Zerstäubungsbrenner Die Erfindung betrifft einen Zerstäubungsbrenner. Es ist bekannt, dass ein Schallschwingungsfeld hoher Energie dadurch erhalten werden kann, dass ein Gas strahl hoher Geschwindigkeit in einen entsprechend abge stimmten Hohlraum geleitet und so in Resonanzschwin- gung gebracht wird. Ein solcher Resonator wird perio disch in starke Druckschwankungen von Resonanzfre quenz versetzt. Der Gasstrahl hoher Geschwindigkeit wandelt sich dabei in einen Schallstrahl hoher Intensität um.
Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe, einen Brenner mit besonders widerstandsfähigem Resonator zu schaffen, der auch für die Versprühung von wegen ihrer Viskosität und korrodierenden Eigenschaften ungünsti gen. flüssigen Brennstoffen geeignet ist und wirksam arbeitet und dennoch, insbesondere der Resonator, ein fach herstellbar ist und nur eine geringe Tendenz zur Verstopfung aufweist.
Der erfindungsgemässe Brenner ist gekennzeichnet durch a) ein Gehäuse mit voneinander getrennten Gas- und Flüssigkeitszufuhrkanälen in konzentrischer Anord nung; b) eine Gasausströmöffnung am Ende des Gaska nals; c) ein Umlenkstück mit gegen die Gasausströmöff- nung gerichteter Hohlkehle, welches Umlenkstück mit dem Gehäuse in steifer Verbindung steht;
d) eine aus dem Gehäuse herausgearbeitete, als Resonator wirkende Ringnut in konzentrischer Anord nung zur Gasausströmöffnung und e) eine Flüssigkeitsausströmöffnung am Ende des Flüssigkeitszufuhrkanals in konzentrischer Anordnung zum Resonator.
Durch diese erfindungsgemässe Ausbildung ergibt sich ein widerstandsfähiger und dauerhaft funktionieren der Brenner. Ferner kann die Herstellung dieses Brenners dadurch vereinfacht werden, dass der Gaseinlasskanal einfach gebohrt werden kann.
Es hat sich allerdings ergeben, dass es nicht möglich ist, einen solchen Zerstäubungsbrenner wahlweise auch mit gasförmigem Brennstoff anstatt mit flüssigem Brenn stoff zu betreiben, was offenbar auf die Kompressionsfä higkeit des gasförmigen Brennstoffes zurückzuführen ist, welche ein geregeltes Austreten des Gases aus der engen Mündung des für den flüssigen Brennstoff dienenden Kanals im Bereiche des Schwingungsfeldes verhindert.
Es ist daher vorteilhaft, einen weiteren konzentri schen Zufuhrkanal für einen gasförmigen Brennstoff anzuordnen, wodurch ein wahlweiser Betrieb der Zer- stäuberdüse mit flüssigem oder gasförmigem Brennstoff und sogar ein gleichzeitiger Betrieb mit beiden Brenn stoffarten möglich ist.
Eine weitere Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes kann daher in einem Zerstäu- bungsbrenner bestehen, der drei voneinander gesonderte Ausströmkanäle in konzentrischer Anordnung aufweist, wovon der äusserste Kanal zur Zufuhr eines brennbaren Gases und von den beiden inneren Ausströmkanälen einer für die Zufuhr eines flüssigen Brennstoffes und der andere für die Zufuhr eines Druckgases dienen kann, wobei das Umlenkstück den inneren Druckgasstrom der als Resonator dienenden Ringnut zuleiten kann,
durch welche das Druckgas in einen im wesentlichen im Ultraschallbereich liegenden Schwingungszustand ver- s2tzbar ist.
Im Falle des Betriebes mit flüssigem Brennstoff allein kann das Schwingungsfeld zur Zerstäubung desselben und zur Mischung des Brennstoffhebels mit der Verbren nungsluft dienen. Im Falle des Betriebes mit gasförmi gem Brennstoff allein kann das Schallfeld die innige Durchmischung des brennbaren Gases mit der Verbren nungslift bewirken. Im Falle eines gemischten Betriebes können beide Wirkungen nebeneinander eintreten.
