196851. lajstromszámú szabadalom • Előkeveréses gázégő
1 2 A találmány tárgya olyan gázégő, amelyből a gáznemű tüzelőanyag kiömlőnyílásokon keresztül már levegővel előkeverve érkezik az égéstérbe és amelynél a kiömlőnyílások egy belső keverőtérrel rendelkező égőtest vagy egy égőtestre szerelt kiömlőelem falában vannak kialakítva. Azoknak a gázégőknek, amelyeknél a gáznemű tüzelőanyag már az égéstérbe való továbbítás előtt keveredik a levegővel, számos különféle kialakítása ismeretes. Ezeknél az égőknél állandó problémát jelent az, bogy a gáz-levegő elegy kiáramlásánál egy bizonyos, a gáz égési sebességével összhangban álló kiömlési sebességet minden esetben biztosítani kell, különben a gáz-levegő elegy nem az égéstérben fog elégni, hanem a láng az egesteret megelőző keverőtérbe, vagyis az égő belsejében is átterjed, azaz az égő visszagyullad. Emiatt ezek az előkeveréscs égők, különösen a nagy prímerlevegő-hányaddal működő égők, csak viszonylag szűk tartományban szabályozhatók és üzembiztosán elérhető legkisebb teljesítményük nem igen csökkenthető a teljes (névleges) terhelés 45- 50%-a alá. Ez különösen háztartási készülékeknél, de egyéb kis fogyasztóbercndezéseknél is igen hátrányos. Háztartási főzőberendezéseknél régebben alkalmaztak egymásba épített szerkezeti elemekből álló olyan kettős égőket, amelyeket kettős, legtöbbször kúpos csapokról vezéreltek és ahol egy nagyobb fúvókán át táplált nagyobb égő és egy kisebb fúvókán át táplált kisebb, úgynevezett takarékégő volt egymásba építve. A takarckégő kis fúvókája csak a legkisebb fűtőértékű gázok alkalmazásánál adódott ésszerű méretűnek (pl. a 3600 kcal/Nm3 fűtőértékű városi gáznál), más gázoknál viszont igen kicsi mérete miatt gyakran eldugult, maga az égő pedig bonyolult szerkezete miatt nehézkesen volt alkalmazható. Az ilyen égők mára már eltűntek a gyakorlatból. Ezt követően a szabályozási tartomány kiszélesítése érdekében több műszaki megoldás látott napvilágot. A 156 316 Isz. magyar szabadalom szerinti égő kettős injektorával, valamint jellegzetes stabilizátorával széles szabályozási tartományt biztosít, azonban ez az égő csak a szokványos szolgáltatási nyomásnál magasabb gáznyomás mellett alkalmazható, így csak ipari célra használható fel. A 156 809 Isz. magyar szabadalom szerinti égő hármas injektorával, a DE 26 02 401 sz. szabadalmi leírás szerinti égő pedig négyes injektorával ugyancsak jól szabályozható, de ezek is csak a szolgálati nyomást meghaladó tápnyomás esetén alkalmazhatók. Segédlánggal működő, széles tartományban szabályozható égőt ismertet a 170 755 Isz. magyar szabadalom, míg ugyanezen célból a kiáramló gáz-levegő elegy sebességének állandósítására szogáló bonyolult szeíkezeti elemeket tartalmaz a 174 862 Isz. magyar szabadalom szerinti gázégő. A fentiekben ismertetett égők azonban bonyolultságuk és magas előállítási költségeik miatt csak ipari égőként jöhetnek számításba. Háztartási célokra is jól alkalmazható a 180 032 Isz. magyar szabadalom szerinti megoldás, ennek hátránya azonban az, hogy kialakítása a jelenleg ismert és meghonosodott égőkétől annyira eltér, hogy a tüzelőberendezés teljes átalakítását igényli. A találmány által megoldandó feladat az ismert megoldások hátrányainak és hiányosságainak a kiküszöbölése és olyan előkeveréscs gázégő kifejlesztése, amely külső kialakításában nem tér el jelentősen az elterjedt égőtípusoktól, ennek