Die Erfindung betrifft einen Brenner für flüssigen Brennstoff von der Art, wie in der Einleitung des Anspruchs 1 angegeben.
Ein solcher Brenner ist z. B. durch die europäische Patentschrift EP-A-0 027 298 bekannt.
Bei dem bekannten Brenner ist am Austritt für die Verbrennungsgase eine Reihe Löcher angeordnet, die bewirken, dass Sekundärluft radial zur Zentrumachse des Verbrennungsraumes strömt zur endgültigen Verbrennung des Brennstoffs, der im Verbrennungsraum verdampft wurde und auf dem Weg zum Austritt ist.
Die Deckenwand im Einsatz befindet sich bei dem bekannten Brenner im erheblichen Abstand zum Austritt, und es kann nicht verhindert werden, dass verdampfter Brennstoff durch den Austritt in dessen Zentrum strömt. Die Sekundärluft hat es schwer, diesen Brennstoff zu erreichen, was zur Folge hat, dass unverbrannter oder unvollständig verbrannter Brennstoff (CO = Kohlenoxyd) den Brenner verlässt, was natürlich nicht wünschenswert ist.
Das Ziel der Erfindung ist, einen Brenner hervorzubringen, in dem Brennstoff so vollständig wie möglich verbrannt wird.
Dieses Ziel wird mit dem Brenner der Erfindung dadurch erreicht, dass er die in den Patentansprüchen angegebenen Kennzeichen erhalten hat.
Durch den in dem Patentanspruch 1 angegebenen, kennzeichnenden Teil wird die Passage, in welcher der Brennstoff von der Sekundärluft getroffen wird, enger, was in sich die Mischung von Brennstoff und Luft und damit eine vollständigere Verbrennung, fördert. Dadurch, dass die Sekundärluft die Fläche trifft, die den Übergang zwischen dem ersten und dem zweiten Teil der Deckenwand bildet, entsteht ausserdem Turbulenz in dem ganzen ringförmigen Austritt für Brennstoff, welcher ringförmige Austritt sich zwischen genanntem Übergang und der Kante des zirkularen Austritts vom Verbrennungsraum bildet. Der Brennstoff muss diese Turbulenz passieren und wird dort sehr effektiv mit der Sekundärluft vermischt, was eine vollständige Verbrennung fördert.
Gemäss dem, was in Patentanspruch 2 angegeben wird, erhält die Turbulenz die Form eines Ringes, der um seine zirkulare Achse rotiert. Der Brennstoff, der durch diesen rotierenden Ring passieren muss, wird sehr effektiv gemischt und verbrannt mit der im Ring befindlichen Sekundärluft.
Der im Einsatz verdampfte Brennstoff strebt danach, gerade rauf unter die Deckenwand zu steigen, wo er in Richtung radial nach aussen abgelenkt wird. Dies erschwert die Mischung des Brennstoffs mit Primärluft, die durch Öffnungen, verteilt entlang der Wandhöhe im Verbrennungsraum, zugeführt wird. Wie im Patentanspruch 3 genannt, wird die Ausströmung von Brennstoff vom Einsatz über die Höhe des Einsatzes verteilt. Dies kommt durch den Kragen am Ring zustande. Die Primärluft, die gegen diesen Kragen strömt, bildet zwischen dem Ring und dem zweiten Teil der Deckenwand eine Turbulenz. Diese Turbulenz, die die Mischung von Brennstoff und Luft fördert, bildet einen Widerstand für den Brennstoff, der zwischen dem Ring und dem zweiten Teil passieren will, wodurch mehr Brennstoff sich seinen Weg aus dem Einsatz unter dem Ring suchen will. Durch die Körbe, die in den Ansprüchen 4 und 5 angegeben sind und die Strahlungswärme zum Brennstoff abgeben, der durch den Einsatz strömt, kann die Verbrennung noch weiter gefördert werden.
Der Boden des Verbrennungsraumes muss eine bestimmte Temperatur halten, damit die Verdampfung und Verbrennung des Brennstoffs im Verbrennungsraum nicht negativ beeinflusst wird. Gemäss dem, was im Anspruch 6 angegeben wird, wird deshalb die Aussenseite des Bodens durch einen Schirm geschützt, die relativ kalte Verbrennungsluft daran hindert, den Boden direkt zu treffen und abzukühlen.
