DE2050765A1

DE2050765A1 - Brenner fur Brennstoff

Info

Publication number: DE2050765A1
Application number: DE19702050765
Authority: DE
Inventors: Wallace W Woodland Hills Scherer Robert D North Hollywood Cahf Velie (V St A )
Original assignee: North American Rockwell Corp
Current assignee: Boeing North American Inc
Priority date: 1969-12-29
Filing date: 1970-10-15
Publication date: 1971-07-01
Also published as: US3637336A; SE356805B; GB1276049A; ES195604Y; ES195604U

Description

DR. ING. E. HOFFMANN · DIPL. ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN PATENTANWÄLTE D-8000 MÖNCHEN 81 · ARABELLASTRASSE 4 · TELEFON (0811) 911087

North American Rockwell Corporation, El Segundo, Calif./USA Brenner für Brennstoff

Die Erfindung betrifft einen Brenner für Brennstoff mit einer oder mehreren ersten Brennstoffzerstäubungseinrichtungen und einer Zündeinrichtung und insbesondere einen Brenner für Brennstoff mit einer langgestreckten Brennkammer.

Bekannte Feuerungsanlagen für Brennstoff, wie sie z.B. im Hause benutzt werden, verwenden einen Mechanismus zum Mischen des Brennstoffes mit der Luft, um eine wirksame Verbren-

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nung innerhalb des Brenners oder der Brennkammer zu erzielen. Es sind eine Anzahl Bauarten von Brennstoffluftmischer,n nach dem Stand der Teahnik bekannt. Die meisten ölbrenner verwenden einen einzelnen einen umlaufenden Luftwirbel erzeugenden Generator, um das Mischen des Brennstoffes mit der Luft zu beeinflussen. Jedoch sammeln sich die Luftmassen bei der Verwendung des vorhergehenden Mechanismus am Umfang des Brennkopfes, während der Brennstoff nahe der Mitte eingeführt wird, so daß folglich eine große Luftmasse benötigt wird, um genügend Sauerstoff für eine sachgemäße Verbrennung herbeizuschaffen. Ein gutes Anzeichen dafür, wie gut das Brennstoff-Luft-Gemisch verbraucht oder verbrannt wird, sind die Rückstände des Verbrennungsprozesses, d.h. der Rauch und der Ruß, die dabei erzeugt werden. Offenbar ist der wünschenswerte Prozess derjenige, welcher die geringste Menge an Rauch oder Ruß ergibt. Das bedeutet also, daß der gesamte in die Brennkammer eingespritzte Brennstoff verbraucht wird.

Bekannte Brennstoffbrenner erzeugen einen bestimmten Betrag an Rauch und Ruß, welcher v/egen der relativ schlechten Verbrennung des Brennstoffes weitgehend von einer nicht einheitlichen Mischung von Luft und Brennstoff herrührt.

Daher ist es das Hauptziel der Erfindung, einen Brenner für Brennstofföl zu schaffen, welcher eine gleichmäßige Mischung von Brennstoff und Luft herstellt.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß ein sich von der BrennstoffZerstäubungseinrichtung erstreckendes, eine langgestreckte Brennkammer bildendes Gehäuse vorgesehen 1st, daß eine oder mehrere langgestreckte Leitblechanordnungen sich teilweise am Umfang entlang erstrecken und

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von der inneren Wand des Gehäuses entfernt sind, daß angrenzend an die Leitblechanordnung eine Einrichtung zum Einblasen von Luft zwischen die Leitblechanordnung und die innere Wand des Gehäuses vorgesehen ist, daß eine Einrichtung zum tangentialen nach innen Richten der Luft in die Brennkammer in mindestens zwei Strömen vorgesehen ist, wodurch mindestens ein Paar sich in Längsrichtung erstreckender, gegeneinander drehender Luftwirbel angrenzend an die Einspritzachse des von der ersten Brennstoffzerstäubungseinrichtung zerstäubten ( Brennstoffes in die Brennkammer erzeugbar ist.

Insbesondere wird durch die Erfindung ein Brenner für Brennstofföl geschaffen, welcher einen zweiten, in die Brennkammer eingeführten Luftstrom mit entgegengesetzt drehenden Luftwirbeln aufweist, welche an einem Punkt mit der zuerst eingeführten Brennstoff-Luft-Masse zusammentreffen oder zusammenprallen, wodurch eine einheitliche Mischung des Brennstoff Öles mit der Luft vor der Zündung unterstützt wird, um eine vollständigere Verbrennung der zerstäubten Flüssigkeit zu erzielen.

