DE1959390A1

DE1959390A1 - Oil burner with fuel atomizer arranged in the air outlet nozzle

Info

Publication number: DE1959390A1
Application number: DE19691959390
Authority: DE
Inventors: Peczeli Charles F; Tyrcz Edward T
Original assignee: Gulf Oil Canada Ltd
Current assignee: Gulf Canada Ltd
Priority date: 1968-11-28
Filing date: 1969-11-26
Publication date: 1970-06-11
Also published as: GB1243907A; CA876527A

Description

München, den Z 6* K«;V. iJx5 9 3 φ Q G i/5" /w.ss.Munich, the Z 6 * K "; V. iJx5 9 3 φ Q G i / 5 "/w.ss.

Gulf Oil Canada Limited in Toronto 1, Ontario, Kanada.Gulf Oil Canada Limited of Toronto 1, Ontario, Canada.

Ölbrenner mit in der Luftaustrittsdüse angeordnetem Brennstoffzerstäuber Oil burner with fuel atomizer arranged in the air outlet nozzle

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ölbrenner, der mit einem in der Austrittsdüse für die Verbrennungsluft angeordneten Brennstoffzerstäuber versehen ist.The invention relates to an oil burner, which is arranged with one in the outlet nozzle for the combustion air Fuel atomizer is provided.

Es ist bekannt, bei solchen Ölbrennern die unmittelbar im die Verbrennungskammer einmündende Luftaustrittsdüse an eine Luft- oder Gebläsekammer anzuschließen, in der die in die Verbrennungskammer einzuleitende Luft in eine kreisende Wirbelströmung versetzt wird. Solche Brenner haben jedoch den Nachteil, daß sich während ihres Betriebes Ablagerungen und Verkrustungen auf dem in die Düse ragenden Kopf des Brennstoffzerstäubers bilden, die den Luftdurchlaß zunehmend verengen und die Brennerleistung beeinträchtigen.It is known that in such oil burners the immediately im to connect the air outlet nozzle opening into the combustion chamber to an air or blower chamber in which the into the Combustion chamber to be introduced air is placed in a circular vortex flow. However, such burners have the disadvantage that during their operation there are deposits and encrustations on the head of the fuel atomizer protruding into the nozzle form, which increasingly narrow the air passage and impair the burner performance.

Die Erfindung ist davon ausgegangen, die Ursache dieser Ablagerungen zu ermitteln, und ihr liegt die Aufgabe zugrunde, auf der Grundlage dieser Peststellungen die mit einem in die Luftdüse ragenden Brennstoffzerstäuber ausgerüsteten Ölbrenner The invention is expected to determine the cause of these deposits, and has as its object based on these Peststellungen the equipped with a protruding into the air nozzle fuel atomizer oil burner

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so auszubilden, daß auoh bei minderwertigem Heizöl die bisher beobachteten Ablagerungen auf dem in die Luftdüse ragenden Kopf des BrennstoffZerstäubers unterbleiben, ohne dabei eine wesentliche Störung der Strömungsverhältnisse der heißen Verbrennungsgase in der Verbrennungskammer in Kauf nehmen zu müssen. to train so that auoh with inferior heating oil the previously observed deposits on the head protruding into the air nozzle of the fuel atomizer are omitted without doing any substantial Having to accept disruption of the flow conditions of the hot combustion gases in the combustion chamber.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die an die Luftwirbelkamner angeschlossene, in die Verbrennungskammer mündende Luftaustrittsdüse des Brenners eine zusätzliche fc Zwischendüse enthält, die den Lufteinlaß in die Verbrennungskammer in zwei konzentrische, keglige Luftführungen unterteilt. Bei Bedarf können auch zwei oder mehr konzentrische Zwischendüsen in«der kegligen Lüfteinlaßdüse der Verbrennungskammer angeordnet sein. ·This object is achieved in that the connected to the air vortex chamber into the combustion chamber opening air outlet nozzle of the burner contains an additional fc intermediate nozzle, which the air inlet into the combustion chamber divided into two concentric, conical air ducts. If necessary, two or more concentric intermediate nozzles can also be used placed in the conical air inlet nozzle of the combustion chamber be. ·

Die mit der Düsenanordnung nach der Erfindung erstrebte Wirkung der Vermeidung von Ablagerungen auf dem Büeenstoffzerstäuber kann ohne Beeinträchtigung der Peinzerstäubung des Brennstoffes zusätzlich dadurch begünstigt werden, daß die in der Luftdüse der Verbrennungskammer angeordnete Zwischendüse einen in einen Luftzuführungsstutzen der Verbrennungskammer ragenden, zylindrischen Ansatz erhält. Weiterhin kann, die Zwischendüse auch an ihrem der Verbrennungskammer zugekehrten, ver-, jungten Ende mit einem in die Verbrennungskammer ragenden Ansatz versehen sein, der über das Auslaßende der Außendüse hervorsteht.The strived for with the nozzle arrangement according to the invention Effect of preventing deposits on the oxygen atomizer can be additionally favored without impairing the atomization of the fuel by the fact that the in the intermediate nozzle arranged in the air nozzle of the combustion chamber one in an air supply port of the combustion chamber receives a protruding, cylindrical approach. Furthermore, the intermediate nozzle also at its young, tapered end facing the combustion chamber with a shoulder protruding into the combustion chamber be provided which protrudes beyond the outlet end of the outer nozzle.

