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Luftleiteinrichtung für einen Verdampfungsbrenner
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Anwendungsgebiet der Erfindung Verdampfungsbrenner mit Luftleiteinrichtung
dienen zur Erzeugung von Wärme aus flüssigen Brennstoffen vorzugsweise bis zu einem
ßrennstoffdurchsatz von 1 kg/h. Derartige Verclainpfungs brenner finden in Verbindung
mit Wärmetauschern in mobilen einheiten wie Kraftfahrzeuge., Boote, Baumaschinen
usw.
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Anwendung.
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Ihr Einsatz erfolgt somit vorrangig dort, wo wechselnde Betriebsbedingungen,
wie schwankende Netzspannungen Umgebungstemperaturen und Kaminwiderstände auftreten.
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Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Charakteristisch
für bekannte Verdampfungsbrenner mit Brennluftgebläse ist die Verwendung von Luftleiteinrichtungen.
die der Brennkammer vorgeordnet sind und der Brennluft zur Erzielung einer guten
Durchmischung mit dem verdampften Brennstoff. ein gewünschtes Strömungsprofil verleihen.
Es stellte sich jedoch bisher als deutliches Problem bei derartigen Verdampfungsbrennern
heraus, eine stabile Verbrennung bei wechselnden äußeren Bedingungen wie stark brennluft-
und abgasseitig schwankende Drücke. zu erreichen und gleichzeitig eine kurze Baulänge
in Anspruch zu nehmen In der VE-OS 2330 120 wird ein Verdampfungsbrenner beschrieben
bei dem der Verdampfungskörper und die Luftleiteinrichtung eine Einheit bilden und
der eigentliche Brennraum dieser Einrichtung nachgeordnet ist.
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Diese Einrichtung ist ein großvolumiger Körper mit entsprechender
Speicherkapazität für Brennstoff und.oirmeenergie.
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Eine typische Luftführung für Verdampfungs- und Rotationsverdampfungsbrenner
ist in der DT-OS 2855 015 dargestellt.
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Die Brenluft gelangt vom Brennluftgebläse über Leitschaufeln.
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die große Strömungsquerschnitte bilden una em Brennraum vorgeordnet
sind in den Bereich der Verbrennung.
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Es sind weiterhin Brenner auf dem Markt, die die Brennluft mittels
Seitenkanalgebläse fördern und über eine topfförmige Luftleiteinrichtung dem Brennraum
zuführen. Die Brennluft gelangt tangential in die Luftleiteinrichtung, durchströmt
diese teilweise zwangsgeführt auf einer schraubenförmigen Linie und trifft nach
einer Binschnürung und Umierxwlg auf die Verdampfungefläche.
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Ziel der Erfindung Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verdampfungebrennere
mit Luftleiteinrichtung für hohe und wechselnde brennluft- und brennraumseitige
Widerstände und schwankende Netzspannungen unter Verwendung eines einstufigen Radialgebläses
mit auf die Glühwendel einer Glühkerze gerichteter Brennstoffzufuhr. Dieser Verdampfungsbrenner
soll weiterhin durch eine geringe Baulänge charakterisiert sein.
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Wesen der Erfindung Zur Erreichung dieses Ziels hat sich die Erfindung
zur Aufgabe gemacht; eine Lüftleiteinrichtung zur Zuführung der Brennluft in die
Brennkammer zu schaffen und diese in geeigneter Weise anzuordnen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine rohrförmige.
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mit Schlitzen versehene, einseitige durch eine Scheibe abgedeckte
Luftleiteinrichtung gelöst.
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Die Schlitze sind gleichmaßig auf ihrem Umfang verteilt weisen zur
Achse der Luftleiteinrichtung eine Neigung auf und haben annähernd die gleiche axiale
Auç Xhnung wie die Verdampfungefläche.
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Die Luftleiteinrichtung, die mit der Scheibe einen Ringspalt bildet,
befinde sich zentrisch innerhalb einer zylindeförmigen Brennk@@mor.