következtében a hagyományos kialakítású tüzelőberendezésekben minden további nélkül alkalmazható, olcsón gyártható, nem tartalmaz kompolikált, mozgó szerkezeti elemeket, sem kettős égőkialakítást, és amely gázégő a széles tartományban való szabályozhatóságot, ugyanakkor a stabil, visszagyulladásmentes égést biztosító kiömlési sebességet alapvető fizikai törvények alkalmazásával úgy szabályozza, hogy a megfelelő hatást a gáz-levegő elegy áramlása maga idézze elő. A találmány abból a felismerésből indul ki, hogy a gázlevegő elegy kiáramlási sebessége vektormennyiség, amelyet nemcsak nagysága, de iránya is meghatároz, és amely a kiáramlást megelőző áramlási irányból adódó tehetetlenség, valamint a gáz-levegő elegy fajsúlyából adódó felhajtóerő vektorális összegzésével határozható meg. Ez a tény lehetőséget nyújt arra, hogy a gázt a kiömlőnyílás előtt úgy vezessük, hogy a változó kiömlési sebesség miatt változó kiömlési irány jöjjön létre, és ez — a fajsúlyból adódó felhajtóerővel összeadódva olyan kiömlést eredményezzen, amelynél a kiömlőnyílás keresztmetszetének mindenkor csak akkora hányadán keresztül történik az áramlás, an it az átáramló mennyiség nagysága indokol. így — minden mozgó alkatrész alkalmazása nélkül — változóvá tehető a kiömlőnyflds hatékony keresztmetszete, mivel a keresztmetszet egy része improduktívvá válik. Ahhoz, hogy ez a hatás létrejöjjön - amint azt kíséreteink során felismertük - az is szükséges, hogy a kiömlés előtt a gázt olyan méretű csatornán (résen) át vezessük, ahol az áramlási kép kialakulásában a fal mentén létrejövő súrlódás jelentős szerepet játszik. A találmány szerinti gázégő legáltalánosabb kiviteli alakja tehát egy olyan megoldású előkeveréses gázégő, amelyben a gáz-levegő-elegyet úgy vezetjük meg egy, méretében keskeny-csatornában, hogy a gáz-levegő elegy fajsúlyából eredő ( és a gáz egységnyi térfogatára vonatkozólag konstans) felhajtóerő iránya, az áramlás sebességéből eredő, (és a sebesség négyzetével arányos) mozgási energia iránya, továbbá egy esetleges torlóhatásból eredő eltérítő erő iránya egymástól különböző legyen, mégpedig oly módon, hogy a sebesség változás esetén ezek vektorális összege változó, de mindig a sebességnek megfelelő irányt adjon, ezáltal a kiömlőnyílás keresztmetszetének egy része csökkenő teljesítménynél kikapcsolódik az áramlásból, és a megmaradó (hatékony) keresztmetszeten keresztül megfelelő lángképet eredményező sebességgel hagyja el a tüzelőanyag az égőt. A kitűzött feladatot gyakorlatilag egy olyan, belül keverőtérrel rendelkező égőtesttel, és ezen égőtest vagy az égőtestre szerelt kiömlőelem falában kialakított kíömlőnyílásokkal rendelkező előkeveréses gázégő révén oldjuk meg, amelynél a találmány értelmében a kiömlőnyílások mögött legalább egy, az égőtest vagy a kiömlőclem kiömlőnyílásokat tartalmazó falszakaszával párhuzamosan húzódó, és a kiömlőnyílások összfelületét részben, mintegy 40-80%-ban lefedő terelő-idom van elrendezve, ahol a kiömlőnyílások és a terelőidom között kialakított, és a gáz-ievegő-elegy áramlási irányával szemközti oldalon lezárt rés úgy van méretezve, hogy a falsúrlódás okozta áramlási ellenállás a gáz-levegő-elegy nyomásával azonos nagyságrendű legyen. A találmány további részleteit és lehetséges változatait kiviteli példák kapcsán, a csatolt rajz alapján fs-196.851 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