Die Zeichnung zeigt zwei Beispiele für die Ausführung des Ölbrenners nach der Erfindung, und zwar zeigenThe drawing shows two examples of the embodiment of the oil burner according to the invention, namely show

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Pig. 1 einen Längsschnitt duroh den Kopf eines "bekannten Ölbrenners, von dem die Erfindung ausgeht,Pig. 1 a longitudinal section through the head of a "well-known Oil burner from which the invention is based,

Fig. 2 einen Querschnitt durch diesen Brenner nach der Linie 2-2 von Fig. 1,Fig. 2 shows a cross section through this burner along the line 2-2 of Fig. 1,

Fig. 3 einen 'Teil von Fig. 1 in größerem Maßstab,3 shows a part of FIG. 1 on a larger scale,

Fig. 4 den gleichen Teil des Brenners in der ersten Ausführung nach der Erfindung,4 shows the same part of the burner in the first embodiment according to the invention,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch den Düsenkopf und die Brennkammer in der abgewandelten, zweiten Ausführung nach der Erfindung, ;5 shows a longitudinal section through the nozzle head and the combustion chamber in the modified, second embodiment according to FIG the invention, ;

Fig. 6 ein Diagramm, das die Verteilung der tangentialen Luftgeschwindigkeit längs des Radius am Austrittsende bei den Düse^anordnu-iger, nach Fig. 1 ΊιηΛ 3 be 5-Brennern bekannter Ausführung und am Austrittsende der Düsen bei den Brennern nach der Erfindung gemäß Fig. 4 und 5 zeigt, undFig. 6 is a diagram showing the distribution of the tangential Air speed along the radius at the outlet end at the nozzle ^ arrangement, according to Fig. 1 ΊιηΛ 3 be 5 burners known design and at the outlet end of the nozzles in the burners according to the invention Figs. 4 and 5 show, and

Fig. 7 ei** Diagramm, das die Verteilung der axialen Luftgeschwindigkeit längs des Düsenradius am Austrittsende der gleichen drei Düsen wie Fig. 6 angibt.Fig. 7 ei ** diagram showing the distribution of the axial air velocity along the nozzle radius at the outlet end of the same three nozzles as Fig. 6 indicates.

Zur wirksamen Verbrennung von ölartigen Brennstoffen ist eine hohe Verdampfiin£jsgeschwindigkeit erwünscht. Diese Geschwindigkeit kann durch Umwälzung der heissen Verbrennungsgase vom Austritt der Brennkammer in den Bereich der Austrittsseite des Brenners beträchtlich gesteigert werden. Bekannte Ölbrenner machen von einer solchen Umwälzung Gebrauch, und ein BeispielA high rate of evaporation is desirable for efficient combustion of oil-like fuels. That speed can by circulating the hot combustion gases from Exit of the combustion chamber in the area of the exit side of the burner can be increased considerably. Well-known oil burners make use of such an upheaval, and an example

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für die übliche Ausführung eines solchen Wirbelbrenners ist in Fig. 1-3 dargestellt.for the usual design of such a vortex burner is shown in Fig. 1-3.

Dieser Brenner, bekannter Ausführung weist eine luftführende Kammer 10 mit tangentialem Lufteinlaß 12 auf, in der die zugeführte Luft in einen Wirbel versetzt wird. Weiterhin ist eine Verbrennungskammer 14 mit zylindrischer Wand 15 und einer Stirnwand 16 vorgesehen, die eine kegelstumpfförmige Austrittsdüse enthält. Die Ausfcrittsdüse umschließt einen konzentrisch zu ihr angeordneten Brennstoffzerstäuber 20, der sich durch die luftführende Wirbelkammer 10 erstreckt und bis in die Austrittsdüse 18 ragt.This burner, of known design, has an air duct Chamber 10 with tangential air inlet 12, in which the air supplied is set in a vortex. Furthermore is a Combustion chamber 14 with cylindrical wall 15 and an end wall 16 is provided which has a frustoconical outlet nozzle contains. The Ausfcrittsdüse encloses a concentric to it arranged fuel atomizer 20, which runs through the air The vortex chamber 10 extends and protrudes into the outlet nozzle 18.

