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ölbrenner, insbesondere Haushaltsbrenner in Pistolenbrenner-Form
Die Erfindung betrifft einen ölbrenner, insbesondere einen Haushaltsbrenner in Pistolenbrenner-Form
mit einer Brenner düse für flüssigen Brennstoff im Endbereich des Gebläserohrs,
aus der konusförmig expandierende, feinverdüste Brennstoffpartikel in einen hochturbulenten
SuStstrom gelangen, der aus dem Gebläserohr ausströmt, Speziell betrifft die Erfindung
eine Anordnung, um die Effizienz der Verbrennung zu verbessern. Im allgemeinen wird
die Verbrennung dadurch gefördert, daß eine ideale Vermischung feinverteilter flüssiger
Brennstoffpartikel in einem buftstrom erzeugt wird. Dieses erfordert nicht nur eine
feine Unterteilung der Clpartikel sondern auch einen hohen Grad
Luftturbulenz
oder Vermischung, so daß die Partikel sofort, sowohl gleichmäßig als auch vollständig,
im Ixftst-rom verteilt werden.
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Diese ideale Vermisc-hung wird in einem größen Maß durch die vorliegende
Erfindung erreicht, indem in einem zylindrischen Gebläserohr Luft unter Druck, axial
durch dieses stromend, in einer Reihe ringförmig angeordneter, einzelner Strahlen
bewegt wird, wobei die einzelnen Strahlen an der Innenfläche des Gebläserohres entlangströmen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ölbrenner, insbesondere Haushaltsbrenner
in Pistolenbrennerform zu schaffen, bei dem eine idealere Vermischung der Brennerluft
mit dem verdüsten Brennstoff erreicht wird.
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In Lösung der gestellten Aufgabe ist ein Ölbrenner, insbesondere Haushaltsbreener
in Pistolenbrennerform, mit einem zylindrischen Gebläserohr, das stetig mit Druckluft
beaufschlagt ist, mit einer Brennerdüse, die koaxial im stromabseitigen Bereich
des Gebläserohrendes angeordnet ist und der flüssiger Brennstoff zugeführt wird
um ein vorbestimmtes Sprühbild stark verdunster Brennstoff°Partikel zu erhalten
und mit einer Einrichtung zur Zündung des Brennstoffes geschaffen worden, der dadurch
gekennzeichnet ist, daß eine kreisförmige Luftleitblech-Einrichtung, die sich quer
durch das Gebläserohr im stromaufseitigen Bereich bezüglich der Brennerdüse erstreckt,
vorgesehen ist, daß zudl die Luftleitblech-Einrichtung separate kreisförmige Luftleitbleche
aufweist, die einen Außendurchmesser haben, der im wesentlichen dem Innendurchmesser
des Gebläserohres entspricht, wobei die Ijuftleitbleche zur Adjustierung relativ
zueinander um die Achse des Gebläserohres flach aneinanderliegen, daß die Luftleitbleche
miteinander korrespondierende, ringförmig angeordnete Randausnehmungen aufweisen,
die so angeorde*: wird, daß durch Drehen der Luftleitbleche relativ zu einander,
eine vorbestimmte
effektive Öffnung für den Luftstrom durch die
Randausnehmllrgen entsteht, daß das stromabseitige Iiuftleitblech ausgestanzte Deflektoren
aufweist, die sich axial und tangential von der entsprechenden radialen Kante jeder
Randausnehmung stromabseitig erstrecken, um so eine stetige spiralförmige Luftströmung,
austretend aus den entsprechenden Randausnehmungen, zu erzeugen, daß koaxial zum
stromabseitigen Ende des Gebläserohres ein stumpf-kegellörmiges Brennermundstück
angeordnet ist, das sich radial nach innen und stromabseitig erstreckt, so daß eine
zentrale verengte Öffnung am Brennerende zur Drosselung des spiralförmigen Luftstromes
während des Durchströmens durch das Brennermundstück entsteht und daß der Luftstrom
zur Schaffung stetiger, durch die Randausnehmungen strömender Luftströme stromaufseitig
bezüglich der Luftleitblech-Einrichtung druckbeaufschlagt ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung werden diese Ströme oder Strahlsäulen
dadurch geformt, daß die Luft unter Druck durch adjustierbare Öffnungen geleitet
wird X wobei die Öffnungen zeile einen Deflektor oder eine Fahne aufweisen, der
in einem Winkel zwischen der axialen und der tangentialen Richtung abgewinkelt ist.