Bei bekannten Zerstäubungsbrennern besteht weiters der Nachteil, dass sich der aus der Zerstäuberdüse austretende Brennstoff, z.B. ein Ölnebel, mit der zuge führten Verbrennungsluft nicht an der Düse selbst, 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 weite Entfernung von dieser erlischt.
Um dies zu vermeiden, ist es bekannt geworden, im Bereich der Zerstäuberdüse Stauscheiben vorzusehen, durch welche die achsparallel zugeleitete Verbrennungs luft 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.
Diese bekannten Stauscheiben weisen jedoch, abgese hen davon, dass sie einen weiteren Bauteil darstellen, der im Brennraum montiert werden muss, den Nachteil auf, dass sie infolge des Rückstaues stark zur Verkorkung neigen und infolge der aggresiven Bestandteile der Brenn stoffe einer baldigen Korrosion unterworfen und daher sehr störanfällig sind bzw. oftmals durch neue ersetzt werden müssen.
Vorteilhafterweise kann die Brenneranordnung so getroffen werden, dass auch unter Verzicht auf Stauschei ben die Lage der Flamme nahe der Düse stabilisiert werden kann. Zur Erreichung dieses Zieles können mit Vorteil für die Luftzufuhr zwei zum Brennerrohr kon zentrische Kanäle vorgesehen sein, wobei die Strömungs geschwindigkeit der Luft im äusseren Kanal grösser als jene im inneren Luftzuführungskanal sein kann.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist der innere Luftkanal einen annähernd konstanten Quer schnitt auf und ist nahe der Mündung in den Brennraum, mit vorzugsweise zur Längsachse um 30 bis 60 geneigten Drallblechen versehen. Demgegenüber verengt sich zweckmässig der Querschnitt des äusseren Luftka nals vor der Mündung in den Brennraum, um so die Strömungsgeschwindigkeit der Luft zu erhöhen, wobei in der Verengung zur Längsachse um 40 bis 70 ebenfalls geneigte Drallbleche vorgesehen sein können.
Nachstehend sind anhand der Zeichnungen Ausfüh rungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zei gen: Fig. 1 einen erfindungsgemässen Zerstäubungsbren- ner 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 Fig. 1 oder 2 in einer Brenneranordnung, ebenfalls in axialem Längsschnitt.
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 Kanals 2 ein pilzförmiger Umlenkkörper 14, der das ausströmen de Druckgas gegen einen als Ringnut 15 ausgebildeten Resonator leitet, wodurch sich nach bekannten physikali schen Gesetzen ein im wesentlichen im Ultraschallbereich liegendes Schwingungsfeld erzeugen lässt.
Dieses Schwin gungsfeld bewirkt dann die feinste Zerstäubung des unmittelbar daneben aus der verengten Mündung 17 des Kanals 3 austretenden Brennstoffstrahles und auch die innige Mischung des Brennstoffes mit der Verbrennungs luft.
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.
Aus der Gesamtdarstellung des Brennerrohres 1 in Fig. 3 sieht man den mittleren Kanal 2 für die Zufuhr eines Druckgases (Druckluft oder brennbares Gas) und den äusseren Kanal 3 mit konzentrischem Ringquer schnitt 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, gasförmigen Brennstoffes bestimmt ist. In diesem Kanal 4 sind Drallbleche 5 mit einem Stei gungswinkel zwischen 20 und 45 , zur Erzielung einer schraubenförmigen Strömung, sowie eine Verengung 6 vorgesehen, welche zur Beschleunigung, des aus der Mündung 7 strömenden Gases dient.
Im Mündungsbe reich erweitert sich der Kanal, vorzugsweise nach Art einer Lavaldüse, wobei er aussen durch den zylindrischen Mantel 8 und innen durch einen Konus 9 begrenzt ist.
Durch entsprechende Wahl des Druckes und der Austrittsgeschwindigkeit des brennbaren Gases sowie des Drallwinkels lässt sich die Lage und Form der Gasflam me weitestgehend beeinflussen. Sie kann dadurch schmä ler gehalten oder in eine buschigere Form gebracht werden.