Strömt die Verbrennungsluft durch den tangentialen Stutzen 12 in die Luftwirbelkammer 10 ein, so xirird sie in Richtung des Pfeils 21 gemäß Fig. 2 in einen kreisenden Wirbel versetzt. 3eim Durchströmen der Austrittsdüse 18 in die Verbrennungskammer 1^- wird die Verbrennungsluft mit dem von dem Zerstäuber 20 zsr-If the combustion air flows through the tangential connector 12 into the air swirl chamber 10, it is set in a circling vortex in the direction of the arrow 21 according to FIG. 2. 3eim flowing through the outlet nozzle 18 in the combustion chamber 1 ^ - the combustion air is zsr- from the atomizer 20

In/In/

stäubten Brennstoff gemischt und entzündet, wobei/der Verbrennungskammer 1^- ein kräftiger Wirbel von heißen Verbrennungsgasen erzeugt wird. In diesem heißen Gaswirbel ist der Druck am Umfang des Wirbel höher als in seiner Mitte. Sofern nun die Teile des. Brenners-richtig bemessen sind, entsteht ein Rückstrom längs des Wirbelkerns bzw. längs der Achse der Verbrennungskammer 1^, mais* womit die erwünschte Umwälzung der heißen Verbrennungsgase zum Brenneraustritt in Gang kommt.dusted fuel mixed and ignited, creating / of the combustion chamber 1 ^ - a powerful vortex of hot combustion gases. In this hot gas vortex, the pressure is higher at the periphery of the vortex than in its center. As long as the parts of the burner are correctly dimensioned, a return flow arises along the vortex core or along the axis of the combustion chamber 1 ^, mais *, which starts the desired circulation of the hot combustion gases to the burner outlet.

Die kritischste Stelle des Brenners bekannter Ausführung ist die Austrittsdüse 18, Hier befindet sich die HauptmengeThe most critical point of the burner of known design is the outlet nozzle 18, this is where the main amount is located

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des Brennstoffes noon in flüssigem Zustand,, -ttttä-V/ird der Rückstrom so stark, daß die heißen Verbrennungsgase in die Düse oder in die Luftkammer 10 eindringen, so wird ein Teil der im Brennstoff enthaltenen Kohlenstoffkomponenten auf vom Rückstrom berührten Oberflächen abgelagert, insbesondere auf dem Zerstäuber 20. Je stärker der Rückstrom ist und je-feiner die von ihm mitgeführten Kohlenstoffteilchen sind, umso stärker ist die Neigung, daß die im Rückstrom enthaitenen/ίeilchen unter Bildung entsprechender Ablagerungen festbacken» Dies ist dadurch begründet, daß die größeren Teilchen ihre ursprüngliche Strömungsrichtung beizubehalten suchen, während die feinen Teilchen selbst in einem schwachen Rückstrom leicht mitgerissen werden. Obschon eine starke Rückströmung und eine feine Teilchengröße zur Erzielung einer guten Verbrennung erwünscht sind, können diese festbackenden Niederschläge nicht in Kauf genommen werden, und daher ist bei den Ölbrennern üblicher Ausführung ein unerwünschter Kompromiss unvermeidbar.the fuel is not in a liquid state, -ttttä-V / ird the return flow so strong that the hot combustion gases penetrate into the nozzle or into the air chamber 10, some of the im Fuel contained carbon components deposited on surfaces contacted by the return flow, in particular on the atomizer 20. The stronger the return current and the finer it is are entrained carbon particles, the greater the tendency that the particles contained in the return flow are formed of the corresponding deposits. »This is due to the fact that that the larger particles try to maintain their original direction of flow, while the fine particles easily swept away even in a weak reverse current. Although there is a strong backflow and a fine particle size are desired to achieve good combustion, these caking deposits cannot be accepted, and therefore an undesirable compromise is inevitable with the oil burners of conventional design.

Die Erfindung beruht im wesentlichen auf der Beobachtung, daß bei Einleitung eines Luftwirbels in die Verbrennungskammer durch eine Mehrzahl von im wesentlichen konzentrischen Düsen in jedem ringförmigen Durchlaß gesonderte Wirbel gebildet werden, wodurch in der Austrittsebene eine gleichmäßigere Druck- und Geschwindigkeitsverteilung erzielt wird. Überdies wurde festgestellt, daß bei Anordnung eines zylindrischen Ansatzes an der Einlaßseite der kegligen Düsen die Wirkung noch verbessert wird. Nach dem Einströmen in die Verbrennungskammer gehenThe invention is based essentially on the observation that when a vortex of air is introduced into the combustion chamber separate vortices are formed by a plurality of substantially concentric nozzles in each annular passage, whereby a more even pressure and speed distribution is achieved in the exit plane. Moreover, was found that if a cylindrical extension is arranged on the inlet side of the conical nozzles, the effect is further improved will. After the inflow, go to the combustion chamber

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die getrennten Wirbel dann wieder in einen einzigen Wirbel über.the separated eddies then turn back into a single eddy.

Die wichtigste Eigenschaft einer solchen Anordnung besteht jedoch darin, daß das Eindringen der Rückströmung in und über die Austrittsebene der Düse hinaus verhindert werden kann, womit auch die Voraussetzung für die Bildung der hierdurch hervorgerufenen Rückstromablagerung entfällt. Dabei kann gleichzeitig in der Verbrennungskammer eine beträchtliche Umkehrströmung erzeugt werden, so daß ein sehr hoher Anteil der Verbrennungsgase k an der Hückströmung teilnehmen kann.The most important property of such an arrangement is however, that the penetration of the return flow in and over the exit plane of the nozzle can also be prevented, which is also the prerequisite for the formation of the resulting There is no reverse current deposition. At the same time, a considerable reverse flow can be generated in the combustion chamber so that a very high proportion of the combustion gases k can participate in the reverse flow.

