DE2812960A1

DE2812960A1 - Brenner fuer fluessige brennstoffe

Info

Publication number: DE2812960A1
Application number: DE19782812960
Authority: DE
Inventors: Paul Flanagan
Original assignee: FLYNN BURNER CORP
Current assignee: FLYNN BURNER CORP
Priority date: 1977-03-24
Filing date: 1978-03-23
Publication date: 1978-10-05
Also published as: US4160526A; FR2385034A1; JPS53119431A

Description

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Patentanwälte Dipl. Ing. Hr.^T!s-J-"!i"^v»Ti Müller Dr. rer. Cc-Λ. Tho^s..: B-'srondt

Dr.-Ing. HdXio Li-jk lucile-Grahn-Straße 38 D 8 Mönchen

Flynn Burner Corporation

425 Fifth Avenue

New Rochelle, New York„ V₀St₀A.

-Case 125-

Breaaar für flüssig© Brennstoffe

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Brenner für flüssige Brennstoffe, z.B. einen Ölbrenner, und insbesondere einen Brenner, der eine stabile, nichtverschmutzende blaue Flamme über einen breiten Betriebsbereich, erzeugt, wobei das öl ein flüssiger Kohlenwasserstoff sein kann, dem ein gasförmiger Kohlenwasserstoff zugegeben wird .

Die üblichen Ölbrenner arbeiten auch wenn sie sorgfältig eingestellt sind, oft nicht effektiv und erzeugen eine gelbe oder orange Flamme, was ein Merkmal für eine unvollständige Verbrennung ist. Dies führt zu Rußablagerungen im Kamin bzw. in Abgasleitungen und zum Austrag von Partikeln in die Atmosphäre, Diese Brenner arbeiten daher nicht nur unwirtschaftlich,--sondern verschmutzen auch die Atmosphäre. Der Brenner nach der Erfindung soll dagegen eine volle Verbrennung des zugeführten Brennstoffes bewirken und eine stabile, nichtverschmutzende blaue Flamme erzeugen.

Es sind Brenner für Flüssigbrennstoffe bekannt, in welchen eine Vergasung des flüssigen Brennstoffes bewirkt wird durch Umwälzung eines Teils des heißen Verbrennungsgases und Zumischung zu dem Öl, um eine volle Verbrennung zu fördern. Typische handelsübliche Brenner für flüssige Brennstoffe mit blauer Flamme, die ein Vergasungssystem enthalten, sind die THERMiL HV - Brenner, die von der Thermal Research and Engineering Corp. of Conshohocken, Pa., a division of Trane Thermal Company, hergestellt

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werden (US-PS 2 839 128 und 3 042 105).

In einem THEHMAl HV~Brenner wird das flüssige Öl oder Brennstoff in den Einlaß eines Strömungskanales eingespritzt, der zu einer Verbrennungszone führt, und es wird Verbrennungsluft in denselben Kanal eingeführt. Die Mischung aus Öl und Luft wird gezündet in der Verbrennungszone und ein Teil der resultierenden heißen Verbrennungsprodukte werden zum Einlaß des Strömungskanales über eine Rückführleitung zurückgeführt. Dieses umgewälzte heiße Gas dient zur Förderung der Verdampfung der Brennstoff-luft-Mischung, ehe diese gezündet wird, um eine volle Verbrennung der Mischung zu erreichen.

In dem THERMAL HV-Brenner wird die Umwälzung des heißen Verbrennungsgases herbeigeführt, indem die gesamte relativ kühle Verbrennungsluft über einen Verengungsquerschnitt mit reduziertem Durchmesser in den Strömungskanal eingeführt wird bzw. eingepreßt wird, wodurch ein Niederdruck-Venturi-Effekt erreicht wird, der das heiße Gas aus der Rückkopplungsleitung in den Einlaß des Strömungskanales zu saugen sucht, um den flüssigen Brennstoff vorzuverdampfen. Die Druckdifferenz oder der Venturi-Effekt, der erforderlich ist, um das heiße Verbrennungsgas anzusaugen oder mitzuziehen, hängt hauptsächlich von der Massengeschwindigkeit oder dem Moment bzw» dem Schub der anströmenden Verbrennungsluft ab, die durch den Hals bzw. den verengten Querschnitt hindurchströmt. Je größer der Schub umso stärker ist die Saugkraft zum Ansaugen und Mitführen des heißen Gases.

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Es ist bekannt, daß zur Erreichung eines guten Umwandlungsv/irkungsgrades möglichst ein stöchiometrisches Brennstoff-Luft-Verhältnis in der Verbrennungszone über den vollen Arbeitsbereich von stark bis schwach aufrechterhalten werden soll. Jede chemische Reaktion hat ihre charakteristischen Eigenschaften. Beispielsweise wenn Methan sich mit Sauerstoff in einer vollständigen Verbrennung vereinigt, erfordern 16 g Methan 24 g Sauerstoff. Bei einer gegebenen Betriebseinstellung des Brenners, in der eine gegebene Menge des flüssigen Brennstoffs eingeführt wird, muß auch ein richtiger Anteil an Luft eingeführt werden, um ein stöchiometrisches Verhältnis zu erhalten, um eine volle Verbrennung und eine blaue Flamme zu erreichen.

Wenn danach der Brenner zurückgedreht wird, um die Menge des zugeführten flüssigen Brennstoffs zu reduzieren, so muß gleichzeitig die Menge der zugeführten Luft verringert werden, um das richtige Verhältnis zwischen beiden beizubehalten. Bei einem Brenner vom Typ THERMAL HV und bei anderen Brennern, die nach diesen Prinzipien arbeiten, wird daher der Differenzdruck, der zur Förderung der Umwälzung des Heißgases verfügbar ist, abfallen, wenn der Brenner zurückgedreht wird, und die Abfallkurve ist steil, wenn der Brenner einen breiten Betriebsbereich hat.

