AT521116B1

AT521116B1 - Zerstäubungsdüse

Info

Publication number: AT521116B1
Application number: ATA99/2018A
Authority: AT
Original assignee: Cs Comb Solutions Gmbh
Priority date: 2018-04-10
Filing date: 2018-04-10
Publication date: 2020-03-15
Also published as: AT521116A1

Abstract

Bei einer Zerstäubungsdüse zum Zerstäuben einer Flüssigkeit, insbesondere von flüssigem Brennstoff mit Hilfe eines Zerstäubungsmediums, umfassend einen zentralen Flüssigkeitskanal mit einer zentralen Austrittsöffnung (5) ohne nachgeordneten Ablenkkörper und einen den Flüssigkeitskanal umgebenden Zerstäubungskanal (3) für Zerstäubungsmedium, der einen eine ringförmige Resonanzkammer (7) umfassenden Hartmanngenerator und eine die zentrale Austrittsöffnung (5) umgebende ringförmige Austrittsöffnung (6) aufweist, wobei der Flüssigkeitskanal einen ersten Abschnitt (1) und einen in Strömungsrichtung an den ersten Abschnitt (1) anschließenden zweiten Abschnitt (2) aufweist, wobei der erste Abschnitt (1) einen größeren Querschnitt, insbesondere einen größeren Durchmesser, aufweist als der zweite Abschnitt (2), ist vorgesehen, dass der Flüssigkeitskanal in Strömungsrichtung vor der zentralen Austrittsöffnung (5) drallerzeugende Mittel, insbesondere einen Dralleinsatz (12) aufweist und die drallerzeugenden Mittel, insbesondere der Dralleinsatz (12), im ersten Abschnitt (1) des Flüssigkeitskanals, bevorzugt in Strömungsrichtung im Endbereich des ersten Abschnitts (1), angeordnet sind.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Zerstäubungsdüse zum Zerstäuben von Flüssigkeiten, insbesondere flüssigem Brennstoff, mit Hilfe eines Zerstäubungsmediums, umfassend einen zentralen Flüssigkeitskanal mit einer zentralen Austrittsöffnung ohne nachgeordneten Ablenkkörper und einen den Flüssigkeitskanal umgebenden Zerstäubungskanal für Zerstäubungsmedium, der einen eine ringförmige Resonanzkammer umfassenden Hartmanngenerator und eine die zentrale Austrittsöffnung umgebende ringförmige Austrittsöffnung aufweist, wobei der Flüssigkeitskanal einen ersten Abschnitt und einen in Strömungsrichtung an den ersten Abschnitt anschließenden zweiten Abschnitt aufweist, wobei der erste Abschnitt einen größeren Querschnitt, insbesondere einen größeren Durchmesser, aufweist als der zweite Abschnitt.

[0002] Die Erfindung betrifft weiters einen Brenner mit einer solchen Zerstäubungsdüse.

[0003] Zerstäubungsdüsen dieser Art sind bspw. aus der AT 517929 bekannt. Zerstäubungsdüsen, bei denen die ringförmige Resonanzkammer des Hartmanngenerators in Richtung zur Düsenachse hin offen ist, sind bspw. aus der US 3,908,904 und der AT 285791 B bekannt. Es sind auch Zerstäubungsdüsen mit Hartmanngenerator bekannt geworden, bei denen die ringförmige Resonanzkammer nach außen hin offen ist, wobei auf die WO 2011/050377 A1 und die AT 339456 B verwiesen wird. Hierbei wird die aus dem Flüssigkeitskanal austretende Flüssigkeit durch die im Hartmanngenerator erzeugten Ultraschallschwingungen des Zerstäubungsmediums in feine Tröpfchen zerteilt, wodurch das Sprühbild der Flüssigkeit und die Flammenform beeinflusst werden können. Die Zerstäubung ist insbesondere notwendig, um die Oberfläche der Flüssigkeit zu vergrößern und damit eine schnelle und möglichst vollständige Verbrennung sicherzustellen.

