance wire that warms up when the filament 11 is electrically heated to about 100-200 C.
For safe centering, a metallic centering spider 18 is provided on the insulating piece 17, the webs of which rest on the wall of the inlet part of the pipe section 10 and at the same time limit the combustion zone to the rear by dissipating heat.
The muffler (4, 5) is not shown in Fig. 4, however, a Vorrich device 14 is shown in it, by means of which the valve gap of the air inlet valve can be adjusted.
The burner shown in Fig. 5 be seated a mixture line part 1a, which is connected to the side of the mixture line part 1b, <B> 10e, </B> and its in a plane with the part adjoining the chamber 2: the exhaust pipe 3 , Part 21 located outside the resonator chamber 2 is in heat exchange with this exhaust pipe 3 through a welded, solid copper bridge 20.
The zone a. of the pipe section 1a is thereby heated to about 250 to 500 C, while the area around the valve 6 remains practically cold. In order to facilitate the removal of any coking deposits zLi, which can only arise in zone a, the pipe section 21 is equipped with a lateral cleaning channel which the screw 19 closes. The ignition source 11 is designed and labeled in accordance with FIG. 4.
Orbital burners of the type described can be operated with such a large excess of air that soot-free combustion is guaranteed even for high-boiling fuels, in which the exhaust gases no longer contain residues that can be seen with the eye.
The heat transfer from the resonator (2, 3) to the water bath (13) is so favorable, despite the relatively small heat exchange area, that the difference between the temperature of the exhaust gases and the temperature of the heated medium (water bath 13) is around 30 C press down. In terms of heat, the devices work unusually inexpensively and can be used for all types of heating.
Furthermore, the vibrating burners explained are characterized by their exceptional startability and stability of the vibration state. Burners according to FIG. 4 can be easily started after electrical heating of the parts 11 and 16 at outside temperatures down to -50 C and are therefore particularly suitable for heating vehicle engines. Burner according to FIG. 5 are expediently initially left on with gasoline and switched to diesel oil operation only after sufficient heating.
The most suitable operating frequency for the oscillating burners according to the invention, to which the resonator (2, 3) is to be tuned, is around 50-100 Hz. While the oscillating burners known up to now usually cut out and had to be restarted when a single deflagration failed , the frequency-determining system (2, 3) of the burner explained is so little damped that the oscillation immediately starts to rock again even after three to four deflagrations have been stopped.
The high operational reliability of these new oscillating burners is due to this.