Diese bekannten Brenner bilden daher eine richtige Heißgasumwälzung und eine richtige Funktion mit optimaler Leistungsfähigkeit nur dann, wenn der Brenner praktisch oder nahezu voll aufgedreht ist, da, wenn der Brenner zurückgedreht wird, die Ansaugkraft für die Umwälzung der Heißgese reduziert wird, die notwendig sind, um den flüssigen Brennstoff vorzuverdampfen. Anstatt vor dem Eintritt in die Verbrennungs-

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kammer vorverdampft zu werden, tritb der flüssige Brennstoff in Form von zerstäubten Tröpfchen ein. Die Verbrennung ist daher unvollständig und es werden schädliche Verunreinigungen erzeugt.

Ein wichtiger Faktor bei der Bestimmung des Umwandlungswirkungsgrades eines Flüssigbrennstoff-Brenners ist die Zerstäubung des Brennstoffes, da je feiner die Zerstäubung ist, umso wirksamer ist der Umwandlungsprozeß. Im allgemeinen wird die Zerstäubung mit Hilfe von Dampf oder Druckluft ausgeführt. Wie in dem Combustion Handbook, veröffentlicht von der North American Manufacturing Co., Cleveland, Ohio, beschrieben, ist es üblich, die Zerstäubungsströmungen als Hochdruckströmungen (über 0,35 kp/cm ) und als Niederdruckströmungen (in der Größen-Ordnung von 0,14 kp/cm ) zu klassifizieren.

Eine weitere Klassifizierung erfolgt nach der Natur des Mischprozesses, d.h., ob der Brennstoff und die Zerstäubungsstrahlen intern oder extern gemischt werden. Eine interne Mischung bedingt gewöhnlich Hochdruckstrahlen, während eine externe Mischung mit Niederdruck arbeitet.

Bei einem Brennstoffzerstäuber mit interner Mischung werden der Zerstäubungsluftstrom und der flüssige Brennstoff in eine Mischkammer eingeführt, in der eine heftige Bewegung bei relativ hohen Geschwindigkeiten erfolgt, um eine feine Zerstäubung des Gemisches zu bewirken. In einem System mit externer Mischung wird der zu zerstäubende flüssige Brennstoff aus einer Düse ausgetragen und dann dem Zerstäubungsstrom ausgesetzt.

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Bei einem Zerstäuber ist es im allgemeinen erwünscht, daß das Massenverhältnis von Zerstäubungsluft zu flüssigem Brennstoff, d.h. das Verhältnis von Luft zu Brennstoff an der Düse, auf einem Minimum gehalten wird. Da ferner eine Quelle für Druckluft oder einem anderen Zerstäubungsmittel gewöhnlich in einem transportablen Zerstäubungssystein zur Verfügung steht, um große Zerstäubungsanlagen zu vermeiden, sollten die Druckanforderungen an den Zerstäubungsstrom auf einem möglichst niedrigen Niveau gehalten werden.

Beim Zerstäuben von Brennstoff besteht daher das Problem, daß man zwar das Verhältnis von luft zu Brennstoff an der Düse optimieren und die Energieanforderungen niedrig halten kann, und zwar unter festen Betriebsbedingungen, es eber schwierig ist, eine zufriedenstellende Zerstäubung über breite Einstellbereiche, d.h. über breite Bereiche der Zurückstellung oder Zurückdrehung des Brenners, zu erhalten, bei einem Minimum an aufgenommener Energie bei einer niedrigen Massenrate von Luft zu Flüssigkeit bei maximaler Kapazität.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Brenner der eingangs genannten Art zu schaffen, der eine stabile, nichtverschmutzende blaue Flamme über einen breiten Betriebsbereich erzeugt.

Der Brenner soll eine hohe Leistungsfähigkeit haben, wobei ein Teil der heißen Verbrennungsgase, die in der Verbrennungszone des Brenners erzeugt werden, umgewälzt werden sollen, um den zerstäubten flüssigen Brennstoff, der in die Verbrennungszone eingeführt wird, vorzuverdampfen, wobei ein geeignetes Maß an Heißgasumwälzung über den breiten Betriebsbereich des Brenners aufrechterhalten werden soll, auch wenn

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"bei schwacher Feuerung die eintretende Verbrennungsluft auf einen niederen Pegel liegt.

Der Brenner soll einfach aufgebaut sein und leistungsfähig und zuverlässig über seinen vollen Betriebsbereich arbeiten und er soll mit niedrigen Kosten in Massenproduktion hergestellt werden können.

Ein sich selbst versorgender verschmutzungsfreier Brenner nach der Erfindung kann in weitem Umfang gewerblich angewendet werden für alle Arten von Öfen und Heizungen oder Heizanlagen, ohne daß eine Verbrennungszone in der Anlage erforderlich ist, wodurch deren Größe beträchtlich reduziert werden kann. Da die Verbrennung praktisch vollständig innerhalb der Verbrennungszone des Brenners selbst erfolgt, gewährleistet die thermische Expansion der Verbrennungsgase eine hohe Austrittsgeschwindigkeit, Diese Austrittsgeschwindigkeit gekuppelt mit nahezu stöchiometrischen Flammentemperaturen sichert hohe Wärmeübertragungskoeffizienten.

Vorzugsweise ist ferner ein verbesserter Zerstäuber für flüssigen Brennstoff vorgesehen, in welchem der zu zerstäubende Brennstoff in einer inneren Mischkammer Luftstrahlen mit hoher Geschwindigkeit ausgesetzt wird, und zwar innerhalb des zentralen Kernes der Flüssigkeit und an deren Umfang, um eine gründliche und durchgehende Zerstäubung der Flüssigkeit auch bei niedrigen Etrömungsmengen und Drücken der Zerstäubungsluft zu erreichen.