Ein Ausführungsbeispiel eines Brenners gemäss der Erfindung wird nachstehend im Anschluss an die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der Figur 1 einen Längsschnitt durch einen Brenner mit korbförmigem Einsatz im Verbrennungsraum zeigt, welcher Einsatz teilweise im Schnitt und teilweise als Ansicht gezeigt wird, Figur 2 zeigt einen Schnitt gem. der Markierung 11-11 in Figur 1 und Figur 3 zeigt einen Einsatz in alternativer Ausführung.
Unter Hinweis auf Figur 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 eine zirkularzylindrische Öffnung 18 aufweist, die konzentrisch mit der Zentrumachse 20 der Wand 12 angeordnet ist.
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 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 der Mündung 34 des Rohres 22 schwemmt.
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, an den Seiten vom Korb 28 und einem Korb 42 mit Öffnungen 44 und unten von einem nicht perforierten 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 Teil 52 an, welches Teil im Längsschnitt im wesentlichen die Form eines Viertels von einem Zirkel aufweist und sich im wesentlichen im rechten Winkel an das Teil 26 anschliesst. Der Ring 46 schliesst an den Korb 25 mit einem gerundeten nicht perforierten Teil 54 an, welches Teil im Längsschnitt die Form eines Viertel von einem Zirkel aufweist.
Ein Ventilator 56 führt die Verbrennungsiuft 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 und 64 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.
Die Öffnungen 44 im Korb 42 sind mitten vor den Öffnungen 62 angeordnet, so dass die Lufststrahlen von den Öffnungen 62 unbehindert in die Kammer 36 eindringen können. Der Ring 46 ist auf solchem Niveau angeordnet, dass die Luftstrahlen von der Öffnungen 62 gegen den gerundeten Teil 54 gerichtet werden, der die Luftstrahlen in Richtung nach oben ablenkt gegen das Teil 40 und danach nach aussen gem. dem Pfeil 66, wobei ein turbulenter Gasvorhang zwischen dem Teil 40 und dem Ring 46 gebildet wird. Dieser Gasvorhang 66 streckt sich ringförmig um den Korb 28 herum. Im Gasvorhang 66 bewegt sich das Gas wie ein Ring, der um seine eigene zirkulare Achse rotiert.
Die Luftöffnungen 64 sind mitten vor dem gerundeten Teil 52 angebracht. Das Teil 26 ist im wesentlichen im Niveau mit der Öffnung 18 angebracht. Das gerundete Teil 52 lenkt die Luftstrahlen von den Öffnungen 64 in Richtung nach oben und danach nach aussen gem. dem Pfeil 68 ab, wobei sich zwischen dem Teil 52 und dem Ring 16 ein turbulenter Gasvorhang bildet. Dieser Gasvorhang streckt sich ringförmig um das Teil 52 herum. Im Gasvorhang 68 bewegt sich das Gas wie ein Ring, der um seine zirkulare Achse rotiert.
Wenn der Brenner mit maximalem Effekt 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 die Mündung 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 (C02), 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 durch die 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.
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.
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 62 in der Kammer zwischen der Wand 12 und dem Korb 42 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 restierendem, brennbaren Gas geschieht, gleichzeitig, wenn die Mischung Wärmestrahlung von den Teilen 40 und 52 und vom Ring 16 ausgesetzt wird, wird die Mischung praktisch vollständig verbrannt, so dass das Gas, welches die Öffnung 18 verlässt, praktisch vollständig verbrannt ist.
Der in Figur 3 teilweise gezeigte Brenner unterscheidet sich von dem In Figur 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 Figur 3 zeigt einen solchen Fall.
Brennstoff wird durch die Leitung 22 von einer nicht gezeigten Pumpe mit reglierbarer 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 die Mündung 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.
Um zu verhindern, dass Brennstoff aus irgendeinem Grunde ausserhalb der Platte 32 und damit ausserhalb der Kammer 24 gelangt, was verursachen könnte, dass eine vollständige Verbrennung aus dem Spiel gesetzt wird, wird solch überflüssiger Brennstoff durch einen ringförmigen Kanal 70 abgeleitet. Der Kanal 70 ist zwischen der Peripherie der Platte 32 und 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.
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 einen kleinen Volumen. Der Streifen 74 umgibt die Mündung 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.
Beim Start des Brenners lässt man die Brennstoffpumpe mit maximaler Kapazität arbeiten. Wenn der Brennstoff die Mündung 34 verlässt, wird er von dem Streifen 74 aufgesaugt und ein konzentrierter Brennstoffluss wird zur Zündanordnung 76 geleitet, welche den Brennstoff entzündet. Ohne den Streifen 74 wurde 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.
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.
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 Verbrennungder Brennstoffmischung, bevor die endgültige Verbrennung mit Sekundärluft geschieht, zugeführt wird.
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.