DE2432144A1

DE2432144A1 - Brenner fuer verschiedene brennstoffe

Info

Publication number: DE2432144A1
Application number: DE2432144A
Authority: DE
Inventors: Walter R Creuz
Original assignee: Aero Flow Dynamics Inc
Current assignee: Aero Flow Dynamics Inc
Priority date: 1973-07-09
Filing date: 1974-07-04
Publication date: 1975-01-30
Also published as: US3881863A; CA1025345A; SE7408609L; FR2237126A1; BE817336A; IT1015672B; AU7103374A; NL7409287A; ZA744133B; JPS5032536A

Description

Dio Erfindung bezieht sich auf Brenner zur Lufterwärmung oder zur Luftaufbereitung, nämlich auf Brenner, die sowohl mit Erdgas oder anderem Gas als auch mit Heizöl betrieben werden können.

Die Erfindung wurde gemacht bei dem Versuch, einen Brenner für verschiedene Brennstoffe zu entwickeln, der als Brenner für die direkte Beheizung eines Luftstromes für Raumheizzwecke geeignet ist; es wurde jedoch bei der Entwicklung festgestellt, daß der Brenner auch für ein Raumheizgerät zur indirekten Lufterwärmung verwendbar ist, z.B. für ein Gerät, wie es in der USA-Patentschrift J5 695 250 beschrieben ist. Demgemäß soll, obwohl der Brenner auch für andere Anwendungszwecke geeignet sein kann, die Erfindung in Verbindung mit solchen Verwendungszwecken beschrieben werden.

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Direkt erwärmende Luftstrombrenner werden in Luftzuführungskanälen angeordnet und dienen zur Erwärmung von Luft, die als Mischluft in Fabrikgebäude und an ähnliche Plätze geführt wird, wo industrielle Prozesse und die Konzentration von Personal viel von der im Gebäude enthaltenen Luft verbrauchen. Solche Heizgeräte müssen so beschaffen sein, daß sie bei einem großen Bereich von sommerlichen und winterlichen Temperaturen genau auf eine bestimmte Temperatur geregelt werden können und dürfen die zu erwärmende Luft nicht verunreinigen. Im Hinblick auf das Letztere muß die Qualität der Verbrennung, die mit dem Brenner konstant zu erreichen ist, derart sein, daß die entstehende Mischluft frei ist von unzulässigen Gehalten an Kohlenmonoxid, Stickstoffoxydul, Schwefeldioxid, Aldehyden und festen Teilchen. Sehr effektive Luftstrombrenner, die entweder rohes Erdgas oder vorgemischtes Erdgas verbrennen, sind bekannt, z.B. aus den USA-Patenten Re.25 626 und 3 405 921.

Es ist jedoch wünschenswert, daß der gleiche Brenner geeignet ist, sowohl Heizöl als auch Erdgas oder anderes Gas zu verbrennen, so daß, wie dies bei Anlagen des Handels und der Industrie häufig vorkommt, während einer erforderlichen Einsparung an Erdgas oder anderem Gas, der Brenner auf einen Heizölvorrat umgeschaltet werden und auf diese Weise seinen normalen Betrieb fortsetzen kann. Die Schwierigkeit der Ver-

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brennung von Heizöl in einem Luftstrombrenner, der für Raumheizzwecke verwendet wird, ist in erster Linie die, eine vollständige Verbrennung des Heizöles zu erzielen, so daß die stromabwärts des Brenners befindliche erhitzte Luft genügend rein ist, um mit völliger Sicherheit für die menschliche Atmung geeignet zu sein. Eine zweite Schwierigkeit besteht darin, sehr große Verhältnisse zwischen möglicher größter und möglicher kleinster Heizleistung zu erhalten, wie dies erforderlich ist, um einen großen Bereich einwandfreien Betriebes zwischen Bedingungen niedriger und hoher Wärmeanforderung zu erhalten, wobei große Leistungsverhältnisse sowohl bei der Verbrennung von Gas als auch bei der Verbrennung von Heizöl möglich sein müssen.

Luftstrombrenner für verschiedene Brennstoffe sind bekannt (z.B. durch die USA-Patentschrift 3 682 451); es ist jedoch nicht, bekannt, ob ihre Verbrennungsprodukte genügend rein sind, um den erwärmten Luftstrom für Raumheizungszwecke verwenden zu können. Durch die vorliegende Erfindung soll ein Luftstrombrenner geschaffen werden, in dem die Verbrennung praktisch vollständig ist, und zwar sowohl bei der Verwendung von Gas als auch bei der Verwendung von Öl als auch bei der gleichzeitigen Verwendung beider Brennstoffe, so daß die direkt

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erwärmte Luft ohne Gefahr in einen Raum oder dergleichen gefördert werden kann, wo sie von Menschen eingeatmet wird.

