CH617359A5

CH617359A5 -

Info

Publication number: CH617359A5
Application number: CH1089076A
Authority: CH
Inventors: Jacques Bouvin
Original assignee: Exxon France
Priority date: 1975-08-27
Filing date: 1976-08-27
Publication date: 1980-05-30
Also published as: NL7609450A; SE7609135L; SE431581B; CA1060774A; JPS5228712A; US4133485A; BE845576A; DE2637700A1; IT1066399B; GB1553875A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum innigen Mischen von zwei oder mehr Strömungsmedien, wobei die Vorrichtung keine bewegten Teile aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Brenner für flüssigen Brennstoff, welcher Brenner mit dieser Mischvorrichtung versehen ist.

Die Vorrichtung kann zum Mischen von viskosen Flüssigkeiten dienen, sie kann auch zum Herstellen von Dispersionen oder Emulsionen dienen, sie kann weiterhin zum Verteilen eines Gases in einer Flüssigkeit dienen. Die miteinander zu vermischenden Strömungsmedien können im Gleichstrom oder Gegenstrom verlaufen.

Es ist bekannt, zwei oder mehr Strömungsmedien miteinander zu mischen, wobei diese Medien zusammen in eine Kammer eingebracht werden und wobei in einem Rohr oder in einer Kolonne ein als Strömungshindernis für die Medien wirkendes Füllmaterial, wie z. B. sogenannte Schikanen oder eine Wendel eingebaut sind. Es sind bereits eine grosse Anzahl von solchen Vorrichtungen bekannt.

Einige dieser Vorrichtungen sind sehr leistungsfähig, arbeiten aber mit einem ziemlich grossen Druckverlust. Zu dieser Art gehört die bekannte stationäre Mischvorrichtung, wie sie durch die US-PS 3 286 992 bekannt ist. Diese Vorrichtung hat ein zylindrisches Rohr, innerhalb dem sich gekrümmte Flügel befinden, von denen einer hinter dem andern liegt. In der einen Richtung verlaufende gekrümmte Flügel wechseln mit in der entgegengesetzten Richtung verlaufenden gekrümmten Flügeln ab. Jeder Flügel (Blatt, Schaufel) unterteilt den Rohrquerschnitt in zwei Teile und ist um 90° zum benachbarten Flügel in Umfangsrichtung versetzt. Mit einer solchen Mischvorrichtung, die sechs bis zwölf Flügel aufweist, können sehr viskose, also zähe Strömungsmedien bei einem mässigen Druckverlust in der Vorrichtung miteinander vermischt werden. Wenn eine Vorrichtung mit zwölf bis dreissig Flügeln verwendet wird, können aus den Medien Emulsionen hergestellt werden. Die Leistungsfähigkeiten, also das Durchsatzvermögen, von einer gleich aufgebauten Vorrichtungen sind aber einander keinesfalls identisch, und die Leistungsfähigkeit kann sehr schnell, abhängig vom Durchmesser der Vorrichtung, abfallen.

Weiterhin ist die Herstellung einer solchen Mischvorrichtung ziemlich aufwendig. So sind die Flügel an ihrer gegenseitigen Berührungsstelle miteinander verschweisst oder hart verlötet. Es ist weiterhin eine Reihe von sechs bis dreissig Flügeln erforderlich, die in ein sehr eng passendes Rohr eingesetzt werden müssen. Der ganze, die vielen Flügel tragende Bauteil kann weiterhin sehr leicht beschädigt werden. Für die meisten Verwendungsfälle der Mischvorrichtung müssen alle Flügel an der inneren Rohrwandung angeschweisst oder angelötet werden, und diese Arbeit ist auch verhältnismässig heikel.

Es wird die Schaffung einer verbesserten Vorrichtung in der Hinsicht bezweckt, dass die Vorrichtung einen sehr robusten Aufbau haben kann, dass sie einfach hergestellt werden kann, dass mit der Vorrichtung sehr leistungsfähig gearbeitet werden kann, und dass weiterhin nur ein geringer Druckverlust innerhalb der Vorrichtung auftritt.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist gekennzeichnet durch ein Rohr mit im wesentlichen zylindrischer Bohrung, einem innerhalb des Rohres liegenden Kern, der im wesentlichen koaxial zum Rohr, aber im Abstand zur Bohrungswand liegt, welcher Kern zumindest einen sich von seiner Mantelfläche aus nach innen erstreckenden, nichtkreuzenden, ersten schraubenlinienförmigen Kanal aufweist, der sich im wesentlichen gleichmässig über die Kernlänge erstreckt, mit einem einen zweiten schraubenlinienförmigen Kanal bildenden Teil, der erstens am Kern befestigt ist und sich im wesentlichen über die Kernlänge erstreckt und im wesentlichen gleichmässig an der Kern-Mantelfläche anliegt, und der zweitens auch in reibender Anlage mit der Bohrungswand ist, so dass der Kern und der kanalbilddende Teil durch diese reibende Anlage im Rohr gehalten werden und als Einheit aus dem Rohr entnehmbar ist, dass der kanalbildende Teil eine Lage aus zumindest einer sich nichtkreuzenden Wendel aufweist, die der Drehrichtung des ersten, schraubenlinienförmigen Kanals im Kern entgegengesetzt verläuft.