Jede der Öffnungen ist so mit einem Deflektor versehen, daß jeder aus den Offllungen
austretende Strom in die gleiche tangentiale oder ringförmigverlaufende Richtung
im Gebläserohr abgewinkelt wird.
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Daraus resultiert, daß das Energiepotential des verdichteten, stromauf
bezüglich der Öffnungen sich befindenden Gases umgewandelt wird in kinetische Energie
mit hoher Drehgeschwindigkeit um die Brennerdüse und danach durch ein stumpf-kegel-.
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förmiges Brennermundstück am Ende des Gebläserohres geleitet wird,
wodurch die Drehbewegung der verdrallten Luftmassen weiter erhöht wird.
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Es ist daher ersichtlich, daß die vor@@egende Erfindung durch den
Einfall einer beträchtlichen Drehbewerng des Luftstromes
in den
unmittelbaren Bereich der Brennerdüse bewirkt wird, so daß die verdüsten Brennstoff-Partikel
aufgenommen und sofort innerhalb des gesamten Buftstromes verteilt werden, insbesondere
da der Luftstrom vtm Brennermundstück bzw. Ende des Gebläserohres an expandiert.
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Die Erfindung, wie sie aus dem Vorhergesagten ersichtlich wird, steht
in Beziehung zur US-Patentanmeldung Ser.No.
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78059, vom 5. Oktober 1970+ In der dort offenbarten Erfindung wird
ein relativ hoher Druckluftstrom durch eine Öffnung geleitetrum eine Anzahl axial
gerichteter, ringförmIg angeordneter Hochgeschwindigkeits-Ströme zu erzeugen. Diese
stoßen ihrerseits unmittelbar in entsprechende spiralförmig angeordnete Kanäle an
der Innenwand des stumpf-kegelförmi.gen Brennermundstückes; d.h., daß jeder Hochgeschwindigkeits-Luftstrom
individuell in einen sich radial nach innen erstreckendenvspiralförmigen Kanal geleitet
wird, der sich an der Innenfläche des Brennermundstückes befindet, so daß dem einzelnen
Luftstrom vor Verlassen der Brennermündung durch eine entsprechende Öffnung eine
hohe Drehgeschwindigkeit vermittelt wird.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, aus dem sich weltere erfinderische
PIerkmale ergeben, ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen: Figur 1 eine perspektivische
Ansicht des Brennerkopfes, teilweise im Schnitt, Figur 2 eine Seitenansicht des
Ölbrenners, Figur 3 eine Vorderansicht des Ölbrenners, Figur 4 einen Längsschnitt
durch den Brennerkopf nach Figur 1, Figur 5 eine Schnittansicht ent der Linie 5
- 13 nach Figur 4 und
Figuren 6 und 7 jeweils eine Draufsicht auf
mit Öffnungen versehenen und relativ zueinander beweglichen Luftleitblechen.
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In der vorliegenden AusfüVrungsform erstreckt sich ein Gebläserohr
10 von dem mehr oder weniger konventionellen Gebläsegehäuse 12, das von Druckluft
beaufschlagt wird von einem-käfigartigen Schleudergebläse erzeugt wird, welches
angetrieben von einem Motor 16 innerhalb des Gebläsegehäuses 12 angeordnet ist.
Da der Gebläsemotor, die Zündsteuerung, die Pumpen usw. dem Fachmann bekannt sind,
soll auf. eine detaillierte Beschreibung dieser Teile verzichtet werden0 Der flüssige
Brennstoff wird der Brennerdüse 20 über eine zentrale Leitung 18 (siehe Fig. 4),
die koaxial im Gebläserohr 10 angeordnet ist, zugeleitet. Innerhalb des Gebläserohres
10 sind weiterhin Isolatoren 22 und Zündelektroden 24, die die Verbrennung einleiten,
angeordnet.
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Der gesamte innere Aufbau der Konstruktion, inklusiv der Brennerdüse
und der Zündelektroden wird durch eine Einrichtung innerhalb des Gebläserohres fixiert
und unterstützt, die als liuftleitblech-Einrichtung 26 ausgebildet ist.
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Die Luftleitblech-Einrichtung 26, die einen wesentlichen Teil der
Erfindung, ausmacht, weist ein inneres Luftleitblech 28 und ein äußeres Luftleitblech
30 auf, die normalerweise flach aufeinander durch Maschinenschrauben 32 gehalten
werden, die durch Bohrungen 34 im Luftleitblech 30 und durch Öffnungen 36 im Luftleitblech
28 passen. Die Maschinenschrauben 32 halten die Luftleitblech-Einrichtung 26 gegen
einen Abstandshalter 51, der an einem Zündelektroden-Halter 52 befestigt ist.
