-
Schwingbrenner Die Erfindung betrifft einen Schwingbrenner mit den
Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
-
Bei einem bekannten Schwingbrenner dieser Art wird das Brennstoffgemisch
durch die nach oben gerichtete Austrittsöffnung eines einer Brennkammer zugeführten
Brennerrohr zugehörigen löffelförmigen Brennermundes in Richtung gegen die Oberwandung
der Brennkammer ausgetragen. Von dort gelangt es in den Unterbereich der Brennkammer,
wo es über eine Auslassöffnung der Brennkammer in ein Resonatorrohr eintritt.Aufgrund
von Wärmeabgabe tan. die Umgebung kühlt sich im Innenraum der Brennkammer das Brennstoffgemisch
in der Nähe der Wandung der Brennkammer ab. Dies hat zur Folge, daß dort unvollständige
Verbrennungen auftreten können; beispielsweise läßt sich hier bei einem kohlenstoffenthaltenden
Brennstoffgemisch ein erhöhter CO-Anteil feststellen, der wegen des Abkühlens des
Brennstoffgemisches nicht mehr weiter zu CO2 weiterverbrennt.
-
Die Erfindung stellt sich daher zur Aufgabe, einen Schwingbrenner
mit den Merkmalen des Oberbegriffs so zu verbessern, daß der Anteil an unvollständigen
Verbrennungsprodukten reduziert wird.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruches 1 gelöst.
-
Dadurch ergibt sich vorteilhafterweise bei dem erfindungsgemäßen Schwingbrenner
ein gegenüber dem Stand der Technik verbesserter Wirkungsgrad.
-
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 eine geschnittene Seitenansicht eines Teils einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Schwingbrenners als Beispiel zeigt. Es zeigt Fig. 1 eine geschnittene
Vorderansicht eines Teils des erfindungsgemäßen Schwingbrenners Fig. 2 eine geschnittene
Seitenansicht des Schwingbrenners der Fig. 1 in vergrößerter Darstellung und Fig.
3 eine geschnittene Draufsicht auf den Schwingbrenner der Fig. 1.
-
Der in der Zeichnung dargestellte. Schwingbrenner 1 weist eine Brennkammer
2 auf, die mit einer Wandung 3 im wesentlichen als kreiszylindrischer Hohlkörper
ausgeführt ist, dessen Mittenachse 4 vertikal verläuft. Die Brennkammer 2 ist oben
durch eine Deckelwandung 5 und unten durch einen kalottenförmigen Boden 6 begrenzt.
-
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. 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.
-
Im Schrägbereich 11 des Brennermundes 8 ist an der Innenseite der
Endwandung 10 eine peltonartige Doppelschaufel 14 angeordnet, die zwei zueinander
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. 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 Mittenwand 17
in der unteren Halbschale 9 des Brennermundes 8 angeordnet ist, während die beiden
Leitwände 15 über der Längsmittenachse 12 im Bereich der oberen Austrittsöffnung
13 ausgebildet sind. Die Leitwände 15 sind vorteilhaft 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 13 durch die Krümmung
der beiden Leitwände 15 beidseitig entsprechei umgelenkt wird, wodurch das Brennstoffgemisch
vom oberen Bereich der Brennkammer 2 gezielt gesteuert
nach unten
umgeleitet wird.
-
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 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 S.tartzeit 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.
-
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 der Öffnung 25 des
Brennertopfes 21 konisch verjüngt. 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.
-
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.
-
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 Kalottenboden 22 und der Kegelwandung 23.
Insgesamt ist der Brennertopf 21 so ausgeführt und der Brennkammer 2 derart zugeordnet,
daß eine Oberringfläche 3O zwischen dem Umfangsrand 24 der öffnung 25 des Brennertopfes
21 und der Wandung 3 der Brennkammer 2 größer ist als eine Mittenringfläche 31 zwischen
dem übergangsbereich 29 des Brennertopfes 21 und der Wandung 3 der Brennkammer 2.
-
Außerdem sind bei dem vorliegenden erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
zur Vermeidung einer Brennertopfüberhitzung und für eine drallfreie Rückströmung
33 aus dem Resonatorrohr 28 Wärmeleitschrägen 34 vorgesehen,
die
diametral gegenüberliegend zwischen der Kegelwandung 23 sowie dem Kalottenboden
22 des Brennertopfes 21 und der Wandung 3 der Brennkammer 2 angeordnet sind.
-
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.
-
Es wurde gefunden, daß mit der erfindungsgemäßen Konstruktion Brenngase
mit einem Anteil von etwa 25 bis 50 Prozent und mehr unbrennbareiBestandteilen,
z. B. CO2, N2 oder 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 an
das nachfolgend einströmende Brennstoffgemisch genügend heiße Zündkerne 35 Wärme
zur schnellen Durchzündung abgeben.
-
Gleichzeitig wird durch das Rückschwingen des Gases aus dem Resonatorrohr
28 eine perfekte, einwandfreie Rückströmung 33 erreicht.
-
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 überhitzung
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.
-
Sind keine besonderen Vorkehrungen getroffen, so kühlt sich im Innenraum
der Brennkammer das Brennstoffgemisch in der Nähe der Wandung der Brennkammer aufgrund
von Wärmeabgabe an die Umgebung des Schwingbrenners ab. Dies hat zur Folge, daß
dort unvollständige Verbrennungen auftreten können; beispielsweise läßt sich hier
bei einem Kohlenstoff enthaltenden Brennstoffgemisch ein erhöhter CO-Anteil feststellen,
der wegen des Abkühlens des Brennstoffgemisches nicht mehr weiter zu CO2 weiterverbrennt.
