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Die Erfindung betrifft eine Vorsatzbrennkammer für Ö1-
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oder Gasgebläsebrenner, insbesondere an einem Heizkessel, in dessen
Feuerungsraum das Flammrohrende des Brenners hineinragt.
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Bei den bekannten Ö1- oder Gasgebläsebrennern, die als Wärmequelle
an einem Heizkessel eingesetzt sind, ist vielfach eine unzureichende Ausnutzung
des zugeführten Brennstoffes feststellbar. Dies ist auf verschiedene Ursachen zurückzuführen.
Eine der Hauptursachen ist darin zu sehen, daß vielfach nicht die Möglichkeit besteht,
die Brennerflamme dem Feuerungsraum optimal anzupassen. In den meisten Fällen liegt
eine verhältnismäßig langgestreckte Flamme vor, bei der aber wegen der nicht genügend
hohen Temperatur in den Randzonen und insbesondere am Ende der Flamme kein ausreichender
Ausbrand des Brennstoffes erzielt wird.
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Ziel der Erfindung ist es, mit Hilfe einer Vorsatzbrennkammer eine
wesentliche Verbesserung der bestehenden Unzulänglichkeiten zu erreichen, um somit
den Wirkungsgrad des Brenners zu steigern.
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Eine nach der Erfindung ausgebildete Vorsatzbrennkammer für Ö1- oder
Gasgebläsebrenner herkömmlicher Bauert ist durch folgende Merkmale gekennzeichnet:
a) die Brennkammer ist aus einem im wesentlichen zylindrischen Hohlkörper, vorzugsweise
aus Stahlblech, mit einem gegenüber dem Flammrohr größeren Querschnitt und einem
über eine konische Einschnürung anschließenden Ausgangsrohrstück gebildet, b) im
Bereich der konischen Einschnürung ist eine kreisrunde Flammwand, vorzugsweise aus
Stahlblech, in axialer Richtung verstellbar angeordnet, deren der
der
Flamme zugewandte Seite die Form eines Hohlspiegels hat und deren Durchmesser etwa
dem Innendurchmesser des Ausgangsrohrstückes entspricht, und c) auf der Eingangsseite
des Hohlkörpers ist ein Anschlußring abnehmbar befestigt, dessen zentrale Öffnung
dem Außendurchmesser des Flammrohres angepaßt ist.
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Die Wandung der konischen Einschnürung ist gegenüber der Wandung des
Hohlkörpers vorteilhafterweise um etwa 450 abgewinkelt.
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Die in die Brennkammer einströmende Flamme schlägt vor die verstellbare
Flammwand, an der sie nach außen um etwa 1800 umgelenkt wird, so daß eine äußere
Rückströmung der Flamme entsteht, die je nach der Intensität der Flamme nach einem
bestimmten Strömungsweg eine erneute Umlenkung nach außen erfährt und nunmehr durch
den Ringspalt zwischen Flammwand und konischer Einschnürung die Brennkammer durch
das Ausgangsrohrstück verläßt. Durch diese doppelte Umlenkung des Flammenstromes
in der Brennkammer ergibt sich eine höhere Verweilzeit, die Temperaturen von 0 weit
über 1000 C zur Folge hat, worin eine wesentliche Voraussetzung für einen guten
Ausbrand der Flamme liegt.
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Infolge der beschriebenen Flammenführung wird nicht nur die rückwärtige
Flammwand, sondern auch die Wandung des Hohlkörpers stark aufgeheizt. Durch die
hierdurch entstehenden Strahlungsfelder wird die gewünschte Bildung hoher Temperaturen
innerhalb der Brennkammer zusätzlich gefördert.
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Um eine gewisse Fokussierung der Strahlungsfelder der Wandung zu erreichen,
kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung der vor der konischen Einschnürung
liegende Bereich der Wandung des Hohlkörpers auch kugel- bzw. dop-
pelkegelförmig
ausgebildet sein, wobei zweckmäßigerweise ein Kugelradius gewählt wird, der etwa
dem Krümmungsradius der Flammwand entspricht.
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Vorteilhafterweise wird im Ausgangsrohrstück der Brennkammer eine
Wirbelscheibe in der Art eines mehrflügeligen Ventilatorrades angeordnet. Diese
Wirbelscheibe versetzt den austretenden Flammenstrom in eine radiale Drehung und
bewirkt dadurch eine Verzögerung in der Austrittsgeschwindigkeit. Eine solche Verzögerung
trägt bei evtl. Überlastungen der Brennkammer zu eier restlosen Nachverbrennung
bei.
