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Schwingbrenner
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Die Erfindung betrifft einen Schwingbrenner mit den Merkmalen des
Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Bei einem bekannten Schwingbrenner dieser Art wird das Brennstoffgemisch
durch die nach oben gerichtete Austrittsöffnung eines einem zugeführten Brennerrohr
zugehörigen löffelförmigen Brennermundes in Richtung gegen die Oberwandung der Brennkammer
ausgetragen.
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Nach dem Verlassen der Austrittsöffnung des Brennermundes gelangt
das Brennstoffgemisch vom Oberbereich der Brennkammer nach unten. Die Umlenkung
des Brennstoffgemisches erfolgt hierbei im wesentlichen frei und weitgehend unkontrolliert,
so daß insbesondere bei Brenngasen mit einem Anteil von etwa 25 bis 50 Prozent und
mehr unbrennbaren Bestandteilen, zum Beispiel C02, N2 oder dergleichen, eine zufriedenm
stellende Verbrennung oftmals nicht erzielt werden kann. Auch können dabei nur gasförmige
Brennstoffe zum Einsatz gelangen, so daß die Verwendungsmöglichkeit relativ begrenzt
ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Schwingbrenner mit
den Merkmalen des Oberbegriffs so zu verbessern, daß eine gesteuerte Umlenkung des
Brennstoff-
gemisches beim Verlassen des Brennerrohres erfolgt und
eine wahlweise Verwendung sowohl flüssiger als auch staubförmiger und gasförmiger
Brennstoffe mit einwandfreier Verbrennung auch bei einem höheren Anteil unbrennbarer
Bestandteile erzielt wird..
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Diese A.ufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
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Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sowie weitere Vorteile
und wesentliche Einzelheiten der Erfindung sind den Merkmalen der Unteransprüche,
der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen, die in schematischer
Darstellung bevorzugte Ausführungsformen als Beispiel zeigt. Es stellen dar: FIG.
1 eine geschnittene Vorderansicht eines Teils des erfindungsgemäßen Schwingbrenners,
FIG. 2 eine geschnittene Seitenansicht des Schwingbrenners der FIG. 1 und FIG. 3
eine geschnittene Draufsicht auf den Schwingbrenner der FIG. 1.
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Der in der Zeichnung dargestellte Schwingbrenner 1 weist eine Brennkammer
2 auf, die mit einer Wandung 3 im wesentlichen als kreiszylindrischer Körper ausgeführt
ist, dessen Mittenachse 4 vertikal verläuft.
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Die Brennkammer 2 ist oben durch eine Deckelwandung 5 und unten durch
einen kalottenförmigen Boden 6 begrenzt.
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Im Oberteil der Brennkammer 2 ist ein Brennerrohr 7
angeordnet,
das radial in die Brennkammer 2 hineingeführt ist. Das Brennerrohr 7 besitzt im
Bereich -der Brennkammer 2 einen sogenannten Brennermund 8, der im wesentlichen
löffelförmig ausgeführt ist.
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Der Brennermund 8 weist somit eine untere Halbschale 9 auf, die an
der Stirnseite durch eine Endwandung 10 begrenzt ist, die schräg nach oben gerichtet
ausgebildet ist, so daß hier innerhalb des Brennermundes 8 ein Schrägbereich 11
besteht. Der obere Bereich über der horizontal verlaufenden Längsmittenachse 12
des Brennermundes 8 ist im wesentlichen wandungsfrei ausgeführt, so daß eine nach
oben gerichtete Austrittsöffnung 13 gebildet ist.
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Im Schrägbereich 11 des Brennermundes 8 ist an der Innenseite der
Endwandung 10 eine peltonartige Doppelschaufel 14 angeordnet, die zwei zueinander
in etwa V-förmig angeordnete Leitwände 15 aufweist Unterhalb der Stoßstelle 16,
an der die beiden Leitwände 15 spitzwinklig zusammenstoßen, ist eine Mittenwand
17 ausgebildet, die sich weiter nach unten erstreckt.
