DE4237187A1 - Wirbelerzeuger für einen Brenner - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wirbelerzeuger für einen Brenner. Auf den Oberbegriff von Anspruch 1 wird verwie­ sen. Ein solcher Wirbelerzeuger ist aus DE 17 51 648 C2 bekanntgeworden.

Hierbei handelt es sich um Wirbelerzeuger für Brenner jeglicher Art zum Verbrennen fließfähiger Medien wie Gase, Flüssigkeiten, Staube. Diese Brennstoffe werden im Wirbelerzeuger mit Luft vermischt. Die Vermischung soll eine möglichst innige sein, und es sollen die Voraus­ setzungen dafür geschaffen werden, daß die Verbrennung der Brennstoffe eine möglichst vollständige ist, so daß möglichst wenig brennbare Bestandteile zurückbleiben. Ganz wichtig ist die Zusammensetzung der Emissionen des Brennprozesses. Insbesondere wird angestrebt, die Stick­ oxidbildung so gering wie möglich zu halten.

Bei dem eingangs genannten Wirbelerzeuger ist der Leitkörper zylindrisch ausgeführt. Er weist über seinen Umfang verteilt angeordnete, achsparallele Schlitze auf. An jeweils einer Längskante eines jeden Schlitzes ist ein nach innen ragendes Leitblech vorgesehen, das der eintretenden Luft einen Drall verleihen soll. Der Brennstoff wird ebenfalls dem Leitkörper zugeführt, und zwar entweder tangential, so wie die Luft selbst, oder axial. Das eine Ende des zylindrischen Leitkörpers ist dabei durch eine Stirnwand abgesperrt, während das andere Ende eine Bohrung aufweist. Der sich im Inneren des Leitkörpers bildende Wirbel aus Brennstoff-Luft-Gemisch tritt durch diese Bohrung in den Brennraum.

Es wurden vielfältige Anstrengungen unternommen, um die eingangs genannten Forderungen zu verbessern. Diese An­ strengungen betrafen teils den eigentlichen Brenner, teils den Wirbelerzeuger. Die Bemühungen haben jedoch bisher noch zu keinem befriedigenden Ergebnis geführt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wirbel­ erzeuger gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 derart zu gestalten, daß er bei einfachem Aufbau eine innige Durch­ mischung von Brennstoff und Luft ermöglicht, daß der nachgeschaltete Brennprozeß möglichst stabil verläuft, und daß möglichst wenig brennbare Rückstände verbleiben.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Demgemäß besteht der Kerngedanke der Erfindung darin, die strömungsberührten Flächen oder Leitflächen des Leitkör­ pers, im senkrechten Schnitt gesehen, spiralig verlaufen zu lassen. Der Erfinder hat erkannt, daß dies zu einem überkritischen Drall führt. Dies bedeutet, daß sich die Strömung stabilisiert, und daß eine Art Hurrikan-Bildung zustande kommt. Ein solcher mit Brennstoff versorgter Hurrikan tritt aus der offenen Stirnseite des hülsenförmigen Leitkörpers aus, tritt in den Brennraum über und ragt dort eine bestimmte Strecke weit hinein, bis er an einer scharfen Trennebene plötzlich aufhört. Erst jenseits dieser Trennebene befindet sich die Hauptflamme bzw. der Schwerpunkt der Flamme. Die brennenden Gase bilden - in Seitenansicht gesehen - eine Art toroidale Strömung, welche absolut stabil und selbst mit Preßluft nicht ausblasbar ist.

Durch die intensive Mischung kommt es zu einer verhält­ nisgerechten Anlagerung von C-, H- und O-Atomen. Die Tem­ peraturverteilung in der Flamme ist demgemäß sehr gleich­ mäßig. Die Stickoxidbildung läßt sich damit auf extreme Werte herabdrücken, nämlich in den Bereich bis zu 4 ppm in Abhängigkeit von der Luftverhältniszahl.

Ganz entscheidend ist, daß die Leitflächen nunmehr einen spiraligen Verlauf haben. Dabei spielt die Art der Spira­ le eine untergeordnete Rolle. So kann es sich um eine logarithmische, archimedische oder andersartige Spirale handeln. Hierdurch wird eine stetige Steigung der Geschwindigkeit herbeigeführt. Dies hat u. a. zur Folge, daß ein Rückschlagen der Flamme vermieden wird.

Ferner muß der Leitkörper keineswegs zylindrisch sein. Vielmehr kann er eine konische Gestalt mit beliebigem Polarwinkel haben - nach Art einer Eistüte - wobei die der Spitze des Konus gegenüberliegende Öffnung gegen den Brennraum hin weist und demgemäß die Gemisch-Austritts­ öffnung hat. Die zylindrische Gestalt kann Herstellungs­ vorteile haben, besonders dann, wenn die spiralförmigen Leitkörper einen Polarwinkel γ von weniger als 2 π aufweist. Die konische Gestalt kann zu einer andersartigen Beschleunigung des Gemisches in Richtung auf den Brenner führen.

Der hülsenartige, spiralige Leitkörper wird im allgemei­ nen aus Edelstahlblech gebildet sein. Andere Materialien sind jedoch ebenfalls denkbar. Der Körper sollte mög­ lichst frei von Bohrungen sein. Der gesamte Leitkörper wird im allgemeinen in ein Gehäuse eingebaut werden.

