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Brennstoff-Zuführung für Schwingbrenner Die Erfindung bezieht sich
auf sogenannte Schwingbrenner, d. h. auf Verbrennungsgeräte, deren Brennkammer mit
einem ventillos angeschlossenen Schwingrohr einen Helmholtzschen Resonator bildet,
welcher im Betrieb durch periodisch in der Brennkammer erzeugte Verpuffungen eines
angesaugten Brenngemisches in akustische Schwingungen versetzt wird. Während man
solchen Schwingbrennern früher beide Komponenten des Brenngemisches über ein gemeinsames
Rücksch lagventil zuzuführen pflegte, ist es heute vielfach üblich geworden, nur
die Brennluft durch ein Rückschlagventil einzulassen und dies Rückschlagventil mit
der Brennkammer über ein Mischrohr zu verbinden, in das der Brennstoff getrennt
eingeführt wird.. Hierdurch werden die Ventile geschont und die Geräte völlig feuersicher.
Die Erfindung betrifft eine Verbesserung der Brennstoff-Zuführung für Schwingbrenner
der letztgenannten Art. Nach der Erfindung wird der Brennstoff über radiale Bohrungen
in die Einschnürungszone einer kantigen Blende in einen Kanal eingeführt, welcher
das erwähnte Mischrohr mit einem Kondensationsraum verbindet. Es wurde gefunden,
daß man durch diese Maßnahme zu einer überraschenden Steigerung der Schwingungsstabilität
des Brenners gelangt.
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Die Zeichnung stellt den Gegenstand der Erfindung dar. Es zeigt Fig.
r die schematische, teilweise angeschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäß
ausgestalteten Schwingbrenners, Fig. a einen vergrößerten Schnitt durch den mit
der kantigen Blende ausgerüsteten Verbindungskanal
zwischen Mischrohr
und Kondensationsraum und Fig. 3 das Diagramm der Durchflußziffern am Rückschlagventil
und an der erwähnten Blende in Abhängigkeit von den Reynoldschen Zahlen.
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Der in Fig. i dargestellte Schwingbrenner besteht aus der Kammer i,
die mit dem Abgasrohr 2 einen Helmholtzschen Resonator bildet und in die das Mischrohr
3 hineinragt. An das Mischrohr 3, in dessen erweitertem Endstück der glühende Zündkörper
q. steht, ist das Rückschlagventil 5 angeschlossen, das die Brennluft einläßt. Weiterhin
mündet in das Mischrohr 3 der Kanal 6, welcher die Verbindung zum Kondensationsraum
7 'herstellt und über radiale Bohrungen an die Brennstoffleitung 8 angeschlossen
ist. Diese führt zur Schwimmerkammer 9, welche zugleich über eine Leitung io mit
dem Kondem.sationsraunz 7 verbunden ist.
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Der Kanal' 6 ist in Fig. 2 vergrößert im Längss 'hnitt dargestellt.
Er enthält die kantige Blende i i, in deren Einscbnürungszöne die radialen Bohrungen
12 münden, welche den an die Brennstoffleitung 8 angeschlossenen Ringkanal 13 mit
dem Innern des Kanals 6 verbinden. Das sich von -der Blende ri zum Mischrohr 3 erstreckende
Stück des Kanals 6 ist weiter gehalten als das zwischen der Blende ii und dem Kondensationsraum
7 liegende Stück. Hierdurch wird der Druckabfall beim Einsprühen des Brennstoffes
in das Gemischrohr 3 klein gehalten und zugleich das Niederschlagen von Brennstofftröpfchen
an der Mündung des Kanals 6 weitgehend verhindert.
