DE1253851B - Einrichtung an einem Heizkessel mit einer mit pulsierender Verbrennung arbeitenden Brennkammer - Google Patents

Einrichtung an einem Heizkessel mit einer mit pulsierender Verbrennung arbeitenden Brennkammer

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DE1253851B
DE1253851B DEA26151A DEA0026151A DE1253851B DE 1253851 B DE1253851 B DE 1253851B DE A26151 A DEA26151 A DE A26151A DE A0026151 A DEA0026151 A DE A0026151A DE 1253851 B DE1253851 B DE 1253851B
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DE
Germany
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combustion chamber
fuel
combustion
air
boiler
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Application number
DEA26151A
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English (en)
Inventor
John Anders Rydberg
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Gustavsbergs Fabriker AB
Original Assignee
Gustavsbergs Fabriker AB
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C15/00Apparatus in which combustion takes place in pulses influenced by acoustic resonance in a gas mass
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H9/00Details
    • F24H9/18Arrangement or mounting of grates or heating means
    • F24H9/1809Arrangement or mounting of grates or heating means for water heaters
    • F24H9/1832Arrangement or mounting of combustion heating means, e.g. grates or burners
    • F24H9/1836Arrangement or mounting of combustion heating means, e.g. grates or burners using fluid fuel

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  • Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)

