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Vorzugsweise mit flüssigem Brennstoff betriebene Feuerung, die mit
einem Schwingbrenner ausgerüstet ist Die Erfindung betrifft eine vorzugsweise mit
flüssigem Brennstoff betriebene Feuerung, die mit einem Schwingbrenner ausgerüstet
ist. Ein solcher Schwingbrenner ist eine Verbrennungsvorrichtung, deren Brennkammer
mit dem ventillos angeschlossenen Abgaskanal einen Helmholtzschen Resonator bildet,
welcher durch periodische, mit akustischer Frequenz in der Brennkammer erzeugte
Verpuffungen in seiner Eigenfrequenz erregt wird.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, einen selchen Schwingbrenner
zum Einblasen von Brenngemischen in eine Feuerung zu verwenden. Dabei wurde der
Brennstoff zwischen Brennkammer und dem angeschlossenen Rohr eingeführt, so daß
bei den Schwingungen ein Teil des Brennstoffes in die Feuerung (Druckphase) und
ein anderer Teil in die Schwingbrennerkammer (Unterdruckphase) gelangte. Das zugeführte
Brenngemisch diente also gleichzeitig zur Speisung des Heizgerätes und des Schwingbrenners.
Da die meisten Schwingbrenner jedoch nur mit relativ hochwertigen Brennstoffen sowie
innerhalb eines ziemlich eng begrenzten Leistungsbereiches zuverlässig arbeiten,
war die Anwendbarkeit solcher Heizvorrichtungen bisher auf wenige Spezialfälle beschränkt.
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Gemäß der Erfindung werden nun der Schwingbrenner und die Feuerung
mit je :einer getrennten Brennstoffzuführung ausgerüstet, wobei die Zuführung des
Feuerungsbrennstoffes in den Abgaskanal des Schwingbrenners ausmündet. Die Mündungsstelle
der mit einem Regelventil ausgerüsteten Zuführung des Feuerungsbrennstoffes liegt
am Abgaskanal in einem solchen Abstand von der Brennkammer, daß dieser Feuerunggbrennstoff
auch während der Unterdruckphase der Brennerschwingung nicht bis in die Brennkammer
des
Schwingbrenners zurückgerissen wird. Bei einer derartigen Ausbildung ist die Arbeitsweise
des Schwingbrenners unabhängig von dem zugeführten Feuerungsbrennstoff, da dieser
nicht in die Brennkammer des Schwingbrenners gelangt. Andererseits wird aber der
Feuerungsbrennstoff in den schwingenden Gasen des Abgaskanals thermisch und mechanisch
in besonders günstiger Weise aufbereitet. Da bei einem solchen Gerät nur etwa io
bis 200/0 der gesamten Wärmeleistung im Schwingbrenner erzeugt zu werden brauchen,
läßt sich für eine solche Anlage im Gegensatz zu dien bekannten Geräten ohne weiteres
eine Regulierung der Wärmeleistung im Verhältnis i : 5 bis i : io erzielen, ohne
daß der Schwingungszustand des Schwingbrenners hierdurch beeinträchtigt wird. Weiterhin
ermöglicht es die Erfindung, auch dann mit billigen Feuerungsbrennstoffen zu arbeiten,
wenn man den ,gegen Verkokungserscheinungen relativ unempfindlichen Reynst-Topf
durch eines ,der verkokungsempfindlicheren, aber dafür wesentlich schwingungsstabileren
Resonanzsysteme ersetzt, ,deren Hals (Abgasrohr) einen erheblich kleineren Querschnitt
als die geräumige Kammer (Brennraum) besitzt. In den Abgasrohren dieser Systeme
erfolgen heftige 'Schwingungsbewegungen, welche die mechanische Zerstäubung des
Feuerungsbrennstoffes bewirken, während gleichzeitig die hohe Temperatur des Gerätes
eine thermische Aufbereitung bewirkt.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich .erwiesen, den Feuerungsbrennstoff
,ausschließlich während der Unterdruckphase in das Abgasrohr des Schwingbrenners
einzuführen. Er wird dann in die Frischluft eingesprüht, welche dem rückgesaugten
Abgaspfropfen nachströmt. In dieser Frischluft wird er dann mechanisch und thermisch
aufbereitet,. während ein Ansaugen in der Überdruckphase vermieden wird, da hierbei
der angesaugte Brennstoff ohne zusätzliche Aufbereitung in die Feuerung eingeblasen