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Die Anordnung der Doppelschaufel 14 im Brennermund 8 ist dabei so
getroffen worden, daß sich die Stoßstelle 16 etwa in der Längsmittenachse 12 des
Brennerrohres 7 befindet, so daß die Mittelwand 17 in der unteren Halbschale 9 des
Brennermundes 8 angeordnet ist, während die beiden Leitwände 15 über der Längs9
mittenachse 12 im Bereich der oberen Austrittsöffnung 13 ausgebildet sind0 Die Leitwände
15 sind vorteils haft so ausgeführt, daß sie nach oben auseinanderstrebend in entgegengesetzten
Richtungen gebogen sind, so daß das mit einem Vordrall durch das Brennerrohr 7 in
den Brennermund 8 einströmende Brennstoffgemisch beim Ausströmen durch die nach
oben gerichtete Ausströmöffnung 17 durch die Krümmung
der beiden
Leitwände 15 beidseitig entsprechend umgelenkt wird,wodurch das Brennstoffgemisch
vom oberen Bereich der Brennkammer 2 gezielt gesteuert nach unten umgeleitet wird.
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In der oberen Deckelwandung 5. der Brennkammer 2 ist eine Zündkerze
18 angeordnet. Die Zündkerze 18 befindet sich außerhalb der Mittenachse 4 der Brennkammer
2 und ist so ausgerichtet, daß ihre Zündelektroden 19 sich über der Längsmittenachse
12 des Brennerrohres 7 im Bereich der Austrittsöffnung 13 befinden. Die Zündelektroden
19 sind dabei konkret im Bereich der Doppelschaufel 14 nahe den freien Enden der
leitwände 15 genau in dem Gebiet angeordnet, in dem die kleinste Austrittsgeschwindigkeit
des Brennstoffgemisches vorliegt. Dadurch kann sich beim Start des Schwingbrenners
1 sofort eine kleine Halteflamme bilden, die infolge eines kleinen Rückzirkulationsbereiches
nicht abgetragen wird und dadurch die Startzeit wesentlich verkürzt. Beim vorliegenden
Ausführungsbeispiel sind die vorbeschriebenen Teile so zueinander positioniert,
daß die Oberseite der Austrittsöffnung 13 des Brennermundes 8 der obere Rand 20
der Endwandung 10, die freien Enden der Leitwände 15 und die Zündelektroden 19 der
Zündkerze 18 vorteilhaft im wesentlichen in einer einzigen gemeinsamen Ebene angeordnet
sind.
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Darüber hinaus kann es insbesondere beim erfindungsgemäßen Schwingbrenner
1 günstig sein, im unteren Teil der Brennkammer 2 vor dem Austrittsbereich einen
Brennertopf 21 vorzusehen. Dieser Brennertopf 21 weist zweckmäßig einen Kalottenboden
22 und eine sich an diesen anschließende Kegelwandung 23 auf, die sich in Richtung
nach oben zum Umfangsrand 24
der Öffnung 25 des Brennertopfes 21
konisch verjüngt.
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Der Brennertopf 21 besitzt somit einen konkaven Hohlraum 26. Die Lage
des Brennertopfes 21 im unteren Bereich der Brennkammer 2 ist derart, daß sowohl
zur Wandung 3 der Brennkammer 2 als auch zur Auslaßöffnung 27 eines am Boden 6 angeordneten
Resonatorrohres 28 ein Abstand gebildet ist. Die Öffnung 25 des Brennertopfes 21
weist nach oben in Richtung zum Brennermund 8, so daß das hier ausströmende und
nach unten gezielt umgelenkte Brennstoffgemisch durch die Öffnung 25 in den Hohlraum
26 des Brennertopfes 21 gelangen kann.
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Der Brennertopf 21 ist in der Brennkammer 2 koaxial zur vertikalen
Mittenachse 4 angeordnet. Das Resonatorrohr 28 befindet sich außerhalb der Mittenachse
4 und ist schräg am Boden 6 der Brennkammer 2 im Bereich unter dem Kalottenboden
22 des Brennertopfes 21 angeordnet. Die Krümmung des Kalottenbodens 22 des Brennertopfes
21 ist hinsichtlich der Krümmung des ebenfalls kalottenförmigen Bodens 6 der Brennkammer
2 so ausgebildet, daß der Abstand zwischen dem Kalottenboden 22 und dem Boden 6
im wesentlichen gleichbleibend konstant ist.
