SE454459B - Forbrenningsanordning for en halcylindrisk vermevexlare - Google Patents

Description

454 459 ringspalt mellan uppvärmningsröret och flamröret. Ändamålet med föreliggande uppfinning är därtill att angiva en anordning av inledningsvis beskrivet slag, som möjliggör en start med ren flamma och utan pulsationer och där samtidigt den undre effektgränsen väsentligt kan sänkas.

Detta ändamål löses medelst uppfinningen därigenom att' den gavelväggen tillcrdnade änden av insatsen är försedd med en ringformig gavelvägg och en i insatsen centriskt anordnad tillsatsbrännare för förgasat flytande eller gasformigt bräns- le, som uppvisar en uppvärmningsbar centrisk bränslebered- ningskammare och ett kanalsystem för förbränningsluften med koncentrisk mynning, och att i insatsens förlängning i höjd med huvudbrännarsystemet ett brännarrör är anordnat, som slutar med avstånd från hålcylinderns gavelvägg och består av ett material, som vid drift av tillsatsbrännaren antager glödningstemperatur.

Vid denna konstruktion kan bränslet stökiometriskt rök- fritt förbrännas, bildas en stabil, pulsationsfri flamma och bringas brännarhuvudet snabbt till hög temperatur. Detta un- derstödes genom uppvärmning, genom vilken t ex bränslet kan bringas till högre temperatur eller förgasas eller genom vilken en bränslegasluftblandning också kan tändas. Rökgasen avger sin värme i ringspalten till värmeväxlaren. Om härvid mycket liten bränslemängd förbrännes, är strömningshastighe- ten motsvarande låg och det kan göras avkall på spiralrörelse för gasen i ringspalten. När centralbrännaren vid högre bränslemängd enbart drives, skall den i ringspalten omledda förbränningsgasen ha en tillräcklig rotation, vilken kan alstras genom tangentiell lufttillförsel i kanalsystemet för förgasarbrännaren och/eller motsvarande ledskovlar.

Det är fördelaktigt, om centralbrännaren är en förgas- ningsbrännare, vid vilken bränsleberedningskammaren utgöres av ett med en elektrisk värmeanordning försett förgasnings- rör. Detta kan förgasa flytande bränsle i bränsleberednings- kammaren och därefter förbränna bränslet stökiometriskt rök- fritt. 454 459 En särskilt mjuk start erhâlles, om i området för myn- ningen av bränsleberedningskammaren är anordnad en glödzon, som bringas till glödning medelst en värmeanordning. Om vid start det första gasformiga bränslet tillföres eller de första dropparna av flytande bränsle når bränsleberednings- kammaren och där förgasas, blandar sig gasen med den i bränsleberedningskammaren befintliga luften. Den tändbara blandningen tändes i glödzonen. Den så bildade tändflamman skjutes av den efterföljande bränslegasen in i rummet inuti brännarröret. Den tänder sedan den ur den efterföljande bränslegasen och den via kanalsystemet tillförda förbrän- ningsluften bildade blandningen. Detta förlopp ger en mycket säker tändning vid blå eller genomsynlig flamma.

Särskilt lämpligt är det dock, om brännarröret består av ett material, som vid drift antager förgasningsbrännarens glödtemperatur och när ett för bränsletillförseln och -bland- ningen tjänande huvudsystem är anordnat ungefär tangentiellt till ringspalten i höjd med brännarröret. Därvid kommer när brännarröret glöder, den av huvudsystemet tillförda bränsle-luft-blandningen att säkert tändas. Flamman är sta- bil. Inga pulsationer uppträder. Då en glödtändning sker såväl vid centralbrännaren som också vid huvudsystemet, kan kanalsystemets mynning i rummet inuti brännarröret, detta rum och ringspalten hållas fritt från störande element för tändningen, så att ett fullständigt rotationssymmetriskt luftmönster erhålles. Glödzonen har den ytterligare fördelen, att vid bortfall av flamman under drift såväl vid central- brännaren som också vid huvudsystemet inom säkerhetstiden en âtertändning sker. Centralbrännaren kan efter startfa- sen av bränsetyp hållas ytterligare i drift eller företrä- desvis urkopplas. De båda brännarsystemen kan därför arbe- ta samtidigt eller oberoende av varandra. Vid användning av báda brännarsystemen kan anordningen drivas inom ett tidigare ej uppnått stort effektomrâde, så att module- ringsomrâdet fördubblas. Härvid kan gasformiga eller fly- tande bränslen oberoende av bränslemängden användas. Sär- 454 459 skilt kan med det bränsletillförseln och -blandningen tja- nande huvudsystemet också tunga brännbara ämnen, såsom trögflytande brännolja, smutsad olja eller olja-kol-bland- ningar (COM) brännas stökiometriskt och särskilt nedåt till en effekt av ungefär 0,1 kg bränsle per timme, vilket hit- intills ej varit möjligt.