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Die Luftleitbleche 28, 30 umschließen die zentrale Brennstoff-Leitung
18 und sind um deren Paittelac?l-:e drehbar angeordnet.
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Die beiden Luftleitbleche 28, 30 weisen jeweils eine krexförmig verlaufende
Außenkante auf, deren Durchmesser dem Innendurchmesser des zylindrischen Gebläserohres
10 entspriohts so daß die Luftleitbleche die Auflage des inneren Aufbaues unterstützen.
Da der Anßenbereich der Luftleitbleche 28, 30 mit wesentlichen Abgleich-Randausnehmungen
38, 40 versehen ist, kann dic die wirksame Durchlaßgröße oder Öffnung dadurch gesteuert
und vorbestimmt werden, daß durch Lösen der Maschinenschrauben 32 ein Verdrehen
der biden Luftleitbleche 28,30 relativ zueinander ermöglicht wird. In der einen
Drehposition, in der die iLg'eich-Randausnehmungen 38, 40 in Flucht zueinander liegen,
wird die maximaie Öffnungaweite erzielt. Alle anderen Positionen weisen eine größere
Einengung der Öffnungsweite auf. Ist die günstigste Öffnungsweite einmal ausgewählt
wird eine Verstellung der Luftleitbleche 28, 30 dadurch Festziehen der Haschinenschrauben
32 verhindert.
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Ein wichtiges Merkmal der vorlegenden Erfindung sind die Deflektoren
oder Richtfahnen 42, die im Bereich einer radialen Kante jeder Randausnehmung 40
des äußeren luftleitbleches 30, d.h. dem der Brennermündung zugekehrten Luftleitblech,
angeordnet sind.
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Wie aus den Figuren der Zeichnung zu entnehmen ist,sind diese Deflektoren
42 vorzugsweise aus dem Luftleitblech ausgestanzt und aus dem Material gebildet,
das sonst den Raum der Randausnehmung 40 einnehmen würde, wobei der ausgestanzte
Deflektor 42 entlang einer radialen Kante der Ausnehmung mit dem Luftleitblech verbunden
bleibt.
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Weiterhin ist es bemerkenswert, daß die Deflektoren sich alle von
der gleichen Kante der jeweiligen Randausnehmung erstrecken, z.B. von der linken
Kante der Ausnehmung,wie es aus Figur 5 zu ersehen ist. Sie erstrecken sich daher
im wesentlichen in die gleiche Drehrichtung sowie stromab oder in Richtung zur Brennermündung.
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Nit anderen Worten gesagt, bilden die Deflektoren 42 mit der Achse
oes Gebläserohres 10 einen spitzen Winkel mit gleicher Drehrichtung.
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Die Deflektoren 42 sind ebenfalls ringförmig mit gleichem Abstand
zueinander und in dichter Nahe zur Innenwand des Gebläserohres angeordnet.
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Das Resultat der vorbeschriebenen Ausbildung1 besteht darin, daß die
Summe der vielen,von der Luftleitblech-Einrichtung 26 kommenden Luftströme das Ende
des Brenners als ein einziger, sich drehender Luftstrom erreichen, der mit hoher
Geschwindigkeit um die Achse des Gebläserohres wirbelt.
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Der Luftstrom trifft dabei auf die Innenfläche des stumpfkegelförmigen
Brennermundstückes 44, das sich sowohl radial nach innen als auch stromab vom Brennerende,
wie aus Figur 1 und 4 zu ersehen, erstreckt. Somit bildet das stumpf-kegelförmige
Brennermundstück 44 eine verengte Öffnung 46 für den Gasstrom der zwangsläufig auf
dC!3 Brennermundstück 44 auftrifft und stromab entlang der Innenfläche 48 des Konus
fließt. Daraus resultiert, daß der Hochgeschwindigkeit-Spiral-Gasstrom am Brennermundstück
plötzlich auf einen wesentlich kleineren Rotationsdurchmesser eingeengt wird, so
daß die Rotationsgeschwindigkeit gleichzeitig stark ansteigt.
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Umgekehrt expandiert das die verengte Öffnung 46 verlassende Gas sofort,
wobei der mitgeführte,von der Brennerdüse 20 verdüste Brennstoff eine verbesserte
Verbrennung bewirkt.