Mit den erfindungsgemässen Massnahmen kann eine Vorrichtung mit einem grossen Rohrdurchmesser hergestellt werden, in der die Ströme der Medien sehr fein verteilt und somit die Medien innig miteinander vermischt werden können. Im Durchströmkanal können die Durchgänge veränderlich ge5

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macht werden, so dass ein dreidimensionales Kanalnetz erzielt werden kann, das eine Vielzahl von maschenartigen Durchgängen hat. In vertikaler Anordnung kann eine solche Vorrichtung als Kolonne oder Turm dienen, mit dem in vorteilhafter Weise im Gegenstrom ein Gas und eine Flüssigkeit oder zwei miteinander kolloidal mischbare Flüssigkeiten zusammengebracht werden können.

Da die Herstellung der Vorrichtung sehr einfach realisiert werden kann, kann sie auch sehr klein hergestellt werden. Bevorzugterweise wird der Kern zylindrisch ausgebildet. Es wird weiterhin bevorzugt, den zweiten kanalbildenden Teil als eine einzige Lage einer Wendel auszubilden. Es wird ein sehr einfacher Aufbau der Vorrichtung und eine sehr wirksame Mischvorrichtung erreicht, wenn der Kern als schraubenförmiger Teil wie ein Metallbohrer ausgebildet wird. Jede Lage, bevorzugterweise nur eine einzelne Lage, wird als um den Kern liegende Wendel ausgebildet, wobei die Wendel und der Kern gegensätzlich gängig sind, so dass also der eine Teil linksgängig und der andere Teil rechtsgängig ist. Die Wendel kann z. B. aus einem Streifen oder aus einer Stange mit rundem oder mit halbrundem Profil gebildet werden; die Stange kann aber auch im Querschnitt rechteckig oder quadratisch sein. Die Wendel muss eine gewisse Steifigkeit haben. Anstelle einer einzelnen aus einem Kern mit darumliegender Wendel bestehenden Einheit können innerhalb des Rohres auch zwei oder mehr solcher Einheiten in Längsrichtung hintereinander angeordnet werden, wobei bevorzugterweise zwischen den einzelnen Einheiten kein Spalt gelassen wird.

In der Praxis ist es oft ausreichend, die Wendel nur an beiden Enden an den Kern anzuschweissen oder anzulöten und die aus Kern und umgebende Wendel bestehende Einheit mit einem Press- oder Haftsitz in das Rohr einzusetzen.

Ganz gleich für welchen Verwendungszweck die Vorrichtung verwendet werden soll, ihre Wirksamkeit wird grösser, wenn die Anzahl der Windungen von Wendel und erstem schraubenlinienförmigem Kanal vergrössert wird. Auch wenn die Anzahl der Windungen übertrieben hoch gewählt wird, ist der Druckverlust durch die Vorrichtung hindurch nie sehr gross. Aus diesem Grund werden die Anzahl und die Steigung der Windungen abhängig davon gewählt, für welchen Verwendungszweck die Vorrichtung bestimmt ist. Allgemein kann man aber ' sagen, dass für jeden Bauteil, also für den Kern und für die daraufsitzende Wendel, zumindest zwei volle Windungen erwünscht sind. In den meisten Fällen wird ein Optimum erreicht, wenn die Anzahl der Windungen sowohl im Kern als auch der Wendel zwischen zwei und acht liegt.

Im Betrieb der Vorrichtung werden die miteinander zu mischenden Medien am einen Ende des Rohres eingespritzt. Die schraubenlinienförmigen Bauteile werden durch die Medienströme beaufschlagt. Hierbei treten Kräfte auf, die das Bestreben haben, die Bauteile in der einen Richtung zu drehen; es treten aber auch Kräfte auf, die das Bestreben haben, die Bauteile in der anderen Drehrichtung zu drehen. Bevorzugterweise werden die Bauteile der Vorrichtung so ausgebildet, dass die in verschiedenen Drehrichtungen wirkenden Kräfte in der Grösse zueinander ausbalanciert, also ausgeglichen sind.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung hat mehrere Vorteile. Die Vorrichtung kann aus handelsüblichem, vorgefertigtem Stangenmaterial hergestellt werden, so dass also nur wenig Verformung bzw. Bearbeitung stattfinden muss. Weiterhin können die Bauteile mit wenigen Handgriffen zur kompletten Vorrichtung zusammengesetzt werden. Mit der Vorrichtung kann auf Kosten eines nur sehr mässigen Druckverlustes wirkungsvoll gearbeitet werden. Die Vorrichtung kann den bemerkenswerten Vorteil haben, dass die durch die Vorrichtung hindurchgehenden Medienströme im wesentlichen gleichbleibende Querschnitte haben. Der Durchtrittskanal in der Vorrichtung hat dann also keine Verjüngung, die einen Widerstand für den Medienfluss darstellen und einen Rückstau zur Folge haben würde.

