DE1903595A1 - Verfahren und Vorrichtung zum fortlaufenden Erzeugen einer Flamme von hoher Temperatur - Google Patents

Description

DR. BERG DIPL.-ING. STAPF

PATENTANWÄLTE 1903 535

8 MÜNCHEN 2. HILBLESTRASSE 2O

Dr. Berg Dipl.-Ing. Stapf, 8 MOnchen 2, Hilblestroße 20

Ihr Zeichen Unser Zeichen Gg/ fr 18 0Ö3 Datum 24t JdIIi 1969

Anwaltsakten-Nr.: 18 0S3

DAIDO SANSO KABUSHIKI KAISHA

542 Osaka-shi, Minami-ku, Unagidani-Nakano-cho, 72-banchi 1

(Japan)

"Verfahren und Vorrichtung zum fortlaufenden Erzeugen einer Flamme von hoher Temperatur."

An Brenner oder Brenneinrichtungen zum Verbrennen flüssigen Brennstoffes unter Hinzufügung von Sauerstoff oder durch Verflüchtigung des Brennstoffes selbst wird im Regelfall die Anforderung gestellt, ° mit minimalen Mengen des zur Verbrennung benötigten, teuren Sauer- ** stoffs auszukommen, den über die Brennerdüse abgegebenen flüssigen ""* Brennstoff vollständig zu verbrennen und eine Flamme hoher Tempe- *? ratur zu erzeugen, d.h. eine Flamme mit einem hohen Heizwert je Vo- **"* lumeneinheit.

Bei den bekannten Brennern kann nun der Wirkungsgrad der Verbrennung

(OBTl) *5 16 20 81 Telegramme! PATENTEULE MOnchen Bank· Bayerische Vereinsbank MOndien «3100 Postscheck: MOnchen «53 43

und die Flammentemperatur durch Sauerstoffanreicherung erhöht werden, d.h. man mischt der Verbrennungsluft Sauerstoff zu, um die enthaltene, anteilsmäßige Menge an Stickstoff zu verringern. Der Wirkungsgrad der Verbrennung hängt nun aber in der Hauptsache von der Art und Weise ab, wie eine solche Sauerstoffanreicherung vorgenommen wird. So wird bei manchen Ausführungsformen von Brennern der Sauerstoff in den Kern der Flamme geleitet/und weil Sauerstoff und flüssiger Brennstoff ohne Vormischung einzeln zugeführt werden, erzeugt eine Erhöhung der Ausströmgeschwindigkeit des Sauerstoffes über einen bestimmten Wert ein Wegwandern des Mischpunktes des Sauerstoffs mit dem flüssigen Brennstoff von der Düsenspitze. Trotz der Hinzufügung von Sauerstoff kann sich daher dieser mit dem flüssigen Brennstoff nicht intensiv vermischen, so daß solche Ausführungsformen den Nachteil aufweisen, daß die zusätzlich hinzugefügte Sauerstoffmenge nur teilweise ausgenutzt wird und die erhaltene Flamme keine nennenswerte Temperaturerhöhung aufweist.

Wie vorstehend kurz angedeutet, wird bei den vorbekannten Brennern der flüssige Brennstoff zunächst zerstäubt oder atomisiert und wird dann so über eine Düse abgegeben, daß er auf einfache Art und Weise den Sauerstoff mit sich reißt und diesen dann mit in die Flamme trägt. Es wurde nun in der Vergangenheit in der Hauptsache versucht, durch die Hinzufügung von oder durch die Anreicherung mit Sauerstoff die Verbrennung in der Hauptflamme zu steigern, wobei es zunächst scheinen mag, daß eine vorhergehende Zerstäubung oder Atomisierung des flüssigen Brennstoffes eine Flamme hoher Temperatur und hoher Intensität erzeugen wird. Diese vorhergehende Zerstäubung des flüssigen Brennstoffes trägt in Wirklichkeit jedoch nur dazu bei, eine vollständige Verbrennung des flüssigen Brennstffes herbeizuführen. Durch eine vollständige Zerstäubung oder Atomisierung wird nämlich der flüssige Brennstoff sehr weit ausgebreitet, so daß die aus ihm durch Verbrennung erzeugte Flamme so stark und lang wird, daß ihr Heizwert je Volumeneinheit geringer als der Wert ist, der mit derselben Wärmemenge auf andere Art und Weise erhalten werden

kann. Die Flammenintensität ist folglich verringert, wobei auch festzuhalten ist, daß die relativ große Flamme eine Zerstreuung der Wärme über einen weiten Bereich bewirkt, so daß ihre Temperatur abfällt.

Aus den vorstehenden Ausführungen mag erkennbar sein, daß bislang kein Verfahren und keine Vorrichtung zum fortlaufenden Erzeugen einer Flamme hoher Temperatur bzw. hoher Intensität durch Verbrennen eines flüssigen Brennstoffes unter HinzufUgung nur sehr geringer Mengen reinen Sauerstoffs bekannt geworden sind. Die Schaffung eines solchen Verfahrens und einer solchen Vorrichtung ist Aufgabe der Erfindung.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden die vorerwähnten Nachteile bekannter Brenner bzw. Brenneinrichtungen auf die nachfolgend beschriebene Art und Weise vermieden. Es wird zunächst zur Erzeugung eines stabilen Flammkernes hoher Temperatur im zentralen Teil der Brennerdüse ein Teil des flüssigen Brennstoffes mit reinem Sauerstoff einer Menge verbrannt, die geringer als das chemische Äquivalent ist, um so die Verbrennung in einer insgesamt reinen Sauerstoff atmosphäre zu bewirken. Die restliche Menge flüssigen Brennstoffes wird dann über die Düse abgegeben, um den Kern der Flamme zu umhüllen, der restliche Brennstoff wird dabei durch die äußerst hohe Reaktionswärme des Flammkernes augenblicklich zerstäubt oder verdampft und zerlegt und erzeugt eine große Menge aktiver Radikale, die durch Luft rasch zerstreut und zur Bildung einer Hauptflamme verbrannt werden. Auf diese Art und Weise wird eine Flamme von hoher Temperatur und äußerst großer Intensität erhalten. Anders ausgedrückt, mit dem erfindungsgemäßen Verbrennungssystem wird fortlaufend eine Flamme erzeugt, die aus einem Flammenkern und einer Hauptflamme aufgebaut ist, dabei wird der hinzugefügte reine Sauerstoff nicht zur Verbrennung der gesamten Flamme verbraucht, son-

»09841/0872

dem vielmehr nur zur Ausbildung des Kernes der Flamme, so daß dieser durch die Verbrennung des Brennstoffes in einer insgesamt reinen Sauerstoffatmosphäre eine äußerst hohe Temperatur erhält und dadurch indirekt das Brennen der Hauptflamme fördert.

Gemäß einer Variante des vorerwähnten Verbrennungssystems wird, falls eine Hamme nah höherer Temperatur erwünscht wird, die zur Verfügung gestellte Menge an Sauerstoff erhöht, in welchem Falle es dann möglich ist, die gesamte Menge an flüssigem Brennstoff über die Düse für den Sauerstoff auszutragen, dieser Düse wird auch dann reiner Sauerstoff in einer Menge zugeführt, die geringer als das chemische Äquivalent ist, so daß die Gesamtmenge flüssigen Brennstoffes innerhalb des Flammenkernes infolge der hohen Temperatur desselben zerstäubt oder verdampft und zerlegt wird, wobei eine die Verbrennung aufrechterhaltende Luftmenge um den Flammenkern herum zur Bewirkung einer raschen Zerstreuung und Verbrennung des gasförmigen Gemisches zugeführt wird. Auf diese Art und Weise wird eine Flamme von äußerst hoher Temperatur und hoher Intensität erzeugt, deren Kern viel größer ist als der Kern des vorerwähnten, erfindungsgemäßen Verbrennungssystems.

Die erfindungsgemüße Vorrichtung zum fortlaufenden Erzeugen einer Flamme von hoher Temperatur durch Verbrennen flüssigen Brennstoffes ist im wesentlichen ein Brenner, der in einer ersten Ausführungsform in einer zentralen Anordnung eine Düse für Sauerstoff und eine Düse für flüssigen Brennstoff aufweist, die von einem Kanal für Luft oder Dampf oder einem Gemisch aus diesen umfaßt sind, wobei nahe dem Ende der Düse für den Sauerstoff eine Misch-Brennkammer angeordnet ist, in welcher ein Teil des flüssigen Brennstoffes mit dem Sauerstoff vermischt wird. Durch das Vermischen und Verbrennen des flüssigen Brennstoffes mit dem Sauerstoff wird auf diese Art und Weise ermöglicht, eine Teilmenge des flüssigen Brennstoffes in die

9030-41/0872

Misch-Brennkammer einzuführen und dort zu zerstäuben oder atomisieren, zu vermischen und zu verbrennen und gleichzeitig eine nahezu vollständige Verflüchtigung und Zerlegung der Restmenge des flüssigen Brennstoffes über die durch die Teilverbrennung erzeugte Reaktionswärme zupewirken, so daß eine Flamme erzeugt wird, die in ihrer Gesamtheit eine hohe Temperatur, eine große Intensität .und eine hohe Stabilität aufweist. In diesem Zusammenhang kann als bekannt vorausgesetzt werden, daß aktive Radikale wesentlich bei der Verbrennung mitwirken. Solche aktive Radikale werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung in großer Menge erzeugt, indem die restliche Menge und damit die Hauptmenge flüssigen Brennstoffes um den stabilisierten Kern der Flamme herum durch die durch diesen erzeugte Reaktions- oder Verbrennungswärme verflüchtigt und zerlegt wird. Die Erzeugung solcher aktiver Radikale ist kombiniert mit einer gesteigerten Verbrennung in der Hauptflamme durch Abgabe von Wärme von dem Flammenkern hoher Temperatur, der sehr nahe dem Düsenende liegt. Die Hauptflamme wird durch die Verbrennung der Hauptmenge des flüssigen Brennstoffes in einem Gemisch mit Luft od.dgl. gebildet, das über den erwähnten Kanal zugeführt wird. Die Verbrennung einer Teilmenge des mit Sauerstoff in der Misch-Brennkammer vermischten, zerstäubten oder atomisierten flüssigen Brennstoffes erzeugt so einen kleinen, äußerst stabilen Flammenkern von hoher Temperatur am Düsenende, und die Reaktionswärme des Flammenkernes verflüchtigt und zerlegt ihrerseits die Hauptmenge des flüssigen Brennstoffes zur Bildung einer Hauptflamme um den Kern der Flamme herum und sehr nahe zu diesem durch Verbrennung nach erfolgter Zerstreuung mittels Luft od.dgl. Auf diese Art und Weise wird eine Flamme erzeugt, die in ihrer Gesamtheit relativ kurz ist, durch die ermöglichte Verkürzung der Flamme kann deren Temperatur und deren Wärmemenge je Volumeneinheit erhöht werden, was in einer erhöhten Flammenintensität resultiert.

90Ö841/0Ö72

In einer zweiten, erfindungsgemäßen AusFührungsform wird die Menge an reinem Sauerstoff, die Über die Sauerstoffdüse ausgetragen wird, in einem Bereich gesteuert, der bei weitem die Menge unterschreitet, die theoretisch für die Verbrennung des flüssigen Brennstoffes benötigt wird. Es ist auf diese Art und Weise nur erforderlich, etwa 2 - 15/0 der theoretisch benötigten Menge an reinem Sauerstoff zuzuführen, um eine Flamme von hoher Intensität zu erhalten.

In einer dritten, erfindungsgemäßen Ausführungsform ist an dem vorderen Ende der Sauerstoffdüse oder in deren Bereich ein den Druck reduzierender Abschnitt geschaffen, zu welchem hin ein oder mehrere, von einem vorderen Bereich der Düse für den flüssigen Brennstoff abgezweigte Kanäle öffnen, so daß dieser Abschnitt eine Misch-drennkammer bildet. Die Schaffung eines solchen, den Druck reduzierenden Abschnittes ermöglicht eine rasche Ausdehnung und Streuung des Sauerstoffes und bewirkt so eine Verringerung von dessen Dichte und den Aufbau einer turbulenten Strömung nahe der Seitenwand des Zuströmkanales. Dies führt wiederum zu einer Verbesserung der Vermischung eines Teils des flüssigen Brennstoffes mit dem Sauerstoff in der Misch-Brennkammer, wodurch die Zersteubung oder Atomisierung des flüssigen Brennstoffes in dieser Kammer beträchtlich verbesert wird.

In einer vierten, erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein eine turbulente Strömung hervorrufender Abschnitt am vorderen Ende der Sauerstoffdüse oder in dessen Nähe entlang der Grenzlinie zwischen dem zuströmenden Sauerstoff und dem zuströmenden flüssigen Brennstoff ausgebildet, und es mündet in dem Bereich, in welchem eine turbulente Sauerstoffströmung aufgebaut wird, ein oder mehrere, von einem vorderen Bereich der Düse für den flüssigen Brennstoff abgezweigte Kanäle. In dem Bereich, in welchem eine turbulente Strömung aufgebaut wird, wird der Sauerstoff mit nahezu der gesamten Menge

909041/0872 "⁷"

απ flüssigem Brennstoff in einem zerstäubten oder atomisierten und zerlegten Zustand vermischt. Der so vermischte Brennstoff wird durch die Reaktionswärme des Flammenkernes nahezu vollständig verdampft, zerlegt und verbrannt, was wiederum die Verbrennung im Kern der Flamme bei einer erhöhten Temperatur und mit einer höheren Flammenintensität fördert.

In einer fünften, erfindungsgemäßen Ausführungsform ist am vorderen Lnde der Sauerstoffdüse oder in dessen Nähe ein konischer Abschnitt ausgebildet, der sich zum Düsenende hin erweitert, und ein oder mehrere von dem vorderen Bereich der Düse für den flüssigen Brennstoff abgezweigte Kanüle münden in einem Teil dieses konischen Abschnittes, so daß dieser eine Misch-ßrennkammer bildet. Der konische Abschnitt verhindert ein Rückwärtsströmen des Sauerstoffs zu dem Zuströmkanal für den flüssigen Brennstoff hin über die Zweigkanäle, wodurch ein Zurückschlagen der Flamme vermieden wird. Außerdem übt der strömende Sauerstoff eine Saugwirkung aus, die den flüssigen Brennstoff in einer geeigneten Teilmenge in die Hisch-Brennkammer hineinzieht, wobei die Zweigkanäle so eng bemessen sind, daß der über sie zugeführte Brennstoff leicht zerstäubt oder atomisiert wird. Auf diese Art und Weise erfolgt eine automatische Anpassung oder binregulierung der Menge flüssigen Brennstoffes an die Menge des über die Sauerstoffdüse herangebrachten Sauerstoffs, wodurch sich ein stabiler Flammenkern aufbaut, dessen Größe von der Zuströmmenge an Sauerstoff abhängig ist.