[0004] Ein Hartmanngenerator ist ein Schall- oder Ultraschallschwingungserzeuger und umfasst eine ringförmige Düse, über welche das unter Druck stehende Zerstäubungsmedium in eine der Düse gegenüberliegende Resonanzkammer eingebracht wird, in welcher das Zerstäubungsmedium zu Schwingungen angeregt und ein Schwingungsfeld erzeugt wird, das im Bereich der aus dem Flüssigkeitskanal austretenden Flüssigkeit zur Wirkung gelangt, um die Flüssigkeit zu zerstäuben. Der Vorteil eines solchen Schwingungserzeugers besteht darin, dass mit einer relativ geringen Menge an Zerstäubungsmedium eine effiziente Zerstäubung der Flüssigkeit gelingt. Die mit dem Schwingungserzeuger erzielbare Zerstäubung der Flüssigkeit ermöglicht es, auch Brennstoffe, die nur zum Teil aus brennbaren Bestandteilen bestehen, zu verbrennen. Insbesondere können damit Brennstoffe mit einem hohen Wassergehalt einer Verbrennung zugeführt werden. Die mit dem Schwingungserzeuger erzielbare Zerstäubung der Flüssigkeit ermöglicht es außerdem, viskose oder hoch viskose Flüssigkeiten sowie mit Partikeln versetzte Medien zu zerstäuben.

[0005] Aus dem Stand der Technik sind T-Düsen und Jet-Düsen mit Hartmanngenerator bekannt, die sich grundsätzlich dadurch unterscheiden, dass bei T-Düsen der zentralen Austrittsöffnung des Flüssigkeitskanals nachgeordnet ein Ablenkkörpers („T-Stück) vorgesehen ist, welcher bewirkt, dass die ausströmende Flüssigkeit quer zur Strömungsrichtung der austretenden Flüssigkeit nach außen in Richtung zum Schwingungsfeld des Zerstäubungsmediums umgelenkt wird. Bei Jet-Düsen ist hingegen keine Ablenkung vorgesehen, sodass die ausströmende Flüssigkeit in axialer Richtung ungehindert aus der Austrittsöffnung ausströmen kann.

[0006] Die Vorteile von T-Düsen bestehen darin, dass ein größerer Zerstäubungswinkel sowie eine gleichmäßigere Verteilung der Tröpfchen im Sprühbild erzielt wird. Weiters ist auch der Zerstäubungsmittelbedarf im Vergleich zu herkömmlichen Jet- Düsen geringer. Außerdem führen T-Düsen zu eine gleichmäßigeren Tröpfchenverteilung und zu einer kleineren Tröpfchengröße.

[0007] Nachteilig bei T-Düsen ist, dass durch die Umlenkung der Flüssigkeit durch das T-Stück und der damit verbundenen Querschnittsverengung eine Engstelle entsteht, sodass insbesondere bei der Verwendung von höherviskosen und/oder verunreinigten Flüssigkeiten Verstopfun

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AT 521 116 B1 2020-03-15 österreichisches patentamt gen auftreten können. Weiters besteht bei T-Düsen der Nachteil, dass bei der Verwendung von hochkorrosiven Flüssigkeiten, wie z.B. Schwefelsäure, aufgrund der hohen Brennkammertemperaturen am T-Stück Hochtemperaturkorrosion und somit vorzeitiger Verschleiß auftritt. Zusätzlich tritt aufgrund der Umlenkung am T-Stück auch mechanischer Verschleiß auf.

[0008] Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Düse bereitzustellen, die zumindest einige dieser Nachteile reduziert bzw. beseitig. Insbesondere soll eine Düse geschaffen werden, die gegen Hochtemperatur-Korrosion und Abrasion unempfindlich ist, gleichzeitig eine ähnlich gute Zerstäubungsqualität wie eine T-Düse und zusätzlich einen geringeren Bedarf an Zerstäubungsmedium als eine herkömmliche Jet-Düse aufweist.

[0009] Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei einer Zerstäubungsdüse der eingangs genannten Art vor, dass der Flüssigkeitskanal in Strömungsrichtung vor der zentralen Austrittsöffnung drallerzeugende Mittel, insbesondere einen Dralleinsatz, aufweist, wobei die drallerzeugenden Mittel, insbesondere der Dralleinsatz, im ersten Abschnitt des Flüssigkeitskanals, bevorzugt in Strömungsrichtung im Endbereich des ersten Abschnitts, angeordnet sind. Durch die drallerzeugenden Mittel wird der Flüssigkeitsstrahl im zentralen Flüssigkeitskanal vor der zentralen Austrittsöffnung verdraht, erhält also zusätzlich zur axialen Strömungsrichtung eine Rotationsbewegung um die Düsenachse, sodass die Flüssigkeit beim Austritt aus der Austrittsöffnung auch eine Geschwindigkeitskomponente quer zur Achse des Flüssigkeitskanals aufweist, wodurch der Flüssigkeitsstrahl aufreißt, also insbesondere der Sprühwinkel vergrößert wird. Durch diese Maßnahme werden die folgenden Effekte erreicht:

1. Reduzierter Bedarf an Zerstäubungsmedium

2. Vergrößerter Zerstäubungswinkel des Sprühbildes

3. Reduzierte Tröpfchengröße im Zentrum des Sprühbildes

4. Breitere, dafür kürzere Flamme

5. Schnellere Verdampfung der Flüssigkeit durch noch kleinere Tröpfchenverteilung [0010] Der größere Querschnitt des ersten Abschnitts hat hierbei den Zweck, die durch den Dralleinsatz bewirkte Verkleinerung des effektiven Strömungsquerschnittes zu kompensieren. Der freie Strömungsquerschnitt im Bereich der drallerzeugenden Mittel ist hierbei bevorzugt nicht kleiner als der Strömungsquerschnitt am Anfang des zweiten Abschnitts, nämlich unmittelbar am Austritt der Flüssigkeit aus den drallerzeugenden Mitteln bzw. aus dem Dralleinsatz, um ein Verstopfen des Kanals im Bereich der drallerzeugenden Mittel zu vermeiden.

[0011] Als drallerzeugende Mittel sind jegliche bauliche Maßnahmen geeignet, die für die gewünschte Verdrehung der Zufuhr der Flüssigkeit zur zentralen Austrittsöffnung sorgen. Die drallerzeugenden Mittel können beispielsweise Strömungsleiteinrichtungen aufweisen, die im Flüssigkeitskanal angeordnet sind, insbesondere von der Kanalwand einwärts ragende Leitvorsprünge oder Leitplatten, die vorzugsweise schräg zur Achsrichtung verlaufen oder entsprechend einer Schraubenlinie oder eines Schraubenlinienabschnitts gekrümmt sind.

[0012] Alternativ können die drallerzeugenden Mittel wenigstens eine tangential in den Flüssigkeitskanal mündende Zufuhrleitung für die Flüssigkeit aufweisen, sodass die Flüssigkeit mit einer tangentialen Bewegungskomponente in den Flüssigkeitskanal gelangt.

[0013] Bevorzugt ist vorgesehen, dass die drallerzeugenden Mittel einen Dralleinsatz umfassen, der in dem Flüssigkeitskanal angeordnet ist. Dies ermöglicht es in einfacher Weise herkömmliche Düsenausbildung im Nachhinein mit drallerzeugenden Mitteln auszustatten.

[0014] Bevorzugt ist vorgesehen, dass die drallerzeugenden Mittel, insbesondere der Dralleinsatz, einen schraubenlinienförmigen Strömungskanal aufweist bzw. ausbildet. Dadurch wird eine besonders einfache und effiziente Verdrehung der Flüssigkeit erzielt.

[0015] Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Flüssigkeitskanal einen ersten Abschnitt und einen in Strömungsrichtung an den ersten Abschnitt anschließenden zweiten Abschnitt aufweist, wobei der erste Abschnitt einen größeren Querschnitt, insbesondere einen größeren Durchmesser als der zweite Abschnitt aufweist. Der Übergang vom ersten zum zweiten Abschnitt kann bspw. durch einen Übergangsabschnitt, in welchem der Durchmesser kontinuierlich

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AT 521 116 B1 2020-03-15 österreichisches patentamt erhöht wird oder auch, alternativ, stufenförmig ausgebildet sein.

[0016] Besonders bevorzugt sind die drallerzeugenden Mittel bzw. ist der Dralleinsatz derart angeordnet, dass die Flüssigkeit beim Austritt aus den drallerzeugenden Mitteln bzw. aus dem Dralleinsatz unmittelbar in den zweiten Abschnitt des Flüssigkeitskanals strömt.