Mittels der erfindungsgemässen Vorrichtung können zwei oder mehr Flüssigkeiten, insbesondere sehr zähflüssige Flüssigkeiten miteinander gemischt werden. Die Vorrichtung kann weiterhin zum kolloidalen Vermischen, also zum ineinander Verteilen von zwei nicht ineinander lösbaren Medien dienen, wobei eines dieser Medien ein Gas sein kann, um eine Emulsion zu bilden oder um eine chemische Reaktion durchzuführen.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann aber besonders nützlich bei einem Brenner verwendet werden, bei dem flüssiger Brennstoff pneumatisch zerstäubt wird.

In den französischen Patentschriften 73-41 639, 74-29 594, 74-29 595 und 75-15 854 sind Verfahren und Brenner erläutert, bei denen der Brennstoff durch die Expansion eines Hilfsgases zerstäubt wird, wobei das Hilfsgas beim Durchgehen durch ein bekanntes stationäres Mischgerät expandiert.

Das bekannte Mischgerät besteht aus einer länglichen Kammer, in der Schikanen fest eingebaut sind, welche Schikanen ein Hindernis für den Strömungsfluss darstellen, so dass der Strömungsfluss oft seine Strömungsrichtung ändern muss. Auf diese Weise wird eine mehrfache, sukzessive Unterteilung des Strömungsflusses und hierauf wieder stattfindende Vereinigung der einzelnen Strömungsstränge erzielt

Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann insbesondere bei einem Brenner verwendet werden, bei dem flüssiger Brennstoff auf veränderliche Weise verbrannt werden kann, um eine veränderliche gewünschte Wärmeenergie zu erhalten. Dieser Brenner kann besonders, aber nicht ausschliesslich, zum Verbrennen von Heizöl in Haushalten verwendet werden, wobei die Brenneranlage eine Leistung im Bereich von 2 bis 50 kW, insbesondere im Bereich zwischen 2 und 20 kW haben kann.

Wird ein derartiger Brenner mit der erfindungsgemässen Vorrichtung ausgestattet, so kann insbesondere die Länge und der Gesamtquerschnitt des Durchgangskanals für die Strömungsmedien bestimmt werden, so dass bei den gewünschten Anlieferungen die zum Zerstäuben des Brennstoffes benötigte Energie durch die Expansion des Gases längs der Vorrichtung erreicht wird. Bei einem solchen Brenner wird auf das Auslassende der Vorrichtung eine Düse aufgesetzt, die dem zerstäubten Brennstoff eine gewünschte Strahlenquerschnittsform gibt. Bevorzugterweise führen Leitungen zur Vorrichtung, einmal zum Zuführen von flüssigem Brennstoff und das andere Mal zum Zuführen von unter Druck stehendem Hilfsgas. Die Düse wird dann mit einer oder mit mehreren Öffnungen versehen, deren Querschnittsfläche ausreichend gross ist, so dass kein nennenswerter Strömungswiderstand entsteht. Ein austretender kegelförmiger Sprühstrahl mit einem Kegelwinkel im Bereich von 20 bis 25° stellt ein geeignetes Sprühstrahlprofil dar.

Die durch die Expansion des Hilfsgases längs der Vorrichtung frei werdende Energie dient mit grosser Wirksamkeit dazu, die Kohäsionskräfte des flüssigen Brennstoffes aufzuheben.

Die erforderliche Energie kann durch eine verhältnismäs- ■ sig geringe Zuführmenge an Hilfsgas erreicht werden, wenn dieses Gas mit einem hohen Druck der Vorrichtung zugeführt wird. Es ist dann möglich, insbesondere die Länge und die Gesamtquerschnittsfläche des Durchgangskanals durch die Vorrichtung so auszulegen, dass schweres Heizöl mit nur 5 bis 15% seines Dampf gewichtes zerstäubt werden kann, wobei das Hilfsgas mit einem Druck im Bereich von 5 bis 20 Bar der Vorrichtung zugeführt wird.

