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Unterwasserbrenner Die Erfindung betrifft einen Unterwasserbrenner
mit elektrischer Zündvorrichtung oberhalb des Flüssigkeitsspiegels und einer Abgaskammer
mit Austrittsöffnungen für die unmittelbar in die zu beheizende Flüssigkeit geleiteten
Abgase.
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Unter einem Unterwasserbrenner ist ein Brenner zu verstehen, bei welchem
die Verbrennungsflamme in direkter Berührung mit der Flüssigkeit steht, so daß die
Flamme durch unmittelbare Berührung die zu erwärmende Flüssigkeit heizt.
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Es ist ein Brenner bekannt, bei welchem nur die Verbrennungsprodukte
in direkte Berührung mit der Flüssigkeit kommen. In diesem Fall finden also die
Zündung und die Verbrennung oberhalb des Flüssigkeitsspiegels statt, und der Hauptvorteil
der Unterwasserverbrennung, d. h. die unmittelbare Berührung zwischen Flamme und
Flüssigkeit, ist nicht vorhanden. Es ist auch ein Brenner bekannt, bei welchem sowohl
die Zündung als auch die Verbrennung unterhalb des Flüssigkeitsspiegels stattfinden.
Die Zündung nahe oder unterhalb des Flüssigkeitsspiegels verursacht aber ein höchst
unzuverlässiges Arbeiten des Brenners, denn die Zündvorrichtung, die der empfindlichste
Teil des
Brenners wegen der Lagerung in unmittelbarer Nähe des Flüssigkeitsspiegels
ist, kann leicht weggeätzt werden und versagt, besonders wenn es sich bei der zu
erwärmenden Flüssigkeit um eine Säure handelt. Es ist auch möglich, daß die Flüssigkeit
durch das Aufrühren plötzlich steigt und die Zündeinrichtung berührt. In diesem
Fall wird dann die Zündeinrichtung kurzgeschlossen so daß kein Funke und keine Wärme
erzeugt werden und keine Zündung stattfindet.
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Das Neue gemäß der Erfindung besteht darin, daß der Unterwasserbrenner
für die Zufuhr von Brennstoff und Luft in zwei voneinander getrennten Strömen eingerichtet
ist, derart, daß der eine Strom (Zündstrom) oberhalb des Flüssigkeitsspiegels gezündet
und der andere Strom der unterhalb des Flüssigkeitsspiegels gelegenen Mischungsstelle
zugeführt wird, wo die Hauptverbrennung erst beginnt.
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Durch diese Ausbildung ist es möglich, den Brenner an einer Stelle
zu zünden, die oberhalb des Flüssigkeitsspiegels liegt, während die eigentliche
Verbrennung unterhalb des Flüssigkeitsspiegels stattfindet.
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Vorteilhaft ist die Zuführungsleitung für den zweiten Strom um die
Leitung für den Zündstrom herumgelegt.
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In der Zeichnung ist Fig. i eine verkürzte Ansicht des Brenners, teilweise
im Schnitt, Fig. 2 eine teilweise Draufsicht im Schnitt nach der Linie A-A der Fig.
i in größerem Maßstab, Fig. 3 eine teilweise Draufsicht im Schnitt nach der Linie
B-B der Fig. i in größerem Maßstab. Wie aus Fig. i ersichtlich, sind die wesentlichen
Teile des Brenners ein Außenrohr 2, ein Innenrohr .4, eine Lochplatte 6, eine mit
Austrittslöchern io für die Verbrennungsgase ausgestattete Verbrennungskammer 8,
eine zu dem Austrittsstutzen 1:1 im Innenrohr führende Brennstoffzuleitung 12, eine
zu der Öffnung 18 im Innenrohr führende Luftzuleitung 16 und eine zu der Verbrennungskammer
8 über den Ringkanal 22 zwischen dem Außenrohr und dem Innenrohr sowie durch die
Lochungen 24. in der Lochplatte 6 führende Zuleitung 2o für ein Luft- und Brennstoffgemenge.
