-
Brenner für gas- oder dampfförmigen Brennstoff Die Erfindung bezieht
sich auf Ölbrenner mit einer oder mehreren gewöhnlich in der Form zylindrischer
Rohre ausgeführten gelochten Wänden, die verschiedene einen gas-oder dampfförmigen
.Brennstoff bzw. Luft enthaltende Räume des Brenners voneinander trennen. Die Verbrennung
findet bei diesen Brennern dadurch statt, daß durch die Löcher in den Wänden Luft
in die Brennstoff enthaltenden Räume eindringt und im Brennstoff diffundiert. Hierbei
soll theoretisch an jedem Loch, durch welches sich auf diese Weise Luft mit Brennstoff
vermischt, eine Flamme entstehen, praktisch erfolgt jedoch an einem Teil der Löcher
keine Verbrennung. Dies hat folgenden Grund: Die Öldämpfe zerfallen durch Spaltung
bei einer Temperatur von etwa zooo° C-. Hierbei bildet sich freie Kohle, welche
die Form von. Ruß annehmen kann: die Flamme wird leuchtend. Die Verbrennung muß
aus diesem Grunde bei einer Temperatur unterhalb etwa rooo° Cerfolgen.
-
Die Verbrennungstemperatur hängt jedoch u. a. von der Geschwindigkeit
ab, mit der die Luft in den Öldampf einströmt. Je höher die Einströmungsgeschwindigkeit
ist, desto leichter bildet sich freie, schwer verbrennbare, leuch@ tende Kohle.
Durch Versuche hat man festgestellt, daß eine Geschwindigkeit der Luft bis zu rund
3o cm/Sek. bei,der Verbrennung reinen Dampfes aus gewöhnlichem Rohöl am zweckmäßigsten
ist.
-
Um die einströmende Luft auf diese höchste Geschwindigkeit zu beschleunigen,
ist ein Druck von rund 5 mm Luftsäule erforderlich. Hierzu kommt vielleicht ein
Bruchteil eines Millimeters zur Überwindung der Reibung in den Löchern, was jedoch
außer acht gelassen werden kann. Ein Überdruck der Luft von etwa .5 mm Luftsäule
über den Druck des reinen Öldampfes stellt daher den höchsten zulässigen Wert dar.
Der Überdruck ,soll außerdem .entlang der ganzen Höhe des Brenners annähernd gleichbleibend
sein.
-
Bei den bisher bekannten Brennern der erwähnten Art ist dies jedoch
nicht der Fall. Einerseits ist der verhältnismäßig kalte Öldampf im unteren Teil
des Brenners erheblich dichter als die Luft, während die wasserreichen Verbrennungsprodukte
im oberen Teil des Brenners eine viel geringere Dichte als die Luft aufweisen, anderseits
verändert sich auf Grund der hohen Temperatur der Verbrennungsprodukte, die sich
in der Regel nach dem oberen Ende des Brenners zu immer mehr der Verbrennungstemperatur
nähert, das spezifische Gewicht der Gase auf der Ölseite der Brennerwände in noch
ausgeprägterem Maße. Hierzu kommt schließlich auch der Druckabfall infolge der Beschleunigungsarbeit
für die Verbrennungsgase, dem auf der Luftseite
der Wand kein entsprechender
Faktor gegenübersteht. -Es erweist sich also als unmöglich, beiden bisher bekannten
Brennern der obenerwähf?-,",' ten Art den Druckunterschied über die gaüze'-Höhe
des Brenners gleichbleibend zu halten'.-: Ist der Druckunterschied an der Mitte
des@-Brennerrohres normal, so werden die Flammen an seinem Oberteil rußbildend,
während es sogar vorkommen kann, daß in seinem Unterteil ein Unterdruck entsteht,
so daß der Öldampf rückwärts in die Luft ausströmt. Die letztgenannten Erscheinungen
sind außerdem um so ausgeprägter, je größer der Brennstoffverbrauch ist.
