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Zerstäuberbrenner für flüssige Brennstoffe Die Erfindung betrifft
einen Zerstäuberbrenner für flüssige Brennstoffe und behandelt eine besondere Ausführung
solcher Brenner, die eine weitgehende Veränderung und Regelung der Brennerleistung
ermöglicht.
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Es ist bekannt, bei derartigen Brennern den Brennstoff mit tangentialen
Zuführungsleitungen in eine Wirbelkammer einzuleiten, aus der er durch eine dem
Kammerboden gegenüberliegende mittlere Öffnung kleinen Durchmessers in feinzerstäubtem
Zustand entweicht. Bei den üblichen Zerstäuberbrennern dieser Art ist der Boden
der Wirbelkammer in der Regel ortsfest angeordnet, und die tangentialen Zuführungsleitungen
weisen einen unveränderlichen Querschnitt auf. Die Leistung dieser Brenner läßt
sich nur in geringen Grenzen ändern, und zwar nur in Abhängigkeit von einer Veränderung
des Druckes in der Brennstoffzuführungsleitung. Erfahrungsgemäß ist diese Leistungsänderung
der Quadratwurzel aus dem Druck des Brennstoffes proportional.
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Man hat auch schon Zerstäuberbrenner vorgeschlagen, die sich mit einer
größeren Leistungsänderung betreiben lassen, und zwar dadurch, daß ein Teil des
in die Wirbelkammer eingeleiteten Brennstoffes unverbraucht aus der Wirbelkammer
wieder abgesaugt oder auf sonstige Weise in den Brennstoffbehälter wieder zurückgeleitet
wird. Der Brennstoff wird dabei entweder durch eine mittlere Öffnung des Bodens
der Wirbelkammer oder an deren Umfang durch einen kreisförmigen Schlitz oder durch
Löcher, mitunter auch durch
am vorderen Ende der Wirbelkammer im
Bereiche ihrer Auslaßmündung gelegene Öffnungen oder Spalträume abgezogen und wieder
zurückgeleitet. Solche vorbekannten Ausführungen unterschiedlicher Art sind in Fig.
I, 1I, III und IV der Zeichnung dargestellt.
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Diese mit Brennstoffrückführung arbeitenden Zerstäuberbrenner haben
jedoch den Nachteil, daß eine sehr erhebliche Brennstoffmenge in den Brennstoffbehälter
oder in den Saugstutzen der Brennstoffpumpe wieder zurückgeleitet werden muß, besonders
bei Betrieb des Brenners mit kleinen Leistungen. Um die Verwendung flüssiger Brennstoffe
wirtschaftlich zu gestalten, ist man genötigt, den Brennstoff stark vorzuwärmen
- und unter hohen Druck zu setzen. Bei plötzlicher Ausdehnung dieses heißen und
hochgespannten Brennstoffes entstehen Teilverdampfungen und Zersetzungen, die den
Pumpenkreislauf stören, Unregelmäßigkeiten des Druckes verursachen und Wärmeverluste
nach sich ziehen.
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Es wurden auch schon Zerstäuberbrenner für erhöhte Leistungsänderungen
vorgeschlagen, bei denen der Boden der Wirbelkammer derart beweglich angeordnet
ist, daß er die tangenti.alen Zuführungsleitungen mehr oder weniger freigibt, wobei
diese Änderung des Querschnittes der tangentialen Zuführungsleitungen durch Änderung
des Brennstoffdruckes gesteuert wird. Ein Beispiel für eine solche Ausführung von
Zerstäuberbrennern ist in Fig. V und VI im Längsschnitt und in einem Querschnitt
durch den Brennerkopf im Bereich der Wirbelkammer nach Linie A-B in Fig. V dargestellt.
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Eine große Leistungsänderung läßt sich bei Zerstäuberbrennern der
beschriebenen Art auch dadurch erreichen; daß man in die Wirbelkammer zusätzlich
zu dem durch tangentiale Kanäle zugeführten Brennstoff eine veränderliche Brennstoffmenge
einleitet, die bei ihrem Eintritt in die Wirbelkammer nicht oder nur wenig in Umlauf
versetzt ist. Ein derartiger Brenner ist in Fig. VII im Längsschnitt, in Fig. VIII
im Querschnitt nach Linie C-D in Fig. VII dargestellt.
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Die Erfindung ist auf Zerstäuberbrenner gerichtet. bei denen die beiden
zuletzt beschriebenen Arten einer erhöhten Leistungsregelung mit dem zuerst beschriebenen
Prinzip der Brennstoffrückführung aus der Wirbelkammer vereint zur Anwendung kommen.