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Der Abstand zwischen dem Umfangsrand 24 der Öffnung 25 und der Wandung
3 der Brennkammer 2 ist größer als der Abstand zwischen der Wandung 3 und dem Brennertopf
21 im Übergangsbereich 29 zwischen dem Kalotten boden 22 und der Kegelwandung 23.
Insgesamt ist der Brennertopf 21 so ausgeführt und der Brennkammer 2 derart zugeordnet,
daß eine Oberringfläche 30 zwischen dem Umfangsrand 24 der Öffnung 25 des Brennertopfes
21 und der Wandung 3 der Brennkammer 2 größer ist als eine Nittenringfläche 31 zwischen
dem Übergangsbereich
29 des Brennertopfes 21 und der Wandung 3
der Brennkammer 2. Die Nittenringfläche 31 ist wiederum größer als eine Unterringfläche
32 zwischen dem Kalottenboden 22 des Brennertopfes 21 und dem Boden 6 der Brennkammer
2.
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Außerdem sind bei dem vorliegenden erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
zur Vermeidung einer Brennertopf--überhitzung und für eine drallfreie Ruckströmung
33 aus dem Resonatorrohr 28 Wärmeleitschrägen 34 vor gesehen, die diametral gegenüberliegend
zwischen der Kegelwandung 23 sowie dem Kalottenboden 22 des Brennertopfes 21 und
d.er Wandung 3 der Brennkammer 2 angeordnet sind.
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Der erfindungsgemäße Schwingbrenner 1 mit der pulsierenden Brennkammer
2 ist insbesondere für Brennstoffe geeignet, die infolge hoher unverbrennbarer Bestandteile
eine relativ niedrige Verbrennungstemperatur und eine relativ geringe Zündgeschwindigkeit
haben.
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Es wurde gefunden, daß mit der erfindungsgemäßen Konstruktion Brenngase
mit einem Anteil von etwa 25 bis 50 Prozent und mehr unbrennbaren Bestandteilen,
zum Beispiel CO2, N 2oder ähnlichen Gasen, eine einwandfreie Verbrennung erzielt
werden kann. Der erfindungsgemäße Schwingbrenner 1 mit der pulsierenden Brennkammer
2 ist vorzugsweise für gasförmige Brennstoffe entwickelt worden. Er kann aber in
gleichem Maße ebenso günstig auch für eine Verbrennung flüssiger und staubförmiger
Brennstoffe eingesetzt werden, wobei eine drallförmige Einströmung des Brennstoffgemisches
in den Brennermund 8 erfolgt. Am Endbereich des Brennermundes erfolgt eine Umlenkung
des Brennstoffgemisches durch die Doppelschaufel 14, so daß das Brennstoffgemisch
gesteuert nach unten strömt
und in den konkaven Hohlraum 26 des
Brennertopfes 21 gelangt. In dem Hohlraum 26 verweilt ein Teil der verbrannten Gase
mit noch genügend aktiven Zündkernen, ohne dabei Wärme nach außen abzugeben. Dadurch
können nun andas nachfolgend einströmende Brennstoffgemisch genügend heiße Zündkerne
35 Wärme zur schnellen Durchzündung abgeben. Gleichzeitig wird durch das Rückschwingen
des Gases aus dem Re sonatorrohr 28 eine perfekte, einwandfreie Rückströmung 33
erreicht.
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Durch die Abstufungen der Oberringfläche 30, der Mittenringfläche
31 und der Unterringfläche 32 zueinander wird ein höherer Verbrennungsdruck in der
Brennkammer erzielt. Die Wärmeleitschrägen 34 verhindern eine erhitzung des Brennertopfes
21 und dienen gleichzeitig als Leitapparat für einen drallfreien Eintritt. Die Rückströmung
33 ist vorzugsweise ebenfalls drallfrei, wobei die Ringschicht außen am Brennertopf
21 dabei das einströmende Brennstoffgemisch zusätzlich ohne wesentliche Verdünnung
aufheizt, Zudem wirken dabei aktive Zündkerne 35 aus dem Hohlraum 26 mit
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