Der Zünder 26 ist mit einer nicht gezeigten Stromquelle durch Leitdrähte 28 verbunden.
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Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Leitdrähte 28 mittels der Anschlüsse
30 mit dem Zünder 26 (Fig. i) verbunden sind, der zweckmäßig als durch einen
elektrischen Strom von geringer Spannung und großer Stärke beheizter Glühdraht ausgebildet
ist. Die Leitdrähte 28 finden innerhalb der Luftzuleitung 16 Aufnahme und sind um
den Stutzen 1q. herumgebogen.
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Die Fig. 3 zeigt, daß das unter Druck zugeführte Gemenge von Luft
und Brennstoff, unterUmständen auch die Luft allein, zu der Verbrennungskammer 8
durch eine Anzahl von in der Platte 6 angebrachten Lochungen 2q. gelangen kann,
deren Größe der gewünschten Strömung des Luft-Brennstoff-Gemenges bzw. der Luft
entsprechend gewechselt werden kann. Die Zuführung der Luft bzw. des Luft-Brennstoff-Gemenges
unter Druck erfolgt mittels eines nicht dargestellten Gebläses.
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Der ganze Brenner einschließlich der Rohre 2 und q., der Lochplatte
6 und der Verbrennungskammer 8 kann aus dem gleichen Werkstoff oder aus Werkstoffen
unterschiedlicher Verrottungs-und Wärmefestigkeit hergestellt sein, wie Eisen, Stahl
und rostfreien Stahllegierungen. Die Wahl der Werkstoffe hängt bis zu gewissem Grade
von den Arbeitsbedingungen, wie der Beschaffenheit und der Temperatur der zu erhitzenden
Flüssigkeit, ab. Bei scharf ätzenden Flüssigkeiten, wie sauren Beizbädern, werden
zweckmäßig besondere Stahllegierungen, z. B. eine hochwertige nickel-, molybdän-
und chromhaltige Stahllegierung, verwendet. Während die üblichen Arten der Brenner
feuerfester Stoffe .bedürfen, ist gefunden worden daß mit dem Brenner gemäß der
Erfindung für die gangbaren Arbeitsweisen feuerfeste Stoffe überflüssig und unwirtschaftlich
sind; sie können jedoch bei Bedarf Verwendung finden.
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Für den Betrieb wird der Luftstrom vorzugsweise mittels eines nicht
dargestellten Luftgebläses angelassen das durch einen Elektromotor mit unveränderlicher
Drehzahl betätigt wird. Es kann ein beliebiger Druck verwendet werden, der jedoch
höher als der Gesamtdruck der Flüssigkeit sein muß. Diese letztere kann in einem
offenen oder geschlossenen Behälter Aufnahme finden, wobei der Druck sich naturgemäß
dementsprechend ändern wird. In ähnlicher Weise hat man bei veränderlichen Standhöhen
der Flüssigkeit verschiedene Gegendrücke zu überwinden; mit einem mechanisch angetriebenen
Gebläse wird indes der erzeugte Luftdruck sich von selbst dem Gegendruck anpassen,
so daß die Luftmenge im wesentlichen unveränderlich und von der Standhöhe der Flüssigkeit
unbeeinflußbar wird. Auf diese Weise ist die Wirkung des Durchrührens unveränderlich
und von der Standhöhe unabhängig. Der Flüssigkeitsspiegel befindet sich normalerweise
an einer Stelle zwischen dem Zünder 26 und der Lochplatte 6.
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Die Luft wird in die Zuleitung 2o unter einem überdruck von wenigstens
0,352 kg/cm2 für die Beheizung in offenen Behältern eingeführt. Sie strömt
durch den Zwischenraum zwischen dem Innen- und dem Außenrohr, die Lochungen 24 in
der Platte 6, die Verbrennungskammer 8 und die Löcher io zu der Flüssigkeit und
bewirkt, daß der Brenner von der letzteren befreit wird, während vor dem Anlassen
die Standhöhe sich oberhalb der Platte 6 befindet.