Bei der ersten Ausführung der Erfindung nach Fig. 4 steht die Stirnwand 23 einer*Verbrennungskammer in ähnlicher Weise wie bei dem bekannten Ölbrenner nach Fig.l mit einer Düse 2kin Verbindung, die die Stirnwand 23 mit einer kegligen Außenfläche 25 durchsetzt. Diese Außenfläche 25 entspricht in jeder Hinsicht der kegligen Düsenfläche 18 in Fig.l. Die Düse Zk- enthält einen konzentrisch angeordneten Brennstoffzerstäuber 26 und eine zwischen dem Zerstäuberkopf und der kegligen Außenfläche der Düse angeordnete, kegeistumpfförmige Zwischenwand 28, die zwei im wesentlichen konzentrische, ringförmige DuftdurchlässeIn the first embodiment of the invention according to FIG. 4, the end wall 23 of a combustion chamber is in connection with a nozzle 2k , which penetrates the end wall 23 with a conical outer surface 25, in a manner similar to that of the known oil burner according to FIG. This outer surface 25 corresponds in every respect to the conical nozzle surface 18 in Fig.l. The nozzle Zk- contains a concentrically arranged fuel atomizer 26 and a frustoconical intermediate wall 28 arranged between the atomizer head and the conical outer surface of the nozzle, the two essentially concentric, annular fragrance passages

29 und 30 begrenzt, die mit kegliger Verjüngung in die rechts ;i von der Stirnwand 23 befindliche Verbrennungskammer übergehen.·.-:· Der Durchlaß 29 befindet sich an der Außenseite, der Durchlaß29 and 30, which are tapered with a cone in the right; i pass from the combustion chamber located at the end wall 23. · .-: · The passage 29 is on the outside, the passage

30 an der Innenseite der kegligen Zwischenwand 28. Die Außenwand der Luftkammer, von der aus die Verbrennungsluft in die Düse Zk einströmt, ist mit yi bezeichnet.30 on the inside of the conical partition 28. The outer wall of the air chamber, from which the combustion air flows into the nozzle Zk , is denoted by yi.

Bei dieser in Fig. k dargestellten Ausführung sind die kegligeIn this embodiment shown in Fig. K , the conical

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Außenfläche 25 und die keglige Zwischenwand 28 in der Strömungsrichtung der Luft ver.iüngt und weisen Kegelwinkel von etwa ^5° auf. Die erstgenannte Bedingung, daß beide Durchlässe in der Strömungsrichtung der Luft verjüngt sind, ist wesentlich, während ihre keglige Gestalt und ihr Winkel von ^5° nicht wesentlich sind. Diese letztere««'Besonderheiten werden jedoch bevorzugt, und zwar aus Gründen der leichteren Herstellung und weil mit der Anordnung nach Pig.Ψ durchgeführte Versuche wesentlich bessere Luftströmungs* bedingungen ergeben haben als die bekannte Düsenanordnung nach Pig.l. Dabei ist es aber durchaus möglich, daß unterschiedliche Kegelwinkel und möglicherweise auch in axialer Richtung unterschiedlich gekrümmte Düsenflächen weniger vorteilhaft sind als die Anordnung nach Fig.4.J Bei der zweiten Düsenausführung nach der Erfindung gemäß Fig. 5 ist ein Brennstoffzerstäuber 32 konzentrisch in einer Luftwirbelkammer 33 angeordnet, von der nur der auf der rechten Seite befindliche Teil dargestellt ist. Die Verbrennungskammer 35 liegt konzentrisch zur Luftwirbelkammer und ist durch eine zylindrische Außenwand 38 und eine Stirnwand kO begrenzt. Zwisphen der Luftwirbelkammer 33 und der Verbrennungskammer 35 befindet sich eine Düse ^2, die von der Verbrennungsluft durchströmt wird. Die Düse ^2 weist eine keglige Außenfläche ^3 auf, deren Kegelwinkel vorzugsweise unter 4-5° liegt, wobei jedoch weder die keglige Gestalt, noch der Kegelwinkel für die Erfindung wesentlich sind. Zwischen der Düsenaußenfläche **3 und dem Brennstoffzerstäuber 32 befindet sich eine keglige Zwischenwand ^5t die an ihrer Basis auf der ZuströmungsseiteThe outer surface 25 and the conical partition 28 tapers in the direction of flow of the air and have cone angles of about ^ 5 °. The former condition, that both passages are tapered in the direction of flow of the air, is essential, while their conical shape and their angle of ^ 5 ° are not essential. These latter "" peculiarities are preferred, however, for reasons of easier manufacture and because tests carried out with the Pig. However, it is quite possible that different cone angles and possibly also differently curved nozzle surfaces in the axial direction are less advantageous than the arrangement according to FIG. 4.J In the second nozzle design according to the invention according to FIG 33 arranged, of which only the part located on the right side is shown. The combustion chamber 35 is concentric to the air swirl chamber and is delimited by a cylindrical outer wall 38 and an end wall kO. Between the air swirl chamber 33 and the combustion chamber 35 is a nozzle ^ 2 through which the combustion air flows. The nozzle ^ 2 has a conical outer surface ^ 3, the cone angle of which is preferably less than 4-5 °, although neither the conical shape nor the cone angle are essential for the invention. Between the nozzle outer surface ** 3 and the fuel atomizer 32 there is a conical partition wall at its base on the inflow side