Die Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden durch die Betrachtung der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung besser verständlich. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der Erfindung mit allen wichtigen Teilen, bei welcher ein Teil weggeschnitten wurde,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 der Fig. 1, welche den Eingangskanal des zweiten Luftstromes darstellt,

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Pig. j5 eine halbsohematische Ansicht der zwei durch die Leitblechanordnung des bevorzugten Ausführungsbeispieles gebildeten Luftwirbel, und

Pig. 4 ein anderes Ausführungsbeispiel, bei welchem schematisch eine Kombination der Luftwirbel und LeJjblechanordnungen innerhalb einer Brenneranordnung dargestellt ist.

In Pig. 1 ist eine röhrenförmige oder Kanonenbrenneranordnung oder Brennkammer Io innerhalb einer herkömmlichen, nicht dargestellten Feuerung an der Endplatte 12 angeordnet. Die Brennkammer Io besteht aus einem rohrförmigen Gehäuse 11 mit einer darin angeordneten, sich darin radial erstreckenden Platte 14, welche als Hauptspant zur Befestigung der BrennstoffZerstäubungsanordnung 16, der Zündeinrichtung 18 und der konzentrischen Leitblechanordnung 2o dient.

Die Brennstoffzerstäubungseinrichtung führt kurz beschrieben eine Flüssigkeit, z.B. Brennöl durch die Leitung zu, welches unter Schwerkrafteinfluß über die Kugel 24 fließt. Die überflüssige Flüssigkeit wird am Boden des Gehäuses 26 gesammelt und durch die Leitung 28 zur nicht dargestellten Flüssigkeitszuführung zurückgeleitet. Ein erster Luftstrom welcher unter einem höheren Druck als die nicht dargestellte Umgebung steht, wird durch die Leitung Jo zugeführt und* tritt durch den Sohlitz J>2 in der Kugel 24 aus* Die durch den Schlitz 32 austretende Luft zerstäubt die Flüssigkeit, welche sich über das Ende der Kugel 24 ausbreitet und stößt das Gemisch in einem fein zerstäubten engen Kegel von Tröpfchen (der vorher beschrieben wurde) innerhalb einer Verbrennungszone 4o stromabwärts der öffnung in der tragenden Wandung oder der

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Platte 14 aus. Das fein zerstäubte Gemisch des Brennöls oder dergleichen wird dann durch die Zündeinrichtung 18 gezündet.

Die Leitblechanordnung 2o dient in erster Linie zur Verbesserung der Verbrennungelgenschaften der zerstäubten Flüssigkeit, nachdem sie durch die Brennstoffzerstäubungseinrichtung hineingeblasen wurde. Die Leitblechanordnung 2o besteht aus einer sich im Halbkreis erstreckenden Platte 42, welche mit i ihrer Basis 44 an der Platte 14 befestigt ist. Das stromabwärtige Ende der Platte 42 ist mit einer sich radial nach außen erstreckenden Endplatte oder einem Rand 46 verschlossen, welcher an der Innenwand des Gehäuses 11 befestigt ist, wodurch der ringförmige Raum zwischen der Leitblechanordnung und dem Inneren des Gehäuses 11 verschlossen wird. Wie gezeigt, wird vorzugsweise der Rand so gebogen, daß eine weichere Strömung gefördert wird und die Strömung in dem zwischen der Leitblechanordnung und der Gehäusewand gebildeten Ringraum gerichtet wird. Die Leitbleohanordnung bildet mindestens ein Paar sich axial erstreckender Öffnungen oder Schlitze 48 und 5o, wodurch ein zweiter nicht dargestellter Luftstrom tangential aus beiden Öffnungen herausströmen kann. "

Die einander gegenüberliegenden Eintritte des zweiten Luftstromes in einer Richtung quer zur Achse der röhrenförmigen Kammer aus den Öffnungen 48 und 5o der Leitblechanordnung 2o erfüllen zwei Aufgaben. Erstens kühlt die entlang der gebogenen Wände der Brennkammer gerichtete Luft die Wände der Brennkammer, wobei sie eine Pufferzone schafft, welche die Hitze von den Wänden abhält und zweitens bilden die zwei, einander entgegengerichteten Ströme, welche durch die gebogene Wand gegeneinander gelenkt werden, um sich gegenüber der Leitblechanordnung zu treffen, ein Paar sioh in Längsrichtung er-

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streckender, gegeneinander drehende Luftwirbel« welche wirksam und gleichmäßig den relativ engen Kegel der Tröpfchen zwischen welche von der BrennstoffZerstäubungseinrichtung ausströmen, wenn die Brennstoffzerstäubungseiiirichtung angrenzend an die

zwei
Trennlinie der/Luftwirbel angeordnet ist.