Företrädesvis består brännarröret av ett material med låg värmeledningsförmâga. På grund härav uppnås på mycket kort tid glödtemperaturen.

Vidare är det lämpligt med en styranordning för att alstra en yttre ringvirvel av flamgaserna med en returväg längs brännarrörets insida. Denna ringvirvel skyddar den nybildade flamman från en avkylning genom brännarhuvudet och förhöjer därigenom stabiliteten för den startade flam- man. Därutöver sörjer den för en mycket snabb uppvärmning av brännarröret till glödtemperatur.

Styranordningen kan uppvisa ensidigt en konisk styr- vägg vid kanalsystemets mynning, så att förbränningsluf- ten inledes i en konisk luftstrâle. Denna strâlform le- der till en yttre ringvirvel, som sträcker sig över flam- fronten utåt och sedan âtercirkuleras över en förhållande- vis lång väg längs brännarrörets inre omkrets.

Det är fördelaktigt, om kanalsystemets mynning har en axiellt inställbar spaltbredd. Härigenom kan hastighe- ten för tillförd luft ändras.

Vidare är fördelaktigt med styrmedel, med vilka luf- ten roterande kan tillföras rummet inuti brännarröret.

Detta ger en stabil flamma och utpräglad yttre ringvirvel.

Vid en föredragen utföringsform sörjes för att kanal- systemet är konstruerat för att erhålla en sådan inlopps- hastighet för luften i rummet inuti brännarröret och en sådan genom inloppsvinkeln och rotationen bestämd stig- ning, att den yttre ringvirveln omsluter flamfronten oberoende av inmatad bränslemängd. Fördelen med den yttre ringvirveln föreligger därför oberoende av den förhanden- varande bränneffekten. 454 459 Vidare är det lämpligt, om en returcirkulationsväg är anordnad genom insatsen av ett utloppet förkopplat rum via öppningar i den ringformiga gavelväggen till rummet i brännarröret. På detta sätt återföres förhållandevis kalla förbränningsgaser i flammans omrâde. De deltar inte i förbränningen utan avkyler flamman. Härigenom är den àtercirkulerande rökgasmängden självreglerande, dvs en funktion av tillförd bränslemängd. Risk för bildande av för hög mängd kväveoxid är därför minskad.

Särskilt kan insatsen vara en centralbrännaren omgi- vande hálcylinder. Den återcirkulerande förbränningsgasen kyler därvid insatsen, som på sin utsida kontaktas av de heta förbränningsgaserna.

Om bränsle- och förbränningslufttillförseln till cent- ralbrännaren och/eller huvudsystemet är reglerbar, kan varje värmeeffekt inom ett mycket stort område anpassas till den för varje tillfälle erforderliga värmemängden.

Dessutom kan sörjas för, att centralbrännaren och huvudsystemet kan drivas med olika bränslen.

Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas i en föredragen utföringsform med hänvisning till bifogade ritningsfigurer.

Fig. 1 visar därvid en anordning enligt uppfinningen delvis i längdsnitt.

Pig. 2 visar ett dellängdsnitt genom en undre del av anordningen. _ En hålcylinder 1, som nedtill är försedd med en ga- vel 2 och på ovansidan är försedd med ett lock 3 är bil- dad över större delen av sin längd av en värmeväxlare 4 med ett inlopp 5 och utlopp 6 och i undre delen av en vägg 7 av eldfast material. Koncentriskt i hàlcylindern 1 är anordnat en tunnväggig hålcylindrisk insats 8, som undertill är stängd medelst en ringformig gavelvägg 9 och som såsom förlängning är tillordnad ett brännarrör 10.

