DE2513364C2 - Brenner - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner für flüssige Brennstoffe mit einem im Querschnitt im wesentlichen rhombischen Gehäuse mit einer im Betrieb vertikalen Diagonale, mit einer im Bereich des oberen Winkels des rhombischen Gehäuses liegenden Brennermündung, mit ein oder mehreren, im Inneren des Gehäuses angeordneten, von der Außenseite des Gehäuses schräg nach innen und oben in Richtung auf die vertikale Diagonale verlaufenden und dort eine zentrale Fiammenöfftiung freilassenden, ausgehend von der Brennermündung nach unten zunehmend kleinere Brennräume definierenden Zwischenwänden, mit Luftzufuhröffnungen für die durch die Zwischenwände begrenzten Brennkammern und mit einer der Brennermündung, die so bemessen ist, daß die durch die Luftzufuhröffnungen hereinfließenden Luftströme bis zu ihrer Mitte oder etwas darüber hinausreichen, im Bereich des unteren Winkels des Gehäuses gegenüberliegenden Zuführein- * richtung für den flüssigen Brennstoff.

Ein derartiger Brenner ist aus der französischen Patentschrift 12 57 433 bekannt. Dabei weist die am weitesten von der Brennermündung entfernte Zwischenwand eine einfache, kegelstumpf furmige oder ίο dachförmige Gestalt auf. und die Dach- bzw. Kegelflächen schließen mit der Symmetrieachse einen Winkel von etwa 50° ein. Weiterhin ist die Öffnungsweite der Brenneröffnung bei dem bekannten Brenner im allgemeinen so gewäiilt, daß die durch die Luftzufuhröff-'5 nungen hereinfließenden Luftströme die gegenüberliegende Wand gerade nicht berühren.

Bei Benutzung von leichten, flüssige;i Brennstoffen, wie z. B. Kerosin, wird mit dem bekannten Brenner über einen Regelbereich von 1:10 eine gute Verbrennung mit blauer Flamme erreicht, wobei außerdem die Wärmeleistung pro Längeneinheit des länglichen bzw. trogförmigen Brenners ordentlich ist. Die Verschmutzung des Bodens ist über lange Gebrauchszeiten vernachlässigbar.

Wenn aber mit demselben Brenner schwere, flüssige Brennstoffe, wie z. B. Gasöl verheizt werden, verringert sich die Heizkay azität auf bis zu 75%. Außerdem erfolgt ein Absinken des Regelbereichs auf etwa 1 :6, und bei längerem Betrieb tritt eine starke Verschmutzung des Bodens des Brenners auf.

In der NZ-PS 148 584 is; ein ähnlicher Brenner beschrieben, bei dem um den eigentlichen Brenner herum isolierende Platten angebracht sind, um die Temperatur des Brennerboder-i so zu erhöhen, daß auch schwere flüssige Brennstoffe mit einem größeren Siedebereich vollständig verdampfen. Dies führt zwar hinsichtlich der Verschmutzung des Bodens zu einer gewissen Verbesserung, jedoch nicht hinsichtlich der Kapazität und des Regelbereich. Außerdem ergibt sich der Nachteil, daß für die schweren flüssigen Brennstoffe ein anderer Brennertyp erforderlich ist als für leichte Brennstoffe.

Ausgehend vom Stande der Technik und der vorstehend aufgezeigten Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Brenner der eingangs beschriebenen Art anzugeben, der nicht nur eine größere Heizleistung aufweist, sondern praktisch gleich gut für die Verbrennung von leichten und schweren flüssigen Brennstoffen geeignet ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Brenner der eingangs beschriebenen Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die unterste, am weitesten von der Brennermündung entfernte Zwischenwand einen bezüglich der vertikalen Diagonale mit einem Bogen von etwa 80 bis 1IO~ nach innen und unten gekrümmten Bereich aufweist, der derart ausgebildet ist. daß die in dieser Zwischenwand vorgesehene Brenneröffnung tiefer liegt als der Scheitel des bogenförmig gekrümmten Bereichs.

