DE2820702A1

DE2820702A1 - Brenneranordnung und verfahren zur kraftstoffverbrennung

Info

Publication number: DE2820702A1
Application number: DE19782820702
Authority: DE
Inventors: Benjamin H Freze
Original assignee: Challenge Cook Bros Inc
Current assignee: Challenge Cook Bros Inc
Priority date: 1977-05-12
Filing date: 1978-05-11
Publication date: 1978-11-16
Also published as: DE2820702C2; GB1601916A; JPS53140639A; IT1094665B; JPS5832284B2; CA1098022A; US4128388A; DE7814255U1; IT7823354A0

Description

28207Q2

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Brenneranordnung. Diese Brenneranordnung kann so betrieben werden,, daß wahlweise Öl oder gasförmige Brennstoffe darin verbrannt werden können und ist sehr geeignet für zahlreiche Anwendungen, wie z.B. industrielle Trockner, Boiler, usw.

Uon primärer Bedeutung bei allen Ölbrennern oder Brennern für gasförmige Brennstoffe ist das Mischen des Brennstoffs mit der hereinströmenden Luft kurz vor der Verbrennung, da der Verbrennungsprozeß in kritischer Weise von der vollständigen Vermischung des Brennstoffs und der Luft abhängig ist, damit eine maximale UJärmefreisetzung und eine saubere Verbrennung erreicht wird. Es ist üblich, besonders bei der Verbrennung von flüssigen Brennstoffen, diese Vermischung mittels einer sehr turbulenten Bewegung zu erreichen, die hervorgerufen wird durch eine Rotation mit noher Geschwindigkeit oder einer Umfangsbewegung der Verbrennungsluft und des zerstäubten Brennstoffs. Diese Rotation oder Umfangsbewegung der Luft wird hervorgerufen durch eine Vielzahl von Einrichtungen, wie tangentiale Einspritzung des Brennstoffs und der Luft in einen runden Brenner, mittels stationärer Streifen, die in Rotationsbewegung versetzen oder die tatsächliche Verwendung uon rotierenden Gebläsen. Unglücklicherweise resultiert nicht immer eine gleichmäßige lYlischung aus dieser Rotations- oder Urnfangsbewegung und es tritt oft eine Schichtung deB Brennstoffs und der Luft auf, was eine weniger effiziente Verbrennung bewirkt und oftmals ein schlimmes Verschmoren der Brennerwände verursacht.

809846/0990

Zusätzlich ist der aus einer solchen Mischung resultierende Verbrennungsstrom oftmals unlenkbar oder schwer zu kontrollieren, was eine gleichmäßige Vermischung mit Sekundärluft für den Heizvorgang relativ unwirksam macht.

Andere Besonderheiten, die in einer aolchen Brenneranordnung wünschenswert sind, die aber oftmals mit jenen hier verfügbaren Anordnungen vergleichbar sind, beinhalten die Entwicklung einer Maximalhitzeerzeugung in der kürzest möglichen Zeit und Raum,um dadurch die höchste Hitzekonzentration bei der geringsten Bienge an Verbrennungsluft zu liefern und die Höhe der U/ärmeverluste durch die Metalluiände des Brenners durch Minimierung der davon abhängigen Fläche zu reduzieren. Es ist ebenfalls wünschenswert, eine lange Flußbahn für die Verbrennungsgase zu schaffen, um die maximale "Verweilzeit" in der Brennkammer oder im Brenner zu erzeugen, so daß der Verbrennungsprozeß abgeschlossen ist, bevor die Verbrennungserzeugnisse aus dem Brenner entfernt sind. Dies ist besonders wichtig in dem Fall mit flüssigen Brennstoffen, die zur Verbrennung zerstäubt werden, weil frühzeitiges Ablassen in die Atmosphäre oder sekundäre Luft oftmals Rekondensation unverbrannten Brennstoffs verursacht, was Bildung von Kohle, unerwünschtem Rauch und Geruch und reduzierte Wärmeabgabe verursacht. Es ist auch festgestellt worden, daß der Verbrennungsprozeß weiter verbessert wird durch Vorwärmung der Verbrennungsluft und des Brennstoffs.