würde und nicht von Frischluft, sondern von den Abgasen des Schwingbrenners umgeben
wäre. Weiterhin hat es sich bei Verwendung von hochsiedenden Feuerungsbrennstoffen;
wie z. B. von Diesel- oder Heizöl, als vorteilhaft erwiesen, diese vor ihrer Entflammungszone
in Wärmeaustausch mnit den Außenwandungen der Brennkammer zu bringen und hierdurch
vorzuwärmen, denn hierbei gewinnt man gleichzeitig eine sehr erwünschte Kühlung
der Brennkammer. Man kann zu diesem Zweck das Zuleitungsrohr des Feuerungsbremietofffes
z. B. spiralig um die Brennkammer führen oder den mit wenig Luft gemischten Fenerungsbrennstoff
durch den Zwischenraum zwischen der Brennkammer und .einem diese umgebenden Mantel
saugen. Am besten bläst man den F.euerungsbrennstoff aus dem Abgasrohr des Schwingbrenners
auf dem Wege über einen Injektar, der zusätzliche Frischluft mitreißt, in einen
solchen, die Brennkammer umgebenden Mantelraum, der dann gleichzeitig als Schalldämpfer
wirkt; denn hierbei läßt sich eine so reichliche Mischung - des Fenerungsbrennstoffes
mit der Luft erzielen, daß innerhalb des erwähnten Mantelraumes bereits gewisse
Verschwelungserscheinungen auftreten, die eine besonders wirksame chemische Aufbereitung
des Fenerungsbrennstoffes hervorrufen. Das Zurückschlagen, der Fenerungsflamm@e
in den erwähnten Mantelraum läßt isich durch tangentiales Einblasen in den Mantelzaum
und durch Wahl eines entsprechend engen Austrittsspaltes verhindern, innerhalb dessen
die Strömungsgeschwindigkeit die Fortpf3,anzungsgeschwindigkeit der Flamme übersteigt.
Um ,ein Verlöschen der Flamme mit Sicherheit zu verhindern, kann man an der Brennkammer
eine glühende Wandungsstelle vorsehen.
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Die Erfindung sei im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert,
welche drei verschiedene Ausführun@gsb-eispi4ele wiedergibt. Dabei zeigt Fig. i
die teilweise angeschnittene, schematische Seitenansicht eines 'Schwingbrenners,
,dessen Abgasrohr den Fenerungsbrenustoff über ein Rückschlagventil und eine Drosselklappe
ansaugt, Fig. 2 .die entsprechende Seitenansicht eines Schwingbrenners, der
ein vorgewärmtes Öl-Luft-Gemisch ansaugt und in die Feuerung einbläst, Fig. 3 die
entsprechende Seitenansicht eines Schwingbrenners, der den im Abgaskanal mechanisch
aufberembeten Peuerungsbrennstoff durch den Mantelraum seiner Brennkammer in die
Feuerung einbläst, sowie Fig. 4 eine vergrößert dargestellte Einzelheit des in:
Fig. 3 wiedergegebenen Gerätes.
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Der übersichtlichkeit halber sind die üblichen und von der Erfindung
nicht betroffenen Konstruktionselemente, wie z. B. Vergaser, Brennstofftank und
Zündkerze, ,hur angedeutet sowie gleiche Teile in allen Abbildungen mit denselben
Bezugsziffern bezeichnet.
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Gemäß Fig. i besteht der Abgaskanal des Schwingbrenners aus einem
Rohr i, welches seitlich an .die Brennkammer 2 angesetzt ist. Die Brennkammer 2
saugt während der Unterdruckphase der Brennerschwingung über das Rückschlagventi13
Brennluft an, die sich an der Düse des Vergasers 4 Mit Brennstoff belädt. Das entstehende
Brenngemisch .entzündet sich im Einlaßkanal5 an der Glühkerze 6 und treibt bei ;seiner
Verpuffung einen heißen Abgasstrahl. durch das Rohr i in den Feuerungsraum 7. Während
dieser Abgaspfropfen anschließend nach rechts ausschwingt, folgt der Verpuffung
innerhalb der Brennkammer 2 ein vorübergehender Unterdruck (Unterdruckpha;se), der
erneut .Luft und Brennstoff ansaugt. Der beschriebene .Vorgang wiederholt.sich daher
periodisch, und zwar mit einer Frequenz, die der akustischen Resonanzfrequenz des
von Brennkammer 2 und Abgaskanal i gebildeten Helmholtzschen Resonators entspricht.
