Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wirbelzerstäuber zum Zerstäuben von unter Druck zugeführtem, flüssigem Brennstoff.
Die Emission von Stickstoffoxiden von Öfen, Heizkesseln usw. bildet eine der Ursachen der Luftverschmutzung und stellt ein ernsthaftes Problem dar. Bei den bekannten Wirbelzerstäubern tritt der verwirbelte, flüssige Brennstoff kontinuierlich aus der Mündung einer Düse aus, wobei eine einzige relativ grosse Flamme mit einer hohen Flammentemperatur erzeugt wird, so dass die Verbrennungsprodukte längere Zeit in der Flamme bleiben, wodurch die Menge an Stickstoffoxiden in den endgültigen Verbrennungsprodukten zunimmt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Wirbelzerstäubers zum Zerstäuben von unter Druck zugeführtem, flüssigem Brennstoff, mit dem eine vollständige Verbrennung des Brennstoffes bei relativ niedriger Temperatur erzielbar ist, so dass praktisch keine die Luft verunreinigenden Stoffe, wie StickstoffoxideJ auftreten.
Diese Aufgabe wird bei dem Wirbelzerstäuber zum Zerstäuben von unter Druck zugeführtem, flüssigem Brennstoff nach der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, dass um oder benachbart der Düsenmündung eines Wirbeleinsatzes mehrere Vorsprünge, Nuten oder Ausnehmungen um gleiche Winkel zueinander versetzt angeordnet sind, so dass der aus der Düsenmündung in Form eines Sprühnebels austretende Brennstoff auf die Vorsprünge, Kanäle, Nuten oder Ausnehmungen trifft oder von diesen geführt und in mehrere Sprüh strahlen unterteilt wird. Dadurch werden mehrere kleine Flammen mit einer grossen Gesamtflammenoberfläche erhalten. Dies hat eine bessere Wärmeabstrahlung zur Folge, durch die die Flammentemperatur verringert und die Erzeugung von Stickstoffoxiden verhindert wird.
Nachfolgend werden anhand der beiliegenden Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. In den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1A einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 1B eine Vorderansicht des ersten Ausführungsbeispieles,
Fig. 2A einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 2B eine Vorderansicht des zweiten Ausführungsbeispiels,
Fig. 2C einen Längsschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 2D eine Vorderansicht des dritten Ausführungsbeispiels,
Fig. 3A einen Längsschnitt durch ein viertes Ausführungs beispiel der Erfindung,
Fig. 3B eine Vorderansicht des vierten Ausführungsbeispieles,
Fig. 3C einen vergrösserten Schnitt durch den Wirbeleinsatz des vierten Ausführungsbeispiels,
Fig. 3D eine Vorderansicht des Wirbeleinsatzes nach der Fig. 3C,
Fig.
3E einen Schnitt durch eine erste Abwandlung des Wirbeleinsatzes nach den Figuren 3C und 3D,
Fig. 3F eine Vorderansicht des Wirbeleinsatzes nach der Fig. 3E,
Fig. 3G einen Schnitt durch eine zweite Abwandlung des Wirbeleinsatzes nach den Figuren 3C und 3D,
Fig. 3H eine Vorderansicht des Wirbeleinsatzes nach der Fig. 3G,
Fig. 4A einen Längsschnitt durch ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 4B eine vergrösserte, perspektivische Ansicht des Wirbeleinsatzes des fünften Ausführungsbeispiels,
Fig. 4C eine Vorderansicht des Wirbeleinsatzes nach der Fig. 4B,
Fig. 4D einen Schnitt längs derj Linie D-D in der Fig.
4C, und
Fig. 4E eine Rückansicht des Wirbeleinsatzes nach der Fig. 4B.
Das in den Fig. 1A und 1B dargestellte erste Ausführungsbeispiel des Wirbelzerstäubers nach der Erfindung umfasst einen Düsenhalter 1 mit einem Brennstoffdurchlass 2 für flüssigen Brennstoff, einen Brennstoffzufuhrring 3 mit Brennstoffkanälen 4, die mit dem Brennstoffdurchlass 2 in Verbindung stehen, einen Wirbeleinsatz 5 und eine Düsenkappe 9.
Der Wirbeleinsatz 5 hat tangentiale Nuten 6, die mit den Brennstoffkanälen im Brennstoffzufubrring 3, einer Wirbel kammer 7 und über diese mit einer Düsenmündung 8 in Verbindung stehen. Der unter Druck stehende flüssige Brennstoff strömt durch den Durchlass 2 im Düsenhalter 1, die Kanäle 4 im Brennstoffzufuhrring 3, die tangentialen Nuten 6 und die Wirbelkammer 7 im Wirbeleinsatz 5 und tritt aus der Mündung 8 in Form eines konischen Sprühnebels aus, wie dies auch bei den bekannten Zerstäubern der Fall ist.