Zusätzlich zur unvollständigen mischung des Brennstoffs und der Luft ist ein anderer mangel der derzeit erhältlichen Brenneranordnung ihr Fehlen von Flexibilität. Solche Vorrichtungen sind allgemein so konstruiert, daß sie nur mit einem einzigen Brennstofftyp d.h. Gas oder Öl, betrieben werden können. Zusätzlich haben alle diese Brenneranordnungen ein sehr kleines Abdrehverhältnis, d.h. das Verhältnis von maximalem Ausstoß zu minimalem Ausstoß, mit dem der Brenner effektiv betrieben werden kann. Durch Verwendung einer Brenneranordnung, die so betrieben werden

809846/0990

kann, daß durch Kippen eines einzigen Schalters wahlweise Gas oder Dl verbrannt uiird, und die ein großes Abdrehverhältnis hat, würde die Flexibilität des Brenners nicht nur für mehrere Anwendungen gesteigert werden, da in einer einzelnen Anordnung ebenso nicht nur verschiedene Brennstoffe, abhängig von der Verfügbarkeit, verwendet werden können, sondern die Wärmeabgabe könnte innerhalb einer weiten Spanne reguliert werden um wechselnden Anforderungen zu genügen. Es wäre ebenfalls sehr wünschenswert, einen Brenner zu verwenden, der eine vollständige V/erbrennung in einer kompakten i/erbrennungszone mit niedrigen Brennstoff- und Verbrennungsluftdrücken ausführen könnte. Viele Nutzgasversorgungen haben sehr aegrenzte Drücke verfügbar und niedriger Uerbrennungsluftdruck benötigt weniger Pferdestärken, und deshalb wird weniger Gebläselärm erzeugt.

Eine andere wünschenswerte Ausführungsform einer Brenneranordnung schließt eine Reduzierung des durch den Verbrennungsvorgang selbst erzeugten Lärms ein, wobei die Reduzierung bei den herkömmlichen 3rennern, die Rotations- oder Umfangsmischung verwenden, bestimmt nicht gefunden wird. Es ist ebenfalls ein wichtiges Erfordernis der Brennerkonstruktion, eine starke, stabile Zündflamme zur verlässlichen Zündung der Hauptverbrennungsgase vorzusehen. Zusätzlich sollte die Zündungsdüse so angeordnet werden, daß sie nicht den zerstörenden hohen Temperaturen des Hauptverbrennungsprozesses ausgesetzt ist. Die Länge der Hauptverbrennungsflamme sollte auf ein Minimum beschränkt sein, was erfordert, daß der Hauptteil der Jerbrennung in der Verbrennungskammer,die für diesen Zweck entijjorfen wurde, durchgeführt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brenneranordnung zur wahlweisen und effizienten Verbrennung von Öl oder gasförmigen Brennstoffen zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch eine Brenneranordnung gelöst, die gemäß der Erfindung gekennzeichnet ist durch ein Gehäuse, das eine Aus-

809848/0990

flußöffnung in dessen oberem Ende und eine geneigte untere Oberfläche aufweist, eine in dem Gehäuse angebrachte Zünddüse, einen ITlischungsring, der oberhalb der Zünddüse angebracht ist und eine ringförmige, kenkaue äußere lYlischungsoberflache aufweist, die sich aufwärts von der geneigten unteren Oberfläche erstreckt, eine Einrichtung, die in dem Gehäuse angebracht ist zur Hinleitung von Luft zu der äußeren lilischungsoberflache des fflischungsrings, und eine Einrichtung, die innerhalb des Gehäuses angeordnet ist zur Hinleitung von Brennstoff zu der äußeren fflischungsoberflache des Mischungsrings, wobei die Luft und der Brennstoff durch die lilischungsoberf lache und durch Zündung veranlaßt werden, sich innerhalb des Gehäuses zu mischen und aufwärts zu rollen und aus (hm Gehäuse durch die Ausflußöffnung auszuströmen.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß eine verbesserte Brenneranordnung vorgesehen ist, die wahlweise zur Verbrennung von Öl oder gasförmigem Brennstoff betrieben werden kann.

Gemäß einer anderen besonderen Ausführungsform ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß eine Brenneranordnung geschaffen wird, die die Verbrennungsluft und den Brennstoff gründlich mischt für eine vollständigere Verbrennung.

Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß eine Brenneranordnung vorgesehen ist, die eine maximale Wärmeabfuhr und saubere Verbrennung fördert.

Gemäß einar weiteren besonderen Ausführungsform ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Brenneranordnung mit einem hohen Abdrehverhältnis ausgestattet ist.

Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Brenneranordnung ein Minimum an Lärm während des Betriebs erzeugt.

809846/09 90

Gemäß einer anderen besonderen Ausführungsform ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Brenneranordnung vollständige Verbrennung in einer kompakten Verbrennungszone mit niedrigem Brennstoffdruck und niedrigem Luftdruck fördert.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren« Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 perspektivische Ansicht der Brenneranordnung, wobei ein Teil davon weggebrochen wurde;

Fig. 2 Draufsicht auf den zylindrischen Brenner;

Fig. 3 Teilansicht des Brenners einschließlich Flußdiagramm, worin die geysirieche mischung und die Verbrennung zu erkennen ist; und

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform des Brenners.

