NO782608L - Brennere for varmekjeler. - Google Patents

Description

Brennere for varmekjeler.

Foreliggende oppfinnelse angår slike brennere for varmekjeler som omfatter et munnstykke for spredning av brenselet og en turbulator ved hjelp av hvilken forbrenningsluften tilføres det av munnstykket innsprøytede brenselet.

For at brenselet skal kunne utnyttes fullstendig i

en varmekjele som er utstyrt med en slik brenner, kreves det dels at skorstenstemperaturen kan holdes ved et passende nivå og dels at forbrenningen kan skje med et minimalt luftoverskudd og at forbrenningen blir fullstendig. Dette er imidlertid ikke tilfelle ved de oljebrennerne som er på markedet idag med et oljeforbruk på 1,5 kg pr. time og høyere, samt beregnet for bruk ved mindre varmekjeler. Disse brennerne arbeider nemlig normalt med et overskudd av vanligvis mer enn 30% av den for brenselets fullstendige forbrenning nødvendige luftmengden. Det finnes bare en eneste brenner som har et luftoverskudd som er så lavt som omkring 10%. Dessuten er det ved disse brennerne, med unntak av den nevnte brenner med det lave luftoverskuddet, normalt en sotdannelse som er et direkte tegn på den ufullstendige forbrenningen og dessuten medfører en ikke ønskelig heving av skorstenstemperaturen etter hvert som sotlaget vokser og derved hindrer den tilstrebede varme-overgangen inne i kjelen. Sammen med at allerede et oljeforbruk på 1,5 kg pr. time eller mere er unødig stort ved den type av støtoppvarming som blir mere og mere vanlig i moderne energisvake, mindre leiligheter utrustet med forskjellige slags varmeakkumulatorer, har disse omstendigheter ført til at det har oppstått et behov av en oljebrenner med et betydelig mindre forbruk, nemlig omkring 1,0 kg.pr. time og lavere, og der det oppnås en fullstendig forbrenning av brenselet uten sotdannelse og ved et praktisk talt støkiometrisk blandings-

forhold, dvs. uten luftoverskudd.

Det oppståtte behovet har hittil ikke vært oppfylt. Den første årsaken til dette er at blandingen mellom brensel

og luft ved de kjente brennerne skjer ved hjelp av en turbulator som gir en turbulens vesentlig i brennerens aksialretning.

Til tross for at det forekommer betydelige trykkforskjeller over turbulatoren på de forskjellige kjente brennere, synes nemlig denne form av vesentlig aksielt utstrukket turbulens ikke å være tilstrekkelig for ved brennere med et oljeforbruk på mindre enn 1,2 kg pr. time og kunne opprettholde en forbrenning med akseptabel virkningsgrad. I tillegg kommer de med disse kjente brennerne sammenhengende og ikke ønskelige store luftoverskuddene, samt at store trykkfall endelig fører til at flammen blir instabil og av og til også utblåst.

Oppfinnelsen hår derfor til hensikt å foreslå en brenner med lavt brenselforbruk som gir en i .det minste stort sett fullstendig forbrenning uten sotdannelse ved et i det minste praktisk talt støkiometrisk blandingsforhold mellom luft og brensel. Med utgangspunktet fra en brenner av den inn-ledningsvis beskrevne type foreslås ifølge oppfinnelsen, for oppnåelse av denne hensikt, en ny og forbedret brenner som først og fremst erkarakterisert vedat turbulatoren i brenneren utgjøres av minst en i nærheten av munnstykkets ut-løpsende anbragt kanal som forløper i et mot munnstykkets geometriske akse i det minste vesentlig vinkelrett plan og munner ut ved siden av den nevnte akse, hvorved forbrenningsluften tilføres det utspredte brenselet i form av en> ii det minste vesentlig omkring dette beliggende virvel.

Omfattende forsøk med brennere forsynt med dette kjennetegn ifølge oppfinnelsen har også vist at hensikten er oppnådd, ettersom disse nye brennerne har vist seg å gi den tilstrebede, praktisk talt fullstendige forbrenning uten sotdannelse med et praktisk talt støkiometrisk blandingsforhold, såvel ved forskjellige klasser av fyringsolje som ved parafin og også gass ved så lavt brenselforbruk som 0,8 kg pr. time for de prøvede flytende brenslene. Prøven med gass har for tiden bare skjedd i mindre målestokk og er ikke helt ferdige. De hittil oppnådde resultatene viser imidlertid at en brenner ifølge oppfinnelsen er fullt anvendbar også for gassformede brensler.