In einer sechsten, erfindungsgemäßen Ausführungsform ist am vorderen Ende der Sauerstoffdüse oder in dessen Nähe ein den Druck reduzierender Abschnitt ausgebildet, und in einem Teil desselben münden ein oder mehrere, von einem vorderen Bereich der Düse für den flüssigen brennstoff abgezweigte Kanäle, so daß dieser Teil eine Hisch-Brennkammer bildet. Die Menge an über die SauerstoftdUse ausgetragenem reinem Sauerstoff wird auf einen Wert eingesteuert, der weit unter dem für die Verbrennung des flüssigen Brennstoffes theoretisch benötigten Wert liegt, beispielsweise in der Größenordnung

909041/0872

zwischen 2 und 15/Ό der theoretisch benötigten Sauerstoff menge. Selbst mit einer so geringen Sauerstoffmenge ist es dann mit dieser Ausführungsform möglich, eine Flamme hoher Intensität zu erhalten .

In einer siebten, erfindungsgemäßen AusfUhrungsform ist die Sauerstoffdüse koaxial oder im wesentlichen koaxial innerhalb der Düse für den flüssigen Brennstoff angeordnet, und im zentralen Bereich des Sauerstoff-Zuströmkanales ist in einem Abstand stromaufwärts vom Ende der Sauerstoffdüse ein den Druck des strömenden Sauerstoffs plötzlich ändernder und dadurch eine plötzliche Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Sauerstoffs herbeiführender Abschnitt ausgebildet, hinter welchem stromabwärts zum Düsenende hin ein oder mehrere von der Düse für den flüssigen Brennstoff abgezweigte Kanäle öffnen. Der eine plötzliche Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Sauerstoffs herbeiführende Kanalabschnitt erzeugt Wirbel, in welchen ein Teil des flüssigen Brennstoffes mit dem Sauerstoff vermischt wird. Die erzeugten Wirbel intensivieren die Vermischung des flüssigen Brennstoffes mit dem Sauerstoff, was zu einer wesentlich verbesserten Zündbarkeit und einer weiterhin erhöhten Stabilisierung des Kernes der Flamme führt.

In einer achten, erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Sauerstoffdüse koaxial oder im wesentlichen koaxial innerhalb der Düse für den flüssigen Brennstoff angeordnet,und im zentralen Bereich des Sauerstoff-Zuströmkanales ist in einem Abstand stromaufwärts von dem Ende der Sauerstoffdüse ein Abschnitt ausgebildet, in welchem der Druck des Sauerstoffs plötzlich geändert und dadurch eine plötzliche Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Sauerstoffs herbeigeführt wird. Hinter diesem Abschnitt stromabwärts zum Ende der Sauerstoffdüse hin münden ein oder mehrere von der Düse für den flüssigen Brennstoff abgezweigte Kanäle,und die aus der Sauerstoffdüse austretende Menge an reinem Sauerstoff wird auf einen Wert eingesteuert, der wesentlich niedriger liegt als die für die Ver-

909841/Q872 -v-

brennung des flüssigen Brennstoffes theoretisch benötigte Sauerstoffmenge, die Einsteuerung erfolgt insbesondere auf einen Wert zwischen 2 und 15/b der theoretischen Sauerstoffmenge. Mit der Zufuhr von nur 2 - \&/o der theoretisch benötigten Menge reinen Sauerstoffs kann man so eine Flamme hoher Intensität erhalten.

In einer neunten, erfindungsgemcißen Ausführungsform ist die Sauerstoffdüse koaxial oder im wesentlichen koaxial innerhalb der Düse für den flüssigen Brennstoff angeordnet, und die vordere Öffnung der innenliegenden Sauerstoffdüse liegt in einer vorderen Ebene vor der Ebene, in welcher die vordere Öffnung der anderen Düse liegt, über die innenliegende Düse wird ein Sauerstoffstrahl und über die außenliegende Düse wird ein Strahl flüssigen Brennstoffs ausgetragen. Um den flüssigen Orennstoff durch Luft oder Dampf oder durch ein gasförmiges Gemisch dieser zu zerstäuben oder zu atomisieren, wird dieser in Richtung auf den Umfang des vorderen Endes der innenliegenden Düse gelenkt, wodurch die Hauptmenge oder aller flüssiger Brennstoff verdampft und zerlegt wird, ohne daß der Flammenkern schädlich beeinflußt wird. Diese Ausführung bringt dieselbe Wirkung wie Ausführungen, bei welchen die vordere Öffnung der inneren Düse in der gleichen Ebene liegt wie die vordere Öffnung der äußeren Düse oder gegenüber dieser nach innen zurückversetzt ist. Indem der flüssige Brennstoff zerstäubt oder atomisiert wird, wird dadurch die Stabilität des Flammenkerns gegen jede Störung abgeschirmt, die durch einen Brennstoffstrahl hervorgerufen werden könnte, es kann also ein in hohem Maße stabilisierter Flammenkern erzeugt werden, der die Ursache für eine vollständige Verflüchtigung und Zerlegung des flüssigen Brennstoffes ist.

In einer zehnten, erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Sauerstoffdüse koaxial oder im wesentlichen koaxial innerhalb der Düse für den flüssigen Brennstoff angeordnet und die vordere Öffnung der innenliegenden Düse für Sauerstoff liegt in einer vorderen Ebene vor der Ebene, in welcher die vordere Öffnung der außenlie-

909641/0872 ^¹⁰"

genden Düse liegt. Die durch die Sauerstoffdüse ausgetragene Menge an reinem Sauerstoff wird auf einen Wert eingesteuert, der wdt · unterhalb der für die Verbrennung des flüssigen Brennstoffes theoretisch benötigten Menge an reinem Sauerstoff liegt, insbesndere und vorzugsweise wird auf einen Wert zwischen 2 und ]5% der theoretisch benötigten Menge an reinem Sauerstoff eingesteuert. Selbst mit einer so geringen Menge an reinem Sauerstoff wird dann eine Tlamrne hoher Intensität erzeugt.

In einer elften, erfindungsgemäßen AusfUhrungäform ist wiederum die Sauerstoffdüse koaxial oder im wesentlichen koaxial innerhalb der Düse für flüssigen Brennstoff angeordnet und die vordere Öffnung der inneren Düse für Sauerstoff liegt in einer vorderen Ebene vor der Ebene, in welcher die vordere Öffnung der anderen Düse liegt. Die vordere Öffnung der vorstehenden Düse ist über ihren Umfang nach außen aufgewietet. Diese äußere Aufweitung ist die Ursache dafür, daß das gasförmige Gemisch aus Sauerstoff und flüssigem Brennstoff des Flammenkerns im Zeitpunkt nach seiner Ausbildung am Düsenende durch die Strahlwirkung von Luft oder Dampf, welche zum Zwecke einer Zerstäubung oder Atomisierung zugeführt sind, nach rückwärts zu dem Umfang der Aufweitung hin strömt, so daß sich der Flammenkern nahe dem Düsenende ballonartig aufweitet. Es wird also ein kurzer und dicker Flammenkern erhalten, der seinerseits eine entsprechend kurze und seitlich aufgeweitete Hauptflamme mit außerordentlich erwünschter Zündbarkeit und Stabilität erzeugt. Eine solche Flammenform ist in manchen Fällen äußerst erwünscht, beispielsweise in solchen Fällen, wo Schwierigkeiten hinsichtlich der Zündung auftreten, wo eine seitliche Aufweitung der Flamme gefordert oder wo eine kurze Flamme benötigt wird, um besondere Betriebsbedingungen zu berücksichtigen*?

Die zwölfte, erfindungsgemäße Ausführungsform entspricht im wesentlichen der vorbeschriebenen AusfUhrungsform, sie unterscheidet sich

909841/0872 - Π -

von dieser nur darin, daß die Zufuhr des über die Sauerstoffdüse ausgetragenen reinen Sauerstoffs auf eine Menge eingesteuert wird, die wesentlich geringer als die für die Verbrennung des flüssigen Brennstoff theoretisch benötigte Sauerstoffmenge ist und insbesondere und vorzugsweise auf einen Wert zwischen 2 und 15/4 der theoretisch benötigten Menge eingesteuert ist. Selbst mit einer so geringen lienge an reinem Sauerstoff erhält man dann auch mit dieser Ausführungsform eine Flamme hoher Intensität. Weitere Ausführungsformen sind Varianten der vorerwähnten Ausführungsformen und werden weiter unten noch detailliert beschrieben. Diese weiteren Ausführungsformen zeichnen sich aus durch eine vereinfachte Bauweise, bei welcher in die Misch-brennkatnmer der Sauerstoffdüse die gesamte Menge an flüssigem brennstoff eingebracht wird unter Verwendung einer relativ großen Menge an Sauerstoff, die jedoch geringer als das chemische Äquivalent ist, so daß eine Flamme von äußerst hoher Temperatur erzeugt werden kann, beispielsweise einer Temperatur von mehr als 2000 C. So ist für eine dreizehnte, eriindungsgemüße Ausführungsform vorgesehen, die Sauerstoffdüse koaxial oder im wesentlichen koaxial außerhalb der Düse für den flüssigen Brennstoff anzuordnen und das vordere Ende der Sauerstoffdüse über das vordere Ende der Düse für den flüssigen Lrennstoff nach vorne über eine geeignete Länge vorstehen zu lassen. Weiterhin weist diese AusfUhrungsform im Sauerstoff-Zustrümkanal der Sauerstoffdüse stromaufwärts von der vorderen Öffnung der Düse für den flüssigen Brennstoff eine ringförmige Einschnürung auf, im Bereich von welcher die Strömungsgeschwindigkeit des durchfließenden Sauerstoffs sehr stark erhöht wird, so daß der Sauerstoff in Richtung auf die vordere Öffnung der Düse für den flüssigen brennstoff in einem starken Strahl schießt. Weiterhin weist diese Ausführungsform eine Misch-Brennkammer auf, in welcher ein Teil des flüssigen ürennstoffes mit dem Sauerstoff vermischt v/ird, diese Kammer ist nahe der ringförmigen Einschnürung und an der Seite der vorderen uffnung der Sauerstoffdüse ausgebildet, üie ringförmige Einschnürung ist die Ursache dafür, daß der zu-

strömende Sauerstoff unter Wirbelbildung in die Misch-Urennkammer eintritt. Die Sauerstoff-Wirbelströmung zieht den flüssigen brennstoff in die Mischkammer, so daß eine Vermischung stattfindet, wobei der flüssige brennstoff vollstUndig zerstäubt oder atomisiert wird. Man erreicht dadurch eine ausgezeichnete Zündbarkeit und eine verbesserte Stabilität der Flamme, die eine hohe Temperatur aufweist. Die Teilmenge des flüssigen ürennstoffes, die nicht zu einem Reagieren mit dem hinzugefügten Sauerstoff gebracht werden konnte, kann vollständig verdampft und zerlegt werden, und es kann darüber hinaus eine große Menge aktiver Radikale erzeugt werden. Indem die Misch-Brennkammer unmittelbar zur Atmosphäre hin offen ist und dadurch ein großer Druckunterschied zu dem Bereich stromaufwärts von der ringförmigen Einschnürung geschaffen wird, wird dadurch ein Rückwärtsströmen des gasförmigen Gemisches aus Sauerstoff und flüssigem Brennstoff oder ein Rückwärtsströmen von flüssigem Brennstoff in die Sauerstoffdüse hinein vollständig verhindert, so daß ein Umschlagen der Flamme nicht möglich ist, und es daher nicht zu einer lixplosion kommen kann. Diese erfindungsgemäße Ausführungsform eines Urenners weist daher einen außerordentlich hohen Sicherheitsfaktor auf.

Die vierzehnte, erfindungsgemüße Ausführungsform entspricht baulich im wesentlichen der vorbeschriebenen Ausführungsform,und für sie gilt die Maßgabe, daß die Menge an reinem Sauerstoff, der über die Sauerstoffdüse ausgetragen wird, auf einen Wert eingesteuert wird, der unterhalb der für die Verbrennung des flüssigen Brennstoffes theoretisch benötigten Menge liegt, insbesondere und vorzugsweise wird auf einen Wert zwischen 30 und 7Ofr der theoretisch benötigten Menge eingesteuert. Selbst mit der Zufuhr von reinem Sauerstoff in einer Menge von nur 30 - 70/° der theoretisch benötigten Menge wird eine Flamme hoher Intensität erhalten.

In einer fünfzehnten, erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Sauerstolfdüse wiederum koaxial oder im wesentlichen koaxial außer-

909841/0872 " ⁱ³ '

halb der Düse für flüssigen Drennstoff angeordnet/und in der Nähe der vorderen Öffnung der Düse für den flüssigen brennstoff ist eine Wirbel erzeugende Einrichtung ausgeformt, welche den flüssigen Brennstoff in konisch divergierender und schraubenförmiger Richtung ausstößt. Dadurch wird in Verbindung mit den bereits beschriebenen Wirkungen weiterhin die Zündbarkeit und Stabilität der Flamme verbessert.

Eine sechszehnte, erfindungsgemäße Äusführungsform entspricht baulich im wesentlichen der vorbeschriebenen Äusführungsform,und für sie gilt die Maßgabe, daß die iienge an reinem Sauerstoff, der über die Sauerstoffdüse ausgetragen wird, auf einen Wert eingesteuert wird, der unterhalb der für die Verbrennung des flüssigen Brennstoffes theoretisch benötigten Menge liegt, insbesondere und vorzugsv/eise wird auf Menge zwischen 30 und /Ό/ο der theoretisch benötigten Menge eingesteuert. Selbst mit einer so geringen Menge an reinem Sauerstoff wird bine Flamme hoher Intensität erhalten.