Durch die Erfindung soll ferner ein Luftstrombrenner so konstruiert werden, daß ein extrem großes Leistungsverhältnis zwischen der Höchstleistung und einer sehr niedrigen Leistung möglich ist, unabhängig davon, ob der Brenner mit Heizöl oder Gas oder beiden Brennstoffen gleichzeitig betrieben wird. In dieser Beziehung wurde festgestellt, daß der verschiedene Brennstoffe verbrennende Brenner gemäß der vorliegenden Erfindung ein Leistungsverhältnis von ungefähr 40 : 1 bei Verwendung von Erdgas und von ungefähr 30 : 1 bei Verwendung von Heizöl hat, und zwar bei einer bevorzugten Ausführungsform, die beschrieben werden wird und die eine größte Heizleistung von 2,5 Millionen Btu/Stunde (ca. 630.000 kcal/Stunde), während die kleinsten Heizleistungen bei 62.000 und 83.000 Btu/Stunde (ca. 15.400 und 20.900 kcal/Stunde) liegen.

Zusätzlich zu diesen Eigenschaften darf der Brenner nicht zu kompliziert sein, so daß er sich relativ billig herstellen läßt, zuverlässig arbeitet und beim Betrieb wartungsfrei ist.

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Die gleichen Möglichkeiten bestehen für die Einsparung von Erdgas und anderen Gasvorräten, die in anderen Typen von Wärmeaustauschern verwendet werden, z.B. in Raumheizgeräten für die indirekte Beheizung. Es ist demgemäß wünschenswert, solche Raumheizgeräte zur Verfügung zu haben, die durch Brenner beheizt sind, die sowohl mit Gas als auch mit Heizöl als auch mit einer Mischung aus diesen Brennstoffen mit guter Wirkung betrieben werden können. Es sind viele solcher Brenner bekannt. Man war jedoch der Ansicht, daß Brenner für diese Verwendung verschieden von Brennern ausgebildet werden müßten, die als Luftstrombrenner geeignet sind. Man war im allgemeinen der Ansicht, daß der gleiche Brenner nicht sowohl als Direkterhitzer in einem Luftstrom als auch zur indirekten Beheizung in einem Heizgerät mit vergleichbaren Wirkungsgraden benutzt werden könnte, insbesondere dann, wenn der Brenner sowohl für die Verbrennung von Gas als auch für die Verbrennung von Heizöl geeignet sein soll. In dieser Beziehung wurde festgestellt, daß der durch die vorliegende Erfindung geschaffene Brenner bei indirekten Raumheizungsgeräten benutzt werden kann und ähnliche Anwendungen bei Kesseln, Brennöfen, Industrieöfen, Müllverbrennungsöfen und anderen Anlagen möglich sind, wenn ein Gebläse geeigneter Kapazität in die Anlage eingebaut werden kann,

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um die erforderliche Strömung von Verbrennungsluft durch den Brenner zu erzeugen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen teileisen Längsschnitt durch einen Luftstromkanal, in dem für Raumheizungszwecke dienende Luft zu erwärmen ist und in dem zentral ein Brenner gemäß der Erfindung angeordnet ist,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Brenner für verschiedene Brennstoffe,

Fig. 3 eine Ansicht entsprechend der Linie 3-3 in Fig. 2, Fig. 4 eine Ansicht entsprechend der Linie 4-4 in Fig.2,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch ein Raumheizgerät, in dem ein Brenner gemäß der Erfindung angeordnet ist,

Fig. 6 einen Schnitt nach Linie 6-6 in Fig. 5 und

Fig. 7 einen teilweisen waagerechten Schnitt nach Linie 7-7 in Fig. 5.

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In Fig. 1 ist ein typischer Brenner gemäß der Erfindung dargestellt, der eine Wärmeleistung von 2,5 Millionen Btu pro Stunde aufweist (ca. 630.000 kcal/Stunde) insgesamt mit der Bezugszahl 10 bezeichnet. Der Brenner ist zentral in einem Luftkanal 11 montiert, der einen quadratischen Querschnitt mit einer Seitenlänge von 48"- (ca. 1.220 mm) aufweist. Der Brenner dient als Direkt-Beheizungsbrenner für die Erwärmung eines Luftstromes, der durch die Pfeile 12 symbolisiert ist und zur Beheizung des Inneren eines Gebäudes oder eines anderen Raumes dient. Das vordere, stromabwärts liegende Ende 10a des Brenners liegt in der Ebene einer üblichen Blende 13* die im Kanal befestigt ist und sich über den Innenumfang des Luftkanales 11 erstreckt und eine quadratische öffnung mit einer Seitenlänge von 42^M (ca. 1.070 mm) bildet. Fig. 1 zeigt auch das kompakte herzförmige Flammenmuster, das insgesamt mit 14 bezeichnet ist und"sich am stromabwärts liegenden Ende des Brenners 10 bildet, wenn dieser mit Gas oder mit öl bei voller Leistung betrieben wird und die davon verschiedenen stehenden Flammenmuster 14a, die innerhalb des Flammenkorbes oder Kegels 15 des Brenners entstehen, wenn dieser bei niedriger Leistung betrieben wird.