Nach der Erfindung werden diese Ziele dadurch erreicht, daß der zerstäubte flüssige Brennstoff durch eine Zer-

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stäubungsdüse, in der er mit der Zerstäubungsluft gemischt wird, über eine Venburi-Düse in eine Verbrennungszone eingeführt wird. Die Verbrennungsluft wird direkt in die Verbrennungszone eingeführt, wobei ein Teil des heißen Verbrennungsgases über eine Rückführleitung in den Halsabschnitt der Venturi-Düse zurückgeführt und darin durch den Strahleffekt oder Saugeffekt der eingeleiteten zerstäubten Flüssigkeit mitgezogen wird, um die zerstäubte Flüssigkeit vorzuverdampfen und dadurch eine volle Verbrennung in der Verbrennungszone zu gewährleisten. Die Umwälzung des heißen Verbrennungsgases arbeitet oder wirkt effektiv über einen breiten Bereich der Zurückschaltung oder Zurückdrehung des Brenners auch bei schwacher Feuerung, bei der die eintretende Verbrennungsluft auf einem niedrigen Niveau liegt.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 schematisch im Längsschnitt eine grundlegende Ausführungsform eines Brenners zeigt;

Fig. 2 zeigt eine erste Modifikation des Brenners; Fig. 3 zeigt eine zweite Modifikation des Brenners; Fig. 4 zeigt eine dritte Modifikation des Brenners; Fig. 5 zeigt eine vierte Modifikation des Brenners; Fig. 6 zeigt eine fünfte Modifikation des Brenners; Fig. 7 zeigt eine sechste Modifikation des Brenners;

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Pig..8 zeigt eine siebente Modifikation des Brenners; Pig, 9 zeigt eine achte Modifikation des Brenners;

Pig.10 zeigt schematisch im Längsschnitt eine bevorzugte Ausführungsform eines Zerstäubers für flüssigen Brennstoff;

Pig.11 zeigt eine vereinfachte Porm des Brennstoffzerstäub ers.

Pig. 1 zeigt schematisch einen Brenner für flüssige Brennstoffe mit blauer Plamme, wobei eine Vergasung vorgenommen wird und ein Teil des heißen Verbrennungsgases umgewälzt wird, um eine vollständige Verbrennung über einen breiten Betriebsbereich zu erreichen.

Der Brenner hat ein zylindrisches äußeres Gehäuse TO, das durch eine Zwischenwand 11 in einen vorderen oder stromaufwärtigen Abschnitt und einen hinteren oder stromabwärtigen Abschnitt unterteilt ist. Konzentrisch in den vorderen Abschnitt des äußeren Gehäuses 10 ist ein inneres G-ehäuse 12 montiert, das darin eine zylindrische Verbrennungszone 13 bildet. Der ringförmige Raum zwischen dem inneren und dem äußeren G-ehäuse 10 und bildet eine Kammer 14 für die Zufuhr von Verbrennungsluft. Das innere G-ehäuse 12 ist zu diesem Zweck mit einer in Umfang verlaufenden Gruppe von Öffnungen 15 versehen, aus denen Verbrennungsluftstrahlen rechtwinklig zur Richtung des eintretenden vorverdampften flüssigen Brennstoffes austreten, wie durch die Pfeile angezeigt ist. In der Praxis können die Luftstrahlen etwas geneigt sein, um die Umwälzung zu fördern.

Das äußere Gehäuse 10 ist mit einer hintuen Wand 16 versehen, die den hinteren Abschnitt dso"Brenners um-

eoi.l-1.3t. Darin l^ !*

und der Zwischenwand 11 eine Yenturi-Düse angeordnet und gehalten, die von einem konvergierenden Einlaßabschnitt 17, einem verengtem Halsa"bschnitt 18 und einem divergierenden Diffusorabschnitt 19 gebildet wird, der sich in eine Verbrennungszone 13 öffnet. Ein Teil des in der Verbrennungszone 13 erzeugten heißen Verbrennungsgases wird in den Halsabschnitt 18 der Venburi-Düse über Rückführleitungen zurückgeführt.

Zentral an der rückwärtigen Wand 16 des äußeren Gehäuses 10 ist eine Zerstäubungsdüse 21 angeordnet und gehalten, der flüssiger Brennstoff über eine Einlaßweitung 22 zugeführt wird. Der nicht benutzte Teil des Brennstoffes wird über eine Überlaufleitung 23 an den Brennstoffvorrat zurückgeleitet. Der Düse 21 wird ferner über eine Einlaßöffnung 24 ein Zerstäubungsluftstrom zugeführt. Der konische Einlaßabschnitt 17 der Venturi-Düse kann mit Öffnungen 25 versehen sein, um eine kleine Menge der Verbrennungsluft in den Einlaßabschnitt einzuführen zur Vermischung mit der zerstäubten Flüssigkeit, die in die Venturi-Düse eingespritzt wird.

Vom hinteren Abschnitt des äußeren Gehäuses 10 steht quer ein Eingangsrohr 26 ab, durch das Verbrennungsluft in den Bereich, der die Venturi-Düse umgibt, eingeleitet wird, wobei die Verbrennungsluft in die Luftzufuhrkammer 14 über Öffnungen 27 in der Zwischenwand 11 eingedrückt wird. Der Strömungsweg der Verbrennungsluft vom Eingangsrohr 26 ist durch Pfeile angezeigt.

Im Betrieb wird luft-zerstäubter flüssiger Brennstoff

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über die Zerstäubungsdüse 21 in den konvergierenden Einlaßabschnitt der Venturi-Düse eingespritzt und mit hoher Geschwindigkeit durch den verengten Halsbereich geführt. Der zerstäubte Brennstoff wird dann durch den Diffusorabschnitt 19'geführt und breitet sich dort aus, ehe er in die Verbrennungszone 13 eintritt, in der er gezündet wird. Ein Teil des entstehenden Verbrennungsgases wird aus der Verbrennungszone zurück zum Halsabschnitt 21 der Venturi-Düse über Leitungen 20 zum Zwecke der Umwälzung zurückgeleitet.