.Seine Wärmeleistung ist beschränkt und im Hinblick auf die Erhaltung des Schwingungsvorganges
nur in engen Grenzen regelbar.
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An .das Abgasrohr i ist nun gemäß derErfindung ein Zweigkanal 8 angesetzt,
vor dessen Einmündung in .da;s Abgasrohr ein Rückschlagventil9 liegt und in da;s
vor der Drosselklappe io die Düse des mit dem Feuerungsbrennstoff beschickten Vergasers
i i
mündet. Über den Zweigkanal 8 wird der Feuerungsbrennstoff daher
nur während der Unterdruckphase der Brennerschwingung in das Abgasrohr i eingesaugt.
Zur Erhöhung der im Abgasrohr entstehenden Unterdrucke trägt dessen Mündung einen
Aufsatz 12, der die Rückströmung an dieser Stelle durch Wirbelbildung drosselt.
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Der Schwingbrenner wird zunächst durch Ansetzen einer kleinen Pumpe
an den Rohrstutzen 13 angeblasen. Sobald er sich .eingeschwungen hat, öffnet man
die Drosselklappe io, so daß aus dem Vergaser i i Feuerungsbrennstoff angesaugt
und in den Abgaskanal i eingeführt wird. Dort wird dieser Brennstoff von der schwingenden
Gassäule erfaßt, welche ihn bei jedem Schwingungsvorgang erst nach links etwa bis
zur Mitte des Abgasrohres i hinüberreißt, um ihn dann mit der nächsten Verpuffung
in den Feuerungsraum 7 einzublasen, wo er die Flamme F bildet. Während dieses Schwingungsvorganges
wird der mit Luft gemischte Feuerurngsbrennstof sowohl mechan:i,sch als auch thermsch
vorzüglich aufbereitet, so daß er beim Austritt aus dem Abgasrohr i vor dessen Mündung
mit einer blauen, brausenden Flamme F verbrennt, deren Wärmeleistung mittels der
Drosselklappe io geregelt werden kann.
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Wie man an :dem SchwingungspfeilS erkennt, gelangt der Feuerungsbrennstoff
nicht bis in die Brennkammer 2 und entzündet sich erst in der Entflammungszone F.
Er beeinflußt daher den Schwingungszustand des Schwingbrenners i, 2 nicht und ruft
keine Verkokungen hervor.
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Eine ähnlich günstige Aufbereitung ergibt das in Fig. 2 dargestellte
Gerät. Bei diesem Gerät ist der Brennraum 2 mit einem Mantel 14 ausgerüstet, der
in das Mantelrohr 15 ausläuft, welches das Abgasrohr i umgibt und mit seiner Mündung
einen Injektor 16 bildet. Der Injektor saugt über das Mantelrohr 15 und den Filter
17 Frischluft an, welche die Brennkammer 2 kühlt und sich hierbei auf einige ioo°
C erwärmt, um sich dann im Injektor 16 mit den Abgasen des Schwingbrenners zu, mischen
und von diesen in den Feuerungsraum 7 eingeblasen zu werden.
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In den Luftraum 18 zwischen Mantel und Brennkammer (:sogenannter Mantelraum)
ragt die Düse i9, welche über das Regulierventil 2o aus dem Tank 21 mit Feuerungsbrennstoff
gespeist wird. Der dicht verschlossene Tank 21 wird hierbei über die mit einer Rück.stro:mdrossel
ausgerüstete Leitung 22, welche die Spitzendrucke des periodischen Verpuffun;gsvorg:anges
auf seinen Luftraum überträgt, unter einen Überdruck von etwa 0,5 bis i Atü
gesetzt, der zur feinen Versprühung seines Brennstoffes an der Düse i9 hinreicht.
