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Verbrennungsvorrichtung für flüssigen Kraftstoff Die Erfindung bezieht
sich auf eine Verbrennungsvorrichtung für flüssigen Kraftstoff, und ihr Zweck besteht
darin, eine einwandfreie Verbrennung mit hohem Wirkungsgrad sogar bei schweren Kraftstoffen,
beispielsweise Asphalt, zu gewährleisten, und zwar mittels einer besonderen Kombination
und Anordnung der die Verbrennungsvorrichtung bildenden Teile. Für eine derartige
Verbrennung ist es erforderlich, den Kraftstoff zu zerstäuben und ihn unter solchen
Bedingungen, unter anderem hinsichtlich der Temperatur, in innige Berührung mit
Luft zu bringen, so daß Zündung und Verbrennung so schnell wie möglich vor sich
gehen.
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Bei der Verbrennung schwerer Kraftstoffe hat sich bei den bekannten
Brennern gezeigt, daß diese in einem oder mehreren der erwähnten Punkte versagen,
so daß sich Nachteile, wie niedriger Wirkungsgrad infolge des Arbeitens mit Luftüberschuß,
Ablagerungen von Koks oder Asche, ungünstige oder unstabile Flammenformen usw.,
ergeben.
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Unter Berücksichtigung der erwähnten Ziele wird gemäß der Erfindung
eine besondere Kombination eines Kraftstoffzerstäubers, beispielsweise eines Druckzerstäubers,
mit einer Luftkammer und einer Verbrennungskammer vorgesehen. Die Luftkammer und
die Verbrennungskammer, die aus feuerbeständigem Material besteht, sind beide als
Drehkörper auf einer gemeinsamen Achse ausgebildet und durch eine zentrale Öffnung,
die sich in Richtung auf beide Kammern verengt, miteinander verbunden; der Zerstäuber
ist zentral innerhalb der Luftkammer angeordnet und sprüht den Kraftstoff in Form
eines Hohlkegels durch die erwähnte Öffnung in die Verbrennungskammer; die
Luftkammer
schließlich ist an ihrem Umfang mit tangentialen Luftzuführungsschlitzen versehen.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen
an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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Fig. i ist ein Längsschnitt; Fig. 2 ist ein Querschnitt entlang der
Linie II-11 in Fig. i.
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Fig. i zeigt den Zerstäuberhalter i, dessen Ende; der Kraftstoff zugeführt
wird, der durch den am anderen Ende angeordneten Wirbelkammerzerstäuber oder Druckzerstäuber
als hohlkegelähnlicher Strahl zerstäubt wird. Obwohl ein Zerstäuber, der ausschließlich
durch den Kraftstoffdruck betätigt wird, vorzuziehen ist, da so auf einfache Weise
eine feine Zerstäubung erzielt werden kann, ist es auch möglich, ein Hilfsmedium,
beispielsweise Luft oder Dämpf, zur Zerstäubung zu benutzen, vorausgesetzt, daß
sich ein hohlkegelähnlicher Strahl ergibt. Der Zerstäuberhalter ist in der im wesentlichen
zvlindrischen Luftkammer 3 angeordnet. Die im wesentlichen zylindrische Verbrennungskammer
2, die aus feuerfestem Material besteht, ist mit der erwähnten Luftkammer durch
eine Öffnung 5, deren Durchmesser kleiner ist als derjenige der Kammern, verbunden.
Die Verbrennungskammer besitzt bei .I einen ringförmigen Grat, hinter dem die Luftkammer
angeordnet ist.
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Der Zerstäuber ist in der Luftkammer so angeordnet, daß der von ihm
erzeugte Kraftstoffkegel nahe der Kante der Öffnung 5 in die Verbrennungskammer
eintritt.
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Die Luftkammer 3 ist an ihrem Umfang mit einer Anzahl tangentialer
Luftschlitze oder Mundstücke 9 versehen, die in regelmäßigen Abständen am Umfang
angebracht sind, und durch welche Luft aus dem Luftkasten io in tangentialer Richtung
in die Luftkammer eintreten kann. Wenn die Vorrichtung in Betrieb ist, wird dem
Luftkasten io Luft unter einem geeigneten Druck, beispielsweise von 2 5 bis 5o cm
Wassersäule bei Vollast, zugeführt. Wegen ihres tangentialen Eintritts in die Luftkammer
strömt die Luft in der Kammer mit drehender Bewegung auf die Öffnung 5 zu, und da
der Durchmesser dieser Öffnung kleiner ist als derjenige der Luftkammer, wird die
Drehgeschwindigkeit der Luft in dieser Öffnung erheblich gesteigert. 'Nimmt man
an, daß die Reibung vernachlässigt werden kann, so ist die lineare Geschwindigkeit
in Richtung des Umfanges theoretisch dem Radius, auf dem sich die Luft bewegt, umgekehrt
proportional, so daß, wenn der Durchmesser der Öffnung 5 halb so groß ist wie derjenige
der Luftkammer, die lineare Geschwindigkeit der Luft an der Kante der Öffnung 5
zweimal so groß ist wie diejenige der Luft, die durch die Mundstücke 9 in die Kammer
3 eintritt.