Detta mynnar med ett avstånd 11 fnà1gaveh12. Mellan hål- 454 459 6 cylindern 1 och insatsen 8 respektive brânnarröret 10 finns en ringspalt 12, som upptill via ett utgångsrum 13 är förenad med - ett utlopp 14. I höjd med brännarröret 10 är anordnat ett bränsle- tillförseln och -blandningen utövande huvudsystem 44 med ett bränsleberedningselement 45 och en tangentiellt inkommande kanal 46, över vilken bränsle-luft-blandningen kan införas i ringspal- ten 12 med hög hastighet. Förbrännings- eller rökgaserna bildar sedan nära på varandra liggande strålvindlingar, som leder till en intensiv värmeavgivning i värmeväxlarens 4 omrâde. Hela anord- ningen omslutes av en värmeisolering 15.

Såsom figur 2 visar är insatsens 8 inre i anslutning vid gavelväggen 9 anordnad med en centralbrännare 16. Denna upp- visar en bränsleberedningskammare 17 i form av ett förgasnings- rör 18, som är uppvärmningsbart medelst en elektrisk värmeanord- ning 19. Denna kan via anslutningar 20 och elektriska matnings- ledningar 21 matas med spänning via ett kopplingsorgan 22. Förgas- ningsröret 18 och värmeanordningen 19 är försedda med en värme- isolering 23. Alltihopa hâlles i ett hus 24 som vid främre änden uppvisar en konisk vägg 25. Huset 24 bildar samtidigt ett kanal- systems 26 inre begränsning för tillförsel av förbränningsluft, som utåt begränsas medelst en mantel 27 med en tangentiell luft- inloppsöppning 28 och en via en gänga 29 härmed förenad gaveldel 30. Gaveldelen uppvisar en fläns 31 för fästning vid den ringfor- miga gavelväggen 9 och en konisk yta 32. De båda koniska ytorna 25 och 32 begränsar en ringspalt 33, via vilken den genom ett rör 34 och kanalsystemet 26 tillförda förbränningsluften utträder i en roterande konisk stràle.

Vid främre änden av förgasningsröret 18 finns en glöd- zon 35, som ger sig själv, därigenom att en ring 36 starkare för- hindrar värmeavgivning vid värmeanordningen 19 än värmeisole- ringen 23 och därtill genom att uppvärmningsanordningen 19 i detta område uppvisar en större effektavgivning. Detta kan t.ex. ske därigenom, att värmeanordningen 19 har formen av en hylsa, som flerfaldigt från båda sidorna och framåt och en gång genom- gående är slitsad, så att vid främre änden förefinnes ett större motstånd. När flytande bränsle tillföres via en ledning 37, upp- träder en förgasning i förgasningsröret 18. Den bildade bränsle- gasen blandar sig i brännrummet 38 med den via ringspalten 33 tillförda förbränningsluften till en brännbar blandning. Det bil- 454 459 7 das en flamfront 39. På grund av tillförseln av förbränningsluf- ten bildas vidare en inre ringvirvel 40 och en yttre ringvirvel 41. Den senare löser sig från flamfrontens ytterskikt och förlö- per längs brännarröret 10 över ett väsentligt stycke bakåt och därefter inåt, där den återcirkulerande delen åter blandas med flamman. Denna yttre ringvirvel 41 skyddar flamman från den förs- ta avkylningen genom brännarröret 10 och upphettar detta mycket snabbt till glödtemperatur.

Vid start förgasas den första tillförda bränsledroppen och blandar sig med den i förgasningsröret 18 befintliga luften.

Den så bildade brännbara blandningen tändes vid glödzonen 35.

Den uppstående tändflamman skjutes av efterföljande bränslegas üxi bräuu1mnet38. Den efterföljande gasen bildar med den via ringspalten 33 tillförda fiörbränningsluften en blandning, som tändes av tändflamman. Detta ger en mycket god start utan pulsa- tion. Bränsle och luft kan så blandas, att en stökiometrisk för- bränning utan sotbildning sker.

Brännarröret 10 upphettas inte bara inifrån utan ock- så utifrån medelst de i ringspalten 12 omvända förbränningsgaser- na. Därtill upphettas väggen 7 genom strålning från brännarröret 10 och genom förbränningsgasen, så att också denna vägg strax an- tager glödtemperatur. Inkopplas nu det bränsletillförseln och -blandningen tjänande huvudsystemet 44, erhålles från början en pålitlig tändning, en fullständig förbränning vid genomsynlig blå flamma och en pulsationsfri drift. Allt efter effektbehovet kan centralbrännaren 16, huvudsystemet 44 var för sig eller båda gemensamt vara i drift.