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mit einem koaxialen, zylindrischen Ansatz 4-8 versehen ist. Die keglige Zwischenwand 4-5 und ihr zylindrischer Ansatz 4-8 begrenzen wie bei der Ausführung nach Fig. 4 zwei im wesentlichen konzentrische ringförmige Luftdurchlässe 50 und 51» von denen der Durchlaß 50 an der Außenseite, der Durchlaß 51 an der Innenseite der Zwischenwand 45,4-8 liegt» Die keglige Zwischenwand 45 weist hier am Austrittsende einen in die Verbrennungskammer 35 ragenden, kegligen Ansatz 52 auf, der einen etwas kleineren Kegelwinkel hat als die keglige Zwischenwand 45·. Dieser keglige Ansatz 52 verbessert zwar die Rückströmungseigenschaftaain der Verbrennungskammer 35» ist aber nicht als erfindungswesentlich anzusehen.is provided with a coaxial, cylindrical extension 4-8. the The conical partition 4-5 and its cylindrical extension 4-8 limit as in the embodiment of FIG. 4, two essentially concentric annular air passages 50 and 51 'of which the passage 50 on the outside, the passage 51 on the inside the partition 45.4-8 lies »The conical partition 45 points here at the outlet end into the combustion chamber 35 protruding, conical approach 52, the one slightly smaller The cone angle has 45 · as the conical partition. This conical one Approach 52 improves the backflow property aain Combustion chamber 35 »is not to be regarded as essential to the invention.

Die in Fig. 5 mit Pfeilen versehenen, gestrichelten Linien deuten die ungefähren Strömungswege der Luft durch die Düse 42 und der Verbrennungsgase in der Verbrennungskammer 35 an. Die gleichzeitig vorhandene Tangentialströmung ist hierbei nicht dargestellt worden. In der Verbrennungskammer 35 entstehen zwei wirbeiförmige Umwälzströmungen A und B. Die Umwälzströmung B ist in axialer Richtung wesentlich langer als die Umwälzströmung A und weist keinen eigentlichen Kern auf, um den sich diese Wirbelströmung in Umfangsrichtung dreht. Die Lage der Stellen, an denen sich der Buchstabe B befindet, ist ohne Bedeutung. Die in ausgezogenen Linien dargestellten Bogenpfeile um die Buchstaben A und B deuten die allgemeine Umlaufrichtung der toroidalen Wirbel in der Verbrennungskammer 35 an. Dabei ist festzustellen, daß sich die Wirbel in gegensinnigen Richtungen drehen. Die gestrichelten Pfeillinien 5^ und $G machen eine UmwälzungThe dashed lines provided with arrows in FIG. 5 indicate the approximate flow paths of the air through the nozzle 42 and the combustion gases in the combustion chamber 35. The tangential flow present at the same time has not been shown here. Two vortex-shaped circulating flows A and B arise in the combustion chamber 35. The circulating flow B is considerably longer in the axial direction than the circulating flow A and has no actual core around which this vortex flow rotates in the circumferential direction. The position of the places where the letter B is located is irrelevant. The arrows around the letters A and B shown in solid lines indicate the general direction of rotation of the toroidal vortices in the combustion chamber 35. It should be noted that the eddies rotate in opposite directions. The dashed arrow lines 5 ^ and $ G make a revolution

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der heißen Verbrennungsgase in den Bereich des Brennstoffzerstäubers erkennbar.of the hot combustion gases in the area of the fuel atomizer recognizable.

Die Wirkung der beiden Düsenausführungen nach der Erfindung gemäß Fig. h und 5 im Vergleich zur üblichen Düsenanordnung nach Fig.1 wurde durch reihenweise durchgeführte Kaltversuche ermittelt, bei denen keine Zündung oder Verbrennung stattfand. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in Fig. 6 und 7 dargestellt. Dabei beziehen sich in Fig. 6 links oben die Angabe "Anordnung 1" auf die vorbekannte Brennerdüse nach Figol, die Angabe "Anordnung 2" auf die erfindungsgemäße Brennerdüse nach Fig. k und die Angabe "Anordnung 3" auf die erfindungsgemäße Brennerdüse nach Fig.5·The effect of the two nozzle designs according to the invention according to FIGS. H and 5 in comparison to the conventional nozzle arrangement according to FIG. 1 was determined by series of cold tests in which no ignition or combustion took place. The results of these experiments are shown in Figs. In Fig. 6, top left, the information "arrangement 1" relates to the known burner nozzle according to Figol, the information "arrangement 2" relates to the burner nozzle according to the invention according to FIG. K and the information "arrangement 3" relates to the burner nozzle according to the invention according to FIG. 5 ·

