DE2534066C2

DE2534066C2 - Verbrennungseinrichtung

Info

Publication number: DE2534066C2
Application number: DE2534066A
Authority: DE
Inventors: Atsuyoshi Nishi; Katuo Nakatsugawa Gifu Yashiro
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1974-07-30
Filing date: 1975-07-30
Publication date: 1985-08-01
Also published as: US4045159A; DE2534066A1; CA1056293A; FR2280862A1; SE418010B; SE7508652L; GB1520402A; FR2280862B1

Description

a) die Drosselplatte nur in dem zentralen Bereich strömungsdurchlässig ist, welcher kleiner ist als der Flammenlochbereich der Flammenlochplatte, und/ oder

b) in der Mischkammer ein Rotor mit einem Fliehkraftzerstäuber für den Brennstoff und einem Mischflügelrad zur Vermischung von Brennstoff und Verbrennungsluft vorgesehen ist. welches in seinem mittleren Bereich mindestens einen Verbrennungsluft direkt zum zentralen Bereich der Drosselplatte führenden Durchgang aufweist.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Ver-

brennungseinrichtung wird erreicht, daß die Geschwindigkeit des aus der Mischkammer durch den öffnungsbereich der Drosselplatte, durch die poröse Platte und durch den Öffnungsbereich der Fkimenlochplatte in die Verbrennungskammer eingeführten Gemisches im peripheren Bereich kleiner als im zentralen Bereich ist und/oder die Brennstoffkonzentration im peripheren Bereich höher als im zentralen Bereich ist. Die Stabilität der Flamme hängt vom Brennstoff-Luft-Verhältnis sowie von der Geschwindigkeit des Brennstoff-Luft-Ge- misches ab. Bei gleichbleibendem Brennstoff-Luft-Verhältnis kommt es zu einer Ablösung der Flamme, wenn die Geschwindigkeit des Gemisches sehr groß ist, während es andererseits zu einem Rückschlagen der Flamme kommt, wenn die Geschwin ^1;gkeit des Gemisches

so sehr niedrig ist. Je höher das Verhältnis von Luft zu Brennstoff des Gemisches ist, um so enger ist der Ge schwindigkeitsbereich des Gemisches, in dem eine stabile Flamme auftritt. Demzufolge kann ein Stabilisieren der Flamme dadurch erreicht werden, daß im zentralen Bereich mit relativ niedriger Brennstoffkonzentration und/oder hoher Geschwindigkeit die Flamme zum Ab heben neigt, während im peripheren Bereich mit relativ hoher Brennstoffkonzentration und/oder niedriger Geschwindigkeit die Flamme zum Zurückschlagen neigt.

Beide Effekte wirken einander so entgegen, daß insgesamt ein stabiler Zustand der Verbrennungsflamrm: erhalten wird.

Bei der erfindungsgemäßen VerbrcnnunHseinnchtung kann insbesondere bei Ausdehnung des stm-

h^r, mungsdurchlässigen Bereiches der Drosselplatte auf den gesamten Flammcnlochbcrcich der Flammcrilochplattc die poröse Platte in ihrem peripheren Bereich eine größere Dicke als in ihrem zentralen Bereich ha-

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht des Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Verbrennungseinrichtung, F i g. 2 eine Frontansicht eines Mischflügelrades, und

Fig.3 eine vergrößerte Schnitlansicht durch die Flammenlochplatte in Verbindung mit einer graphischen Darstellung zur Erläuterung der Verhältnisse der Srömungsgeschwindigkeit des Brennstoff-Luft-Gemisches und der Konzentration des Brennstoffes im Brennstoff-Luft-Gemisch.

