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Brenner mit getrennter Zuleitung von Brennstoff und Luft Die Erfindung
bezieht sich auf einen Brenner mit getrennter Zuleitung von Brennstoff und Luft,
der aus einer axialen Brennstoffzuführung sowie einer im Luftstrom stehenden Kalotte
besteht, die mehrere Luftdurchlaßöffnungen und eine zentrale Öffnung für den Brennstoffeintritt
hat und mittels radialer Rippen am Brennerrohr befestigt ist.
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Gemäß der Erfindung sind die Anzahl der Rippen und ihre Breite an
der Austrittsseite so groß, daß im Verhältnis zur Rippenbreite schmale Luftdurchlässe
frei bleiben, so daß zwischen je zwei aus den Luftdurchlässen ausströmenden Luftstrahlen
j e ein an die aus der Kalotte strömenden Flammen angrenzender Zwischenraum entsteht,
in welchem sich feststehende Luftwirbel bilden. Hierbei liegen die Austrittskanten
der Rippen an einer gedachten Kegelfläche, deren Spitze dem Strömungssinn entgegengerichtet
ist, so daß die zwischen den Rippen austretenden Luftstrahlen schräg von der Seite
in die aus der Kalotte strömende Flamme eindringen. Die Rippen an der angeströmten
Seite sind schmaler als an der Austrittsseite und vorzugsweise abgerundet, so daß
sich der Querschnitt der Luftdurchlässe in Strömungsrichtung verjüngt. Die Oberfläche
der Rippen ist an der Austrittsseite konkav .gewölbt, und die Austrittskanten sind
scharf. Der Ouerschnitt des an die Luftdurchlässe zwischen den Rippen anschließenden
Brennerrohres erweitert sich.
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Eine derartige Anordnung ergibt eine besonders hohe Verbrennungsintensität.
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Die Menge der Wärme per Einheit der Oberfläche des Schnittes der Kammer
ist dem Volumen des Verbrennungsgases proportional, d. h. dem Produkt aus der Geschwindigkeit
der Verbrennung und der totalen Oberfläche der Front der Flamme. Die Erhöhung der
Intensität der Verbrennung kann also einesteils durch eine Vergrößerung der Oberfläche
der Front der Flamme und anderenteils durch eine Vergrößerung der Geschwindigkeit
der Verbrennung erreicht werden.
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Hierzu erzielt die durch die zwischen den Rippen befindlichen Öffnungen
fließende Sekundärluft in dem Gasfluß eine ungestüme Bewegung in Form von abwechselnden
Wirbeln. Infolgedessen hat die Oberfläche der Front der Flamme nicht mehr die Form
einer Scheibe, die den Schnitt der Kammer geometrisch gleich ist, noch die eines
die Wände der Kammer verbindenden Zylinders, sondern eine unregelmäßige Oberfläche
mit Wellen und durch die Wirbel erzeugte Streifen, wodurch sich eine sehr große
Oberfläche ergibt.
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Andererseits vermindert die energische Vorerhitzung der Verbrennungsmischung
durch die Wände der Kalotte die Zeit der Verdampfung der Tröpfchen des Brennstoffes,
die Zeitdauer des Anheizens sowie die Zeit der Verbrennung. Hierdurch wird die Geschwindigkeit
der Verbrennung erhöht, die Dauer der Flamme vermindert, und infolgedessen kann
das Volumen der für die Verbrennung notwendigen Kammer gleichzeitig vermindert werden.
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Die Kalotte und die Rippen sind vorteilhaft auf einem Rohr aus feuerfestem
Material angeordnet, welches an seinem oberen Teil vorzugsweise einen Hals besitzt,
der im wesentlichen auf der Ebene der Basis der Rippen verläuft.
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Es ist bereits ein Zerstäubungsbrenner für flüssigen Brennstoff bekannt,
welchem Gebläseluft mittels eines die Brennstoffdüse umgebenden Rohres zugeführt
wird. Hierbei ist ein röhrenförmiges, zwischen Düsenrohr und Luftrohr eingeschobenes
Organ vorgesehen, das den Luftstrom in zwei Teilluftströme teilt. Die äußeren Rippen
sind so angeordnet, daß sie der Luft eine schraubenförmige Bewegung um die Achse
der Verbrennungskammer erteilen.