Hierdurch wird eine Verringerung der zurückzuführenden Brennstoffmenge und zugleich
eine Erhöhung des Regelbereiches der Brennerleistung bei feinfühliger Leistungsveränderung
erzielt.
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Ausführungsbeispiele für derartige Zerstäuberbrenner nach der vorliegenden
Erfindung stellt die Zeichnung .in Fig. IX bis XX dar, und zwar größtenteils in
Längsschnitten durch den Brennerkopf.
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Eine erste Ausführung eines solchen Brenners zeigt Fig. IX im Längsschnitt,
Fig. X im Querschnitt nach Linie G-F und Fig. XI im Querschnitt nach Linie G-H in
Fig. IX. Der Brenner ist hier mit einem Kolbenschieber i versehen, der durch den
in der Wirbelkammer 2 herrschenden Druck des Brennstoffes unter Spannen einer auf
der anderen Kolbenseite angreifenden Druckfeder mehr oder weniger weit axial verschoben
wird. Dabei steuert der Kolben mit seiner vorderen Stirnfläche die tangentialen
Brennstoffzuführungskanäle 3 der Wirbelkammer. Der Kolben enthält eine mittlere
Brennstoffrückführungsleitung, die durch eine Ausnehmung in der Wand des den Kolben
aufnehmenden Zylinders mit einem Spaltdurchlaß q. des Kolbens in Verbindung steht.
Je weiter der Kolben mit zunehmender Freilegung der tangentialen Zuführungsleitungen
3 nach rechts verschoben wird, um so kleiner wird der freie Durchgangsquerschnitt
für den Spaltdurchlaß q.. Bei voller Öffnung der tangentialen Kanäle 3 ist der Spaltdurchlaß
,I geschlossen, so daß kein Grundstoff aus der Wirbelkammer zurückfließen kann,
während bei kleinster Öffnung der tangentialen Zuführungsleitungen 3 der Spaltdurchlaß
¢ voll geöffnet ist.
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Der Brenner nach Fig. XII arbeitet nach dem gleichen Prinzip, doch
ist der Kolbenschieber 5 hier mit einer Abstufung versehen, so daß er durch eine
aus der Brennstoffzuführung abgezweigte Leitung an seiner abgestuften Ringfläche
aus der Brennstoffzuführungsleitung unmittelbar zusätzlich unter Druck gesetzt und
gesteuert werden kann.
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Auch der Brenner nach Fig. XIII arbeitet nach dem gleichen Prinzip,
nur wird die Zurückführung des Brennstoffes aus der Wirbelkammer hier nicht durch
Öffnungen am Umfang des Kolbenschiebers gesteuert, sondern durch einen ortsfesten
mittleren Stößel 6, der an seinem in den Kolbenschieber ragenden Ende im
Bereich des die Strömungsrichtung für den zurückgeführten Brennstoff kenntlich machenden
Pfeiles eine Schrägfläche oder abgeschrägte Ausnehmung aufweist, so daß der Durchlaßquerschnitt
mit zunehmender Verschiebung des Kolbenschiebers nach rechts verkleinert wird. Wie
bei den vorhergehenden Brennerausführungen wird der Brennstoff hier aus der Wirbelkammer
7 zentral durch eine mittlere Bohrung des Kolbenschiebers aus der Wirbelkammer abgeleitet.
Er durchströmt hier die die Druckfeder enthaltende Kammer und gelangt durch Bohrungen
-des Kammerbodens in die mittlere Rückführungsleitung.
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Bei dem Brenner nach Fig. XIV wird der zurückzuführende Brennstoff
am vorderen Ende der Wirbelkammer 8 abgezogen, und zwar durch einen Spaltraum, der
sich zwischen der Auslaßmündung der Wirbelkammer 8 und dem Durchlaß einer ihr vorgelagerten
Wand 9 befindet. Die Regelung für den zurückzuführenden Brennstofft ist nicht dargestellt
und wird durch ein vom Brenner unabhängiges Hilfsgerät vermittelt, das nach Bedarf
unter Wirkung des Brennstoffdruckes arbeiten kann oder nicht.
