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Die Erfindung betrifft einen Topfbrenner für flüssigen Brennstoff gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Ein derartiger Brenner ist bereits aus der EP-PS 00 27 298 bekannt. Dieser bekannte Brenner hat einen kreiszylindrischen Verbrennungsraum, in dessen Wand radiale Öffnungen für die Zufuhr von primärer und sekundärer Verbrennungsluft ausgebildet sind. Durch die am Auslaß für die Verbrennungsgase angeordneten Löcher tritt Sekundärluft radial zur Achse des Verbrennungsraumes ein, um zur endgültigen Verbrennung des im Verbrennungsraum verdampften Brennstoffs beizutragen, der zum Auslaß des Brenners hinströmt.
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Bei diesem bekannten Brenner befindet sich die Deckwand des Brennereinsatzes in einem erheblichen Abstand zum Auslaß des Brenners, wobei der Auslaß einen größeren Durchmesser als der Brennereinsatz hat. Dies hat zur Folge, daß sich die Sekundärluft nicht im ausreichenden Maße mit dem zum Auslaß hinströmenden, verdampften Brennstoff vermischen kann, so daß unverbrannter oder unvollständig verbrannter Brennstoff den Brenner verlassen kann.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Topfbrenner der eingangs genannten Art so weiterzuentwickeln, daß infolge einer verbesserten Führung des primären und des sekundären Luftstromes eine intensivere Durchmischung des Brennstoffs mit Verbrennungsluft erfolgt, so daß der Brennstoff nahezu vollständig verbrannt wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Bei dem erfindungsgemäßen Topfbrenner ist der Durchlaß, in dem der Brennstoff mit der Sekundärluft zusammentrifft, eng ausgebildet, wodurch die Durchmischung von Brennstoff und Luft gefördert und eine nahezu vollständige Verbrennung erreicht wird. Dadurch, daß die sekundäre Verbrennungsluft zwischen dem ersten und dem zweiten Niveau zugeführt wird, entsteht eine Turbulenz in dem ganzen kreisförmigen Auslaß. Der Brennstoff muß diese Turbulenz passieren und wird dort sehr wirksam mit der sekundären Luft vermischt, was die Verbrennung fördert.
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Die Turbulenz erhält die Form eines Ringes, der um seine Achse rotiert. Der Brennstoffstrom, der durch diesen rotierenden Ring hindurchströmen muß, wird sehr effektiv vermischt und mit der im Ring befindlichen sekundären Luft verbrannt.
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Der im Brennereinsatz verdampfte Brennstoff steigt in gerader Richtung aufwärts und erreicht die horizontale Deckwand, wo der Brennstoff radial nach außen abgelenkt wird. Dies erschwert die Vermischung des Brennstoffs mit der durch einen Teil der Öffnungen in der Wand des Verbrennungsraumes zugeführten primären Verbrennungsluft. In vorteilhafter Weise wird das Ausströmen des Brennstoffs über die Höhe des Einsatzes verteilt, da ein Teil der primären Verbrennungsluft gegen den runden Übergang der ringförmigen Wand strömt, die den äußeren Korb in einen oberen und einen unteren Korb unterteilt (Anspruch 2). Dadurch bildet sich in dem obren Teil des äußeren Korbes eine Turbulenz, die die Mischung von Brennstoff und Luft fördert und gleichzeitig einen Widerstand bildet für weiteren Brennstoff, der aus dem inneren Korb in den oberen Teil des äußeren Korbes ausströmen will. Dies hat zur Folge, daß ein beträchtlicher Teil des Brennstoffs unterhalb dieser ringförmigen Zwischenwand aus dem inneren Korb ausströmt.
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Der Boden des Verbrennungsraumes muß eine bestimmte Temperatur beibehalten, damit die Verdampfung und Verbrennung des Brennstoffs im Verbrennungsraum nicht negativ beeinflußt wird. Um dies zu erreichen, wird die Außenseite des Bodens des Verbrennungsraumes durch einen Schirm geschützt, der relativ kalte Verbrennungsluft daran hindert, direkt auf den Boden aufzutreffen und diesen abzukühlen (Anspruch 4).