Bezugnehmend auf die Einzelheiten der Zeichnungen umfaßt die Brenneranordnung einen Brenner 10, der aus einer äußeren Schale 12 besteht, die das Brennergehäuse bildet, aus einer inneren Schale 14 und aus einer Ummantelung 16, die dazwischen angeordnet ist. Das obere Ende 16 der äußeren Schale 12 ist einwärts gebogen, wodurch ein ringförmiger Flansch 20 gebildet wird. U/ie aus Fig. 1 zu erkennen ist, ist eine Diffusorauslaßdüse 22 mit dem Flansch 20 und mit dem oberen Ende 24 der inneren Schale 14 verbunden. Die unteren Enden der inneren Schale 14 und der Ummantelung 16 sind an einem unteren Brennerkonus 26 befestigt, was eine geneigte Oberfläche oder einen erhabenen inneren Boden des Brenners bildet, und ein lYlischungsring 28 ist in der Mitte des Brennerkonus 26 in axialer Gleichrichtung mit der Diffusordüse 22 montiert.

809846/0990

Der Hlischungsring 28 ist ringförmig ausgebildet und bildet eine kreisförmige gekrümmte äußere konkave fflischungsoberflache 30 und eine geneigte innere Oberfläche 32, die oberhalb und um die Gaszünddüse 34 herum angeordnet ist. Der Begriff "ringförmig ausgebildet", wie hier veru/endet, ist nicht auf eine ringförmige Anordnung beschränkt und beinhaltet die langgestreckte Konstruktion des Blischungsrings, wie in Fig. 4 dargestellt. UJie in den Fig. 1 und 3 zu sehen ist, hat die innere Oberfläche 32 des Rlischungsrings 28 mehrere Brennstoff/Lufteintrittsöffnungen 35, und die äußere gekrümmte Iflischungsoberflache 30 meist mehrere vertikal angeordnete Brennerhauptgaseintrittsöffnungen 36 auf. Die Brennerhauptgaseintrittsöffnungen 36 stehen mit einem Gaseinlaß 38 über ein Rohr 40 und eine ringförmige Kammer 42 zur Beförderung des gasförmigen Brennstoffs zu der äußerem fllischungsobBrfläche 30 des Mischungsrings 28 zur mischung mit der einströmenden Verbrennungsluft, die in einer noch zu beschreibenden UJeise abläuft, in Verbindung.

Als eine Alternative zu gasförmigem Brennstoff sind mehrere Heizöleinspritzdüsen 44 auf dem unteren Brennerkonus 26 verteilt angebracht. Jede der Düsen 44 ist mit einer Zufuhr von unter Druck stehendem Heizöl durch die Hauptleitung 48 und die Leitungen 46, die sich zwischen den Düsen 44 erstrecken, verbunden. Bei Betätigung eines herkömmlichen U/ahlschalters 49 ist der Gaseinlaß 38 geschlossen und die Einspritzdüsen 44 sind aktiviert, um einen Heizölnebel zu produzieren. Uiie noch beschrieben werden wird, wird dieser Sprühnebel von der einströmenden Verbrennungsluft zu der äußeren Iflischungsoberflache 30 entlang des unteren Brennerkonus 26 mitgenommen. Auf diese li/eise kann die Brenneranordnung so verwendet werden, daß sie effektiv mit entweder Öl oder gasförmigem Brennstoff betrieben werden kann.

Um eine Zündflamme für die Brenneranordnung zu schaffen, wird eine Zündelektrode 50 von der Zünddüse 34 getragen und ist elektrisch mit einer (nicht gezeigten) Stromquelle über Kabel 52