Anderseits kann die gleiche Energie erzielt werden, wenn verhältnismässig viel Hilfsgas, aber mit einem nur mässigen Druck dem Vorrichtungseinlass zugeführt wird. In diesem Fall werden die Abmessungen, also die einzelnen Kenndaten der Vorrichtung entsprechend bemessen. Es ist vorteilhaft, wenn

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die Vorrichtung so ausgelegt wird, dass das im Haushalt verwendete Heizöl mit Luft vermischt wird, die einen Druck im Bereich von 0,2 bis 2 Bar, insbesondere einen Druck von 0,3 bis 1 Bar am Vorrichtungseinlass aufweist, und wenn pro Kilo

Brennstoff eine Lufimenge im Bereich von 1,3 bis 13 Nm3 verwendet wird.

Durch die gesamte Vorrichtung hindurch soll der Durchgangsquerschnitt für die strömenden Medien eine unveränderliche Grösse haben, so dass praktisch jeglicher Stau vermieden wird.

Die Erfindung betrifft weiterhin einen Brenner für flüssigen Brennstoff, bei welchem Brenner die erfindungsgemässe Mischvorrichtung vorhanden ist. Der erfindungsgemässe Brenner ist gekennzeichnet durch ein erstes Zufuhrorgan zum Einführen des flüssigen Brennstoffes und eines primären Verbrennungsgases in das ein Ende der Mischvorrichtung und ein zweites Zufuhrorgan zum Einführen eines sekundären Verbrennungsgases in das gemischte Produkt, das in Betrieb, am anderen Ende der Mischvorrichtung austritt.

Es ist vorteilhaft, wenn das hintere Ende der Brennkammer mit einem ringförmigen Teil versehen ist, der sich von der Wand der Brennkammer aus radial nach innen zur Aussen-wand der Vorrichtung erstreckt.

Die Brennkammer kann mit Öffnungen versehen sein, durch die die Luft in den von der Brennkammer eingeschlossenen Raum einströmen kann. Es ist vorteilhaft, wenn die Querschnittsflächen dieser Lufteintrittsöffnungen verändert werden können, wenn also diese Öffnungen mehr oder weniger abgedeckt werden können. Die Brennkammer wird bevorzugterweise zylindrisch oder mit zueinander parallelen Seitenwänden ausgebildet; sie kann aber auch eine Kegelstumpfform haben, die sich dem vorderen Ende zu verbreitert.

Das erste Zufuhrorgan dient dazu, ein Sauerstoff enthaltendes primäres Gas wie z. B. Luft unter Druek dem hinteren Ende der Vorrichtung in im wesentlichen gleichbleibender Menge zuzuführen. Dieses sauerstoffhaltige Gas macht zumindest einen Teil des erwähnten Hilfsgases aus.

Mit dem Brenner kann im wesentlichen die gesamte Energie des unter Druck stehenden Hilfsgasstromes zum Mischen des Brennstoffes mit dem Hilfsgas in der Vorrichtung in eine Emulsion und zum Bilden eines aus dem vorderen Ende austretenden Sprühstrahls und zum Zuführen von sekundärer Verbrennungsluft zum Mischen mit dem Sprühstrahl herangezogen werden.

Der Brenner wird bevorzugterweise so ausgebildet, dass am vorderen Ende der Mischvorrichtung eine Düse angebracht wird, um dem austretenden Sprühstrahl ein gewünschtes Strömungsprofil zu geben, welcher Sprühstrahl in einen die Brennkammer einschliessenden Raum eintritt.

Die Wärmeabgabe des Brenners, zumindest innerhalb eines Teiles des Arbeitsbereiches vom Brenner, kann durch Erhöhung oder Verminderung der Brennstoffzuführung zur Vorrichtung erhöht oder verringert werden, ohne dass die Zufuhrmenge des Hilfsgasstromes geändert wird.

Es können weiterhin Pumpeinrichtungen vorhanden sein, zum Zuführen des flüssigen Brennstoffes zum hinteren Ende der Vorrichtung. Mit Vorteil werden weiterhin Regulierein-riehtungen vorgesehen, um die Eintrittsmenge an Brennstoff in die Vorrichtung regulieren zu können. Das primäre Gas kann im gleichen Bereich wie der Brennstoff in vorteilhafter Weise radial der Vorrichtung zugeführt werden.

In der Praxis wird man als zum Mischen mit dem Brennstoff dienendes primäres Gas bevorzugterweise Druckluft verwenden, die am Vorrichtungseinlass mit praktisch konstantem Druck und Zufuhrmenge eingeführt wird. Als bevorzugter Brennstoff wird das im Haushalt verwendete Heizöl oder jeder andere flüssige Brennstoff verwendet, dessen Viskosität bei 20° C bevorzugterweise niedriger als 10 cSt ist. Es wurde überraschend festgestellt, dass das im Haushalt verwendete Heizöl durch primäre Druckluft, die einen Druck im Bereich von 0,2 bis 2 Bar am Vorrichtungseinlass hat, sehr zufriedenstellend dann versprüht werden kann, wenn die Zufuhrmenge an primärer Druckluft bezüglich der Zufuhrmenge an Brennstoff ausreichend gross ist.

