DE4327456A1

DE4327456A1 - Zerstäubungseinrichtung für Flüssigkeiten, insbesondere Heizöl-Brenner

Info

Publication number: DE4327456A1
Application number: DE19934327456
Authority: DE
Inventors: Heinz Baumgart; Helmut Oepen; Josef Langhans
Original assignee: Henkel AG and Co KGaA
Current assignee: Henkel AG and Co KGaA
Priority date: 1993-08-16
Filing date: 1993-08-16
Publication date: 1995-02-23
Also published as: EP0713571A1; WO1995005560A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zerstäubungseinrichtung für Flüssig keiten, insbesondere auf einen Heizöl-Brenner, mit einer Düse, einer Zu führung für ein Zerstäubergas, insbesondere Luft, einer Zuführung für die Flüssigkeit, insbesondere Heizöl, zu der Düse, in der das Zerstäubergas und die Flüssigkeit vor dem Austreten aus der Düse mischbar sind.

Ein Heizöl-Brenner soll eine Flamme von bestimmter Form und bestimmten Strahlungseigenschaften erzeugen und muß dazu den Ölstrom zerstäuben und den Ölnebel mit der Verbrennungsluft mischen. Neben Druckzerstäubern, in denen der Betriebsdruck des Heizöls in der Düse in kinetische Energie um gewandelt wird, und anderen Zerstäuberarten sind insbesondere Injektions zerstäuber bekannt. Hier wird das Heizöl in einer Düse mit Luft, Gas oder Dampf zerstäubt. Die Erfindung betrifft die Weiterentwicklung eines der artigen Zerstäubers.

In bekannten Zerstäubungseinrichtungen für Heizöl treten das Heizöl und das Zerstäubergas, in der Regel Dampf mit hohem Druck, aus mehreren kleinen runden Öffnungen, die kreisförmig auf einem Düsenkopf angeordnet sind, in den freien Raum aus. Die massiven Einzelstrahlen des Heizöl- Dampf-Gemisches werden mit hoher Geschwindigkeit ausgetragen und lösen sich erst nach einer relativ langen Strecke in einzelne Tröpfchen auf. Erst nach einer gewissen zeitlichen Verzögerung werden die Heizöltröpfchen mit der umgebenden Verbrennungsluft gemischt. Eine nicht optimale Vermi schung ist außerdem die Folge. Die Form des Sprühkegels kann im allge meinen durch Schrägstellung der einzelnen Bohrungen eingestellt werden. Im allgemeinen werden auch Dichtungen benutzt, die die Abdichtung auf den Zuführungsleitungen und nach außen bewirken. Diese haben den Nachteil, daß sie bei jedem Zerlegen der Einrichtung erneuert werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Injektionszerstäuber der eingangs genannten Art durch eine preiswerte, wenig aufwendige Abän derung eine intensive Vermischung von Flüssigkeit und Zerstäubergas ge genüber dem Stand der Technik schon bei niedrigem Zerstäubergasdruck zu ermöglichen, so daß eine nahezu stöchiometrische Verbrennung mit vermin derter Stickstoffoxidemission und ohne Flammenberührung an den Feuerraum wänden erreicht werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein zentral in der Achse der Düse angeordneter Körper (Spreizkörper), der den Querschnitt der Düse im Bereich des Düsenhalses zu einem Ringraum verengt, und ein hohl konusförmiges Element (Krone) mit einem sägezahnförmigen Ende vorgesehen sind, dessen Zahnspitzen an der Außenwand des Spreizkörpers (Konus) an liegen und dessen Außenwand an der Innenwand des Düsenhalses anliegt, so daß ein innerer, zur Zuführung der Flüssigkeit vorgesehener Ringraum zwi schen dem Spreizkörper und der Krone entsteht und ein äußerer, zur Zufüh rung des Zerstäubergases vorgesehener Ringraum zwischen dem Spreizkörper und der Innenwand der Düse gebildet wird. Erfindungsgemäß weist der Be reich, in dem Flüssigkeit und Gas zusammentreffen, eine vielwinkelige, zerklüftete Gestalt infolge der sägezahnförmigen Ausbildung des Endes der Krone auf und bewirkt so eine intensive Vermischung von Flüssigkeit und Zerstäubergas schon bei niedrigem Zerstäubergasdruck. Die Flüssigkeit strömt durch dreieckige Öffnungen zwischen der Krone und dem Spreizkörper von innen in die Lücken zwischen den Sägezahnspitzen der Krone. Das Zer stäubergas gelangt durch entsprechende dreieckige Öffnungen zwischen der Düse und der Krone von außen in dieselben Lücken. Hier treffen Flüssigkeit und Gas aufeinander.