Den vesentligste årsaken til de oppnådde resultatene synes å være turbulatorens anderledes -'.utforming ifølge oppfinnelsen, hvilken utforming gir en i brennerens radielle retning utstrekt luftturbulens i motsetning til tidligere nevnte, mindre effektive og vesentlig i aksiell retning ut-strukkede' luf tturbulens i de': kjente brennerne. Den som følge av turbulatoren i en brenner ifølge oppfinnelsen opp^stående radielle turbulens medfører nemlig at i det minste praktisk talt hele den tilførte friskluftmengden bringes til .ved sin inntredelse i brenneren å ligge i en virvel omkring det av munnstykket utspredte brenselet, noe som dels fører til en hensiktsmessig blanding mellom brensel og luft og dels skaper muligheter for en meget livlig resirkulasjon av forbrenningsgasser i brennkammeret.

Den eller de i nærheten av--munnstykkets utblåsings-ende anbragte kanalen resp. kanalene som utgjør turbulator i en brenner ifølge oppfinnelsen, kan være utformet på forskjellige måter. F.eks. kan en slik kanal utgjøres av en ringformet spalte i hvilken det er anordnet et antall jevnt fordelte ledeskinner mer eller mindre tverrstilt, og i spiss vinkel i forhold til ringens radius. Med denne utforming kan turbulatoren som helhet fremstilles på flere enkle måter, f.eks.' i form. av støpegods eller som sammensatt av forskjellige deler.

Den kan også med fremstillingsmessig fordel utgjøres av en eller flere kanaler bestående av en resp. flere ringformede kranser med jevnt fordelte åpninger i en med munnstykkets geometriske akse konsentrisk ringformet vegg, idet det er åpningens geometriske akser som skal forløpe i spiss vinkel i forhold til den ringformede veggens radius.

Ledeskinnenes og åpningenes spisse vinkel i forhold til ringens resp. veggens radius bør da, for at det skal oppnås en hensiktsmessig turbulens, ligge innen området 10-70°, fortrinnsvis mellom 15 og 50°.

For også i en brenner ifølge oppfinnelsen å gi den av turbulatoren frembragte, rundt det av munnstykket utspredte brenselet beliggende friskluftvirvelen en betydelig ut-strekning i lengderetningen, er turbulatoren ved en utførelses-form som har vist seg å være spesielt fordelaktig sett fra for- brenningssynspunkt beliggende foran en i brenselluftblandingens vei gjennom brenneren beliggende sirkulær struping. Denne,

som enklest kan bestå av en sirkulær åpning i en tverrvegg i brenneren.,.' har nemlig vist seg å føre til at den rundt det utspredte brenselet beliggende friskluftvirvelen i første rekke forlenges ut gjennom strupingen og i andre rekke i betydelig gr.ad også opprettholdes bortenfor denne under bibeholding av sin brenselet omgivende karakter, hvilket er til stor fordel for forbrenningen og bidrar til at denne kan skje i det minste praktisk talt uten luftoverskudd.

For blant annet å forbedre den rundt det utspredte brenselet beliggende friskluftvirvelens muligheter til sammen med brenselinnsprøytingen å gi mulighet til resirkulasjon av forbrenningsgassene, kan en brenner ifølge oppfinnelsen hensiktsmessig også omfatte en for innføring i kjelen beregnet, sylindrisk rørformet brennkammerdel med et mot kjelens indre åpent utløp ved den ene enden og med den sirkulære strupingen beliggende ved den andre enden, idet avstanden mellom utløps-eriden og strupingen skal være tilstrekkelig stor for at i det minste hoveddelen av forbrenningen skal skje mellom nevnte ende og strupingen. Ved hjelp av en slik brennkammerdel oppnås nemlig en dobbelt resirkulasjon av forbrenningsgassene.

En i form av.en innvendig og- omtrent.! sentrum av flammen beliggende virvel av innsugede forbrenningsgasser, og en annen ytre og omkring flammen beliggende virvel, oppstår umiddelbart bak strupingen. Lengden på brennkammerdelen kan dessuten hensiktsmessig være tilpasset slik at dens utløpsende dels holdes glødende av flammen og dels oppfanger eventuelle enda uforbrente brenselpartikler, hvilke restpartikler ved berøring-en med brennkammerdelens glødende vegg umiddelbart forbrenner.

F'or å fa en effektiv, sylindrisk rørformet' brennkammerdel synes forholdene mellom dennes innerdiameter og den sirkulære strupingens diameter å måtte' ligge mellom 2 og 6.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til tegningen som viser et utførelseseksempel på en brenner ifølge oppfinnelsen. Fig. 1 viser i en noe skjematisert form et aksielt snitt gjennom brenneren. Fig. 2 viser et snitt etter linjen II-II i fig. 1.

Av tegningen fremgår det at en brenner ifølge oppfinnelsen, som i praksis har vist seg hensiktsmessig både for forskjellige typer fyringsolje som for parafin og til og med gass, omfatter et munnstykke 1 for utspredning av brenselet, samt en turbulator 2 gjennom hvilken friskluft som kommer inn gjennom et innløpsrør 3 fra en ikke vist vifte, tilføres det av munnstykket 1 utspredte brenselet.