Im Halsabschnitt 18 der Venturi-Düse erzeugt der zerstäubte flüssige Brennstoff, der aus der Düse 21 austritt, einen Strahleffekt oder einen Saugeffekt, der einen Druckabfall zur Folge hat und eine Mitführung oder Mitreißung oder Umwälzung der heißen Verbrennungsgase bewirkt, die vom Ausgang der Rückführleitungen 20 mitgenommen werden. Auf diese Weise wird eine Vorverdampfung des zerstäubten Brennstoffes erreicht, ehe die Mischung in die Verbrennungszone in der Austrittsebene 19A des Diffusorabschnitts 19 eintritt.

Der Halsabschnitt 18 der Venturi-Düse, in welchem die umgewälzten heißen Verbrennungsgase mitgerissen werden, bildet somit eine Mischzone zur Vorverdampfung des zerstäubten Brennstoffes, wobei die Rate oder Stärke der Mitführung in dieser Zone durch die Strömungsrate oder Strömungsmenge durch die Düse 24 gesteuert wird, ferner durch deren axiale Position, das Flächenverhältnis der Düse zum Halsabschnitt der Venturi-Düse sowie durch die verfügbare Druckdifferenz im Diffusor und durch die Abmessungen der Umwälzkanäle. Nach Beendigung des Verbrennungsprozesses wird das Verbrennungsgas aus dem

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Brenner an der Ausgengsebene 12A des inneren Gehäuses ausgetragen.

Der Brenner nach Pig. 1 gewährleistet eine hochwirksame Verbrennung über einen weiten Rückdrehbereich, wobei also der Brenner mehr oder weniger zurückgedreht ist, eine blaue Flamme, bietet einen ■verschmutzungsfreien Betrieb unter allen Betriebsbedingungen, wobei durch die Umwälzung des heißen Verbrennungsgases eine Vorverdampfung des zerstäubten Brennstoffes über den gesamten Betriebsbereich beibehalten wird.

Bei bekannten Brennern, in denen das Verbrennungsgas umgewälzt wird, wird der Verbrennungsluftstrom stromaufwärts in Richtung zur Verbrennungszone durch die Venturi-Büse gerichtet, während bei der vorliegenden Erfindung diese Luft direkt in die Verbrennungszone eingeführt wird, und die Strahlwirkung wird von dem luft-zerstäubten Brennstoff abgeleitet, der aus der Strahldüse in die Venturi-Düse strömt.

Obwohl der Verbrennungsgasdruck, der durch den gezündeten Brennstoff in der Verbrennungszone erzeugt wird, sowohl stromaufwärtige als auch stromabwärtige Komponenten hat, die Momente oder Schubkräfte erzeugen, ist bei den bisherigen Brennern die stromabwärtige Komponente mehr oder weniger ausgeglichen durch die Gegenkraft des stromaufwärts gerichteten Verbrennungsluftstromes. Bei der vorliegenden Anordnung ist eine solche Gegenkraft nicht vorgesehen und ein beträchtlicher Rückdruck wird erzeugt, der einen Teil des heißen Verbrennungsgases in die Rückführleitungen treibt. Dieser Rückdruck ist weniger wesentlich am

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unteren Ende des Betriebsbereiches, wenn die Rate oder Menge der Verbrennungsluft, die in die Verbrennungszone eingeführt wird, sich auf ihrem unteren Wert befindet, aber der Strahl- oder Saugeffekt der Düse am unteren Ende des Bereiches reicht aus, um eine gute Rückführung der heißen Verbrennungsgase zu gewährleisten.

Bei der vorliegenden Anordnung wird ferner bei schwacher Feuerung innerhalb des Betriebsbereiches das Massenverhältnis von Luft zu Brennstoff in der Düse hochgehalten, vorzugsweise über 10:1. Dies gewährleistet eine ausgezeichnete Zerstäubung und eine gute ' Versorgung mit mitgerissenem heißem Verbrennungsgas zur Förderung der Vorverdampfung des zerstäubten Brennstoffes.

Bei starker Feuerung ist das Verhältnis von Luft zu Brennstoff in der Düse niedrig, annähernd etwa 1,5 bis 1, abhängig von dem Speisedruck. Trotzdem ist aber unter diesen Bedingungen die Umwälzung des Verbrennungsgases völlig ausreichend, um eine Vorverdampfung des zerstäubten Öles zu bewirken, da die Zunahme der BrennstoffStrömungsrate oder Strömungsmenge die Saugwirkung der Zerstäubungsdüse erhöht.

Durch die vorliegende Anordnung wird auch ein besseres Diffusor-Verhalten erreicht, da die G-eschwindigkeiten in den Kanälen niedrig sind und da die Umwälzung an der Austrittsebene eingeleitet wird, ist die Strömungsstabilität höher.

Erste Modifikation des Brenners

In einigen Beispielen kann es erwünscht sein, sowohl einen gasförmigen als auch einen flüssigen Kohlenwasserst off «Brennst off zu verwenden. Der erfindungsgemäße

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Brenner kann auch für gasförmige Brennstoffe verwendet werden gemäß der Modifikation nach Mg. 2. In dieser Ausführungsform wird gasförmiger Brennstoff durch ein Einlaßrohr 28 zu einem Verfceilerring 29 geführt, der eine kreisförmige Gruppe von Strahlöffnungen 30 "besitzt, um den gasförmigen Brennstoff in den Halsabschnibt 18 der Venturi-Düse einzuführen, um eine Mischung mit dem zerstäubten flüssigen Brennstoff zu "bewirken, der durch eine Düse 31 austritt, die koaxial innerhalb des Ringes 29 angeordnet ist.

Die Mischung aus gasförmigem Brennstoff und zerstäubtem flüssigen Brennstoff strömt dann durch die Venturi-Düse in die Verbrennungszone, aus der ein Teil des heißen Gases in der oben beschriebenen Weise umgewälzt wird, um den luft-zerstäubten flüssigen Brennstoff vorzuverdampfen. Da eine Vorverdampfung des gasförmigen Brennstoffs bei der Ausführungsform nach Pig. 2 nicht erforderlich ist, kann die Stärke der Heißgasumwälzung und Mitführung reduziert werden entsprechend den Strahlwirkungen, die anhand von Pig. 1 beschrieben wurden, in der Praxis kann diese Ausführungsform auch nur mit Gas betrieben werden.