Description

  • Einrichtung an einem Heizkessel mit einer mit pulsierender Verbrennung arbeitenden Brennkammer Die Erfindung betrifft eine Einrichtung an einem Heizkessel mit einer mit pulsierender Verbrennung arbeitenden Brennkammer, die eine unmittelbar in die Brennkammer mündende Düse zur Zufuhr von vorzugsweise flüssigem Brennstoff, getrennt von der Brennstoffdüse angeordnete, mit selbsttätig wirkenden Rückschlagventilen versehene Öffnungen für die Zufuhr von Luft unter atmosphärischem Druck sowie eine als Wärmeübertrager ausgebildete Abgasleitung aufweist.
  • Bei bekannten Brennkammern dieser Art wird die Frequenz der pulsierenden Verbrennung durch die Resonanzfrequenz der gesamten Anlage erzeugt. Das verbrennungsfähige Gemisch entsteht hierbei dadurch, daß frische Luft von Atmosphärendruck durch den von den ausströmenden Verbrennungsprodukten erzeugten Unterdruck in die Brennkammer hineingesaugt wird, während der Brennstoff getrennt von der Verbrennungsluft zugeführt wird. Derartige Resonanzfrequenzanlagen haben den Vorteil eines einfachen konstruktiven Aufbaus, und zwar hauptsächlich wegen ihrer automatisch wirkenden Rückschlagventile bzw. Rückströmdrosseln in den Luftzufuhröffnungen und wegen der bei ihnen in Fortfall kommenden Luftverdichter. Die Resonanzfrequenz hängt nun aber von vielen, im einzelnen nicht genau genug zu erfassenden Faktoren ab, so daß es im allgemeinen nicht möglich ist, die Resonanzfrequenz im voraus festzulegen. Daher kommt es dabei zu derartigen Schallfrequenzen, die eine unzulässige Lärmbelästigung bilden, so daß die Anwendung dieser Brennkammern in Dampfheizkesseln und dergleichen Anlagen trotz der damit erzielbaren hohen Gasgeschwindigkeiten und der diesen entsprechenden beträchtlichen Wärmeübergangszahlen stark eingeschränkt ist.
  • Bei anderen bekannten Brennkammern ist es gelungen, die Pulsationsfrequenz der Verbrennung von der Resonanzfrequenz der Brennkammer dadurch unabhängig zu machen, daß ein gasförmiger oder vergaster Brennstoff mit Verbrennungsluft gemischt über ein mit einstellbarer Geschwindigkeit umlaufendes Drehschieberventil in die Brennkammer eingebracht wird. Diese Mischung hat ein verhältnismäßig großes Volumen, weshalb die Einführung derselben in die Brennkammer sich über eine vergleichsweise lange Zeitperiode erstrecken muß. Man erhält somit nur eine allmähliche Verbrennung unter mäßiger Drucksteigerung und dadurch auch nur niedrigere Gasgeschwindigkeiten, die einen Rückgang der Wärmeübergangszahlen zur Folge haben. Auch weist das zum Betrieb dieser Anlage erforderliche, mechanisch angetriebene Ventil erfahrungsgemäß eine beträchtliche Störanfälligkeit auf. Das Abgasrohr der Verbrennungskammer hat dabei eine Luftkühlung und scheidet somit für die unmittelbare Wärmeübertragung an das Kesselspeisewasser aus.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkammer der einleitend beschriebenen Art zu schaffen, die die Nachteile der bekannten Ausführungen nicht aufweist und insbesondere bei kleinen Abmessungen und einfachem Aufbau eine hohe Wärmeübertragung gestattet, wobei die Pulsationsfrequenzen unabhängig von der Resonanzfrequenz der Brennkammer so gewählt werden können, daß durch den Betrieb der Brennkammer keine unzulässige Geräuschbelästigung eintritt, durch die deren Verwendung in Heizungsanlagen eingeschränkt wäre. All das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Brennstoffdüse eine den Brennstoff der Brennkammer absatzweise mit einer einstellbaren Frequenz von weniger als 50 Perioden pro Sekunde zuführende Brennstoffpumpe vorgeschaltet ist, wobei der Brennstoff der Brennkammer während so langer Perioden zugeführt wird, daß der Brennstoff gezündet und die Verbrennung in Gang gesetzt wird, ehe die vom Schwingsystem bestimmte Periode beendet ist, und die Brennkammer mit anschließender, mehrfach gewundener, als Kanal von engem Querschnitt und großer Länge ausgebildeten Abgasleitung von dem Heizkesselwasser umgeben ist. Für die mit dieser Einrichtung einstellbaren niedrigen Frequenzen ist das menschliche Ohr bedeutend weniger empfindlich als für höhere Frequenzen. Da die Abgasgeschwindigkeit sehr hoch ist, kann die Brennkammer mit hoher Wärmebelastung betrieben und daher klein ausgeführt werden. Infolge der zwangläufig gesteuerten absatzweisen Brennstoffzufuhr läßt sich außerdem bei niedrigen Frequenzen die Dauer der Verbrennungsperioden durch entsprechende Wahl der Dauer der Brennstoffzufuhrperioden verlängern. Eine ausgeprägte Explosion der Brennstoffe kann deshalb in der Kammer nicht eintreten.
