DE7013257U - Heizoelzerstaeuberduese - Google Patents

Description

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U. i:9öl 23

The British American Oil Company Limited in Toronto/Kanada

Vorrichtung zum Zerstäuben von Flüssigkeiten, insbesondere für Ölbrenner

Das Gebrauchsmuster bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Zerstäuben von Flüssigkeiten, insbesondere von Heizöl beim Betrieb von Ölbrenner»,

Es ist bekannt, beim Betrieb von Zerstäubern die zu zerstäubende Flüssigkeit in feiner Verteilung in ein sie mitreißendes ·Trägermedium, z.B. Luft, Gas oder Dampf, einzuleiten. Bei mit Zerstäubung arbeitenden Ölbrennern besteht das Trägermedium gewöhnlich aus Druckluft, die zugleich auch als Verbrennungsluft dient. Dabei ist es weiterhin auch bekannt, die Brennstoffzuführungeleitung in einer sie umschließenden und zugleich auch kühlenden Druckluftleitung anzuordnen und den flüssigen Brennstoff am Austrittsende der Druckluftleitung in die Druckluft einzusprühen.

Der Zerstäubungsvorrichtung nach dem vorliegenden Ge-

brauchamuster liegt die Aufgabe zugrunde, die Zerstäubungswirkung dahingehend zu verbessern, daß sie auch bei viskosen Flüssigkeiten, z.B. bei schweren Heiz- und Teerölen, ferner bei weniger viskosen oder nicht viskosen Flüssigkeiten und Jeweils auch dann zustande kommt, wenn die Flüssigkeit und das zu ihrer Zerstäubung dienende Trägermedium nur mit verhältnismäßig niedrigem Druck zugeführt werden. In Verbindung damit soll auch erreicht werden, daß derartige, mit Heizöl betriebene olzerstäubungsbreimer mit geringem Luftüberschuß arbeiten können. Dies ist wesentlich, um die Umwandlung des in den meisten Heizölen enthaltenen Schwefels zu SO- und dessen Verbindung mit dem in den Verbrennungsgaßen enthaltenen Wasserdampf zu Schwefelsäure (H₂SOk) zu vermeiden, die für Metallooerflächen und Kamlnauskleidüngen stark korrosiv ist. Schließlich soll auch erreicht werden, daß der Kopf des Zerstäuberbrenners mit einem großen Sprühwinkel arbeiten kann, der die Umwälzung der Verbrennungsgase in der Brennhammer begünstigt.

Um diese Aufgaben befriedigend lösen zu können, 1st neueruagsgemäß vorgesehen, daß die die Flüssigkeitsleitung umschließende Druckmittelleitung den Auslaß einer konzentrisch zu ihr angeordneten, zylindrischen Wirbelkammer bildet, die eine oder mehrere tangentiale Einlaßöffnungen für das unter Druck zugeführte Trägermedium aufweist. Durch die der Zuführungsleitung des Trägermediums vorgeschaltete wirbelkammer wird erreicht, daß in der den Auslaß der Wirbelkammer bildenden Druckmittelleitung eine mit hoher Geschwindigkeit und

niedrigem Druck kreißende Wirbelströmung entsteht, so daß die zu zerstäubende Flüssigkeit durch eine oder mehrere querliegende Düsen in den Wirbel des Trägermediume eingeleitet werden kann. Durch die hohe Turbulenz des Tracermediums wird die Zerstäubung der Flüssigkeit beträchtlich verbessert.

In weiterer Ausgestaltung der Zerstäubungevorrichtung nach dem Gebrauchslauster ist der radiale Abstand zwischen den tangential en Einlaßöffnungen und dem zentralen Auslaß der Wirbelkammer zweckmäßig so bemessen, daß das zugeführte Druckmittel bei seiner radialen Bewegung im Strömungswirbel vom Umfang zur Mitte der wirbelkammer eine beträchtliche Erhöhung seiner linearen Bewegungsgeschwindigkeit erhält. In Verbindung damit ist die Wirbelkammer zweckmäßig mit parallelen ebenen Stirnflächen versehen, ihre Austrittsleitung mit einer scharfen Kante aus der Mitte der Wirbelkammer abgeleitet und der Zuführung sdruck des Trägermediums in Verbindung mit den Durchmessern der Wirbelkammer und ihrer Austrittsleitung so bemessen, daß der die Austrittsleitung druchströmende Wirbel des Trägermediums mit einer im Bereich der Schallgeschwindigkeit liegenden Geschwindigkeit ausströmt.

