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.
The present invention relates to a vortex atomizer for atomizing liquid fuel supplied under pressure.
The emission of nitrogen oxides from ovens, boilers, etc. is one of the causes of air pollution and is a serious problem. In the known vortex atomizers, the swirled, liquid fuel continuously emerges from the mouth of a nozzle, with a single relatively large flame with a high Flame temperature is created so that the products of combustion remain in the flame for an extended period of time, thereby increasing the amount of nitrogen oxides in the final products of combustion.
The object of the present invention is to create a vortex atomizer for atomizing liquid fuel supplied under pressure, with which a complete combustion of the fuel can be achieved at a relatively low temperature, so that practically no air pollutants such as nitrogen oxides occur.
This object is achieved in the vortex atomizer for atomizing liquid fuel supplied under pressure according to the present invention in that a plurality of projections, grooves or recesses are offset from one another by equal angles around or adjacent to the nozzle mouth of a vortex insert, so that the from the nozzle mouth Exiting fuel in the form of a spray meets the projections, channels, grooves or recesses or is guided by these and divided into several spray beams. As a result, several small flames with a large total flame surface are obtained. This results in better heat dissipation, which lowers the flame temperature and prevents the generation of nitrogen oxides.
Exemplary embodiments of the invention are described below with reference to the accompanying drawings. In the drawings shows:
1A shows a longitudinal section through a first embodiment of the invention,
Fig. 1B is a front view of the first embodiment,
2A shows a longitudinal section through a second embodiment of the invention,
2B is a front view of the second embodiment,
2C shows a longitudinal section through a third embodiment of the invention,
2D shows a front view of the third embodiment,
Fig. 3A is a longitudinal section through a fourth embodiment of the invention,
3B is a front view of the fourth embodiment,
3C shows an enlarged section through the vertebral insert of the fourth exemplary embodiment,
FIG. 3D shows a front view of the vertebral insert according to FIG. 3C,
Fig.
3E a section through a first modification of the vortex insert according to FIGS. 3C and 3D,
3F shows a front view of the vertebral insert according to FIG. 3E,
3G shows a section through a second modification of the vertebral insert according to FIGS. 3C and 3D,
3H is a front view of the vertebral insert according to FIG. 3G,
4A shows a longitudinal section through a fifth embodiment of the invention,
4B shows an enlarged, perspective view of the vertebral insert of the fifth exemplary embodiment,
4C shows a front view of the vertebral insert according to FIG. 4B,
4D shows a section along the line D-D in FIG.
4C, and
FIG. 4E is a rear view of the vertebral insert according to FIG. 4B.
The first exemplary embodiment of the vortex atomizer according to the invention shown in FIGS. 1A and 1B comprises a nozzle holder 1 with a fuel passage 2 for liquid fuel, a fuel supply ring 3 with fuel channels 4, which are in communication with the fuel passage 2, a vortex insert 5 and a nozzle cap 9.
The vortex insert 5 has tangential grooves 6 which are in communication with the fuel channels in the fuel feed ring 3, a vortex chamber 7 and via this with a nozzle orifice 8. The pressurized liquid fuel flows through the passage 2 in the nozzle holder 1, the channels 4 in the fuel supply ring 3, the tangential grooves 6 and the vortex chamber 7 in the vortex insert 5 and emerges from the mouth 8 in the form of a conical spray, as is also the case with the known atomizers is the case.
In the vortex atomizer according to the invention, however, six rods 10 are provided on the nozzle cap 9, which, offset by equal angles to one another, are arranged on a circle 12 coaxial with the mouth 8 and extend forward from the nozzle cap. The conical spray mist emerging from the mouth 8 is divided into six spray mist jets 11 by the six rods 10. The rods 10 can also extend forward from the front end of the vertebral insert 5.
The liquid fuel enters the swirl chamber 7 via the passage 2 of the nozzle holder 1, the channels 4 in the fuel supply ring and the tangential grooves 6, is swirled in this and emerges from the mouth 8 of the atomizer in the form of a spray cone. The spray cone hits the rods 10 mounted on the nozzle cap 9 and is divided by these into individual fuel spray jets 11.
The second embodiment of the vortex atomizer according to the invention shown in FIGS. 2A and 2B has essentially the same structure as the first embodiment with the exception that the nozzle cap 9 has a cage which is provided with spray openings 14 which replace the rods 10 . The front part 13 of the nozzle cap 9 has a plurality of spray openings 14, which lie on a spray cone, the tip of which lies in the mouth 8 and whose opening angle depends on the shape of the mouth 8 and the pressure, viscosity and specific weight of the liquid fuel.