Die wesentlichen Vorteile des erfindungsgemäßen Brenners lassen sich wie folgt zusammenfassen:

a) - über den gesamten, relativ großen Regelbereich ί

ergibt sich eine einwandfreie Verbrennung mit einer blauen, rüßfreien Flamme;

b) der Brenner hat für alle flüssigen Brennstoffe praktisch dieselbe Heizleistung pro Längeneinheit;

c) während einer längeren Brennzeit, beispielsweise innerhalb einer Heizperiöde, tritt, wenn überhaupt,

nur eine unerhebliche Verschmutzung des Brennerbodens auf.

Es hat sich gezeigt, daß bei dem Brenner gemäß der Erfindung die maximale Heizleistung gegenüber dem bekannten Brenner gemäß der FR-PS 12 57 433 beim Verbrennen von leichten, flüssigen Brennstoffen um etwa 50% zunimmt und bei schweren, flüssigen Brennstoffen sogar um 100%. Damit wird erfindungsgemäß die Heizleistung des Brenners für schwere, flüssige i« Brennstoffe praktisch ebenso groß wie für leidte, flüssige Brennstoffe. Bei der Verbrennung von Kerosin ergibt sich bei einem länglichen Brenner gemäß der FR-PS 12 57 433 mit einer Länge von 40 cm eine Heizleistung von 14 kW, während beim erfindungsge- i> mäßen Brenner bei gleichen Abmessungen eine Heizleistung von 21 kW erreicht wird. Bei Verbrennung des schweren Gasöls liegen die Heizleistungen bei 10.7 kW bzw. bei 21 kW.

Es wird davon ausgegangen, daß die zentrale x> Flammenöffnung bei der untersten Zwischenwand des erfindungsgemäßen Brenners nicht nur durch dip zuströmende Luft teilweise abgeschlossen wird, sondern daß die zugeführte Luft im Bereich der Flamnienöffnung dieser Zwischenwand im Gegenstrom fließt. Hierdurch wird aber offenbar nicht nur die Mischung des verdampften Brennstoffs mit der Verbrennungsluft auf vorteilhafte Weise gefördert, sondern gleichzeitig auch ein zu schnelles Entweichen des verdampften Brennstoffs aus der unteren Brennkammer verhindert. J" Hierdurch wird erreicht, daß bei dem erfindungsgemäßen Brenner die Neigung zur Verbrennung mit gelber Flamme oberhalb der Flammenöffnung der untersten Zwischenwand zumindest nahezu vollständig vermieden wird. )>

Im Vergleich zu der Brennermündung des bekannten Brenners ist die Öffnungsweite der Brennermündung des erfindungsgemäßen Brenners ungefähr 13mal so groß. Bei einem länglichen Brenner bedeutet dies, daß die Breite der Brenneröffnung das l,5fache der Breite ⁴" der bekannten Brenneröffnung beträgt. Bei einem runden Brenner ist der Durchmesser der Brenneröffnung dagegen etwa l,25mal so groß wie bei einem runden Brenner der bekannten Bauart. Bei dem erfindungsgemäßen Brenner wird also sowohl bei der ->'· runden wie auch bei der länglichen Form die Flammendichte und damit auch der Flammenwiderstand viel geringer. Dies erklärt, daß bei der schmalen bzw. engen Brenneröffnung des bekannten Brenners nicht die volle Heizkapazität erreichbar ist. Dies erklärt ·" aber nicht, weshalb bei dem bekannten Brenner die Heizleistung beim Verbrennen von schweren, flüssigen Brennstoffen noch deutlich geringer ist. Es wird davon ausgegangen, daß dies darauf zurückzuführen ist. daß die Dämpfe der schweren, flüssigen Brennstoffe auch >· schwerer sind als diejenigen der leichten, flüssiger. Brennstoffe (für Kerosin-Dampf liegt die Dichte bezogen auf Luft bei 5.24 und für Gasöl-Dampf bei 8.28). Trotzdem ist es überraschend, daß erfindungsgemäß derart günstige Verbrennurigsbedingungen erreichbar w> :Sind. Vermutlich ist dies die Folge der Tatsache, daß Siirch die erweiterteiBrenneröffnung in Verbindung mit Icier Lenkung der zugeführteri Luftströme eine sehr gleichmäßige Verteilung des Brennstoffs auf das gesamte Brennkammervolumen erhalten wird, wodurch sich die günstigsten Umstände für eine für die langsame, rußfreie Verbrennung erförderliche Voroxidatiön durch die in den Brennstoff-Darüpf eintretenden Luftströme ergeben.

In Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn der Boden bei einem länglichen oder rinnenförmigen Brenner zur Mitte hin um ein oder mehrere Winkelgrade schräg nach unten verläuft Die Verdampfung des flüssigen Brennstoffs erfolgt nämlich durch die Wärme der Flamme, die über die Wände des Brenners dem Boden desselben zugeführt wird. Dabei sind die Wärmeverluste an die Umgebung in der Mitte des Brenners am kleinsten und nehmen in Richtung auf die Brennerenden zu. Auf diese Weise wird dem Boden in der Mitte des Brenners die meiste Wärme zur Verdampfung des flüssigen Brennstoffs zugeführt Dadurch, daß der Boden in Richtung auf die Mitte des Brenners vertieft ist, ist nun aber die Brennstoffschicht dort am dicksten und nimmt zu den Enden hin ab. Die Dicke der Brennstoffschicht wird auf diese Weise der jeweils verfügbaren Wärme angepaßt, so daß eine besonders vollständige und gleichmäßige Brennstoffverdampfung, erzielt wird.

Bei einer bevorzugten Ausführung ·ογπι des erfindungsgemäßen Brenners schließt der kegf iiörmige Teii der Wände der untersten Zwischenwand mit der Symmetrieachse des Brenners einen Winkel zwischen 30 und 48° ein.

Besonr'=rs vorteilhaft ist es, wenn dieser Teil der untersten Zwischenwand mit der Symmetrieachse einen Winkel von 40° einschließt und wenn die gekrümmten Bereiche bzw. der gekrümmte Bereich sich über einen Bogen von 90° erstreckt.

Vorteilhaft ist es ferner, wenn längs des unteren Randes der untersten Zwischenwand Ausgleichsschlitze vorgesehen sind, durch die eine Störung der Druckverhältnisse 'm Brennraum vermieden wird. Durch die Ausgleichsschlitze kann nämlich bei einem Oberdruck ein Teil des brennbaren Gemisches aus dem unteren Brennraum in den weiter oben liegenden Brennraum abfließen, wo wieder eine rußfreie Verbrennung erfolgt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine bevorzugte Ausfäiirungsform eines länglichen bzw. rinnenförmigen Brenners gemäß der Erfindung, wobei die Schnittlinie längs der Linie I-I in Fig. 2 verläuft und wobei außerdem die Konturen des bekannten Brenners gemäß der eingangs erwähnten FR-PS 12 57 433 mit gestrichelten Linien eingezeichnet sind und

F i g. 2 einen Längsschnitt durch den Brenner gemäß Fig. 1 längs der Linie 11-11 in dieser Figur in verkleinertem Maßstab.

Der Brenner gemäß Fig. 1 ist in der Praxis aus zwei Teilen zusammengesetzt, die an der breitesten Stelle des Brenners aneinandergrenzen. Dabei ist der obere Teil im Sch.,i-t umgekehrt V-förmig, während der untere Teil im wesentlichen V-förmig ist. so daß sich im Querschnitt im wesentlichen ein Rhombus erjibt. Der Boden des Brenners ist abgerundet und begrenzt eine rinnenförmige Verdampfungskammer, welcher der flüssige Brennstoff etwa bei der durch einen Pfeil 23 markierten Stelle zugeführt wird. Ausgehend vom Boden verlauien Seitenwände 2 schräg nach oben und außen bis zur breitesten Stelle. Die Seitenwände 2 sind dabei abgestuft und umfassen horizontale Teile 3 bis 5, vertikale Teile 6 und 7 und einen Übergangsteil 8. In oder bei den einspringenden Ecken zwischen den horizontalen und den Vertikalen Teilen sind Luftzufuhröffnungen 9 bis 11 angebracht. Die Öffnungen 9 sind dabei im allgemeinen bezüglich der mit der Schnittlinie

