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Zerstäubungsbrenner, Die Erfindung betrifft einen Zerstäubungsbrenner
sowie dessen Einbau in eine Brenneranordnung.
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Es istg z.B. aus dem US-Patent Nr. 2 519 619 (Yellot u.a.).,
bekannt, daß ein Schallschwingungsfeld. höher Energie dadurch erhalten werden känn.,
daß ein Gasstrahl hoher Geschwindigkeit In einen entsprechend abgestimmten Hohlraum
geleitet und so in Resonanzschwingung gebracht wird. Ein solcher Resonator wird
periodisch in starke Druckschwankungen von Resonanzfrequenz versetzt. Der Gasstrahl
hoher Geschwindigkeit wandelt sich dabei In einen Schallstrahl hoher Intensität
um.
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Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe, einen Brenner mit besonders.widerstandsfähigem
Resonator zu schaffen, der auch für die Versprühung von wegen ihrer Viskositnt und,korrodierenden
Eigenschaften ungünstigen flüssigen Brennstoffen geeignet ist und wirksam arbeltet.und
de nnocho insbesondere der
Resonator, einfach herstellbar ist und
nur eine geringe Tendenz zur Verstopfung aufweist.
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Der erfindungsgemäße Brenner ist gekennzeichnet durch a) ein Gehäuse
mit Gas- und Flüssigkeitszufuhrkanälen in konzentrischer Anordnung-* b) eine
Gasausströmöffnung am Ende des Gaskanals bzw. des Gehäusesi c) ein Umlenkstück mit
gegen die Gaaausströmöffnung gerichteter Hohlkehle, welches Umlenkstück mit dem
Gehäuse in steifer Verbindung stehtd) eine aus dem Gehäuse herausgearbeitete, als
Resonator wirkende Ringnut in konzentrischer Anordnung zur Gasausströmöffnung und
d) eine Flüssigkeit sausströmöffnung am Ende des Flüssigkeitszufuhrkanals
In konzentrischer Anordnung zum Resonator. Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung
ergibt sich ein widerstandsfähiger und dauerhaft funktionierender Brenner. Ferner
ist die Herstellung dieses Brenners dadurch vereinfacht, daß der Gaseinlaßkanal
einfach gebohrt werden kann.
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Es hat sich allerdings ergeben, daß es nicht möglich Ist, einen solchen
Zerstäubungsbrenner wahlweise auch mit gasförmigen Brennstoff anstatt mit flüssigem
B:#ennstoff zu betre-,IIt)(--;n, was offenbar auf die Komprossionsfähigkeit des
gas-förmlp.(#n
| Brennstoffes zurückzuführen ist-, welche ein geregeltes |
| ten des Gases aus der engen Mündung des für den f#«l#tssig-..-# |
Brennstoff dienenden Kanals*im Bereiche des Schwingungsfeldes verhindert.
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Dagegen wurde gefunden, daß durch die Anordnung eines weiteren konzentrischen
Zufuhrkanals für einen gasförmigen BrennAtoff ein wahlweiser Betrieb der ZerstRuberdüse
mit flüssigem oder. gasförmigem Brennstoff und sogar ein gleichzeitiger Betrieb
mit beiden Brennstoffarten möglich ist. Einen weiteren Erfindungsgegenstand bildet
daher ein Zerstäubungsbrenner, der drei voneinander gesonderte Ausströmkanäle in
konzentrischer Anordnung aufweist, wovon der äußerste Kanal zur Zufuhr eines brennbaren
Gases dient und von den beiden inneren Ausströmkanälen einer für die Zufuhr eines
flüssigen Brennstoffes und der andere für die Zufuhr eines Druckgases dient, wobei
das Umlenkstück, den inneren Druckgasstrom der als Resonator dienenden Ringnut zuleitet,
durch welche das Druckgas in einen im wesentlichen im Ultraschallbereich liegenden
Schwingungszuttand versetzbar ist.
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Im Falle-des Betriebes mit flüssigem Barennstoff allein dient das
Schwingungsfeld zur Zerstäubung desselben und zur Mischung des Brennstoffhebels
mit der Verbrennungsluft. Im Falle des Betriebes mit gasförmigem Brennstoff allein
bewirkt das Schallfeld die Innige Durchmischung des brennbaren Gases mlt-der Verbrehnungsluft.
Im Falle eines gemischten Betriebes treten beide Wirkungen nebeneinander ein.
Bei
bekannten Zerstäubungsbrennern besteht weiters der Nachteil.. daß sich der aus der
Zerstäuberdüse austretende Brennstoff, z.B. ein Ölnebel, mit der zugeffthrten Verbrennungsluft
nicht an der Düse selbstl sondern erst im Abstand von dieser entzündet. Dies kann
zur Folge haben, daß die Flamme Immer weiter von der Zerstäuberdüse abwandert und
schließlich durch zu wäte Entfernung von dieser erlischt.