809846/0990

verbunden. Die Zünddüse 34 erhält ihre Versorgung mit Luft von einem Druckluftgebläse 54 über eine Druckluftleitung 56, einem Mischventil 58 für Zündgas/Luft und einer Leitung 62. Gas uiird der Zünddüse 34 von einer (nicht gezeigten) Quelle durch eine Zündgaseinlaßleitung 60,ein Mischventil 58 und eine Leitung 6? zugeführt. Die Brenneranordnung ist vorzugsweise mit einem Zündflammdetektor 64 ausgestattet, der die Gaszünddüse 34 auf dxB Anwesenheit einer Flamme hin untersucht und in der bevorzugten Ausführung die herkömmlichen DurchfluQventile 63 und 65 betätigt, um den FIuQ von Gas und/oder Heizöl in den Brenner zu starten. Ein Ultraviolett-Flammenabtaster ist für diesen Zweck gut geeignet, da er kein anderes dort herrschendes Licht außer ultraviolettem anzeigt und würde folglich die Durchflußventile nicht betätigen, falls infrarotes Licht von einer äußeren Quelle abgegeben wird, oder von einer solchen, die erscheinen tuürde, wenn ein Stück Metall innerhalb des Brenners übermäßig heiß werden würde.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt der Stellmotor 70 einen Ventilbereich 71 zur Regulierung des Gasstroms zu dem Gaseinlaß 38 und ist steuerbar mit dem Durchflußventil 63 zur alternativen Regelung des Heizölflusses dort hindurch zu den Heizöleinspritzdüsen 44 verbunden. Für die Verbrennungsluft für die Brenneranordnung ist das Druckluftgebläse 54 vorgesehen, das die Luftversorgung durch die Luftführung 66 zu einem Raum 67, der von den äußeren Schalen oder Brennergehäuse 12, der Ummantelung 16 und dem unteren Brennerkonus 26 gebildet wird. Ein Luftfilter 68 ist mit dem oberen Ende des Gebläses verbunden, damit Fremdkörper aus der Verbrennungsluft entfernt werden und ein Brennstoff/ Luft-Verhältnisstellmotor 70 ist zur Kontrolle einer Drosselklappe 72 vorgesehen, die in der Luftführung 66 montiert ist. Durch die Kontrolle der Stellung der Drosselklappe 72 synchron zu den Brennstoffventilen 71 und 63 wird der Durchfluß der Verbrennungsluft vom Gebläse zum Raum 67 reguliert und die von dem Verbrennungsvorgang erzeugte Temperatur wird kontrolliert. Der Stellmotor 70 kann eine gebräuchliche Ausführung sein und spricht

809846/0990

auf ein externes Signal an, das von einer Schalttafel, einem Timer, einem lüärmetetnperaturschalter oder ähnlichem ausgehen kann. Ein einfaches mechanisches Gestänge 74 u/ie das in Fig. 1 gezeigte ist ausreichend, um die notwendige Kontrolle über die Drosselklappe 7? auszuüben.

Fig. 3 erläutert das Flußschetna des Brennstoffs, der Luft und der Verbrennungsgase innerhalb der Brenneranordnung, lliie darin zu sehen ist, wird mährend des Betriebs der Brenner von dem Gebläse 54 durch die Luftführung 66 zum Raum 67 mit dem Gebläsegehäuse mit Verbrennungsluft versorgt. Ein Teil dieser Luft wird durch die Druckluftleitung 56 zu der Zünddüse 34 abgeleitet. U/enn die Verbrennungsluft in den Raum 67 eintritt, wird sie zwischen der äußeren Schale 12 und der Ummantelung 16 des Brenners 10 aufwärts über das obere Ende der Ummantelung 16 und abwärts zwischen der Ummantelung 16 und der inneren Schale 14 geleitet. Die innere Schale 14 ist mit mehreren Luftschlitzen 76 ausgestattet, die diesen Abwärtsstrom der Luft in die innere Kammer 78 des Brenners entlang der inneren Schale 14 leiten. Die obersten Luftschlitze 80 in der inneren Schale 14, die entlang der Diffusordüse 2? angeordnet sind, sind gegenüberstehend angebracht, so daß ein kleiner Teil der Luft aufwärts entlang der Unterseite der Diffusordüse ?? und von hier mit den Verbrennungsgasen nach außen geleitet luird.

Da die Verbrennungsluft in den Raum 67 gedrückt wird, aufwärts zwischen der äußeren Schale 1? und der Ummantelung 16 und in die Brennerkammer entlang der inneren Schale 14, wird sie vorgewärmt, um die Verbrennung zu verbessern. Falls gasförmiger Brennstoff in der Brenneranordnung verwendet wird und der Gaseinlaß demzufolge offen ist, strömt das Gas durch die Hauptbrennereintrittsöffnungen 36 in der Unterseite des iYlischungsrings 28, wobei es gemischt wird oder in einer rollenden geyserischen (pulsierenden) Bewegung mit der Verbrennungsluft entlang des unteren Brennerkonus 26 streicht.

809848/0990

Dieser geyserische lYlischungsvorgang uiird an der gekrümmten äußeren lYlischungsoberflache 30 des lYlischungsrings 28 hervorgerufen und setzt sich in einer pilzförmigen Wolke fort, da der VerbrennungsfluG innerhalb der inneren Kammer 7B aufsteigt und von dem Brenner durch die divergierende Diffusordüse 22 in einer axialen Richtung entweicht. Aus dieser sehr turbulenten IKIi se hu ng resultiert eine sehr gleichmäßige und symmetrische Hitzeabstrahlung durch die Brennerdüse. Der kreisförmige Mischungsring 28 vermischt deshalb nicht nur den Brennstoff und die Verbrennungsluft, sondern dient auch als Hauptgasdüse, als Führungsverbindung und als Schild zum Schutz der Gaszünddüse 34 vor der extremen Hitze der Verbrennung. Zusätzlich bildet der Ort und die Anordnung des lYIischungerings 28 und des unteren Brennerkonus 26, u/as das geyserische Kochen und die resultierende pilzförmige Turbulenz dBr Verbrennungsgas^ erzeugt, eine längliche lUegbahn, uioraus eine längere Veruteilzeit des Verbrennungsgases innerhalb des Brenners resultiert, zur Sicherstellung der vollständig abgeschlossenen Verbrennung vor dem Ausströmen.