Il-Il zusammenfallenden Symmetrieachse unter einem Winkel von etwa 25° angeordnet, während die Öffnungen 10 unter einem Winkel von etwa 27° und die Öffnungen 11 unter einem Winkel von etwa 45° angeordnet sind. Der obere Teil des Brenners besteht aus zwei Seitenwänden 12, die ausgehend von der breitesten Stelle des Brenners schräg nach oben und innen verlaufen und zwischen ihren oberen Rändern die Hauptbrenneröffnung bzw. die Brennermündung 13 bilden. Die Seitenwände 12 sind mit nach oben gerichteten Teilen 14 versehen, die über die Brennermündung 13 hinausreichen und in denen abwechselnd im wesentlichen horizontale Luftzufuhröffnungen 15 und ziemlich steil nach oben gerichtete Luftzufuhröffnungen 16 vorgesehen sind.

Der im wesentlichen rhombische Brennerraum ist beim Ausführungsbeispiel durch zwei Zwischenwände 17 und 18 in drei Abteile bzw. Brennerkammern uniericiii. Die ivvci Zwischenwände i/ und 13 ruhen dabei auf den beiden unteren Stufen 3 und 4 und liegen mit ihren unteren Rändern in den vorspringenden Ecken zwischen dieser Stufen und den angrenzenden vertikalen Wandteilen 6 bzw. 7. Die obere Zwischenwand 17 ist auf bekannte Weise im wesentlichen dachförmig und besteht aus zwei im oberen Teil nach innen gebogenen und im unteren Teil seitlich auseinander laufenden Teilwänden 19, die eine schlitzförmige Flammenöffnung 20 offen lassen.

Die Zufuhr von Verbrennungsluft zu dem Brennerraum zwischen den Zwischenwänden 17 und 18 erfolgt durch die Luftzufuhröffnungen 10, derart, daß die nach innen gerichtete Krümmung des oberen Teils der Wände direkt unter dc-r Fiammenöffnung 20 Wirbel erzeugt werden.

Die untere Zwischenwand war bisher gemäß der gestrichelt eingezeichneten Zwischenwand 18a ausgebildet und heiaß im wesentlichen Hache, nach oben konvergierende Teilwände, die mit der Symmetrieachse einen Winkel voi. etwa 50° einschlossen und eine Flammenöffnung 21a offen ließen, wobei die Luftzufuhr durch den Öffnungen 9 entsprechende Öffnungen unter einem Winkel von etwa 45° derart erfolgte, daß die Luftstrahlen bzw. Strömungen sich innerhalb oder etwas unterhalb der Flammenöffnung 21a trafen.

Gemäß der Erfindung ist die untere Zwischenwand 18. wie dies mit ausgezogenen Linien gezeigt ist, so ausgebildet, daß sie ausgehend von der Stützfläche 3 zunächst verhältnismäßig steil nach oben verlaufende Teilwände 186 besitzt, deren obere Enden 18c bogenförmig nach innen gekrümmt sind und eine schlitzförmige, zentrale Flammenöffnung 21 definieren. Dabei verlaufen die steilen Teile der Teilwände 186 unter einem Winkel zwischen etwa 30 und 48° zur Symmetrieachse, insbesondere unter einem Winkel von 40°, während sich die anschließenden, bogenförmigen Teile über einen Bogen von 80 bis llO°, insbesondere über einen Bogen von 90° erstrecken. Ferner erfolgt die Luftzufuhr durch die Öffnungen 9 derart, daß einströmenden Luftstrahlen ungefähr auf den benachbarten Anfang der bogenförmigen Wandteile 18c der Zwischenwand gerichtet werden. Die Luftstrahlen geben dann den Gasen in dem durch diese untere Zwischenwand abgeschlossenen Brennerraum ein derart wirbelnde Bewegung, daß unter der Flammenöffnung 21 ein Gegensirom der Gase erzeugt wird, der ein zu schnelles Entweichen der Gase verhinderi, aber zugleich eine sehr günstige Mischung von Gas und Dampf mit Luft bewirkt.