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Bei dem Brenner nach Fig. XV ist im Unterschied zu den vorher beschriebenen
Ausführungen nicht die Bodenfläche der Wirbelkammer, sondern
ihre
Wandung als Kolbenschieber ausgebildet. Der Kolbenschieber io besteht aus einer
Hülse, die sich auf einem ortsfesten Stößel führt, der mit seiner Stirnfläche die
Bodenfläche der Wirbelkammer bildet, und ist an einer Druckfeder abgestützt, und
er weist in seiner Wandung Durchlaßschlitze 12 auf, die als tangentiale Brennstoffzuführungen
in die Wirbelkammer einmünden. Die zur Leistungsregelung vorgesehene Zurückführung
des Brennstoffes erfolgt hier vor der Stirnfläche des Kolbenschiebers io durch Öffnungen
13. Beim Verstellen des Kolbenschiebers io nach links wird der Durchlaßquerschnitt
für die tangentialen Zuführungsleitungen 12 der Wirbelkammer vergrößert und der
Querschnitt der Rückführungsöffnungen 13 verkleinert und umgekehrt bei gegenläufiger
Verstellung des Kolbenschiebers.
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Fig. XVI zeigt einen Brenner, bei dem zur Rückführung des Brennstoffes
aus der Wirbelkammer Bohrungen 14 in dem Kolbenschieber 15 vorgesehen sind, der
die tangentialen Zuführungsleitungen 16 der Wirbelkammer steuert. Die Stärke der
Brennstoffrückführung kann hierbei entweder außerhalb des Brenners auf bekannte
Weise oder durch eine Steuerung des Querschnittes der Rückführungsleitungen bei
der Bewegung des Kolbenschiebers geregelt werden, wobei dann die Rückführungsleitungen
entsprechend bemessen sein müssen.
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Fig. XVII zeigt einen Brenner, dessen Leistung nicht nur durch Zurückleitung
von Brennstoff aus der Wirbelkammer, sondern zusätzlich auch durch anderweitiges
Einleiten eines Teiles des Brennstoffes in die Wirbelkammer geregelt werden kann.
Ein Teil des Brennstoffes strömt hier durch die tangentialen Zuführungsleitungen
17 in die Wirbelkammer und wird dabei in Umlauf versetzt. Ein weiterer Teil des
Brennstoffes kommt unverwirbelt durch einen Ringspalt 18, der den Boden der Wirbelkammer
umschließt, in die Kammer. Eine mittlere Öffnung i9 des Kammerbodens dient zur Zurückführung
des Brennstoffes, die in unterschiedlicher Weise regelbar ist.
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Bei dem Brenner nach Fig. XVIII wird der zusätzlich in die Wirbelkammer
eingeleitete Brennstoff nicht durch einen Ringspalt, sondern durch einzelne Bohrungen
2o des Kammerbodens zugeführt. Die Zurückführung des Brennstoffes erfolgt am vorderen
Ende der Wirbelkammer bei 21.
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Der Brenner nach Fig. XIX ist so ausgebildet, daß der der Wirbelkammer
vorgelagerte Ringraum 22 entweder zur Zuführung von Hilfsbrennstoff zwecks Verstärkung
der Brennerleistung oder zum Zurückführen eines Teiles des in die Wirbelkammer eingeleiteten
Brennstoffes zwecks Verkleinerung der Brennerleistung benutzt werden kann.
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Fig. XX zeigt schließlich einen Brenner, bei dem der an der Wirbelbildung
nicht beteiligte Brennstoff bei 23 am vorderen Ende der Wirbelkammer zugeführt wird
und die Zurückführung von Brennstoff durch eine mittlere Öffnung 24 des Bodens der
Wirbelkammer am hinteren Ende der Wirbelkammer erfolgt.
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Wie sich aus den dargestellten Ausführungsbeispielen ergibt, sind
die unterschiedlichsten Anordnungen nötig, um gegenüber den üblichen, mit Brennstoffrückführung
arbeitenden Zerstäuberbrennern eine Verringerung der zurückzuführenden Brennstoffmenge
bei verkleinerter Brennerleistung zu erzielen. Soll beispielsweise ein mit Brennstoffrückführung
arbeitender Zerstäuberbrenner der bisher üblichen Ausführung eine zehnfache Leistungsänderung
aufweisen, so muß bei der Höchstleistung des Brenners, die dem Wert io entspricht,
die Rückführungsleitung verschlossen sein, während bei der Kleinstleistung, die
dem Wert i entspricht, 9/io der zugeführten Brennstoffmenge wieder zurückgeführt
werden müssen. Im Unterschied hierzu wird bei den Brennern nach der vorliegenden
Erfindung die Leistungsverkleinerung mindestens teilweise durch eine Verkleinerung
der ,Menge des zugeführten Brennstoffes erreicht, die ohne Beeinträchtigung der
Wirbelbildung entweder durch Verkürzung der tangentialen Zuführungsmündungen der
Wirbelkammer oder durch Verminderung des unverwirbelt zugeführten Brennstoffes oder
durch beide Maßnahmen gemeinsam erfolgt.