Die verschiedenen Teile des Brennrs 10, der in den Fig. 2 bis genauer dargestellt ist, bestehen, soweit nichts anderes ausgesagt ist, aus rostfreiem Stahl (18 gauge, type 309). Der Flammen-

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korb oder Brennerkonus 15 ist von in mehreren Reihen angeordneten Luftöffnungen 16 durchbrochen, die den Eintritt von primärer Verbrennungsluft aus dem vorbeiströmenden Luftstrom gestatten. Es sei angenommen, daß bei der dargestellten Ausführungsform der Konus 15 an seinem größeren, stromabwärts liegenden Ende 15a einen Durchmesser von 17" (ca. 432 mm) und an seinem kleineren, stromaufwärts liegenden Ende 15b einen Durchmesser von ungefähr 5" (ca. 128 mm) aufweist. Seine Länge ist 18" (ca. 457 mm).

Um das stromabwärts liegende Ende 15b des Brennerkonus erstreckt sich ein ringförmiger Gas-Verteilungsraum 17a, der durch einen Gas-Verteilungsring 17 aus rostfreiem Stahl (12 gauge), der z.B. durch Schweißung wie dargestellt an der Außenseite des Konus befestigt ist und durch eine Kopfplatte 18 gebildet ist, die das Ende kleinen Durchmessers des Brennerkonus abschließt. Erdgas oder andere Gase, wie Propan, Butan, Propan-Luft (propane air), usw. wird durch eine Haupt-Gasleitung 19 zu dem Verteilungsraum 17a geführt, aus dem es durch eine einzige Reihe aus 65 Gasaustrittsöffnungen 20 austritt. Die Gasaustrittsöffnungen 20 befinden sich im Konus und sind längs eines Ringes im Abstand voneinander angeordnet und haben einen Durchmesser von 1/8" (ca. 3,2 mm). Der Gaseinlaß befindet sich innerhalb des engen

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Bereiches außerhalb und neben dem Scheitel des V-förmigen ringförmigen Bereiches. Der Scheitel befinfet sich an der Verschweißungsstelle eines Gaseinlaß-Leitringes 21 mit dem Konus 15. Der Leitring 21 ist ungefähr 2" (ca. 50,8 mm) lang.

Eine Zündgasleitung 22 erstreckt sich durch den Gas-Verteilungsraum direkt in den gleichen dreieckförmigen oder V-förmigen Bereich außerhalb des Leitringes 21 und läßt Zündgas in das Innere des Leitringes 21 über eine einzige Zündgasöffnung durch den Leitring hindurch ausströmen. Die Zündgasöffnung hat einen Durchmesser von 3/16" (ca. 4,8 mm). Die Zündgasöffnung 23 ist auf die Mündung der Zündgasleitung 22 ausgerichtet. Das Zündgas, das in den Leitring 21 eintritt, wird durch eine Zündkerze 24 in üblicher Art und Weise gezündet. Die Hauptmenge des Gases, die aus den Gasauslaßöffnungen 20 austritt, wird auf diese Weise am vorderen Ende des Leitringes 21 gezündet und wird an dieser Stelle nur bei Einstellung auf sehr kleine Heizleistungen brennen.

In der Mitte der Kopfplatte 18 ist eine Heizöldüse 25 des Überschalltyps montiert, und zwar in einer Öffnung 18a der Kopfplatte, wozu drei einen Winkelabstand voneinander aufweisende Streben 26 verwendet sind, wie dies am besten aus Fig. 3 zu ersehen ist. Die Öl-Einlaßleitung zur Düse 25 ist

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mit der Bezugszahl 27 und die Leitung für Zerstäubungsluft mit der Bezugszahl 28 bezeichnet. Die Uberschalldüse 25 ist von dem Typ, der von der Sonic Develpment Corporation of America in Yonkers, New York, hergestellt wird und wie sie in den USA-Patenten 3 240 253, 3 240 254 und 3 371 869 allgemein beschrieben ist. Die Wirkung dieses Düsentyps beruht auf Überschallkräften, die eine Vernebelung oder Abscherung des austretenden Ölstromes in Teilchen von Mikron-Größe bewirken, z.B. in Teilchen mit einer Größe zwischen 1 bis 25 Mikron. Es ist jedoch möglich, irgendeine andere Brennstoffdüse zu verwenden, die gleiche Zerstäubungseigenschaften aufweist.

Ein volles zylindrisches Gehäuse 29, das einen Durchmesser von 19" (ca. 482 mm) aufweist, umgibt den Konus 15 konzentrisch und ist mit dem Konus durch einen ringförmigen Flansch 30 am vorderen oder stromabwärts liegenden Ende 10a des Brenners verbunden. Die Länge des Gehäuses 29 ist gleich wie die Länge des Konus 15· Die Hauptgasleitung 19 und die Zündgasleitung gehen wie dargestellt durch das Gehäuse 29.