Eine weitere Verbesserung der Vermischung von Gas und Flüssigkeit kann dadurch erreicht werden, daß die hohlkonusförmige Krone mit sägezahn förmigen Spitzen am Ende von außenliegenden Nuten einerseits mit dem in neren Spreizkörper dreieckige Durchtrittsöffnungen für die Flüssigkeit und andererseits mit der äußeren Düse in deren Hals dreieckige Durchtritts öffnungen für das Zerstäubergas aufweist.

Die dreieckigen Öffnungen für die Flüssigkeit und für das Zerstäubergas sind unterschiedlich in Form und Größe gestaltbar, z. B. durch unter schiedliche Winkel, Einschnittiefen und der Wahl der Anzahl der sägezahn förmigen Spitzen.

Außerdem besteht eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung darin, daß der Spreizkörper, die Krone und die Düse an den Berührungsflä chen konisch geformt und um die Mittelachse zentriert sind.

Ein weiterer Beitrag zur möglichst vollständigen Vermischung von Zerstäu bergas und Flüssigkeitströpfchen wird durch eine Abreißkante am Konus des Spreizkörpers erreicht. Die Abreißkante begünstigt die Auflösung der ein zelnen Flüssigkeits-Gas-Gemischströme und verbessert die Vermischung mit der umgebenden Verbrennungsluft.

Der Durchmesser der Abreißkante am Konus des Spreizkörpers relativ zur Form und Größe der Düse und der Krone beeinflußt den Durchmesser und die Länge des durch die Zerstäubereinrichtung erzeugten Sprühkegels. Eine ge wünschte Form und Größe des Sprühkegels kann also durch Variation des Durchmessers der Abreißkante eingestellt werden. Weiterhin ist es vor teilhaft, daß die Krone von der mit einer Vorschweißhülse verbundenen, insbesondere ohne Verwendung eines Weichmetall-Dichtungsrings ver schraubten Düse gegen einen Anschlagring der Vorschweißhülse gedrückt wird, die mit einem Mantelrohr verbunden ist, das der Zerstäubergaszufuhr dient. Schließlich wird noch vorgeschlagen, daß der Spreizkörper mit einem zur Zuführung der Flüssigkeit dienenden Innenrohr verbunden, insbesondere ohne Verwendung eines Weichmetall-Dichtungsrings verschraubt ist.

Als besonders wichtiger Vorteil der erfindungsgemäßen Zerstäubungsein richtung soll der geringe hier mögliche Verbrennungs-Luftüberschuß genannt werden, der einen Feuerungsbetrieb mit verminderter Stickstoffoxidemission ermöglicht.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Zerstäubungseinrichtung, die in Testversuchen bei einem Vordruck von 18 bar und einem Preßluftdruck von 4 bar zur Zerstäubung von Heizöl EL (sogenanntem leichten Heizöl) eingesetzt worden ist, wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher be schrieben.

Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Zerstäubungsein richtung in montiertem Zustand,

Fig. 2 die Düse des Zerstäubers nach Fig. 1 in Seitenansicht,

Fig. 3 die für den Zerstäuber nach Fig. 1 benutzte Vorschweißhülse im Längsschnitt, der Übersichtlichkeit halber separat dargestellt,

Fig. 4 den in der Vorschweißhülse befindlichen Anschlagring,

Fig. 5 eine seitliche Ansicht der beim Zerstäuber nach Fig. 1 verwen deten Krone,

Fig. 6 eine Draufsicht auf die Krone nach Fig. 5 längs der Achse,

Fig. 7 die Einzelheit "X" aus Fig. 5,

Fig. 8 eine Ansicht des beim Zerstäuber nach Fig. 1 verwendeten Spreizkörpers in Seitenansicht.

Der Zerstäuber nach Fig. 1 besteht aus einem Mantelrohr 11, einer vorge schweißten Hülse 9 und einer darin eingeschraubten Düse 1. Über ein In nenrohr 13 wird Heizöl und über den äußeren Ringraum zwischen dem Innen rohr 13 und dem Mantelrohr 11 bzw. der Vorschweißhülse 9 wird Luft zur Düse zugeführt. Mit dem Innenrohr 13 ist ein Spreizkörper 3 mit seinem Gewinde 12 verschraubt. Über einen zentralen Kanal innerhalb des Spreiz körpers 3 wird das Öl herangeführt. Zwischen dem Spreizkörper 3 und der Düse 1 ist ein rohrförmiger Körper 2, die sogenannte Krone eingesetzt, die sich mit den vorderen, konusförmig zulaufenden und sägezahnförmigen Spitzen 4 am Konus 6 des Spreizkörpers und mit dem anderen Ende an einem Anschlagring 8 der Vorschweißhülse 9 abstützt.

Im Betrieb strömt Luft im ringförmigen Raum zwischen Innenrohr 13 und Mantelrohr 11, durch Bohrungen im Anschlagring 8 der Vorschweißhülse 9 in den Ringraum zwischen Innenwand der Düse 1 und Außenwand der Krone 2. Im Bereich des Düsenhalses 15 trifft die Luft auf das Heizöl. Das Öl strömt durch den zentralen Hohlraum im Innenrohr 13 und im Spreizkörper 3 und tritt durch eine Öffnung 16 im Spreizkörper 3, die in Fig. 8 deutlicher dargestellt ist, in einen Ringraum zwischen der Außenwand des Spreizkör pers 3 und der Innenwand der Krone 2 ein, um dann zwischen die sägezahnförmigen Spitzen 4 der Krone 2 zu strömen und sich mit der Luft zu vermischen. Das Gemisch strömt dann durch den kegelförmigen Ringraum zwi schen Düse 1 und konusförmigem Ende des Spreizkörpers 3 über die Abreiß kante 7 nach außen.

Fig. 2 zeigt eine Ansicht der Düse 1, die ein Gewinde 10 zum Anschrauben in die Vorschweißhülse 9 trägt. Die düsenförmige Verengung ist gestrichelt dargestellt.

Im Schnitt nach Fig. 3 und in der Ansicht in Fig. 4 sind der Anschlagring 8 der Vorschweißhülse 9, sowie das Gewinde 10 besonders deutlich darge stellt. In das Innengewinde 10 kann die Düse 1 eingeschraubt werden.

Fig. 5 zeigt eine Ansicht der Krone mit den sägezahnförmigen Spitzen 4, die in Fig. 7 besonders deutlich dargestellt sind. Hier erkennt man au ßerdem sehr deutlich die Nuten 14 mit dreieckigem Querschnitt, die zur Zuleitung und Verwirbelung der Zerstäuberluft dienen. Wie in Fig. 5 ferner dargestellt ist, ist ein Winkel von 60° zwischen den Seitenwänden der Nu ten 14 besonders bevorzugt. Die Krone 2 ist außerdem in einer Ansicht mit Blickrichtung längs der Achse dargestellt (Fig. 6).