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Befindet sich der Schwingbrenner in Betrieb, so entsteht im Mischrohr-3-abwechselnd-ein
Überdruck (Verpuffungsphase) und ein Unterdruck (Ansaugphase) gegenüber dem Kondensationsraum
7. Dementsprechend verläuft die Strömung-- durch den Kanal 6 abwechselnd in Richtung
des Pfeiles Pi und des Pfeiles P2 (Fig. 2). In beiden Fällen wird durch die Umströmung
der Kanten der Blende i i ein Sog auf die radialen Bohrungen 12 ausgeübt, so daß
ununterbrochen Brennstoff gefördert und das Brennstoffniveau niemals in die Zuleitung
8 zurückgedrückt wird. Die Brennstofförderung folgt also den periodischen Druckschwankungen
nahezu trägheitslos. Der in der Verpuffungsphäse in den Kondensationsraum 7 abgeblasene-
Brennstoff schlägt sich dort nieder und läuft über die Leitung io in die Schwimmerkammer
9 zurück.
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Von entscheidender Bedeutung ist es, daß die kantige Blende i i nicht
wie das übliche Venturirohr eines Vergasers wirkt, sondern eine aerodynamisch völlig
andersartige, den Eigenschaften des Rückschlagventils 5 besser angepaßte Charakteristik
besitzt. Hierauf ist die erzielte Erhöhung der Schwingungsstabilität zurückzuführen.
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Die Gleichungen für das vom Rückschlagventil 5 gelieferte Luftgewicht
L und das über den Kanal 6 einströmende Brennstoffgewicht B lauten:
wobei f (d p) die Funktion des Druckverlaufes während der Unterdruckphase
ist, während k1 und k2 Konstanten sowie a1 und a2 die Durchflußziffer im Ventilspalt
(a1) und die Durchflußziffer in der Blende i i (a2) sind.
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Fig. 3 zeigt die Abhängigkeit dieser Durchflußziffern a von den Reynoldschen
Zahlen, welche innerhalb jeder Ansaugphase der Schwingung die Werte von Null (Druckumkehr)
bis zu etwa io5 (Unterdruckspitze) durchlaufen. Man erkennt, daß die beiden Kurven
für den Durchlaßspalt des Ventils 5 (Kurve I) und für die kantige Blende i i (Kurve
II) nahezu parallel zueinander verlaufen, so daß die Zulieferung von Brennluft G
und Bmennstoff B beim Durchlaufen dieser Kurven ein konstantes Gewichtsverhältnis
behält. Die Kurve III, welche bei Benutzung eines Venturis an Stelle der scharfkantigen
Düse i i entstehen würde, ist in Fig. 3 gestrichelt eingezeichnet. Man erkennt,
daß diese Kurve mit der Ventilkurve I scherenartig auseinanderläuft, so daß beim
Durchlaufen der Kurven I und III eine steigende Brennstoffanreicherung des gebildeten
Brenngemisches entstehen würde.
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Durch die Einführung des Brennstoffes über die radialen Bohrungen
der scharfkantigen Blende i i wird also bereits während jeder Ansaugphase eine Gemischbildung
mit konstantem Mischungsverhältnis erzielt. Die innerhalb des Mischrohres 3 entstehende,
schrittweise in die Brennkammer weitergeförderte Gemischsäule weist also keine Inhomogenitäten
mehr auf. Dies führt bereits zu einem merklich ruhigeren Lauf des Schwingbrenners,
dessen einzelne Ladungen stets verläßlich und gleichmäßig durchzünden. Darüber hinaus
beeinträchtigen auch allmähliche Änderungen der Schwingungsamplitude, wie sie z.
B. als Folge steigender Dämpfung - durch eine fortschreitende Korrosion der Wandungen
,des Schwingrohres 2 oder durch den Ansatz von Verbrennungsrückständen u.dgl. entstehen
können, die Stabilität der Schwingung in vermindertem Maße, denn sie beeinflussen
nicht mehr den Mittelwert des Mischungsverhältnisses von Luft und Brennstoff. Das
Band der Reynoldschen Zahlen, innerhalb dessen der Brenner stabil schwingt, wird
also durch die Maßnahme .gemäß der Erfindung wesentlich verbreitert.
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Die Blende ii 'braucht nicht in der Mitte des Kanals 6 zu liegen;
ihre theoretisch günstigste Lage wäre sogar an der Mündung des Kanals 6, bereits
im Mischrohr 3. Die in Fig. 2 dargestellte Gestalt ergibt jedoch einen konstruktiv
bequemeren Anschluß der Brennstoffkanäle.