Das zylindrische Gehäuse 29 und der Flansch 30 gewährleisten eine gleichmäßige Verteilung eines Teilstromes des Luftstromes 12 auf die Öffnungen 16 im Brennerkonus. Der Teilstrom dient

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sowohl bei der Verbrennung von Gas als auch bei der Verbrennung von Öl als primäre Verbrennungsluft. Es sei angenommen, daß bei der hier zu beschreibenden Ausführungsform vierzehn, einen Längsabstand voneinander aufweisende Reihen aus Verbrennungsluft-Öffnungen 16 vorgesehen sind. Eine fünfzehnte Reihe aus Öffnungen 16a am stromabwärts liegenden Ende 15a des Konus bilden einen zylindrischen Luftvorhang, der sich vor dem Brenner erstreckt, wie dies noch beschrieben werden wird. Jede Reihe, einschließlich der letzten Reihe 16a, hat zweiunddreißig längs des Umfanges im Abstand voneinander angeordnete Öffnungen mit gleichen Abmessungen, wobei die Abmessungen von Reihe zu Reihe größer werden, und zwar in Richtung zum stromabwärts liegenden Ende hin. Die erste Reihe aus Öffnungen 16 befindet sich ungefähr 3/8" (ca. 9,4 mm) vor dem Gaseinlaß-Leitring 21 und die Summe der Flächen der Öffnungen jeder Reihe ist so groß, daß die gewünschte Menge von Verbrennungsluft an der betreffenden Verbrennungsstelle längs des Konus 15 zuströmt. So haben die Öffnungen 16 der ersten Reihe einen Durchmesser von jeweils 1/8" (ca. 3,2 mm), während die Abmessungen in jeder der aufeinanderfolgenden Reihen wie folgt sind:

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Reihe Öffnungsdurchmesser

in Zoll in mm

I 0,136 3,5

3 0,147 3,7

t 0,152 3,9

§ 0,152 3,9

ξ 0,187 4,8

7 0,187 4,8

8 0,250 6,4

9 0,312 7,9 1? 0,375 9,5

11 0,437 11,1

12 0,500 12,7

13 0,625 15,9

1⁴ 0,625 15,9.

Die Öffnungen 16 jeder Reihe sind vorzugsweise gegenüber den Öffnungen der vorhergehenden Reihe versetzt.

Die Öffnungen 16a der letzten Reihe, die zur Erzeugung des Luftvorhanges dienen, haben jeweils einen Durchmesser von 3/4" (ca. 19 mm). Die Luft, die in den inneren Bereich des Konus 15 durch diese Öffnungen 16a eindringt, wird nicht für die Verbrennung verwendet, sondern wird gegen einen zylindrischen Luftvorhang-Führungsring 31 gerichtet, der innerhalb des Konus in der Nähe seines stromabwärts liegenden Endes 15a wie gezeigt befestigt ist. Der Leitring 31 ist innerhalb der Brennerkonusöffnung konzentrisch angeordnet und hat eine Länge von 4" (ca. 102 mm). Der Ring 31 ist längs seines inneren Randes z.B.

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durch Schweißung an der Innenfläche des Konus 15 unmittelbar hinter, d.h. stromaufwärts der Reihe aus Vorhangöffnungen 16a, befestigt. Der Durchmesser des Ringes ist etwa 15" (ca. 381 mm). Sein äußeres Ende erstreckt sich ungefähr 2" (ca. 50,8 mm) über das stromabwärts liegende Ende 15a des Brennerkonus hinaus, wie dies die Zeichnung zeigt. Auf diese Weise wird Luft für den Luftvorhang innerhalb des ringförmigen Bereiches mit V-förmigem Querschnitt eingeführt, der sich zwischen der Innenfläche des Konus und der Außenfläche des Ringes 31 befindet.

Im Zentrum des Luftvorhang-Leitringes 31 ist ein Leitkegel 32 angeordnet, dessen Scheitel stromaufwärts zeigt und dessen Basis innerhalb der Ebene des stromabwärts liegenden Endes des Brennerkonus liegt. Der Basisdurchmesser des Diffusors ist 11" (ca. 280 mm) und die Höhe des Kegels beträgt 3 1/2" (ca. 89 mm). Wenn der Leitkegel innerhalb des Luftvorhang-Leitringes 31> der einen Durchmesser von 15" (ca. 381 mm) aufweist, befestigt ist, erhält man bei diesen Abmessungen einen freien Querschnitt für den Austritt von Verbrennungsgasen zwischen dem Leitkegel und dem Ring, der zwischen 38 Quadratzoll (ca. 245 cm ) bis ca. 45 Quadratzoll (ca. 390 cm²) pro 1.000.000 Btu/hr. (ca. 252 000 kcal/Stunde) Heizleistung beträgt und durch den die Verbrennungsprodukte mit einer gewünschten Geschwindigkeit hindurchströmen.

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Der Leitkegel verbessert die Verbrennung, da er dazu beiträgt, eine kegelförmige Form der Öl-Brennstoff-Mischung zu bilden, da er die Tendenz hat, die Felamme zu zerteilen und sie nach außen gegen die Innenfläche des Brennerkonus 15 zu drängen, wonach der Leitring 31 die FJamme zusammenzufassen und nach innen zu drücken versucht.