In einer siebzehnten, erfindungsgemäßen Ausfuhrungsform ist wiederum die Sauerstoffdüse koaxial oder im wesentlichen koaxial außerhalb der Düse für den flüssigen ßrennstoff angeordnet, und das vordere Ende der Sauerstoffdüse stheht über das vordere Ende der Düse für den flüssigen Brennstoff nach außen über eine geeignete Länge vor. In der Nähe der vorderen Öffnung der Düse für den flüssigen brennstoff ist eine Wirbel erzeugende Einrichtung ausgeformt, die den flüssigen Brennstoff in konisch divergierender und schraubenförmiger Richtung ausstößt und außerhalb der Sauerstoffdüse und koaxial oder im wesentlichen koaxial mit dieser ist ein Kanal für die Zuführung von Druckluft angeordnet, dessen vordere Öffnung nahe der vorderen Öffnung der Sauerstoffdüse liegt. Außerdem ist ein Gebläse für eine Luftwirbelung vorgesehen, das die Luft in konischer und schraubenförmiger Richtung in den Druckluftkanal stößt. Indem für diese Ausführungsform der beschriebene Zufuhrkanal für Druckluft vorgesehen ist, wird die durch den Flammenkern erzeugte große

909841/0872 - 14 -

-^H- 1* 1903535

Menge an aktiven kadikilen mit den durch Verdampfung uno Zerlegung des flüssigen Brennstoffes erzeugten brennbaren Gasen von hoher Temperatur (l"L, CJ-L, C H,, CJl-, usw.) und dem Sauerstoff zwangsweise vermischt, so daß die Verbrennung mit einer Klamme von hoher Temperatur und Intensität rasch und vollständig bewirkt werden kann, wobei die Temperatur und intensität der Klamme nahezu den Werten entspricht, die bei einer Verbrennung nur unter /.nwesenheit von reinem Sauerstoff vorliegen. Das Vermischen der base v/ircl insbesondere deshalb sehr intensiv vorgenommen, weil mit den brennbaren Gasen Luft vermischt wird, die in konischer und schraubenförmiger Kichtung in turbulenter Strömung durch das Geblase auf die Gase zu ausgestoßen wird.

Für eine achtzehnte, erfindungsgemäße Musführungsform, die baulich der vorbeschriebenen /usführungsform im wesentlichen entspricht, gilt die Maßgabe, daß die Menge an reinem Sauerstoff, der über die Sauerstoffdüse ausgetragen wird, auf einen Wert eingesteuert ist, der unterhalb der für die Verbrennung des flüssigen brennstoffes theoretisch benötigten Menge liegt, insbesondere und vorzugsweise auf einen Wert in der Größenordnung zwischen 30 und 70/o der theoretisch benötigten Menge, wodurch selbst mit einer so geringen Menge an reinem Sauerstoff eine Flamme hoher Intensität erreicht wird.

ϊη der neunzehnten, erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Sauerstoffdüse koaxial oder im wesentlichen koaxial außerhalb der Düse für flüssigen Brennstoff angeordnet, die eine Teilmenge des flüssigen Brennstoffes austrägt. Eine weitere Düse für flüssigen Brennstoff umfaßt die Sauerstoffdüse und ist ihrerseits um-faßt von einer Gasdüse für die Zerstäubung oder Atomisierung von Luft oder Dampf oder einem Gemisch dieser und diese Gasdüse ist wiederum umfaßt von einem Zufuhrkanal für Druckluft. Für die einzelnen, koaxial oder im wesentlichen koaxial zueinander angeordneten Düsen ist nun eine solche Anordnung getroffen, daß das vordere Ende der Sauerstoffdüse nach

909841/0872 - 10 -

außen über das vordere tnde der inneren L/üse für flüssigen urennstoff über eine geeignete Länge vorsteht, und daß die vorderen Offnungen der üußeren Düse für flüssigen brennstoff, der Gasdüse und des Zufuhrkanals für DrucHuft in der Höhe der vorderen Öffnung der Sauerstoffdüse liegen. In der Nähe der vorderen Öffnung der inneren Düse für flüssigen brennstoff ist eine Wirbel erzeugende Hinrichtung ausgeformt, welche den flüssigen Brennstoff in konisch divergierender und schraubenförmiger Richtung austrägt und außerdem ist ein Gebläse zur Herbeiführung einer Luftwirbelung vorgesehen, das die Luft für die Verbrennung in konischer und schraubenförmiger Kichtung in den Zufuhrkanal für die Druckluft vorträgt. V.ird mit dieser /.usf ührungsform eine große iienge flüssigen Lrennstoffes eingespritzt, dann wird ein Teil dieses brennstoffes mit Sauerstoff in der Mitte des 3auerstoffkanals vermischt, und die kestmenge des Lrennstoffes wird hauptsächlich in zwei Bereichen innerhalb und außerhalb des eine große Iienge Sauerstoff führenden Kanals mit Sauerstoff vermischt, so daß eine Vermischung mit dem Umfangsteil des Sauerstoffstromes vorgenommen wird. Trotz der Einspritzung einer großen Iienge an flüssigem Brennstoff, der sich mit Sauerstoff nur sehr schlecht vermischen lüßt, kann daher auf diese Art und Weise die vollständige Verdampfung und Zerlegung desselben vorgenommen werden, und man erhält eine stabile und große Klamme hoher Intensität.

Für eine zwanzigste, erfindungsgemüße Ausführungsform, welche der vorbeschriebenen Ausführungsform baulich im wesentlichen entspricht, gilt die Haiigube, daß die Menge an reinem Sauerstoff, der über die Sauerstoffdüse ausgetragen wird, auf einen Wert eingesteuert wird, der unterhalb der für die Verbrennung des flüssigen brennstoffe theoretisch benötigten Menge liegt, insbesondere und vorzugsweise wird die zugeführte Iienge auf einen Viert in der üro'ßenordnuny zwischen 2 und 15/« der theoretisch benötigten Henge einr;esteuert. I inn erliült auf diese Art und Weise selbst mit einer r,o

309841/0872 - 10 -

BAD OFItGtNAt

geringen Menge an reinem Sauerstoff eine Flamme -hoher Intensität,

Die vorstehend kurz beschriebenen, im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglichen Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch den wesentlichsten Teil eines

erfindungsgemäßen Lrenners für die Verbrennung flüssigen Crennstof ί'βε gemäß der 1. /\usfUhrungsform, Fig. 2 in vergrößertem Maßstab einen Längsschnitt durch die Sauerstoffdüse der Ausführungsform nach Fig. 1,

Fig. 3 in schematischer Darstellung die mit der 1. Ausführungsform erzeugbare Flamme,
Fig. 4 in vergrößertem Maßstab einen Längsschnitt durch die

Sauerstoffdüse der 3. AusfUhrungsform, Fig. ο in vergrößertem Maßstab einen Längsschnitt durch die

Sauerstoffdüse der 4. AusfUhrungsform, Fig. ο in vergrößertem Maßstab einen Längsschnitt durch die

Sauerstoffdüse der ü. Ausführungsform, Fig. 7 einen Längsschritt durch den wesentlichsten Teil der 7.

Ausführungsform,

Fig. 8 in vergrößertem Maßstab eine Einzelheit der AusfUhrungsform nach Fig. 7 zur Veranschaulichung von deren Wirkung, Fig. 9 einen Längsschnitt durch den wesentlichsten Teil der 9.

Ausführungsform,
Fig.10 einen Längsschnitt durch den wesentlichsten Teil der 11.

Ausführung form,
Fig.11 einen Längsschnitt durch den wesentlichsten Teil der 13.

AusfUhrungsform,

Fig.12 einen Schnitt nach der Linie I - I der Fig. 11, Fig.13 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, der AusfUhrungsform nach Fig. Π zur Veranschaulichung von deren Wirkung, Fig.14 einen Längsschnitt durch den wesentlichsten Teil der 15. AusfUhrungsform,

909841/0872 - π -

BADORfGlNAL

Fig. Ί5 einen Längsschnitt durch den wesentlichsten Teil der 17.

Musführungsform, und
Fig Io einen Lünjsschnitt durch den wesentlichsten Teil der Iv.

riusführurujsform.

Der erfindungsyetnüije brenner bzw. die trenneinrichtung zum Verbrennen flüssigen Brennstoffes soll zunächst in Verbindung mit der Fig. 1 beschrieben v/erden, die eine erste Ausführungsform zeigt. Die Hinrichtung umfaßt einen mittig angeordneten Zufuhrkanal 51 Für Sauerstoff, an dessen vorderem hnde eine oauerstoFfdüse i>i. angeordnet ist. wer Kanal b] v/ird durch einen Rohrabschnitt gebildet, der bei 53 mit der Sauerstoffdüse 52 losbar und in Längsrichtung einstellbar verschraubt ist. Die lösbare Festlegung der SauerstofF-düse 52 erlaubt die wahlweise Verwendung einer Vielzahl austauschbarer Sauerstoffdüsen. Diese lösbare Festlegung ermöglicht darüber hinaus eine Änderung der Relativlage des vorderen Düsenendes in dezug auf die Düse für flüssigen urennstoff und in uezug auf eine Gasclüse, wie dies später noch beschrieben wird. Der Kanal 51 und die Düse 52 wird von Sauerstoff hoher Reinheit unter einem Nieder-

druck in der Größenordnung zwischen 0,3 - 2,0 kg/cm im allgemeinen durchströmt und wird über das vordere Ende 54 der Sauerstoffdüse 52 ausgetragen.

Der mit Sauerstoff durchströmte Kanal 51 wird von einem Kanal 56 umfaßt, der von flüssigem Brennstoff durchströmt wird, auch dieser Kanal wird durch einen Rohrabschnitt gebildet, an dessen vorderem Ende eine Düse 58 festgelegt ist, die die Sauerstoffdüse 52 umfaßt. Diese Düse 58 für flüssigen brennstoff ist wiederum bei 57 mit der Rohrleitung 56 für den flüssigen Brennstoff lösbar verschraubt, so daß auch sie in Längsrichtung derselben eingestellt werden kann. Die Rohrleitung 56 und die Düse 58 wird von Schweröl als dem flüssigen Brennstoff durchströmt.

909841/0872 _ _1& .

Der Brennstoffkanal wird von einem Kanal 5y für Gas umfaßt, eier wiederum durch eine Rohrleitung gebildet ist, mit deren vorderen Ende eine die Brennstoffdüse 58 umfassende Gasdüse 61 lösbar und in Längsrichtung einstellbar bei 60 verschraubt ist. Much die verschraubte Festlegung der Gasdüse 61 an der Rohrleitung 59 bringt eine Austauschmöglichkeit dieser Düse, und eine Einstellmögiichkeit bezüglich der anderen Düsen. Die Rohrleitung 59 und die Düse 6] wird unter Zwischenschaltung eines Kanals 67 von Luft oder Dampf oder, einem Gemisch dieser zur Zerstäubung oder Atomisierung des Schweröls durchströmt. Dieses für die Atomisierung benötigte Gas muß nicht immer unter einem hohen Druck gehalten oder mit einer hohen Geschwindigkeit herangeführt werden, so daß die -Anordnung zu seiner Zuführung relativ einfach gehalten .werden kann. Die einstellbare Anordnung der einzelnen Düsen untereinander bringt die Möglichkeit, dai3 die Zufuhr dieses Gases vollständig abgestellt oder in entsprechendem Ausmaße einreguliert werden kann, wo dies erwünscht ist. -

Nahe dem vorderen Ende 54 der Sauerstoffdüse 52 ist eine Misch-Ürennkammer ausgeformt, in welcher eine Teilmenge des Schweröles mit Sauerstoff vermischt wird. Wie aus der vergrößerten Darstellung gemäß Fig. 2 hervorgeht, weist die Sauerstoffdüse 52 einen oder eine Vielzahl von Kanälen 62 auf, die von der Brennstoffdüse abgezweigt sind und in der Sauerstoffdüse nahe deren vorderem Ende münden. Auf diese Art und Weise wird in dem Abschnitt 03 der Sauerstoffdüse 52 eine Hisch-Brennkammer gebildet, in welche hinein eine Teilmenge des Schweröls durch die Kanäle 02 hindurch gezogen wird, da der über die Düse 52 ausströmende Sauerstoff im MUndungsbereich der Kanäle 62 eine Saugwirkung ausübt.

Der vorbeschriebene, in seiner Gesamtheit mit 64 bezeichnete Brenner oder Breinneinrichtung ist innerhalb eines Luftführungsrohres 69 koaxial oder im wesentlichen koaxial mit diesem angeordnet, über

- 19 -

909841/0872 .-...-

bad

welches die eine Verbrennung aufrechterhaltende Luft herangeführt wird. Die Linheit. aus brenner und Luftführungsrohr durchdringt im allgemeinen die K'and ob eines Ofens und ihr vorderes Ende ist innerhalb desseiben gehalten.

