DE2353207A1

DE2353207A1 - Brenner-drallduese

Info

Publication number: DE2353207A1
Application number: DE19732353207
Authority: DE
Inventors: Minoru Asai; Yuichi Fujii; Shoichi Tsuji
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1973-01-17
Filing date: 1973-10-24
Publication date: 1974-08-01
Also published as: DE2353207B2; IT998868B; FR2229306A5; DE2353207C3; CA997400A

Description

Patentanwälte ■ 14.383/4 20 /bü

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Ishikawajima -Harima Jukogyo Kabusbiki Kais ha Tokyo/Japan

Brenner-Dralldüse

Die Erfindtang betrifft eine Brennerdüse, insbesondere eine Dralldüse, zum Zerstäuben von Brennstoff.

Der Austrag von Stickoxiden aus Öfen, Heizkesseln u.dgl. stellt ein ernsthaftes Problem im Rahmen des Umweltschutzes dar. Bei den herkömmlichen Brenner-Dralldüsen, in denen der verwirbelte flüssige Brennstoff kontinuierlich durch eine einzige Düsenöffnung zerstäubt wird, bildet sich eine relativ große einzige Flamme mit hoher Plammte.mperatur. Deshalb verbleiben die Verbrennungsprodukte über längere Zeit in dieser Flamme, wodurch sich die Menge an Stickoxiden in .den endgültigen Verbrennungsprodukten stark erhöht.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brenner-Dralldüse vorzuschlagen, die eine weitgehend vollständige Verbrennung bei relativ niedriger Flammtemperatur ermöglicht, um hierdurch den

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Austrag von die Umwelt verschmutzenden Stoffen, z.B. Stickoxid, weitgehend zu verhindern. Die erfindungsgemäße Dralldüse ist zur Lösung dieser Aufgabe gekennzeichnet durch in gleichen Winkelabständen um oder vor der DUsenmündung angeordnete Strahlführungselemente, die den Brennstoffstrahl in eine entsprechende Anzahl von Teilstrahlen aufteilen.

Erfindungsgemäß werden somit in gleichmäßigen Winkelabständen um die einzige Düsenöffnung an der Düsenspitze herum oder in der Nähe dieser Düsenöffnung eine Mehrzahl von Vorsprüngen, Nuten oder Ausnehmungen angeordnet, durch die der Brennstoffstrahl in eine Anzahl von Teilstrahlen entsprechend einem bestimmten Schema zerlegt wird. Es entstehen folglich mehrere kleine Flammen, so daß die gesamte Flammoberfläche beträchtlich erhöht wird. Daraus ergibt sich eine leichtere Wärmeabstrahlung mit einer damit einhergehenden Erniedrigung der Flammtemperatur und die Entstehung von Stickoxiden wird verhindert.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnungen sowie aus weiteren Unteransprüchen. Bezüglich Einzelheiten und daraus resultierender Vorteile der Brennerdüse, die in der nachfolgenden Beschreibung nicht gesondert hervorgehoben sind, darf auf die Zeichnung selbst verwiesen werden.

In den Zeichnungen zeigt:

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Fig. IA, 1B Längsschnitt -und Vorderansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennerdüse;

Fig. 2A, 2B Längsschnitt und Vorderansicht einer zweiten Ausführungsform; -

Fig. 2C, 2D Längsschnitt und Obenansicht einer dritten Ausführungsform; ' ·

Fig. 3A, 3B Längsschnitt und Vorderansicht einer vierten Ausführungsform;

Fig. 3C, 3D einen Längsschnitt in vergrößertem Maßstab sowie eine Vorderansicht der Düsenspitze bei der Ausführungsform nach den Fig. 3A, 3B; -

Fig. 3E, 3F Längsschnitt und Vorderansicht einer abgewandelten Düsenspitze; -..-"■

Fig. 3G, 3H Längsschnitt und Vorderansicht einer weiteren Ausführungsvariante der Düsenspitze; .