  • Vorteilhaft ist die Fördermenge der Brennstoffpumpe bei gleicher Frequenz veränderbar. Damit läßt sich zusätzlich auch noch die Lautstärke der einzelnen Brennstoffverpuffungen auf solche Werte herabsetzen, die unter dem Gesichtspunkt der Lärmentwicklung als zulässig anzusehen sind. Zweckmäßig wird daher als Brennstoffpumpe eine Kolbenpumpe mit veränderlicher Drehzahl und mit veränderlicher wirksamer Hubhöhe verwendet. Insgesamt verläuft hierbei der Verbrennungsablauf wesentlich stabiler als bei einer kontinuierlichen Brennstoffzufuhr, bei der die Explosionen von der absatzweisen Luftzufuhr abhängig sind, die sich ergibt, wenn die Vorrichtung mit ihrer Eigenfrequenz arbeitet. Das liegt daran, daß bei der praktischen Verbrennung stets mit Überschußluft gearbeitet werden muß und sich bei der kontinuierlichen Brennstoffzufuhr ein zeitlich veränderliches Brennstoff-Luft-Verhältnis einstellt, während durch die absatzweise Brennstoffzufuhr der gesamte Verbrennungsablauf mit einem voreinstellbaren Luftüberschußfaktor abläuft. Damit erreicht man einerseits eine vollständigere und somit auch wirtschaftlichere Verbrennung, während andererseits die Voraussetzungen für die Regelungsmöglichkeit und für die Ingangsetzung der Brennkammer verbessert werden. Der konstruktiv einfache Aufbau der neuen Brennkammer gestattet deren wirtschaftliche Fertigung und deren mit wenig Wartungsaufwand verbundenen Betrieb.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
  • Eine Brennkammer 1 hat eine Brennstoffdüse 2, die Brennstoff absatzweise von einer Pumpe 3 erhält, die beispielsweise in derselben Weise ausgebildet sein kann wie eine Pumpe für Dieselmotoren. Die Brennkammer 1 hat Lufteinlaßöffnungen 4, die durch Rückschlagventile 5 geregelt werden und an den Enden kurzer Rohrstutzen 6 liegen. Eine elektrische Zündvorrichtung ist bei 7 angedeutet.
  • An die Brennkammer 1 schließt sich ein einziger, verhältnismäßig langer Auslaßkanal 8 an, der schlangenförmig gebogen ist, wobei vor jeder Krümmung ein Diffusor 9 vorgesehen ist zwecks Verminderung der Geschwindigkeit und der Verluste in den Krümmungen. Auch am Ende des Auslaßkanals 8 ist ein Diffusor 10 angebracht.
  • Die Brennkammer 1 und der Auslaßkanal 8 sind von einem Mantel 11 umgeben, der mit Wasser für Heizzwecke oder Dampferzeugung gefüllt sein kann.
  • Die beschriebene Vorrichtung arbeitet in folgender Weise.
  • Ein durch die Düse 2 eingespritzter zerstäubter Brennstoffstrahl mischt sich mit der in der Brennkammer 1 befindlichen Luft und wird mehr oder weniger explosionsartig entzündet, wodurch sich der Druck in der Kammer 1 erhöht. Infolgedessen werden die Rückschlagventile 5 geschlossen und die Abgase mit großer Geschwindigkeit durch den Auslaßkanal8 ausgetrieben. Infolge der lebendigen Kraft der ausströmenden Gasmasse ergibt sich sehr schnell eine Saugwirkung, die in der Brennkammer 1 einen Unterdruck hervorruft. Frischluft strömt dabei mit großer Geschwindigkeit durch die Rückschlagventile 5 in die Brennkammer hinein, und nach Zufuhr einer weiteren Brennstoffmenge durch die Pumpe 3 wiederholt sich der beschriebene Verlauf. Nach einer Weile steigt die Temperatur in der vorzugsweise mit feuerfesten Ziegeln od. dgl. bekleideten Brennkammer 1 so weit an, daß das Brennstoff-Luft-Gemisch sich selbst ohne Zuhilfenahme der elektrischen Zündvorrichtung 7 entzündet.
  • Aus dem oben Gesagten ist ersichtlich, daß die Frequenz der absatzweisen Verbrennung durch die Drehzahl der Pumpe 3 bestimmt ist. Diese Frequenz ist erfindungsgemäß verhältnismäßig niedrig und jedenfalls niedriger als 50 Perioden je Sekunde, so daß die Lautstärke der Vorrichtung annehmbare Werte hat, da wie gesagt die Empfindlichkeit des menschlichen Ohres für niedrige Frequenzen beträchtlich geringer ist als bei hohen Frequenzen. Durch Änderung der Drehzahl der Pumpe läßt sich die Frequenz ändern, und durch Änderung des wirksamen Pumphubes lassen sich die Dauer der Einspritzperiode und die eingespritzte Brennstoffmenge bei gleicher Frequenz ändern. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, bei Änderung der Leistung der Vorrichtung die Verhältnisse stets so anzupassen, daß sich das bestmögliche Ergebnis hinsichtlich der Lautstärke ergibt.
  • Obwohl in der Zeichnung nicht dargestellt, können Mittel vorgesehen sein, um die während jeder Ansaugperiode in die Brennkammer einströmende Luftmenge zu regeln. Diese Mittel können beispielsweise aus Drosseln od. dgl. für die Luft bestehen.
  • Wie aus der Zeichnung ersichtlich, sind die Rückschlagventile 5 am Ende der Rohrstutzen 6 in einem Abstand von der eigentlichen Verbrennungszone in der Brennkammer 1 angeordnet. Infolgedessen sind sie durch kalte Luftkissen in den Rohrstutzen verhältnismäßig gut geschützt, so daß sie nicht nennenswert erhitzt werden und nicht aus einem hochwertigen Baustoff bestehen zu brauchen. Sie können beispielsweise als Membranen aus Gummi, Kunststoff od. dgl. ausgebildet sein.
  • Zwecks Sicherstellung einer wirksamen Vermischung des Brennstoffes und der Luft können in den Rohrstutzen 6 Leitschaufeln od. dgl. vorgesehen sein, die die einströmende Luft in Drehung versetzen. Auch können die Rohrstutzen derart in die Brennkammer 1 einmünden, daß die Gase in der Kammer eine kreisende Bewegung erhalten. An Stelle der in der Mitte angeordneten Düse 2 können mehrere Düsen an verschiedenen Stellen vorgesehen sein, beispielsweise je eine Düse bei jedem Stutzen 6.
  • An Stelle der unmittelbar mit der Brennstoffdüse verbundenen Pumpe läßt sich eine unter Druck stehende Brennstoffquelle verwenden, wobei die absatzweise Brennstoffzufuhr durch ein selbsttätig oder maschinell angetriebenes, absatzweise arbeitendes Abschlußventil geregelt werden kann. Bei Verwendung einer Kolbenpumpe braucht diese natürlich nicht für so hohe Drücke ausgebildet zu sein wie eine Dieselmotorpumpe, sondern kann von einfacherer Bauart sein.