Wie aus Fig. 4 zu ersehen ist, ist der Leitkegel 32 durch drei Leitkegel-Stützstreben 33a, 33b gehalten. Diese bestehen aus Stäben aus rostfreiem Stahl mit einem Durchmesser von 3/8" (ca. 9,5 mm). Die unterste Strebe 33a ist sowohl am Leitkegel 32 als auch am Leitring 31 festgeschweißt, während jede der oberen Streben 33b nur am Leitkegel 32 angeschweißt und mit ihrem äußeren Ende innerhalb geeigneter Öffnungen 34 im Leitring 31 verschiebbar ist. Diese gleitbare Montage von zwei der drei Leitkegelstützen gestattet die relative Ausdehnung und Zusammenziehung der Teile, wenn der Brenner erwärmt oder gekühlt wird.

Am Kopfende des Brenners 10 kann die Kopfplatte mit einem Flammen-Zurückhaltungskopf oder einem Wirbelerzeuger versehen sein, der aus einer Reihe von sich radial erstreckenden Leit-

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blechen 18b gebildet ist und die bewirken, daß ein Teil der Verbrennungsluft in Form eines Wirbels von geringer Steigung eintritt. Die Leitbleche 18b sind vorzugsweise im wesentlichen flach und ragen nur ein kleines Stück, z.B. 1/16" (ca. 1,6 mm) über die Kopfplatte vor und verlaufen parallel zur Ebene der Kopfplatte 18. Das heißt, sie sind zum Inneren des Brenners hin versetzt und haben fast keine Steigung.

Obwohl der Wirbelerzeuger wegen der rascheren Flammenfortpflanzung beim Verbrennen von Gas nur einen kleinen Effekt hat, so hält die mit kleiner Steigung rotierende Luft die Mischung aus Heizöl und Luft doch für längere Zeit innerhalb des Konus 15, als dies ohne Wirbelerzeuger der Fall wäre. Auf diese Weise findet innerhalb der Länge des Brennerkonus 15 eine vollständige Verbrennung des Heizöles statt, mit Ausnahme des Betriebes bei maximaler Ölzufuhr; bei maximaler Ölzufuhr ist die Länge der Flamme stromabwärts des Brenners kürzer, als dies wünschenswert ist. Durch den Einbau des Flammen-Zurückhaltungskopfes oder der Leitbleche 18b ist es möglich, den Brenner kürzer zu-bauen, als dies sonst für optimale Öl-Verbrennungseigenschaften der Fall sein müßte.

Der Brenner 10 hat bei kleiner Leistung jedoch auch bei Nichtvorhandensein der Leitbleche 18b sowohl beim Betrieb mit Öl

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als auch beim Betrieb mit Gas eine gute flammen-Zurückhaltung bei kleinen Leistungen. Die Hinzufügung von Leitblechen 1Sb beeinflußt das mögliche Leistungsverhältnis des Brenners jedenfalls nicht wesentlich. Der Flammen-Zurückhaltungskopf oder Wirbelerzeuger kann deshalb als nicht notwendiger Zusatz angesehen und auch weggelassen werden, speziell bei kleineren Brennern. Wenn der Flammen-Zurückhaltungskopf nicht vorhanden ist, wird genügend Luft selbst für sehr geringe Verbrennungsleistung durch die zentrale Öffnung 18a der die Brennöldüse 25 umgebenden Kopfplatte eingelassen. Die durch die Öffnung 18a eingelassene Luft hält auch die Düse 25 in kühlem Zustand.

Betreffend die Leistungen des Brenners 10 gemäß der Erfindung soll festgehalten werden, daß hier sowohl Brenner betrachtet werden, deren Leistung zwischen 1,25 Millionen Btu/hr. (ca. 315.000 kcal/Stunde) und 5,0 Millionen Btu/hr. (ca.

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1.260.000 kcal) liegt, als auch Brenner entsprechend der bevorzugten Ausführungsform, die speziell beschrieben wird.

Wenn der Brenner 10 in einem Kanal 11 montiert ist, wie dies Fig. 1 zeigt, sind seine Gasleitungen 19 und 22 mit einer Lrdgasquelle verbunden, während die Heizölleitung 27 mit einer

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Quelle aus gewöhnlichem Heizöl Nr. 2 verbunden ist, die zwischen 0,5 bis 17,0 Gallonen/Stunde (ca. 1,9 bis ca. 6 4 ltr/ Stunde) abgeben kann. Die Zerstäubungsluftleitung 28 ist mit einer Druckluftquelle verbunden iscfc, die einen Druck zwischen 10 bis 40 p.s.i.g. (ca. 0,7 bis 2,8 kp/cm ) hat. Selbstverständlich sind in alle diese Verbindungen Regulierventile eingebaut, die automatisch sein können, um bei Temperaturänderungen anzusprechen. Auch Druckregler und Abschlußventile können eingebaut sein. Von all diesen Armaturen ist nichts dargestellt. Die Strömungsgeschwindigkeit der Luft an der Blende 13 liegt im Bereich von ungefähr 2.700 Fuß/min, bis ungefähr 4.300 Fuß/min. (ca- 13,8 bis. 22 m/sec).