F i g. 1 zeigt ein Ausfüh^rungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verbrennungseinrichtung mit einer Luftkammer 1, deren Wandung aus Stahl besteht, und mit einem Blasflügelrad 2 und einem Motor 3 für den Antrieb des Blasflügelrades. In der Wandung der Luftkammer 1 ist ein Lufteinlaß 4 vorgesehen. An die Luftkammer 1 schließt sich eine Mischkammer 5 an, deren Wandung aus Aluminium besteht Im mittleren .Bereich der Wandung der Mischkammer 5 ist ein elektrisches Heizclement 6 vorgesehen. Ein Luftkanal 7 verbindet die Luftkammer 1 mit der Mischkammer 5. Dieser Luftkanal 7 ist im Bereich der Innenwandung der Mischkammer 5 vorgesehen. Ferner befindet sich in der Mischkammer 5 ein Mischflügelrad 9 mit Durchgängen 8 an einem Rotor 11, welcher eine Kegelstumpfgestalt hat Ferner umfaßt das Mischflügelrad 9 einen Flansch, der als Fliehkraftzerstäuber 10 wirkt. Das in F i g. 2 in Draufsicht gezeigte Mischflügelrad ist im mittleren Bereich der Mischkammer angeordnet. Das Mischflügelrad 9 und der Rotor 11 sind mit dem Ende einer Welle 13 des Motors 3 verbunden. Diese Welle 13 erstreckt sich durch eine Trennwand 12 zwischen der Luftkammer 1 und der Mischkammer 5. Ein Auslaß einer Rohrleitung 14 zur Zufuhr von flüssigem Brennstoff liegt mit einem vorbestimmten Abstand dem Rotor 11 gegenüber. Die Rohrleitung 14 erstreckt sich durch die Trennwand 12 und die Wandung der Luftkarotier 1 nach draußen und ist dort mit einer nicht dargestellten Fördereinrichtung für flüssigen Brennstoff verbunden. Das Bezugszeichen 15 bezeichnet eine Verbrennungskammer in Nachbarschaft zur Mischkammer. Ihre Wandung umfaßt einen verlängerten Bereich der Mischkammerwandung, bestehend aus Aluminium, und einen zylindrischen Bereich aus Stahl, welcher mit der Kante der Aluminiumwandung verbunden ist. Das Bezugszeichen 16 bezeichnet eine Flammenlochplatte aus Edelstahl, welche zwischen der Mischkammer 5 und der Verbrennungskammer 15 angeordnet ist. Eine Vielzahl von feinen Flammenlöchern 18 ist im minieren Bereich der Flammenlochplatte 16 vorgesehen. Diese miniere Flummenlochbereich 17 der I lamnienloehpluite ist eingerückt. Die Flammenlöcher 18 können /.. B. dur^h Ätzen des eingerückten Bereichs 17 der Flammenlochplatte mit einer Säure gebildet wevden.

Das Bezugszeichen 19 bezeichner eine poröse Platte. Diese besteht aus aufeinandergeschichteten Drahtgeweben 20 auf der der Mischkammer 5 zugewandten Seite der Flammenioehplatte und aus einer Platte 21 aus Kupfer oder Nickel mit einer Vielzahl von feinen Durchgängen. Dabei handelt es sich um eine durch Sintern gebildete Platte. Über der porösen Platte 19 ist eine Drosselplatte 22 angeordnet. Diese weist einen zentralen strömungsdurchlässigen Bereich 23 auf. welcher (,■> kleiner ist als der Bereich 17 der Flammenlochplatte 16, innerhalb dessen sich Flammenlöchcr befinden. Der periphere Bereich der DrosselDlatte 22 wird durch den umgebördelten peripheren Bereich der Fiammenlochplatte 16 gehalten.

Im folgenden soll die Arbeitsweise einer Verbrennungseinrichtung des beschriebenen Aufbaues erläutert werden. Wenn ein flüssiger Brennstoff (Kerosin) durch die Rohrleitung 14 mittels der nicht dargestellten Fördereinrichtung eingeführt wird, so trifft der Brennstoff tropfenweise auf den Rotor 11, welcher mit Hilfe des Motors 3 in Rotation gehalten wird, fließt sodann entlang der schrägen Fläche zu dem peripheren Bereich und wird schließlich durch den Flansch an die Wandung der Mischkammer 5 verspritzt, weiche mittels des Heizelements 6 auf etwa 250⁰C gehalten wird. In diesem Bereich verdampft der flüssige Brennstoff.

Andererseits wird das Blasflügelrad 2 mittels des Motors 3 in Rotation gehalten, und die Verbrennungsluft gelangt durch den Lufteinlaß 4 zur Luftkammer 1 und sodann durch den Luftkanal 7 zur Mischkammer 5, wo sie vorgeheizt wird. Der verdampfte Brennstoff und die Verbrennungsluft werden durch da'. Mischflügelrad 9 durchmischt. Das Gasgemisch strömt d'.xch den strömungsdurchlässigen Bereich 23 der Drosselplatte 22 und durch die poröse Platte 19, welche die gesinterte Platte 21 und die Drahtgewebe 20 umfaßt, und sodann durch d'.e feinen Löcher in der Flammenlochplatte 16 am Boden der Verbrennungskammer 15. Durch eine nicht dargestellte Zündeinrichtung wird das Gasgemisch gezündet, und eine Verbrennungsflamme 24 bildet sich über dem Flammenlöcher aufweisenden Bereich 17 der Flammenlochplatte 16 aus. Wie Fig.3 zeigt, strömt das Gasgemisch durch den Bereich 23 der Drosselplatte 22, wobei dieser Bereich 23 einen Durchmesser hat, welcher kleiner ist als der Durchmesser des eingerückten Bereiches 17 der Flammenlochplatte 16. Sodann strömt das Gasgemisch durch die Flammenlöcher 18 der Flammenlochplatte 16. Daher wird die Austrittsgeschwindigkeit des Gasgemisches, weiches vom peripheren Teil des Bereiches 23 der Drosselplacte 22 aus in den Randbereich der Flammenlochplatte strömt, unter Ausbreitung in den peripheren Bereich der porösen Platte 19 auf 0,3 m/s gesenkt, während die Strömungsgeschwindigkeit des Gasgemisches im mittleren Bereich der Flammenlochplatte 3 m/s beträgt.