Die Austrittsleitung der wirbelkammer ist zweckmäßig an ihrem Austrittsende mit einer kegeligen Erweiterung versehen, die einen Kegelwinkel von etwa 30° aufweist und in die die am

3P- L 'JL-

Ende der leitung befindlichen Austrittsdüsen ausmünden.

Diese Zusaiiaenhänge ^-ν.c ν.-,.·, it ere Merkmale der Zerstäubungsvorrichtung nach dem ^t\~*&uchsmuster sind in der abschließenden Eeschreibung näher erläutert und bilden u Jegenstaud der weiteren Schutzansprüche.

Soll die Zerstäubungsvorrichtung nach dem Gebrauchsmuster zum Betrieb eines Qlzerstäuberbrenners dienen, so ist sie zweckmäßig in einem zum Austrittsende verjüngt zulaufenden Kopfkörper des Brennerrohres angeordnet und weist ein in das verjüngte Ende des Kopfkörpers eingepaßtes, mit einer äußeren Abstufung versehenes Düsenstück auf, das eine die mittlere Brennstoffzuführungsleitung in Abstand umschließende Längsbohrung enthält und mit dem offenen Ende einer in den Kopfkörper eingeschraubten, gleichfalls auf der Brennstoffleitung sitzenden Gewindehülse am Kopfkörper verspannt ist, wobei die Gewindehülse die Wirbelkammer der Zerstäubungsvorrichtung umsohließt und mit einem oder mehreren, an ihrem Umfang angeordneten, tangentialen Einlassen in eine an der Basis des Kopfkörpers durch eine Querwand abgeteilte Druckmittelzuführungskammer einmündet.

Die Zeichnung zeigt ein Beispiel für die Ausführung einer zum Zerstäuben von Heizöl für den Betrieb von ölbrennern dienenden Zerstäubungsvorrichtung nach der Erfindung sowie schematische Darstellungen zur Erörterung ihrer Betriebsweise und deren Auswertung in einem Diagramm, und zwar zeigen

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Fig· 1 einen Längsschnitt durch den Düsenkopf eines mit eis»« ttirbelserstäuber versehenen Ölbrenner?;

Pig_a 2 einen Querschnitt durch den Düsenkopf nach der Linie 2-2 von Fig. 1,

Fig« 3» 4 und 5 schematisehe Querschnitte durch drei Wirbelkammern unterschiedlicher Größe und Ausführung,

Fig. 6, 7 und 8 schematische Längsschnitte durch diese Wirbelkammern und

Fig· 9 ein Energiediagramm für diese unterschiedlichen Wirbelkammeraus fühzu ngen ·

Gemäß Fig. 1 weist der Zerstäuberkopf 10 eines Ölbrenners einen an eine Hülse 12 angeschraubten, nach vorn verjüngten, kegeligen Kopf körper 14 auf, der am vorderen -Ende eine zylindrische Bohrung 15 enthält» Diese Bohrung geht am inneren Ende in einen erweiterten Teil 16 über, der eine Abstufung 17 begrenzt. Iii diese Ausnehmung ist eine Gasdüse 18 eingepaßt, die durch eine dahinter in den Kopf körper 14 eingeschraubte Gewindehülse 20 fest eingespannt ist.

Die Gewindehülse 20 enthält eine Wirbelkammer 21 und umschließt ein Zuführungsrohr 22, das eine Bohrung 23 der Gewindehülse abdichtend durchragt und konzentrisch in einer Bohrung 24 der Gasdüse 18 liegt» Der Durchmesser der Düsenbohrung 24 ist größer als der Außendurohmesser des Zuleitungsrohres 22, so daß zwischen beiden «in Ringraum 26 gebildet ist« Das Zuführungsrohr 22 1st mit seinem hinteren Ende in eine Zu-

28 eingepreßt oder eingeschweißt, die an eine dargestellts Brennstoffleitung angeschlossen ist. Die Zu= führungsleitung 28 ist in einen Deckel 30 eingeschraubt, der seinerseits mit efciem Gewinde am inneren Ende des Kopfkörpers 14- abdichtend verschraubt ist.