Munnstykket- 1 kan være av forskjellig kjent type og f.eks. spre brenselet i form av en massiv kon eller i form av en konisk skjerm 4. Munnstykket er plassert i en holder 5

i form av en sylindrisk skive som er forsynt med hull,

hvilken skive på ikke vist måte er innfestet hensiktsmessig aksielt forskyvbart i brenneren, f.eks. ved hjelp av et eller flere støtteben. I denne holderen 5 er det hensiktsmessig også anbragt en elektrode 6 som tenner flammen. Såvel munnstykket 1 som elektroden 6 er fastholdt i gjennomgående hull i holderskiven 5 ved hjelp av låseskruer 7,8.

Til det ytre omfatter den viste utførelsesformen

for en brenner ifølge oppfinnelsen to i det minste vesentlig sylindriske rørformede deler som er festet sammen med i hver-andre innskjøvne ender. Den bakre av disse delene 7, inne i hvilken den som munnstykke- og elektrodeholder tjenende sylindriske skiven 5 er anbragt, er utført av vanlig såkalt handelsstål og festet i det fra den ikke viste viften ledende luftinnløpsrøret 35i hvilken den hensiktsmessig er inn-stukket i og fastlåst ved hjelp av en eller flere låseskruer 8. Den rørformede fremre brennerdelen 9 danner derimot en brennkammerdel som er beregnet for innføring i kjelen og å> • "■ oppvarmes av brennerens flamme,og består derfor av et varmebe-standig stål. Den enden som er beregnet for innføring i kjelen er åpen for å danne brennerens utløp, mens den andre enden er innskjøvet i den bakre brennerdelen 7 og er festet i denne f.eks. ved hjelp av et hensiktsmessig antall ikke viste punkt-sveiser, låseskruer eller på annen hensiktsmessig måte.

Inne i brennerens bakre del 7 er det anbragt en mellomvegg og som er festet f.eks. ved hjelp av punkt sveising. Denne veggen kan bestå av en stålplate i hvilken det er uttatt en sirkulær åpning for å danne en struping i brenselluftbland ingens vei gjennom brenneren. Por å gi hensiktsmessige strøm-ningsforhold gjennom og etter strupingen, kan åpningen 11 være forsynt med en utkraging 12 med hensiktsmessig tilpasset krumningsradius. Den aksielle avstanden mellom åpningen 11 som danner strupingen og den fremre brennerdelens 9 utløps-ende er tilpasset slik at den er tilstrekkelig stor for at i det minste hoveddelen av forbrenningen skal skje mellom strupingen og den nevnte enden. Videre skal forholdet mellom den sylindrisk rørformede brennkammerdelens eller fremre brennkammerdélens 9 innerdiameter d^ og den sirkulære strupingens diameter d shensiktsmessig ligge mellom 2 og 6. Den viste utførelsesformen har dessuten en utløpsende på

den fremre brenner- eller brennkammerdelen 9 som har et inn-overbrettet omkretsparti 13 for at eventuelle uforbrente oljepartikler ikke skal kunne passere skrått ut fra brenneren uten å oppfanges og forbrennes ved berøring av dette parti, som i drift er beregnet på å være glødende.

Ifølge oppfinnelsen utgjøres turbulatoren 2 av minst' en i nærheten av munnstykkets 1 utblåsningsende anbragt kanal som forløper i et mot munnstykkets geometriske akse i det minste vesentlig vinkelrett plan og munner ut ved siden av nevnte akse. Som følge av denne .innretning av.kanalen eller turbulatoren 2 blir den fra viften gjennom innløpsrøret 3 førte friske forbrenningsluften tilført det av munnstykket 1 spredde brenselet i form av en i det minste vesentlig omkring dette beliggende virvel. I denne hensikt kan kanalen eller turbulatoren 10 i og for seg være utformet på forskjellige måter. Ved den viste utførelsesformen utgjøres den imidlertid av en ringformet spalte 14. Som det spesielt godt fremgår av fig. 2 er det i denne spalten anordnet et antall jevnt fordelte ledeskinner 15, mer eller mindre tverrstilte og i spiss vinkel a i forhold til den ringformede spaltens radius er, idet vinkelen a skal ligge innen området 10-70° og fortrinnsvis mellom 15 og 50°.