Wenn ein Betrieb des Brenners 10 mit Gas gewünscht wird, wird die nicht dargestellte Zündvorrichtung betätigt und dadurch die Zündkerze 24 in Gang gesetzt. Nun wird Zündgas durch die Zündgasleitung 22 und die Zündgasöffnung 23 in die Nähe der Zündkerze innerhalb des Gaseinlaß-Leitringes 21 geführt, wo es gezündet wird. Die Haupt-Gasmenge wird dann durch die Leitung 19 zu dem Verteilerraum 17a geführt und von dort durch die Gasöffnungen 20 zum Äußeren des Gaseinlaß-Leitringes 21, wo es

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durch das Zündgas gezündet wird und brennt. Verbrennungsluft wird durch die Verbrennungsluft-Öffnungen 16 in den Brennerkonus 15 und durch die Öffnungen 18a in der Kopfplatte 13 eingeführt.

Bei minimaler Brennölzuführung ist die Flamme auf die ringförmige Fläche begrenzt, die sich außerhalb des Leitringes 21 befindet, der die Durchtrittsfläche für das Gas darstellt. Wenn die Brennstoffmenge zunimmt, brennt die Flamme ausgehend vom Leitring 21 längs einer zunehmend größeren Länge des Konus 15» es werden dann an den Luftöffnungen 16 radial nach innen gerichtete aufrechte Flammen 14a (Fig. 1) erscheinen, wobei mit der Zunahme der Leistung an immer mehr Reihen solche Flammen auftreten. Die größer bemessenen Öffnungen 16 zum stromabwärts liegenden Ende 15a.des Konus hin liefern die größeren zusätzlichen Luftvolumina, die bei zunehmenden Gasmengen benötigt werden. Obwohl auch bei voller Gasmenge die Verbrennung zum größten Teil innerhalb des Konus 15 stattfindet, erstreckt sich die Flamme doch etwas stromabwärts des vorderen Endes 10a des Brenners. Jedoch wird dieser herausragende Teil der Flamme durch den Leitkegel 32, den Luftvorhang-Leitring 31 und den zylindrischen Luftvorhang, der den Ring 31 umgibt und durch die Luftvorhangöffnungen I6a erzeugt wird, in einer kurzen herz-

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förmigen Form 14 gehalten (siehe Fig. 1).

Wie weiter oben erwähnt, werden mit Erdgas als Brennstoff LeistungsVerhältnisse von noch mehr als 40 : 1 erreicht.

Wenn der Brenner 10 mit Heizöl betrieben werden soll, kann dieses direkt durch die Zündkerze 24 gezündet werden, wenn es aus der Heizöldüse 25 austritt oder es kann durch Zündgas gezündet werden, das so zugeführt und gezündet wird, wie dies weiter oben in Verbindung mit dem Gasbetrieb beschrieben wurde. In jedem Fall wird das Heizöl durch die Überschall-Düse 25 vernebelt und mit Verbrennungsluft vermischt, die durch die Kopfplattenöffnungen 18a eingeführt wird. Die brennbare Mischung wird gezündet und brennt unmittelbar vor der Düse 25 in einer Kegelform. Wenn Flammenzurückhaltungs-Leitbleche 18a verwendet werden, wird die blaue Flamme in Form eines Feuerrades brennen.

Wenn die Brennstoffmenge zunimmt, brennt die Flamme zunehmend weiter in Richtung des vorderen Endes des Brennerkonus 15 und die Verbrennungsluft wird bei zunehmenden Brennerleistungen durch die aufeinanderfolgenden Reihen aus Luftöffnungen 16 in den richtigen Proportionen zugeführt. Die Flammenfarbe wird bei zunehmenden Leistungen vorherrschend weiß.

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Wie im Falle einer Gasfeuerung brennt auch bei voller Leistung mit Heizölbetrieb die Flamme im wesentlichen innerhalb des Konus 15» erscheint jedoch ebenfalls in Form eines kurzen, herzförmigen Musters, wie dies in Fig. 1 mit 14 bezeichnet wurde vor dem stromabwärts liegenden Ende 10a des Brenners. Bei niedrigeren Heizleistungen erscheinen die Flammen in verschiedenen Flammenstrahlen 14a (Fig. 1) längs eines Teiles der Länge des Brenners oder im Falle des Vorhandenseins von Flammenzurückhaltungs-Leitblechen 18b innerhalb des Konus in einem rotierenden Wirbelmuster.

Bei Benutzung von Heizöl werden Regelverhältnisse von mehr als 30 : 1 erreicht.

Der gleiche Brenner 10 kann auch als Brenner eines Umwälzheizgerätes verwendet werden, wie es in der USA-Patentschrift 3 695 250 beschrieben ist. Dieser Anwendungsfall soll anhand der Fig. 5 bis 7 kurz besprochen werden, in denen ein solches Heizgerät insgesamt mit der Bezugszahl 40 gekennzeichnet ist. Das Heizgerät 40 hat ein langsam rotierendes, aus Metall bestehendes Wärmetauschrad 41, das erhitzt wird, wenn es die Verbrennungskammer 42 passiert, in der der Brenner 10 angeordnet ist und das seine Wärme auf einen Luftstrom überträgt, der durch einen Pfeil 43 symbolisiert ist und der aus einem

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Gebläse 44 austritt, wenn sich das rotierende Rad 41 durch den Frischluftkanal 45 bewegt.