Die Spirale kann mehrere Gänge haben. Sie kann beispiels­ weise nach Art einer Muschel aufgebaut sein.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:

Fig. 1 zeigt einen Wirbelerzeuger in einem Axialschnitt.

Fig. 2 zeigt eine Spirale des Wirbelerzeugers mit durch Pfeile angedeuteten Luft- und Gasströmen.

Die Fig. 3-9 zeigen verschiedene Wirbelerzeuger in einem achssenkrechten Schnitt.

Der in Fig. 1 gezeigte Wirbelerzeuger weist eine zylindrische Spirale 1 auf. Diese ist an eine Gaszufuhr 2 und an eine Ölzufuhr 3 angeschlossen. Die Spirale ist von einem Gehäuse 4 umgeben. Das Gehäuse hat einen Anschluß­ stutzen 5 zum Eintritt von Luft. Aus dem linken Ende des Wirbelerzeugers tritt Gas-Luft-Gemisch aus; dort befindet sich demgemäß auch die Flamme 6.

Der in Fig. 2 dargestellte Wirbelerzeuger ist aus zwei spiralig und zugleich konisch geformten Schalen gebildet. Er weist Gasrohre 2 sowie eine Öllanze 3 auf. Die Gasrohre 2 haben Gasaustrittsbohrungen. Die Luft wird mehr oder minder tangential in die beiden Spalträume eingeleitet, die zwischen den beiden Schalen gebildet sind. Man beachte, daß sich die Brennkammer an jenes Ende des Wirbelerzeugers anschließt, das sich in der Zeichnung links befindet, somit an das größere Ende.

Der in Fig. 3 dargestellte Wirbelerzeuger ist aus einem einzigen Blech gebildet und mehrgängig gestaltet. Er ist wiederum konisch.

Der in Fig. 4 gezeigte Wirbelerzeuger ist aus zwei im Querschnitt spiraligen, und über die Länge hinweg gesehen konischen Schalen gebildet.

Der in Fig. 5 dargestellte Wirbelerzeuger ist aus drei Schalen aufgebaut.

Der in Fig. 6 dargestellte Wirbelerzeuger ist aus zwei Schalen aufgebaut. Dabei ist die innere Schale eingängig, während die äußere Schale zweigängig ist.

Der in Fig. 7 dargestellte Wirbelerzeuger ist nach Art einer Muschel aufgebaut. Über die Länge hinweg ist der Wirbelerzeuger wiederum konisch und hat hierbei konkave Mantellinien.

Der Wirbelerzeuger gemäß Fig. 8 ist aus zwei Hauptteilen aufgebaut. Diese weisen jeweils einen zylindrischen Teil auf (in der Zeichnung rechts dargestellt) sowie einen konischen Teil.

Der Wirbelerzeuger gemäß Fig. 9 ist rein zylindrisch. Man erkennt wiederum zwei Gasleitungen 2, 2 sowie eine Öllanze 3.

Wirbelerzeuger gemäß der Erfindung lassen sich für viel­ fältige Zwecke anwenden. Als Anwendungsgebiete kommen u. a. in Betracht:

• - Haushaltsbrenner für Gas und Heizöl
• - Kraftwerksbrenner für Gas, Öl und Kohlenstaub
• - zur innigen Durchmischung von Gasarten
• - als Brenner zum gezielten Cracken von Schadstoff­ molekülen

Claims (6)

1. Wirbelerzeuger für einen Brenner oder für eine Mischeinrichtung

• 1.1 mit einem hülsenartigen Leitkörper;
• 1.2 mit wenigstens einem tangentialen Einlaß am hülsenartigen Leitkörper für Verbrennungsluft;
• 1.3 mit wenigstens einem Einlaß für Brennstoff;
• 1.4 mit einem stirnseitigen Auslaß für verwirbeltes Brennstoff-Luft-Gemisch;
  gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
• 1.5 die strömungsberührten Flächen (Leitflächen) des Leitkörpers haben - in einem zur Längsachse gesehen senkrechten Schnitt - einen spiraligen Verlauf.

2. Wirbelerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Leitkörper zylindrisch ist.

3. Wirbelerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Leitkörper konisch ist.

4. Wirbelerzeuger nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitkörper eine oder mehrere mehrgängige Spiralen aufweist.

5. Wirbelerzeuger nach einem der Ansprüche 1-4, gekenn­ zeichnet durch die folgenden Merkmale:

• 5.1 der Leitkörper umfaßt zwei vorzugsweise symmetri­ sche Schalenkörper;
• 5.2 die Schalenkörper sind doppelwandig, so daß sie in einem achssenkrechten Querschnitt gesehen je einen Kanal bilden;
• 5.3 die Schalenkörper sind entlang einer Trennebene derart zusammengefügt, daß sie gemeinsam einen geschlossenen Hohlraum (Wirbelraum) bilden;
• 5.4 die Schalenkörper sind entlang der Trennebene etwa um die Kanalweite gegeneinander verschoben;
• 5.5 die jeweils außenliegenden Kanalenden bilden je einen Lufteinlaß.

6. Wirbelerzeuger nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Polarwinkel größer als 2π ist.