Der die SauerstoffdUse 52 durchströmende Sauerstoff wird über deren vorderes linde 54 ausgetragen, nachdem er die Misch-Ürennkainmer Ö3 durchströmt hat. Wenn der Sauerstoff an den Mündungen der Kanüle 62 vorbeiströmt, dann erzeugt er eine Injektorwirkung, wodurch eine Teilmenge des Schweröls über die Kanäle ü2 von der brennstoffdüse ÖL· angesaugt und in die Sauerstoffdüse 52 hineingetragen wird. Die so angesaugte Teilmenge an Schweröl wird dann durch den die lUsch-Brennkammer 63 durchströmenden Sauerstoff zerstäubt oder atomisiert und mit diesem vermischt, so daß dann ein brennstoff-oauerstoff-Gemisch über das vordere linde 54 der S'auerstoffdüse b2 ausgetragen wird. Wie aus Fig. 3 erkennbar,bildet dieses Gemisch nach seiner Zündung infolge der Verbrennung mit dem reinen Sauerstoff einen stabilisierten Flammenkern 65 hoher Temperatur nahe dem vorderen Ende der Sauerstoffdüse und etwa in der lütte des brenners 64.

uie kestmenge an Schweröl, also dessen liauptmenge, wird über das vordere Ende der brennstoffdüse üo zur Atmosphäre hin um den Umfang des Flammenkerns 65 herum ausgetragen. Dabei wird das Schweröl durch das über die die Brennstoffdüse umfassende Gasdüse 61 tiusgetragene Gas zerstäubt oder atomisiert und zerstreut, und weiterhin bewirkt die hohe Reaktionswärme des Flammenkerns ein Verdampfen und,Zerlegen des so zerstäubten oder atomisierten Brennstoffes, wobei eine große Menge an aktiven Radikalen abgegeben wird. Das vergrößerte Volumen an aktiven Radikalen schafft in Verbindung mit der hohen Reaktionswärme des Flammenkerns 65 eine gesteigerte Verbrennung der Hauptmenge des so verdampften und zerlegten flüssigen Brennstoffes. Um den Hammenkern 65 herum und nahe diesem

' - 20 -

9 0*841/0*72

BAD

wird der verdampfte und zerlegte flüssige Brennstoff verbrannt, wobei er durch die über das Luftführungsrohr 69 herangeführte Verbrennungsluft ausgebreitet oder zerstreut und mit dieser gemischt wird und so eine Hauptflamme 66 bildet. Infolge der hohen Temperatur des Flammenkerns 65 wird das Vermischen des atomisierten flüssigen Brennstoffes nach dessen Verdampfen mit dem Sauerstoff in der umgebenden Luft infolge hoher molekularer Geschwindigkeiten sehr rasch vorgenommen, was zur Folge hat, daß das gasförmige Gemisch mit einer hohen Geschwindigkeit verbrennt» Die den F9£Lmmenkern 65 umfassende Hauptflamme 66 weist deshalb eine relativ kurze Gesamtlänge auf, was die Ursache dafür ist, daß sie gegenüber mit bekannten Brennern erzeugbaren Flammen bei gleicher Wärmemenge einen höheren Heizwert je Volumeneinheit und damit eine größere Intensität besitzt. Indem die Flamme kurz ist, ist ihre Umfangsoberflache klein, folglich ist auch ihre wärmeausstrahlende Fläche begrenzt und die Verbrennungswärme kann ohne nennenswerten Verlust wirksam in einen erwünschten, konzentrisch liegenden Bereich abgegeben werden. Weiterhin ist festzuhalten, daß wegen der Kürze der Fäilmme und wegen der Ausbildung der Hauptflamme 66 nahe des Brenners 64 eine , hohe Stabilität der Flamme erhalten wird, ohne die Gefahr eines Abhebens derselben.

In Verbindung mit der vorbeschriebenen Äusführungsform wäre noch festzuhalten, daß die zur Aufrechterhaltung der Verbrennung benötigte Luft nicht immer, wie dargestellt,über das Luftführungsrohr 69 herangebracht werden muß, es kann dafür auch eine gesonderte Leitung vorgesehen sein. Es ist jedoch vorzugsweise erwünscht, die Luft in Richtung auf das vordere Ende des Brenners 64 oder um den Flammenkern 65 herum zuzuführen.

Mit der vorbeschriebenen Äusführungsform wird also erfindungsgemäß ermöglicht, eine Flamme von hoher Temperatur mit einem hohen Heizwert je Volumeneinheit zu erzeugen, d.h. eine Flamme äußerst

- 21 -

hoher Intensität, indem man im wesentlichen reinen Sauerstoff in einer Menge zuführt, die bei weitern geringer ist als die für die Verbrennung flüssigen Brennstoffes theoretisch benötigte Menge, wodurch ein sehr rascher Temperaturanstieg bei der Verbrennung erhalten wird, und indem man weiterhin den flüssigen Brennstoff sehr intensiv aktiviert, indem man eine Teilmenge desselben nahe der Brennstoffdüse mit dem Sauerstoff nach vorausgegangener Zerstäubung oder Atomisierung vermischt, so daß nahe der Düse ein Flammenkern geeigneter temperatur ausgebildet wird.

Da die einzelnen Düsen in ihren Relativlagen axial einstellbar sind, können die jeweiligen Druckverhältnisse verändert werden. Es kann deshalb mit einer einzigen Düsenausführungsform eine Anpassung an unterschiedliche Betriebsverhältnisse vorgenommen werden, die hervorgerufen sein können durch wechselnde Zufuhrmengen an flüssigem Brennstoff und Sauerstoff, d.h. die Formgebung der Klamme kann über einen weiten Bereich eingestellt werden.

Eine zweite AusfUhrungsform entspricht baulich im wesentlichen der vorbeschriebenen ersten Ausführungsform, die jedoch so abgeändert ist, daß der reine Sauerstoff in einer Menge zwischen 2 und 15% der theoretisch benötigten Menge zugeführt wird. Selbst mit einer so geringen Menge an zugeführtem reinem Sauerstoff erhält man dann mit einer Flamme der vorbeschriebenen kleinen Volumeneinheit Temperaturen zwischen etwa 1700 und 2200 C, d.h. die erzeugte Flamme weist eine relativ hohe Intensität auf.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 4 soll nunmehr eine axrfcte Ausführungsform der Erfindung beschrieben werden. In Fig. 4 bezeichnet 102 die Sauerstoffdüse, an deren einem Ende ein Gewinde 101 ausgebildet ist. Der Sauerstoff-Zuströmkanal ist mit der Bezugsziffer 103 bezeichnet, und dieser Kanal ist, bezogen auf das vordere Ende der Düse, in Strömungsrichtung des Sauerstoffs stromaufwärts mit

- 22 -

909841/0872

BAD ORIGINAL

mit einem dem Strömungsdruck reduzierenden Abschnitt 105 versehen. Der Durchmesser der den Zuströmkanal 103 bildenden Axialbohrung der Düse 102 ist also unter'ßilduny einer Stufe zum vorderen Ende" 104 der Düse hin vergrößert,und in dieser bohrung vergrößerten Durchmessers mündet in der Nähe der Stufe ein oder eine Vielzahl von Kanälen 106 für die Zuführung von Schweröl als flüssigem Brennstoff, diese Kanäle sind von dem vorderen Bereich der Brennstoffdüse abgezweigt. Der den Strömungsdruck reduzierende Abschnitt 105, * oder genauer der Bereich zwischen der in der Axialbohrung ausgebildeten Stufe und dem vorderen Düsenende 104, bildet eine iiisch-Brenhkammer 107. Wie aus der Darstellung erkennbar, sind die Kanäle 1Oo für die Zuführung von Schweröl in Bezug auf die Achse der Düse schräg ausgerichtet, so daß sie in Strömungsrichtung des Sauerstoffs münden. Der den Kanal 103 durchströmende Sauerstoff wird über das vordere Düsenende 104 ausgetragen, nachdem er zuvor die Brenn-Mischkammer 107 durchströmt hat. Erreicht der Sauerstoff die in dem Kanal ausgebildete Stufe, dann wird sein Zuströmdruck und folglich auch seine Zuströmgeschwindigkeit reduziert, indem sich der Sauerstoff volumenmaäßig ausdehnt. Dies hat zur Folge, daß sich die über die Kanäle 106 zugeführte Teilmenge an Schweröl in der Misch-Brennkammer 107 intensiver mit dem Sauerstoff vermischt,und daß die Zerstüubungs- oder Atomisierungswirkung des flüssigen Brennstoffes in der Kammer 107 wesentlich verbessert wird. Dies führt zu einer wesentlich verbesserten Zündbarkeit und Stabilität des gasförmigen Gemisches, was wiederum die Ursache für eine gesteigerte Intensität und eine weiterhin erhöhte Temperatur des durch Verbrennung erzeugten Flammenkernes ist.

Die in Fig. 5 dargestellte Sauerstoffdüse 152 der vierten Ausführungsform weist wiederum an ihrem einen Ende ein Gewinde 151 auf,und eine Axialbohrung 153 bildet den Zuströmkanal für Sauerstoff. In Strömungsrichtung des Sauerstoffs ist stromaufwärts von dem Düsenende 154 die Axialbohrung bei 155 konisch aufgeweitet,und diese konische Aufweitung stellt einen Abschnitt des Sauerstoff-...

'909841 /0872 " ²³ "

Zuströmkanals dar, in welchem eine turbulente Strömung erzeugt wird. Hinter diesem Abschnitt 155 ist der Durchmesser der Axialbohrung vergrößert, und ein oder eine Vielzahl von dem vorderen Bereich der Brennstoffdüse abgezweigte Kanäle 156 für die Zuführung von Schweröl als flüssigem Brennstoff mündet in dem Abschnitt 155. Der eine turbulente Sauerstoffströmung erzeugende Abschnitt 155 und das vordere Düsenende 154 bilden eine Misch-Brennkammer, die Kanäle 15ό für die Zuführung von Schweröl liegen bezüglich der Achse des Sauerstoff-Zuströmkanals schräg und münden in Strömungsrichtung des Sauerstoffs in der Misch-Brennkammer 157. Der den Kanal 153 durchströmende Sauerstoff wird über das vordere Düsenende 154 ausgetragen, nachdem er zuvor die Misch-Brennkammer 157 durchströmt. Indem der Sauerstoff den eine turbulente Strömung erzeugenden Abschnitt 155 durchströmt wird er in seinem Volumen ausgedehnt, es kommt dabei zu einer Reduzierung des Zustrümdrückes und der Strömung vird eine Turbulenz aufgegeben. Mit dieser turbulenten Strömung wird die über die Kanäle 150 zugeführte Teilmenge an Schweröl vermischt, und in diesem vermischten Zustand wird das Schweröl nahezu vollständig verdampft, zerlegt und durch die Reaktionswärme des Flammenkernes verbrannt, was zur Folge hat, daß die Verbrennung der Hauptflamme unter weiterhin erhöhter Temperatur und gesteigerter Intensität vorgenommen wird.

In Fig. 6 ist die Sauerstoffdüse 202 der fünften Ausführungsform dargestellt. Auch diese Düse ist im Bereich ihres einen Endes lit einem Gewinde 201 versehen und weist eine Axialbohrung 205 als Zuströmkanal für den Sauerstoff auf. Die Äxialbohrung erweitert sich über einen Abschnitt 204 konisch zum vorderen DUsenende 203 hin, in deren Bereich die Axialbohrung einen vergrößerten Durchmesser aufweist. Etwa in der Mitte des konischen Abschnittes 204 mündet einer oder eine Vielzahl von Kanälen 206 für die Zuführung von Schweröl aljs flüssigem Brennstoff, diese Kanüle sind von einem vorderen Bereich der Brennstoffdüse abgezweigt. Der konische Ab-

■-■24 -

909841/0872

schnitt 204 und das vordere Düsenende 203 begrenzen eine Misch-Brennkammer 207,und die Kanäle 206 liegen auch hier schräg zur Achse des Zuströmkanals für den Sauerstoff, so daß sie in dessen Strömungsrichtung münden. Der den Kanal 205 durchströmende Sauerstoff wird über das vordere Düsenende 203 ausgetragen, nachdem er zuvor den konischen Abschnitt 204 und die Misch-Brennkammer 207 durchströmt hat. Indem der Sauerstoff den konischen Abschnitt 204 durchströmt, wird er dabei beschleunigt zerstäubt und in seiner Dichte reduziert, was die Ursache für eine verbesserte Vermischung mit der über die Kanäle 20ό zugeführten Teilmenge an Schweröl in der Kammer 207 ist. Über das vordere Düsenende 203 wird demzufolge ein Gasmisch ausgetragen, daß äußerst homogen und in hohem Maße zündbar und stabil ist, so daß der durch Verbrennung erzeugte Flammenkern eine weiterhin gesteigerte Intensität und eine weiterhin erhöhte Temperatur aufweist. Indem die Kanäle 206 für die Zuführung von Schweröl in die Misch-Drennkammer in dem konischen Bereich 204 unter einem nach rückwärts gerichteten Neigungswinkel münden, wird dadurch verhindert, daß der Sauerstoff nach rückwärts durch diese Kanäle hindurch zu dem Zuführungskanal für den Drennstoff strömt, ein Zurückschlagen der Flamme ist dadurch mit Sicherheit ausgeschaltet. Weiterhin bewirkt die Saugkraft des strömenden Sauerstoffs, welche die Ursache für die Anziehung einer Teilmenge des Schweröls über die Kanüle 20ό ist, daß das Schweröl nur in einer angemessenen Teilmenge in die Kammer 207 eingetragen wird, in welchem Zusammenhang darauf hinzuweisen ist, daß die Kanäle 20ό eine kleine lichte Weite aufweisen, so daß das über sie zugeführte Schweröl leicht zerstäubt oder atomisiert wird. Hit der hier beschriebenen Ausführungsform wird also in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der zuströmenden Sauerstoffmenge automatisch die Menge an Schweröl erhöht oder erniedrigt, die über die Kanäle 206 angzogen wird, so daß für die Verbrennung davon ausgegangen werden kann, daß immer automatisch auf eine angemessene Menge an Schweröl eingesteuert ist. Man erhält so einen stabilisierten Flammenkern, der in seiner

- 25 -

909841/0872

Größe der Menge an zugeführtem bauerstoff entspricht, dieser Sauerstoff wird in seiner Gesamtheit in Wärme umgewandelt. Die Turbulenz der Strömung des brennbaren Gemisches ist dabei, wie ohne weiteres erkennbar, von der Größe des Konuswinkels des konischen Abschnittes 204 abhängig.

In der sechsten Äusführungsform ist die oben beschriebene dritte Ausführungsform baulich so ausgeführt, daß der reine Sauerstoff in einer Menge zwischen 2 und 15)fl> der für die Verbrennung des flüssigen Brennstoffes theoretisch benötigten Menge zugeführt wird. Man erhält dann selbst mit einer so geringen Menge an reinem Sauerstoff und mit der beschriebenen Flamme kleinen Volumens eine Temperatur zwischen etwa 1700 und 2200 C, d.h. die Flamme weist eine relativ hohe Intensität auf.