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Die Folge hiervon ist, daß der Kraftstoffkegel, der sich an der Kante
der Öffnung 5 vorbeibewegt, von der Luft, die durch die Öffnung 5 in die Verbrennungskammer
2 eintritt, äußerst kraftvoll mitgerissen wird, und daß eine sehr innige Vermischung
von Kraftstoff und Luft stattfindet, die die Zündung und Verbrennung in der Verbrennungskammer
fördert. Die Wandung der Verbrennungskammer, die während des Betriebes der Vorrichtung
heiß ist, teilt dem Kraftstoff durch Strahlung Wärme mit und fördert auf diese Weise
die Verflüchtigung, die Verdampfung, die Zündung und die Verbrennung des Kraftstoffes.
Darüber hinaus jedoch ist die Verbrennungskammer, wie in Fig. i angedeutet, so gestaltet,
daß sich sowohl innerhalb als auch außerhalb des Kraftstoffkegels torusähnliche
Wirbel bilden, die, was insbesondere für den äußersten Wirbel in der Nähe des Randes
.1. gilt, ein bereits brennendes Gemisch dorthin zurückführen, wo die Zündung stattfinden
soll, und auf diese Weise die Zündung des in die Verbrenn ungskammer 2 eintretenden
Kraftstoffs fördern. Die Verengerung zwischen den beiden Kammern ist daher nicht
nur für die Erzielung einer hohen Luftgeschwindigkeit von Bedeutung, sondern auch
für eine schnelle Fortpflanzung der Zündung, während sie zugleich verhindert, daß
unvollständig verbrannte Teilchen aus der Verbrennungskammer zur Luftkammer zurückkehren,
wo sie zur Bildung einer Koksablagerung auf den kalten Teilen führen würden. Wie
in Fig. i angedeutet, sind Länge und Durchmesser der Verbrennungskammer so gewählt,
daß eine gedachte Fortsetzung des Kegels aus zerstäubtem Kraftstoff die Wandung
am Umfang der Kammer schneidet. In der Praxis hat es sich gezeigt, daß Länge und
Durchmesser der Kammer etwa gleich groß sein müssen. Die intensive Fortpflanzung
des Verbrennungsprozesses führt dazu, daß die Verbrennung nahezu vollständig innerhalb
der Verbrennungskammer 2 stattfindet: dies ist dort besonders wichtig, wo es unerwünscht
ist, daß das zu erhitzende Teil einer intensiven Flammenstrahlung ausgesetzt wird.
Dies kann beispielsweise in rohrförmigen Destillationsapparaten zur Erhitzung flüssiger
Kohlenwasserstoffe der Fall sein, wo eine örtliche Überhitzung des Rohres durch
übermäßig starke Strahlung ein Kracken der Kohlenwasserstoffe herbeiführen und dadurch
Anlaß zu Koksablagerungen im Innern, verminderter Kühlung des Rohres an der betreffenden
Stelle, zunehmender Überhitzung und schließlich Durchbrennen des Rohres geben kann.
Die kurze, kompakte Form der Flamme bietet dort einen weiteren Vorteil, wo es erwünscht
ist, den für die Verbrennung erforderlichen Raum so weitgehend wie möglich zu begrenzen,
beispielsweise bei Gasturbinenanlagen.
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Es hat sich gezeigt, daß ein weiterer Vorteil der beschriebenen Konstruktion
darin besteht, daß die Verbrennung mit einem verringerten Luftüberschuß, d. h. bei
hohem Wirkungsgrad, erfolgen kann; der C02 Gehalt der Rauchgase kann sich nahezu
auf das erreichbare Maximum erhöhen. Die Vorrichtung ist auch für selbsttätigen
Betrieb sehr geeignet.
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In Fig. i ist ein Rohr 6 über das Zerstäuberrohr geschoben; dem Rohr
6 kann bei 8 ein brennbares Gas zugeführt werden, das in der Nähe der Zerstäuberdüse
in die Luftkammer eintreten kann. Es
hat sich gezeigt, daß ein brennbares
Gas entweder zusammen mit einem flüssigen Kraftstoff oder getrennt verbrannt werden
kann. Der gasförmige Kraftstoff kann verwendet werden, wenn eine zeitweilige Knappheit
an flüssigem Kraftstoff besteht.