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Bezeichnung: Brenner für flüssige und gas-
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förmige Brennstoffe
Die Erfindung betrifft einen
Brenner mit einer Brennstoffdüse, deren Strahl koaxial zur Brennerachse sich kegelförmig
öffnend gegen die Innenwandung eines zur Brennerachse koaxialen Verdampferrohrs
gerichtet ist, das eine an beiden Stirnseiten offene Verdampferkammer umgibt.
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Bei einem aus DT-OS 24 53 469 bekannten Brenner, der nur mit Öl betrieben
werden'kann, wird dieses in einer Verdampferkammer verdampft, die zu erreichen der
Betriebstemperatur vorgewärmt werden muß.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Brenner der eingangs genannten
Art so auszugestalten, daß er wahlweise mit schwerflüssigen, leichtflüssigen und
gasförmigen Brennstoffen mit möglichst im stöchiometrischen Verhältnis brennender
Flamme betrieben werden kann.
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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die düsenseitige Öffnung
der Verdampferkammer zentral durch den Düsenkörper der Düse und am Rand durch einen
Stauring bis auf einen zur Brennerachse koaxialen, ins Freie mündenden Ringschlitz
abgedeckt ist, daß die düsenferne Öffnung der Verdampferkammer in eine Brennkammer
mündet, die durch ein das Verdampferrohr mit Abstand koaxial umgebendes Brennerrohr
begrenzt ist, das am Umfang der Brennkammer ins Freie mündende Luftlöcher aufweist
und im übrigen yeschlossen ist, daß die Brennkammer in eine Heizkammer mündet, die
durch ein zur Brennerachse koaxiales, beidseitig offenes Heizrohr umgeben ist, dessen
lichter Durchmesser gröber ist als der des Verdampferrohrs und kleiner ist als der
des Brennerrohrs,und daß die Brennkammer durch einen sich zwischen Brennerrohr und
Verdampferrohr erstreckenden ersten Abdeckring und durch einen sich zwischen Brennerrohr
und Heizrohr erstreckenden zweiten Abdeckring abgesperrt ist.
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Beim Betrieb des Brenners als Ölbrenner trifft der sich kegelförmig
öffnende Sprühstrahl gegen die Innenwand des heißen Verdampf
errohres,
das durch seine Hitzeeinwirkung zur Verdampfung beiträgt. Die Verdampfung wird auch
begünstigt durch heiße Flammgase, die im Verdampferrohr an die Wurzel des Sprühstrahls
zurückströmen können und eine intensive hohe Verdampfung des ausgesprühten Öls herbeiführen,
ehe dieses in den Hauptbereich der Flamme gerät.
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Bei Verwendung als Gasbrenner ist es lediglich erforderlich, die Düse
gegen eine solche mit zylindrischer Bohrung auszutauschen, so daß der Gasstrahl
das Verdampferrohr nur am düsenfernen Ende mit seinen außengelegenen Teilen berührt.
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Die Erfindung ermöglicht es, Heizöl und schwerverdampfende Brennstoffe
auch bei angesaugter Luft, die weit unter dem Gefrierpunkt liegt, noch rückstandslos
und rußfrei zu verbrennen. Auf der anderen Seite gestattet es die Erfindung, mit
dem gleichen Brenner auch nicht vorgewärmte, flüssige Brennstoffe, wie Heizöl, Benzin,
Methanol und dergleichen zu verwenden. Bei all diesen Anwendungsfällen ist eine
rückstandsfreie Verbrennung erzielbar, und zwar ohne daß mit einem Gebläse Verbrennungsluft
zugeführt wird. Der Brenner ist vielmehr in allen Betriebsarten mit passiv angesaugter
Luft zu betreiben.
