DK172427B1 - Fremgangsmåde til blanding af et første og et andet fluid, fluidblandeanordning og anvendelse af anordningen - Google Patents

Description

DK 172427 B1 i

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til blanding af et første og andet fluid, idet det første fluid ledes ind i et kammer gennem et indløb, som en strøm som hovedsagelig ikke berører kammervæggen nær ind-5 løbet. Opfindelsen angår desuden en fluidblandeordning som omfatter et kammer som har et fluidindløb og et fluidudløb anordnet modsat af indløbet, idet kammeret har større tværsnit end indløbet, i det mindste i en del af rummet mellem indløbet og udløbet, idet kammeret er sy-10 lindrisk, med indløbet og udløbet beliggende centreret om en midter akse, således at en strøm af et første fluid som fuldstændig fylder indløbet strømmer ind i kammeret adskilt fra kammervæggen. Desuden angår opfindelsen en anvendelse af fluidblandeanordningen.

15

Den foreliggende opfindelse angår generelt styringen af bevægelsen af en gasformig, væskeformig eller faseblandet fluidjet, der udgår fra en dyse. Opfindelsen angår særligt aspekter ved forøgelse eller styring af blandings-20 graden af jetten med dens omgivelser og ved andre aspekter angår den styring af retningen, i hvilken jetten forlader dens fremstillingsdyse. En særlig nyttig anvendelse af opfindelsen er til blandedyser, brændere eller forbrændingskamre, der fyrer med gasformige, væskeformige 25 eller partikulære faststofbrændsler, hvor det for en brændselrig strøm af fluid eller partikler er nødvendigt at blive blandet så effektivt så muligt med en oxideringsfluid forud for forbrænding. Opfindelsen er dog generelt rettet mod blanding af fluider og er ikke begræn-30 set til anvendelser, der involverer en forbrændingsproces .

Fremgangsmåden, fluidblandeanordningen og anvendelsen i henhold til opfindelsen fremgår af de efterfølgende pa- DK 172427 B1 2 tentkrav 1, 3 og 10. Udførelsesforner af fremgangsmåden og anordningen er angivet i patentkravene 2 og 4 - 9.

Ved en særlig konfiguration tillader opfindelsen styring 5 af vektorretning, i hvilken en jet udtræder fra en dyse og kan således anvendes til at styre retningen af trykkraften, der udøves på legemet, fra hvilket jetten udgår. Trækket kan også benyttes til at dirigere en jet i en særlig retning for ethvert andet formål.

10

Varmeenergi kan fås fra vedvarende naturkilder og fra ik-ke-vedvarende brændsler. De mest almindeligt anvendte brændsler i industrien og til elektrisk frembringelse er i øjeblikket kul, olie, naturgas og fremstillet gas. An-15 vendeligheden af olie og naturgas vil sikre de forbliver foretrukne brændsler, indtil begrænsninger ved deres tilgængelighed lokalt eller globalt får deres priser til at stige til uøkonomiske niveauer. Kulreserverne er langt større, og det er sandsynligt, at kul vil imødegå en be-20 tydelig del af energibehovene særligt til elektrisk frembringelse langt ind i fremtiden. Forbrændingen af pulveriseret kul i brændere af dysetypen er for øjeblikket den foretrukne fremgangsmåde til forbrænding i ovne og kedelinstallationer. Det er forudsagt, at denne fremgangs-25 måde fortsat vil være den foretrukne for alle kulkvaliteter bortset fra de ringeste, for hvilke kvaliteter flu-idiserede lejer olie/kul-slurryer eller nogen form for forbehandling kan foretrækkes.

30 Forgasning af kullet er en anerkendt form for forbehandling. Muligheden for anvendelse af ringere kvalitetskul via en forgasningproces som en energikilde til energifrembringelse og opvarmning kunne forøges, hvis en relativ stabil gasbrænder, der er tolerant overfor store varia 3 DK 172427 B1 tioner i kvaliteten af gassen, der tilføres til den, kunne udvikles.