Die primäre Druckluft dient also zum Mischen und zum Versprühen des gemischten Produktes. Die Zufuhrmenge an dem im Haushalt gebräuchlichen Heizöl kann zwischen 0,08 und 0,8 kg/m3 an primärer Luft (Normal-m3) liegen.

Das Heizöl kann grösstenteils mit der gleichen Luftmenge oder mit einer wesentlich grösseren Menge, als die stöchiome-trische Menge versprüht werden. Bei einer Brennstoffzufuhr von 0,08 kg oder wesentlich weniger pro Normal-m3 an Primärluft findet eine Verbrennung in der Brennkammer des Brenners in einer vollständig vorgemischten Flamme statt. Es wird dann eine perfekte blaue Flamme erzielt.

Wenn die Zufuhr von Brennstoff und Primärluft in einem solchen Verhältnis erfolgt, das 0,08 kg/Nm3 übersteigt, wird durch das zweite Zufuhrorgan Sekundärluft der Brennkammer zugeführt, um eine vollständige Verbrennung zu gewährleisten. Es wurde festgestellt, dass die Bewegungsenergie des aus der Düse austretenden gemischten Produktes ausreichend ist, um die notwendige Luft an Sekundärluft mitzureissen. Es kann daher ein Vorteil sein, wenn der Brennstoff in einer zusätzlich zum Mischen auch als Ejektor ausgebildeten Vorrichtung versprüht wird, wenn also ein Strahlenapparat vorgesehen wird, wobei das antreibende Mittel durch das gemischte Produkt aus Primärluft und Brennstoff gebildet wird und das angesaugte, also das gepumpte Mittel die Sekundärluft ist.

Um die Wärmeabgabe zu verändern, kann der Brenner in vorteilhafter Weise folgendermassen arbeiten.

Es wird in einer ersten Arbeitsweise mit einem verringerten Druck gearbeitet, bei dem die Brennstoffzufuhr auf weniger oder auf 0,08 kg/Nm3 an Primärluft verringert wird. Um dann eine höhere Wärmeabgabe zu erzielen, wird in einer anderen Arbeitsweise eine Brennstoffzufuhr im Bereich von 0,08 bis 0,8 kg, bevorzugterweise im Bereich von 0,2 bis 0,5 kg/m3 an Primärluft, gewählt. Bei der letztgenannten Arbeitsweise wird die notwendige Beigabe an Sekundärluft im vorderen Bereich der Vorrichtung durch das zweite Zufuhrorgan der Flamme an der Stelle zugeführt, wo das gemischte Produkt aus Brennstoff und Primärluft die Düse verlässt.

Es ist vorteilhaft, wenn der Brennstoff dem Einlass der Vorrichtung über eine kalibrierte Öffnung zugeführt wird und wenn die Zufuhrmenge an Brennstoff durch Verändern des vor der kalibrierten Öffnung herrschenden Druckes verändert wird. Diese kalibrierte Öffnung kann in vorteilhafter Weise als Mündungsöffnung eines als Kapillare dienenden Rohres vorliegen. Die Strömungsmenge einer Flüssigkeit in einer Kapillaren ist proportional dem Druckabfall pro Längeneinheit des Rohres und ist proportional der vierten Potenz vom Rohr-durchmesser. Die Durchströmmenge der Flüssigkeit im Rohr ist weiterhin umgekehrt proportional zur absoluten dynamischen Viskosität der Flüssigkeit. Ein erfahrener Technologe kann ohne Schwierigkeit die Länge und den Durchmesser des Rohres bemessen, um die gewünschte Zufuhrmenge an Brennstoff zu erzielen, wobei die Viskosität des Brennstoffes und die herrschenden Drücke zu berücksichtigen sind.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Vorrichtung und des Brenners dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Teil der Vorrichtung im Längsschnitt,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie A-A in Fig. 1,

Fig. 3 einen Teil eines die Vorrichtung nach Fig. 1 enthaltenden Brenners, im Längsschnitt, und

Fig. 4 in schaubildlicher Weise den Aufbau der Hauptteile eines anderen Brenners.