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Die Wärmeabgabe eines Brenners nach der Erfindung kann auf eine lange
Strecke verteilt werden, wie dies zum Beispiel bei der Beheizung von Reben in Weinbergen
wünschenswert ist mit einer Ausgestaltung der Erfindung, die dadurch gekennzeichnet
ist, daß das Heizrohr durch ein zur Brennerachse koaxiales, teleskopartig ausziehbares
Teleskoprohr verlängerbar ist, das an seinem düsenseitigen Ende größeren Durchmesser
als das Heizrohr hat und durch einen sich zwischen Teleskoprohr und Heizrohr erstreckenden,
mit Luftlöchern versehenen Abdeckring abgedeckt ist.
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Nachfolgende Abmessungen haben sich in der Praxis bewährt: Der engste
Durchschnittsquerschnitt im Bereich des Ringschlitzes beträgt etwa das 0,3- bis
0,7fache, vorzugsweise das 0,5-fache
des senkrecht zur Brennerachse
gemessenen lichten Querschnitts der Verdampferkammer. Der Durchmesser der Brennkammer
betrugt etwa das 1,7- bis 2,3-fache, vorzugsweise das Zweifache des Durchmessers
der Verdampferkammer. Der Durchmesser der Brennkammer beträgt etwa das 1,3- bis
1,7-fache, vorzugsweise das 1,5-fache des Durchmessers der Heizkammer.
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Bei Betrieb mit sehr schwer verdampfenden Brennstoffen kann es vorkommen,
daß der zugeführte Brennstoff in der Verdampferkammer nicht vollstendig verdampft.
Er sammelt sich dann am Boden der Verdampferkammer, und um diesen Brennstoff möglichst
stöchiometrisch rußfrei zu verbrennen,dient eine weitere Erfindung, die dadurch
gekennzeichnet ist, daß die Brennkammer mit einem ringförmigen, sich koaxial zur
Brennerachse zwischen Verdampferrohr und Brennerrohr erstreckenden, die Brennkammer
gegen die Flammrichtung verlängernden Zwischenraum in Verbindung steht, in den mindestens
ein bezogen auf die horizontale Betriebsstellung unten am Verdampferrohr vorgesehener
Durchbruch mündet, dem gegenüber unten im Zwischenraum eine in Richtuna der Brennerachse
langgestreckte Brennerschale abgeteilt ist, die in Flammrichtung gegen die Drennkammer
abgesperrt ist und belüftet ist. Nach dieser Weiterbildung gelangt der nichtverdampfte
Brennstoff in die Brennerschale und wird dort unter zusätzlichem Lultzutritt verdampft.
Der Dmpf gelangt dann in den Zwischenraum und wird dort verUrdnnt.
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Eine Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß.
zur Belüftung der Brennerschale ein oder mehrere am Abdeckring ins Freie mündende
Luftzuleitungen mit auf die Länge der Brennerschale verteilt angeordneten Lufteintrittsöffnungen
vorgesehen sind.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung dieser Weiterbildung, die sich durch
eine besonders günstige Verbrennung des in der Brennerschale verdampften Brennstoffes
auszeichnet, ist dadurch gekennzeichnet, daJ3 die Brennerschale auf ihrer ganzen
Länge beidseitig durch Seitenwände begrenzt ist, die sich vom Brennerrohr ausgehend
fast bis an das Verdampferrohr erstrecken, und daß die Lufteintrittsöffnungen entlang
der beidseitig stehengebliebenen Schlitze angeordnet sind, welche Schlitze sich
zwischen den Seitenwänden einerseits und dem Verdampferrohr andererseits erstrecken
und eine Strömungsverbindung zwischen der Brennerschale und den übrigen Teilen des
Zwischenraumes bilden.
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Die Erfahrung hat gezeigt, daß heißer Brennstoffdampf am Rand des
Verdampferrohres zurückströmt bis an den Abdeckring, dort mitgerissen wird von der
dort durch den Ringschlitz einströmenden Luft und an den Wurzelbereich des Brennstoffstrahls
gelangt mit dem Ergebnis, daß eine Verbrennung erzielbar ist, die nahezu im Bereich
der stichiometrischen Verbrennung liegt.