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Es wird dann Brennstoff durch die Leitung 12 dem Stutzen oder der
Düse 1q. zugeführt und mittels des Zünders 26 zur Entzündung gebracht. Gleichzeitig
mit dem Anlassen des Gebläses wird durch die Leitung 16 und die Öffnung 18 eine
ringförmige Luftströmung erzeugt. Normalerweise strömt die Luft durch die Öffnung
18, bevor der Brennstoff aus der Düse 1q. austritt; jedoch kann die ringförmige
Luftströmung auch gleichzeitig mit dem Zulassen des Brennstoffes angelassen werden.
Es
beginnt nun eine langsame Verbrennung an der Berührungsstelle des Brennstoffes mit
der Luftströmung, und es entsteht eine hohle, gelbe Flamme; sie brennt ununterbrochen
nach abwärts durch das Innenrohr q., das als Zündrohr bezeichnet werden kann, und
reicht bis zu einer Stelle unterhalb der Platte 6.
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Nach dem Verstreichen einer gewissen Zeit wird Brennstoff der durch
die Leitung 20 zugeführten Luft beigemischt, und dieses durch den Zwischenraum 22
und die Lochungen 24 strömende Brennstoff-Luft-Gemenge bildet die Brennstoffhauptquelle
an der Lochplatte 6. Die aus der Düse 14 austretende Flamme, die als Zündflamme
bezeichnet werden kann, bewegt sich vorzugsweise mit einer verhältnismäßig geringen
Geschwindigkeit und trifft mit der Hauptströmung unterhalb der Lochplatte 6 zusammen,
wobei zweckmäßig die unterhalb der Platte 6 herrschende relative Geschwindigkeit
gleich Null gewählt wird.
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Es ist selbstverständlich, daß sowohl die Luft als auch der Brennstoff
unter einem genügenden Druck zugeleitet werden müssen, um die Reibungswiderstände,
den Druck über der Flüssigkeit und das Gefälle der Flüssigkeit zu überwinden. Um
die erforderliche Strömung zu erreichen, lassen sich Brennstoff und Luft in einfacher
Weise steuern.
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Die Verbrennungsprodukte gelangen aus der Verbrennungskammer 8 durch
die Löcher io in die zu beheizende Flüssigkeit. Sobald die letztere die gewünschte
Temperatur erreicht hat, werden die Zuführung von Brenngas sowie die Zündung zweckmäßig
durch einen Temperaturregler ausgeschaltet, so daß lediglich Luft durch den Brenner
und die Lösung streicht. Hat sich die Lösung allmählich bis zu einem vorbestimmten
Punkt abgekühlt, so wird die Zündung von neuem durch eine selbsttätig wirkende Steuerung
angelassen.
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Gemäß einer Abwandlung der Arbeitsweise kann zunächst Luft durch die
Leitungen 2o und 16 bzw. durch die Öffnungen 24. und 18 der Verbrennungskammer 8
in üblicher Weise zugeführt werden, wonach der Brennstoff durch die Leitung 12 bzw.
den Stutzen 14 eingeleitet und mittels des Zünders 26, wie beschrieben, entzündet
wird. Die Brennstoffströmung wird so geregelt, daß sie zunächst zwecks leichterer
Zündung recht langsam ist. Die nach dem Entzünden gebildete und durch die Leitung
16 bzw. die Ringöffnung 18 mit Luft versorgte, nach abwärts gerichtete Flamme brennt
innerhalb des Innenrohres q. und in der Verbrennungskammer 8 bis zu einer Stelle
unterhalb der Lochplatte 6. Es wird nun die Brennstoffströmung verstärkt, so daß
nach dem Vermischen mit dem aus der Leitung 20 zutretenden Hauptanteil von Luft
die Verbrennung überwiegend unterhalb der Lochplatte 6 vor sich geht.
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Dabei wird die Brennstoffströmung durch einen Temperaturregler in
der Weise gesteuert, daß die Brennstoffzufuhr, wenn die Temperatur der Lösung allzu
hoch wird, selbsttätig verringert und umgekehrt, bei Temperaturabfall, gesteigert
wird. Es kann so die Brenngasmenge innerhalb einer Mindest- und einer Höchstgrenze
übereinstimmend mit der gewünschten Temperatur der Lösung gesteuert werden.