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Die Fig. 1 und 2 zeigen den Teil einer erfindungsgemässen Vorrichtung, wie er insbesondere bei einem Brenner vorhanden sein kann, der für das im Haushalt verwendete Heizöl geeignet ist. Ein Kern 21 hat zwei erste schraubenlinienförmig angeordnete Kanäle oder Nuten, ist also zweigängig, wobei jeder Gang, d. h. jede Nut drei vollständige Windungen aufweist. Der Kern 21 erhält hierdurch die gleiche Form wie ein Metall-Wendelbohrer. Der Kern 21 hat einen Durchmesser von 4 mm und eine Länge von 80 mm. Um diesen Kern 21 herum erstrecken sich zwei Drähte 22, von denen jeder einen Durchmesser von 1 mm hat. Die Drähte 22 sind ebenfalls schraubenlinienförmig gewunden, wobei aber diese Schraubenlinie in der anderen Drehrichtung gegenüber den Kanälen im Kern 21 verläuft. Die Kanäle im Kern 21 sind im Beispiel rechtsgängig und die Drähte 22 sind linksgängig gewunden. Die Drähte 22 weisen über die Länge von 80 mm ebenfalls drei vollständige Windungen auf. Die beiden Drähte 22 sind durch einzelne Schweissstellen oder Hartlötstellen am innenliegenden Kern 21 befestigt. Die aus dem Kern 21 und den beiden aussenliegenden Drähten 22 bestehende Einheit wird mit einem Haftsitz in ein zylindrisches Rohr 23 abdichtend eingepasst, so dass also das Rohr 23 einen inneren Durchmesser von 6 mm hat. Das Rohr 23 ist am vorderen Ende mit einer Düse 25 versehen, deren Durchgangsöffnung einen Durchmesser von 3 mm aufweist.

Beim Brenner 10 nach Fig. 3 ist die in den Fig.l und 2 gezeigte Vorrichtung vorhanden, so dass also beim Brenner ein zylindrisches Rohr 23 mit einem inneren Durchmesser von 6 mm vorhanden ist, der einen Kern 21 und darüber befindliche Drähte 22 sowie die Düse 25 aufweist.

Die Durchgangsöffnung der Düse 25 hat einen Durchmesser von 3 mm und ist zylindrisch. Die Düse 25 befindet sich unmittelbar am vorderen Ende der Vorrichtung 21 bis 23, um ein Wiedervereinigen der in Luft verteilten Brennstofftröpfchen zu vermeiden. Das vordere Ende des Rohres 23 wird von zwei zylindrischen Rohren 29 und 30 umgeben. Das Rohr 29 hat eine Länge von 200 mm, einen inneren Durchmesser von 56 mm und einen äusseren Durchmesser von 60 mm. Das Rohr 30 hat eine Länge von 145 mm, einen inneren Durchmesser von 44 mm und einen äusseren Durchmesser von 48 mm. Die beiden Rohre 29 und 30 sitzen auf einem Boden 31, der mit Durchbrüchen 32, 33, 34 und 35 versehen ist, welche Durchbrüche parallel zur Längsachse der Rohre 29 und 30 liegen. Innerhalb des Bodens 31 ist eine Steuerscheibe 28 drehbar gelagert, die mit ebensolchen Durchbrechungen mit den vorerwähnten Durchbrechungen 32 bis 35 zur Deckung kommen kann. Durch Drehen der Steuerscheibe können die Querschnittsflächen der im Boden 31 vorhandenen Durchbrechungen 32 bis 35 mehr oder weniger abgedeckt werden, um durch die Durchbrechungen 32 bis 35 hindurch Sekundärluft entsprechend der jeweiligen Brennstoff-Zufuhrmenge anzusaugen. Das Rohr 29 erstreckt sich von der Düse 25 aus noch weiter nach vorn bis zu einer querabschliessenden Wand, so dass hierdurch der Verbrennungsraum bestimmt wird.

Das zur Verbrennung gelangende Heizöl wird dem Brenner 10 über ein als Kapillare dienendes Rohr 18 zugeführt. Das Rohr 18 hat eine Länge von 8 mm und einen inneren Durchmesser von 0,254 mm.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 weist der Brenner

110 ein Rohr 111 auf, welches im wesentlichen eine kreisförmige Durchgangs-Querschnittsfläche hat. Am vorderen Ende, d. h. auf der rechten Seite in Fig. 4, ist das Rohr 111 mit einer Düse 112 versehen, in der ein Brennstoff-Sprühstrahl in einer bevorzugten Formgebung gebildet wird. Innerhalb des Rohres

111 liegt die Mischvorrichtung 113, wobei diese Vorrichtung nach den Fig. 1 und 2 ausgebildet sein kann. Die Vorrichtung 113 reicht beim hinteren Ende nicht ganz bis zum Ende des

Rohres 111. Zwischen dem vorderen Ende des Rohres 111 und der Vorrichtung 113 befindet sich aber nur ein sehr geringer Spalt, um ein Wiedervereinigen der einzelnen in der Emulsion mit dem primären Gas verteilt liegenden Brennstofftröpfchen zu vermeiden.