Die keglige Düse und die zusätzliche Zwischenwand wiesen einen Kegelwinkel von ^5° auf. Die Strömungsgeschwindigkeit und die Strömungsrichtung der Luft im Bereich der Austrittsebene der Düse wurden mit einer Meßrohranordnung festgestellt, und auf der Grundlage dieser Daten wurden die axialen und tangentialen Geschwindigkeitskomponenten errechnet. Um die Wirkung der zusätzlichen Zwischendüse und um die Auswirkung der Zwischendüse und ihres zylindrischen Ansatzes auf die Reibungsverluste der Düsenanordnung zu bestimmen, wurden alle Versuche mit dem gleichen Luftgebläse und bei gleicher Gebläseleistung durchgeführt. The conical nozzle and the additional partition had a cone angle of ^ 5 °. The flow rate and the direction of air flow in the area of the exit plane of the nozzle were determined with a measuring tube arrangement, and the axial and tangential speed components were calculated on the basis of this data. To the effect the additional intermediate nozzle and the effect of the intermediate nozzle and its cylindrical approach to determine the friction losses of the nozzle arrangement, all experiments with the the same air fan and with the same fan power.

Fig. 6 zeigt die Verteilung der tangentialen Geschwindigkeit in der Austrittsebene der Düse, die mit der das Austrittsende der Düse enthaltenen Ebene übereinstimmt. Wie sich aus der Darstellung in Fig. 6 links oben entnehmen läßt, sind die WerteFig. 6 shows the distribution of the tangential speed in the exit plane of the nozzle with which the exit end the level contained in the nozzle. As can be seen from the representation in Fig. 6 at the top left, the values are

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für die bekannte Düsenanordnung ohne keglige Zwischenwand in einer kurz-gestrichelten Linie, die Werte für die erste Düsenausbildung nach der Erfindung in einer lang-gestrichelten Linie und die Werte für die zweite Düsenausbildung nach der Erfindung in einer ausgezogenen Linie dargestellt« Die gleichen Linienausführungen sind auch in Fig. 7 verwendet worden.for the well-known nozzle arrangement without a conical partition in one short-dashed line, the values for the first nozzle formation according to the invention in a long dashed line and the values for the second nozzle formation according to the invention shown in a solid line «The same line designs have also been used in FIG.

Aus den Kurven für die axialen Geschwindigkeitskomponenten nach Fig. 7 geht folgendes hervor:The following can be seen from the curves for the axial speed components according to FIG. 7:

* Bei der bekannten Düsenausführung nach Figo 1 befindet sich ein Hing hoher Luftgeschwindigkeit am Umfang des Luftwirbels. Die Geschwindigkeit fällt jedoch zur Mitte des Luftwirbels stark ab,, wo ein Rückstromkern von beträchtlichen Abmessungen und Geschwindigkeiten vorhanden ist. So wurde festgestellt, daß sich ein Wirbelkern mit einem Radius von etwa 2,5 cm gegensinnig zur Zuführungsrichtung in der Luft am Austrittsende der Düse bekannter Ausführung bewegt, wie dies in Fig. 3 angedeutet ist. Dieser Rückstromkern reißt die feinsrerteilten Brennstoff teilchen mit sich und verursacht die Bildung der Ablagerungen vor dem* In the known nozzle design according to Figo 1 there is a hang of high air velocity on the circumference of the air vortex. However, the speed drops sharply towards the middle of the air vortex from ,, where there is a reverse current core of considerable dimensions and speeds. So it was found that a vertebral core with a radius of about 2.5 cm in opposite directions to the Feed direction in the air at the outlet end of the nozzle is known Execution moves, as indicated in FIG. 3. This backflow core rips the finely divided fuel particles with itself and causes the formation of the deposits before

* Austrittsende der Düse. * Exit end of the nozzle.

Die axiale Geschwindigkeitsverteilung bei der erfindungsgemäßen Düse nach Fig. k unterscheidet sich hiervon dadurch, daß der Geschwindigkeltsabfäll in der Nahe des Austrittsendes der Zwischendüse erheblich kleiner und der Rückstrombereich enger und Weniger stark ist. Bei der zweiten Düsenausführung nach'der Erfindung gemäß Fig. 5 ist dieser Unterschied noch stärker. Hler entsteht eine zweite Spitzengeschwindigkeit in derThe axial velocity distribution in the nozzle according to the invention according to FIG. K differs from this in that the velocity drop in the vicinity of the outlet end of the intermediate nozzle is considerably smaller and the return flow area is narrower and less strong. In the second nozzle design according to the invention according to FIG. 5, this difference is even greater. A second peak speed arises in the

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Nähe des Ausströmendes der Zwischendüse., und zwar ohne Rückstrom in der Austrittsebene.Proximity of the outlet end of the intermediate nozzle., Without backflow in the exit level.