[0017] Hierbei ist weiters bevorzugt vorgesehen, dass der zweite Abschnitt zumindest teilweise einen sich in Strömungsrichtung vergrößernden Querschnitt, insbesondere einen sich in Strömungsrichtung verbreiternden, vorzugsweise konischen Längsschnitt, aufweist. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass sich die Verbreiterung kontinuierlich bis zur zentralen Austrittsöffnung des Flüssigkeitskanals erstreckt. Dadurch kann die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit im Flammbereich reduziert werden und der Effekt, dass die Flüssigkeit nach dem Austreten aus der Austrittsöffnung aufreißt, wird weiter verstärkt.

[0018] In einer bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, dass der Dralleinsatz in zumindest einem Bereich an der Innenwand des Flüssigkeitskanals anliegt. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Dralleinsatz derart angeordnet ist, dass die Flüssigkeit vollständig durch den Dralleinsatz geführt wird. Dadurch wird vermieden, dass Teile der Flüssigkeit nicht verdraht werden und der erfindungsgemäße Effekt des Verdrehens wird weiter erhöht.

[0019] Weiters ist bevorzugt vorgesehen, dass die ringförmige Resonanzkammer in Richtung zur Düsenachse hin offen ist, wobei die ringförmige Austrittsöffnung innen von einer kegeligen Leitfläche begrenzt ist, die nach vorne in Richtung zur zentralen Austrittsöffnung konvergiert und deren nach hinten verlaufende gedachte Verlängerung in die Resonanzkammer eintaucht. Die Leitfläche, welche das aus der Resonanzkammer austretende Schwingungsfeld innen begrenzt, ist somit so angeordnet, dass sich das zu Schwingungen angeregte Zerstäubungsmedium vom Austritt aus der offenen Seite der Resonanzkammer in Richtung zur zentralen Austrittsöffnung der Flüssigkeit nach innen ausbreiten kann. Bevorzugt ist hierbei vorgesehen, dass direkt am Austritt des Zerstäubungsmediums aus der Resonanzkammer an der Innenseite weder eine in Achsrichtung verlaufende Leitfläche noch eine nach außen konvergierende Leitfläche vorgesehen ist, sondern lediglich eine nach innen konvergierende Leitfläche, welche das Schwingungsfeld direkt in den Bereich der zentral austretenden Flüssigkeit gelangen lässt. Es ist bevorzugt ein Freiraum vorgesehen, der sich unmittelbar vom Austritt der nach innen hin gerichteten Resonanzkammer schräg nach vorne und innen bis zur Düsenachse erstreckt und der die gewünschte Ausbreitung des Zerstäubungsmediums zur austretenden Flüssigkeit hin erlaubt.

[0020] Die beschriebene Ausbildung führt im Betrieb vorzugsweise dazu, dass der jetförmig aus der zentralen Austrittsöffnung austretende Flüssigkeitsstrahl kurz nach dem Austritt eingeschnürtwird.

[0021] Das Merkmal der nach innen hin offenen Resonanzkammer bedeutet hierbei, dass die im Querschnitt der ringförmigen Resonanzkammer senkrecht zum Boden der Resonanzkammer verlaufende Linie, insbesondere Symmetrielinie, schräg nach innen vorne zur Düsenachse verläuft. Der Begriff vorne bezeichnet hierbei die Seite der Austrittsöffnung der Düse bzw. die Fließrichtung der Flüssigkeit im zentralen Flüssigkeitskanal in Richtung zur zentralen Austrittsöffnung.

[0022] Diese Ausbildung ermöglicht es, dass das Zerstäubungsmedium direkt aus der Resonanzkammer zur zentralen Austrittsöffnung gelangen und dort mit der Flüssigkeit Zusammenwirken kann. Eine Reflektorfläche zum Umlenken des Zerstäubungsmediums nach innen zur Flüssigkeit ist also nicht nötig. Diese Ausgestaltung führt einerseits dazu, dass die Geschwindigkeit des Zerstäubungsmediums geringer gewählt werden kann, weil das Zerstäubungsmedium zielgerichteter eingesetzt wird. Dadurch besteht beim Erzielen der gleichen Flüssigkeitströpfchengröße wie beim Stand der Technik ein geringerer Bedarf an Zerstäubungsmedium, wodurch die Betriebskosten im Vergleich zu herkömmlichen Zerstäubungsdüsen erheblich reduziert werden können. Andererseits führt diese Ausbildung dazu, dass der Sprühwinkel der Flüssigkeit größer wird. Dadurch wird die Flamme im Betrieb kürzer, wodurch auch der Einsatz

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AT 521 116 B1 2020-03-15 österreichisches patentamt in kleinen Brennräumen möglich ist.