In Verbindung mit den Fig. 7 und 8 soll nunmehr die siebte Ausführungsform näher beschrieben werden. In dieser Ausführungsform bezeichnet 251 den zentral liegenden Zuströmungskanal für Sauerstoff, der durch ein Rohr gebildet ist, mit welchem die Sauerstoffdüse über eine VerbindungsmufFg 252 verbunden ist. Der Zuströmungskanal 251 für Sauerstoff wird von einem Zustrümungskanal 254 für flüssigen Brennstoff umfaßt, der gleichfalls durch ein Rohr gebildet ist, mit dessen vorderem Ende eine Brennstoffdüse 25cS verbunden ist. Der Brennstoffkanal 254 und die Brennstoffdüse 25o sind koaxial oder im wesentlichen koaxial außerhalb des Sauerstoffkanals 251 und der Sauerstoffdüse 253 angeordnet. Der Brennstoffkanal 254 wird seinerseits umfaßt von einem Kanal 257 für Luft, der wiederum aus einem Rohr gebildet ist, mit dessen vorderem Ende eine Luftdüse 258 verbunden ist. Der Zuströmkanal 251 für Sauerstoff, der sich in dem Kanal 259 der Sauerstoffdüse 253 fortsetzt, ist bei 261 mit einer sich axial erstreckenden Einschnürung versehen, die in Strömungsrichtung des Sauerstoffs stromaufwärts von dem vorderen Ende 200 der Sauerstoffdüse etwa in der Mitte des Kanals 259 liegt.

- 20 -

909841/0872

BAD ORIGINAt.

Diese Einschnürung 261 bewirkt eine plötzliche Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Sauerstoffs, indem in dem Kanal 259 eine Stufe 202 ausgebildet ist. ϊη dem Bereich zwischen dieser Stufe 262 und dem vorderen Ende 260 der Sauerstoffdüse 253 mündet ein oder eine Vielzahl von Kanälen 263 für die Zuführung von Schweröl als flüssigem Brennstoff, diese Kanäle sind von dem vorderen Gereich der Crennstoffdüse 2ÖV abgezweigt und sind bezüglich der Achse des Kanals 259 schräg ausgerichtet oder stehen auf dieser im wesentlichen senkrecht. Innerhalb des Zustrümkanais 26^ der Sauerstoffdüse 253 wird eine Hisch-brennkammer 2o4 zwischen der Einschnürung 261 und dem vorderen Düsenende 260 gebildet. Der in seiner Gesamtheit mit 267 bezeichnete Brenner ist koaxial oder im wesentlichen koaxial innerhalb eines Luftführungsrohres 269 für die Zuführung der eine Verbrennung aufrechterhaltenden Luft angeordnet, Brenner 267 und Luftführungsrohr 269 durchdringen die Wand 268 eines Ofens, so daß ihre vorderen Enden innerhalb desselben liegen.

In der vorbeschriebenen Äusführungsform wird eine Teilmenge an Schweröl über die Kanäle 26G der Sauerstoffdüse 253 zugeführt und dann in der Misch-Drennkammer 264 mit Sauerstoff vermischt. Üieses Gemisch wird über das vordere Üüsenende 260 ausgetragen und verbrannt, wobei ein Flammenkern 265 gebildet wird. Die Restmenge an Schweröl kommt über das vordere Ende der Brennstoffdüse 256 zur Einspritzung und wird durch die Luft zerstäubt oder atomisiert, die über die Luftdüse 256 ausgetragen wird. Es erfolgt dann eine Verbrennung unter Anwesenheit der über das Luftführungsrohr 269 zugeführten, die Verbrennung aufrechterhaltenden Luft, wobei eine Hauptflamme 266 gebildet wird, welche den Flammenkern 265 umhüllt. Im einzelnen spielen sich dabei folgende Vorgänge ab, die in der Darstellung gemäß Fig. S veranschaulicht sind. Der den Zuströmkanal 259 durchströmende Sauerstoff wird auf seinem Weg zur Hisch-Brennkammer 264 hin durch die den lichten Kanalquerschnitt ein-

909841/0872

schnlirende Stufe 262 aufgehalten und im axialen bereich gestaut. Die so angesammelte Sauerstoffmenge wird dann in den axialen Bereich der Kammer 204 eingespritzt, wobei ein Teil des im Umfangsbereich dieses Strahls liegenden Sauerstoffs in der Kammer 264 Wirbel bildet. Das über die Kanäle 263 zugeführte Schweröl wird von diesen Kirbeln erfaßt und so mit dem Sauerstoff unter gleichzeitiger Atomisierung in der Kammer vermischt, so dai3 über das vordere Ende der Sauerstoffdüse das gasförmige Gemisch aus Schweröl und bauerstofr ausgetragen wird. Die in dem Zustrümkanal 259 ausgebildete Linschnürung 261 ruft also eine Wirbelströmung des Sauerstoffs hervor, welche die Ursache dafür ist, daß im Hündungsbereich der Kanüle 263 eine äußerst starke Saugkraft aufgebaut wird, welche das Schweröl über die Kanüle in die Kammer 264 hineinzieht. Die hohe Saugkraft ist auch die Ursache für eine intensive Zerstüubung des zugeführten Schweröls)und die Wirbel ermöglichen eine intensive Vermischung desselben mit dem Sauerstoff. Das erhaltene Gemisch weist innerhalb äußerst w3}eter Grenzen der Zuströmungsgeschwindigkeit des Sauerstoffs eine hohe Zündbarkeit und Stabilität auf.

Die vorbeschriebene, siebte Ausführungsform wird für die achte /•.usführungsform im wesentlichen beibehalten, allerdings ist diese achte /.usfUhrungsform konstruktiv so bemessen, daß der reine Sauerstoff nur in einer Menge zwischen 2 und Ίΰ/ό der für die Verbrennung des flüssigen Brennstoffs theoretisch benötigten Menge zugeführt zu werden braucht. Selbst mit einer so geringen Menge an reinem Sauerstoff und mit der mehrfach beschriebenen kleinen Flamme können dann mit dieser /,usführungsform Flammentemperaturen zwischen etwa 1700 und 2200 C erhalten werden, d.h. die Flamme weist auch hier wiederum eine hohe Intensität auf.

Die in Kig. V dargestellte neunte Ausfuhrungsform umfaßt wiederum eine zentral angeordnete und mit der Dezugsziffer 302 bezeichnete

- 28 -

909841/0872

Sauerstoffclüse, die an einen Zuströmkanal 301 für Sauerstoff angeschlossen ist. Diese Sauerstoffdüse 302 wird von einer Brennstoffdüse 304 umfaßt, die an einen Zuströmkanal 303 für flüssigen Brennstoff angeschlossen ist. Die Brennstoffdüse 304 wird ihrerseits umfaßt von einer Luftdüse 306, die an einen Zuströmkanal 305 für Luft angeschlossen ist, die Düsen 302, 304 und 30ό sind koaxial oder im wesentlichen koaxial zueinander angeordnet und können in Achsrichtung in Bezug aufeinander verschiebbar eingestellt werden. Die Sauerstoffdüse 302 steht mit ihrer vorderen Öffnung 307 über die vorderen Öffnungen 308 und 309 der Brennstoffdüse 304 und der Luftdüse 306 nach vorne vor, d.h. die Sauerstoffdüse 302 ragt weiter in den Ofen hinein als die übrigen Düsen. Am vorderen Ende der Sauerstoffdüse 302 oder in dessen Bereich ist ein konischer Abschnitt 315 ausgebildet, der sich zu der vorderen öffnung 307 hin aufweitet. Etwa in der Mitte dieses konischen Abschnittes 315 mündet einer oder eine Vielzahl von Kanälen 313 für die Zufuhr von Schweröl als flüssigem Brennstoff, diese Kanäle werden durch öffnungen in der Wand des konischen Abschnittes gebildet und sind von dem Zuströmungskanal 303 für den flüssigen brennstoff abgezweigt. Der konische Abschnitt 312 und die vordere Öffnung 307 des Zuströmkanals 301 für Sauerstoff begrenzen eine liisch-ijrennkammer 314. In dem Zuströmkanal 305 für Luft ist ein Gebläse, nämlich Flügel 319, angeordnet, welches der zuströmenden Luft Wirbel aufgibt. Der in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 316 bezeichnete Brenner ist koaxial oder im wesentlichen koaxial innerhalb eines Luftführungsrohres 318 für die Zuführung der die Verbrennung aufrechterhaltenden Luft angeordnet, brenner 316 und Luftführungsrohr 318 durchdringen die Wand 317 eines Ofens, so daß ihre vorderen Ende im Innern des Ofens liegen.

Eine Teilmenge des über den Kanal 303 zuströmenden Schweröls als flüssigem brennstoff wird über die Kanäle 313 in die Misch-Crennkammer 314 eingeführt. Innerhalb dieser Kammer 314 wird das Schwer-

- 29 -

909841/0872

öl mit dem herangeführten Sauerstoff vermischt und durch diesen zerstüubt oder atomisiert, das Gemisch wird dann über die vordere Öffnung 307 der Sauerstoffdüse ausgetragen und nach seiner Zündung verbrannt, wodurch ein Flammenkern 311 erzeugt wird. Die über den Zuströmkanal 305 zuströmende Luft wird über die vordere Öffnung 209 der Luftdüse in einer Wirbelströmung ausgetragen, und diese Wirbelströmung bewirkt ein Zerstäuben oder Atomisieren der ilauptmenge des Schweröls, das durch den Kanal 303 zuströmt und über die vordere Öffnung 308 der brennstoffdüse ausgetragen wird, über die vordere Öffnung 309 der Luftdüse wird also ein Gemisch aus Luft und Brennstoff ausgetragen. Dieses Gemisch wird zu der vorderen Öffnung 307 der Sauerstoffdüse 302hin bewegt,und weil die Sauerstoffdüse 302 nach vorne über die anderen Düsen vorsteht kommt das Gemisch über den vorstehenden Umfang 310 der Sauerstoffdüse zur Einspritzung und zur Zerstäubung oder Atomisierung.

Mit der vorbeschriebenen Ausführungsform gleichwertig sind Ausführungsformen, bei welchen die vordere Öffnung einer inneren Düse in der gleichen Ebene liept mit der vorderen Öffnung einer äußeren Düseji(,oder bei welchen die vordere öffnung der inneren Düse gegenüber der vorderen Öffnung einer äußeren Düse nach innen zurückversetzt ist. Mit der beschriebenen Ausführungsform wird eine verringerte Stabilität des Flammenkerns vermieden, die Stabilität könnte beeinträchtigt werden durch Einspritzung des Schweröls zum Zwecke von dessen Zerstäubung oder Atomisierung. Anders ausgedrückt, die beschriebene Ausführungsform ermöglicht eine Zerstäubung oder Atomisierung des Schweröls in der Nähe des vorderen Düsenendes, ohne daß dabei der Flammenkern schädlich beeinflußt wird. Indem der Flammenkern 311 die Verdampfung und Zerlegung des Schweröls fördert, wird eine in hohem Maße stabilisierte Hauptflamme 312 erzeugt. Indem das Gemisch aus Schweröl und Luft auf den Außenυmfag 310 der Sauerstoffdüse auftreffen, wird dadurch die bereits beschriebene Blas- und Ätomisierungswirkung durch eine Stoß- und

- 30 -

909841/0872

Verdampfungswirkung unterstützt, was zur Folge hat, daß das Schweröl in verstärktem Maße zerstäubt oder atomisiert wird.

Die zehnte Äusführungsform entspricht baulich im wesentlichen der vorbeschriebenen neunten Ausführungsforni, mit der Maßgabe, daß der reine Sauerstoff in einer Menge zwischen L und 15;ό der für die Verbrennung des flüssigen Brennstoffs theoretisch benötigten iienge

zugeführt wird. Nan erhält dadurch selbst mit einer so geringen ι
Menge an reinem Sauerstoff und mit der beschriebenen Flamme kleinen Volumens Temperaturen zwischen etwa 1700 und 2200 C, d.h. die Flamme weist eine relativ hohe Intensität auf.

In der in Fig. 10 dargestellten elften Ausführungsform ist wiederum im zentralen Bereich des Brenners ein Zustrümungskanal 3£>1 für Sauerstoff angeordnet, der durch ein Rohr gebildet ist, mit welchem eine Sauerstoffdüse 353 über eine Verbindungsmuffe 352 verbunden ist. Der Zuströmungskanal 351 für Sauerstoff wird von einem Zuströmungskanal 354 für flüssigen Brennstoff umfaßt, audi dieser Kanal wird durch ein Rohr gebildet, mit dessen vorderem Ende eine Brennstoffdüse 356 verbunden ist. Der Brennstoffkanal 354 und die Brennstoffdüse 35ό sind koaxial oder im wesentlichen koaxial außerhalb des Sauerstoffkanals 351 und der Sauerstoffdüse C>53 angeordnet. Der Brennstoffkanal 354 ist seinerseits von einem Zuströmkanal 357 für Luft umgeben, der gleichfalls aus einem Rohr gebildet ist, mit dessen vorderem Ende eine Luftdüse 358 verbunden .ist. In dem Zuströmungskanal 351 für Sauerstoff,der sich in dem Kanal 308 der Sauerstoffdüse 353 fortsetzt, ist eine sich axial erstreckende Einschnürung 360 ausgeformt, diese Einschnürung ist in Strömungsrichtung des Sauerstoffs stromaufwärts von dem vorderen Ende 359 der Düse 353 etwa in der Mitte des Kanals 368 angeordnet und dient einer plötzlichen Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Sauerstoffs. Die Einschnürung 360 wird geschaffen durch eine Stufe 3öV des Zuströmungskanals 368, und zwischen dieser Stufe 369 und dem

'-Λ

909841/0872

vorderen Ende 359 der Sauerstoffdüse 353 ist eine Hisch-Urennkammer 362 ausgebildet, in welcher ein oder eine Vielzahl von Kanälen 361 für die Zuführung von Schweröl als flüssigem Brennstoff münden, die von dem vorderen Bereich der Brennstoffdüse 350 abgezweigt sind. Die Kanüle 301 liegen bezüglich der Achse des Zuströmungskanals 368 schräg oder stehen auf dieser im wesentlichen senkrecht. Die Sauerstoffdüse 353 steht mit ihrer vorderen Öffnung nach vorne über die vorderen Üffnungen 363 und 364 der Brennstoffdüse 35ü und der Luftdüse 358 vor. Der Umfang des vorderen lindes 359 der Sauerstoffdüse 353 ist nach außen unter Bildung eines ringförmigen Flansches 306 aufgeweitet, dieser Flansch 365 ist einstückig mit der Gauerstoffdüse 353. Der in seiner Gesamtheit mit 355 bezeichnete L-renner ist koaxial oder im wesentlichen koaxial innerhalb eines Luftführungsrohres 371 für die Zuführung der die Verbrennung aufrechterhaltenden Luft angeordnet, brenner 365 und Luftführungsrohr 371 durchdringen die Viand 370 eines Ofens, so daß ihre vorderen Enden innerhalb desselben liegen.