In Fig. 2 ist eine Eintrittsöffnung 52 in der Platte zur Zufuhr eines zweiten Luftstromes dargestellt. Die Luft tritt axial ein, einige Luft fließt durch die Schlitze 48 und 5o, die verbleibende Luft trifft auf den abschließenden Rand 46 und strömt durch eine radiale öffnung 6o (oder mehrere radiale öffnungen 6o) oder wird zurückgeleitet.' Die tangential gerichtete zweite Luftmasse tritt durch die Schlitze 48 und in entgegengesetzten Richtungen aus und bildet ein Paar Luftwirbel, welche sich in der Verbrennungszone 4o treffen. Die zusammenlaufenden, gegeneinander rotierenden Luftwirbel prallen mit dem zerstäubten Kegel, der durch die Brennstoffzerstäubungseinrichtung in Längsrichtung ausgestoßenen Flüssigkeit zusammen, wodurch die zu verbrennde Masse weiter vermischt wird. Nachdem die Zündeinrichtung 18 betätigt wurde, wird eine vollständigere Verbrennung der zerstäubten Flüssigkeit sichergestellt, so daß sich eine relativ rauchlose Verbrennung des Brennstoffes ergibt. Zur weiteren Unterstützung der Mischung von Brennstoff und Luft 1st ein sich radial erstreckender Scnlitz 6o in der

Nähe des abschließenden Randes 46 der Leitblechanordnung 2o angeordnet. Br sendet einen Luftstrom radial nach innen, welcher sioh quer durch das Ende der Verbrennungszone 4o erstreckt. Es wird eine pneumatische Begrenzung des turbulenten Luftstromes geschaffen, wodurch teilweise die Masse innerhalb der Verbrennungszone der Brennkamme? Io begrenzt wird.

So richtet und beschränkt die Leitbleohanordnung 2o mit dem radialen Schlitz 6o den zweiten Luftstrom, welcher durch die

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Öffnung 52 eintritt und durch die Schlitze 48 und 5o austritt, wie es klarer in Fig. j5 dargestellt ist, um die zuerst zerstäubte Brennstoffluftmasse für eine vollständige Verbrennung gründlicher zu mischen. Die Leitblechanordnung 2o, welche mit den verengten Öffnungen 48 und 50 versehen ist, beschleunigt die aus diesen Öffnungen tangential austretenden Luftmengen und schafft so ein starkes, turbulentes Paar einander entgegengesetzt drehender Luftwirbel, welche anfangs die Wände der Kammer kühlen und anschließend auf die von der BrennstoffZerstäubungseinrichtung ausgestoßene zerstäubte Flüssigkeit treffen.

Das schematische Diagramm der Flg. 4 stellt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung dar, bei welchem zwei Brennstoffzerstäubungseinrichtungen 70 und 72 vorgesehen sind, welche jede von einem ersten Luftstrom für eine Anfangszerstäubung der Flüssigkeit versorgt werden. Mindestens ein Paar Leitblechanordnungen 74 und 76 sind eingeschlossen, um insgesamt vier gegeneinander rotierende Luftwirbel von Zweitluft bei oder in der Nähe des Zusammenprallpunktes des Flüssigkeit-Luft-Gemisches zu bilden, welches aus den vorher beschriebenen Brennstoffzerstäubungseinrichtungen austritt. Wieder können radiale Schlitze 80 und 82 vorgesehen sein, um die Verbrennungszone stromabwärts der verbrennenden Masse zur Begrenzung der turbulenten Mischung teilweise pneumatisch abzuschließen. Jede Anzahl erster Brennstoffzerstäubungseinrichtungen könnte mit einer entsprechenden Anzahl von Leitblechanordnungen verwendet werden, um mehrfache Luftwirbel zu schaffen, welche entlang der Längsachse des Brennstoff-Luft-Gemisches zusammenlaufen, wodurch eine vollständige Mischung des zu verbrennenden Produktes sichergestellt wird. Daher ist eine Vielzahl von Kombinationen möglich, welche ohne Abweichung vom. Gedanken der Erfindung verwendet werden könnten.