Der Zerstäuberkopf 10 wird durch eine nicht dargestellte Leitung, die im Innern der Hülse 12 angeordnet und an einem exzentrischen Durchlas 31 des Deckels 30 befestigt ist, mit einem gasförmigen Druckmittel beaufschlagt. Im anschließenden Besohreibungsteil wird dieses Druckaittol als Dampf bezeichnet» kann sich jedoch auch in anderem Zustand befinden« Der Dempf strömt zunächst in eine Vorkammer 32 und von dort durch einen tangentialen Einlaß 34 in die Wirbelkammer 21»

Gemäß Fig· 2 ist der tangential© Einlaß 34 so angeordnet« daß der Brennstoffdampf in der Wirbelkammer 21 gegensinnig zur Drehrichtung des Uhrzeigers rotiert· Der Dampf durchströmt dann den ringförmigen Zwischenraum 26, der eine koaxiale Auslaßleitung für die Wirbelkammer 21 bildet« Bei der Umlaufbewegung des Wirbels wandert der Dampf vom Umfang der Wirbelkammer 21 nach ihrer Mitte in den Bereich der ringförmigen Austritts» leitung 26, wobei seine Drehgeschwindigkeit zunimmt, und zwar verändert sich die Zunahme umgekehrt zur Quadratwurzel des Badius, Der Dampf strömt dann in den ringförmigen Zwischenraum 26 ein« wobei er seine Drehung mit dieser erhöhten Umlaufgeschwindigkeit fortsetzt, die nur duroh Reibung geringfügig abnimmt, und tritt schließlich mit dieser kreisenden Drehung

am offenen, rechten Ende des r ngföraigen Zwischenräume 26

Natürlich kam die Wirbelkammer 21 auch mehrere tangential β Einlasse 34 aufweisen, sofern Ihr Oesaatquersohnitt der verlangten Strömung angepaßt ist. Geringe Abweichungen von der genau tangentialen Strömung dürften auf die Zerstäubung ohne Einfluß sein.

Die Erfindung beruht auf einer zweistufigen Zerstäubung der zu zerstäubenden Flüssigkeit· Die erste Zeretäubungsstufe stellt ©ine iäadial ε erst äubinig dar, die dadurch auftritt« daß der unter Druck zugeführte Brennstoff ^>T* £nde des Zuführungsrohres 22 durch eine oder mehrere vie biegende DUsenbohrungen 36 radial ausströmt. Das Zuführungsrc \r 22 ist an seinem freien Ende geschlossen, und seine radialen Austrittadüeen 36 sind dicht vor dem geschlossenen Ende angeordnet« Der Brennstoff wird daher in dünnen radialen Strahlen zentrifugal in den DampfWirbel eingespritzt» Infolge seiner hohen Wirbelgesohwlndigkeit bewegt sich die Hauptmenge des rotierenden Dampfes an der Außenfläche des Wirbels und bildet längs der Wand der Bohrung 2k einen dünnen, umlaufenden Film« Treffen die aus den radialen Düsen 36 ausgespritzten, dünnen Brennstoffstrahlen auf diese umlaufende Dampfsohioht, so werden sie durch die Turbulenz mitgerissen, wodurch eine besonders feine Zerstäubung zustande kommt·

Um eine beste Zerstäubungswirkung zu sichern« müssen die Größe, Anzahl, Richtung und der axiale Abstand der Brennstoff-

düsen 36 vom geschlossenen £nde des Bohres 22 genau festgelegt sein. Die Gröüe der Brennstoffdüsen ist so zu wählen, daß die Düsen von Unreinigkeiten und Rückständen des Brennetoires nicht verstopft werden können« Die Anzahl der Brennstoffdüsen muß so bemessen werden, daß die erforderliche Brennstoffmenge mit dem gewünschten Druck austritt, Statt der in rig* I dargestellten radialen Lage können die Brennstoffdüsen 36 auch mehr oder weniger tangential und in axialer Richtung in jedem Winkel zwischen 0 und 90° oder darüber hinaus geneigt sein, so daß im letzteren Falle der Brennstoff sogar gegensinnig zur Strömungerichtung des wirbelnden Mediums in das letztere eingeleitet wird» Jas Wort "zentrifugal" soll im weitesten Sinne alle tangential en und axialen Neigungen einschließen. Die Anordnung der Düsen 36 1st von unterschiedlichen Erwägungen abhängig. einerseits sollen die Jüsen innerhalb des ringförmigen Kanals 26 liegen, damit der Brennstoff vom wirbelnden M&dium kräftig aufgenommen und zerstäubt wird« andererseits miK > en die Brennstoff düsen so dicht am auslesende des ringförmigen Kanals 26 angeordnet sein, daß der flüssige Brennstoff nicht mit der Uand der Axialbohrung 2£ in Berührung kommen kann« Das Vor· handeneein der längs der Wand der Axialbohrung 24 rotierenden Dampf schicht tragt dazu bei, daß ein etwaiges Benetzen der Boh- j^: rungswand mit flüssigen Brennstoffteilchen nur minimal bleibt·