In der Misch-Brennkammer 362 wird eine Teilmenge des Schweröls als flüssigem Brennstoff mit dem Sauerstoff vermischtiund dieses Gemisch wird über die vordere Öffnung der Sauerstoffdüse ausgetragen. Der Flansch 365 bewirkt nun, daß die Hauptmenge an Schweröl und die Luft gleichzeitig mit der Einspritzung divergierend nach ausv/ärts strömen, während das Gemisch nach seiner Einspritzung über die Öffnung 3ÖV wieder zu dieser zurückströmt, was durch eine Konvektionsstromung verursacht ist. Dieses rückwärts strömende Gemisch wird verbrannt, so daß der Flammenkern 366 erzeugt wird, der dann das noch nicht verbrannte Gemisch, welches über die vordere Öffnung Ü59 der ^auerstoffdüse ausgetragen wird, zündet. Die Zündbarkeit und Stabilität der Mauptflamme 367 wird auf diese Art und V/eise sehr stark verbessert, wobei die Gesamtlänge der Flamme begrenzt und eine divergierende Flamme erzeugt wird. Die

- 32 -

909841/0872

BAD ORIGINAL

hier beschriebene Ausführungsform ist insbesondere für solche Anwendungszwecke vorteilhaft, bei welchen hinsichtlich der Zündung Schwierigkeiten auftreten, beispielsweise infolge einer zu niedrigen Ofentemperatur. Diese Ausfuhrungsform ist auch dort vorteilhaft, wo eine Ausdehnung der Flamme gefordert oder wo eine Ramme einer kurzen Gesamtlänge benötigt wird.

Die zwölfte Ausführungsform entspricht baulich im wesentlichen der vorbeschriebenen Ausführungsform, mit der Maßgabe, daß reiner Sauerstoff in einer Menge zwischen 2 und 15/ii der für die Verbrennung flüssigen Brennstoffs theoretisch benötigten Menge zugeführt wird. Selbst mit einer so geringen Menge an reinem Sauerstoff werden mit der beschriebenen Flamme kleinen Volumens Temperaturen zwischen etwa 1700 und 2200 C erreicht, d.h. die Flamme weist eine entsprechend hohe Intensität auf.

In den Fig. 11-13 ist eine dreizehnte Ausführungsform dargestellt. Mit dem vorderen Ende eines Zuströmkanals 401 für flüssigen ürennstoff, der mittig des Brenners angeordnet ist, ist eine Brennstoffdüse 402 über eine Verbindungsmuffe 405 verbunden. Der brennstoffkanal 401, der durch ein Rohr gebildet ist, wird von einem Zuströmkanal 403 für Sauerstoff umfaßt, der gleichfalls aus einem Rohr gebildet ist, mit dessen vorderem Ende eine Sauerstoffdüse 404 über eine Verbindungsmuffe 406 verbunden ist. Der Sauerstoffkanal 403 und die Sauerstoffdüse 404 sind koaxial oder im wesentlichen koaxial außerhalb des Brennstoffkanals 401 und der Brennstoffdüse 402 angeordnet. Die Anordnung der Brennstoffdüse 4-02 ist so getroffen, daß ihre vordere Öffnung 407 gegenüber der vorderen Öffnung 408 der Sauerstoffdüse 404 zurückversetzt ist, d.h. das vordere Ende der Lrennstoffdüse liegt in der Ausströmungsrichtung des flüssigen Drennstoffs stromaufwärts bezüglich des vorderen Endes der Sauerstoffdüse. Innerhalb der Sauerstoffdüse 404 und in der Nähe von deren vorderer Öffnung 408 ist die liisch-Brennkammer 409 ausgebildet. In dem Zuströmungskanal 403 für Sauerstoff,

909841/0872 -33-

ORIGINAL

der sich in dem Kanal 414 der Sauerstoffdüse 404 fortsetzt, ist in Strömungsrichtung des Sauerstoffs stromaufwärts von der vorderen öffnung 407 der Drennstoffdüse 402 und in deren Nähe durch einen radial vorstehenden Flansch 410 der Sauerstoffdüse eine ringförmige Einschnürung ausgebildet, die in dem Kanal 414 eine Stufe bildet. Diese Stufe begrenzt einen Mbschnitt 411 des Zuströmkanals radial nach außen, hinter welchem axial nach vorne ein Totraum 415 ausgebildet ist. Der Zuströmkanal 403 für Sauerstoff, der durch ein Rohr gebildet ist, wird von einem Wasserrohr 412 umfaßt, das mit der DUsenmuffe 40ό verbunden ist, welche zur Bildung eines Wassermantels 413 hohl ausgebildet ist. Der über den Zustromungskanal 401 zugeführte Brennstoff wird nach Durchströmung der Muffe 405 über die vordere üffnung 407 der Brennstoffdüse 402 in die Misch-Brennkammer 409 ausgetragen, wobei er in divergierender Richtung strömt. Andererseits wird der über den Zuströmungskanal 403 und weiter über den Kanal 414 zugeführte Sauerstoff durch die Sauerstoffdüse 404 gleichfalls in diese Kammer 409 eingespritzt, so daß in dieser das Schweröl als flüssigem Brennstoff mit dem Sauerstoff vermischt wird. Dieses Gemisch wird über die vordere Üffnung 408 der Sauerstoffdüse 404 ausgetragen. Das Gemisch wird dann gezündet und zur Erzeugung einer Flamme verbrannt. Wie insbesondere aus der Darstellung gemäß Fig. 13 hervorgeht, wird der über den Zuströmkanal 414 der Sauerstoffdüse zuströmende Sauerstoff in den axialen Bereich der Misch-Brennkammer 409 eingebracht, wobei die Strömungsgeschwindigkeit des so gerichteten Sauerstoffstrahls durch die durch die ringförmige Einschnürung gebildete Stufe in dem Abschnitt 411 sehr stark erhöht wird. Eine Teilmenge des in die Kammer 409 einströmenden Sauerstoffs bildet in dem Totraum 415 um den in den axialen Bereich der Kammer gerichteten Sauerstoffstrahl herum Wirbel, in welchen das über die Brennstoffdüse 402 ausgetragene Schweröl gefangen wird, in dem Totraum 415 und in der Misch-Brennkammer 409 wird also das Schweröl intensiv mit dem

- 34 -

909841 /0872

zuströmenden Sauerstoff vermischt. Auf diese /.rt und V/eise wird das Schweröl vollständig zerstäubt oder atomisiert und zerlegt/ bevor es über die vordere Öffnung der Sauerstoffdüse ausgetragen wird, Wegen der intensiven Zerstäubung oder Atomisierung und wegen des intensiven Vermischens des Schweröls mit dem Sauerstoff weist das Gemisch eine ausgezeichnete Zündbarkeit auf, es wird eine Flamme großer Intensität und hoher Temperatur erzeugt.

Die Hisch-Srennkammer 409 öffnet sich unmittelbar nach der Atmosphäre hin,und wegen der ringförmigen Einschnürung ist zwischen ihr und dem in Strömungsrichtung des Sauerstoffs stromaufwärts von dem Abschnitt 411 liegenden bereich des Zuströmkanals ein Uruckunterschied geschaffen. Dieser Druckunterschied verhindert ein Zurückströmen des Schweröls in den Zuströmkanal für Sauerstoff, was in der Verhinderung eines Zurückschiagens der Flamme resultiert, so daß ein solcher Brenner selbst über einen weiten Bereich möglicher Sauerstoffzuströmmengen einen hohen Sicherheitsfaktor gegen Explosionsgefahr bietet.

Die vierzehnte ÄusfUhrungsform entspricht baulich im wesentlichen der vorbeschriebenen Ausführungsform, mit der Haßgabe, daß reiner Sauerstoff in einer Henge zwischen 30 und 70/o der für die Verbrennung des flüssigen Brennstoffes theoretisch benötigten Menge zugeführt wird. Man erhält dann selbst mit einer so geringen Menge an Sauerstoff mit der beschriebenen Flammenform kleinen Volumens Temperaturen zwischen etwa 2200 und 2700 C, da.h. die Flamme weist eine entsprechend hohe Intensität auf. Insbesondere für diese Äusführungsform kann die Zuführung an reinem Sauerstoff um bis zu 100>o gesteigert werden, um dadurch vorteilhaftere Wirkungen zu erhalten.

In Fig. 14 ist eine fünfzehnte Äusführungsform des erfindungsgemäßen Brenners dargestellt. Mit dem vorderen Ende eines Zuströmkanals 451 für flüssigen Brennstoff, der in der Mitte des Brenners ange-

909841/0872 "^"

BAD

ordnet und durch ein Rohr gebildet ist, ist eine brennstoffdüse 452 über eine Verbindungsmuffe 455 verbunden. Der Brennstoffkanal 451 ist von einem Zustrümkanal 453 für Sauerstoff umfaßt, der gleichfalls von einem Rohr gebildet ist, mit aessen vorderem Ende über eine Verhindungsmuffe 45o eine Sauerstoffdüse 454 verbunden ist. Der Sauerstoffkanal453 und die SauerstoFfdüse 454 sind koaxial oder im wesentlichen koaxial außerhalb des Ürennstoffkanals 451 und der brennstoffdüse 453 angeordnet. Für die Brennstoffdüse 452 ist eine solche Anordnung getroffen, daß ihre vordere uffnung 457 gegenüber der vorderen uffnung A'ob der Sauerstoffdüse 454 nach rückwärts versetzt ist, d.h. die vordere Uffnung der brennstoffdüse liegt in Ausströmungsriclitung des flüssigen Brennstoffs stromaufwärts bezüglich der vorderen Uffnung der Sauerstoffdüse. Innerhalb der Sauerstoffdüse 454 und in der Nähe von deren vorderer Öffnung i;;t die liisch-Drennkammer 459 ausgebildet. In dem Zuströmkanal 45c für .Sauerstoff, der sich in den Zuströmkanal 464 der Sauerstoffdüse 454 fortsetzt, ist durch einen radial nach innen vorstehenden Flansch 4öO der Sauerstoffdüse in Strümungsrichtung des Sauerstoffs stromaufwärts von der vorderen Uffnung 457 der Brennstoffdüse eine ringförmige Einschnürung ausgebildet, die in dem Kanal 464 eine Stufe bildet. L»er radial nach innen vorstehende Flansch 460 umschließt einen Abschnitt 4ül des Kanals 464, durch welchen die Strömungsgeschwindigkeit des zuströmenden Sauerstoffs plötblich erhöht wird, üas den Zustrümkanal 45G für Sauerstoff bildende Rohr wird von einem Ifasserrohr 4ö2 umraßt, welches mit der Düsenmuffe Abo verbunden ist, die zur bildung eines Wassermantels 463 hohl ausgebildet iyt. iiahe der vorderen Uffnung 457 der Brennstoffdüse 452 ist eine Wirbel erzeugende Einrichtung 466 innerhalb des Zustrümkanals für den flüssigen brennstoff ausgebildet, diese Einrichtung bewirkt eine Einspritzung des Brennstoffes in konisch divergierender und schraubenförmiger Richtung. Das den Brennstoffkanal 451 durchströmende Schweröl als flüssiger Brennstoff wird über die vordere uffnung 457 der Brennstoffdüse 452 in die Misch-

- 36 -

909841/0872

BAD ORIGINAL

Brennkammer 469 ausgetragen und strömt in dieser in divergierender Richtung zu der Muslaßöffnung 458 der Sauerstoffdüse hin. Der den Sauerstoffkanai 464 durchströmende Sauerstoff wird in dem Abschnitt 401 des Zustrb'mkanals plötzlich beschleunigt und wird dann in den axialen Bereich der Kammer 469 eingespritzt, Dem so eingespritzten Sauerstoff wsräen nahe dem äußeren Eside der Kamer 469 Wirbel aufgegeben, welche das durch die Brennstoffdüse 4ö2 in die Kcseer ©Ingespritzte Schweröl einfangen, so daß sich das Schweröl mit äera Sauerstoff vermischt. Dieses Gemisch wird dann über die vordere . Öffnung 458 der Sauerstoffdüse ausgetragen. Dem den Brennstoffkanal durchströmenden Schweröl werden nun durch die Einrichtung 466 Wirbel aufgegeben, welche die Ursache dafür sind,, daß das Schweröl zerstäubt oder atomisiert wird, das Schweröl wird also in zezstäbtem oder atomisiertem Zustand über die vordere Öffnung 457 der Brennstoffdüse ausgetragen, und zwar in konisch divergierender und schraubenförmiger Kichtung. Indem die Wirbel erzeugende Einrichtung 466 vorgesehen ist, wird dadurch ein rascheres und einheitlichereres Vermischen des Schweröls mit dem Sauerstoff in der Kammer 459 herbeigeführt, so daß die Zündbarkeit des Gasgemisches verbessert und die erzeugte Flamme nahe dem vorderen Ende des Brenners stabilisiert wird. Man erreicht also auch mit dieser AusfUhrungsform die erfindungsgemäß gewollten Vorteile.

Die sechszehnte AusfUhrungsform entspricht baulich im wesentlichen der vorbeschriebenen AusfUhrungsform, mit der Maßgabe, daß reiner Sauerstoff nur in einer Menge zwischen 30 und 70% der für die Verbrennung des flüssigen Brennstoffs theoretisch benötigten Menge zugeführt wird. Selbst mit einer so geringen Menge an reinem Sauerstoff erhält man mit der beschriebenen Flammenform kleinen Volumens Temperaturen zwischen etwa 2200 und 2700 C, d.h. die Flamme weist eine entsprechend hohe Intensität auf. Mit dieser AusfUhrungsform ist es weiterhin möglich, die Zufuhrmenge an reinem Sauerstoff um bis zu 100/i zu steieprn, um dadurch weitere günstige Wirkungen zu

- 37 -

90 9841/0872

BAD ORIGINAL

erhalten.