Falls die Brenneranordnung mit Heizöl betrieben uiird, im Gegensatz zu gasförmigem Brennstoff, uiird der Brennstoffu/ahlschalter 49 uiie gewählt betätigt um die Brennstoffleitung zu den Heizöleinspritzdüsen 44 zu öffnen, die in dem unteren Brennerkonus 26 montiert sind, und um den Gaseinlaß 38, der zu den Hauptbrennergasöffnungen 36 in der Unterseite des lYlischungsrings 28 führt, zu schließen. Die Brenneranordnung arbeitet dann uiie mit dem gasförmigen Brennstoff mit. der Ausnahme, daß ein Heizölsprühnebel von den Heizöleinspritzdüsen 44 durch die einströmende Verbrennungsluft entlang des unteren Brennerkonus 26 gegen die gekrümmte äußere lYlischungsoberf lache 30 des lYlischungsrings 28 gerichtet u/ird. Das geyserische Wischen des versprühten Heizöls und der Verbrennungsluft findet auf die gleiche Weise uiie mit Verbrennungsluft und gasförmigem Brennstoff statt. UJie oben erwähnt heizt der Gegenfluß zwischen der einströmenden Verbrennungsluft, die innen entlang der inneren Schale 14 streicht, und den heißen Gasen, die in der inneren

009846/0990

Kammer 78 aufsteigen, die Luft vor und der versprühte Brennstoff kann tuie ein Gas verbrannt werden. Der Ort und die Richtung der Heizöleinspritzdüsen 44 und des zentrisch angeordneten gekrümmt ausgeführten fflischungsrings 28 bezüglich der Zünddüse 34 nacht die Notwendigkeit für einen Brennstoffsammelbehälter unnötig, wie er bei Brennern des "double vortex"—Typs üblich ist, da sich kein unverbrauchter Brennstoff in dem Brenner sammelt durch die geyserische mischung. Zusätzlich wird kein Dampf oder Druckluft zur Zerstäubung des Heizöls benötigt, uiie dies bei einigen Brennern üblich ist. Die Heizöleinspritzdüsen 44 sind eine herkömmliche Ausführung, die in einer Spanne von 300 bis 700 pounds per square inch gauge (entspricht 20.684,01 bis 48.262,69 mbar) betrieben werden.

Der äußerst effiziente geyserische Mischungsvorgang, der im Brenner 10 erzielt wird, ist ein Ergebnis der Anordnung von Wischungsring 28 und unterem Brennerkonue 26. Eine Diffusordüse 22 ist vorgesehen, um den aerodynamischen Fluß der Austragung der Verbrennungsprodukte zu fördern und die Verbrennungsprodukte vor kalter Sekundärluft zu schützen, die sonst frühzeitig in den Brenner gelangen und sich mit den Verbrennungegasen mischen könnte, woraus Rekondensation von unverbranntem Heizöl resultiert. Die Düsenanordnung vergrößert dabei wirksam die Länge der Verbrennungskammer und fördert tangentiales und stufenuieises Büschen der Sekundärluft mit den Verbrennungsgasen.

Bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem eine Brenneranordnung ein Gehäuse von ca. 2 feet (60,96 cm) Höhe und 22 inches (558,80 ram) im Durchmesser hat, würde der fldischungsring 28 einen Durchmesser von ca. 6,5 inches (167,10 mm), gemessen am oberen Ende von äußerer Ecke zu äußerer Ecke, haben, eine geneigte innere Oberfläche 32, die mit der Vertikalen einen Winkel von 30 Grad bildet und die äußere IKlischungsoberflache 32 wird von einem Radius von ca. 1,5 inches (38,10 mm) gebildet. Zwölf Eintrittsöffnungen sind gleichmäßig über die geneigte Oberfläche 32 mit den oberen Luft—