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Die Luftzuführung über den Filter 17 wird so knapp bemessen, daß in
dem Mantelraum 18 noch keine Verpuffung, sondern nur eine Aufwärmung und höchstens
eilte leichte Verschwelung des Feuerungsbrennstofes eintritt. An der Mündung des
Abgasrohres i wird dies Gemisch während der Unterdruckphase der Brennerschwin gung
in den Abgaskanal i eingesaugt, ohne hierbei jedoch bis in die Brennkammer vordringen
zu können. Vielmehr schwingt es nur ein Stück mit zurück und vermengt sich hierbei
mit den rückschwingenden Abgasen des Schnvingbrenners, welche in diesem Fall durch
den zugemengten Feuerungsbrennstoff nicht merklich gekühlt werden, aber die Zündfähigkeit
des Gemisches nicht erhöhen. Erst an drer Mündung des Mantelrohres 15 tritt
genügend Brennluft zu, um die Verbrennung des aufbereiteten Feuerungsbrenrnstoffes
in der blauen Flamme F zu ermöglichen.
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Eine räumlich sehr ,gedrängte und technisch besonders günstige Ausführungsform
zeigt Fig.3. Die Brennkammer 2" liegt innerhalb des Mantels 14Q, um den das Abgasrohr
i" in spiraligen Windungen herumgeführt ist. An den Mantelraum 18" ist links der
gekrümmte Einlaßstutzen 23 tangential angesetzt. Er läuft in einen Trichter aus,
welcher mit der Mündung des Abgasrohres i" den Injektor 24 bildet.
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Der Feuerungsbrennstoff wird aus dem Tank 21 über das Regulierventil
2o und die Düse i9" in das Abgasrohr i" kurz vor dessen. Mündung eingesprüht, hierbei
etwa nach dem Vorbild von Fig. i in der schwingenden Abgassäule aufbereitet und
dann über den Injektor 24 und den Einlaßstutzen 23 tangential in den Ringraum 18"
zwischen der Brennkammer 2Q und dem Mantel 14Q eingeblasen. Er umkreist daher die
Brennkammer 2" in spiraliger Strömung, um sich dann nach entsprechend gesteigerter
Aufbereitung an der Austrittsöffnung dieses Mantels bei Bedarf mit weiterer Luft
zu mischen und die heiße Flamme F innerhalb des Feuerungsraumes 7 zu bilden.
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Die beschriebenen Geräte arbeiten durchweg ohne Gebläse und zeichnen
sich den üblichen Benzin- und Ölfeuerungen gegenüber durch große Einfachheit aus.
Eine Brennstofförderung tritt nur so lange ein, wie der Schwingbrenner ordnungsgemäß
schwingt. Der Brennstoff wird ungewöhnlich gut aufbereitet, :so daß sich auch :schwere
Öle verkokungsfrei verbrennen lassen. Ein Verlöschen der Flamme ist ausgeschlossen,
weil der Abgasstrahl des Schwingbrenners dauernd als Zündquelle wirkt.
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Bei der in Fig.3 dargestellten Anordnung läßt sich die Strömungsgeschwindigkeit
im Injektor 24 so, hoch halten, d@aß an dieser Stelle keine Zündung eintritt. Ebenso
läßt sich eine Zündung im Mantelraum 18" durch entsprechend enge Bemessung des Ringspaltes
(Engpaß) 25 unterbinden. Die Zündung der Flamme F läßt sich dadurch sicherstellen,
daß man in die Stirnfläche der Brennkamm,er i ein dünnwandiges Töpfchen 26 aus hochzunderfestem
Werkstoff einsetzt, wie dies Fig.4 deutlich zeigt. Letzteres bleibt dann im Betrieb
stets glühend, und wenn man durch einen aufgeschweißten, mit radialen Bohrungen
versehenen Ring 27 dafür Sorge trägt, daß eine kreisende Strömung im Flammenkern
stets kleine Mengen frischen Brenngemisches in den Hohlraum dieses Töpfch,en@s leitet,
so, zündet auch in diesem Fall die Flamme selbsttätig und bleibt in Betrieb dauernd
mit einer Zündquelle in Kontakt.
Die erfindungsgemäßen Heizgeräte
sind infolge ihres geringen Gewichtes für bewegliche Heizanlagen, wie z. B. Feldküchen,
Zeltheizungen, Anwärmgeräte auf Montage und Flugplätzen, besonders geeignet. Da
sie im Feuerungsraum einen leichten überdrruck erzeugen, benötigen sie praktIsch
keinen Schornstein. Die überaus elastische Verätellbarkeit ihrer Wärmeleistung ermöglicht
jedoch auch ihre Verwendung als Wärmequelle für Wärmekraftmaschinen, wie z. B. Heißluftmotoren
und Dampfmaschinen mit Rapidkessel.