Fig. 4a Längsschnitt einer fünften Ausführungsformj

Fig. 4B, 4C eine perspektivische Teilansicht in vergrößertem Maßstab und eine Vorderansicht einer Düsenspitze der Ausführung nach Fig. 4A;

Fig. 4D.. einen Längsschnitt längs der Linie D-D in Pig. 4C;

Fig. 4E. . eine Rückansicht der Düsenspitze nach den Fig. 4B bis 4D. . :.

Die Brennerdüse der ersten Ausführungsform nach den Fig. 1A,. 1B umfaßt im wesentlichen einen Düsenhalter 1 mit einer Brenn-' stoffzuleitung 2, einen Brennstoff-Führungsring 3 mit Brennstoff kanälen 4, die in Verbindung mit der Brennstoffzuleitung stehen, weiterhin mit einer Düsenspitze .5 und einer Düsenkappe

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in Form einer Schraubmutter 9.

Die Düsenspitze 5 weist tangentiale Nuten 6 auf, die in Verbindung mit den Brennstoffkanälen 4 im Führungsring 3 stehen. Außerdem besitzt sie eine Wirbelkammer 7 und eine Düsenbohrung Flüssiger Brennstoff unter Druck strömt durch die Brennstoffzuleitung 2 im Düsenhalter 1, durch die Brennstoffkanäle 4 im Führungsring 3 und die tangentialen Nuten 6 bis zur Wirbelkammer 7 in der Düsenspitze 5. Von dort aus wird er durch die Düsenbohrung 8 ausgesprüht und bildet bei den herkömmlichen Dralldüsen einen Sprühkegel.

Nach der vorliegenden Erfindung sind aber sechs Finger 10 auf einem zur Düsenbohrung 8 konzentrischen Kreis 12 in gleichen Winkelabständen verteilt und ragen von der vorderen Stirnfläche der Düsenkappe 9 axial hinaus. Durch diese Finger 10 wird der aus der Düsenbohrung 8 austretende Brennstoffkegel in sechs Teilstrahlen 11 aufgeteilt. Dies erfolgt dadurch, daß der infolge des durch die Wirbelkammer 7 mitgeteilten Dralles gleichförmige Brennstoffkegel durch die Finger 19 aufgerissen wird.

Die Finger 10 könnten in gleicher Weise an der Stirnfläche der Düsenspitze 5 selbst angeordnet sein.

Die in den Fig. 2A, 2B gezeigte Ausführungsform ist der ersten Ausführungsform weitgehend ähnlich. Hier hat jedoch die Düsenkappe 9 die Form eines Käfigs und anstelle von Fingern 10, wie bei der ersten Ausführungsform, ist der vordere Abschnitt 13

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der Düsenkappe 9 so eingeschnitten, daß eine Mehrzahl von Durchtrittsöffnungen 14 für den Brennstoffstrahl gebildet werden. Die Durchtrittsöffnungen 14 ragen in den Teil eines Kegels, dessen Scheitel in der Düsenbohrung 8 liegt und dessen Kegelwinkel von der Formgestaltung der Düsenbohrung 8, dem Druck, der Viskosität und der Dichte des flüssigen Brennstoffes sowie anderen Faktoren abhängt. In diesem Fall gelangt der Brennstoff von der Zuleitung 2 zu den tangentialen Nuten 6 der Düsenspitze und erhält in der Wirbelkammer 7 einen kräftigen Drall. Dadurch wird er in Form eines kontinuierlichen Sprühkegels aus der Düsenbohrung 8 ausgesprüht. Da aber das vordere Ende der Düsenkappe 9 mit der Käfigform 13 in den Sprühkegel ragt, wird dieser durch die sechs Durchtrittsöffnungen 14 in sechs Teilstrahlen 11 aufgeteilt.