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Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert:
Figur 1 einen Brenner für flüssige und gasförmige Brennstoffe nacn der Erfindung
im querscllnitt mit dem rückwärtigen Ende eines aufcjesetzten Flamm- oder Wärmeleitrohres
Figur 2 den Brenner rückwartig von der Brennstoffzuführungsseite her gesehen Figur
3 den Brenner im Sciinitt A - B aus Figur 1 und Figur 4 den Brenner aus Figur 1
in Betriebsstellung mit aufgesetztem ausgezogenen Teleskoprohr.
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In der Zeichnung ist mit 1 der Düsenhalter bezeichnet, der am rückwärtigen
Ende des allgemein mit 2 bezeichneten Brenners mit mehreren Stegen 3, 4 angeschlagen
ist. Die Düse f ist konzentrisch zur Brennerachse 6 angeordnet und der bei Betrieb
mit flüssigem Brennstoff aus ihr austretende Sprühstrahl @ ist konzentrisch zur
Brennerachse 6 angeordnet und erweitert sich kegelförmig, so daß der Brennstoff
gegen die Innenwand eine. konzentrisch zur Brennerachse 6 angeordneten Verdampferrohre
8 gerichtet ist.
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Das Verdampferrohr 8 ist konzentrisch in einem Brennerrohr 9 untergebracht,
das eine Brennkammer 10 umgibt, in die die vom Verdampferrohr 8 umyebende Verdampferkammer
11 mündet. Die Brennkammer 10 mündet in die von einem konzentrisch zur Brennerachse
6 angeordneten Heizrohr 12 umgebene Heizkammer 13.
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Das Heizrohr 12 mündet in ein zur Brennerachse 6 konzentrisches Teleskoprohr
14, von dem nur das düsenseitige Ende in Figur 1 sichtbar ist. Das Teleskoprohr
14 besteht aus zehn Rohrstücken 15 - 24, die sich zum abgasseitigen Ende verjüngen,
teleskopartig ineinandergesteckt sind und auf die Lange eines Rohrstückes, nämlich
des Rohrstückes 15, von 1 m Länge zusammengeschoben werden
können
oder aber ausgezogen werden können in die in Figur 2 dargestellte Lage, in der sie
koaxial zur Brennerachse 6 an die Heizkammer 13 anschlieen.
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Die Verdampferkammer 11 ist rückwärtig an ihrem düsenseitigen Ende
im Zentrum durch die Düse 5 und am äußeren Rand durch einen Abdeckring 26 teilweise
abgedeckt, so daU nur ein Ringschlitz 25 freibleibt, der ins Freie mündet.
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Der Flächeninhalt des kingschlitzes 25 betrugt etwa die Hälfte des
lichten Querschnitts der Verdampferkammer 11. Der Durchmesser 49 der Brennkammer
10 beträgt vorzugsweise das Zweifache des Durchmessers 48 der Verdampferkammer.
Der Durchmesser 49 der Brennkammer 10 beträgt vorzugsweise das.Eineinhalbfache des
Durchmessers 50 der Heizkammer 13.
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Die absoluten BemessungsgröUen gelten für ein bestimmtes Ausführungsbeispiel
vorbestimmter Leistung. Bei Flüssigbrennstoffen oder Gasbrennern anderer Leistung
sind die absoluten Größen andere, aber die angegebenen Verhältnisse der Abmessungen
untereinander sind vorzugsweise innerhalb des angegebenen Rahmens. Wesentlich ist,
daß der Brennkammerdurchmesser 49 erheblich größer ist, als der Verdampferkammerdurchmesser
48, damit ein genügend breiter Zwischenraum 40 entsteht, der den Rückstrom heißer
Flammgase zuläijt.