Fig. 8 zeigt eine Ansicht des Spreizkörpers 3 mit dem hohlen Schaft 5, dem Gewinde 12 zum Einschrauben in das Innenrohr 13 und der Öffnung 16 für das Heizöl. Das nach außen weisende und innerhalb der sich aufweitenden Öff nung der Düse angeordnete Ende des Spreizkörpers 3 ist in Form eines Konus 6 und einer anschließenden zylindrischen Partie ausgebildet. Dazwischen liegt eine Abreißkante 7, die zur starken Verwirbelung von Heizöl, Zer stäuberluft und der äußeren Verbrennungsluft besonders vorteilhaft ist.

Bezugszeichenliste

1 Düse
2 Krone
3 Spreizkörper
4 Spitzen
5 Schaft
6 Konus
7 Abreißkante
8 Anschlagring
9 Vorschweißhülse
10 Gewinde
11 Mantelrohr
12 Gewinde
13 Innenrohr
14 Nuten
15 Düsenhals
16 Öffnung

Claims

1. Zerstäubungseinrichtung für Flüssigkeiten, insbesondere Heizöl-Bren ner, mit einer Düse (1), einer Zuführung (11) für ein Zerstäubergas, insbesondere Luft, einer Zuführung (13) für die Flüssigkeit, insbe sondere Heizöl, zu der Düse (1), in der das Zerstäubergas und die Flüssigkeit vor dem Austreten aus der Düse (1) mischbar sind, gekennzeichnet durch einen zentral in der Achse der Düse (1) angeordneten Körper (3) (Spreizkörper), der den Querschnitt der Düse (1) im Bereich des Düsenhalses (15) zu einem Ringraum verengt, ein hohlkonusförmiges Ele ment (2) (Krone) mit einem sägezahnförmigen Ende, dessen Zahnspitzen (4) an der Außenwand des Spreizkörpers (3) (Konus) anliegen und des sen Außenwand an der Innenwand des Düsenhalses (15) anliegt, so daß ein innerer, zur Zuführung der Flüssigkeit vorgesehener Ringraum zwischen dem Spreizkörper (3) und der Krone (2) entsteht und ein äu ßerer, zur Zuführung des Zerstäubergases vorgesehener Ringraum zwi schen dem Spreizkörper (3) und der Innenwand der Düse (1) gebildet wird.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hohlkonusförmige Krone (2) mit sägezahnförmigen Spitzen (4) am Ende von außenliegenden Nuten (14) einerseits mit dem inneren Spreizkörper (3) dreieckige Durchtrittsöffnungen für die Flüssigkeit und andererseits mit der äußeren Düse (1) in deren Hals (15) dreiec kige Durchtrittsöffnungen für das Zerstäubergas aufweist.

3. Zerstäubungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spreizkörper (3), die Krone (2) und die Düse (1) an den Be rührungsflächen konisch geformt und um die Mittelachse zentriert sind.

4. Zerstäubungseinrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Abreißkante (7) am Konus (6) des Spreizkörpers (3).

5. Zerstäubungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen zur Zuführung der Flüssigkeit vorgesehenen zentralen Hohlraum im Spreizkörper (3), der über die Öffnung (16) mit dem inneren Ring raum zwischen dem Spreizkörper (3) und der Krone (2) verbunden ist.

6. Zerstäubungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Krone (2) von der mit einer Vorschweißhülse (9) verbundenen, insbesondere ohne Verwendung eines Weichmetall-Dichtungsrings ver schraubten Düse (1) gegen einen Anschlagring (8) der Vorschweißhülse (9) gedrückt wird, die mit einem Mantelrohr (11), das der Zerstäu bergaszufuhr dient, verbunden ist.

7. Zerstäubungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spreizkörper (3) mit einem zur Zuführung der Flüssigkeit dienenden Innenrohr (13) verbunden, insbesondere ohne Verwendung ei nes Weichmetall-Dichtungsrings verschraubt ist.