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Es ist zu bemerken, daß bei dieser letztgenannten Arbeitsweise der
Zünder lediglich einmal, nämlich zu Betriebsbeginn, in Wirksamkeit tritt, wohingegen
bei der erstbeschriebenen Arbeitsweise mit unterbrochener Brennstoffzufuhr das Einleiten
der Zündung nach jeder Unterbrechung bewirkt wird, sobald der Temperaturregler den
Bedarf an frischer Wärmezufuhr anzeigt. Das für die Hauptverbrennung erforderliche
Brennstoff-Luft-Gemenge wird bei der zuletzt beschriebenen Abwandlung der Arbeitsweise
nicht fertig vorgemischt zugeführt, vielmehr erfolgt das Vermischen von Brennstoff
mit Luft unmittelbar erst unterhalb der Lochplatte. Der Betrieb des Brenners kann
bei der einen und der anderen Arbeitsweise rasch durch Absperren der Brennstoffzufuhr
von Hand oder durch entsprechende Einstellung des Temperaturreglers unterbrochen
werden.
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Als Brennstoff wird zweckmäßig ein Brenngas verwendet, wie Naturgas,
Butan, Wassergas, Generatorgas, oder auch Gasgemische, wie sie im Haushalt für Kochzwecke
oder für Gasöfenbeheizung üblich sind. Statt gasförmiger Brennstoffe können flüssige
oder andere Brennstoffe in feinverteiltem Zustand Verwendung finden wie zerstäubte
oder verdampfte Öle, Gasolin u. dgl.
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Die Geschwindigkeit der Brennstoffströmung kann in weiten Grenzen
in Abhängigkeit von den Arbeitsbedingungen, wie der Beschaffenheit des Brennstoffes,
Leistung des Brenners, Verwendungszweck usw., wechseln, Gute Erfolge werden bei
einer relativ geringen Strömungsgeschwindigkeit des zu zündenden Gases erzielt.
Sobald beim Zünden größere Geschwindigkeiten des Gases benutzt wurden, war die Gefahr
des Ausgehens der Flamme merkbar. Die Strömungsgeschwindigkeit wird üblicherweise
durch nicht dargestellte Schieber in den Zuleitungen, durch die Größe der Lochungen
in der Lochplatte oder in anderer passender Weise geregelt.
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Es ist ersichtlich, daß die beschriebene Brennerart sich besonders
gut für die selbsttätige Steuerung eignet, was im allgemeinen bei den Brennern für
die Tauchverbrennung nicht zutrifft. Derartige selbsttätig steuerbare Tauchbrenner
sind, soweit bekannt, bisher noch nicht in Gebrauch gekommen. Eine der Schwierigkeiten
beim Zünden der Tauchbrenner beruht auf dem Auftreten der Rückschlagflamme. Durch
Versuche hat sich feststellen lassen, daß die Zündung eines mit hoher Geschwindigkeit
zugeführten Brenngemisches mittels eines ortsfesten Funken- oder Glühdrahtzünders
nicht zuverlässig ist und daß die Erscheinung des Ratterns in dem Zuleitungsrohr
zum Brenner auftritt. Die Zündung an der Lochplatte, wenn man den Hauptanteil des
Brenngemisches an dem Zünder vorbeigehen läßt, ist nur bei einer genau bestimmten
Strömung eines gegebenen Gemisches zufriedenstellend, und jeder Wechsel, sei es
der Strömung, sei es des Gemisches, führt gewöhnlich zu Fehlzündungen
oder
zu Rückschlägen der Flamme. Andererseits liefert eine Anordnung des Zünders stromabwärts,
von der Lochplatte gerechnet, und unmittelbar in der Bahn der Hauptströmung des
Brenngemisches eine befriedigende Zündung bei gewissen Strömungsgeschwindigkeiten;
diese Bauweise ist jedoch aus dem Grunde nachteilig, weil die Zünderbestandteile
angegriffen werden und eine zuverlässige Zündung bei allen vorkommenden Strömungsgeschwindigkeiten
nicht zu erreichen ist. Dagegen wird eine durchaus sichere Zündung unter allen genannten
Umständen erzielt, wenn man erfindungsgemäß eine in den Verbrennungsraum hineinreichende
Zündflamme, die oberhalb des Flüssigkeitsspiegels entzündet wird, vorsieht.