[0023] Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Außenrand der ringförmigen Austrittsöffnung und die zentrale Austrittsöffnung im Wesentlichen in derselben Ebene liegen. Dadurch kann der erfindungsgemäße Effekt weiter verstärkt werden. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die zentrale Austrittsöffnung relativ zum Außenrand der ringförmigen Austrittsöffnung zurückversetzt ist. Diese Ausführung eignet sich besonders für Düsen, die eine besonders kurze Flamme aufweisen sollen. Beide Ausführungsformen ermöglichen es, dass das aus der Resonanzkammer austretende Schwingungsfeld auf direktem Weg und ohne Hindernisse oder Umlenkungen auf die zentral austretende verdrahte Flüssigkeit auftreffen kann.

[0024] Weiters ist bevorzugt vorgesehen, dass der Außenrand der ringförmigen Austrittsöffnung vom Rand der Resonanzkammer gebildet wird. Dadurch ist die Resonanzkammer besonders nahe am Brennbereich angeordnet, wodurch eine effizientere Verbrennung erzielt werden kann.

[0025] Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Resonanzkammer im Längsschnitt im Wesentlichen rechteckig ausgebildet ist. Eine solche Resonanzkammer ist für die Erzeugung von Ultraschallschwingungen und damit für den Zerstäubungseffekt vorteilhaft.

[0026] Um eine gleichmäßige Zerstäubung und eine einfach herzustellende Düse bereitzustellen, ist bevorzugt vorgesehen, dass die Resonanzkammer als umlaufende Nut ausgebildet ist.

[0027] Weiters ist bevorzugt vorgesehen, dass die weiter vorne liegende Seitenwand der Resonanzkammer einen spitzen Winkel, bevorzugt einen Winkel von >45°, insbesondere einen Winkel von 60-80°, insbesondere 70-80°, mit der Düsenachse einschließt. Dadurch ist gewährleistet, dass das Zerstäubungsmedium beim Austritt aus der Resonanzkammer schräg in Richtung zur Düsenachse geführt wird. Die Gestalt des resultierenden Zerstäubungsbildes kann durch diesen Winkel beeinflusst werden.

[0028] Um die Flamme der Düse zielgerichteter nach vorne führen zu können, ist bevorzugt vorgesehen, dass an den Außenrand der ringförmigen Austrittsöffnung axial anschließend eine sich verbreiternde, insbesondere konische Fläche angeordnet ist. Eventuell aus dem Flammbereich ausgetretene Tröpfchen prallen an dieser Fläche ab und werden wieder in die Flamme zurückgeführt. Dadurch wird eine effizientere Verbrennung erzielt.

[0029] Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Flüssigkeitskanal außen durch einen Führungskörper begrenzt ist und der Zerstäubungskanal innen durch den Führungskörper begrenzt ist. Der Führungskörper ist also zwischen dem Flüssigkeitskanal und dem Zerstäubungskanal angeordnet und trennt diese beiden Kanäle. Der Führungskörper ist bevorzugt einteilig ausgebildet, kann aber alternativ auch aus mehreren Teilen bestehen.

[0030] Weiters ist bevorzugt vorgesehen, dass der Zerstäubungskanal eine Ablenkung aufweist, die ausgebildet ist, um das Zerstäubungsmedium um 60°-100°, bevorzugt 70°- 85° zur Achse geneigt über eine Verengung in die Resonanzkammer zu führen. Der Fluss des Zerstäubungsmediums wird aufgrund des vergleichsweise geringen Winkels der Ablenkung hierbei nicht zu sehr beeinträchtigt. Dadurch wird das Fließverhalten des Zerstäubungsmediums verbessert und insbesondere eine homogene Ausbringung aus der Austrittsöffnung bereitgestellt.