Bei dem erfindungsgemässen Wirbelzerstäuber sind jedoch auf der Düsenkappe 9 sechs Stäbe 10 vorgesehen, die, um gleiche Winkel zueinander versetzt, auf einem mit der Mündung 8 koaxialen Kreis 12 angeordnet sind und sich von der Düsenkappe aus nach vorn erstrecken. Durch die sechs Stäbe 10 wird der aus der Mündung 8 austretende, konische Sprühnebel in sechs Sprühnebelstrahlen 11 aufgeteilt. Die Stäbe 10 können sich auch vom vorderen Ende des Wirbeleinsatzes 5 aus nach vorn erstrecken.
Der flüssige Brennstoff gelangt über den Durchlass 2 des Düsenhalters 1, die Kanäle 4 im Brennstoffzufuhrring und die tangentialen Nuten 6 in die Wirbelkammer 7, wird in dieser verwirbelt und tritt in Form eines Sprühkegels aus der Mündung 8 des Zerstäubers aus. Der Sprühkegel trifft auf die auf der Düsenkappe 9 montierten Stäbe 10 und wird von diesen in einzelne Brennstoffsprühstrahlen 11 aufgeteilt.
Das in den Figuren 2A und 2B dargestellte, zweite Ausführungsbeispiel des Wirbelzerstäubers nach der Erfindung hat im wesentlichen den gleichen Aufbau wie das erste Ausführungsbeispiel mit der Ausnahme, dass die Düsenkappe 9 einen Käfig aufweist, der mit Sprühöffnungen 14 versehen ist, welche die Stäbe 10 ersetzen. Der Vorderteil 13 der Düsenkappe 9 besitzt eine Mehrzahl Sprühöffnungen 14, welche auf einem Sprühkegel liegen, dessen Spitze in der Mündung 8 liegt und dessen Öffnungswinkel von der Form der Mündung 8 sowie dem Druck, der Viskosität und dem spezifischen Gewicht des flüssigen Brennstoffes abhängt.
Bei dem Zerstäuber nach den Figuren 2A und 2B strömt der Brennstoff vom Durchlass 2 des Düsenhalters 1 über die Kanäle 4 des Brenn stoffzufuhrringes 3 und über die tangentialen Nuten 6 in die Wirbelkammer 7 des Wirbeleinsatzes 5, wird in dieser verwirbelt und tritt in Form eines konischen Sprühnebels aus der Mündung 8 aus. Da der Vorderteil 13 der Düsenkappe 9 die Form eines Käfigs besitzt, wird der aus der Mündung 8 austretende Sprühnebel durch die sechs Sprühöffnungen 14 des Käfigs in sechs Sprühstrahlen 11 aufgeteilt.
Das in den Figuren 2C und 2D dargestellte, dritte Ausführungsbeispiel des Wirbelzerstäubers nach der Erfindung ist im Aufbau dem zweiten Ausführungsbeispiel nach den Figuren 2A und 2B ähnlich, ausser dass der Vorderteil 15 der Düsenkappe 9 massiv ist und sechs Sprühkanäle 16 aufweist.
Die Achsen der Sprühkanäle 16 liegen auf der Oberfläche eines Kegels, dessen Achse mit der Achse der Düsenkappe 9 zusammenfällt. Die Sprühkanäle 16 haben die Form von Kegelstümpfen, wie am besten aus der Fig. 2D ersichtlich ist.
Dadurch werden sechs konische Sprühstrahlen 11 erhalten.
Bei allen erwähnten Ausführungsbeispielen sind der Wirbeleinsatz 5 und die Düsenkappe 9 getrennte Teile. Dies ist jedoch nicht notwendig; der Winkeleinsatz 5 und die Düsenkappe 9 können auch einstückig sein.
Das in den Figuren 3A bis 3H in mehreren Abwandlungen dargestellte, vierte Ausführungsbeispiel des Wirbelzerstäubers nach der Erfindung hat einen ähnlichen Aufbau wie das erste Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1A und 1B, ausser dass es keine Stäbe 10 besitzt und die Düsenmündung 8 nicht rund ist. Die Mündung 8 weist statt dessen tangentiale oder radiale Nuten 17 oder Vorsprünge 17' auf, wie in den Figuren z. B. 3D, 3F bzw. 3H dargestellt.
Wie aus den Figuren 3A und 3B ersichtlich ist, strömt der Brennstoff vom Durchlass 2 des Düsenhalters 1 über die Kanäle 4 im Brennstoffzufuhrring 3 und über die Nuten 6 in die Wirbelkammer 7, wird in dieser verwirbelt und tritt in Form eines Sprühnebels aus der Mündung 8 aus.
Wie die Figuren 3C und 3D zeigen, sind um die Mündung 8 herum vier um gleiche Winkel zueinander versetzte Nuten 17 angeordnet, durch die der unter hohem Druck aus der Mündung 8 austretende Brennstoffsprühnebel in einzelne, getrennte Sprühstrahlen unterteilt wird.