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Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Topfbrenners mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt
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Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Topfbrenners mit einem korbförmigen Einsatz im Verbrennungsraum, der teilweise im Schnitt und teilweise als Ansicht dargestellt ist;
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Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1 und
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Fig. 3 einen Einsatz in einer alternativen Ausführung.
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Unter Hinweis auf Fig. 1 wird mit 10 ein Verbrennungsraum bezeichnet, der von einer zirkularzylindrischen Wand 12 , einem Boden 14 und einem oberen Ring 16 umgeben ist, welcher Ring 16 einen zirkularzylindrischen Auslaß 18 aufweist, der konzentrisch mit der Zentrumachse 20 der Wand 12 angeordnet ist.
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Der Brennstoff wird dem Verbrennungsraum 10 durch ein Rohr 22 zugeführt, welches durch den Boden 14 geht und in Höhe mit der Unterkante der Wand 12 in einer Kammer 24 des Raumes 10 mündet. Die Kammer 24 ist oben von einem zirkularen, nicht perforierten scheibenförmigen Teil 26 der Deckwand umgeben, an den Seiten von einem zirkularzylindrischen Korb 28 mit Öffnungen 30 und unten von einer zirkularen Platte 32 aus einem porösen Material, welches Brennstoff aufsaugt, der über die Kante des Einlasses 34 des Rohres 22 schwemmt.
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Die Kammer 24 wird von zwei weiteren Kammern umgeben: eine obere, ringförmige Kammer 36 und eine untere ringförmige Kammer 38. Die Kammer 36 wird oben von einem ringförmigen, nicht perforierten Teil 40 der Deckwand, an den Seiten vom Korb 28 und einem Korb 42 mit Öffnungen 44 und unten von einer nicht perforierten ringförmigen Wand (Ring) 46 umgeben. Die Kammer 38 wird oben vom Ring 46, an den Seiten vom Korb 28 und einem Korb 48 mit Öffnungen 50 und unten vom Boden 14 umgeben. Das Teil 40 schließt an das Teil 26 mit einem gerundeten nicht perforierten Übergang 52 an, welches Teil im Längsschnitt im wesentlichen die Form eines Viertels von einem Kreis aufweist und sich im wesentlichen im rechten Winkel an das Teil 26 anschließt. Der Ring 46 schließt an den Korb 28 mit einem gerundeten nicht perforierten Übergang 54 an, welches Teil im Längsschnitt die Form eines Viertel von einem Kreis aufweist.
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Ein Ventilator 56 führt die Verbrennungsluft zum Raum 10. Vom Ventilator wird die Luft einer Kammer 58 an der Außenseite der Wand 12 zugeführt. Die Wand ist mit einer zirkularen unteren Reihe von Öffnungen 60, einer zirkularen Zwischenreihe von Öffnungen 62 und einer oberen zirkularen Reihe von Öffnungen 64 versehen. Die Öffnungen 60, 62 für primäre Verbrennungsluft und 64 für sekundäre Verbrennungsluft bewirken, daß die Luft in Strahlen in radialer Richtung gegen die Zentrumachse 20 strömt. Die Öffnungen 50 im Korb 48 und die Öffnungen 30 im Korb 28 sind mitten vor den Öffnungen 60 angeordnet, so daß die Luftstrahlen von den Öffnungen 60 unbehindert in die Kammer 24 eindringen können.
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Die Öffnungen 44 im Korb 42 sind mitten vor den Öffnungen 62 angeordnet, so daß die Luftstrahlen von den Öffnungen 62 unbehindert in die Kammer 36 eindringen können. Der Ring 46 ist auf solchem Niveau angeordnet, daß die Luftstrahlen von den Öffnungen 62 gegen den gerundeten Übergang 54 gerichtet werden, der die Luftstrahlen in Richtung nach oben ablenkt gegen das Teil 40 und danach nach außen gem. Pfeil, wobei ein turbulenter Gasvorhang 66 zwischen dem Teil 40 und dem Ring 46 gebildet wird. Dieser Gasvorhang 66 erstreckt sich ringförmig um den Korb 28 herum. Im Gasvorhang 66 bewegt sich das Gas wie ein Ring, der um seine eigene zirkulare Achse rotiert.