In the atomizer according to Figures 2A and 2B, the fuel flows from the passage 2 of the nozzle holder 1 via the channels 4 of the fuel supply ring 3 and via the tangential grooves 6 in the vortex chamber 7 of the vortex insert 5, is swirled in this and occurs in the form of a conical Spray from the mouth 8 from. Since the front part 13 of the nozzle cap 9 has the shape of a cage, the spray mist emerging from the mouth 8 is divided into six spray jets 11 by the six spray openings 14 of the cage.
The third embodiment of the vortex atomizer according to the invention shown in FIGS. 2C and 2D is similar in structure to the second embodiment according to FIGS. 2A and 2B, except that the front part 15 of the nozzle cap 9 is solid and has six spray channels 16.
The axes of the spray channels 16 lie on the surface of a cone, the axis of which coincides with the axis of the nozzle cap 9. The spray channels 16 are in the form of truncated cones, as can best be seen from FIG. 2D.
As a result, six conical sprays 11 are obtained.
In all the exemplary embodiments mentioned, the vortex insert 5 and the nozzle cap 9 are separate parts. However, this is not necessary; the angle insert 5 and the nozzle cap 9 can also be in one piece.
The fourth embodiment of the vortex atomizer according to the invention, shown in several modifications in FIGS. 3A to 3H, has a similar structure to the first embodiment according to FIGS. 1A and 1B, except that it has no rods 10 and the nozzle mouth 8 is not round. The mouth 8 has instead tangential or radial grooves 17 or projections 17 ', as shown in the figures, for. B. 3D, 3F and 3H shown.
As can be seen from FIGS. 3A and 3B, the fuel flows from the passage 2 of the nozzle holder 1 via the channels 4 in the fuel supply ring 3 and via the grooves 6 into the swirl chamber 7, is swirled in this and emerges from the mouth 8 in the form of a spray out.
As FIGS. 3C and 3D show, four grooves 17 offset from one another by equal angles are arranged around the orifice 8, by means of which the fuel spray mist emerging from the orifice 8 under high pressure is divided into individual, separate spray jets.
The radial grooves or recesses 17 are, as FIGS. 3E and 3F show, arranged around the mouth 8 offset from one another by the same angles. The radial grooves or recesses 17 have a semi-conical cross section, as can best be seen from FIG. 3E.
The fuel spray emerging from the mouth 8 is also divided into individual, separate spray spray jets.
In the modification shown in FIGS. 30 and 3H, the projections 17 ', which are offset by equal angles, extend radially inward into the mouth 8 so that the fuel spray emerging from the mouth 8 is also divided into several separate spray jets.
Generally speaking, the third embodiment has a plurality of symmetrical grooves or projections which are equally angularly offset from one another and which are formed around the nozzle orifice so that the fuel spray emerging from this orifice is divided into several separate spray jets.
Figures 4A to 4H show a fifth embodiment of the vortex atomizer according to the invention, in which the edge of the mouth 8 has a series of sawtooth-shaped slots. As FIG. 4A shows, this atomizer again has a nozzle holder 1, a fuel feed ring 3, a vortex attachment 5 which has a nozzle orifice 8 with sawtooth-shaped slots 18 and a nozzle cap 9 which holds the parts mentioned together. The fuel flows again from the passage 2 in the nozzle holder 1 via the channels 4 in the fuel supply ring 3 and the tangential grooves 6 in the vortex insert 5 into the vortex chamber 7 and exits through the nozzle opening 8. The effect of this atomizer is based on the breaking of the fuel spray emerging from the orifice 8 with the formation of spray mist jets in a plane in the axial direction.
This effect is achieved by the sawtooth-shaped slots 18, the shape of which can best be seen from the oblique view of FIG. 4B. As the fuel enters the swirl chamber 7 via the tangential grooves 6, a swirl flow is generated so that the fuel spray emerges from the mouth 8 in a tangential direction which is parallel to the axis passing through the slots 18. This gives separate jets of spray in a particular plane. The fuel emerging as a vortex flow through the nozzle orifice 8 is sprayed along a plane containing the axis of the orifice 11 and the spray line (the line connecting the points 0 and P in FIG. 4B) without bumping into a contour line (the line connecting points P and Q in Fig. 4B).
As a result, the fuel is sprayed along separate planes which contain the axis of the mouth 8.
As mentioned above, the vortex atomizer according to the present invention enables the liquid fuel supplied under pressure to be sprayed in the form of separate spray jets, whereby a plurality of small flames is obtained. This results in a larger flame surface, which enables complete combustion of the fuel at a relatively low temperature. This prevents or significantly reduces the generation of nitrogen oxides. The emission of nitrogen oxides is further reduced or prevented by the fact that the hot, gasified fuel and the combustion products pass through the flames in a short time.
In contrast to the known atomizers, which produce a single, large flame with a high temperature, in which the gasified fuel and the combustion products remain for a long time, so that large quantities of nitrogen oxides are produced. With the vortex atomizer according to the invention, some of the problems of air pollution can be eliminated.