Die radialen Nuten oder Ausnehmungen 17 sind, wie die Figuren 3E und 3F zeigen, um die Mündung 8 herum um gleiche Winkel zueinander versetzt angeordnet. Die radialen Nuten oder Ausnehmungen 17 haben einen halbkegeligen Querschnitt, wie am besten aus der Figur 3E ersichtlich ist.
Der aus der Mündung 8 austretende Brennstoffsprühnebel wird ebenfalls in einzelne, getrennte Sprühnebelstrahlen geteilt.
Bei der in den Figuren 30 und 3H dargestellten Abwandlung erstrecken sich die um gleiche Winkel zueinander versetzten Vorsprünge 17' in die Mündung 8 radial nach innen, so dass der aus der Mündung 8 austretende Brennstoffsprühnebel ebenfalls in mehrere getrennte Sprühnebelstrahlen aufgeteilt wird.
Allgemein gesagt, besitzt das dritte Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl von um gleiche Winkel zueinander versetzten, symmetrischen Nuten oder Vorsprüngen, die um die Düsenmündung ausgebildet sind, so dass der aus dieser Mündung austretende Brennstoffsprühnebel in mehrere, getrennte Sprühnebelstrahlen geteilt wird.
Die Figuren 4A bis 4H zeigen ein fünftes Ausführungsbeispiel des Wirbelzerstäubers nach der Erfindung, bei dem der Rand der Mündung 8 eine Reihe von sägezahnförmigen Schlitzen aufweist. Wie die Fig. 4A zeigt, besitzt dieser Zerstäuber wieder einen Düsenhalter 1, einen Brennstoffzufuhrring 3, einen Wirbelansatz 5, der eine Düsenmündung 8 mit den sägezahnförmigen Schlitzen 18 aufweist und eine Düsenkappe 9, welche die genannten Teile zusammenhält. Der Brennstoff strömt wieder vom Durchlass 2 im Düsenhalter 1 über die Kanäle 4 im Brennstoffzufuhrring 3 und die tangentialen Nuten 6 im Wirbeleinsatz 5 in dieWirbelkammer 7 und tritt aus dieser durch die Düsenmündung 8 aus. Die Wirkung dieses Zerstäubers beruht auf dem Brechen des aus der Mündung 8 austretenden Brennstoffsprühnebels unter Bildung von Sprühnebelstrahled in einer Ebene in axialer Richtung.
Diese Wirkung wird durch die sägezahnförmigen Schlitze 18 erzielt, deren Form am besten aus der Schrägansicht der Fig. 4B ersichtlich ist. Durch den Eintritt des Brennstoffs über die tangentialen Nuten 6 in die Wirbelkammer 7 wird eine Wirbelströmung erzeugt, so dass aus der Mündung 8 der Brennstoffsprühnebel in einer tangentialen Richtung austritt, die zu der durch die Schlitze 18 gehenden Achse parallel ist. Dadurch werden getrennte Sprühnebelstrahlen in einer bestimmten Ebene erhalten. Der als Wirbelströmung durch die Düsenmündung 8 austretende Brennstoff wird längs einer Ebene versprüht, die die Achse der Mündung 11 und die Sprühlinie (die Linie, welche die Punkte 0 und P in der Fig. 4B verbindet) enthält, ohne gegen eine Konturlinie (die Linie, welche die Punkte P und Q in der Fig. 4B verbindet) zu stossen.
Dadurch wird der Brennstoff längs getrennter Ebenen, die die Achse der Mündung 8 enthalten, versprüht.
Wie bereits erwähnt, ermöglicht der Wirbelzerstäuber nach der vorliegenden Erfindung das Versprühen des unter Druck zugeführten, flüssigen Brennstoffs in Form getrennter Sprühnebelstrahlen, wodurch eine Mehrzahl kleiner Flammen erhalten wird. Dadurch ergibt sich eine grössere Flammenoberfläche, die eine vollkommene Verbrennung des Brennstoffs bei einer relativ niederen Temperatur ermöglicht. Dadurch wird die Erzeugung von Stickstoffoxiden verhindert oder wesentlich verringert. Die Emission von Stickstoffoxiden wird weiter dadurch verringert oder verhindert, dass der heisse, vergaste Brennstoff und die Verbrennungsprodukte in kurzer Zeit durch die Flammen gehen.
Im Gegensatz zu den bekannten Zerstäubern, welche eine einzige, grosse Flamme mit hoher Temperatur erzeugen, in der der vergaste Brennstoff und die Verbrennungsprodukte längere Zeit bleiben, so dass grosse Mengen Stickstoffoxide erzeugt werden. Mit dem Wirbelzerstäuber nach der Erfindung lässt sich ein Teil der Probleme der Luftverschmutzung eliminieren.