Im folgenden soll nun die Konzentraten des Brennstoffes im Brennstoff-Luft-Gemisch betrachtet werden. Dieses Brennstoff-Luft-Gemisch strömt durch die Flammenlöcher 18 des Flammenlöcher aufweisenden Bereiches 17 der Flammenlochplatte 16. Dabei ist die Konzentration des Brennstoffes im Brennstoff-Luft-Gemisch im peripheren Bereich der Flammenlochplatte 16 höher als im mittleren Bereich der Flammenlochplatt? 16. Im peripheren Bereic!· beträgt der Luftanteil das 1,1-bij 1, flache der theoretischen Luftmenge. Im mittleren Bereich beträgt der Luftanteil das 1,4- bis l,5fache der theoretischen Luftmenge. Dies ist darauf zurückzuführen, daß ein Teil der Verbrennungsluft direkt durch die Durchgänge 8 im mittleren Bereich des Mischflügelrades 9 hindurchtritt "nd auf diese Weise direkt zum mittleren Teil des Bereiches 23 der Drosselplatte 22 gelangt.

Somit wird durch die besondere Ausbildung der Verbrennungseinrichtung eine Senkung der Geschwindigkeit des Gasgemisches im peripheren Bereich der Flammenlochplatte 16 erreicht, so daß ein Abheben der Flamme verhindert ν >rd. Wenn die Geschwindigkeit der Verbrennungsluft erhöht wird, so beobachtet man gewöhnlich ein Abheben der Flamme. Da die Geschwindigkeit des Gasgemisches im mittleren Bereich der Flammenlocrmlatte 16 erhöht ist. neigt die Flamme hier

zum Abheben. Andererseits wird aber die Geschwindigkeit des Gasgemisches im pcripheren Bereich der Fiammenlochplatte derart niedrig gehalten, daß hier ein Zustand aufrechterhalten wird, welcher im Bereich des Zurückschlagens liegt, so daß hierdurch die Verbrennungs- ~, flamme auch im mittleren Bereich der Flammenluchplatte zurückgehalten wird. Der /um Zurückschlagen neigende Bereich der Verbrennungsflammc im penpheren Bereich der Flammenlochplatte hält also den zum Abheben neigenden Bereich der Verbrennungsflamme in im mittleren Bereich der Flammenlochplatte zurück, so daß insgesamt ein stabiler Zustand der Verbrennungsflamme aufrechterhalten wird.

Die Konzentration des Brennstoffs im Gasgemisch, welches durch die Flammenlöcher 18 der Flammenloch- ι -, platte 16 strömt, ist im peripheren Bereich höher als im mittleren Bereich. Demzufolge kann ein Abheben da durch verhindert wprHrn d.ift man Hir Durchgänge 8

des Mischflügelrades 9 derart wühlt, daß im mittleren Bereich eine relativ niedrige Brcnnstoffkonzentraiion 2« vorliegt, so daß die Flamme im mittleren Bereich des durch die Flammenlochplatte 16 strömenden Gasgemisches zum Abheben neigt. Andererseits ist jedoch die Konzentration des Brennstoffes im Brennstoff-Luft-Gemisch im peripheren Bereich hoch, so daß hier die Flam- 25 me zum Zurückschlagen neigt, so daß durch diesen peripheren Bereich der Flamme der mittlere Bereich der Flamme zurückgehalten und an der Flammenlochplatte lögehalten wird.

Bei der Ausführungsform, welche in den Zeichnungen jo dargestellt isi, ist am Boden des eingerückten Bereiches 17 der Flammenlochplattc 16 eine Vielzahl feiner Löcher 18 vorgesehen. Man kann jedoch alternativ eine Flammenlochplatte 16 mit einer Aussparung vorsehen und im Bereich dieser Aussparung mit einer getrennten Platte, welche eine Vielzahl von feinen Löchern aufweist, bedecken. Bei vorstehend beschriebener Ausführungsform besteht die poröse Platte aus einer Vielzahl von einzelnen Platten, nämlich aus Drahtgeweben 20 und aus einer gesinterten Metallplatte 21. Man kann -to jedoch anstelle der Vielzahl von porösen Platten auch eine einzige Platte mit einer Vielzahl von Durchgängen vorsehen.