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Auf das Ausgangsrohrstück ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung
ein Abschlußrohr formschlüssig aufgesetzt, welches am freien Ende eine Verjüngung
aufweist. Die Verjüngung dient dem Zweck, der austretenden Flamme eine trichterförmige
Gestalt zu geben, um eine unerwünschte Wärmekonzentration auf kleinem Raum an der
Kesselwand zu vermeiden, wodurch die Gefahr besteht, daß sich wegen zu schneller
Abkühlung der hochtemperierten Flamme Stickoxyde bilden.
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Die Flammwand wird zweckmäßigerweise mit Hilfe von achsparallelen
Stegen mit einem die Wirbelscheibe tragenden Außenring zu einem einheitlichen Bauteil
verbunden. Dieses Bauteil ist als Ganzes im Ausgangsrohrstück axial verstellbar
gelagert. Zur Arretierung in einer ausgewählten Betriebsstellung sind nach einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung in der Wandung des Ausgangsrohrstückes an diametral
gegenüberliegenden Stellen in Achsrichtung hintereinanderliegende Bohrungen und
entsprechende Bohrungen im Außenring vorgesehen. Nach einer groben Ausrichtung der
Flammwand werden die am nächsten liegenden Bohrungen in der Wandung und im Außenring
zur Deckung gebracht, so daß in diese Bohrungen ein Stift einsetzbar ist, durch
den
die gewünschte Arretierung bewirkt wird.
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Der auf der Eingangsseite des Hohlkörpers vorgesehene Anschlußring
ist abnehmbar befestigt. Hierdurch wird die Anpassung der zentralen Öffnung an die
Größe des Flammrohres des Brenners erleichtert. Für eine bestimmte Ausführung einer
Vorsatzbrennkammer werden zweckmäßigerweise Anschlußringe mit verschieden großen
zentralen Öffnungen vorrätig gehalten, so daß eine auszuliefernde Vorsatzbrennkammer
mit einem dem Verwendungszweck entsprechenden Anschlußring ausgerustet werden kann.
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Im Einbauzustand wird die Vorsatzbrennkammer durch eine höhenverstellbare
Stütze etwa im Bereich des Ausgangsrohrstückes abgestützt, die mit einer Grundplatte
im Feuerungsraum aufsteht.
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Nachstehend wird die Erfindung an einem zeichnerisch dargestellten
Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt: Figur 1 einen Axialschnitt einer
Vorsatzbrennkammer, Figur 2 eine Seitenansicht der Einzelteile eines axial verstellbaren
Einsatzes in einer auseinandergezogenen Darstellung in einem größeren Maßstab, teilweise
im Schnitt, Figur 3 eine Stirnansicht auf das Flügelrad und Figur 4 eine Stirnansicht
auf die Flammwand des Einsatzes.
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Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel besteht
die Brennkammer aus einem zylindrischen Hohlkörper 1 mit einem gegenüber dem Flammrohr
2 des (nicht dargestellten) Brenners größeren Querschnitt, einer konischen Einschnürung
3 und einem anschließenden Ausgangsrohrstück
4. Dieses Gebilde besteht
vorzugsweise aus Stahlblech.
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Auf der Eingangsseite des Hohlkörpers 1 ist ein Anschlußring mit Hilfe
eines Halteflansches 6 vorzugsweise mittels Schrauben abnehmbar befestigt. Der Anschlußring
5 enthält eine zentrale Bohrung 7, die in ihrer Größe auf den Außendurchmesser des
Flammrohres 2 des Brenners abgestimmt ist, welches mit seinem Ende durch die Wandung
8 in das Innere des Feuerungsraumes hineinragt.
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Um mechanische Bearbeitungen beim nachträglichen Einbau einer Vorsatzbrennkammer
nach Möglichkeit zu vermeiden, ist bei der Bestellung einer Vorsatzbrennkammer der
Durchmesser des Flammrohres 2 anzugeben, so daß die Vorsatzbrennkammer vor ihrer
Auslieferung mit einem passenden Anschlußring 5 ausgestattet werden kann.