Die Integration der axialen Geschwindigkeitskomponenten ergibt für alle drei Düsenanordnungeii etwa den gleichen Wert, so daß gleiche Strömungsgeschwindigkeiten vorliegen. Pur JBUese'Tatsache wurde durch die unabhängige Strömungsmessung am Gebläseaustritt bestätigt.The integration of the axial velocity components results in approximately the same value for all three nozzle arrangements, see above that the flow velocities are the same. Pure JBUese 'fact was confirmed by the independent flow measurement at the blower outlet.

Die in Fig. 6 dargestellten Kurven-der tangentialen Geschwindigkeit skomponenten bei den drei Düsenanordnungen lassen erkennen, daß der Wirbel bei der Anordnung nach Pig. 5 wesentlich stärker ist als bei der Anordnung nach Fig. 1. Da alle Versuche mit der gleichen Gebläseanordnung durchgeführt wurden, ergibt sich daraus, daß die Reibung an der zusätzlichen Zwischenwand und ihrenvzylindrischen Ansatz durch die gleichmäßigere Luftströmungsdichte über den Düsenquerschnitt mehr als ausgeglichen wurde.The curves shown in Fig. 6 - the tangential speed skomponenten in the three nozzle arrangements show that the vortex in the arrangement according to Pig. 5 much stronger is than in the arrangement of Fig. 1. Since all experiments with the the same fan arrangement has been carried out, it follows that that the friction on the additional partition and its cylindrical Approach was more than compensated for by the more uniform air flow density over the nozzle cross-section.

Die in Fig. 6 und 7 dargestellten Versuchsergebnisse zeigen an, daß die Düsenanordnung nach der Erfindung die folgenden drei erwünschten Ergebnisse zeitigt: Rückstromablagerungen können bei der ersten Düsenanordnung nach der Erfindung gemäß Fig. k beträchtlich vermindert, mit der zweiten Düsenanordnung nach Fig. im Prinzip sogar vermieden werden. Bei jeder gegebenen Strömungsgeschwindigkeit der Luft wird eine bessere Verbrennung erzielt, weil die tangentialen Strömungsgeschwindigkeiten höher liegen und die Geschwindigkeitsabweichungen zwischen der wirbelnden Luftmas Be und de» Brennstoffteliehen größer sind. Als Folge der höheren Tangentialgeschwlndigkeiten ergibt sich auch eine höhereThe test results shown in FIGS. 6 and 7 indicate that the nozzle arrangement according to the invention produces the following three desirable results: Backflow deposits can be reduced considerably with the first nozzle arrangement according to the invention according to FIG. K , with the second nozzle arrangement according to FIG can even be avoided. At any given flow velocity of the air, better combustion is achieved because the tangential flow velocities are higher and the deviations in velocity between the swirling air mass and the fuel borne are greater. As a result of the higher tangential velocities, there is also a higher one

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Umwälzgeschwindigkeit. Aus der Tatsache, daß diese Ergebnisse ohne Erhöhung der Gebläseleistung erzielt werden, ergibt sich, daß die Düsenanordnungen nach der Erfindung -wirksamer sind als die bekannte Düsenausführung. Schließlich können auch bessere Drosselverhältnisse oder Abschaltleistungen erzielt werden, da bei niedrigen Gebläseleistungen, bei denen die tangentiale Geschwindigkeit der-vorbekannten Düsenanordnung nach Pig.l nicht ausreicht, um eine annehmbare Verbrennung aufrechtzuerhalten, die Düsenanordnungen nach der Erfindung noch zufriedenstellend arbeiten.Circulation speed. From the fact that these results can be achieved without increasing the fan power, it follows that the nozzle arrangements according to the invention are more effective than the well-known nozzle design. Finally, better throttling ratios or cut-off capacities can also be achieved because at low fan speeds, where the tangential speed of the previously known nozzle arrangement according to Pig.l is not sufficient to maintain acceptable combustion, the nozzle arrangements of the invention are still satisfactory work.

Die oben dargestellten Versuchsergebnisse entsprechen einer Brennerle istung von ungefähr 50 %, weil bei diesem Leistungsbereich mit der zur Verfügung stehenden Anordnung die besten Ablesungen erzielt xverden konnten.Bei anderen Versuchen wurde festgestellt, daß die Vorteile bei voller Brennerleistung noch wesentlich besser und bei verminderten Brennerleistungen geringer sind.The test results presented above correspond to a burner output of around 50 %, because the best readings could be achieved with the available arrangement in this output range. In other tests it was found that the advantages with full burner output are significantly better and lower with reduced burner outputs are.