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Die beschriebene Vorrichtung ist besonders wegen ihrer gedrängten
Bauweise, des geringen Raumbedarfs und der selbsttätigen Wirksamkeit vorteilhaft.
Bei Beizbädern z. B. ist für jede Kufe nur ein Brenner erforderlich, im Gegensatz
zu der Beheizung mittels Dampf, bei welcher für eine kleine Kufe ein unverhältnismäßig
großer Dampfkessel betrieben «erden muß. Diese letztere Betriebsart ist insbesondere
während der Sommerzeit unvorteilhaft, wenn für die sonstige Beheizung der Werkstätte
kein Dampf benötigt wird. Ferner bewirkt das Durchrühren .der Beizlösung gemäß der
Erfindung eine wesentliche (etwa 5o°/o) Abkürzung der Beizdauer gegenüber derjenigen
bei der Dampfbeheizung, bei welcher gewöhnlich der Dampfstrahl unterhalb der Oberfläche
des Bades eingelassen wird und sofort niederschlägt, wodurch außerdem die Lösung
verdünnt wird. !Es ist daher ein dauerndes Abziehen der Lösung und Verstärken durch
frische Säure erforderlich, während bei der erfindungsgemäßen Arbeitsweise das Wasser
allmählich verdampft und die Lösung verstärkt wird, so daß es zwecks Einhaltens
einer bestimmten Lösungskonzentration und einer bestimmten Höhe des Flüssigkeitsspiegels
nur erforderlich ist, von Zeit zu Zeit Wasser hinzuzufügen und die bei der chemischen
Einwirkung verbrauchte Säure zu ersetzen. Die Leistungsfähigkeit des Brenners ist
daher wesentlich höher als bei der üblichen Dampfheizung. Die Verbrennungsabgase
verlassen ferner die Oberfläche der Lösung bei der Temperatur, welche die Lösung
selbst besitzt, d. h. bei etwa 65 bis 85' C, wodurch es möglich wird, die
latente Wärme des in den Abgasen vorhandenen Wasserdampfes auszunutzen, welche in
vielen Fällen etwa io% des gesamten Heizwertes derAbgaseausmacht. Bei keiner der
üblichen Vorrichtungen zur Wärmeübertragung ist eine solche Ausnutzung der latenten
Dampfwärme möglich. Der Wirkungsgrad der Tauchverbrennung beträgt etwa 951/o, während
bei dem üblichen Beheizen mittels Wasserdampf ein Wirkungsgrad von 75°/0 bereits
als besonders gut angesehen wird. Es ist selbstverständlich, daß die beschriebene
Vorrichtung für alle Arten der Flüssigkeitsbeheizung, einschließlich für Haushaltszwecke,
beispielsweise für die Heißwasserbereitung, für das Schmelzen von Metallen und andere
Zwecke verwendbar ist.
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Wie in der Zeichnung dargestellt, werden die austretenden Verbrennungsgase
zweckmäßig an einer Stelle in die Flüssigkeit geleitet, die von der Stelle, an der
der Brennstoff in die Verbrennungszone eintritt, erheblich weit entfernt ist. Die
austretenden Gase haben .das Bestreben, de Flüssigkeit in der Richtung ihres Ausströmens
zum Umlauf zu bringen. Mittels Leiteinrichtungen kann die Flüssigkeit zum Umlauf
in der Stromrichtung der Verbrennungsgase veranlaßt werden. Eine erhöhte Vergleichmäßigung
der Beheizung wird durch eine längliche @Abgaskaminer mit einer Reihe von Austrittsöffnungen
erzielt.