Da bei dem erfindungsgemäßen Brenner pro Zeiteinheit ein größeres Volumen an Dampf gebildet werden kann, kann der Druck in dem relativ kleinen unteren Brennerraum unter gewissen Umstanden derart zunehmen, daß der Dampf mit einer zu hohen Geschwindigkeit aus der Flammenöffnung 21 strömen würde, so daß sich eine rußende Verbrennung mit gelber Flamme ergäbe. Um dies zu vermeiden, sind beim Ausführungsbeispiel am unteren Rand der unteren Zwischenwand 18 Vorspränge 25 vorgesehen, die sich am horizontalen Teil 3 der Seitenwand 2 so abstützen, daß sich Ausgleichsschlitze 24 ergeben, durch die ein Teil des überschüssigen Dampfes in den nächsten Brennerraum strömen und dort vollständig verbrannt werden kann.

Bei dem bekannten Brenner verliefen die Seitenwände des oberen Teils des Brenners flacher. Diese Seitenwände 12a sind in Fig. 1 gestrichelt eingezeichnet. Hierdurch ergab sich zwischen den oberen Teilen 14a eine kleinere Brennermündung, wobei die Luftzufuhröffnungen 15a und 16a so klein waren, daß die durch

gegenüberliegende Wand gerade nicht berührten. Erfindungsgemäß besitzt die Brennermündung 13 die l,5fache Breite, so daß die durch die Öffnungen 15 eintretenden Luftströme nur bis zur Symmetrieachse oder etwas darüber hinausreichen.

Ferner ist beim erfindungsgemäßen Brenner der Boden 1 in der Mitte zwischen den Stirnwänden 22 etwas vertieft, wie dies aus F i g. 2 deutlich wird. Durch die Schräge des Bodens, die gegenüber der Horizontalen einige Winkelgrade beträgt, wird eine gleichmäßige Verdampfung des Öls bzw. des flüssigen Brennstoffs am Boden erreicht, was bei dem bekannten Brenner, dessen Boj;n durch die gestrichelte Linie la angedeutet ist. nicht der Fall war. (In Fig. 1 ist die Kontur des Bodens am einen Ende des Brenners durch die Linie \b angedeutet.)

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Brenner für flüssige Brennstoffe mit einem im Querschnitt im wesentlichen rhombischen Gehäuse mit einer im Betrieb vertikalen Diagonale, mit einer im Bereich des oberen Winkels des rhombischen Gehäuses liegenden Brennermündung, mit ein oder mehreren im Inneren des Gehäuses angeordneten, von der Außenseite des Gehäuses schräg nach innen und oben in Richtung auf die vertikale Diagonale verlaufenden und dort eine zentrale Flammenöffnung freilassenden, ausgehend von der Brennermündung nach unten zunehmend kleinere Brennräume definierenden Zwischenwänden, mit Luftzufuhröffnungen für die durch die Zwischenwände begrenzten Brennkammern und mit einer der Brennermündung, die so bemessen ist, daß die durch die Luftzuführöffnungen hereinfließenden Luftströme bis zu ihrer Mitte oder etwas darüber hinabsreichen, im Bei ,Mch des unteren Winkels des Gehäuses gegenüberliegenden Zuführeinrichtung für den flüssigen Brennstoff, dadurch gekennzeichnet, daß die unterste, am weitesten von der Brennermündung (13) entfernte Zwischenwand (18) einen bezüglich der vertikalen Diagonale mit einem Bogen von etwa 80 bis 110° nach innen und unten gekrümmten Bereich (18c·; aufweist, der derart ausgebildet ist. daß die in dieser Zwischenwand (18) vorgesehene Brenneröffnung (21) tiefer liegt als der Scheitel des bogenförmig gekrümmten Bereichs (18c/

2. Brenner nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der gerade Teil der untersten Zwischenwand (18) b:.w. der Teilwände derselben mit der Symmetrieachse (^chnittlinie II-II) einen Winkel zwischen etwa 30 und 48° einschließt.

3. Brenner nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß der gerade Teil der untersten Trennwand (18) bzw. der Teilwände derselben mit der Symmetrieachse (Schnittlinie II-II) einen Winkel von 40° einschließt und daß der Bogen des bogenförmig gekrümmten Bereichs (18c; bzw. der bogenförmig gekrümmten Bereiche sich über einen Winkel von 90" erstreckt.

4. Brenner nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß längs des unteren Randes der untersten Zwischenwand (18) Ausgleichsschlitze (24) zur Verbindung des untersten Brennerraums mit dem darüber befindlichen Brennerraum vorgesehen sind.