[0031] Hierbei ist bevorzugt vorgesehen, dass die Ablenkung durch den Führungskörper gebildet ist und teilweise in die Resonanzkammer ragt. Die Ablenkung ist bevorzugt einteilig mit dem Führungskörper ausgebildet. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Ablenkung an einem pilzförmigen Fortsatz ausgebildet ist und die kegelige Leitfläche auf der der Ablenkung gegenüberliegenden Seite des pilzförmigen Fortsatzes angeordnet ist. Die Ablenkung ist bevorzugt abgerundet ausgebildet, um das Strömungsverhalten zu verbessern. Durch das zumindest teilweise Hineinragen in die Resonanzkammer wird wirkungsvoll verhindert, dass Teile des Zerstäubungsmediums an der Resonanzkammer vorbei direkt zur Austrittsöffnung strömen.

[0032] Weiters ist erfindungsgemäß ein Brenner mit einer erfindungsgemäßen Zerstäubungsdüse vorgesehen.

[0033] Weiters ist die Verwendung einer erfindungsgemäßen Zerstäubungsdüse zum Zerstäu

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AT 521 116 B1 2020-03-15 österreichisches patentamt ben einer Flüssigkeit, insbesondere eines flüssigen Brennstoffs, mit Hilfe eines Zerstäubungsmediums, wobei die zerstäubte Flüssigkeit in den Brennraum einer Brennkammer ausgestoßen wird, vorgesehen.

[0034] Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Hartmanngenerator an der ringförmigen Austrittsöffnung ein Schwingungsfeld erzeugt.

[0035] Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das Schwingungsfeld ein Schwingungsfeld mit einer Frequenz von bevorzugt > 1.000 Hz, insbesondere > 3.000 Hz, bevorzugt 16.00018.000 Hz ist.

[0036] Weiters ist bevorzugt vorgesehen, dass das Schwingungsfeld eine Einschnürung des aus der zentralen Austrittsöffnung austretenden Flüssigkeitsstrahls hervorruft.

[0037] Bei einer bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, dass als Flüssigkeit Heizöl leicht, Heizöl schwer, Lösemittel, Teer, Steinkohleteerpech, chemische hochkalorische Rückstandsflüssigkeiten, chemische niedrigkalorische Rückstandsflüssigkeiten, flüssiger Schwefel, Abfallschwefelsäure in verschiedenen Konzentrationen und/oder Suspensionen eingesetzt wird.

[0038] Weiters ist bevorzugt vorgesehen, dass als Zerstäubungsmedium Dampf, Pressluft, Brenngase, Stickstoff und/oder Sauerstoff eingesetzt wird.

[0039] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In dieser zeigen [0040] Fig. 1 einen Längsschnitt einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zerstäubungsdüse und [0041] Fig. 2 einen Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zerstäubungsdüse.

[0042] In Fig. 1 ist mit 1 ein erster Abschnitt und mit 2 ein zweiter Abschnitt eines Flüssigkeitskanals bezeichnet. Der erste Abschnitt 1 weist einen größeren Durchmesser als der zweite Abschnitt 2 auf. Mit 3 ist ein den Flüssigkeitskanal umgebender ringförmiger Zerstäubungskanal für Zerstäubungsmedium bezeichnet. Zwischen dem Flüssigkeitskanal und dem Kanal 3 für Zerstäubungsmedium ist ein Führungselement 4 angeordnet, welches den Flüssigkeitskanal außen und den Zerstäubungskanal 3 innen begrenzt. Der zweite Abschnitt 2 des Flüssigkeitskanals endet in einer kreisflächenförmigen Austrittsöffnung 5, die innerhalb der ringförmigen Austrittsöffnung 6 des Zerstäubungskanals 3 angeordnet ist. Der Zerstäubungskanal 3 weist eine Resonanzkammer 7 auf, die als Nut und im dargestellten Längsschnitt rechteckig ausgebildet ist. Mit 8 ist die Düsenachse bezeichnet und der Pfeil 9 kennzeichnet die Strömungsrichtung.

[0043] Die ringförmige Austrittsöffnung 6 ist innen von einer kegeligen Leitfläche 10 begrenzt, die nach vorne in Richtung zur zentralen Austrittsöffnung konvergiert und deren nach hinten verlaufende gedachte Verlängerung in die Resonanzkammer 7 eintaucht. In dieser Ausführungsform ist die kegelige Leitfläche 10 auf einem pilzförmigen Fortsatz angeordnet. Auf der der kegeligen Leitfläche 10 gegenüberliegenden Seite des pilzförmigen Fortsatzes ist eine abgerundete Ablenkung 11 angeordnet, die das Zerstäubungsmedium im Kanal 3 in einem Winkel von ca. 90° zur Düsenachse 8 umleitet und in die Resonanzkammer 7 führt.