Zweite Brennermodifikation

Wie oben ausgeführt, hängt die Stärke oder Menge der Mitführung in der Mischzone innerhalb des Halsabschnittes 18 der Venturi-Düse von mehreren Paktoren ab einschließlich der axialen Position der Düse relativ zu dem Halaabschnitt. In der Anordnung nach Pig. 3 ist die Düse 32, die zentral an der hinteren

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Wand 16 des äußeren Gehäuses angeordnet ist, axial bezüglich des Haisahschnittes 18 verschiebbar oder verstellbar, so daß die Düse auf den Halsabschnitt zu oder von ihm wegbewegt und verstellt werden kann, wodurch eine Modulierung der Verbrennungsgas-Umwälzungs-Menge ermöglicht wird.

Bei der Ausführungsfarm nach Fig· 3 wird die Düse 32 mit flüssigem Brennstoff und Zerstäubungsluft über einen Verteiler 33 gespeist, innerhalb welchem sie verschiebbar montiert ist. Der flüssige Brennstoff wird dem Verteiler 33 über eine Brennstoffspeiseleitung 34 zugeführt, wobei überschüssiger Brennstoff über eine Überlaufleitung 35 zum Vorrat zurückgeleibet wird. Die Zerstäubungsluft wird dem Verteiler 33 über eine Luftspeiseleitung 36 zugeführt. Bei dieser modifizierten Ausführungsform kann man somit die Position der Düse 32 relativ zur Venturi-Düse axial einstellen, um die Strömungsmenge des umgewälzten heißen Verbrennungsgas es zu variieren.

Dritte Brennermodifikstion

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 wird der luft-zerstäubte flüssige Brennstoff in eine Verbrennungszone über eine Gruppe von mehreren Venturi-Modulen zugeführt, von denen nur zwei (die Module 38 und 39) innerhalb des hinteren Abschnittes des äußeren Gehäuses gezeigt sind. Jedes Venturi-Modul ist praktisch gleich der Venturi-Düse nach Fig» 1 und es umfaßt die erforderlichen Rückführleitungen, durch die das heiße Verbrennungsgas aus der Verbrennungszone in den verengten Halsabschnitt zurüekgeleitet wird, um den zerstäubten flüssigen Brennstoff in der oben beschriebenen Weise vorzuverdampfen.

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Diese Ausführungsform mit mehreren Venturi-Düsen und modularem Aufbau vergrößert die Kapazität des Brenners. In dieser Ausführungsform sind die Yenturi-Module um eine zentrale Wabe 40 angeordnet, die in die Verbrennungszone 57 vorsteht und mit Öffnungen am Umfang versehen ist, um Verbrennungsluft in diese Zone einzuführen. Die Verbrennungsluft tritt somit in die Verbrennungszone ein und zwar nicht nur durch die Luftzufuhrkammer 14 zwischen dem inneren und äußeren Gehäuse 10, 11, sondern auch über die zentrale Habe DerVorteil dieser Anordnung liegt darin, daß der vorverdampfte flüssige Brennstoff, der aus dem Diffusorabschnitt der verschiedenen Venturi-Module austritt, in der Verbrennungszone durch Verbrennungsluft abgefangen oder aufgefangen wird, die aus allen Eichtungen kommt, statt nur aus der Kammer 14.

Mit dieser Ausführungsform mit mehreren Venturi-Düsen und mehreren Injektionsstellen zum Einführen des zerstäubten Brennstoffes kann man bestimmte Brennstoffinjektoren intermittierend betreiben unter Verwendung einer gemeinsamen Quelle für Verbrennungsluft.

Vierte Brennermodifikation

In den Ausführungsformen nach den Pig. 1 bis 4 führen die Rückführleitungen 20 das heiße Verbrennungsgas zum Halsabschnitt 18 der Venturi-Düse direkt durch Öffnungen in diesen Abschnitt ein. Eine leistungsfähigere Rückführanordnung ist in Fig. 5 gezeigt, in welcher der Halsabschnitt 18 durch einen ringförmigen Mantel 41 umgeben ist, um eine gemeinsame Verteilungskammer zu bilden, mit der die Auslässe eller Rückführ-

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leitungen 20 verbunden sind. Der Halsabschnitb 18 hat in Umfangsrichtung ein Gruppe von Löchern 42 für die Zufuhr des heißen Verlorennungsgases auf den Verteiler, das von den Rückführleitungen kommt.

Fünfte Brennermodifikation

Bei der Anordnung nach den Fig. 1 bis 5 werden die gesamten umgewälzten heißen VerTorennungsgase in den Halsabschnitt 18 der Venturi-Düse eingeleitet. Zur Steigerung der Umwälzung und zur Verbesserung der Arbeit des Diffusorabschnittes 19 der Venturi-Düse zeigt Fig. 6 eine modifizierte Ausführungsform, in der eine axiale Abstufung der Rückführleitungen für die Umwälzung vorgenommen wurde.

Dies wird erreicht durch eine erste Rückführleitung 20, die das heiße Verbrennungsgas in den Halsabschnitt richtet zur Vorverdampfung der zerstäubten Flüssigkeit, die durch diesen strömt sowie eine zweite Rückführleitung 20% die das heiße Verbrennungsgas in den Diffusorabschnitt 19 der Venturi-Düse einleitet, um dadurch eine vollständige Vergasung des Brennstoffes zu bewirken, ehe dieser an der Diffusoraustrittsebene 19A in die Verbrennungszone eintritt.

Sechste Brennermodifikation

In der Ausführungsform nach Fig. 1 wird Sie relativ kalte Verbrennungsluft durch d©s Einlaßrohr 26 eing|L©itet, das an dem hinteren Abschnitt des'G-ehausss des Brenners sngnschlosson lot» In oinigon Fällen kann ©s erxtfünsGht sein, dieso kolto Verbrennungsluft mit warmem Gos zu mischon, dos von der Abgasleitung entnommen wird, öio außon mit dem Brennor gekoppalt ist.