Ein flüssiger Brennstoff, wie z. B. Haushalts-Heizöl, wird von einer Pumpe über die Leitung 115 angesaugt. In der Leitung 115 befindet sich ein Rückschlagventil 116. Durch die Pumpe 114 wird das Heizöl mit einem verhältnismässig niedrigen Druck (weniger als 12 Bar) über ein Durchfluss-Regulier-ventil 117 zum Kapillarenrohr 118, das innerhalb des Rohres 111 oder nahe seines hinteren Endes endigt, zugeführt. Eine Luftzuführungspumpe 119, irgendeiner geeigneten Bauart, wird durch einen Motor 120, der z. B. ein Elektromotor sein kann, angetrieben und fördert über eine Leitung 121 angesaugte Luft als Druckluft über eine Leitung 123 zum Brenner 110. In der Leitung 121 befindet sich ein Rückschlagventil 122. Der Druck der Luft sowie die Menge der Druckluft wird so bestimmt, dass alle zur Arbeitsweise des Brenners 110 notwendigen Energien durch die Druckluft geliefert werden. So kann der Luftdruck etwa 1,5 Bar betragen und die Luftmenge kann 3 Nm3/h betragen. Für diese Zwecke braucht der Motor 120 eine nur verhältnismässig geringe Leistung, z. B. weniger als 0,5 kW. Es ist vorteilhaft, wenn die Druckluft etwa im gleichen Bereich in das Rohr 111 einströmt, in den auch das Ende des Rohres 118 reicht. Aus der Zeichnung ist ersichtlich, dass die Druckluft über einen radialen Anschlussstutzen 124 in der Nähe des vorderen Endes des Rohres 118 in das Rohr 111 eingeführt wird.

Der Brennstoff, also das Heizöl, und die Luft gehen durch die Vorrichtung 113 hindurch und damit auch zum vorderen Ende des Rohres 111. Die Expansion der Druckluft zusammen mit der Ausbildung der Vorrichtung haben ein wiederholtes Umlenken und Abscheren sowie ein wiederholtes Verteilen und Wiedervereinigen der Brennstoffströme und Luftströme zur Folge, so dass eine Emulsion von in Luft verteiltem Brennstoff entsteht. Diese Emulsion wird als Sprühstrahl über die Düse 112 in eine Verbrennungskammer 125 eingebracht. Die Brennkammer 125 hat eine kreisförmige Querschnittsfläche und liegt koaxial zum Rohr 111. Die Brennkammer 125 ist mit einem feuerfesten Material ausgekleidet und erstreckt sich im wesentlichen vom vorderen Ende des Rohres 111 aus noch weiter nach vorn. Das hintere Ende der Brennkammer 125 ist durch einen ringförmigen Teil verschlossen, der sich radial nach innen zur äusseren Mantelfläche des Rohres 111 erstreckt. Obwohl die Brennkammer 125 so dargestellt ist, dass sie einen zylindrischen Mantel hat, so kann bei einem anderen Ausführungsbeispiel die Brennkammer aber auch kegelstumpf-förmig ausgebildet sein, welcher Kegel sich zum vorderen Ende zu erweitert. Für die meisten Brenneranlagen, die für den Haushalt verwendet werden, kann der innere Durchmesser der Brennkammer 125 im Bereich von 30 bis 100 mm, z. B. etwa 50 mm, betragen. Weiterhin kann eine solche Brennkammer 125 eine Länge im Bereich von 45 bis 180 mm, z. B. etwa 150 mm, haben.

Der Sprühstrahl mit in der primären Luft verteiltem Brennstoff wird durch irgendeine geeignete Einrichtung gezündet, um eine Flamme 126 zu bilden. Die erwähnte Sekundärluft kann vom vorderen Ende der Brennkammer her dieser zuströmen, wie es durch die Pfeile 127 dargestellt ist. Die kinetische Energie des die Düse 112 verlassenden Sprühstrahls, die immer vollständig durch die Energie der über die Leitung 123 dem Rohr 111 zugeführten primären Luft bestimmt ist, ist ausreichend, um in der Brennkammer 125 eine gute rückwirkende Verbrennung mit hoher Intensität zu schaffen und auch um die gesamte notwendige Sekundärluft zu liefern, wenn die Brennstoffzufuhr hoch ist. Die Flamme 126 ist nicht sehr leuchtend, sogar bei der grössten Wärmeabgabe des Brenners.

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Falls gewünscht, kann die Flamme 126 durch eine nichtdarge-stellte Stabilisierungseinrichtung, die innerhalb der Brennkammer angeordnet wird, stabil gehalten werden. Solche Stabilisierungseinrichtungen sind bereits bekannt. Während einer längeren Betriebsdauer des Brenners ist lediglich eine Regulierung des Ventiles 117 notwendig, um die Brennstoffzufuhr zu steuern. Für grössere Umstellungen oder Zurückstellung kann es vorteilhaft sein, die Luftzufuhr in der Leitung 123 durch ein nichtdargestelltes Ventil zu regulieren. Dies gilt hauptsächlich, wenn die Wärmeabgabe des Brenners wesentlich verändert wird.