Die dritte Ausführungsform gemäß den Fig. 2C, 2D entspricht weitgehend der zweiten Ausführungsform nach den Fig. 2A, 2B. Hier ist aber der vordere Endbereich 15 der Düsenkappe 9 massiv und enthält sechs Sprühkanäle 16. Die Achsen der Sprühkanäle 16 liegen auf einer Kegelfläche, deren Spitze auf der Achse der Düsenkappe 9 liegt. Der Längsschnitt der. Sprühkanäle 16 ist ebenfalls kegelförmig (vgl. Fig. 2C). Hierdurch werden sechs konische Teilstrahlen 11 erzeugt.

Die Düsenspitze 5 und die Düsenkappe 9 sind in der zweiten und dritten Ausführungsform als gesonderte Teile beschrieben worden. Es versteht sich aber, daß diese einstückig zusammen ausgeführt werden.können.

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Die vierte Ausführungsform gemäß Fig. 3 entspricht in ihrer Konstruktion wieder der ersten Ausführungsform nach Fig. 1. Hier fehlen jedoch die dort vorgesehenen Finger 10 und an ihrer Stelle sind in der Mündung der einzigen Düsenbohrung 8 tangentiale und damit zugleich radiale Nuten 17 oder Vorsprünge 17' vorgesehen (Fig. 3D, 3F oder 3H). Gemäß den Fig. 3A, 3B strömt der Brennstoff aus der Brennstoffzuleitung 2 über die Brennstoffkanäle 4 des Führungsringes 3 "bis zu den tangentialen Nuten 6 und in die Wirbelkammer 7. Dort erhält er einen kräftigen Drall und wird aus der Düsenbohrung 8 ausgesprüht. Die bei der Ausführungsform nach den Fig. 3C und 3D vorgesehenen vier tangentialen Nuten 17 liegen in gleichen Winkelabständen um die Mündung der Düsenbohrung 8 herum, so daß der unter hohem Druck durch die Düsenbohrung 8 strömende' Brennstoff von den Nuten 17 aufgeteilt wird und getrennte Sprühgruppen bildet.

Die radialen Nuten oder Ausnehmungen 17 sind auch bei der Ausführungsforni nach den Fig. 3E, 3F in gleichen Winkelabständen um die Mündung der Düsenbohrung 8 angeordnet. Sie haben aber eine halbkonische Querschnittsgestaltung, wie aus Fig. 3E hervorgeht. Auch hier wird somit der durch die Düsenbohrung 8 ausgesprüirte Brennstoff in eine Mehrzahl separater Teilstrahlen aufgeteilt.

Bei der Ausführungsvariante gemäß den Fig. 3G und 3H sind Vorsprünge 17' in gleichen Winkelabständen vorgesehen, die sich radial nach innen erstrecken. Auch hier wird der aus der Düsenbohrung 8 austretende Brennstoffstrahl in eine Mehrzahl separa-

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ter Teilstrahlen aufgeteilt. ·...-■'.

Im wesentlichen sind die bei der Ausführungsform nach den Fig. vorgesehenen Nuten oder Vorsprünge, die zu einer Aufteilung des Brennstoffstrahles führen, symmetrisch und von jeglicher geeigneter Form und um die Öffnung einer runden Düsenbohrung angeordnet. . . , ·

Die Fig. 4 zeigen eine fünfte Ausführungsform. Bei dieser ist an der Spitze der Düsenbohrung eine Reihe sägezahnförmiger Einkerbungen ausgebildet. Wie aus Fig. 4A hervorgeht, besteht auch hier die Brennerdüse aus dem Düsenhalter 1 und dem Führungsring 3, die mit der Düsenspitze 5, welche die sägezahnförmigen Einkerbungen 18 aufweist, mittels der.Düsenkappe 9 verbunden sind. Der Brennstoff strömt aus der Brennstoffzuleitung 2 durch die tangentialen Nuten 6 und die Brennstoffkanäle 4 des Führungsringes 3 in die Wirbelkammer 7. Von dort aus tritt er in die Düsenbohrung 8 ein. Daraufhin'wird der aus der Düsenbohrung austretende Brennstoffstrahl zu mehreren Strahlgruppen oder Teilstrahlen in einer weitgehend in axialer Richtung liegenden Ebene aufgebrochen, wie dies nachfolgend noch näher erläutert wird. Die sägezahnförmigen Einkerbungen 8 sind an der Düsen-