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Hierzu wird, wie Fig- 7 zeigt, das Luftrohr 2C an seiner Verbindung mit dem äußeren Gehäuse 10 mit einem Venturi-Durchgang 43 ausgestattet und das Abgas wird in diesen Venturi-Kanal über ein Steuerventil 44 am Einlaßrohr 45 eingeführt. Der Venturi-Kanal im Luftrohr 26 dient somit dazu, das Abgas in dieses hereinzuholen.

Siebte Brennermodifikation

In der Grundausführung des Brenners nach Pig. 1 wird eine Venturi-Düse verwendet, die in dem hinteren Abschnitt des äußeren Gehäuses 10 angeordnet ist und eine Mehrzahl von Rückführleitungen führen heißes Verbrennungsgas in den Halsabschnitt der Venturi-Düse. Mit der Ausführiingsform nach der Pig. 8 ist anstelle von mehreren Rückführleitungen die Venturi-Düse, die aus Einlaß-, Hals- und Auslaßabschnitten 17,18 und 19 besteht, aus einem hitsefesten Material hergestellt. Diese Venturi-Düse ist von einer Rückführkammer 56 umgeben, die aus einem inneren Hilfsgehäuse 47 gebildet ist, das konzentrisch im hinteren Abschnitt des äußeren Gehäuses 10 angeordnet ist. Die Rückführkammer 46 steht in Verbindung mit der Verbrennungszone 13 über eine Öffnung in der Zwischenwand 11, die das äußere Gehäuse teilt.

In dieser modifizierten Ausführungsform bildet der Raum zwischen dem äußeren Gehäuse 10 und dem inneren Hilfsgehäuse 47 eine Hilfs-Luftzufuhrkammer 49, die eintretende Verbrennungsluft aus der Einlaßleitung 16 aufnimmt und diese Luft der Haupt-Luft^ufuhrkammer über Öffnungen 27 in der Zwischenwand 11 zuführt. Das innere Gehäuse 4-7, das durch das umgewälzte heiße Verbrennungsgas erwärmt wird, wird durch den Strom der Verbrennungsluft, Si® diese Wärm© abführt, gekühlt»

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Der Aufbau äes Brenners wird dadurch vereinfacht, in jeder anderen Hinsicht arbeitet er jedoch in derselben Weise wie der Brenner nach Pig. 1, bei der das heiße Verbrennungsgas zum Hals 18 der Venturi-Düse zurückgeführt und durch die Saugwirkung in diese hineingezogen und mitgerissen wird, die durch den Austritt des zerstäubten flüssigen Brennstoffes aus der Düse 24 hervorgerufen wird.

Achte Brennermodifikation

Die Brenner nach den Fig. 1 bis 8 arbeiten über einen breiten Betriebsbereich und eignen sich insbesondere als Brenner mit hoher Kapazität für industrielle Zwecke. In den meisten kommerziellen und häuslichen Anlagen besteht die Forderung nach einem Brenner mit niedriger Kapazität, der in Ein-Aus-Weise arbeitet, gesteuert beispielsweise durch einen Thermostaten im Haus, so daß der Brenner entweder mit seiner normalen Kapazität arbeitet oder vollständig abgeschaltet ist.

Bei solchen Anlagen mit niedriger Kapazität spielen die Probleme beim Zurückdrehen des Brennerbetriebes keine Rolle. Fig. 9 zeigt einen Brenner mit niedriger Kapazität, der einen niedrigen äußeren Systemrückdruck hat und die Strahlwirkung der Zerstäubungsdüse 24 in der in Fig. 1 beschriebenen Weise ausnutzt.

Der zerstäubte Brennstoff wird durch eine Venturi-Düse geführt, die im hinteren Abschnitt des äußeren Gehäuses 10 angeordnet ist. In. diesem Beispiel ist jedoch das innere Gehäuse 12 nicht mit Öffnungen versehen, um die Verbrennungsluft in die Verbrennungszone 13 zu führen., noch wird die erforderliche Verbrennungsluft von dem üblichen Sekundärgebläse od.dgl. erhalten.

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Statt, dessen wird verbrennungsluft aus der Umgebungsluft, die das äußere Gehäuse 10 umgibt, eingeführt und diese Luft strömt durch eine geeignete Regeleinrichtung 50, die außen an diesem Gehäuse angeordnet ist.

Die eingeleitete Luft strömt in die Luftzufuhrkammer und von dort tritt sie durch eine Öffnung 2⁷ in der Wan ei 11 in der durch Pfeile angezeigten Richtung in eine üückführkammer 51 ein, die die Venturi-Düse umgibt, die im hinteren Abschnitt des Brenners angeordnet ist. Ein Teil des heißen Verbrennungsgases aus der Verbrennungszone 13 wird der Rückführkammer 51 über Öffnungen 52 in der Wand 11 zugeleitet,

domit wird in die Rückführkammer' 51 sowohl heißes Verbrennungsgas aus der Verbrennungszone 13 und Verbrennungsluft aus der Luftzufuhrkammer 14 zugeführt, wobei diese Luft durch die Wärmeübertragungseigenschaften des äußeren Gehäuses 10 gekühlt wird. Dieses Gemisch aus heißem Verbrennungsgas und Verbrennungsluft wird in den Halsabschnitt 18 in der Venturi-Düse über Löcher in diesen eingesaugt infolge der Saug- oder Strahlwirkung der Düse 24, wobei der zerstäubte Brennstoff durch dieses umgewälzte heiße Gas vorverdampft wird.

Nachfolgend wird der Luft zerstäuber beschrieben.