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Die Luftöffnungen 64 sind mitten vor dem gerundeten Übergang 52 angebracht. Das Teil 26 ist im wesentlichen im Niveau mit der Öffnung 18 angebracht. Der gerundete Übergang 52 lenkt die Luftstrahlen von den Öffnungen 64 in Richtung nach oben und danach nach außen gem. Pfeil ab, wobei sich zwischen dem Übergang 52 und dem Ring 16 ein turbulenter Gasvorhang 68 bildet. Dieser Gasvorhang erstreckt sich ringförmig um den Übergang 52 herum. Im Gasvorhang 68 bewegt sich das Gas wie ein Ring, der um seine zirkulare Achse rotiert.
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Wenn der Brenner mit maximalem Wärmeeffekt in Betrieb ist, verdampft der Brennstoff infolge von Wärmestrahlung von brennendem Brennstoff in der Kammer 24 und von Wärmestrahlung vom Korb 28, vom Teil 26 und von der Platte 32, bevor er über den Einlaß 34 schwemmt. Luftstrahlen von den Öffnungen 60 drängen durch die Öffnungen 50 und 30 in die Kammer 24 und verbrennen dort einen Teil des gasförmigen Brennstoffs. In der Kammer 24 entsteht eine Mischung von gänzlich verbranntem Brennstoff (CO2), teilweise verbranntem Brennstoff (CO), unverbranntem Brennstoff und Luft. Diese Mischung strebt infolge seiner Erwärmung danach, nach oben zu strömen unter das Teil 26 und dann radial nach außen unter das Teil 40. Wenn die Mischung aus der Kammer 36 ausströmen soll, bildet der Gasvorhang 66 einen Widerstand gegen die Strömung der Mischung, wodurch ein Teil der Mischung ihren Weg durch die Kammer 38 unter dem Ring 46 nimmt. Hierdurch wird eine bessere Verteilung erreicht und damit eine vollständigere Verbrennung der Mischung, die aus dem Korb 28 strömt.
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Die Verbrennung des Mischungsteiles, das den Weg aus der Kammer 36 nimmt, wird durch die intime Vermischung der Mischung mit weiterer Luft im Gasvorhang 66 und von Wärmestrahlung von den Körben 28 und 42, dem Teil 40 und dem Ring 46 gefördert.
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Die Verbrennung des Teiles der Mischung, die den Weg durch die Kammer 38 nimmt, wird durch die Wärmestrahlung von den Körben 28 und 48, dem Ring 46 und dem Boden 14 gefördert. Dieser Teil der Mischung muß auch die Luftstrahlen von den Öffnungen 60 in der Kammer zwischen der Wand 12 und dem Korb 48 passieren, was ebenfalls die Verbrennung der Mischung fördert. Zum Schluß passiert die Mischung den Gasvorhang 68. Hier wird weitere Luft der Mischung zugeführt. Im Gasvorhang 68, wo eine intime Mischung von Luft mit dem verbleibendem brennbaren Gas geschieht, gleichzeitig, wenn die Mischung Wärmestrahlung vom Teil 40 und dem Übergang 52 und vom Ring 16 ausgesetzt wird, wird die Mischung praktisch vollständig verbrannt, so daß das Gas, welches den Auslaß 18 verläßt, praktisch vollständig verbrannt ist.
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Der in Fig. 3 teilweise gezeigte Brenner unterscheidet sich von dem in Fig. 1 gezeigten lediglich dadurch, daß der Korb 42 ausgelassen wurde. In einigen Fällen bei verhältnismäßig großen Brennern hat es sich gezeigt, daß die Verbrennung ohne Hilfe von Wärmestrahlung vom Korb 42 ausreichend ist. Die Fig. 3 zeigt einen solchen Fall.