Das zur Erzeugung des Schwingungsfeldes dienende Druckgas kann brennbares Gas sein und gegebenenfalls unter Einschaltung einer Druckreduktionseinrichtung aus einer und derselben Zuleitung oder demselben Druck gasbehälter wie das der Leitung 2 zugeführte Gas stammen, vorausgesetzt, dass der Druck für die Bildung des Schwingungsfeldes ausreicht. Man kann hierfür aber auch Druckluft verwenden, die dann einen Teil der erforderlichen Verbrennungsluft darstellt.
In Fig. 4 ist der Einbau eines Brennerrohres mit einer Düse nach den Fig. 1 und 2 in eine Brenneranordnung dargestellt. 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, von denen der eine für die Zufuhr des Brennstoffes und der andere für ein Druckgas zur Erzielung der Zerstäu- bungswirkung dient.
Konzentrisch um das Brennerrohr sind zwei Luftzu- fuhrkanäle 26 und 27 angeordnet. Der innere Luftzufuhr kanal 26 weist über seine gesamte Länge einen gleichen Ringquerschnitt auf. Nahe seiner Mündung in den Brennraum 25 sind Drallbleche 28 vorgesehen, die, ähnlich den Drallblechen 5 der Fig. 3, zur Brennerlängs- achse in einem Winkel von 30 bis 60 stehen.
Der äussere Zufuhrkanal 27, der einen wesentlich grösseren Querschnitt aufweist, verjüngt sich bei 29 vor der Mündung in den Brennraum 25 und ist dort ebenfalls mit Drallblechen 28', die zur Brennerlängsachse in einem Winkel von 40 bis 70 stehen, versehen. An den hinteren Enden der Luftzufuhrkanäle 26 und 27 sind Stellschieber 30 und 31 vorgesehen, die über durch die Hülsen 32 und 33 gleitende Stössel 34 und 35 bewegbar sind und mittels Schrauben 36 und 37 in ihrer Lage feststellbar sind.
Weiters stehen die Luftzufuhrkanäle mit einem gemeinsamen Zufuhrkanal 40 in Verbindung, in dem eine Klappe 39 vorgesehen ist.
Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Bei Zündung der Flamme an der Düse 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 strömende Luft eine höhere Ge schwindigkeit aufweist als die vom inneren Luftzufuhr kanal 26 ausströmende Luft. Es sei bemerkt, dass die Luftströme beider Kanäle 27 und 28 einen starken Drall aufweisen.
Dadurch und durch die unterschiedlichen Aus- strömgeschwindigkeiten bilden sich im Bereich der Bren- nerdüse 22 starke Luftwirbel aus, die zu einer intensiven Vermischung der Verbrennungsluft mit dem an der Bren- nerdüse 22 zerstäubt austretenden Brennstoff führen. Auf diese Weise kann die Flamme an der Brennerdüse 22 stabilisiert werden.
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 übliche 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.
Durch die Möglichkeit, die durch die beiden Kanäle 26 und 27 zugeführten Mengen der Verbrennungsluft in weiten Grenzen zu variieren, kann die Flamme beein- flusst werden.
Atomizing Burner The invention relates to an atomizing burner. It is known that a high-energy sound oscillation field can be obtained by directing a high-speed gas jet into a correspondingly tuned cavity and thus making it oscillate in resonance. Such a resonator is periodically set in strong pressure fluctuations of Resonanzfre frequency. The high-speed gas jet is converted into a high-intensity sound jet.
The present invention solves the problem of creating a burner with a particularly robust resonator, which is also suitable for the spraying of liquid fuels unfavorable because of their viscosity and corrosive properties and which works effectively and yet, in particular the resonator, can be easily produced and has little tendency to clog.
The burner according to the invention is characterized by a) a housing with separate gas and liquid supply channels in a concentric arrangement; b) a gas outlet at the end of the gas channel; c) a deflection piece with a groove directed towards the gas discharge opening, which deflection piece is rigidly connected to the housing;
d) an annular groove worked out of the housing and acting as a resonator in a concentric arrangement to the gas discharge opening and e) a liquid discharge opening at the end of the liquid supply channel in a concentric arrangement with the resonator.