Pig. 10 zeigt eine Zerstäuberdüse für einen flüssigen Brennstoff mit einem inneren Verteiler zur Erzeugung einer Luftschubwirkung auf den inneren Kern und auf den Außenumfang des flüssigen Brennstoffes, der zerstäubt werden soll, ehe er in die Venturi-Düse des Brenners eingespritzt wird. Dieser Zerstäuber ist,

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obwohl er eine bevorzugte Ausführungsform einer Zerstäuberdüse für Brenner nach der Erfindung darstellt, in seiner praktischen Anwendung nicht auf Brenner dieser Art "beschränkt, sondern kann mit anderen Brennern verwendet werden, "bei denen ein hoher Zerstäubungsgrad erwünscht ist.

Der Zerstäuber hat ein zylindrisches Gehäuse 53 mit einer mit Innengewinde versehenen Längsbohrung. Eine Kupplung 54 für die Zerstäubungsluft ist in das Gehäuse eingeschraubt und erstreckt sich axial von dessem hinteren Ende aus. In dem G-ehäuse 53 ist ferner ein zylindrischer Luftverteiler 56 eingeschraubt und durch eine Kontermutter 55 arretiert. Das vordere Ende 53A des Gehäuses 53 ist mit einem Außengewinde versehen, um die Montage der Düse und die Einstellung ihrer axialen Position zu erleichtern, beispielsweise an der hinteren Wand 16 des Brenners nach Fig. 1. Die eingestellte Position der Düse wird durch eine Mutter 57 fixiert und arretiert. Vom vorderen Ende des Gehäuses 53 erstreckt sich ein konischer Ansatz 58 nach vorn, der einen reduzierten Durchmesser hat und aus dem das Gemisch aus zerstäubtem Brennstoff und Luft austritt.

Innerhalb des Gehäuses 53 ist ein ringförmiger Kanal ausgebildet, der einen Verteiler für den zugeführten flüssigen Brennstoff bildet und den Luftverteiler 56 umgibt. Dieser Verteiler führt Brennstoff über radiale Kanäle 60 zu einem längsverlaufenden zentralen Luftkanal 56A, der in dem Luftverteiler ausgebildet ist. In diesem ist ferner eine kreisförmige Gruppe von sekundären Luftkanälen 56B ausgebildet, die den zentralen Luftkanal umgeben. Die längsverlaufenden Luftkanäle 56B dienen der Zuführung von Zerstäubungsluft

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in eine zweite iiU ft kammer 61, die durGh. den Raum innerhalb des G-ehiluses 53 zwischen dem vorderen Ende des Luf tvertellers 56 und dem vorderen iinde des Gehäuses gebildet ist.

Der flüssige Brennstoff wird dem Brennstoffverteiler 59 über eine Zuführeinrichtung 62 zugeführt, der einen seitlichen üjrilaS 63 "besitzt, der an eine Brennstoffspeisequelle angeschlossen ist, und die ferner einen axialen Auslaß CA aufweist, mit dem eine Überlaufleitung verbunden ist, um überschüssigen Brennstoff zum Vorrat zurückzuführen.

Im Betrieb wird flüssiger Brennstoff, der dem Verteiler zugeführt und durch die radialen Brennstoffkanäle 60 in den zentralen Luftkanal 5^A im Luftverteiler eingeleitet wird, an der Wand dieses Luftkanales zerstäubt infolge der turbulenten Wechselwirkung des eintretenden Brennstoffes und der vorwärtsströmenden Luft.

Die Mischung aus Brennstoff und Luft tritt am Ausgang des zentralen Luftkanals 56A aus und wird in eine zentrale Mischzone 65 geführt, die in dem konischen Raum zwischen dem Austritt aus diesem Kanal und der Klassieröffnung 66 in Flucht mit diesem gebildet ist. Durch die öffnung wird der zerstäubte Brennstoff in eine sich nach auswärts erweiternde zentrale Bohrung CT eingeleitet, die im Ansatz 58 des G-ehäuses ausgebildet ist. In der Mischzone 65 wird der Randbereich oder Umfängstereich des zerstäubten Brennstoffstromes, der aus dem zentralen Kanal 56A austritt, der turbulenten Kraft der Luft in der zweiten Luftkammer 61 ausgesetzt, die diesen zentralen Strom umgibt.

Die Außengrenze oder der Außenbereich des Brennstoff-Luftgemisches, das aus dem Austritt des zentralen Kanales

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5 SA austritt, wird somit der zweiten Zerstäubungsluft ausgesetzt und wird dadurch weiter zerstäubt, so daß eine interne und eine externe' Zerstäubung in dem Gehäuse 53 vorgenommen wird. Der zerstäubte flüssige Brennstoff, der durch die öffnung 66 und durch die sich erweiternde Bohrung 67 im Abschnitt 58 strömt, tritt aus diesem Abschnitt an der öffnung 68 aus, die eine scharfe Kante hat, wodurch eine Strömungsdiskontinuität erzeugt wird, die die Turbulenz und die weitere Zerstäubung erhöht.

Pig. 11 zeigt eine vereinfachte Ausführungsform der Düse, die im wesentlichen nach denselben Prinzipien wie die Düse nach Pig. 10 arbeitet. Anstatt jedoch ein 'Gehäuse zu verwenden, das bearbeitet oder anderweitig hergestellt werden muß, um einen Brennstoffverteiler und eine zweite Luftkammer zu schaffen, ist der Luftverteiler 56' bei dieser Ausführungsform so geformt, daß er einen ringförmigen Verteiler 59' bildet, dem Brennstoff über die Zufuhreinrichtung 62 zugeführt wird, wobei der Brennstoff dem zentralen Luftkanal 56A über radiale Kanäle 60 zugeleitet wird, wie in der Ausführungsform nach Fig. 10. Die sekundäre Luftkammer 61 zwischen dem Luftverteiler und dem vorderen Ende des Gehäuses wird durch eineAussparung und und einen Ansatz 69 gebildet.

Eine Arret jsmutter wird nicht verwendet, weil der Luftverteiler bei dieser Ausführungsform durch das Kupplungsstück 54 am Platz gehalten ist, dessen vorderes Ende zum Anschlag am hinteren Ende des Verteilers gebracht werden kann. Eine Abdichtung des Verteilers wird durch O-Ringe 70 erreicht, die den Verteiler an jeder Seite des Brennstoffverteilerkanales 59' umschließen.