In Fig. 15 ist eine siebzehnte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brenners dargestellt. Mit dem vorderen Ende eines wiederum zentral angeordneten Zuströmkanals 501 für flüssigen Brennstoff ist eine Brennstoffdüse 502 über eine Verbindungsmuffe 505 verbunden. Der Brennstoffkanal 501 ist von einem Zuströmkanal 503 für Sauerstoff umfaßt, der auch hier von einem Rohr gebildet ist, mit dessen vorderem Ende über eine Verbindungsmuffe 506 eine Sauerstoffdüse 504 verbunden ist. Der Sauerstoffkanal 503 und die Sauerstoffdüse 504 sind koaxial oder im wesentlichen koaxial außerhalb des Brennstoffkanals

501 und der Brennstoffdüse 502 angeordnet. Für die Brennstoffdüse

502 ist eine solche Anordnung getroffen, daß ihre vordere Üffnung 507 bezüglich der vorderen Üffnung 508 der Sauerstoffdüse 504 nach innen zurückversetzt ist, d.h. die vordere Üffnung der Brennstoffdüse liegt in Ausströmrichtung des Brennstoffs stromaufwärts von der vorderen öffnung der Sauerstoffdüse. Innerhalb der Sauerstoffdüse 504 und in der Nähe von deren vorderer Üffnung 508 ist die Misch- Brennkammer 509 ausgebildet. In dem Zuströmkanal 503 für Sauerstoff ist in Strömungsrichtung des Sauerstoffs stromaufwärts von der vorderen Üffnung 507 der Brennstoffdüse 502 und in deren Nähe durch einen radial nach jrnen vorstehenden Flansch 510 der Sauerstoffdüse 504 eine ringförmige Einschnürung geschaffen, die in dem Zuströmkanal eine Stufe bildet. Der Flansch 510 begrenzt einen Abschnitt 511 des Zuströmkanals für Sauerstoff radial nach außen, in welchem die Zuströmgeschwindigkeit des Sauerstoffs plötzlich erhöht wird. Das den Sauerstoffkanal 503 bildende Rohr wird von einem Wasserrohr 512 umgeben, das mit der Düsenmuffe 506 verbunden ist, welche zur Bildung eines Wassermantels 513 hohl ausgebildet ist. Nahe der vorderen Üffnung 507 der Brennstoffdüse 502 ist eine Wirbel erzeugende Einrichtung 516 innerhalb des Zuströmkanals 515 ausgebildet, in welchem sich der Zuströmkanal 501 für den flüssigen Brennstoff in der Brennstoffdüse fortsetzt. Diese Einrichtung 516

909841/0872

bewirkt ein Austragen des flüssigen Brennstoffes in konisch divergierender und schraubenförmiger Richtung, /außerhalb der Sauerstoffdüse 504 ist koaxial oder im wesentlichen koaxial mit dieser ein Rohr 517 für die Zuführung von Druckluft angeordnet. Die vordere Öffnung 518 dieses Rohres 517 liegt nahe der vorderen üffnung 507 der Sauerstoffdüse 504. Zwischen dem den Sauerstoffkanal 603 bildenden Rohr und dem Rohr 517 wird ein Kanal 519 für die Zu-• führung von Druckluft gebildet, der an ein nicht dargestelltes Druckluftgebläse angeschlossen ist. In dem Druckluftkanal 519 sind Flügel 520 angeordnet, welche der zuströmenden Luft Wirbel aufgeben und dann die Luft in derselben konischen und schraubenförmigen Richtung lenken, in welcher auch der flüssige Brennstoff durch die Wirbel erzeugende Einrichtung 51ό gelenkt wird. Das Luftrohr 517 wird von einem Wasserrohr 522 umfaßt, beide Rohre werden durch einen vorderen Ring 521 auf Abstand gehalten. Der in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 523 bezeichnete Brenner durchdringt die Wand 524 eines Ofens, so daß sein vorderes Ende innerhalb desselben liegt.

Das über den Brennstoffkanal 501 zugeführt© Schweröl als flüssiger Brennstoff wird über die vordere Öffnung 507 der Brennstoffdüse 502 in die Misch-Brennkammer 509 ausgetragen, und zwar in konisch divergierender Richtung. Der den Sauerstoffkanal 503 durchströmende Sauerstoff wird in dem Kanalabschnitt 511 beschleunigt und wird dann in den axialen Bereich der Kammer 509 getragen. Der der Kammer 509 zuströmende Sauerstoff bildet nahe dem äußeren Ende der Kammer 509 Wirbel, in welchen sich das durch die Brennstoffdüse 502 in die Kammer eingespritzte Schweröl fängt. Das Gemisch aus Sauerstoff und Schweröl wird dann über die vordere üffnung 508 der Sauerstoffdüse ausgetragen. Dem den Brennstoffkanal durchströmenden Schweröl werden durch die Einrichtung 516 Wirbel aufgegeben und indem dies unter Druckbeaufschlagung erfolgt, wird dadurch das Schweröl zerstäubt oder atomisiert. Das so zerstäubte oder atomisierte Schweröl wird dann über die vordere üffnung 507 der Brennstoffdüse ausge-

909841/0872 " ^⁹ "

BADORiOfNAt,

tragen, und zv/ar in konisch divergierender und schraubenförmiger Richtung. Auch der die Verbrennung aufrechterhaltenden Luft werden innerhalb des Luftführungsrohres öl7 Wirbel aufgegeben und weiterhin bewirken die Flügel 520, daß die turbulente Luftströmung gleichiolls in konisch divergierender und schraubenförmiger Richtung ausgetragen wird. Da der Sauerstoff nur in einer iienge zugeführt wird, die bei weitem für die Verbrennung des Brennstoffes nicht ausreicht und nur dazu verwendet wird, den Flammenkern zu erzeugen, um dadurch de Verdampfung und Zerlegung des Brennstoffes vorzunehmen, wird die s^estmenge an Sauerstoff, die für die vollständige Verbrennung benötigt wird, von der zugefUhrten Luft erhalten. Indem nun die Zuführung dieser Luft unter Driickbeaufschlagung erfolgt, werden mit ihr die große Menge on aktiven Radikalen, die durch den Flammenkern erzeugt werden und die brennbaren Gase hoher Temperatur (I^-U, CJL, C₀H,, CJ-L, usw.), die durch die Verdampfung und Zerlegung des flüssigen Brennstoffes erzeugt werden, intensiv vermischt, so daß die Verbrennung rasch und vollständig mit einer Flamme bewirkt wird, deren Temperatur- und Intensitütswerte nahezu den Werten entspricht, die mit einer fibmme durch Verbrennung von flüssigem Brennstoff nur unter Anwesenheit von reinem Sauerstoff erhalten werden.

ts sei darauf hingewiesen, daß die in Verbindung mit der vorbeschriebenen Ausführungsform dargestellte Kühleinrichtung als solche bekannt ist, sie wurde für diese Ausführungsform gewählt, weil sie hier einen praktischen Wert erfüllt.

tine achtzehnte Aus£hrungsform entspricht baulich im wesentlichen der vorbeschriebenen Ausführungsform, sie ist jedoch so ausgeführt, daß räner Sauerstoff in einer Iienge zwischen 30 und 70fr der für die Verbrennung des flüssigen Brennstoffs theoretisch benötigten Menge zugeführt wird. Selbst mit einer so geringen Menge an reinem Sauerstoff werden mit der beschriebenen Flammenform kleiner Volumeneinheit Temperaturen zwischen etwa 2200 und 2700 C erhalten, d.h. die Flamme weist eine entsprechendehohe Intensitüt auf. Für diese Aus-

An

909841/0872 ^w "

BAD ORfGiNAlL^O 0A8

führungsform kann darüber hinaus festgehalten werden, daß mit ihr die Zuführmenge an reinem Sauerstoff um bis zu 10Ü;>> gestei^rt werden kann, um verbesserte Wirkungen zu erhalten.

In Fig. Io ist eine neunzehnte Äusführungsform des erfindungsgemüßen Brenners dargestellt. Hit dem vorderen linde eines wiederum zentral angeordneten Zustrümkanals 551 für flüssigen Brennstoff, der durch ein Rohr gebildet ist, ist über eine Verbindungsmusre 5öö eine Urennstoffdüse 552 verbunden. Der Drennstoffkanal 551 wird von einem Zustrümkanal 553 für Sauerstoff umfaßt, der gleichfalls aus einem Rohr gebildet ist, mit dessen vorderem Ende über eine Verbindungsmuffe 554 eine Sauerstoffdüse 556.verbunden ist. Das den Zustrümkanal für Sauerstoff bildende Kohr ist von einem Wasserrohr 557 umfaßt, das mit der Düsenmuffe 554 verbunden ist, die zur bildung eines Wassermantels 558 hohl ausgebildet ist. Das Wasserrohr 557 wird von einem durch ein Rohr gebildeten Zuströmkanal für flüssigen Brennstoff umfaßt, mit dessen vorderem Ende eine Brennstoffdüse 560 verbunden ist. Die drei Düsen 552, 556 und 560 sind koaxial oder im wesentlichen koaxial zueinander angeordnet, und außerhalb des Zustrümkanals 559 für flüssigen Brennstoff ist ein durch ein Rohr 561 gebildeter Zustrümkanal für Luft angeordnet, der mit einer Luftdüse 562 an seinem vorderen linde verbunden ist. Die innenliegende Brennstoffdüse 552 ist so angeordnet, daß ihre vordere Öffnung 563 gegenüber der vorderen Üffnung 564 der Sauerstoffdüse 556 nach rückwärts versetzt ist, innerhalb der Sauerstoffdüse 556 und in der Nähe von deren vorderer üffnung 564 ist die Misch-Brennkammer 565 ausgebildet. Innerhalb des Zuströmkanals 553 für die Zuführung von Sauerstoff ist durch einen radial vorspringenden Flansch 567 der Sauerstoffdüse in Strömungsrichtung des Sauerstoffs stromaufwärts von der vorderen üffnung der inneren Brennstoffdüse 552 eine ringförmige Einschnürung ausgebildet, die in dem Sauerstoffkanal eine Stufe bildet. Der Ringflansch 567 begrenzt einen Kanalabschnitt 568 radial nach außen,im Bereich von welchem die Strömungsgeschwindigkeit des Sauerstoffs plötzlich erhöht wird. Nahe

909841/0872 - ⁴¹ -

BAD ORtGiNAL

dem vorderen Ende 563 der inneren Brennstoffdüse 552 ist innerhalb des Zufuhrkanals für Brennstoff eine Wirbel erzeugende Einrichtung

570 ausgebildet, welche den Brennstoff in konisch divergierender und schraubenförmiger Richtung austrägt. Außerhalb der LuftdUse 562 und koaxial oder im wesentlichen koaxial mit dieser ist ein Rohr 571 für die Zuführung von Druckluft angeordnet, dessen vordere Öffnung 572 näherer vorderen öffnung 5<34 der Sauerstoffdüse 556 liegt. Zwischen dem Luftführungsrohr 561 und dem Luftführungsrohr

571 ist ein Zuströmkanal 573 für die Zuführung von Druckluft ausgebildet, der an ein nicht dargestelltes DruckluftgeÜüse angeschlossen ist. In diesem Druckluftkanal 573 sind Flügel 574 zum Erzeugen einer Wirbelströmung angeordnet, diese Flügel tragen die zugeführt« Druckluft in derselben konischen und schraubenförmigen Richtung aus, in welcher auch der flüssige Brennstoff durch die Wirbel erzeugende Einrichtung 570 ausgetragen wird. Das Luftführungsrohr 571 wird von einem Wasserrohr 576 umfaßt, diese beiden Rohre werden durch einen vorderen Ring 575 auf Abstand gehalten. Die vorderen Öffnungen der äußeren Brennstoffdüse 560, der LuftdUse 562 und des Druckluftrohres 571 sind nahe der vorderen Öffnung 564 der Sauerstoffdüse 556 angeordnet. Der in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 577 bezeichnete Brenner durchdringt die Wand 578 eines Ofens, so daß sein vorderer Teil innerhalb desselben liegt.

Das den Brennstoffkanal 551 durchströmende Schweröl oder ein anderer flüssiger Brennstoff wird über die vordere Öffnung 563 der Brennstoffdüse 552 in die Misch- Brennkammer 565 ausgetragen, und zwar in konisch divergierender und schraubenförmiger Richtung. Der delt. Sauerstoffkanal 566 durchströmende Sauerstoff wird in dem Abschnitt 568 beschleunigt und wird dann in den axialen Bereich der Misch-Brennkammer 565 eingespritzt. Der so in die Kammer 565 eingespritzte Sauerstoff bildet nahe deren äußerem Ende Wirbel, welche das durch die Brennstoffdüse 552 in die Kammer eingespritzte Schweröl fangen.

Das Gemisch aus Sauerstoff und Schweröl wird dann über die vordere

- 42 -

909841/0872

Öffnung 564 der Sauerstoffdüse ausgetragen. Dem über die Brennstoffdüse ausströmenden Schweröl werden nun durch die Einrichtung 570 Wirbel aufgegeben, und indem dies unter Druckbeaufschlagung erfolgt, wird das Schweröl zerstäubt oder atomisiert und wird dann in konisch divergierender und schraubenförmiger Richtung über die vordere Üffnung 5ö3 der brennstoffdüse ausgetragen. Das gasförmige Gemisch wird dann zur Erzeugung des Flammenkerns gezündet· Das •durch die äußere Brennstoffdüse 560 eingespritzte Schweröl umhüllt den Flammenkern. Die die Brennstoffdüse umgebende Luftdüse 562 stellt dabei sicher, daß das ausströmende Schweröl zerstäubt oder atomisiert wird, so daß es in diesem zerstäubten Zustand den Flammenkern umhüllt und durch dessen große Reaktionswärme verdampft und zerlegt wird, so daß eine große Menge an aktiven Radikalen gebildet wird. Die vermehrte Erzeugung an aktiven Radikalen steigert in Verbindung mit der großen Reaktionswärme des Flammenkern die Verbrennung d«s flüssigen Brennstoffes, der, wie erwähnt, verdampft und zerlegt wird. Der verdampfte und zerlegte flüssige Brennstoff wird dann um den Flammenkern herum, und nahe diesem verbrannt, während er mit der Über den Druckluftkanal 573 zuströmenden Druckluft vermischt und durch diese zerstreut wird. Auf diese Art und W«ise wird die Hauptflamme gebildet. Die über den Druckluftkanal 573 herangeführte und die Verbrennung aufrechterhaltende Druckluft, welcher durch die Druckbeaufschlagung Wirbel aufgegeben sind, erhält weiterhin durch die Flügel 574 eine turbulente Strömung, in welcher sie dann dem Flammenkern zugeführt wird.