Im folgenden wird ein Beispiel der Arbeitsweise der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung bei einem nach Fig. 4 dargestellten Betriebsablauf erläutert. Das im Haushalt verwendete Heizöl wurde der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung über das Rohr 18 zugeführt. Das Rohr 18 war 8 mm lang und hatte einen inneren Durchmesser von 0,254 mm. Es war die Möglichkeit gegeben, die Heizölzufuhr im Bereich von 0,2 bis 1,5 kg/h durch Verändern seines Druckes zwischen 2,4 und 11,7 Bar am Ein-lass des Rohres 18 zu verändern. Die Primärluft, deren Expansion in der Vorrichtung die Mischung des Heizöles mit Luft bewirkt, wurde über das Rohr 24 mit praktisch konstantem Druck und konstanter Zufuhrmenge dem Inneren der Vorrichtung zugeführt. Bei einem Druck von 0,3 Bar am Einlass der Vorrichtung betrug die Luftzufuhr 2 Nm3/h, und es fand eine s vollständig zufriedenstellende Verbrennung statt.

Die Vorrichtung wurde dann durch eine bekannte Vorrichtung ersetzt, die aus einem zylindrischen Rohr mit einem inneren Durchmesser von 4 mm bestand. In diesem Rohr waren 21 Flügel so zueinander versetzt angeordnet, dass Schraubenlinien entstehen. Jeder Flügel teilte hierbei das Innere des Rohres in zwei gleich grosse Querschnittsflächen und übte auf die strömenden Medien eine Drehung von 180° um die Rohrachse aus. Die Länge eines jeden Flügels betrug 8 mm. Flügel, die zu Wendeln in der einen Drehrichtung gehören, wechselten mit solchen Flügeln ab, die zu Wendeln in der anderen Drehrichtung gehören.

Bei dieser bekannten Vorrichtung war es notwendig, den Druck und die Liefermenge an Primärluft auf 0,6 Bar und 2,2 Nm3/h zu steigern, um eine zufriedenstellende Verbrennung des Heizöles in derselben Liefermenge von 0,2 bis 1,5 kg/h zu ergeben.

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PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zum innigen Mischen von zwei oder mehr Strömungsmedien, wobei die Vorrichtung keine bewegten Teile aufweist, gekennzeichnet durch ein Rohr (23) mit im wesentlichen zylindrischer Bohrung, einem innerhalb des Rohres (23) liegenden Kern (21), der im wesentlichen koaxial zum Rohr, aber im Abstand zur Bohrungswand liegt, welcher Kern (21) zumindest einen sich von seiner Mantelfläche aus nach innen erstreckenden, nicht kreuzenden, ersten schraubenli-nienförmigen Kanal aufweist, der sich im wesentlichen gleich-massig über die Kernlänge erstreckt, mit einem einen zweiten schraubenlinienförmigen Kanal bildenden Teil (22), der erstens am Kern (21) befestigt ist und sich im wesentlichen über die Kernlänge erstreckr und im wesentlichen gleichmässig an der Kern-Mantelfläche anliegt, und der zweitens auch in reibender Anlage mit der Bohrungswand ist, so dass der Kern (21) und der kanalbildende Teil (22) durch diese reibende Anlage im Rohr (23) gehalten werden und als Einheit aus dem Rohr (23) entnehmbar sind, dass der kanalbildende Teil (22) eine Lage aus zumindest einer sich nicht kreuzenden Wendel aufweist, die der Drehrichtung des ersten schraubenlinienförmigen Kanals im Kern (21) entgegengesetzt verläuft.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (22) im wesentlichen zylindrisch ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (21) zwischen zwei und acht volle Windungen von jedem sich nichtkreuzenden ersten schraubenlinienförmigen Kanal hat.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der kanalbildende Teil (22) zwischen zwei und acht volle Windungen von jeder sich nichtkreuzenden Wendel hat.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die schraubenlinienförmigen Kanäle im Kern (21) und im kanalbildenden Teil (22) so ausgebildet sind, dass beim Arbeiten mit strömungsfähigen Medien im wesentlichen ein Ausgleich zwischen den gegensätzlichen Schubkräften vorhanden ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (21) zwei zueinander parallele, erste schrauben-linienförmige Kanäle hat, und dass der kanalbildende Teil (22) zwei zueinander parallele Wendeln aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine am vorderen Ende des Rohres (23) vorhandene Düse (25).
8. Brenner für flüssigen Brennstoff, welcher Brenner mit der Mischvorrichtung nach Anspruch 7 versehen ist, gekennzeichnet durch ein erstes Zufuhrorgan zum Einführen des flüssigen Brennstoffes und eines primären Verbrennungsgases in das eine Ende der Mischvorrichtung und ein zweites Zufuhrorgan zum Einführen eines sekundären Verbrennungsgases in das gemischte Produkt, das in Betrieb am anderen Ende der Mischvorrichtung austritt.