809846/0990

schlitzen BQ verteilt, die dadurch mit der äußeren Hflischungsoberfläche 32 verbunden ist, wie bei 82 in Fig. 3 zu sehen ist. Sechs Gashaupteintrittsöffnungen 36 sind ebenfalls gleichmäßig über den fflischungsring 28 verteilt. Ein unterer Brennerkonus 26, der den Boden des Brenners bildet und mit der Kante des ilflischungsrings 28 ausläuft, ist ca. 50 Grad bezüglich der Vertikalen geneigt und hat eine Höhe von ca. 4,5 inches (114,30 mm). Die Diffusordüse 22 bildet einen unteren oder inneren Durchmesser von ca. 8,5 inches (215,90 mm), einen äußeren Durchmesser von ca. 14,75 inches (374,65 mm) und ist ca. 30 Grad bezüglich der Vertikalen geneigt. Es versteht sich von selbst, daß Brenner, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung konstruiert werden, in jeder gewünschten Größe ausgeführt werden können und die obigen Abmessungen nur für ein Ausführungsbeispiel gelten und die relativen Größen eines solchen Brenners angeben. Es sollte ebenfalls festgehalten werden, daß Brenner, die gemäß der Erfindung konstruiert sind, in jeder gewünschten Winkelstellung betrieben werden können. Während die Zeichnungen den Brenner in einer aufrechten Stellung zeigen, bei der dessen offenes Ende ebenfalls das obere Ende ist, kann der Brenner ebenso horizontal, abgewinkelt oder sogar vertikal gekippt betrieben werden, so daß die Diffusordüse 22 sich an dem unteren Ende des Brenners befindet.

Eine zweite Ausführungsform der Brenneranordnung ist in Fig. 4 zu sehen. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der vorhergehenden Ausführungsform lediglich in der länglichen Konstruktion des Brenners 90 und umfaßt jedes der Elemente der vorhergehenden Ausführungsform. Die zweite Ausführungsform ist von Bedeutung, da sie erlaubt, daß die Brenneranordnung als ein länglicher Typ eines Ölbrenners verwendet werden kann, was vorher nicht möglich war durch die Notwendigkeit, in früher existierenden konventionellen Brennern das Öl und den Brennstoff in einer Umfangsbewegung zu mischen. Brenner des länglichen Typs, die jahrelang in Gasfeuerungsanlagen verwendet wurden, haben den Vorteil der Verteilung der Hitze über eine lange, schmale Fläche, was für lliärmeprozessewünschenswert

809846/0990

ist, vuobei u/eite Querschnitte verwendet werden, wie bei Trocknern, Back- und Nachbehandlungsöfen. Verschiedene Veränderungen und Iflodifikationen können bei der Ausführung der Erfindung gemacht uierden, ohne sich von dem Inhalt und dem Geltungsbereich zu entfernen. Insofern diese Veränderungen und Modifikationen sich innerhalb des Geltungsbereichs der anhängenden Ansprüche befinden, sind sie als Teil der Erfindung zu betrachten.

809846/0990

Claims

Challenge-Cook Bros., Inc., City of Industry, Calif./USA

Brenneranordnung und Verfahren zur Kraftstoffverbrennung

PATENTANSPRÜCHE

Brenneranordnung, gekennzeichnet durch ein Gehäuse, das eine Ausflußöffnung in dessen oberem Ende und eine geneigte untere Oberfläche aufweist, eine in dem Gehäuse angebrachte Zünddüse (34), einen Hlischungsring (28), der oberhalb der Zünddüse (34) angebracht ist und eine ringförmige, konkave äußere MischungsoberfIäch8 (30) aufweist, die sich aufwärts von der geneigten unteren Oberfläche erstreckt, eine Einrichtung, die in dem Gehäuse angebracht ist zur Hinleitung von Luft zu der äußeren Klischungsoberf lache (30) des IKIi se hu ng sr ing s (28), und eine Einrichtung, die innerhalb des Gehäuses angeordnet ist zur Hinleitung vom Brennstoff zu der äußeren lYiischungsoberflache (30) des Iflischungsrings (28), wobei die Luft und der Brennstoff durch die Mischungsoberflache (30) und durch Zündung veranlaßt werden, sich innerhalb des Gehäuses zu mischen und aufwärts zu rollen und aus dem Gehäuse durch die Ausflußöffnung auszuströmen.