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Brennstoff wird durch die Leitung 22 von einer nicht gezeigten Pumpe mit veränderbarer Kapazität zugeführt. Bei maximalem Wärmeeffekt des Brenners wird die Pumpe mit maximaler Kapazität getrieben. Bei niedrigem Wärmeeffekt ist der Brenner kälter und der Brennstoff wird nicht unmittelbar, wenn er den Einlaß 34 verläßt, verdampft. Der Brennstoff wird dann durch die Platte 32 aufgesaugt, die den Brennstoff über eine größere Fläche verteilt, wodurch die Verdampfung des Brennstoffs erleichtert wird. Unabhängig vom ausgenommenen Wärmeeffekt ist jeglicher Brennstoff normalerweise bereits verdampft bevor er die Peripherie der Platte 32 erreicht.
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Um zu verhindern, daß Brennstoff aus irgendeinem Grund außerhalb der Platte 32 und damit außerhalb der Kammer 24 gelangt, was verursachen könnte, daß eine vollständige Verbrennung verhindert wird, wird solch überflüssiger Brennstoff durch einen ringförmigen Kanal 70 abgeleitet. Der Kanal 70 ist zwischen der Peripherie der Platte 32und einem konisch zentralen Teil 72 im Boden 14 angebracht, welcher konische Teil Ableitung von überflüssigem Brennstoff auch dann erlaubt, wenn der Brenner stark geneigt ist, was der Fall sein kann, wenn sich der Brenner in einem Boot befindet. Der Brennstoff, der vom konischen Teil 72 aufgesammelt wird, wird durch eine Rückleitung 80 fortgeleitet, z. B. zu dem Tank, der den Brenner mit Brennstoff versorgt.
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Damit der Brenner schnell gestartet werden kann, ist ein Streifen 74 aus porösem, brennstoffabsorbierenden Material auf der Platte 32 angebracht. Der Streifen 74 hat im Vergleich zur Platte 32 ein kleines Volumen. Der Streifen 74 umgibt den Einlaß 34 und leitet zu einer Stelle 76, wo sich eine Vorrichtung zum Anzünden des Brennstoffs befindet. Zwischen dem Streifen 74 und der Platte 32 ist ein dünnes Blech 78 angebracht, welches verhindert, daß der Brennstoff vom Streifen 74 von der Platte 32 aufgesaugt wird.
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Beim Start des Brenners läßt man die Brennstoffpumpe mit maximaler Kapazität arbeiten. Wenn der Brennstoff den Einlaß 34 verläßt, wird er von dem Streifen 74 aufgesaugt und ein konzentrierter Brennstofffluß wird zur Zündanordnung 76 geleitet, welche den Brennstoff entzündet. Ohne den Streifen 74 würde die Zündung wesentlich mehr Zeit beanspruchen, da erst die ganze Platte 32 vom Brennstoff durchnäßt werden muß, bevor er die Zündvorrichtung 76 an der Peripherie der Platte 32 erreicht.
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Die Platte ist mittels dreier Stützen 79 vom Boden 14 wärmeisoliert. Der Boden 14 wird seinerseits mittels eines Schirmes 82 von der kalten Luft, die in die Kammer 58 strömt, wärmeisoliert. Der gesamte Einsatz im Verbrennungsraum, bestehend aus den Teilen 26, 52 und 40, den Körben 28, 42 und 48 sowie dem Ring 46, ruht auf dem Boden 14 und wird durch radiale Arme 84 auf diesem zentral gehalten.
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Mit Sekundärluft ist in diesem Zusammenhang solche Luft gemeint, die dem Verbrennungsraum zur endgültigen Verbrennung der Brennstoffmischung zugeführt wird, und mit Primärluft ist die Luft gemeint, die dem Verbrennungsraum zur teilweisen Verbrennung der Brennstoffmischung, bevor die endgültige Verbrennung mit Sekundärluft geschieht, zugeführt wird.
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Der Einsatz, bestehend aus den Teilen 26, 52, 40, 28, 42, 48 und 46 sowie der Ring 16 und der Boden 14 sind aus einem Material hergestellt, z. B. Stahlblech, welches bei Erwärmung Wärmestrahlung abgibt.