Bei vorstehend beschriebener Ausführungsform ist der strömungsdurchlässige Bereich 23 der Drosselplatte 22 kleiner als der Flammenlochbereich 17 der Flammenlochplatte 16. Alternativ kann jedoch der Bereich 23 der Drosselplatte 22 die gleiche Größe haben wie der Flammenlöcher aufweisende Bereich 17 der Flammenlochplatte 16. wenn di? poröse Platte 19 in ihrem peripheren Bereich eine höhere Dicke aufweist als in ihrem mittleren Bereich, so daß auch in diesem Fall die Geschwindigkeit des durch die Flammenlochplatte 16 strömenden Gasgemisches im peripheren Bereich geringer äst als im mittleren Bereich.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verbrennungseinrichtung mit einer eine Vielzahl von Flammeniöchern aufweisenden Flammenlochplatte zwischen einer Mischkammer für die Vermischung von verdampftem flüssigen.Brennstoff und unter Druck stehender Verbrennungsluft und einer Verbrennungskammer und mit einer stromauf von der Flammenlochplatte und koaxial zu dieser angeordneten, aus der Mischkammer gespeisten Drosselplatte, die zumindest im zentralen Bereich strömungsdurchlässig ist, wobei die Flamme durch unterschiedliche Geschwindigkeiten an verschiedenen Flammenlöchern stabiüsierbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammenstabilisierung an den im peripheren Bereich der Flammenlochplatte (16) gelegenen Flammenlöchern erfolgt, wozu stromauf a;i der Flammenlochplatte (16) koaxial eine poröse Plans (!9) in Nachbarschaft zu der Drosselplatte (22) angeordnet ist. und

a) die Drosselplatte (22) nur in dem zentralen Bereich (23) strömungsdurchlässig ist, welcher kleiner ist als der Flammenlochbereich (17) der Flammenlochplatte (16) und/oder

b) in der Mischkammer (5) ein Rotor (11) mit einem Fliehkraftzerstäuber (10) für den Brennstoff und einem Mischflügelrad (9) zur Vermischung 'cn Brennstoff und Verbrennungsluft vorgesehen ist, welches in seinem mittleren Bereich mindestens einen Verbrennungsluft direkt zum zentralen Bereich (23¹ der Drosselplatte (22) führenden Durchgang (&) aufweist.

2. Verbrennungseinrichtung nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet. daO bei Ausdehnung des strömungsdurchlässigen Bereiches (23) der Drosselplatte (22) auf den gesamten Flammenlochbereich (17) der Flammenlochplatte (16) die poröse Platte (19) in ihrem peripheren Bereich eine größere Dicke hat al=· in ihrem zentralen Bereich.

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungseinrichtung mit einer eine Vielzahl von Flammlöchern aufweisenden Flammenlochplatte zwischen einer Mischkammer für die Vermischung von verdampftem flüssigen Brennstoff und unter Druck stehender Verbrennungsluft und einer Verbrennungskammer und mit einer stromauf von der Flammenlochplatte und koaxial zu dieser angeordneten, aus der Mischkammer gespeisten Drosselplatte, die zu- mindest im zentralen Bereich strömungsdurchlässig ist, wobei die Flamme durch unterschiedliche Geschwindig- keiten an verschiedenen Flammlöchern stabilisierbar ist, wie sie aus der DE-OS 22 44 508 bekannt ist.

Bei dieser Verbrennungseinrichtung, bei der die Drosselplatte durch einen Gemischspeicherraum von der Flammenlochplatte getrennt ist. werden unterschiedliche Geschwindigkeiten des Gemisches an verschiedenen Flammenlöehcrn der Flammenlochplatte dadurch erreicht, daß auf der Flammenlochplatte ein Drahtnetz mit einzelnen Strömunjjshindernisscn angeordnet ist. wobei die Flamme durch turbulente Strömungen stabilisiert wird. Diese Verbrennungseinrichtung besitzt eine aufwendige Konstruktion.

Aus der US-PS 32 51 393 ist weiterhin eine Verbrennungseinrichtung für ein Gemisch aus Verbrennungsluft und einem zerstäubten flüssigen Brennstoff bekannt, bei der eine Brennstoffdüse und ein Luftblasrohr so zusam menarbeiten, daß sie einen divergenten Strom des ver brennbaren Gemisches der Verbrennungskammer über eine perforierte Platte zuführen, bei dem die Geschwindigkeit im zentralen Bereich des Stromes wesentlich größer als im peripheren Bereich ist.

ίο Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbrennungseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei hohem Luftüberschuß und hoher Strömungsgeschwindigkeit eine stabile Verbrennungs-Hamme liefert.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Flammenstabilisierung an den im peripheren Bereich der Flammenlochplatte gelegenen Flammeniöchern erfolgt, wozu stromauf an der Flammenlochplatte koaxial eine poröse Platte in Nachbar- schaft zu der Drossclplattc angeordnet ist, und