Obwohl sich der Brenner alternativ auch durch die Rückwand 40a erstrecken kann, ist eine Konstruktion dargestellt, bei der der Brenner in eine der Seitenwände 40b der Verbrennungskammer 42 eingebaut ist. Im Gegensatz zur Montage im Zentrum einer Lufteinlaßöffnung, ähnlich der öffnung in einer Blende, die Luft aus einem Luftstrom aufnimmt, ist das Brennergehäuse 29 im vorliegenden Fall dicht innerhalb geeigneter kreisförmiger Öffnungen der Außenwand 40b und der inneren Doppelwand 40c befestigt. Über dem Kopfplattenende 10b des Brenners ist eine mit Luft-Durchtrittsöffnungen versehene Abdeckung 36 angeordnet. Die Abdeckung 36 hat eine Rückplatte 37 und eine Decke, einen Boden und Seitenwände 38, die jeweils durchbrochen sind und durch deren zahlreiche Öffnungen 38a ein siebartiges Aussehen entsteht. Auf diese Weise fördert das Sauggebläse 46, das stromabwärts des Wärmeaustauschrades 41 angeordnet ist, nicht nur Verbrennungsgase aus dem Brenner in Richtung des Pfeiles 47 durch die axial ausgerichteten Öffnungen zwischen den Wellungen des Wärmeaustauschrades 41, sondern auch Verbrennungsluft in den Brenner 10 selbst und durch den Brenner hindurch. Zusätzlich wird über einige der 54 Öffnungen 48a Luft in die Verbrennungskammer 42 gesaugt. Die 54

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Öffnungen 48a sind in der inneren Doppelwand, und zwar an der Endplatte 48 des Heizgerätes 40 angeordnet. Die eingesaugte Luft ist Sekundärluft oder tJberschußluft, die nicht nur dazu dient, eine vollständige Verbrennung zu gewährleisten, sondern die auch die Verbrennungsgase und andere Verbrennungsprodukte kühlt, bevor sie auf das Wärmeaustauschrad 41 auftreffen. Die

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Sekundärluft gelangt über Gitter/an die Doppelwand, wobei sich in einer oder mehreren Wänden der Heizvorrichtung Gitter befinden können. Die hier nur kurz erläuterte Konstruktion und Arbeitsweise des Heizgerätes 40 ist in der oben genannten USA-Patentschrift 3 695 250 genauer beschrieben.

Die Anordnung von Luftöffnungen 48a in der Endwand über den Umfang des Brenners 10 hat die Wirkung, daß die Brennerflamme 14b rückwärts in Richtung der Endwand gezogen wird, was zusätzlich dazu beiträgt, einen direkten Aufprall der Flamme auf das Wärmeaustauschrad 41 zu verhindern. Es sei besonders darauf hingewiesen, daß die Flamme 14b erwünschterweise länger ist als die herzförmige Flamme 14 gemäß Fig. 1, wobei die größere Länge der Flamme dadurch erreicht wird, daß im Brenner ein Flammen-Rückhaltungskopf nicht angeordnet ist.

Sowohl dann, wenn der Brenner in einem Kanal arbeitet, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, als auch dann, wenn er in einem

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Wärmeaustauscher arbeitet, wie dies die Fig. 5 bis 7 zeigen, ist die Flamme stabil und die Verbrennung praktisch vollständig, selbst wenn der' Luftstrom turbulent ist.

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Claims

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Patentansprüche:

^Verschiedene Brennstoffe verbrennender Luftstrombrenner mit großem Leistungsverhältnis zwischen Vollast und Teillast sowohl bei der Verbrennung von Heizöl als auch bei der Verbrennung von Gas, gekennzeichnet durch einen länglichen konischen Brennerkonus (15)» der mehrere, längs des Konus angeordnete Umfangsreihen aus Luftöffnungen (16) aufweist, eine Heizöldüse (25), die an dem den kleinen Durchmesser aufweisenden Konusende (hinteres Konusende) zentral angeordnet ist und die Mittel zur Zerstäubung von durch die Düse gefördertem Heizöl bis zu einer Teilchengröße von weniger als ca. 25 Mikron enthält, Gaseinlaßmittel (20), die in der Nähe des hinteren Konusendes (15) angeordnet sind und Gasverteilungsmittel (17a) am hinteren Konusende, die mit den Gaseinlaßmitteln kommunizieren.
2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Öffnungen (16) längs dem Brennerkonus (15) vom hinteren Konusende zu dem den großen Durchmesser aufweisenden Konusende (vorderes Konusende) hin progressiv zunimmt.