-
Nun sind jedoch die zur Erzeugung von Öldampf mittels Verdampfung
dienenden Vorrichtungen im allgemeinen im Anschluß an den unteren Teil des Brenners
derart angebracht, daß sie die Verdampfung von den sich an den untersten Löchern
bildenden Flammen erhalten. Je größer die Brennstoffzufuhr ist, desto stärkere Verdampfung
ist erforderlich und desto mehr Wärme muß den Verdampfungsvorrichtungen von den
am tiefsten gelegenen Flammen zugeführt werden. Aber gerade bei großem Brennstoffverbrauch
neigen diese Flammen aus den oben angegebenen Gründen dazu, kleiner zu werden oder
ganz zu erlöschen. Dies führt zu unvollständiger Vergasung und Koksbildung in den
Verdampfungsvorrichtungen, wodurch .der Brenner bald betriebsunfähig wird.
-
Die Erfindung bezweckt die, Beseitigung dieser Schwierigkeiten und
gründet sich auf folgende Überlegung: Der Druckunterschied zwischen den Gasen im
Verbrennungsraum und der Außenluft ist vielfach größer als der Überdruck, der für
das Einpressen der Luft in den Verbrennungsraum erforderlich ist. Man hat deshalb
bisher eine Drosselung in der Leitung zwischen der Außenluft und dem Luftzaum- des
Brenners zwecks Herabsetzung des Überdruckes auf den erforderlichen Wertangeordnet.
Es ist auch bekannt, die Luftzufuhr für die einzelnen Teile des Brenners je nach
dem vorhandenen Druckunterschied durch eine finit zunehmendem Druckunterschied ansteigende
zunehmendem des Querschnittes der Brennerlöcher abzudrosseln, jedoch hat dies- den
Nachteil, daß entweder die Menge der einströmenden Luft oder ihre Einströmgeschwindigkeit
ungünstig wird.
-
Der Brenner wird daher nach der Erfindung in mehrere Abschnitte aufgeteilt,
von denen zwar jeder auch nur ein einziges Brennerloch umfassen kann, zweckmäßiger
aber eine Gruppe etwa in gleicher Höhe gelegener Löcher umfaßt.- Innerhalb jedes
Abschnittes sind im Wege der Verbrennungsluft zwei hintereinandergeschaltete Gruppen
von Drossellöchern vorgesehen, von denen der Gesamtquerschnitt der -einen Gruppe
so bemessen =:fSt;. daß die Luftmenge auf das erforderliche `,X,ß herabgesetzt wird,
während der Gesamt-.Auerschnitt der anderen Gruppe um so viel größer ist, daß trotzdem
eine normale Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsluft erzielt wird. Die die
letztgenannte Gruppe bildenden Löcher bestehen zweckmäßigerweise aus den Verbrennungslöchern
selbst. Durch die Ausbildung des Brenners gemäß der Erfindung wird demnach die von
dem jeweiligen Druckunterschied abhängige Drosselung der Luftzufuhr unter gleichzeitiger
Wahrung der günstigsten Einströmgeschwindigkeit der Luft erzielt.
-
Eine Ausführungsform der Erfindung geht aus den beiliegenden Zeichnungen
hervor, von denen Abb. i einen Warmwasserkessel wiedergibt, der mit einem Brenner
nach der vorliegenden Erfindung versehen ist, während Abb. 2 den Brenner im einzelnen
darstellt.
-
In Abb. i bezeichnet i eine Hülle, welche den Apparat umgibt. Von
einem an geeigneter Stelle angebrachten Behälter wirdleinem Regler 2, der in einem
Raum 3 innerhalb der erwähnten Hülle i angeordnet ist, Öl zugeführt. Der Regler
arbeitet in beliebiger, an und für sich bekannter Weise derart, daß durch ihn die
Ölzufuhr dem Wärmebedarf entsprechend geregelt wird.
-
Vom Regler 2 fällt das Öl normalerweise tropfenweise in eine Mündung
¢ herunter, die zu einer Rohrleitung 5 führt. Diese mündet in ein Mundstück 7, das
im oberen Teil eines kurzen, weiten Rohres 8 angebracht ist, dessen unteres Ende
an den Deckel io des Verdampfers 9 angeschlossen ist. Aus dem Mundstück 7 tropft
das Öl auf den Boden des Verdampfers 9. -Der Verdampfer 9 ist mit dem Fußstück i
I des Brenners in einem Stück gegossen. Hierdurch wird .er unter hoher Temperatur
gehalten, da vom Fußstück i i des Brenners zum Verdampfer 9 Wärme geleitet wird.