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Die Brennerkammer 10 ist rückwärtig durch den ersten Abdeckring 26
zwischen Brennerrohr 9 und Verdampferrohr 8 abgedeckt und am vorwärtigen Ende durch
einen zweiten Abdeckring 27 zwischen Brennerrohr 9 und Heizrohr 12 abgedeckt. Das
Innere des Teleskoprohres 14 ist rückwärtig durch einen durchbrochenen Abdeckring
28 abgedeckt, der zwischen dem rückwärtigen Ende des Teleskoprohres 14 und dem Heizrohr
12 angeordnet ist. Mit 29 und 30 sind zwei Kränze von Luftlöchern bezeichnet, die
sich gleichmäßig verteilt über den ganzen Umfang des Brennerrohres 9 erstrecken
und ins Freie münden.
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Im Abdeckring 28 sind auf den Umfang verteilt Luftlöcher vorgesehen,
die ins Freie münden und von denen die beiden Luftlöcher 31 und 32 in der Zeichnung
sichtbar sind.
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Wenn der Brenner, wie in Figur 1 dargestellt, mit horizontaler Brennerachse
mit schwerflüssigen Brennstoff betrieben wird, dann kann es vorkommen, daß unverdampfter
Brennstoff sich unten am Verdampferrohr im Niederschlagsbereich 55 niederschlagt.
Dieser flüssige Brennstoff tropft dann durch eine rückwarlig unten im Verdampferroh@
vorgesehene Öffhung 56 in eine darunter im Zwischenraum 40 ausgesparte Brennerschale
57. Diese Brennerschale ist rückwärtig durch den Abdeckring 26 vorwärtig, also gegen
die Brennkammer durch eine Stirnwand 74 und beidseitig, also entlang der Brennerachse,
durch zwei Wandungen 60, 73, die vom Brennerrohr 9 ausgehen und nicht ganz bis zum
Verdampferrohr 8 reichen, begrenzt. Zwischen den Wandungen 60 und 73 einerseits
und dem Verdampferrohr 8 andererseits bleiben Längsschlitze 75, 76 offen. Die Wandungen
60, 73 umschließen Luftzuleitungen, die an Durchbrüchen 58, 59 des Abdeckrings 26
ins Freie milnden und weisen entlang der Schlitze 75,76 auf die ganze Länge der
Brennerschale verteilt, @ufteintrittsöffnungen 61, 62 auf. Die Brennerschale stent
durch eine unten am iirennerrohr 8 angebrachte Öffnung f;4 mit cler Brennkammer
11 in Verbindung.
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In die durch die Wandung /3 gebildete Luftzuleitung mündet eine von
der Brennstoffzuleitung /0 lür' die Düse 5 abgezweigte Zündflammenzuleitung /1,
die jedoch noch einein Ringspalt 72 als Luftdurchtritt offen läßt. Dem Längsschlitz
76 gegenüber ist im Zwischenraum 40 eine von außen einschaltbare. elektrische Zündelektrode
63 angeordnet.
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Abgesehen von den beschriebenen Durchbrüchen und Luftlöchern sind
die genannten Rohre, namlich das Verdampferrohr 8, das Brennerrohr 9, das Heizrohr
1L und das Teleskoprohr 14, sowie die gesamten Abdeckringe, nämlich der Abdeckriny
26, der Abdeckring 27 und der Abdeckring 28 geschlossen und bestehen vorzugsweise
aus legiertem Eisenblech.
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Bei Betrieb mit leicht flüssigem Brennstoff trifft der unter Druck
einströmende Sprühstrahl auf das durch die Flamme aufgeheizte Verdampferrohr und
gelangt verdampft oder vergast in die Brennkammer, wo der aufbereitete Brennstoff
unter Luftzutritt durch die Luftlöcher 29, 30 im nahstöchiometrischen Verhältnis
verbrennt. Die Flamme schlägt dabei in die Heizkammer und die von ihr aufgeheizten
Gase durchströmen das Teleskoprohr und heizen dieses auf seiner ganzen Länge auf,
um dann in das in Figur 4 rechts gezeichnete Ende des Teleskoprohres und ins Freie
beziehungsweise bei Raumheizung in den Abgaskamin zu strömen.