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Im Bereich der konischen Einschnürung 3 ist eine kreisrunde Flammwand
9 in der Form eines Hohlspiegels axial verstellbar gelagert. Die Flammwand 9 ist
mit Hilfe von achsparallelen Stegen 10 mit einem Ring 11 fest verbunden, der als
Außenring der Halterung eines inneren Flügelrades 12 in der Art eines mehrflügeligen
Ventilatorrades dient. Die einzelnen Flügel gehen von einer zentralen geschlossenen
Scheibe aus, an der ein Rohrstück 13 durch Schweißen befestigt ist, welches an seinem
anderen Ende auf der gewölbten Seite an der Flammwand 9 anliegt und mit dieser ebenfalls
durch Schweißen verbunden ist. Flammwand 9 und Flügelrad 12 bilden somit ein einheitliches
Bauteil mit einem Außendurchmesser, der geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser
des Ausgangsrohrstückes 4, und welches als Ganzes im Ausgangsrohrstück 4 axial verstellbar
gelagert ist.
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Die Halterung des aus Flammwand 9 und Flügelrad 12 gebildeten Einsatzes
in unterschiedlichen axialen Stellungen kann auf verschiedene Weise bewirkt werden.
Bei dem Aus-
führungsbeispiel sind zu diesem Zweck in der Wandung
des Ausgangsrohrstückes 4 an diametral gegenüberliegenden Stellen in Achsrichtung
hintereinanderliegende Bohrungen und entsprechende Bohrungen im Außenring 11 des
Flügelrades 12 für die Aufnahme von einsteckbaren Stiften zur Arretierung des Einsatzes
in einer ausgewählten Betriebsstellung vorgesehen. In Fig. 1 ist die Lage von drei
in Achsrichtung aufeinanderfolgenden Bohrungen durch strichpunktierte Linien angedeutet.
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Wie aus der Darstellung in Fig.1 hervorgeht, ist auf das Ausgangsrohrstück
4 ein Abschlußrohr 14 formschlüssig aufgesetzt, welches am freien Ende in eine konusförmige
Verjüngung 15 übergeht. Das Abschlußrohr 14 wird durch Reibungsschluß gehalten.
Es dient gleichzeitig zur Sicherung der Arretierungsstifte, die mit einem Versenkkopf
in Bohrungen des Ausgangsrohrstückes 4 oberflächenbündig eingesetzt sind.
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Im Einbauzustand wird die Vorsatzbreflnkammer im Bereich des Ausgangsrohrstückes
4 durch eine höhenverstellbare Stütze 16 abgestützt, die mit einer Grundplatte auf
dem Boden des Feuerungsraumes ruht.
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Wie aus der Schnittansicht in Fig. 1 zu ersehen ist, wird durch die
axiale Verstellung der Flammwand 9 der axiale Abstand vom Austrittsende des Flammrohres
2 und gleichzeitig die Größe des ringförmigen Durchtrittsquerschnittes zwischen
der Umfangskante der Flammwand 9 und der Innenwand der konischen Einschnürung 3
verändert. Dies gibt die Möglichkeit, die Vorsatzbrennkammer auf einfache Weise
unterschiedlichen Durchsatzmengen des Brenners anzupassen.
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Die Strömungsverhältnisse der Flamme im Bereich vor der Flammwand
9 sind in Fig. 1 durch Pfeile angedeutet. Hieraus ist zu ersehen, daß die auf die
Flammwand 9 auftref-
fende Flamme von dieser zurückgeworfen und
etwa um 1800 umgelenkt wird, so daß außerhalb des inneren Flammkernes eine Rückströmung
entsteht, die sich in einigem Abstand von der Flammwand erneut umkehrt und durch
den Ringspalt zwischen der Außenkante der Flammwand 9 und der Wandung der Einschnürung
3 die eigentliche Brennkammer verläßt.
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Infolge der durch die zweimalige Umlenkung verlängerten Verweilzeit
der Flamme in der Brennkammer und der dabei entstehenden Turbulenz werden in der
Brennkammer Temperaturen von weit über 1000 0c erreicht, womit ein optimaler Ausbrand
der Flamme verbunden ist. Die Entstehung derart hoher Temperaturen wird zusätzlich
gefördert durch Strahlungsfelder, die von der hocherhitzten Flammwand 9 und der
Wandung des Hohlkörpers 1 hervorgerufen werden.
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Nach dem Verlassen der Brennkammer wird die Flamme durch das Flügelrad
12 in eine Rotationsbewegung versetzt, womit eine Verringerung der Austrittsgeschwindigkeit
verbunden ist, die bei einer evtl. Überlastung der Brennkammer eine restlose Nachverbrennung
gewährleistet.