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Um Stagnationen und unerwünschten Wirbeln im Gebläserohr 10 stromabseitig
der Luftleitblech-Einrichtung 26 vorzubeugen, ist es sowohl nötig als auch wünschenswert,
weitere relativ kleine Durchbrüche 49 in der Buftleit'.}l.ech-Eir.ric.h tlUlg 26
vorzusehen. Die Durchbrüche 49 sind ringförmig So in den beiden Luftleitblcchen
28, 30 in einem zueinander angepaßten Muster, wie aus den figuren 6 und 7 zu ersehen,
angebracht,
daß im zusammengebauten Zustand die Durchbrüche 4-9
gleich falls zur Adjustierung der größeren Randausnehmungen 38, 40 korrespondieren.
Weiterhin sind zur Aufnahme der Isolatoren 22 im Luftleitbiech 30 entsprechende
Durchbrüche 50 vorgesehen, während im Luftleitblech 28 Schlitze 52 vorgesehen sind,
um so die notwendige Drehbewegung der beiden Luftleitbleche 28, 30 relativ zueinander
durchführen zu können.
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Das Luftleitblech 30 mit den Deflektoren 42 ist zur axialen Ausrichtung
der Luftströme unter einem geringen Winkel in einer kreisförmigen Anordnung vorgeseh.en,
so daß die einzelnen Luftströme im wesentlichen alle spiralförmig mit gleicher Drehrichtung
strömen. Erreicht der spiralförmige Luftstrom jedoch die stumpf-kegelförmige Innenfläche
der Drosselöffnung, erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit entsprechend, so daß
der Luftstrom das Brennermundstück 44 als verwirbelter Luftstrom von hohem Turbulenzgrad
verläßt. Daraus resultiert eine augenblickliche, gleichförmige Zumischung des feinverteilten
Brennstoffnebels, so daß eine exzellente Flammenform, eine gleichmäßige Temperaturverteilung
und eine bedeutend verbesserte Verbrennung erreicht werden.
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Zur Bestimmung der Rauchzahl bei verschiedenen Luftüberschuß-Werten
wurde ein herkömmlicher Pistolenbrenner (Texaco-Modell 135-A 7) mit einem Brennstoffdurchsatz
von 3,41 ltr/std (0.9 gal/hr) verwendet. Der gleiche Brenner wurde dann dahingehend
modifiziert, daß man die erfindungsgemäße Llaftleitblech-Einrichzung 26 installierte
und das mit Leitrippen versehene konusförmige Brennermundstück gegen ein rippenloses
Brennermundstück gemäß der vorliegenden Erfindung austauschte.
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Ebenso wurde die Drehzahl des Brennergebläses verdoppeltum dem Widerstandsmoment
der Luftleitblech-Einrichtung 26 entgegenzuwirken und stromaufseitig einen ausreichenden
Luftdruck fiir die entsprechende Luftströmung d r-- die Randausnehmungen 38, 40
der Luftleitblech-Einrichtung @@ und das nachfolgend
beschriebene
Luftüberschußverhältnis aufrechtzuerhalten. Die ses wird dadurch erreicht, daß man
den Käfigläufer des Gebläses mit einer Drehzahl von 3450 min-1 gegenüber der normalen
Drehzahl von 1725 min 1 umlaufen läßt.
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r Neben den vorgenannten Änderungen wurde der modifizierte Brenner
nicht weiter verändert und unter gleichen Bedingungen wie das herkömmliche Modell
getestet.
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In der nachfolgenden Tabelle sind die Versuchswerte aufgezeichnet.
Mit A ist der unmodifizierte,herkömmliche Brenner bezeichnet und mit B der Brenner
gleichen Typs, an dem die beiden vorbeschriebenen Änderungen, in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung, vorgenommen wurden.
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prozentualer Luftüberschuß Rauchzahl A 51 ~0 B 19 0 A 25 4,5 Wie
auch schon in der vorgenannten U?4Patentanmel,dung Ser.No. 78069 offenbart, werden
durch die Aufrechterhaltung eines stromaufseitig von dem Luftleitblech wesentlich
erhöhten Druckes die bei normalen, handelsüblichen Brennern Wahrscheinlich auftretenden
starken Pulsationen verhindert, da#die Druckwechsel im Feuerraum nicht in den Bereich
relativ hohen Druckes hinter der lIuftleitblech-Einrichtung übertragen werden.