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Wie durch die Pfeile 35 und 36 angedeutet, strömen heiße Brennstoffdämpfe
an die Wurzel 37 des Sprühstrahls zurück, umgelenkt durch den Abdeckring 26 und
die an dem ringschlitz einströmende Luft und fuhren zu einer teilweisen Vorvergasung
des Ölnebels bereits an del Wurzel 37 des Spri'ihstrahls.
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Wie durch weitere Pfeile 38, 39 angedeutet, strömen Flammgase in den
ringförmigen Zwischenraum 40 zwischen dem Brennerrohr 9 und dem Verdampferrohr 8
und heizen das Verdampferrohr 8 auf, um eine möglichst hohe Vorvergasung der auf
das Verdampferrohr auftreffenden Ölteilchen zu erzielen.
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Mit leichtfldssigen und gasförmigen Brennstoffen kann der Brenner
mit vertikaler und horizontaler und schräg geneigter Brennerachse 6 betrieben werden.
Seine Anwendung ist auf die Anwendung in Verbindung mit dem Teleskoprohr 14 nicht
beschränkt. Die Anwendung in Verbindung mit dem Teleskoprohr eignet sich besonders
zur Beheizung von Weing;rten und Shnlichen Pflanzungen, wo es darauf ankommt, einen
langgestreckten Heizkörper einzusetzen. Der Brenner mit dem Teleskoprohr wird zu
diesem Zweck gemio Figur 4 mit in den Boden 47 einsteckbaren Pfosten 41, wie dargestellt
horizontal dicht fieber dem Boden montiert. An dem Brenner und an jedem zweiten
der Rohrstücke 15 bis 24 ist zu diesem Zweck ein solcher Pfosten 41 bis 46 befestigt,
der in Figur 1 nur abgebrochen angedeutet ist.
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Beim Betrieb des blei er. nilL schwer verdampfenden brennstoffen,
wie mittelflüssiges oder schwerflüssiges lieizöl, wird der Brenner in einer solchen
Länge vorzugsweise mit etwa horizontaler Brennerachse betrieben, daß unverbrannter
Brennstoff durch den Durchbruch 56 in die unten gelegene Brennerschale 57 abtropfen
kann. Bei einer solchen Betriebsart schlägt sich unter Umständen ein Teil des zerstäubten
Heizöls in noch nicht verdampfter Form im Verdampferrohr 8 im Niederschlagsbereich
55 nieder und tropft durch die Durchbrüche 56 und 64 in die Brennerschale 57. Durch
die Abstrahlung der Flamme wird der Brennstoff in der Brennerschale verdampft und
entzündet. Durch die beiden Durchbrüche 58 und 59, die sich im Abdeckring 26 befinden,
gelangt Verbrennungsluft über die durch die Wandungen 60, 73 gebildeten Luft zuleitungen
und die Lufteintrittsöffnungen 61 und 62, die auf die gesamte Lunge der Luftzuleitungen
und somit der Brennerschale 57 verteilt sind, zur Brennerschale und führt im Zwischenraum
40 zu einer optimalen Verbrennung. Dadurch wird das Verdampferrohr 8 aufgeheizt
bis zu einer Temperatur, die eine vollständige Verdampfung des schwerflüssigen Brennstoffes
in der Verdampferkammer 11 sicherstellt.
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Bei Betrieb des Brenners mit gasförmigen Brennstoffen gleich welcher
Art wird die Düse 5 gegen eine solche mit zylindrischer Bohrung ausgewechselt. Das
Gas strömt dann in die Verdampferkammer 11 und berührt auf der der Düse abgewandten
Stirnseite das Verdampferrohr 8 in einem Strömungswinkel von etwa 300, der in Figur
1 durch unterbrochene Linien 65 angezeigt ist. Dabei strömen heiße Flammgase gemäß
Pfeil 66, 67 zurück in den primären Bereich des Gasstrahis und verhindern dadurch
ein Abreinen der Gasflamme durch Erhöhung der Gaszündgeschwindigkeit.