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Bei einer bekannten Lösung nach DT-OS 2330 120 wurden die Luftleiteinrichtungen
und der Verdampfungskörper zu einer baulichen Einheit zusammengefaßt um dadurch
eine gute Durchmischung von Brennluft und verdampftem Brennstoff zu erreichen. Dieser
Körper besitzt eine relativ große Masse und Speicherkapazität für Brennstoff, so
daß bei plötzlicher Verringerung der Brennluftzufuhr ein Brennen unter Sauerstoffmangel
und damit Ruß im Abgas und Ablagerungen in Form von Kokskrusten auf der Verdampfungsfläche
unvermeidbar sind.
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Brenner mit der in der DT-OS 2855 015 dargestellten Luftführung bei
denen die Drennluft über großflächig ausgebildete Leitschaufeln in die Brennkammer
gelangt, neigen bei wechselnden und insbesondere bei hohen Brennraumdrüclcen zu
Verbrennungsschwingungen bzw. sind nur für Kessel mit Brennraumdrücken unter 0 1
kPa geeignet.
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Zur Erzielung einer stabilen unempfindlichen Verbrennung werden auch
SSitenkanalg.ebläse die eine sehr steile Kennlinie aufweisen; in Verbindung mit
topfförmigen Buftleiteinrichtungen eingesetzt. Die steile Xennlinie kompensiert
Druckschwankungen brennluft- als auch abgasseitig.
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Die bekannten Seitenkanalgebläse erzeugen im Betrieb ein lautes für
das menschliche Gehör unangenehmes Geräusch zu dessen Verminderung Schalldämpfer
und zusätzliche Verkleidungen erforderlich sind. Bin weiterer Nachteil von Seitenkanalgebläsen
gegenüber Radialgebläsen ist ihr aufwendiger Aufbau.
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Ein weiteres rierkmal aller bekannten Verdampfungsbrenner ist die
Aneinanderreihung von Luftleiteinrichtung und Brennkammer, wodurch zusätzliche Baulänge
in Anspruch genommen werden muß.
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Die vorliegende Erfindung beseitigt die genannten Mängel; indem eine
rohrförmige, mit Schlitzen versehene Luftleiteinrichtung innerhalb einer zylindrischen
Brennkammer,, deren
Umfang mit porösem Material beschichtet is'
zentrisch an die brennlufeintrittseitige Stirnwand der Brennkammer angeordnet wird.
Die in die Brennkammer ragende Stirnfläche der Luftleiteinrichtung wird durch eine
Scheibe in einem definierten Abstand so abgedeckt. daß ein Ring ult entsteht.
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Die Schlitze sind gleichmäßig auf dem Umfang der Luftleiteinrichtung
verteilt, weisen zur Achse eine Neigung auf und haben annähernd die gleiche axiale
Ausdehnung wie die Verdampfungsfläche. Die Verdampfungsfläche ist auf ihrem Umfang
unterbrochen. Im Bereich dieser Unterbrechung ist ein Raum zur Aufnahme der Zündeinrichtung
und der Brennstoffzuf.'ührung ausgebildet. Ein Abschirmblech trennt diezcX ncirawfl
teilweise vom Brennraum.
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Die stabilisierende Wirkung der Luftleiteinrichtung resultiert aus
der Aufteilung der sich im Raum zwischen der Luftleiteinrichtung und der Verdampfungsfläche
ausbildenden Flamme in Teilflammen die sich erst beim Verlassen dieses Bereiches
zu einer geschlossenen Flamme überlagern Die Teilflammen werden von der durch die
Schlitze strömenden Brennluft untereinander abgegrenzt.
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ohe Brennraumdrücke, resultierend aus abgasseitigen Widerständen.
sind die Hauptursache für Verbrennungsschwingungen; die in der Flammenwurzel entstehen.
Diese Verbrennungsschwingungen werden durch die beschriebene Aufteilung der Flammenwurzel
unterbunden. da es nicht zur Überlagerung der bei jeder Verbrennung auftretenden
Dynamik der Teilflammen kommt.