Obwohl in der dargestellten Ausführung nach Fig. 1 die Austrittsdüsen 36 für den flüssigen Brennstoff sämtlich an der gleichen Stelle liegen, können auch mehrere Sätze von

düsen 36 in axialer Richtung hintereinander liegen und sowohl in axialer Richtung, als auch in Umfausrichtung zueinander versetzt sein«

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die Bohrung 2k an ihrem äußeren j^nde mit einer kegeligen Aufweitung 38 versehen ist, und zwar soll diese Aufweitung vorzugsweise einen Kegelwinkei von etwa 30 haben·

Zwischen der Wirbelkammer und ihrer Auetritteleitung muß ein scharfkantig begrenzter Übergang vorgesehen werden, und zwar aus folgenden Gründen:

Erstens ist es mit Bezug auf die Leistung weeentlloh, daß sich das zerstäubende Medium im Zerstäubungsbereioh mit Schallgeschwindigkeit bewegt, Überschallgeschwindigkeiten sind stete mit hohen Energieverlusten verbunden, während Unterschallgeschwindigkeiten bei einer vorgegebenen Leistung einen ungewöhnlich hohen Verbrauch zur Folge haben»

Zweitens ist es zur Erzielung einer annehmbaren Bezirkulationsbedingung zwischen dem Zerstäubungsmedium und dem eingespritzten Brennstoff in der Verbrennungskammer notwendig, daß das Verhältnis der tangentialen Geschwindigkeit zur axialen Geschwindigkeit am Austritt des Wirbels aus dem Zerstäubungskopf etwa bei 1 : 1 liegt oder höher ist«

Drittens nuß die Schicht des kreisenden Zerstäubungsmediume am Austrittsende der Auslaßleitung ausreichend dick sein, um ihre radiale Durchdringung mit dem eingespritzten Brennstoff

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zu verhindern, da diese Durchdringung zur Agglomeration des Brennetoffee auf der Innenfläche der Auslaßbohrung und somit zur Bildung von größeren Brennstoffteilchen führen würde. Ein Geschwindigkeitsverhältnis von 1 : 1 stellt demgemäß eine mathematische Beziehung zwischen dem Durchmesser der Austrittedüse, der Strömungsgeschwindigkeit des Zerstäubungemediums und seiner axialen Geschwindigkeitskomponente Her,

Der Leistungsbedarf, ausgedrückt in Wärmemengen je Einheitegewicht des Zerstäubungsmediums (1 BTU/lb« = 0,556 kcal/kg), kann durch geeignete Wahl des Verhältnisses D/d innerhalb eines gegebenen Bereiches vermindert werden, wobei D der Durchmesser der Wirbelkammer 20 und d der Durchflteftrihrer Auslaßleitung (Axialbohrung 24) ist. Diese Beziehungen werden nachstehend an Hand von Fig. 3-9 erläutert, i?lg. 4 und 7 zeigen die Vergleichβwerte bei einer ausgeführten Versuchsanlage* die unter normalen Arbeitsbedingungen hergestellt und betrieben wurde« Das Durchmessei'verhältnis D/d betrug 3,312, da der Wirbelkammerdurchmes8er D = 8,3 cm und der Durchmesser ihrer Austrittsleitung (Axialbohrung 24) d - 2,5 cm betrug. Die Wirbelkammer hatte sechs tangentiale Einlasse 34 von je 3 mm Durchmesser.

Die Luft wurde den tangentialen Einlassen mit einem Druck von 3,36 at und unter vernachlässigbarer Geschwindigkeit zugeführt, und die Umwandlungen der zur Verfügung stehenden gesamten Druckenergie beim Durchgang dar Luft durch die untersuchte Wirbelkammer wurden zunächst auf der Basis von Nessungen mit Staudruckdüsen bestimmt und λ*^τ\ in einem Diagramm nach der ausge-

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zogenen Linie in Fig, 9 aufgezeichnet. Dieses diagramm wird anschließend erörtert«

Die in den Druckmittel vorhandene verfügbare Ge samt energie vor dem Eintritt des Druckmittels in die tangentialen Einlasse der Wirbelkammer ist durch den oberen Punkt 1 in Pig» 9 angegeben. An dieser Stelle beträgt die verfügbare Energie des zur Zerstäubung verwendeten Druckmittels 42,5 BTU/lb. Dabei wird angenommen, daß das Druckmittel noch keiner Bewegung unterliegt und seine kinetische Energie somit gleich Mull ist, wie dies durch den unteren Punkt 1 des Diagramms angegeben ist«