Vidare är i den ringformiga gavelväggen 9 anordnat ett antal öppningar 42, via vilka en återcirkulationsväg 43 ur rummet 13 genom insatsen 8 och längs gavelväggen 9 till flamfrontens 39 rot uppstår. Detta leder till en avkylning av flamman och därmed till en förminskning av bildningen av skadliga ämnen. Ringspalten 33 kan till sin storlek förändras genom vridning av manteln 27 på gaveldelen 30, för att inställa de optimala betingelserna i bränn- rummet 38. Denna återcirkulationsströmning erhålles också, när centralbrännaren 16 är urkopplad. Atercirkulationsvägen 43 förlö- per sedan vid brännarrörets 10 insida och när underifrån ringspal- ten 12. 454 459 8 Brännarröret 10 kan bestå av stål eller ett tunnväg- gigt keramiskt material. Bränsleberedningskammaren 12 har före- trädesvis en vägg av siliciumkarbid, som är tätad med silicium- gas eller annat keramiskt material. Också de övriga använda de- larna måste så väljas, att de under drift kan motstå uppträdande temperaturer. n

Claims (11)

454 459 PATENTXRAV:

1. Förbränningsanordning för en hâlcylindrisk värmeväxlare, vid vilken mellan en med en gavelvägg (2) försedd hål- cylinder (1) och en koncentrisk insats (8) är utformad en från konstruktionsdelar fri ringspêltf Qeflfim Vilken förbränningsgaserna efter passage utmed värmeväxlarens insida strömmar till utloppet och vid vilken är anordnat ett huvudbrännarsystem (44) nära den mot gavelväggen vända änden av ringspalten, vilket huvudbrännarsystem alstrar en tangentiellt till ringspalten förlöpande strömning av bränsleluftblandning, k ä n n e t e c k n a d av, att den med gavelväggen (2) tillordnade änden av insatsen (8) är försedd med en ringformig gavelvägg (9) och en i insat- sen centriskt anordnad tillsatsbrännare (16) för förgasat flytande eller gasformigt bränsle, som uppvisar en uppvärm- ningsbar centrisk bränsleberedningskammare (17) och ett kanalsystem (26) för förbränningsluften med koncentrisk mynning (33), och att i insatsens förlängning i höjd med huvudbrännarsystemet (44) ett brännarrör (10) är anordnat, som slutar med avstånd från hålcylinderns (1) gavelvägg (2) och består av ett material, som vid drift av tillsats- brännaren (16) antager glödningstemperatur.

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att vid drift med flytande bränsle bränsleberedningskamma- ren (17) utgöres av ett med en elektrisk värmeanordning (19) försett förgasningsrör (18).

3. Anordning enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k - n.a d av, att i området för mynningen till bränslebered- ningskammaren (17) en glödzon (35) är anordnad, som bringas till glödning medelst en värmeanordning (19).

4. Anordning enligt något av kraven 1-3, k ä n n e ~ t e c k n a d av, att brännarröret (10) består av ett material med låg värmeledningsförmåga. 454 459 10

5. S. Anordning enligt något av kraven 1-4, k ä n n e - t e c k n a d av, att kanalsystemet (26) uppvisar en styranordning för att alstra en yttre ringvirvel (41) av gasflammorna med en returströmväg längs brännarrörets (10) inre omkrets.

6. Anordning enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d av, att styranordningen uppvisar minst ensidigt en konisk styrvägg (25,32) vid kanalsystemets (26) mynning.

7. Anordning enligt något av kraven 1-6, k ä n n e - t e c k n a d av, att kanalsystemets (26) mynning (33)_ har en axiellt inställbar spaltbredd.

8. Anordning enligt krav 5 eller 6, k ä n n e t e c k - n a d av, att i styranordningen medel (1uftinloppsöpp- ning 28) är anordnat, med vars hjälp luften tillföres roterande till rummet (38) inuti brännarröret (10).

9. Anordning enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a d av, att kanalsystemet (26) är så konstruerat, för erhållande av sådan inloppshastighet för luften i rummet (38) inuti brännarröret (10) och en sådan genom inloppsvinkeln och rotationen bestämd stigning, att den yttre ringvirveln (41) oberoende av tillförd bränslemängd omsluter flam- fronten.

10. Anordning enligt något av kraven 1-9, k ä n n e - t e c k n a d av, att bränsle- och förbränningsluft- tillförseln till tillsatsbrännaren (16) och/eller huvud- systemet (44) är reglerbart.

11. Anordning enligt något av kraven 1-10, k ä n'n e - t e c k n a d av, attftillsatsbrännaren (16) och huvud~ brännarsystemet (44) är drívbara med olika bränslen.