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3. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizöldüse (25) eine Überschalldüse ist.
4. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinlaßmittel aus längs einer Umfangsreihe angeordneten Gaseinlaßöffnungen besteht und daß ein Gaseinlaß-Leitring (21) vorgesehen ist, der konzentrisch innerhalb der Ebene der Umfangsreihe aus Gaseinlaßöffnungen (20) angeordnet ist und der zur Lenkung von durch die Gaseinlaßöffnungen (20) in den Konus (15) eingeführtem Gas in Richtung zum entgegengesetzten Ende des Brennerkonus (15) dient.
5· Brenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in einer Umfangsreihe angeordneten Gaseinlaßöffnungen (20) den Konus (15) durchbrechen, daß die Spitze der Heizöldüse (25) im wesentlichen in der Ebene der Umfangsreihe aus Gaseinlaßöffnungen (20) angeordnet ist, daß der Gaseinlaß-Leitring (21) innerhalb des Konus (15) befestigt ist und seine Längsachse mit der Achse des Konus (15) fluchtet und der Leitring (21) eine solche Länge hat, daß er von einem Ort an der stromauf^· wärts liegenden Seite der Reihe aus Gaseinlaßöffnungen (20) zu einem Ort stromabwärts der Heizöldüse (25) reicht.

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6. Brenner nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Gaseinlaß-Leitringes (21) eine Zündvorrichtung (24) angeordnet ist und daß außerdem eine den Gaseinlaß-Leitring (21) durchbrechende Zündgasöffnung (23) vorhanden ist sowie eine Zündgasleitung (22) zur Einführung von Zündgas in den Konus (15) zu einer Stelle, die außerhalb des Gaseinlaß-Leitringes (21) neben der Zündgasöffnung (23) liegt.
7. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Umfangsreihen aus Luftöffnungen (16) im Brennerkonus (15) eine Umfangsreihe aus Öffnungen (i6a) enthalten, die nahe beim hinteren Konusende liegen und daß innerhalb des Brennerkonus (15) ein zylindrischer Luftvorhang-Leitring (31) befestigt ist, dessen Längsachse mit der Konusachse fluchtet und der an einem Ort befestigt ist, der nahe bei und an der stromaufwärts liegenden Seite der genannten Umfangsreihe aus Luftöffnungen (i6a) liegt und sich in einem Bereich stromabwärts von der genannten Reihe aus Luftöffnungen (16a) erstreckt.
8. Brenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß am Brennerkonus (15) ein Leitkegel (32) zentral angeordnet ist und

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innerhalb des Luftvorhang-Leitringes (31) liegt und zusammen mit diesem einen ringförmigen Durchlaß definiert, wobei die Spitze des Leitkegels (32) zum hinteren Ende des Brennerkonus (15) hin gerichtet ist.
9. Brenner nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des Leitkegels (32) im wesentlichen innerhalb der Ebene des vorderen Endes des Brennerkonus (15) liegt und daß der Luftvorhang-Leitring (31) eine solche Länge hat, daß er sich stromabwärts über die genannte Ebene des vorderen Konusendes hinaus erstreckt.
10. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennerkonus (15) einen an ihm befestigten Umfangsflansch (30) aufweist, der in der Ebene des vorderen Konusendes liegt und sich radial auswärts erstreckt und daß ein zylindrisches Gehäuse (29) vorgesehen ist, dessen Längsachse mit der Achse des Konus (15) fluchtet und das mit seinem vorderen Ende am äußeren Umfang des Flansches (30) befestigt ist.
11. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am hinteren Ende des Konus (15) eine Kopfplatte (18) befestigt ist, in der sich Öffnungen (18a, 18b) zur Flammen-Zurückhaltung befinden.

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12. Raumheizgerät mit einem Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Gehäuse, ein Wärmeaustauschrad (41), das drehbar im Gehäuse gelagert ist, eine Trennwand innerhalb des Gehäuses, die das Wärmeaust-auschrad kreuzt und das Gehäuse in zwei Kanäle für die Führung eines gasförmigen Strömungsmittels durch verschiedene Bereiche des Rades unterteilt, einen Einlaß und einen Auslaß, die mit entgegengesetzten Enden von einem (45) der Kanäle kommunizieren, Mittel (44) zur Erzeugung eines Luftstromes durch den genannten einen Kanal (45) und das Wärmeaust-auschrad (41) vom Einlaß zum Auslaß, eine Verbrennungskammer (42), zu der eine Wand (40b) des Gehäuses gehört, eine Öffnung zu dem anderen (47) der Kanäle auf einer Seite des Rades, wobei der andere Kanal (47) eine Ausblasöffnung auf der anderen Seite des Wärmeaustauschrades aufweist, einen Luftstrombrenner (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, der an einer Stelle angeordnet ist, die einen Abstand vom Wärmeaustauschrad (41) hat, der an der Wand (40b) montiert ist und sich durch diese Wand hindurch erstreckt und seine Flamme in die Verbrennungskammer (42) richtet, Mittel zur Zuführung von Heizöl und Heizgas zum Brenner und ein Gebläse (46) zur Förderung von Verbrennungsprodukten vom Brenner (10) durch das Wärmeaustauschrad zu der Ausblasöffnung.

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