-
Es kann daher insbesondere beim erfindungsgemäßen Schwingbrenner günstig
sein, nahe der Innenfläche der Wandung 3 der Brennkammer 2 in einem vorgegebenen
Bereich eine Innenauskleidung 36 der Brennkammer 2 vorzusehen. Die Höhenabmessung
dieses Bereiches entspricht dabei im allgemeinen wenigstens etwa einem Viertel bis
einem Drittel der Höhenabmessung der Brennkammer 2.
-
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel liegt eine netzgeflechtartige
Innenauskleidung 36 der Brennkammer 2 mit im wesentlichen hohlzylindrischen Begrenzungsflächen,
koaxial zur Mittenachse 4 der Brennkammer 2 angeordnet, an der Innenfläche des hohlzylinderförmigen
Teils der Wandung 3 der Brennkammer 2 an und erstreckt
sich ab
etwa der Höhenlage der Öffnung 25 des Brennertopfes 21 über die Höhenlage des Brennermundes
8 hinaus bis hin zu etwa dem oberen Ende des hohlzylinderförmigen Teils der Wandung
3. Aus fertigungstechnischen Gründen weist die Innenauskleidung 36 im Bereich des
Brennerrohres 7 eine U-förmige Aussparung 37 auf, die sich bis hin zum oberen Ende
der Innenauskleidung 36 erstreckt. Bedingt durch ihre kreuzgeflechtartige Ausbildung
liegt die Innenauskleidung 36 an einer Vielzahl von Stellen nahezu punkt- bzw.
-
linienförmig an der Innenfläche der Wandung 3 an.
-
Struktur und Material der Innenauskleidung 36 sind dabei vorteilhaft
so gewählt, daß sowohl ein Verglühen wie auch ein erhöhtes Abkühlen der Innenauskleidung
verhindert ist.
-
Die von der Innenauskleidung 36 aufgenommene Wärme wird zu einem großen
Teil wieder an die Brennkammer 2 und nur zu einem kleineren Teil an deren Wandung
3 abgegeben. Dies hat zur Folge, daß der erfindungsgemäße Schwingbrenner 1 im Bereich
der Innenauskleidung 36 der Brennkammer 2 eine höhere Temperatur als ohne diese
Innenauskleidung 36 aufweist. Die im Bereich der Innenauskleidung 36 gelegene Grenzschicht
des Brennstoffgemisches nimmt mit der Innenauskleidung 36 annähernd die Temperatur
des eigentlichen Verbrennungsbereiches an und verbessert dadurch den Reaktionsablauf
der Verbrennung im Bereich der Grenzschicht. Insbesondere ergibt sich damit auch
für im Bereich der Wandung 3 bzw. der Innenauskleidung 36 aufgrund von Brennschwingungen
hin und her bewegte Schichten des Brennstoffgemisches eine Verringerung des Anteils
an unvollständigen Verbrennungsprodukten.
-
Es findet somit gleichsam eine Sekundärverbrennung im Primärbrennraum
statt.
-
Im dargestellten Ausführungsbeispiel des Schwingbrenners 1 ist nur
an einem Teil der Wandung 3 der Brennkammer 2 eine Innenauskleidung 36 vorgesehen.
-
Es versteht sich jedoch, daß eine Innenauskleidung auch für die gesamte
Innenfläche der Wandung 3 oder für einen kleineren Teil dieser Innenfläche vorgesehen
sein kann. Die vorbeschriebenen Vorteile des erfindungsgemäßen Schwingbrenners 1
ergeben sich beim dargestellten Ausführungsbeispiel, wenn die Höhenabmessung der
Innenauskleidung 36 wenigstens etwa ein Drittel der Höhenabmessung des zylindrischen
Teils der Wandung 3 der Brennkammer 2 beträgt.
-
Die Innenauskleidung 36 sollte dabei im wesentlichen wenigstens den
Bereich umschließen, in welchem sich die Primärverbrennung vollzieht, also ungefähr
den Bereich ab der Höhenlage der öffnung 25 des Brennertopfes 21 bis zur Höhenlage
des Brennermundes 8.
-
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Innenauskleidung 36 kreuzgeflechtartig
ausgebildet, beispielsweise aus drahtförmigem, metallischem Werkstoff gefertigt.
Sie kann auch wendelförmige, beispielsweise metallische Fäden aufweisen oder streckmetallförmig
ausgebildet sein. Erfindungswesentlich ist dabei, daß die Grenzschichten nahe der
Innenfläche der Wandung 3 in dem betrachteten Gebiet nicht zu sehr abkühlen.
-
Daher kommen für die Innenauskleidung 36 auch wärmeisolierende Werkstoffe,
z. B. Asbest, in Frage. Es versteht sich, daß in einem solchen Fall die Innenauskleidung
36 auch großflächig an der Wandung 3 anliegen kann. Ebenfalls im Rahmen der Erfindung
liegt eine undurchbrochene, insoweit massive hohlzylindrische Ausbildung der Innenauskleidung,
bei der diese mit Stegen, Distanzhaltern oder dgl. an der Wandung 3 der Brennkammer
2 befestigt sein kann.
-
- Leerseite -