Bewegt sich das Druckmittel durch die tangentialen Einlasse der Wirbelkammer gemäß Fig· k von der Stelle 1 nach der Stelle 2, wo es in die Wirbelkammer einströmt, so ist es auf eine Geschwindigkeit von 270 m/Sek« beschleunigt worden, wobei durch die Reibung an den tangentialen Einlassen ein kleiner Druckverlust entsteht. Dieser Druckverlust ist im oberen Teil des Diagramms durch den Abfall der voll ausgezeichneten Linie vom Punkt 1 zum Punkt 2 angedeutet, an dem die verfügbare Druokenergie auf 41,5 BTU/lb, vermindert ist« Der durch die Reibung entstehende Energieverlust beträgt also 1 BTU/lb« Gleichzeitig wächst die kinetische Energie, wie dies durch den steilen Anstieg der voll ausgezeichneten Linie im unteren Teil des Diagramms vom Punkt 1 zum Punkt 2 angegeben ist. Die an dieser Stelle verfügbare Druckenergie der Luft ergibt sich aus dem Abstand zwischen den beiden mit 2 bezeichneten Punkten, während die kinetische Energie im Bereich des unteren Punktes 2 etwa

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15.5 BTü/lb. beträgt.

Die Druckluft strömt dann in die Wirbelkammer ein, wo> sie in Fig, 4 und 7 den Weg von der Stelle 2 zur Stelle 3 zurücklegt, also Ton der Mündung des tangentialen Einlasses zum höchsten Punkt der Wirbelkammer« Durch die plötzliche Querschnitt svergrößerung und auoh durch die Richtungsänderung aus der geradlinigen Zuführung in die Drehung des Wirbels ist ein erheblicher länergieverlust bedingt« Dies ergibt sioh in Fig« 9 aus dem Abfall der beiden voll ausgezeichneten Linien von den Stellen 2 zu den Stellen 3. fier Übergang der obexren Linie von der Stelle 2 zur Stelle 3 deutet an, daß die Gesamtenergie des Zerstäubungsmitt*l8 auf etwa 3^ BTü/lb. abgefallen ist und daß auch an kinetischer Energie eine erhebliche Verminderung eingetreten ist. Dagegen ist der Abfall an verfügbarer Druokenergie nur gering, da der Abstand zwischen den beiden Funkten 3 nicht wesentlich kleiner ist als der Abstand zwischen dai beiden Punkten 2.

Im weiteren Betriebsverlauf bewegt sich die rotierende Luft schraubenförmig einwärts zur Mittelachse der Wirbelkammer, wobei ihre kinetisohe Energie im umgekehrten Verhältnis zum Durchmesser ansteigt. Die axiale Komponente der Bewegungsenergie ist gleich Null, ihre radiale Komponente ist vernachlässigbar,und die tangentlale Komponente steigt von 200 m/Sek. auf 370 m/Sek. an der Stelle 4, also vor dem Einlaß in die Austrittsleitung der Wirbelkammer an. Diese Veränderungen sind in Fig. 9 durch den Verlauf der ausgezogenen Linien von den Stellen 3 nach den

Stellen 4 kenntlich gemacht. Dabei sinkt durch Heibungsverlust die verfügbare Gesamtenergie geringfügig längs der oberen ausgezogenen Linie von etwa Jk BTU/lb. auf etwa 31,3 BTU/lb.,'Während fast die gesamte verfügbare Druokenergie unter erheblicher Geschwindigkeitszunahme in kinetische Energie umgesetzt wird, was sioh im Diagramm durch den steilen Aast leg der unteren Linie von 3 nach k und durch den geringen Abstand zwischen den beiden Punkten *l· äußert«

Tritt nun der vom Druckmittel erzeugte Wirbel in die Austritt sleitung der Wirbelkammer, also Jn die Axialbohrung 24, ein, so wird ein Teil seiner tangential en Geschwindigkeit in axiale Geschwindigkeit umgesetzt« Hierbei tritt ein beträchtlicher Energieverlust auf, der im Diagramm nach i?ig# 9 durch den verhältnismäßig steilen Abfall beider Linien von den Punkten k nach den Punkten 5 zum Ausdruck kommt.

Auf dem anschließenden Weg in der Auetrittsleitung der Wirbelkammer von der Stelle 5 in i'ig· 7 zur Stelle 6 wird der axial fort schreit ende Wirbel stabilisiert» Durch die dabei auftretenden Reibungsverluste fludet jedoch eine Erwärmung der Luft und demzufolge eine Zunahme ihres Volumens statt, während der Druck etwas abfällt, so daß im Endergebnis ein zusätzlicher Anteil der tangentialan Geschwindigkeit in axiale Geschwindigkeit umgesetzt wird.