[0044] Weiters liegen der Außenrand der ringförmigen Austrittsöffnung 6 und die zentrale Austrittsöffnung 5 im Wesentlichen in derselben Ebene. Der Außenrand der ringförmigen Austrittsöffnung 6 wird hierbei durch den vorderen Rand der Resonanzkammer 7 gebildet. Der zweite Abschnitt 2 des Flüssigkeitskanals weist zur zentralen Austrittsöffnung 5 hin eine konische Erweiterung auf.

[0045] Im ersten Abschnitt 1 des Flüssigkeitskanals ist erfindungsgemäß ein Dralleinsatz 12 angeordnet. Der Dralleinsatz 12 ist schraubenförmig ausgebildet und so angeordnet, dass die Flüssigkeit beim Durchtritt durch den ersten Abschnitt 1 vollständig durch den Dralleinsatz 12 geleitet und dabei verdraht wird. Weiters ist der Dralleinsatz 12 im Endbereich des ersten Ab

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Schnitts 1 so angeordnet, dass die verdrahte Flüssigkeit aus dem Dralleinsatz 12 direkt in den zweiten Abschnitt 2 strömt. Der freie Querschnitt des Dralleinsatzes 12 ist hierbei zumindest gleich groß wie der Querschnitt des zweiten Abschnitts 2, um ein Verstopfen in diesem Bereich zu verhindern.

[0046] Im Betrieb werden durch den Flüssigkeitskanal und durch den Zerstäubungskanal 2 eine Flüssigkeit bzw. Zerstäubungsmedium zu den Austrittsöffnungen 5 und 6 geleitet. Die Flüssigkeit wird durch den Dralleinsatz 12 am Weg zur zentralen Austrittsöffnung 5 verdraht. Das Zerstäubungsmedium wird in der Resonanzkammer 7 oszillierend in Schwingung versetzt und trifft im an die Austrittsöffnungen 5 und 6 anschließenden Bereich auf die verdrahte Flüssigkeit, welche dadurch zerstäubt wird.

[0047] In Fig. 2 ist eine abgewandelte Ausbildung der erfindungsgemäßen Zerstäubungsdüse dargestellt, bei der gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind wie in Fig. 1. Im Unterschied zur Ausbildung gemäß Fig. 1 ist der ringförmige Zerstäubungskanal 3 über eine abgerundete Ablenkung 11 nach innen statt nach außen umgelenkt, sodass die Resonanzkammer 7 nach außen hin offen ist. Die ringförmige Austrittsöffnung 6 des Zerstäubungskanals 3 wird an der Außenseite daher von der nach außen divergierenden Leitfläche 13 begrenzt.