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Die Flamme bleibt somit stabil. Die erforderliche Zufuhr von Verbrennungsluft
strömt injektorartig silber den Ringschlitz 25 und mischt sich intensiv im Bereich
68 mit dem einströmenden Gas und den zuriickströmenden Flammgasen. Die Erfahrung
hat gezeigt, daß durch die Verwendung des Verdampferrohres 8 in Verbindung mit dem
Ringschlitz 25 mit ein und derselben Gasdüse bei einer entsprechenden Ditsenbohrung
Flammengrößen von der Zündflammengröße bis zur Flammengröße von über 1 m Länge erreicht
werden, die einem Gasdurchsatz beispielsweise bei Propangas von 0 bis 6 kg
pro
Stunde entsprechen, wobei die Brennerleistung durch Veränderung des Druckes in der
Gaszuführungsleitung verändert werden kann. Bei der Inbetriebnahme des Brenners
durch elektrische Funkenzündung oder ferngesteuerte, durch Druckveränderung ausgelöste
Piezo-Zündung, wic sie vorzugsweise bei großflächigen Freilandheizungen verwendet
werden. erfolgt die Inbetriebnahme des Brenncrs wie nachfolgend erläutert wird:
Zu diesem Zweck ist in den Durchbruch 59 die von der Brennstoffzuleitung 70 abgezweigte
Zündflammenzuleitung 71, die in Figur 1 nur abgebrochen gezeichnet ist, gesteckt,
so daß noch der Ringspalt 72 offen bleibt. Diejenige Luftzuleitung, in die die Zündflammenzuleitung
71 mündet, dient beim Betrieb mit gasförmigem Brennstoff als Gasluftmisehrohr, wobei
die Mischluft über den Ringspalt 72, in Figur 2 dargestellt, eintreten kann. Das
durch die Öffnungen 62 ausströmende Gasgemisch wird (lurcli einen von der Elektrode
63 zur Wandung 73 überspringenden Zündfunken entzündet und bildet eine Zündflamme,
die durch die Öffnung in die Verdampferkammer 11 gelangt, wodurch das Gasluftgemisch
in der Verdampferkammer 11 gezündet wird. bei zentraler Versoryung einer größeren
Geräteanzahl, bei der die Inbetriebnahme und Zündung durch Druckveränderung im zentralen
Versorgungsnetz erfolgt, wird zweckmäßigerweise ein druckabhängiges Umschaltventil
zwischen Düse 5 und Abzweigleitung 71 eingesetzt. Die anwendung des Umschaltventils
ist jedoch nicht auf die zentrale Versorgung beschränkt.
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Die Verwendung des Teleskoprohres 14 in Figur 4 eignet sich besondens
in Verbindung mit vorgendnntem Brenner für die Betreibung mit Heizöl dort, wo verhältnismäßig
große Wärmeabstrahlung gefordert wird. Sehr stark spätfrostgefährdete Peb-, Obstbaum-oder
sonstige Pflanzkulturen befinden sich häufig an llanglagen. Dadurch, daß das Teleskoprohr
14 in einer bestimmten schräglage dem Boden entlang geführt wird, entsteht nach
Entzünden des Brenners innerhalb des Teleskoprohres eine Kaminzugwirkung, wodurch
über den Ringschlitz 25 25 in Figur 1 Mischluft und über die
Luftlöcher
29 und 30 des Brennerrohres 9 Verbrennungsluft mit höherer Geschwindigkeit einströmt,
wobei die Zufuhr von flüssigem Brennstoff über die Düse 5 entsprechend der Kaminzugwirkung
in Abhängigkeit der Schräglage des Teleskoprohres 14 durch Steigerung des Brennstoffversorgungsdruckes
bedeutend erhöht werden kann. Dadurch wird eine erhöhte Wärmeleistung erzielt. Durch
die erhöhte Wärmeleistung reicht möglicherweise eine geringere Geräteanzahl auf
die zu beheizende Fläche bezogen.
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L e e r s e i t e