Claims (6)

  1. Patentansprüche: 1. Einrichtung an einem Heizkessel mit einer mit pulsierender Verbrennung arbeitenden Brennkammer, die eine unmittelbar in die Brennkammer mündende Düse zur Zufuhr von vorzugsweise flüssigem Brennstoff, getrennt von der Brennstoffdüse angeordnete, mit selbsttätig wirkenden Rückschlagventilen versehene Öffnungen für die Zufuhr von Luft unter atmosphärischem Druck sowie eine als Wärmeübertrager ausgebildete Abgasleitung aufweist, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß der Brennstoffdüse (2) eine den Brennstoff der Brennkammer (1) absatzweise mit einer einstellbaren Frequenz von weniger als 50 Perioden pro Sekunde zuführende Brennstoffpumpe (3) vorgeschaltet ist, wobei der Brennstoff der Brennkammer (1) während so langer Perioden zugeführt wird, daß der Brennstoff gezündet und die Verbrennung in Gang gesetzt wird, ehe die vom Schwingsystem bestimmte Periode beendet ist, und die Brennkammer (1) mit anschließender mehrfach gewundener, als Kanal von engem Querschnitt und großer Länge ausgebildeten Abgasleitung (8) von dem Heizkesselwasser umgeben ist.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördermenge der Brennstoffpumpe (3) bei gleicher Frequenz veränderbar ist.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Brennstoffpumpe (3) eine Kolbenpumpe mit veränderlicher Drehzahl und veränderlicher wirksamer Hublänge angeordnet ist.
  4. 4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschlagventile (5) an den Luftzufuhröffnungen (4) mit Abstand von der eigentlichen Verbrennungszone angeordnet sind.
  5. 5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch Mittel, z. B. Leitschaufeln, um die in die Brennkammer (1) eintretende Luft in Drehung zu versetzen.
  6. 6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasleitung bzw. -leitungen (8) vor ihren Krümmungen und: oder am Auslaßende diffusorförmig ausgebildet sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 541682, 833 548, 933 651; britische Patentschrift Nr. 706 352; USA.-Patentschrift Nr. 1974 177.
DEA26151A 1955-12-16 1956-12-06 Einrichtung an einem Heizkessel mit einer mit pulsierender Verbrennung arbeitenden Brennkammer Pending DE1253851B (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2404811A1 (fr) * 1977-10-03 1979-04-27 Motan Gmbh Dispositif de chauffage de liquides
WO1986007435A1 (fr) * 1985-06-12 1986-12-18 Georg Pletzer Foyer de chaudiere

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