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Eine weitere vorteilhafte Wirkung der erfindungsgemäßen Luftleiteinrichtung
ist ihr Arbeitsbereich über ein weites Brennstoff-Brennluftverhältnis, wodurch plötzliche
Änderungen des Brennluftdurchsatzes keine unzulässigen Auswirkungen auf die Verbrennung.
wie Rußen. Flammenriß oder Schwingungen hervorrufen.
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Im nahstöchiometrischen Bereich bei geringerer Strömungsgeschwindigkeit
der Brennluft , trägt der durch den Ringspalt zwischen der Luftleiteinrichtung und
der Scheibe gelangende Teil der 13rennluSt wesentlich zu einer guten Durchmischung
und damit zur vollständigen Reaktion zwischen Brennluft und Brennstoff bei.
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Infolge der Schrägstellung der Schlitze erhält die sich aus den Teilflammen
bildende Gesamtflamme einen mäßigen Drall der in der Ebene des Flammeneinschnürringen
stark beschleunigt wird. Diese Bündelung und Beschleunigung der brennenden Gase
ist eine an sich bekannte Methode zur Verbesserung des Ausbrandes. Die Anordnung
der Luftleiteinrichtung innerhalb der Brennkammer bringt neben verbrennungstechnischen
auch konstruktive Vorteile mit sich Der Raum unmittelbar vor der Drennkammer steht
für andere Bau-teile z. B. für den Antriebsmotor des J3rennluftgebläses. zur Verfügung,
und eine vorteilhafte geringe Baulänge des Brenne ist möglich.
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Es folgt die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung
unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung.
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Ausführungsbeispiel Am Brennergehäuse 1, das den Antriebsmotor 2 ,
mit Brennluftgebläse 3 umschließt sind die Luftleiteinrichtung 4 der Brennkam,tnerlnantel
5 mib- Verdampfungsfläche 6 und Flammeneinschnürring 7 eine Kappe 8 die den Zündraum
9 bildet und eine Zündkerzenaufnahme 10 befestigt. Die an der brennlufteintrittseitigen
Stirnwand 11 der Brennkammcr 14 befestigte rohrförmige Luftleiteinrichtung 4 besitzt
auf ihrem Umfang mehrere, gleichmäßig verteilte Schlitze 12.
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Die Schlitze 12 sind zur Achse der Luftleiteinrichtung 4 geneigt ihre
Länge ist mit der Breite der Verdampfungsfläche 6 annähernd identisch.
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Eine Scheibe 13 deckt die in die Brennkammer 14 ragende Stirnflache
der Luftleiteinrichtung 4 so ab , daß ein Ringspalt 15 entsteht.
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In die Zündkerzenaufnahme 10 ist eine Zu. kerze 16 so eingeschraubt
daß deren Glühwendel 17 iri den Zündraurn 9 ragt Der Brennstoff wird über eine Brennstoffleitung
18 auf die Glühwendel 17 geleitet.Im Bereich des ZiAr 1raumes 9 sind der Brennkammermantel
5 und die Verdampfungsfläche 6 unterbrocken, Die vom Brennluftgebläse 3 geförderte
Brennluft gelangt durch die Schlitze 12 der Luftleiteinrichtung 4 und den Ringspalt
15 in die Brennkammer 14 und reagiert hier mit dem verdampften Brennstoff zu einer
Flamme.
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Im Bereich zwischen der Luftleiteinrichtung 4 vr der Verdampfungsfläche
6 der Brennkammer 14 @@@den sich zunächst Teilflammen entsprechend der Anzahl der
Schlitze 12 aus die sich anschließend zu einer Gesamtflamme vereinigen, Die zur
Achse geneigten Schlitze 12 geben der Gesamtflamme einen mäßigen Drall, der in der
Ebene des Flammeneinschnürringes 7 stark beschleunigt wird.
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Ein Teil des Brennstoffes wird in der Startphase auf der Glühwendel
17 gezündet, wärmt die Kappe 8 und die Verdampfungsfläche 6 an, so daß der restliche
Brennstoff zunehmend stärker verdampft und die vollständige Verbrennung einsetzt
nachdem sich die Flamme 1 voll ausgebildet haben, wird die Zündkerze 16 außer betrieb
gesetzt.
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