This design according to the invention results in a more resistant and durable function of the burner. Furthermore, the manufacture of this burner can be simplified in that the gas inlet channel can be simply drilled.
However, it has emerged that it is not possible to operate such an atomizing burner optionally with gaseous fuel instead of liquid fuel, which is apparently due to the compressibility of the gaseous fuel, which allows the gas to escape from the narrow mouth in a controlled manner of the channel used for the liquid fuel in the area of the vibration field.
It is therefore advantageous to arrange a further concentric supply channel for a gaseous fuel, which enables the atomizer nozzle to be operated with liquid or gaseous fuel and even to operate simultaneously with both types of fuel.
A further embodiment of the subject matter of the invention can therefore consist of an atomization burner which has three separate outflow channels in a concentric arrangement, of which the outermost channel for the supply of a combustible gas and of the two inner outflow channels one for the supply of a liquid fuel and the other for the supply of a compressed gas can serve, wherein the deflection piece can feed the inner compressed gas flow to the annular groove serving as a resonator,
by means of which the compressed gas can be converted into an oscillation state essentially in the ultrasonic range.
In the case of operation with liquid fuel alone, the oscillation field can serve to atomize the same and to mix the fuel lever with the combustion air. In the case of operation with gaseous fuel alone, the sound field can cause the combustible gas to be intimately mixed with the combustion lift. In the case of a mixed operation, both effects can occur side by side.
Known atomizing burners also have the disadvantage that the fuel emerging from the atomizing nozzle, e.g. An oil mist with the supplied combustion air not ignited at the nozzle itself, but only at a distance from it. This can result in the flame moving further and further away from the atomizer nozzle and ultimately extinguishing if it is too far away from it.
In order to avoid this, it has become known to provide baffle plates in the area of the atomizer nozzle, through which the axially parallel supplied combustion air is deflected towards the center. As a result of the vortex formation caused by this, the fuel is mixed more quickly and more intensively with the air, so that the flame at the nozzle can be stabilized.
However, apart from the fact that they represent a further component that must be installed in the combustion chamber, these known baffle plates have the disadvantage that they tend to cork due to the backwater and are subject to rapid corrosion due to the aggressive components of the fuel therefore are very prone to failure or often have to be replaced by new ones.
The burner arrangement can advantageously be made in such a way that the position of the flame near the nozzle can be stabilized even if there is no stub disks. To achieve this goal, two channels concentric to the burner tube can be provided with advantage for the air supply, the flow rate of the air in the outer channel being greater than that in the inner air supply channel.
According to a preferred embodiment, the inner air duct has an approximately constant cross section and is provided near the opening in the combustion chamber, with swirl plates preferably inclined by 30 to 60 to the longitudinal axis. In contrast, the cross-section of the outer Luftka channel appropriately narrows in front of the opening into the combustion chamber in order to increase the flow rate of the air, whereby swirl plates inclined by 40 to 70 can also be provided in the narrowing to the longitudinal axis.
Examples of the invention are explained in more detail below with reference to the drawings. It shows: FIG. 1 an atomizing burner according to the invention in axial longitudinal section, FIG. 2 this burner with a further channel surrounding it,
3 shows a schematic longitudinal section through a burner tube with an atomizing burner according to FIG. 2 and FIG. 4 shows an atomizing burner according to FIG. 1 or 2 in a burner arrangement, also in an axial longitudinal section.
1, which shows the burner nozzle alone, shows a central tube 11 with a channel 2 for a pressurized gas and an outer tube 12, the distance of which from the tube 11 forms the channel 3 for the liquid fuel. On a centrally mounted rod 13 sits in front of the mouth of the channel 2, a mushroom-shaped deflector 14, which directs the outflowing de pressurized gas against a resonator designed as an annular groove 15, which can generate an oscillation field lying essentially in the ultrasonic range according to known physical laws.