809846/0990
2. Brenneranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischungsring (28) ringförmig angeordnet ist und eine kegelstumpfförmige innere Oberfläche (32) bildet, die um die Zünddüse (34) herum angeordnet ist und die innere Oberfläche (32) mehrere Eintrittsöffnungen (35) aufweist, die sich zwischen der inneren Oberfläche (32) und der äußeren lYlischungsoberflache (30) des fflischungsrings (28) erstrecken.
3. Brenneranordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Einleitung von Brennstoff, die mehrere Eintrittsöffnungen (35) aufweist, die um die äußere WischungsobBrflache (30) des fllischungsrings (28) angeordnet sind und sich durch diesen erstrecken, eine Einrichtung zur Versorgung dieser Eintrittsöffnungen (35) mit gasförmigem Brennstoff, eine Zerstäubungseinrichtung, die geeignet ist für eine Flüssigkeitsverbindung mit einer Brennstoffversorgung zur Erzeugung eines Heizölnebels in Richtung der äußeren Mischungsoberfläche (30)_f eine Einrichtung zur mahl— weisen Betätigung der Einrichtung zur Versorgung mit gasförmigem Brennstoff oder der Zerstäubungseinrichtung,
4. Brenneranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Einleitung von Luft mehrere Schalen umfaßt, die innerhalb des Gehäuses montiert sind und die Schalen eine Verbrennungskammer in dem Gehäuse und einen gekrümmten Luftdurch— laß bilden, wobei der Luftstrom in dem Durchlaß zur Verbrennung vorgewärmt wird.
5. Brenneranordnung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die geneigte untere Brenneroberfläche und der lYlischungsring (28) eine längliche Ausführung sind.
6. Brenneranordnung nach einem der vorigen Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Gehäuse, dessen oberes Ende eine Ausflußöffnung aufweist, eine in dem Gehäuse angebrachte Zünddüse (34), eine kegelstumpf— förmige innere Oberfläche (32), die innerhalb des Gehäuses um die

8 46/0900

Zünddüse (34) herum angeordnet ist, einen ringförmig ausgebildeten lYlischungsring (28), der innerhalb dieses Gehäuses um die Zünddüse (34) herum angeordnet ist. und eine ringförmige, konkave äußere IKIischungsoberflache (30) hat, die zu der unteren Brenneroberfläche passend ausgebildet ist und sich won dort nach oben erstreckt, eine Einrichtung, die innerhalb des Gehäuses angebracht ist um die Luft zu der äußeren lYlischungsoberflache (30) hinzuleiten und eine Einrichtung, die innerhalb des Gehäuses angebracht ist um Brennstoff zu der äußeran IMschungsoberf lache (30) hinzuleiten, uiobei Luft und Brennstoff durch die äußere IKIischungsoberf lache (30) und durch Zündung zum Wischen und Aufmärtsrollen innerhalb des Gehäuses, zum Ausströmen aus dem Gehäuse durch die Austrittsöffnung veranlaßt sind.
7. Brenneranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischungsring (28) eine kegelstumpfförmige innere Oberfläche (32) um die Zünddüse (34) herum bildet und die innere Oberfläche (32) mehrere Eintrittsöffnungen (35) darin aufweist, die sich zwischen der inneren Oberfläche (32) und der äußeren Rlischungsoberfläche (30) erstrecken.
8. Brenneranordnung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Einleitung von Brennstoff, die mehrere Eintrittsöffnungen (35) aufweist, die um die äußere llilischungsoberflache (3ü) des ftlischungsrings (28) herum angeordnet sind und sich durch diesen erstrecken, eine Einrichtung zur Versorgung dieser Eintrittsöffnungen (35) mit gasförmigem Brennstoff, eine Zerstäubungseinrichtung, die geeignet ist für eine Flüssigkeitsverbindung mit einer Brennstoffversorgung zur Erzeugung eines Heizölnebels, so daß der NebsJ durch die Luft zu der äußeren (Klischungsoberflache (30) getragen uiird, eine Einrichtung zur wahliueisen Betätigung der Einrichtung zur Versorgung mit gasförmigem Brennstoff oder der Zerstäubungseinrichtung.