An der Stelle 6 In fig· 7» also in der sich erweiternden Auetrittsdüse 3Ö nach Fig. 1, wird das Verhältnis der tangentialon Geschwindigkeit zur axialen Geschwindigkeit konstant*

Bel . -4 *z.i,i\ich.BäurchtührveLg wurde festgestellt, daß die Luftgeschwindigkeit la Zerstäubungsabschnitt im Bereich der Schallgeschwindigkeit bei 318 a/Sek» liegt mit einer Tangentialkomponente von 234 m/Sek» und alt einer Axialkomponente von 164 m/Sek. Im Prinzip wird die gesamte Luft am Umfang abgeblasen, und zwar in einer Schicht 7on 2,5 mn Dicke, Im mittleren Kern ist die Dichte nur gering und die Axialgeschwindigkeit vernachlässigbar.

Im Nachstehenden werden nun die Veziiältnisse bei der Wirbelzerstäubung erläutert, wenn Wirbelkammern mit unterschiedlichen Durchmesserverhältnissen D/d verwendet werden« Dabei wurde angenommm, daß in diesen Fällen die gleiche Leistung und die gleiche Zerstäubungsfeinheit erreicht werden sollte,, Die hinter der Stelle 4 auftretenden Bedingungen sollten also die gleichen sein· demgemäß sollte auch der Durchmesser der ^ustrittsleitung der Wirbelkammern gleich bleiben» Von diesen Voraussetzungen ausgehend, wurden die abweichenden Diagrammpunkte vom Punkt 4 aus rückwärts berechnet, und zwar für ein Durchmesserverhältnis D/d « 1,5, das in Fig. 5 und 8 dargestellt 1st, und für ein Durohmesserverhältnis D/d =6, das der Darstellung in Fig» 3 und 6 entspricht.

Für das Durchmesserverhältnis D/d * 1,5 gemäß Fig» 5 und 8 ist die Geschwindigkeitszunahme von 3" nach 4, also bei der radialen Einwärtβbewegung des Wirbels in der Wirbelkammer, nur gering« Demgemäß muß die Austrittsgesohwindigkeit aus den tan-

gentialen Einlassen der Wirbelkamme * also an den Stellen 2", wesentlich hÖherjLiegen und berechnet sich auf d.äea Wert üei ötw» 1,5 Mach. Dringt jedoch ein Druckmittel mit so hoher Ströeungegeschwindigksit in eine Wirbelkammer kleineren Durchmessers, so sind die inergieverluste auf dem Wege von 2* nach 3" außerordentlich hoch. Demzufolge muß auch der anfängliche Energiebedarf bzw, die zugeführte Leistung in dTU/lb« wesentlich höherliegen als bei der geprüften Anordnung nach Fig« 4 und. 7» der geaäa den obigen Ausführungen ein Durchmesserverhältnls D/d * 3,312 zugrunde lag.

1st dagegen der Au3endurchmesser der "ir^aikammer wesentlich größer, wie dies in Fig. 3 und 6 für *?2 Durchmesserverhältnis D/d = 6 vorgesehen ist/ so ist die Geschwindigkeitszunahme bei der kreisenden Bewegung des Druckmittels vu-i der Stelle 3* zur Stelle k, also bei der/adialen Einwärtsbewegung des Wirbels In der wirbelkammer, wesentlich höher. Um dies zu kompensieren, nuß die Austrittsgeschwindigkeit des Druckmittels an aar Stelle 2'_v also beim Verlassen der tangentialen Einlasse, entsprechend niedriger sein« Da jedoch ein Teil der Arbeit zur Umsetzung von Druck in kinetische Energie nur mit geringerem Wirkungsgrad geleistet werden kann, liegt der erforderliche Zuführungsdruok des Druckmittels höher als bei der untersuchten Anordnung, und demgemäß muß auch die zugeführte Leistung in BTU/lb, des Zerstäubung smit tele höher liegen« Diesen Voraussetzungen entsprechen im Diagramm nach Fig. 9 die Stellen I¹, 2* und 3' der gestrichelten oberen und unteren Linien und auch die Stellend¹,

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2·, y in Fig. 3 und 6,

Um JeKliohe Verwirrung zu vermeiden, ist nachdrücklich darauf hinzuweisen, daß weder die Güte der Zerstäubung, noch der Bedarf bzw. Verbrauch an Zerstäubungsmedium von dem Durohmesser verhältnis D/ά. abhängt, bei Jurchmesserverhaltnissen von 1,5 oder kleiner gemäß Fig. 5 und 6 ist Jedoch der erforderliche Zuführungsdruok für das Zeretäubungsmedium übermäßig hoch« Bei einem Durohmeeserverhältnis von 6 oder höher ist die Zunahme des Zufuhrungsdruckeβ zwar nur mäßig, doch werden die Abmessungen der Zerstäubungskammer dann so groß, daß ihre Unterbringung Schwierigkeiten bereitet, aus diesen Gründen sind für die Ausführung der Erfindung Durchmesserverhältnisse zwischen 1,5 und vorzuziehen·