This oscillation field then causes the finest atomization of the directly next to it from the narrowed mouth 17 of the channel 3 exiting fuel jet and also the intimate mixture of the fuel with the combustion air.
FIG. 2 shows a burner nozzle which differs from that according to FIG. 1 only in that it is surrounded by a further annular channel 4 which is delimited on the one hand by the outer wall of the pipe 12 and on the other hand by a pipe 8. Through this channel 4 another medium, e.g. also a compressed gas can be fed to the nozzle.
From the overall view of the burner tube 1 in Fig. 3 you can see the middle channel 2 for the supply of a compressed gas (compressed air or combustible gas) and the outer channel 3 with a concentric ring cross-section for the supply of a pressurized liquid fuel. These components are encased in the front part to form the further concentric annular channel 4, which is intended for supplying a pressurized, gaseous fuel. In this channel 4, swirl plates 5 are provided with a pitch angle between 20 and 45, to achieve a helical flow, and a constriction 6, which is used to accelerate the gas flowing out of the mouth 7.
In the Mündungsbe rich the channel widens, preferably in the manner of a Laval nozzle, it being delimited on the outside by the cylindrical jacket 8 and on the inside by a cone 9.
The position and shape of the gas flame can be largely influenced by appropriate selection of the pressure and the exit speed of the combustible gas as well as the swirl angle. It can be kept narrower or made into a bushier shape.
The compressed gas used to generate the oscillation field can be combustible gas and, if necessary, with the involvement of a pressure reduction device, come from the same supply line or the same pressure gas container as the gas supplied to line 2, provided that the pressure is sufficient for the formation of the oscillation field. However, compressed air can also be used for this, which then represents part of the required combustion air.
FIG. 4 shows the installation of a burner tube with a nozzle according to FIGS. 1 and 2 in a burner arrangement. In the center of the burner arrangement is the burner tube 21, which carries the burner nozzle 22 at the front end. At its rear end, the burner tube is provided with two connections 23 and 24, one of which is used to supply the fuel and the other for a compressed gas to achieve the atomizing effect.
Two air supply ducts 26 and 27 are arranged concentrically around the burner tube. The inner air supply channel 26 has the same ring cross section over its entire length. Swirl plates 28 are provided near its opening into the combustion chamber 25, which, similar to the swirl plates 5 in FIG. 3, are at an angle of 30 to 60 to the burner longitudinal axis.
The outer feed channel 27, which has a much larger cross-section, tapers at 29 in front of the opening into the combustion chamber 25 and is also provided there with swirl plates 28 'which are at an angle of 40 to 70 to the longitudinal axis of the burner. At the rear ends of the air supply ducts 26 and 27, adjusting slides 30 and 31 are provided, which can be moved by pushers 34 and 35 sliding through the sleeves 32 and 33 and can be locked in their position by means of screws 36 and 37.
Furthermore, the air supply ducts are connected to a common supply duct 40 in which a flap 39 is provided.
The mode of operation of the arrangement is as follows: When the flame is ignited at the nozzle 22, the necessary combustion air is supplied via the channels 26 and 27. Appropriate setting of the adjusting slides 30 and 31 ensures that the air flowing from the air supply duct 27 has a higher speed than the air flowing out of the inner air supply duct 26. It should be noted that the air flows in both channels 27 and 28 have a strong swirl.
As a result, and as a result of the different outflow velocities, strong air vortices form in the area of the burner nozzle 22, which lead to an intensive mixing of the combustion air with the fuel emerging in atomized form at the burner nozzle 22. In this way, the flame at the burner nozzle 22 can be stabilized.
The particular advantage of this device is therefore to be seen in the fact that the baffle plates in the combustion air supply that were customary up to now can be dispensed with. Furthermore, due to the intensive mixing of the fuels with the combustion air, the space 25 in front of the burner nozzle 22 can open into the main combustion chamber at a right angle without the usual bevel, without having to fear an escape of unburned gases. In addition, the shape of the flame can be greatly influenced.
The flame can be influenced by the possibility of varying the quantities of combustion air supplied through the two channels 26 and 27 within wide limits.