Wenn der Flammenkern und die Hauptflamme gebildet werden, dann werden die Sauerstoffdüse 556, der Abstandring 575 und alle Teile in der Nähe dieser Teile auf eine relativ hohe Temperatur erwärmt, die Wasserrohre 558 und 576 stellen jedoch eine Kühlung dieser Teile sicher.

Wenn durch die Einspritzung einer großen Menge an flüssigem urenn-

909841/0872

ORlGiNAL INSPECTED

- 4β - _kx

stoff eine äußerst große Flamme gebildet werden soll, dann wird aut. folgenden Gründen ein äußerst schlechter Wirkungsgrad in der Vermischung des flüssigen Brennstoffes mit dem Sauerstoff erhalten. Die Einspritzung einer großen Menge an flüssigem Brennstoff setzt natürlich die Verwendung einer im Uurchmesser großen Brennstoffdüse voraus, was die Ursache dafür ist, daß der Sauerstoff nicht intensiv genug mit dem Brennstoff vermischt werden kann, der über die Brennstoffdüse ausgetragen wird, welche eine der großen Bohrung der Düse entsprechende große Querschnittsflache aufweist. Der Sauerstoff vermischt sich folglich nur mit einer kleinen Teilmenge des flüssigen Brennstoffes. Im Gegensatz dazu wird nun mit der vorbeschriebenen Äusführungsform im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Teilmenge des flüssigen Brennstoffes durch die innenliegendeBrennstoffdüse in den zentralen Bereich des Sauerstoffstrahls eingespritzt, wobei zusätzlich noch dieser Teilmenge des Brennstoffes durch die Wirbel erzeugende Einrichtung Wirbel aufgegeben werden, so daß der Brennstoff in konisch divergierender und spiralförmiger Richtung ausgetragen wird, wodurch sich seine Dichte erniedrigt. Die über die innenliegende Brennstoffdüse ausgetragene Teilmenge an flüssigem Brennstoff wird also vollständig zerstäubt oder atomisiert und mit dem Sauerstoff vermischt, so daß ein stetiger, stabilisierter Klammenkern erzeugt werden kann. Diesem stabilisierten Klammenkern wird nun die iiauptmenge an flüssigem Brennstoff über die außenliegende Brennstoffdüse zugeführt,und der über diese Düse zugeführte Brennstoff wird gleichfalls unter der Wirkung der außenliegenden Luftdüse in zerstäubtem oder atomisiertem Zustand dem Flammenkern zugeführt. Dabei erfolgt wiederum eine Vermischung mit Sauerstoff,und im Bereich des Flammenkerns wird durch dessen Reaktionswärme der so durch die äußere Brennstoffdüse zugeführte und mit Sauerstoff vermischte Brennstoff vollständig verdampft und zerlegt. Die die Verbrennung aufrechterhaltende und durch den Druckluftkanal zugeführte Druckluft erhält durch die in dem Kanal angeordneten Flügel eine Wirbelströmung und wird als solche dem KaUmmenl:ern i'utjefUhrt. Der um den Klammenkern herum zugeführte flüssige

909841/0872 "⁴⁴~

Brennstoff und der Sauerstoff, der die Verbrennung aufrechterhaltenden, in turbulenter Strömung zugeführten Druckluft können wirksam miteinander vermischt werden, so daß eine große Hauptflamme gebildet wird.

Faßt man vorstehende Ausführungen zusammen, dann kann festgehalten werden, daß bei Zuführung einer großen Menge an flüssigem Brennstoff dieser mit Sauerstoff an zwei Orten innerhalb und außerhalb des Kanales vermischt wird, der die große Menge an Sauerstoff zuführt, so daß ein Teil des flüssigen Brennstoffes im zentralen Bereich dieses Zuströmkanals für Sauerstoff mit diesem vermischt und die Restmenge, also die Hauptmenge, des flüssigen Brennstoffes um diesen zentralen Bereich herum mit dem Sauerstoff vermischt wird. Auf diese Art und Weise ist es möglich, eine große Menge an flüssigem Brennstoff vollständig zu verflüchtigen und zu zerlegen, wobei festzuhalten wäre, daß eine so große Menge an flüssigem Drennstoff sich sonst nur sehr schlecht mit Sauerstoff vermischen ließe,

wenn dabei der flüssige Brennstoff eingespritzt wird. Die so erFlamme ι . " zeugte ist stabil und groß und weist eine hohe Intensität auf. Die hier beschriebene Ausführungsform stellt daher einen Brenner zur Verfügung, der mit hervorragendem Ergebnis die Verarbeitung einer großen Menge an flüssigem Brennstoff ermöglicht.

Die zwanzigste Ausführungsform entspricht baulich im wesentlichen der vorbeschriebenen neunzehnten Ausführungsform, sie ist so ausgeführt, daß reiner Sauerstoff in einer Menge zwischen 2 und 15/k der theoretisch benötigten Sauerstoffmenge zugeführt wird. Selbst mit einer so geringen Menge an reinem Sauerstoff erhält man eine sehr stabile und große Flamme, die auf eine Temperatur zwischen etwa 1700 und 2200 C gehalten werden kann und daher eine entsprechend hohe Intensität aufweist.

Unter den vorbeschriebenen, bevorzugten Ausfuhrungsformen eines

- 45 -

909841/0872

erfindungsgemäßen Brenners bzw. einer erfindungsgemüßen Brenneinrichtung erzeugen die dreizehnte bis zwanzigste Ausführungsform eine kurze Flamme hoher Temperatur,und solche Brenner eignen sich insbesondere fUr das Schmelzen von Metallschrott, der in einen Schmelzofen eingefüllt und nahe des vorderen Endes des Brenners angeordnet ist.

Die Erfindung schafft also die Möglichkeit, eine Flamme von hoher Temperatur mit einem hohen Heizwert je Volumeneinheit zu erzeugen, d.h. eine Flamme äußerst hoher Intensität, indem man im wesentlichen reinen Sauerstoff in einer Menge zufuhrt, die bei weitem geringer ist als die fUr die Verbrennung flüssigen Brennstoffes theoretisch benötigte Menge, wodurch ein sehr rascher Temperaturanstieg bei der Verbrennung erhalten wird, und indem man weiterhin den flüssigen Brennstoff sehr intensiv aktiviert, indem man eine Teilmenge desselben nahe der Brennstoffdüse mit dem Sauerstoff nach vorausgegangener Zerstäubung oder Atomisierung vermischt, so daß nahe der Düse ein Flammenkern hoher Temperatur ausgebildet wird. Man erreicht also erfindungsgemäß mit der Zuführung nur einer verhältnismäßig geringen Menge an Sauerstoff eine/in hohem Maße stabilisierte Flamme von hoher Intensität.

909841 /0872

Claims (26)

Patentansprüche

1. Verfahren zum fortlaufenden Erzeugen einer Flamme von hoher Temperatur durch Verbrennung von flüssigem Brennstoff, insbesondere Schweröl, unter Anwesenheit von Luft und zusätzlichem , Sauerstoff, dadurch gekennzeichnet,, daß eine für die Verbrennung des gesamten Brennstoffs bei weitem nicht ausreichende Menge an reinem Sauerstoff vor der Einführung in die Flamme mit einer Teilmenge des Brennstoffs vermischt und dieses Gemisch in den Kern der Flamme eingebracht und dort verbrannt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des zugefUhrten reinen Sauerstoffs vor diessen Vermischen mit dem Brennstoff reduziert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zugeführte reine Sauerstoff vor seiner Vermischung mit dem Brennstoff in Wirbel versetzt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet,, daß der Brennstoff in zerstäubtem oder atomisiertem Zustand mit dem reinen Sauerstoff vermischt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der reine Sauerstoff in einer Henge zwischen 2 und 15/i der theoretisch zur Verbrennung des gesamten Brennstoffs benötigten Menge zugeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Restmenge des Brennstoffs in zerstäubtem oder atomisiertem Zustand dem Flammenkern zugeführt wird.

909841/0872

— /L —

ORIGINAL INSPECTED

7. Vorrichtung zum fortlaufenden Erzeugen einer Flamme von hoher Temperatur, insbesondere Brenner zum Verbrennen von flüssigem brennstoff, vorzugsweise Schweröl, gekennzeichnet durch eine innerhalb eines Zuführungsrohres für Luft oder Dampf oder einem Gemisch aus diesen angeordnete Sauerstoffdüse und eine Brennstoffdüse mit einer nahe dem vorderen Ende der Sauerstoffdüse ausgebildeten Hisch-Brennkammer zum Vermischen einer Teilmenge des Brennstoffs mit Sauerstoff.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffdüse mit einem oder mit einer Vielzahl von in ihrem Zustrümkanal für Sauerstoff nahe dessen vorderm Ende mündenden, von dem Zuströmkanal für Brennstoff der Brennstoffdüse nahe deren vorderem Ende abgezweigten Kanülen versehen ist.

9. Vorrichtung nach /Oispruch B, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle bezüglich der Zuströmrichtung des Sauerstoffs schräg oder im wesentlichen senkrecht zu dieser liegen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7-9, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffzuströmkanal der Sauerstoffdüse nahe deren vorderem Ende in seiner lichten Weite unter Bildung einer Stufe vergrößert ist und daß die Kanäle in diesem Bereich münden.

11. Vorrichtung mindestens nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Zuströmung des Brennstoffs in den Sauerstoffzustrümkanal der Sauerstoffdüse in diesem ein eine turbulente Strömung des zuströmenden Sauerstoffs bewirkender Abschnitt ausgebildet ist.

909841/0872

BAD ORIGINAL

12. Vorrichtung mindestens nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffzuströmkanal im Bereich der Eintrittskanäle des Brennstoffs zum vorderen Ende der SauerstoffdUse hin konisch erweitert ist.

13. Vorrichtung mindestens nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der konisch erweiterte Abschnitt des Äauerstoffzuströmkanals in einen vorderen Kanalabschnitt vergrößerter lichter Weite stufenlos Übergeht.

14. Vorrichtung mindestens nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffdüse koaxial oder im wesentlichen koaxial innerhalb der Brennstoffdüse angeordnet und daß der Sauerstoffzuströmkanal der SauerstoffdUse in einem Abstand von seiner vorderen üffnung mit einer Einschnürung versehen ist, wobei die Einführkanüle für den Brennstoff in dem Abschnitt zwischen dieser Einschnürung und der vorderen üffnung des Äauerstoffzuströmkanals in diesem mUnden.

15. Vorrichtung mindestens nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die SauerstoffdUse koaxial oder im wesentlichen koaxial innerhalb der Brennstoffdüse und daß die vordere Öffnung ihres Zuströmkanals in einer vor der vorderen Üffnung der Brennstoffdüse liegenden Ebene angeordnet ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das vordere Ende der Sauerstoffdüse über seinen Umfang unter Bildung eines Flansches radial nach außen aufgeweitet ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 - 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffdüse von einer koaxial oder im wesentlichen koaxial zu dieser angeordneten Luftdüse umfaßt ist.

909841/0872 "⁴-

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 .- 17, dadurch gekennzeichnet, daß der reine Sauerstoff in einer Menge zwischen 2 und 15/e der fUr die Verbrennung des gesamten Brennstoffs theoretisch benötigten Menge zugeführt ist.

19. Vorrichtung mindestens nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffdüse koaxial oder im wesentlichen koaxial außerhalb der Brennstoffdüse angeordnet ist und ihr vorderes Ende Über das vordere Ende der Brennstoffdüse nach vorne vorsteht, und daß in dem Sauerstoffzustrümkanal der SauerstoffdUee in Strömungsrichtung des Sauerstoffs stromaufwärts mit Abstand von der vorderen Öffnung der Brennstoffdüse unter Bildung einer Stufe eine Einschnürung ausgeformt ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnürung durch einen radial in den Sauerstoffzustrümkanal vorstehenden Flansch der Sauerstoffdüse gebildet ist, der von dem Außenumfang der Brennstoffdüse einen Abstand einhält.

21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Misch-Brennkammer nahe der Einschnürung ausgebildet ist.

22. Vorrichtung mindestens nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die SauerstoffdUse koaxial oder im wesentlichen, koaxial außerhalb der Brennstoffdüse ageordnet und daß nahe der vorderen Öffnung der Brennstoffdüse in dem Brennstoffkanal eine Wirbel erzeugende Einrichtung zum Einspritzen des Brennstoffs in konisch divergierender und schraubenförmiger Richtung ausgebildet ist.

. - 5 -909841/0872

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das vordere Ende der SauerstoffdUse Über das vordere Ende

der Brennstoffdüse nach vorne vorsteht und daß koaxial oder im wesentlichen koaxial außerhalb der SauerstoffdUse ein Zuströmkanal fUr Druckluft angeordnet ist, dessen vordere Üffnung nahe der vorderen Üffnung der Sauerstoffdüse liegt und in welchem eine Wirbel erzeugende Einrichtung ausgebildet bzw. angeordnet • ist, die Luft in konischer und schraubenförmiger Richtung einspritzt.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 - 23, dadurch g ekennzeichnet, daß der reine Sauerstoff in einer Menge zwischen 30 und 70S* der fUr eine Verbrennung des gesamten Brennstoffe theoretisch benötigten Menge zugeführt ist.

25. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der SauerstoffdUse und dem Zuströmkanal fUr Druckluft koaxial oder im wesentlichen koaxial mit diesen eine zweite Brennstoffdüse und eine GasdUse für die Zufuhr von Luft oder Dampf oder ehem Gemisch aus diesen.angeordnet sind.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der reine Sauerstoff in einer Menge zwischen 2 und ]5% der fUr die Verbrennung des gesamten Brennstoffs theoretisch benötigten Menge zugeführt ist.

9098A1/0872

BAD ORIGINAL