Die zylindrische Austrittsleitung der wirbelkammer in Gestalt aer nxialbohruno Zk bildet einen wesentlichen Teil der £rfindung, weil sie für die stabilisierung der Austrittsströmung notwendig ist« Ohne diese Austritteleitung wären die Strömungsbediagungen im Zerstaubungsbereich so unstabil, daß eine gleichmäßige Zerstäubung nicht möglich wäre·

Jm eine übermäßige Umwandlung der tangentialen Geschwindigkeit in axiale Geschwindigkeit an der Übergangsstelle des Zerstäubungsmeaiume aus der «irbelkaiser 21 Lu die nustrittsleitung 26 zu vermeiden, ist es widi tig, für einen scharfkantigen übergang aus der wirbelkammer in die lustrittsleitung und für deren etwa rechtwinkelige i^ge zur stirnfläche der Wirbelkammer zu sorgen« Dabei ist die scharfkantige Ausbildung des Überganges

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wichtiger als eine genau rechtwinkelige Anordnung der Austritts· leitung, denn die Betriebsbedingungen werden bei Abweichungen von der rechtwinkeligen Ausrichtung um j> ouer 10° oder sogar um mehr nicht beeinträchtigt«

wird die vordere Stirnwand der wirbelkammer kegelig ausgebildet, und zwar mit einem Spitzenwinkel, der wesentlich unter 170° liegt und etwa 30 bis 90° beträgt, so hat der Wirbel in der wirbelkammer und mehr noch in der Austrittsleitung eine vorherrechende Axialkomponente« Dies hat aber einen sehr kleinen Sprüh- oder Zerstäubungswinkel am Austrittsende des ßrennerkopfes zur Folge, bei dem keine Umwälzung der Heizgase in der Brennkammer mehr stattfindet· Weiterhin müßte wegen dar höheren Axialgeschwindfekeit die strömungsgeschwindigkeit des Zerstäubungsmediums wesentlich größer sein, um eine für die kräftige Zerstäubung ausreichende Schichtdicke des Zerstäubungswirbels im Bereich der Zerstäubungsstelle an der Innenfläche der austrittsleitung zu sichern«

Oa eich die Erfindung auf Zerstäubungsvorrichtungen bezieht, die alt einem unter hohem Druck stehenden Zerstäubungemedium arbeiten, ist sie zur Verwendung von Hochdruckdampf als Zerstäubungsmittel bestens geeignet« In den meisten Fällen werden bei Zerstäuberbrennern entweder Druckluft oder Dampf zum Zerstäuben von schweren Heizölen verwendet» wegen der besseren Wirtschaftlichkeit wird in der riegel die Verwendung von Dampf als Zerstäubung«!ttel vorgezogen· Bei der Erzeugung von Dampf wird der größte reliefer benötigten Energie (wärme) zur Ver-

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dämpfung des Wassers aufgewendet, während die Erzeugung des Dampfdruckes nur einen verhältnismäßig kleinen Teil der aufgewendeten Energie benötigt. Beispielsweise werden zur Erzeugung von 0,5 kg Dampf (100 %) mit einem Druck von 0,35 at an Wärme Qfy liru benötigt, während der Wärmebedarf zur Erzeugung der gleichen Dampfmenge bei einem Druck von 5 at bei etwa 1000 BTU liegt, also nur unwesentlich höher ist«

Da der Zerstäuber nach der Erfindung einen Brennstoffdampf von 100 % liefert, ist die von dem Dampf bei seiner Expansion auf atmosphärischen Druck gelieferte energie in hohem Grade vom Dampfdruck abhängig» Beispielsweise sind 5,7 BTU/lb, aus einem Dampf von 0,35 at verfügbar, und 35 BTÜ/lb. stehen aus einem Dampf von 5 at zur Verfügung. In anderen Worten läßt sich dies auch so ausdrücken, daß eine Zerstäubungsenergie von 100 BTU erhalten werden kann entweder

a) aus ca, 8 kg Dampf von 0,35 at, der mit einem Wärmeaufwand von 17100 BTU erzeugt werden muß, oder

b) aus ca, 3,5 kg Dampf von 5 at, für dessen Erzeugung ein Wärme. aufwand von 3000 BTU benötigt wird·

Hieraus geht hervor, daß die Benutzung von Hochdruckdampf weit weniger kostspielig ist als die Benutzung ion Niederdruckdampf, Die Benutzung von Niederdruckdampf zur Heizölζerstäubung ist nur gerechtfertigt, wenn er praktisch kostenlos zur Verfügung steht, ζ,Β» als Turbinenabdaapf.