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Demgegenüber wird bei der Erfindung eine wesentliche fortschrittliche
Wirkung erreicht, denn durch die Breite der Rippen im Verhältnis zur Breite der
zwischen ihnen frei bleibenden Luftschlitze wird bewirkt, daß der außen an der Kalotte
vorbeiströmende Luftteilstrom in einzelne Luftstrahlen geteilt wird, die vorzugsweise
schräg von der Seite in den aus der Kalotte kommenden Flammenkern eindringen, und
daß zugleich zwischen den Luftstrahlen stehende Wirbelfelder entstehen, die den
Flammenkern berühren. Dadurch entsteht eine zweifache Mischwirkung, nämlich das
Eindringen der Luftstrahlen in
den Flammenkern und das Einströmen
von Randschichten des Flammenkernes in die Wirbelfelder.
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Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt. Es zeigt Fig. 1 einen axialen Schnitt durch den Brenner, Fig. 3 eine
perspektivische Ansicht der Kalotte und der Rippen und Fig. 2 einen Längsschnitt
durch die Rippen.
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Wie in den Zeichnungen dargestellt ist, besteht der Brenner aus einer
halbkugeligen und paraboloiden Kalotte 1, welche an ihrem Scheitelpunkt mit einer
Öffnung 2 in Form eines konvergierenden Rohres versehen ist. An den Seitenwänden
sind mehrere Reihen kalibrierter und von außen nach innen abgekanteter Löcher 3,
4, 5 vorgesehen.
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Auf der Oberfläche der Kalotte befinden sich radiale Rippen 6, welche
mit ihrem inneren Rand mit der Kalotte 1 und mit dem äußeren Rand durch einen konischen
Ring 7 verbunden sind. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, besitzen die Rippen 6 im
Schnitt die Form eines verlängerten Dreiecks, deren Winkel im Scheitelpunkt 8 abgerundet
ist und deren beide Winkel an der Basis 9 und 10 spitz verlaufen. Zwischen den Rippen
sind Öffnungen 11 für die Zufuhr von Hilfsluft vorgesehen. Die Rippen und die Kalotte
sind über einem Ring 7 auf einem Rohr 12 aus feuerfestem Material angeordnet, welches
an seinem oberen Teil einen Hals 13 besitzt, der im wesentlichen auf der Ebene der
Basis der Rippen 6 verläuft. Über der Kalotte 1 befindet sich ein Injektor 14 für
den Brennstoff und eine Zündkerze 15.
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Die Wirkungsweise ist wie folgt: Die Verbrennungsluft dringt durch
das Rohr 2 und die Öffnungen 3, 4, 5 teilweise in die Kalotte und teilweise durch
die Öffnungen 11 zwischen den Rippen 6 ein. Die in die Kalotte durch das Rohr 2
einströmende Luft erhält den Brennstoff vom Injektor 14 im zerstaubten Zustand.
Die gebildete Brennstoffmischung wird durch die Zündkerzen 15 außen an der Kammer
entzündet, d. h. in einer nicht geblasenen Zone. Wenn aber die Geschwindigkeit der
Mischung quer zum Rohr genügend groß ist, kann die Flamme nicht zur Nase des Injektors
wieder hinaufsteigen. Auf diese Art und Weise befinden sich der Injektor und die
Kerze außerhalb der Kammer und infolgedessen dicht über der Flamme. Die Brennstoffmischung
bildet in der Kalotte ringförmige Wirbel 16, die ein Vermischen der reinen Brennstoffmischung
mit der schon gezündeten Brennstoffmischung sichern. Die durch die Öffnungen 11
in das Rohr 12 eindringende Luft bildet abwechselnde Wirbel 17. Infolge dieser
Wirbel stabilisiert sich die Front der Flamme und bleibt hinter den Rippen hängen.
Die Verbrennung verläuft alsdann in dem feuerfesten Rohr 12, dessen Wände auf hohe
Temperatur gebracht werden. Die von den Wänden erfolgende intensive Rückstrahlung
beschleunigt erheblieh den Verbrennungsprozeß derart, daß die Verbrennung vollkommen
beendet ist, wenn die Gase das Rohr verlassen. Die radialen Rippen selbst vermitteln
im übrigen den Wechsel der Hitze, wobei ihre großen Seitenflächen 18,19 durch
die Frischluft bestrichen werden, obgleich ihre kleine Fläche 20, welche vorzugsweise
konkav ist, der Bestrahlung der Flamme ausgesetzt ist. Die von der Kalotte 1 erhaltene
Hitze wird im übrigen den Rippen durch die Leitfähigkeit übertragen. Die Kalotte
1 und die Rippen werden also gleichzeitig durch die Verbrennungsluft genügend abgekühlt.