Aus diesem Grunde wird das Öl sehr schnell und nahezu ,explosiv verdampft, wenn
es mit dem Boden des Verdampfers in Berührung kommt. Der so entstandene Öldampf
dringt durch die Öffnung 12 in den ringförmigen Spalt 13 im Fußstück i i des Brenners
ein. Dieses Fußstück ist als Rotationskörper mit 1-förmigem Querschnitt ausgebildet
-und besteht aus einem äußeren, höheren, ringförmigen Flansch 14 und einem inneren,
weniger hohen, ringförmigen Flansch 15. Jeder Flansch trägt eine rohrförmige, gelochte
Scheidewand 16 bzw. 17, und der Öldampf steigt aus dem Spalt 13 in den zylindrischen
Spalt zwischen diesen Scheidewänden hinauf.
Die unteren Teile des
Brenners sind in eine Hülle 18 eingeschlossen, welche durch die öffnungen i9 mit
der Außenluft in Verbindung steht. Aus dem Innern der Hülle 18 wird Luft für die
Verbrennung sowohl zu dem Raum innerhalb des Rohres 17 wie auch zu dem Raum
außerhalb des Rohres 16 geleitet. Die Luft soll nun mit der .erwünschten Geschwindigkeit,
die bei der hier beschriebenen Vorrichtung ungefähr 5o cm/Sek. beträgt, sämtliche
Löcher der Wände 16 und 17 durchdringen, damit auf der Brennstoffseite jedes Loches
eine Flamme entsteht. Da der 'Brennstoff von unten in den Spalt zwischen den Rohren
16 und 17 eingeführt wird, würde daher die gesamte eingeführte Luft für die
Verbrennung im unteren Teil des Brenners verbraucht werden, und in einer gewissen,
durch die Menge des zugeführten, Öldampfes bestimmten Zone des Brenners würden nur
noch Verbrennungsprodukte übrig sein. Diese Zone wäre also veränderlich und würde
um so tiefer reichen, je weniger Öl durch den Regler 2 hindurchgelassen wird. Im
einen Grenzfall würde sie auf das obere Ende des Brenners begrenzt sein, im anderen
würde sie bis etwas unterhalb der unteren Kante des äußeren Brennerrohres 16 reichen.
Im letzteren Fall würde man eine annähernd konstante Verbrennung an 'denjenigen
Löchern des Rohres 17 erhalten, welche unterhalb des unteren Endes des Rohres
16 liegen. Die an diesen Löchern entstehende Verbrennungswärme wird dem Verdampfer
zwecks' Verdampfung des öles zugeführt.
-
Die restliche Verbrennungswärme wird mit den Verbrennungsgasen zu
.einem wärmeaufnehmenden Gußeisenkasten 2o sowie zum Abzugrohr 2 i abgeführt. Der
Kasten 2o enthält die Kanäle 22 für das zu erwärmende Wasser. Der Brenner samt Verdampfer
und der Kasten 2o sind mittels eines geeigneten Isolierstoffes 33 isoliert.
-
Es hat sich nun gezeigt, daß die Druckverhältnisse am oberen und unteren
Teil des Brenners so erheblich voneinander abweichen, daß die vorstehend beschriebene
erwünschte Arbeitsweise in der Praxis ohne besondere Maßnahmen nicht erzielbar ist.
-
Wenn die Scheidewände 16 und 17 mit gleich großen Löchern versehen
sind, kann der gewünschte Verbrennungsvorgang ohne Schwierigkeit bei kleinster Verbrennungsgeschwindigkeit
erzielt werden. Die Flammenbildung würde dann etwa bis zur Höhe der unteren Kante
der äußeren Scheidewand 16 reichen. Bei Erhöhung der Verbrennungsgeschwindigkeit
durch Zuführung einer größeren Menge öl erhöht sich zwar die obere Grenze der Flammenbildung,
aber gleichzeitig verringert sich der Überdruck der Luft im unteren Teil des Brenners,
welcher Überdruck für die Beibehaltung der Verbrennungsgeschwindigkeit jeder einzelnen
Flamme erforderlich ist. Bei einer gewissen Höhe der oberen Grenze der Flammenbildung
beginnen sogar die am tiefsten gelegenen Flammen zu erlöschen, weil der Druckunterschied
zwischen der Luft und dem öldampf auf Null heruntergegangen oder negativ geworden
ist.