Claims (9)

- 19 - Schutzansgrüche

1. Vorrichtung zum Zerstäuben von Flüssigkeiten, insbesondere von Heizöl beim Betrieb von Ölbrennern, mittels eines unter Druck zugeführten Trägermediums (Druckluft, Gas oder Dampf), das eine die Flüssigkeitsleitung umschließende Druckmittelleitung durchströmt, an deren Austrittsende die zu zerstäubende Flüssig^ keit in die Druckmittelloitung eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die die Flüssigkeitsleitung (22) umschließende Druckmittelleitung (26) den Auslaß einer konzentrisch zu ihr angeordneten, zylindrischen Wirbelkammer (21) bildet, die eine oder mehrere tangentIaIe Einlaßöffnungen (34) für das unter Druck zugeführte Trägermedium aufweist.

2« Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Abstand zwischen den tangentialen Einlaßöffnungen (34) und dem zentralen Auslaß (26) der Wirbelkammer (21) so bemessen ist, daß das zugeführte Druckmittel bei seiner radialen Bewegung im Strömungswirbel vom Umfang zur Mitte der Wirbelkammer (21) ©ine beträchtliche Erhöhung seiner linearen Bewegungsgeschwindigkeit erhält.

3. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammer (21) mit parallelen, ebenen Stirnflächen versehen, die Druckmittelaustrittsleitung (26) mit scharfer Eintrittskante aus der Mitte der Wirbelkammer (21) abgeleitet ist und der Zuführungsdruck des Trägermediums und die

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querschnitte der Wirbelkammer (21) und ihrer AuetrittsleiLung (26) derart bemess η sind, daß der die Auetritteleitung (26) durchströmende Wirbel des Trägermediums mit einer im Bereich der Schallgeschwindigkeit liegenden Geschwindigkeit ausströmt.

4. Zerstäubungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Austritteleitung (26) der Wirbelkammer (21) an ihrem Austrittsende mit einer kegeligen Erweiterung (38) versehen ist,

5. Zerstäubungsvorrichtung nach Aasprr?öh 4„ dadurch gekennzeichnet, daß die am Ende der Av. b rittsleitung (26) der Wirbelkammer (21) befindliche, kegelige Erweiterung (38) einen Kegelwinkel von etwa 30° aufweist.

6. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die am Ende der Flüssigkeitsleitung (22) befindlichen Auetrittsdüsen (36) mit im »esentliohen radialer Austrittsrichtung in die kegelige Erweiterung (38) der Druckmittelaustrittsleitung (24) ausmünden.

7. Zerstäubungsvorrichtung nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Austritteleitung (26] der Wirbelkammer (21) im Verhältnis zum Leitungsquerschnitt so lang bemessen ist, daß im Bereich ihres mit der kegeligen Erweiterung (38) versehenen Hustritteendes eine Stabilisierung dee in der Austritteleitung gebildeten Strömungewirbelβ erfolgt,

8. Zerstäubungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des

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Innendurchmessere (d) der zylindrischen Wirbelkammer (21) zum Innendurchmesser (d) ihrer Austrittsleitung (24) größer als 1,5 ist.

9. Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß da β jurchmesserverhältnis D/d zwischen 3 und 4 liegt,

10, Zerstäubungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche für Ölbrenner, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubungsvorrichtung in einem zum Austrittsende verjüngt zulaufenden Kopf körper (I*+) des Brennerrohres (12) angeordnet ist und ein in das verjüngte Ende des Kopfkörpers eingepaßtes, mit einer äußeren ^bs^ufung (1?) versehenes Düsenstück (18) aufweist, das eine die mittlere Brennstoffzuführungsleitung in Abstand umschließende Längsbohrung (24) enthält, und mit dem offenen Ende einer in den Kopfkörper (14) einger.', raubten, gleichfalls auf der Brennstoffleitung (22) sitzenden Gewindehülse (20) am Kopfkörper (14) verspannt ist, wobei die Gewinde. hülse die Wirbelkammer (21) der Zerstäubungsvorrichtung umschließt und mit einem oder mehreren, an ihrem Umfang angeordneten, tangentlalen Einlassen (34) in eine an der Basis des Kopfkörpers (14) durch eine querwand abgeteilte Druckmittel. Zuführungskammer (32) einmündet.