und spitze, d.h. am Austritt der Düsenbohrung /haben die aus Figo 4B ersichtliche Form. Wenn der Brennstoff, der infolge des Durchströmens der tangentialen Nuten 6 und der Wirbelkammer 7 einen kräftigen Drall besitzt, die Bohrungsmündung .erreicht, wird, er in tangentialer Richtung von der eingekerbten Seite·, der Einkerbungen 18, die achsparallel liegt, ausgestrahlt. Auf

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diese Weise entstehen Teilstrahlen, die weitgehend in einer Ebene liegen. Der durch die Düsenbohrung 8 gestrahlte, einen Drall aufweisende Brennstoff wird somit längs einer Ebene abgesprüht, die'die Achse der Düsenbohrung 8 und. die Sprühkante, d.h. die die Punkte O und Q in Fig. 4B enthaltende· Linie, enthält, ohne mit einer Hinterschneidungsiinie, d.h. der die Punkte P und Q in Fig. 4B verbindenden Linie , zu kollidieren. Auf diese Weise wird der Brennstoff längs getrennter Ebenen, die die Achse der Düsenbohrung 8 enthalten, abgesprüht.

Wie vorstehend erläutert, ist die erfindungsgemäße Brenner-Dralldüse in der Lage, flüssigen Brennstoff, der ihr·unter Druck zugeführt wird, in Form eines Sprühmusters abzusprühen, bei dem eine Mehrzahl kleiner Flammen erzeugt wird. Als Ergebnis davon wird die gesamte Flammfläche der kleinen Flammen beträchtlich erhöht, so daß eine vollständige Verbrennung bei relativ niedriger Temperatur gewährleistet ist. Daher kann die Erzeugung von Stickoxiden beträchtlich reduziert oder sogar ganz verhindert werden. Der Austrag nn Stickoxiden wird · auch deshalb weiter reduziert oder beseitigt, weil die eine hohe Temperatur aufweisenden Gase oder Verbrennungsprodukte die Flamme innerhalb sehr kurzer Zeit durchlaufen. Im Gegensatz zu den herkömmlichen Brennerdüsen, die eine große einzelne Flamme hoher Temperatur erzeugen, woraus der Austrag großer Mengen' an Stickoxiden resultiert, besteht daher bei der erfindungsgemäßen Brennerdüse kein Problem der Umweltverschmutzung.

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Claims

Patent-(Schutz-)Ansprüche

"1. JBrenner-Dralldüse zum Zerstäuben von Brennstoff, gekennzeichnet durch in gleichen Winkelabständen um oder vor der Düsenmündung (8) angeordnete Strahlführungselemente (10, 14, 16, 17, 17', 18) die den Brennstoffstrahl in eine entsprechende Anzahl von Teilstrahlen aufteilen.
2. Brennerdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahlführungselemente Finger (10) vorgesehen sind, die von der vorderen Stirnfläche der Düsenspitee (5) oder'einer Düsenkappe (9) weitgehend axial vorstehen.
3. Brennerdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahlführungselemente durch die -vordere Stirnwand einer Düsenkappe (9), die vor der Mündung der Düsenbohrung (8) liegt, eine Anzahl von auf einer Kegelfläche-liegende Kanäle (16) gebildet ist, deren Kegelspitze in der Düsenmündung liegt.
4. Brennerdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß um die Düsenmündung eine Mehrzahl von Vorsprüngen (17¹) oder Nuten (17) ausgebildet ist, die symmetrisch zum Zentrum der runden Düsenmündung liegen und tangential oder radial nach innen oder außen relativ zur.Düsenmündung verlaufen.
5. Brennerdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als

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Strahlführungselemente in dem Rand der Düsenmündung mehrere freistehende, sägezahnförmige Einkerbungen (18) vorgesehen sind.

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