-
Je mehr Öl für die Verbrennung verdampft wird, um so mehr Wärme wird
im Verdampfer verbraucht, um so eher besteht aber die Gefahr, daß gerade diejenigen
Flammen, welche an den Verdampfer Wärme abgeben, gelöscht werden, wodurch sich die
dem Verdampfer zugeführte Wärmemenge verringert, während der entgegengesetzte Fall
wünschenswert wäre. Die Folge hiervon ist, daß die Temperatur des Verdampfers soweitheruntergeht,
daß unvollständige Verdampfung stattfindet. Die schwersten Kohlenwasserstoffe verbleiben
infolgedessen unverdampft und machen eine langsame Trockendestillation durch, wobei
sie feste, koksartige Ablagerungen im Verdampfer zurücklassen, welche den Verdampfer
bald betriebsunfähig machen.
-
Gemäß der Erfindung besteht nun jede Scheidewand aus zwei konzentrischen,
gelochten Blechrohren 23 und 24 bzw. 25 und 26. In die Rohre 23 und 26 sind eine.
Anzahl nach innen bzw. nach außen gerichteter ringförmiger WulSte 27', 27" usw.
bzw. 28', 28" usw.
-
hineingepreßt, durch welche der Spalt einerseits zwischen den Rohren
23 und 2q., anderseits zwischen den Rohren 25 und 26 in senkrechter Richtung in
eine Anzahl ringförmiger Abscbnitte 29`, 29" usw. bzw. 3&,3o" usw. aufgeteilt
ist.
-
Die Luft aus dem Raum innerhalb der Scheidewand 17 bzw. außerhalb
der Scheidewand 16 muß also, wenn sie in den Brennstoffraum zwischen den
Wänden 16 und 17
hineinströmt, zwei hintereinandergeschaltete Löchergruppen
passieren. Die erste Löchergruppe befindet sich im Rohr 23 bzw. 26. Der Gesamtquerschnitt
dieser Löcher innerhalb jedes Abschnittes 29 bzw. 30 ist so bemessen, daß bei normaler
Druckdifferenz zu beiden Seiten des Abschnittes im wesentlichen nur so "viel Luft
durchgelassen wird, wie für die Verbrennung innerhalb dieses Abschnittes erforderlich
ist. Da diese Luftmenge verhältnismäßig gering, die Druckdifferenz dagegen groß
ist, müssen die Löcher in den Abschnitten der Rohre 23 bzw. 26 einen verhältnismäßig
kleinen Gesamtquerschnitt haben. Die Luft durchströmt sie daher mit einer Geschwindigkeit,
welche die für die Verbrennung erwünschte erheblich übersteigt.
-
Aus den Abschnitten 29 bzw. 30 gelangt die Luft durch die Löcher
in den Rohren 24 bzw.
25 in den Verbrennungsraum. Die Löcher dieser
Rohre haben je Abschnitt einen erheblich ,größeren Gesamtquerschnitt als die Löcher
der Rohre 23 bzw. 26, und daher wird in ihnen die Geschwindigkeit der Luft vermindert,
und zwar sind diese Löcher so bemessen, daß die Luftgeschwindigkeit in ihnen auf
das für die Verbrennung erforderliche Maß vermindert wird.
-
Die Druckdifferenz auf beiden Seiten der einzelnen Abschnitte 29 bzw.
3o ist jedoch in verschiedener Höhe des Brenners auch verschieden, und zwar nimmt
sie nach oben zu. Wenn also der Lochquerschnitt pro Flächeneinheit in den Rohren
24 und 25 auf der ganzen Höhe derselben gleichbleibend ist; dann muß der Lochquerschnitt
pro Flächeneinheit in den Rohren 23 und 26 nach oben zu ständig abnehmen.