Nærmere bestemt er den spalten eller kanalen 14 som danner turbulatoren 2 ved den viste utførelsesformen beliggende foran den i brenselluftblandingens vei gjennom brenneren anbragte sirkulære strupingen eller åpningen 11 i mellomveggen 10. I realiteten kan spaltens ene begrensningsside til og med utgjøres av denne vegg, noe som;forøvrig er tilfelle ved den på tegningen viste utførelsesformen, der ledeskinnene 15

med sin ene ende er fastsveiset til veggen, mens den motsatte enden er fastsveiset ved en ringformet skive 16 som danner spaltens 14 andre begrensningsside. I den ringformede plate-skiven 16 er det anbragt en platehylse 17 som er aksielt for-skyvbar for å danne et reguleringsorgan for spaltens 14 bredde. Denne hylse 17, som ved sin ene ende er festet til den skive 5 som utgjør kombinert munnstykke- og elektrodeholder i brenneren, fungerer dessuten som en avskjerming for at brennerens indre ikke skal få noen friskluft gjennom inn-løpsrøret 3 som ikke har passert den spalten 14 som danner turbulatoren 2.

Som det fremgår av de i fig. 1 inntegnede pilene, kommer den friske forbrenningsluften, som er symbolisert med de ufylte pilene, inn gjennom innløpsrøret 3 og passerer gjennom spalten 14 som danner turbulatoren 2, hvorved den bibringes formen av en virvel som ligger koaksialt med brennerens geometriske akse og i det minste i det vesentlige omkring det av munnstykket 1 utspredte brenselet 4. Denne virvel skrur eller strekkes ut gjennom strupingen eller åpningen 11 i veggen 10 og symboliseres inne i brennkammerdelen 9 av de utfylte, grove pilene i fig. 1. Derved oppstår en dobbelt resirkulasjon av forbrenningsgasser inne i brennkammerdelen 9, hvilket fremgår av de tynne pilene i fig..1, som viser at det dels oppstår en slik resirkulasjon i det indre av det spredde brenselet og dermed også sentralt inne i flammen, og dels en ytre virvel som, sett i den generelle strømningsretningen gjennom brenneren, ligger etter strupingen 11 og rundt det spredte brenselet 4 og dermed også rundt det ytre av flammen.

Oppfinnelsen er ikke begrenset til det ovenfor beskrevne og på tegningen viste utførelseseksempel, men kan modifiseres på mange måter innenfor rammen .for patentkravene.

Claims (8)

1. Brennere for varmekjeler, omfattende et munnstykke (1) som sprer brenselet og en turbulator (2) gjennom hvilken forbrenningsluften tilføres det av munnstykket spredde brenselet (4), karakterisert ved at turbulatoren (2) utgjøres av minst en i nærheten av munnstykkets (1) utblåsningsende anbragt kanal (14), som forløper i et mot munnstykkets geometriske akse i det minste vesentlig vinkelrett plan og munner ut ved siden av nevnte akse, hvorved forbrenningsluften tilføres det spredde brenselet i form av en i det minste vesentlig omkring dette beliggende virvel.

2. Brennere ifølge krav 1, karakterisert ved at kanalen (14) utgjøres av en ringformet spalte, i hvilken et antall jevnt fordelte ledeskinner (15) er anordnet mere eller mindre tverrstilt og i spiss vinkel (a) i forhold til ringens radius (r).

3. Brennere ifølge krav 2, karakterisert ved at ledeskinnenes (15). spisse vinkel (a) i forhold til ringens radius (r) ligger innenfor området 10-70°, og for- * o trmnsvis mellom 15 og 50 .

4. '- Brennere ifølge krav 1, karakterisert ved at kanalen utgjøres av en ringformet krans av jevnt fordelte åpninger i en med munnstykkets geometriske akse konsentrisk ringformet vegg, idet åpningenes geometriske akser forløper i spiss vinkel i forhold til veggens radius.

5. Brennere ifølge krav 4, karakterisert ved at åpningenes spisse vinkel i forhold til veggens radius ligger innen området 10-70° og fortrinnsvis mellom 15 og 50 .

6. Brennere ifølge et eller flere av foregående krav, karakterisert ved :at turbulatoren (2), sett i hovedretningen for. luftens og brenselets strømning gjennom brenneren, er beliggende foran en i brenselluftblandingens vei gjennom brenneren beliggende sirkulær struping (11).

7. Brenner ifølge krav 6, karakterisert ved at den omfatter en for innføring i kjelen beregnet, sylindrisk rørformet brennkammerdel (9) med et mot kjelens indre åpent utløp ved den ene enden og med den sirkulære strupingen (11) beliggende ved den andre enden, idet avstanden mellom utløpsenden og strupingen er tilstrekkelig stor til at i det minste hoveddelen av forbrenningen skal skje mellom nevnte ende og strupingen (11).

8. Brennere ifølge krav 7>karakterisert ved at forholdet mellom den sylindrisk rørformede brennkammerdelens (9) innerdiameter (d^ ) og den sirkulære strupingens (11) diameter (d s) ligger mellom 2 og 6.