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riodif ikationen der "beschriebenen Ausführungsformen sind möglich. Beispielsweise kann bei dem Zerstäuber nach Fig. 10 anstatt einen festen Zusammenhang zwischen dem Luftverteiler 60 und dem Abschnitt Z'Q zu verwenden,- der Abstand zwischen diesen verstellbar gehalten werden? um die durch die Düse strömende !"enge des Brennstoff-Luft-Gemisches zu verändern.

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L e e i s e i t e

Claims

Patentansprüche

Brenner für flüssige Brennstoffe, mit im wesentlichen vollständiger "Verbrennung zur Urzeugung einer nicht verschmutzenden blauen Flamme, gekennzeichnet durch ein äußeres Gehäuse mit einem hinteren Abschnitt und einem vorderen Abschnitt, wobei der vordere Abschnitt eine Verbrennungszone hat, in der ein heißes Verbrennungsgas erzeugt wird; eine Venturi-Düse, die im hinteren Abschnitt angeordnet ist und einen Einlaßabschnitt, einen verengten Halsabschnitt und einen l)iffusor-Auslaßabschnitt hat, der sich in die Verbrennungszone öffnet; eine Rückführleitung in dem hinteren Abschnitt, die die Verbrennungszone mit dem Halsabschnitt verbindet, um einen Teil des heißen Verbrennungsgases dem Halsabschnitt zuzuführen;

Einrichtungen zum Einspritzen eines luft-zerstäubten flüssigen Brennstoffs mit ausreichendem Schub in den Einlaßabschnitt der Venturi-Düse in deren axialer Richtung, um eine Strahl- oder Saugwirkung zu erzeugen, um diesen Teil des heißen Verbrennungsgases aus der Rückführleitung in den Halsabschnitt mitzureissen, um den zerstäubten Brennstoff vorzuverdampfen, um eine volle Verbrennung in der Verbrennungszone zu erreichen;

ferner durch eine Quelle für Verbrennungsluft und Einrichtungen, die mit dieser Quelle verbunden sind, um im wesentlichen die gesamte Verbrennungsluft direkt in die Verbrennungszona in eineRichtung einzuführen, die bezüglich der axialen Richtung geneigt ist, um mit dem zerstäubten Brennstoff zu reagieren, um das heiße Verbrennungsgas in der Verbrennungs~ zone zu erzeugen und um einen Rückdruck in der

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OHO»·* INSPECTED

Rückführleitung su erzeugen, um die Saugwirkung zu steigern.
2. Brenner nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein inneres G-ehäuse, das konzentrisch im. äußeren Gehäuse angeordnet ist, um in dem Raum zwischen ihnen eine Luftzufuhrkammer für Verbrennungsluft zu bilden, wobei das innere G-ehäuse mit öffnungen versehen ist, um die Verbrennungsluft der Yerbrennungszuzuführen.
J). Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der hintere und der vordere Abschnitt durch eine Zwischenwand im äußeren Gehäuse begrenzt sind und daß die Verbrennungsluft aus dem Vorrat in einen Bereich eingeführt wird, der die Venturi-Dü&e' im hinteren Abschnitt umgibt und von dort aus zur Luftzufuhrkammer durch Öffnungen in der Zwischenwand.
4. Brenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführleitung durch wenigstens eine Rohrleitung gebildet wird, die im hinteren Abschnitt angeordnet ist und sich zwischen der Verbrennungszone und einer öffnung im Halsabschnitt der Venturi-Düse erstreckt.
5« Brenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Einlaßabschnitt der Venturi-Düse eine Öffnung vorgesehen ist, um eine relativ kleine Menge an Verbrennungsluft aus diesem Bereich in die Venturi-Düse einzuführen.

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I/O ί.Μ:·: - - ■ -
6. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichneb, daß der Zerstäuber aus einer Düse besteht, die einen Eingang für flüssigen Brennstoff und einen Eingang für Zerstäubungsluft aufweist, wobei die einbretende flüssigkeit und die Luft im Innern der Düse gemischt werden, um den luft-zerstäubten flüssigen Brennstoff zu bilden.
7. Brenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse von einem. Ring umgeben ist, der Straulöffnungen besitzt, aus denen ein gasförmiger Brennstoff ausgetrieben wird zur Mischung mit dem zerstäubten flüssigen Brennstoff,
8. Brenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse axial relativ zum Einlaßabschnitt der Venturi-Düse verschiebbar ist, um die Saugwirkung einzustellen.
9. Brenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse innerhalb eines Verteilers angeordnet ist, dem der flüssige Brennsboff und die Zerstäubungsluft zugeführt werden.
10. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführleitung durch eine Vielzahl von Rohrleitungen gebildet ist, von denen jede in einem Verteiler endigt, der Öffnungen in dem Halsabschnitt umgibt.
11. Brenner nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Einrichtungen, um der Verbrennungsluft, die in die Verbrennungszone eingeführt wird, Abgas zuzugeben, das von einer Abgasleitung außerhalb des Brenners abgenommen wird.

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BAD ORIGINAL

•I..
12. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführleitung Einrichtungen aufweist, um einen Teil des heißen Verbrennungsgases, das aus der Verbrennungszone abgezogen wird, in den Diffusorabschnitt der Venturi-Düse einzuführen.

13- Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von gleichen Venturi-Düsen im hinteren Abschnitt angeordnet sind, von denen jede mit Brennstoffeinspritzeinrichtungen zusammenwirkt, um eine Mehrzahlvon Strömen von vorverdampftem Brennstoff in die Verbrennungszone zu richten.

14· Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Venturi-Düse im hinteren Abschnitt des äußeren Gehäuses von einem inneren Hilfsgehäuse umgeben ist, um eine Rückführkammer zu bilden, die in Verbindung mit der Verbrennungszone steht und an Öffnungen im Halsabschnitt der Venturi-Düse angeschlossen ist.

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