-
Außerdem soll sich zwecks Erzielung einer gleichbleibenden Einblasegeschwindigkeit
der Luft das Verhältnis zwischen den Lochquerschnitten. je Flächeneinheit in den
Rohren 2q., 25 und in den Rohren 23, 26 über die ganze Länge des Brenners stetig
ändern, während der Gesamtquerschnitt der Löcher jedes Abschnittes desto kleiner
sein soll, je größer der Druckunterschied zwischen Luft und Brennstoff in der Höhe
des betreffenden Abschnittes ist. Es zeigt sich jedoch, daß der Öldampf infolge
der fortschreitenden Verbrennung im unteren Teil des Brenners fetter und im oberen
Teil des Brenners magerer ist. Aus diesem Grunde kann zuweilen eine etwas größere
Geschwindigkeit (bis zu 5o cm/Sek.) im oberen Teil des Brenners wünschenswert sein,
um eine gleichbleibende Verbrennungstemperatur zu erzielen. Zu diesem Zwecke kann
gegebenenfalls das obergenannte Verhältnis zwischen den Lochquerschnitten für den
oberen Teil des Brenners etwas kleiner gewählt werden.
-
Aus verschiedenen Gründen kann es jedoch wünschenswert sein, die Verbrennung
über die Länge des Brenners zwangsmäßig in bestimmter Weise zu verteilen, beispielsweise
so, daß bei größter Verbrennungsgeschwindigkeit ein verhältnismäßig geringer Teil
der Verbrennung im mittleren Teile des Brenners stattfindet und ein verhältnismäßig
größerer Teil im oberen und unteren Teil des Brenners. Dieser Wunsch kann sich daraus
herleiten, daß die Wärmeverluste durch Ableitung an die Umgebung um so geringer
werden, je näher zur Wärmeverbrauchsstelle die Verbrennung stattfindet. Die Wärmeverbrauchsstellen
bestehen einerseits jedoch aus dem Verdampfer 9 in gleicher Höhe mit dem unteren
Teil des Brenners und anderseits aus dem Gußeisenkasten 2o oberhalb des Brenners.
Es kann daher zweckmäßig sein, den Gesamtlochquerschnitt pro Flächeneinheit in der
Mitte des Brenners zu verringern.
-
Es ist natürlich nicht notwendig, daß die einzelnen Abschnitte 29,
3o mehrere Löcher umfassen, wie in der Abbildung dargestellt, vielmehr kann die'
gleiche Wirkung auch mit nur einem Drosselloch und einem Brennerloch für jeden Abschnitt
erzielt werden. Im letzteren Falle ist es nicht notwendig, zwei Rohre, z. B. 23
und 24 oder 25 und 26, für jede Scheidewand anzuordnen, sondern man kann sich mit
einem einzigen Rohr mit dickerer Wand begnügen, in welchem konische oder trichterförmige
Öffnungen vorgesehen sind. Diese Löcher sollen mit ihrem kleineren Querschnitt dem
Luftraum und mit ihrem größeren Querschnitt dem Brennstoffraum zugewendet sein.
Im letztgenannten Fall ist es jedoch von Bedeutung, daß der Konus die richtige Form
erhält, da es sonst vorkommen kann, daß die schmalste Stelle der Bohrung einen scharfen
Luftstrahl erzeugt, welcher in den Öldampf mit zu großer Geschwindigkeit eintritt
und daher rußt.
-
Aus dem gleichen Grunde ist bei dem Zusammenbau der verschiedenen
Rohre bei der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform der Erfindung darauf
zu achten, daß ein Drosselloch im Rohr 23 und 26 nicht unmittelbar vor :ein. Verbrennungsloch
im Rohr 24 oder 25 kommt.
-
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die Verwendung in Verbindung
mit Warmwasserkesseln beschränkt, obwohl sie in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel
in- Verbindung mit einem solchen Kessel beschrieben worden ist. Die Vorrichtung
kann somit für jede Art von Erwärmungsvorrichtung Verwendung finden, für die ein
Brenner der oben angegebenen Art mit gelochter Scheidewand zwischen einem Brennstoffraum
und einem Luftraum verwendet wird. Die Erfindung beschränkt sich auch nicht nur
auf für Öl vorgesehene Brenner der erwähnten Art, sondern ist auch bei Brennern
für einen anderen gas- oder dampfförmigen Brennstoff verwendbar. An Stelle des im
dargestellten Ausführungsbeispiel verwendeten Verdampfers für den Brennstoff kann
dabei auch ein Vergaser treten.