Claims

Patentansprüche

1. Zerstäubungsdüse zum Zerstäuben von Flüssigkeiten, insbesondere flüssigem Brennstoff, mit Hilfe eines Zerstäubungsmediums, umfassend einen zentralen Flüssigkeitskanal mit einer zentralen Austrittsöffnung (5) ohne nachgeordneten Ablenkkörper und einen den Flüssigkeitskanal umgebenden Zerstäubungskanal (3) für Zerstäubungsmedium, der einen eine ringförmige Resonanzkammer (7) umfassenden Hartmanngenerator und eine die zentrale Austrittsöffnung (5) umgebende ringförmige Austrittsöffnung (6) aufweist, wobei der Flüssigkeitskanal einen ersten Abschnitt (1) und einen in Strömungsrichtung an den ersten Abschnitt (1) anschließenden zweiten Abschnitt (2) aufweist, wobei der erste Abschnitt (1) einen größeren Querschnitt, insbesondere einen größeren Durchmesser, aufweist als der zweite Abschnitt (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitskanal in Strömungsrichtung vor der zentralen Austrittsöffnung (5) drallerzeugende Mittel, insbesondere einen Dralleinsatz (12) aufweist, wobei die drallerzeugenden Mittel, insbesondere der Dralleinsatz (12), im ersten Abschnitt (1) des Flüssigkeitskanals, bevorzugt in Strömungsrichtung im Endbereich des ersten Abschnitts (1), angeordnet sind.
2. Zerstäuberdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die drallerzeugenden Mittel, insbesondere der Dralleinsatz (12), einen schraubenlinienförmigen Strömungskanal aufweist bzw. ausbildet.
3. Zerstäuberdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt (2) zumindest teilweise einen sich in Strömungsrichtung vergrößernden Querschnitt, insbesondere einen sich in Strömungsrichtung verbreiternden, vorzugsweise konischen Längsschnitt, aufweist.
4. Zerstäuberdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dralleinsatz (12) in zumindest einem Bereich an der Innenwand des Flüssigkeitskanals anliegt.
5. Zerstäuberdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Resonanzkammer (7) in Richtung zur Düsenachse (8) hin offen ist, wobei die ringförmige Austrittsöffnung (6) innen von einer kegeligen Leitfläche (10) begrenzt ist, die nach vorne in Richtung zur zentralen Austrittsöffnung (5) konvergiert und deren nach hinten verlaufende gedachte Verlängerung in die Resonanzkammer (7) eintaucht.
6. Zerstäubungsdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenrand der ringförmigen Austrittsöffnung (6) und die zentrale Austrittsöffnung (5) im Wesentlichen in derselben Ebene liegen.
7. Zerstäubungsdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Austrittsöffnung (5) relativ zum Außenrand der ringförmigen Austrittsöffnung (6) zurückversetzt ist.
8. Zerstäubungsdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenrand der ringförmigen Austrittsöffnung (6) vom Rand der Resonanzkammer (7) gebildet wird.
9. Zerstäubungsdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonanzkammer (7) im Längsschnitt im Wesentlichen rechteckig ausgebildet ist.
10. Zerstäubungsdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonanzkammer (7) als umlaufende Nut ausgebildet ist.
11. Zerstäubungsdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die weiter vorne liegende Seitenwand der Resonanzkammer (7) einen spitzen Winkel, bevorzugt einen Winkel von >45°, insbesondere einen Winkel von 60-75°, mit der Düsenachse (8) einschließt.

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12. Zerstäubungsdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass an den Außenrand der ringförmigen Austrittsöffnung (6) axial anschließend eine sich verbreiternde, insbesondere konische Fläche angeordnet ist.
13. Zerstäubungsdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitskanal außen durch einen Führungskörper (4) begrenzt ist und der Zerstäubungskanal (3) innen durch den Führungskörper (4) begrenzt ist.
14. Zerstäubungsdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Zerstäubungskanal (3) eine Ablenkung (11) aufweist, die ausgebildet ist, um das Zerstäubungsmedium um 60°-100°, bevorzugt 70°-85° zur Achse (8) geneigt über eine Verengung in die Resonanzkammer (7) zu führen.
15. Zerstäubungsdüse nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkung (11) durch den Führungskörper (4) gebildet ist und teilweise in die Resonanzkammer (7) ragt.
16. Brenner mit einer Zerstäubungsdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 15.
17. Verwendung einer Zerstäubungsdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 15 zum Zerstäuben einer Flüssigkeit, insbesondere eines flüssigen Brennstoffs, mit Hilfe eines Zerstäubungsmediums, wobei die zerstäubte Flüssigkeit in den Brennraum einer Brennkammer ausgestoßen wird.
18. Verwendung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Hartmanngenerator an der ringförmigen Austrittsöffnung ein Schwingungsfeld erzeugt.
19. Verwendung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingungsfeld eine Frequenz von bevorzugt > 1.000 Hz, insbesondere > 3.000 Hz aufweist.
20. Verwendung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingungsfeld eine Einschnürung des aus der zentralen Austrittsöffnung austretenden Flüssigkeitsstrahls hervorruft.
21. Verwendung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass als Flüssigkeit Heizöl leicht, Heizöl schwer, Lösemittel, Teer, Steinkohleteerpech, chemische hochkalorische Rückstandsflüssigkeiten, chemische niedrigkalorische Rückstandsflüssigkeiten, flüssiger Schwefel, Abfallschwefelsäure in verschiedenen Konzentrationen und/oder Suspensionen eingesetzt wird.
22. Verwendung nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass als Zerstäubungsmedium Dampf, Pressluft, Brenngase, Stickstoff und/oder Sauerstoff eingesetzt wird.