809846/0990
9. Brenneranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die geneigte untere Brenneroberfläche und der iiiischungsring (28) eine längliche Ausführung sind.
10. Brenneranordnung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine kegelstumpfförmige Diffusordüse (22), die um die Austrittsöffnung im oberen Ende des Gehäuses herum angebracht ist.
11. Brenneranordnung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein äußeres Gehäuse (12), das ein offenes oberes Ende aufweist und einen Lufteinlaß angrenzend an dessen unteres Ende, eine kegelstumpf förmige Diffusordüse (?2) die um das obere EndB des Gehäuses herum angebracht ist, eine Zünddüse (34), die in dem Gehäuse montiert ist, eine kegelstumpfförmige untere Brenneroberfläche innerhalb des Gehäuses um die Zünddüse (34) herum angebracht, einen kreisförmigen Rlischungsring (28), der innerhalb des Gehäuses befestigt ist, wobei der Rlischungsring (28) eine ringförmige äußere Mischungsoberflache (30) hat, die zu der unteren Brenneroberfläche passend ausgebildet ist und sich von dort nach oben erstreckt, eine kegelstumpfförmige innere Oberfläche (32), die um die Zünddüse (34) herum angebracht ist und mehrere Eintrittsöffnungen (35) darin aufweist, die sich zwischen der inneren Oberfläche (32) und der äußeren Rlischungsoberflache (30) erstrecken, eine untere Brenneroberfläche und einen Blischungsring (28) ,die einen Luftraum bilden, der mit dBm Lufteinlaß in dem Gehäuse in Verbindung steht, mehrere Schalen, die innerhalb des Gehäuses angebracht sind und eine Verbrennungskammer und einen gekrümmten Luftdurchlaß bilden, der sich zwischen dem Raum (67) und der Verbrennungskammer erstreckt, eine Einrichtung innerhalb des Gehäuses zur Leitung von Luft durch diesen gekrümmten Durchlaß zu der äußerem ITIischungsoberf lache (30), so daß der Luftstrom durch den Durchlaß zur Verbrennung vorgewärmt ist, und eine Einrichtung, die innerhalb des Gehäuses angebracht ist um Brennstoff zu der äußerem Mischungsoberflache (30) hinzuleiten, wobei Luft und Brennstoff durch die äußere fH.ischungsoberflache (30) und durch Zündung

809846/0990

28207Q2

zum mischen; und ftuftuäirtsrallerp innerhalb) des Gehäuses, zum Ausströmen aus dem Gehäuse durch, die flustrittsäf f ming «β ran laßt sind»
12« Brenneranordnung utach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet_t daß die Schalen* (12) und; (14) konzentrisch »antiert sind innerhalb des Gehäuses,, uiobei sich eine der Schalen (14) zwischen aam oberen Ende des Gehäuses und öler tüinteren· Brennerofererflache er— streckt u.md; eins zu/ei ta Schale von der ersten Sehale getragen wird und zwischen der ersten Schale und de» Gehäuse angebracht ist und die erste Schale ei ob Einrichtung zur. Leitung der Luft dort hindurch hinunter zu der unteren Brennerobarfläche aufweist.
13. Brenneranordnung, nach. Anspruch 12_§ dadurch gekennzeichnet_f daß die erste Schale (14) eine Einrichtung zur Umleitung eines Teils des Luft strains in den Durchfluß ausfurärts durch die Diffusor-Düse (22) aufweist.
14. Brenneranordnung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Einleitung von Brennstoff, die mehrere Eintrittsöffnungen (35) aufweist, die um die äußere Mlschungsoberflache (30) des mischungsrings (2ö) herum angeordnet sind und sich durch diesen erstrecken, eine Einrichtung zur Versorgung dieser Eintrittsöffnungen (35) mit gasförmigem Brennstoff, eine Zerstäubungsein— richtung, die geeignet ist für eine FlüssigJceitsverbindung mit einer Brennstoffversorgung zur Erzeugung eines Heizölnebels in Richtung der äußerem Kischungsoberflache (30), eine Einrichtung zur uiahlmeisen Betätigung der Einrichtung zur Versorgung mit gasförmigem Brennstoff oder der Zerstäubungseinrichtung.
15. Verfahren zur Verbrennung von Brennstoff, gekennzeichnet durch das. Einleiten eines Luftstroms auf eine gekrümmte Wischungsoberfläche, das Leiten eines Brennstoffstromes auf die gekrümmte lYlischungsoberflache, das Mischen des Luft— und Brennstofflusses auf der gekrümmten Klischungsoberflache einer turbulenten, aufuiärtsrollenden Bewegung, das Zünden des aufuiärtsrollenden und sich

809846/0990

282Q7Q2

Luft— und BrennstofFlusses zur Bildung eines Verbrennurtigsstxomies und das Ausströmen des Werbrennungsstrames auf marts der gekrümmten Bischungsoberflache.

T6. Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch ein zusätzliches Vorheizen dea Luftstroes vor den Bischen des Luft— und
öremiinistof f strcmes.

T7» Verfahren zur Verbrennung von Brennstoff, gekennzeichnet durch das Abatärtslenken eines Luftstrom^ innerhalb einer üsrbremsungskanwwer und radial einwärts zu einer gekrümmten Bise hung sober—
fläche, alternatives Einleiten eines Strews gasförmigen Brennstoffs oder eines Heizölnebels zu der gekrümmten BischungsaberfIacItre, die Mischung des Luftstroais und des alternativ hingelenkten Eirennistoffs auf der gekrümmten lischungsoberfläche in einer turbuaufmärtsrollenden Beitegung, Zünden des auftuärts-rollenden

gemischten Luft— und Brennstoffstrons zur Bildung eines Uerusses und Ausströaen des Verbrannungsflusse? aufträrts

der gekröeeten Bischungsoberf lache.

8O984S/O990