Bei weiteren Versuchen hat sich ergeben, daß die gleichmäßigkeit der axialen Geschwindigkeitsverteilung bei einer Vermehrung der Anzahl von konzentrischen Zwischendüsen noch zunimmt, sofern die hiermit verbundene Erhöhung der Reibungskräfte ausse^r Betracht bleibt. Natürlich kommt man bei Vermehrung der konzentrischen Zwischendüsen an einen Punkt, bei dem die Verbesserung der Verbrennungseigenschaften nicht mehr wesentlich ist und bei dem die Zunahme der Druckverluste der Luft unerwünscht ist. Bei größeren Brenneranordnungen kann jedoch eine größere Anzahl von . Zwischendüsen verwendet werden als bei kleinen Brennern.Further tests have shown that the uniformity the axial speed distribution increases with an increase in the number of concentric intermediate nozzles, provided that the associated increase in frictional forces is outside Consideration remains. Of course, if you increase the number of concentric intermediate nozzles, you come to a point where the improvement is achieved the combustion properties is no longer essential and at which the increase in pressure losses in the air is undesirable. With larger burner arrangements, however, a larger number of . Intermediate nozzles are used as with small burners.

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Pur die Versuchsdurchführung wurden zwei verschiedene Wirbelbrenner mit Mehrfachdüsen nr.oh der Erfindung entwickelt. Die dabei verwendeten Zerstäuber entsprachen der Ausführung nach der amerikanischen Patentanmeldung "Zweistufige Schall- -te* Zerstäubungsvorrichtung" vom 30.6.1967» Aktenzeichen Ser.No. 650 3*1-2.Two different vortex burners were used for the purpose of carrying out the experiment Developed with multiple nozzles nr.oh of the invention. the The atomizers used for this corresponded to the design according to the American patent application "Zweistufige Schall- -te * Atomizing device "from June 30, 1967» File number Ser.No. 650 3 * 1-2.

Der erste dieser Wirbelbrenner war mit der vorbekannten Einzeldüse gemäß Fig.l versehen und lieferte bei maximaler Leistung 2,5 x 10 BTU/h. In dieser ursprünglichen Ausführung hatte der Brenner ein Abschaltverhältnis (turndown ratio) von ^-,6 : 1. Nachdem der Brenner mit einer Mehrdüsenanordnung in Übereinstimmung mit der zweiten Ausführung nach der Erfindung gemäß Pig. 5 versehen ivar, erhöhte sich die maximale Leistung auf 4,25 x 10 3TU/h und erreichte ein Absehaltverhältnis von
20 : 1. Die Leistungszunähme wurde mit verminderten Luftdrücken erreicht, also ohne eine Leistungserhöhung des Luftgebläses.The first of these vortex burners was provided with the previously known single nozzle according to FIG. 1 and delivered 2.5 × 10 BTU / h at maximum output. In this original embodiment, the burner had a turn-off ratio (turndown ratio) of ^ -, 6: 1. After the burner with a multi-nozzle arrangement in accordance with the second embodiment of the invention according to Pig. 5 provided ivar, the maximum output increased to 4.25 x 10 3TU / h and reached a holding ratio of
20: 1. The increase in output was achieved with reduced air pressures, i.e. without an increase in the output of the air blower.

Der zweite Brenner hatte eine Leistung von 20 χ 10° BTU/h und war von vornherein mit einer Mehrdüsenanordnung nach der Erfindung versehen. Auch dieser Brenner hatte ein außergewöhnlich hohes Abschaltverhältnis (turndown ratio) von 25 ! 1. Er war mehr als zwei Monate in fortlaufendem Betrieb zur Beheizung eines Kessels.The second burner had an output of 20 10 ° BTU / h and was from the outset with a multi-nozzle arrangement according to the Invention provided. This burner also had an extraordinary high turn-off ratio (turndown ratio) of 25! 1. It has been in continuous operation for heating for more than two months of a boiler.

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Claims

Patent claims:

1.) Oil burner with the fuel atomizer at a distance surrounding air outlet nozzle connected to an air-conducting vortex chamber, which tapers conically in the direction of passage and its outlet opens directly into the combustion chamber, characterized in that the atomizer (? 6,32) concentrically surrounding air nozzle (25j43) through a conical Intermediate nozzle (28,45) in two surrounding, annular Air outlets (29 * 30; 50.51) is divided.

2. Oil burner according to claim 1, characterized in that the intermediate nozzle (45) on its base facing the air chamber (33) with an air supply nozzle (42) inserted into the cylindrical the outer nozzle (43) protruding cylindrical extension (48 ^ provided is. ·

3 · oil burner according to claim 1 or 2, characterized in that that the outer nozzle (25, 43) and the intermediate nozzle (28, 45) have a cone angle of about 45 °.

4 '. Oil burner according to claim 1, 2 or 3 »characterized in that that the combustion chamber (14.35) has a cylindrical cross section which is concentric to the burner nozzle.

5 · Oil burner according to one of the preceding claims, characterized in that the upstream of the burner nozzle, air-guiding vortex chamber '(10,33) with a tangential air inlet nozzle (12) is provided.

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6. Oil burner according to one of the preceding claims, characterized in that the intermediate nozzle (^ 5) arranged in the outer nozzle (* f3) enters the combustion chamber at its (35) opening ErcV-B with a shoulder (52) protruding over the outer nozzle £ ^ 3) and axially projecting into the combustion chamber is provided.

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