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Claims

Patentansprüche

Brenner für Brennstoff mit einer oder mehreren ersten BrennstoffZerstäubungseinrichtungen und einer Zündeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß ein sich von der BrennstoffZerstäubungseinrichtung (16) erstreckendes eine langgestreckte Brennkammer ;$o) bildendes Gehäuse (11) vorgesehen ist, daß eine oder mehrere langgestreckte Leitblechanordnungen (2o) sich teilweise am Umfang entlang erstrecken und von der inneren Wand des Gehäuses entfernt sind, daß angrenzend an die Leitblechanordnung (2o) eine Einrichtung (52) zum Einblasen von Luft zwischen die Leitblechanordnurig (2o) und die innere Wand des Gehäuses (11) vorgesehen ist, daß eine Einrichtung zum tangentialen nach innen Richten der Luft in die Brennkammer (lo) in mindestens zwei Strömen vorgesehen ist, wodurch mindestens ein Paar sich in Längerichtung erstreckender, gegeneinander drehender Luftwirbel angrenzend an die Einspritzachse des von der ersten BrennstoffZerstäubungseinrichtung (16) zurstäubten Brennstoffes in die Brennkammer (lo) erzeügbar ist.
2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitblechanordnung (2o) einen sich in Längsrichtung erstreckenden Schlitz (48, 5o) und einen abschließenden Rand (46) zum Verschließen der Von dem Gehäuse^ (y.) und der Leitblechanordnung (2o) gebildeten Kammer an einem Ende der Leitblechanordnung (2o) entgegengesetzt zur Brennetoffzerstäubungseinrichtung (16) auweist.
3· Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (11) rohrförmig ist und eine Mehrzahl

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von Leitblechanordnungen (74, 76) enthält, von denen jede konvex geformt und axial um den Innenurafang des Gehäuses (11) ausgerichtet ist, daß die äußeren Kanten jeder Leitblechariordnung mit dem Umfang axial ausgerichtete Schlitze zwischen der Leitblechanordnung (74, 76) und dem Gehäuse (11) bilden, wobei die Luft durch die Schlitze tangential ins Innere der Brennkammer richtbar ist und eine Mehrzahl sich gegeneinander drehender Luftwirbel erzeugbar ist.
4. Brenner nach Anspruch 1 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß jede Leitblechanordnung (2o, "JH-, ¹J6) eine Einrichtung aufweist, welche eine radialausgerichtete öffnung (60) angrenzend an das Ende der Leitblechanordnung (2o) entgegengesetzt zur BrennstoffZerstäubungseinrichtung (16) bildet, daß durch die öffnung (60) ein Teil der Luft radial "quer durch das Ende der Brennkammer (lo) leitbar ist, wodurch eine pneumatische Begrenzung herstellbar ist, welche teilweise die ■Verbrennungsprodukte auf/innerhalb der Brennkammer (lo) begrenzt, so daß eine gleichmäßigere Verbrennung sichergestellt ist.
5. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitblechanordnung (2o) eine konkave Leit- " platte konzentrisch zur und entfernt"von der Innenwand des Gehäuses (11) aufweist, mindestens ein Paar axial ausgerichteter Schlitze (48, 50) angrenzend an die Kanten der Leitplatte zum Richten der Luft tangential nach außen von den Schlitzen (48, 50) weg in den entgegengesetzten Richtungen bildet und mindestens ein Paar sich gegeneinander drehender Luftwirbel erzeugbar ist.
6. Brenner nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß die das Leitblech bildende konkave Wand mit den Wänden des Gehäuses (11) zur Bildung eines verengten Schlitzes

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zusammenläuft, wodurch die daraus austretende Luft beschleunigbar ist.
7. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffzerstäubungseinrichtung (16), die Zündeinrichtung (18) und die Leitblechanordnung (2ö) innerhalb der Brennkammer (lo) mit einer tragenden, an dem Gehäuse (11) befestigten Platte (14) verbunden sind, daß sich die Wand (14) seitlich zur Achse des Gehäuses (11) erstreckt, wodurch die !Verbrennungszone (4o) der Brennkammer (lo) von der BrennstoffZerstäubungseinrichtung (16) trennbar ist, daß die Platte eine Einrichtung, welche mindestens eine öffnung (52) für den Lufteintritt zwischen der Leitblechanordnung (2o) und der Brennkammer bildet und mindestens eine öffnung fütf das Eintreten des zerstäubten Brennstoffes aufweist, und daß die BrennstoffZerstäubungseinrichtung (l6) an der Platte (14) angeordnet und befestigt ist, so daß die Luftwirbel beim Einblasen des zerstäubten Brennstoffes in die Brennkammer (lo) voneinander trennbar sind.

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