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Um dies zu vermeiden, ist es bekannt geworden, im Bereich der Zerstduberdüse
Stauscheiben vorzusehen, durch welche die achsparallel zugeleitete Verbrennungsluft
gegen die Mitte abgelenkt wird. Infolge der dadurch bedingten Wirbelbildung wird
der Brennstoff mit der Luft rascher und intensiver vermischt, wodurch die Flamme
an der Düse stabilisiert werden kann.
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Diese bekannten Stauscheiben weisen jedoch, abgesehen davon, daß sie
einen weiteren Bauteil darstellen, der im Brennraum montiert werden muß, den Nachteil
auf, daß sie infolge des Rückstaues stark zur Verkokung neigen und infolge der aggresiven
Bestandteile der Brennstoffe einer baldigen Korrosion unterworfen und daher sehr
störanfällig sind bzw. oftmals durch neue ersetzt werden müssen.
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Einen weiteren Erfindungsgegenstand bildet eine Brenneranordnung,
mit welcher erreicht wird, auch unter Verzicht auf Stauscheiben, die Lage der Flamme
nahe der Düse zu stabilisieren. Zur Erreichung dieses Zieles sind erfindungsgemäß
für die Luftzufuhr zwei zum Brenne'rrohr konzentrische Kanäle vorgesehen,
wobei
die StrMmungsgeschwindigkeit der Luft im äußeren Kanal größer ist als jene im inneren
Luftzuführungskanal.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist der Innere Luftkanal
einen annähernd konstanten Querschnitt auf und ist nahe der Mündung in den Brennraum
mit, vorzugsweise zur Längsachse um 30 0 bis 600 geneigten Drallblechen
versehen. Demgegenüber verengt sich zweckmäßig der Querschnitt des äußeren Luftkanals
vor der Mündung in den Brennraum, um so die Strömungsgeschwindigkeit der Luft zu
erhöhen, wobei in der Verengung zur Längsachse um 40 0 bis 700 ebenfalls
geneigte Drallbleche vorgesehen sein können.
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Nachstehend sind anhand der Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung
näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Zerstäubungsbrenner
In axialem Längsschnitt, Fig.2 diesen Brenner mit einem ihn umgebenden weiteren
Kanal, Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt durch ein Brennerrohr mit
einem -'Zerstäubungsbrenner nach Fig. 2 und Fig. 4 einen Zerstäubungsbrenner nach
den Rig. 1 oder 2 in einer Brenneranordnung, ebenfalls in axialem Längsschnitt.
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Aus der die Brennerdüse allein wiedergebenden Fig. 1 sieht
man ein zentrales Rohr 11 mit einem Kanal 2 für ein unter Druck stehendes
Gas und ein äußeres Rohr 12, durch dessen Abstand vom Rohr 11 der Kanal
3 für-den flüssigen Brennstoff gebildet Ist. An einem zentrisch angebrachten
Stab 13 sitzt vor der
Mündung des Kanala 2 ein pilzförmiger
UmlenkkÖrper 14, der das ausströmende Druckmas gegen einen als Ringnut
15 ausgebildeten Resonator leitet, wodurch sich nach bekannten physikalischen
Gesetzen ein im wesentlichen im Ultraschallbereich liegendes Schwingungsfeld erzeugen
läßt. Dieses Schwingungsfeld bewirkt dann die feinste Zerstäubung des unmittelbar
daneben aus der verengten Mündung 17 des Kanals 3 austretenden BrennstDffstrahles
und auch die innige Mischung des Brennstoffes mit der Verbrennungsluft.
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In Fig. 2 ist eine Brennerdüse dargestellt, die sich von der nach
Fig. 1 nur dadurch unterscheidet, daß sie von einem weiteren Ringkanal 4,
der einerseits durch die Außenwand des Rohres 12 und andererseits durch ein Rohr
8 begrenzt ist, umgeben ist. Durch diesen Kanal 4 kann ein weiteres Medium,
z.B. ebenfalls ein Druckgas.,der Düse zugeführt werden.
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Aus der Gesamtdarstellung des Brennerrohres 1 In Pig.
3 sieht man den mittleren Kanal '-.2 für die Zufuhr eines Druckgases (Druckluft
oder brennbares Gas) und den äußeren Kanal 3 mit konzentrischem Ringguerschnitt
für die Zufuhr eines ebenfalls unter Druck stehenden, flüssigen Brennstoffes. Diese'Bauteile
sind im vorderen Teil unter Bildung des weiteren konzentrischen Ringkanals 4 ummantelt,
der zur Zufuhr eines unter Druck stehenden, gasförrigen Brennstoffen bestimmt Ist.
In diesem Kanal-4 sind Drallbleche 5 mit einem Steigungewinkel zwischen 20
0 und 450, zur Erzielung einer'schrauben#örmigen Strömung, sowie
eine
Verengung 6 vorgesehen, welche zur Beschleunigung de , s aus der Mündung
7 strömenden Gases dient. Im Mündungsbereich erweitert sich der Kadal.. vorzugsweise
nach Art einer Lavaldüse, wobei er außen durch den zylindrischen Mantel
8 und Innen durch einen Konus 9 begrenzt ist.
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Durch entsprechende Wahl des Druckes und der Austrittsgeschwindigkeit
des brennbaren Gaees sowie des Drallwinkels läßt sich die Lage und Form der Gasflamme
weitestgehend beeinflussen.
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Sie kann dadurch schmäler gehalten oder in eine buschigere Form gebracht
werden.
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Das zur Erzeugung des Schwingungsfeldes dienende Druckgas kann brennbares
Gas zein und gegebenenfalls unter Einschaltung einer Druckreduktionseinrichtung
aus einer undderselben Zuleitung oder demselben Druckgasbehälter wie das der Leitung
2 zugeführte Gas stammen, vorausgesetzt, daß der Druck für die Bildung-des Schwingungsfeldes
ausreicht. Man kann hiefür aber auch Druckluft.verwenden, die dann einen Teil der
erforderlichen Verbrennungsluft darstellt.
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In Fig. 4 Ist der Einbau eines Brennerrohres mit einer Düse nach den
Fig. 1 und 2 In eine Brenneranordnung da rgestellt.
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Im Zentrum der Brenneranordnung befindet sich das Brennerrohr 21,
welches am vorderen Ende die Brennerdüse 22 trägt. Das, Brennerrohr ist an seinem
hinteren Ende mit,zwei Anschlüssen 23 und 24 versehen,'vor! denen der eine
für die Zufuhr des
Brennstoffes und der andere für ein Druckgas
zur Erzielung der Zerstäubungswirkung dient.
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Konzentrisch um das Brennerrohr#sind zwei Luftzufuhrkancile
26
und 27 angeordnet. Der innere Luftzufuhrkanal 26 weist über
seine gesamte Länge einen gleichen Ringquerschnitt auf. Nahe seiner Mündung in den
Brennraum 25 sind Drallbloche 28 vorgesehen, die,- ähnlich den Drallblochen
5 der Fig. 3, zur Brennerlängsachse in einem Winkel von,-.-0 bis 60-0
stehen. Der äußere Zufuhrkanal 27, der einen wesentlich größeren Puerschnitt auf,-weist..
verjüngt sich bei 29 vor dcr Mündung in den Brennraum 25 und ist dort
ebenfalls mit Drallblechen 28' die zur Brennerlängsachse in einem Winkel
von 40 0 bis 70 0 stehen" versehen.
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An den hinteren Enden der Luftzufuhrkanh#le 26 und
27 sind Stellschieber 30 und 31 vorgesehen, die üb--r durch
die Hülsen 32 und 33 gleitende Stößel 7,4 und 35 bewegbar sind
und mittels Schrauben 36 und 37 in ihrer Lage feststdlbar sind. Weiters
stehen die Luftzufuhrkanäle mit einem gemeinsamen Zufhhrkanal 40 In Verbindung,
in dem eine Klappe 39 vorgesehen ist. Die Wirkungsweise der Anordnung ist
folgende.-Bei Zündung der Flamme an derDüse 22 wird über die Kanäle 26
und
27 die notwendige Verbrennungsluft zugeführt. Dabei wird durch entsprechende
Einstellung der Stellschieber 30 und 31
sichergestellt, daß die vom
Luftzufuhrkanal 27 ausströmende Luft eine höhere Geschwindigkeit aufweist
als die vom inneren Luftzufuhrkanal 26 ausströmende Luft. Es sei bemerkt,
daß die
Luftströme beider Kanäle 27 und 28 einen
starken.Drall aufweisen. Dadurch-und durch die unterschiedlichen Ausetrömgeschwindigkeiten
bilden sich im Bereich der Brennerdüse 22 starke Luftwirbel aus, die zu einer intensiven
Vermischung der Verbrennungsluft mit dem än der Brennerdüse 22 zerstäubt austretenden
Brennstoff führen. Auf diese Weise.kann die Flamme an der Brennerdüse 22 stabilisiert
werden.
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Der besondere Vorteil dieser Vorrichtung ist somit darin zu sehen,
daß auf die bisher üblichen Stauscheiben in der Verbrennungsluftzuführung verzichtet
werden kann. Weiters kann durch die intensive Vermischung der Brennstoffe mit der
Verbrennungsluft der Raum 25 vor der Brennerdüse 22, ohne die übliehe Abschrägung,
unter einem rechten Winkel in den Hauptbrennraum münden, ohne daß ein Entweichen
unverbrannter Gase befürchtet werden muß. Zudem kann die Form der Flamme stark beeinflußt
werden.
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Durch die Möglichkeit, die durch die beiden Kanäle 26 und
27
zugeführten Mengen der Verbrennungsluft in weiten Grenzen zu variieren,
kann die Flamme beeinflußt werden.