En normal begrænsning ved udformningen og driften af 5 kendte forbrændingsdyser for gasformige brændsler er, at massestrømningshastigheden for brændslet gennem en dyse af en given størrelse er begrænset af den hastighed, ved hvilken dysejethastigheden gennem blanding falder til hastigheden for flammeudbredelseshastigheden, som eksiste-10 rer i blandingen. For at en flamme kan eksistere, skal denne tilstand forekomme ved en blandingsstyrke indenfor det brandbare interval for det særlige brændsel og oxideringsmiddel. Hvis strømningshastigheden gennem dysen er høj så, at tilstanden forekommer langt fra udgangsplanet 15 af dysen, hvor intensiteten og størrelsen af de turbulente hastighedsfluktuationer begge er store, kan flammefronten fluktuere over den magre grænse for blandingens forbrænding, hvilket kan resultere i slukning af flammen. Hvis spredningshastigheden og blandingen af fluidet, der 20 udgår fra dysen, kan forøges væsentligt, vil flammefronten blive mere stabil og være anbragt nærmere ved dysen.

På ligende måde kan forbedringer ved blandingsprocessen for forbrændingen af partikulært brændsel (for eksempel pulveriseret kul), der medrives i en gasstrøm, fører til 25 mere effektiv styring af partikelopholdstiderne, der kræves for tørring, forvarmning, frigørelse af flygtige stoffer, forbrænding af partiklerne og styring af uønskede emissionsprodukter, såsom oxider af svovl og nitrogen.

30 Hvirvelbrændere, strømningsekspandere eller flammeholdere med langstrakte legemer, og såkaldte slidsbrændere er blandt de indretninger, der er blevet anvendt til at forbedre blanding af brændseljetten med dens omgivelser for at overvinde eller undertrykke den type forbrænd-35 ingsstabilitet, der er beskrevet i det forgående afsnit 4 DK 172427 B1 på bekostning af øget tryktab gennem blandingsdysen og/eller det sekundære luftstrømsarrangement. Sådanne dyser er begrænset til at virke under en kritisk jethastighed, ved hvilken de stabilitetsstrømningstrukturer, der 5 dannes af dyserne ændres pludseligt, hvilket bevirker, at de taber deres stabiliserende egenskaber og forårsager, at flammen bliver ustabil og eventuelt slukkes.

Alle de ovennævnte midler til forbedring af flammestabi-10 liteten er normalt kombineret med delvis "præblanding" af brændselet med luft eller oxideringsmiddel. Sådan præblanding har den virkning, at den reducere mængden af blanding, der kræves mellem brændselsjetten og dens oxiderende omgivelser for at frembringe en brandbar blan-15 ding.

Hvis den er udformet og indstillet ukorrekt kan en præblandingsbrænder tillade "flash-back", hvilket er en tilstand, hvor flammen bevæger sig opstrøms fra brænder-20 dysen. Ved alvorlige tilfælde, hvor normale sikkerhedsprocedurer har slået fejl eller er blevet ignoreret, kan dette føre til en eksplosion.

Andre midler til frembringelse af en stabil flamme ved 25 øgede brændselsstrømningshastigheder er ved pulsering af strømningen af fluid eller ved akustisk excitering af dysejetten for at øge blandingsgraderne. Excitation kan ske ved hjælp af et eller flere stempler, ved en lukker, ved en eller flere roterende rilleforsynede skiver eller ved 30 hjælp af en højttalere eller en vibrationsvinge eller membran, der er anbragt opstrøm for, ved, eller nedstrøms for jetudgangen. Når en højttaler anvendes, kan fasen og frekvensen af lyden være indstillet af et tilbagekoblingskredsløb fra en sensor anbragt ved jetudgan-35 gen. Under visse tilstande kan jetten blive ekspanderet 5 DK 172427 B1 og blandet meget hurtigt gennem virkningen af intense hvirvelstrømme ved jetudgangen. Det er også muligt, at få jetten til at excitere sig selv akustisk uden at kræve nogle elektroniske kredse eller ligende ved at få natur-5 ligt forekommende strømningsfluktuationer til at excitere et hulrum for akustisk resonans. Nogen fordel er blevet krævet for et hulrum ved dyseudgangen ved specifikke jetstrømningshastigheder. Ved at anbringe resonanshulrummet mellem en indløbs- og en udløbssektion indeni jetdysen, 10 forekommer forbedrede blanding over et bredt interval af jetstrømningshastigheder. Dette er princippet ved den såkaldte "fløjte-brænder", der er blevet beskrevet i beskrivelsen til australsk patentansøgning nr. 88999/82.

15 En alvorlig begrænsning ved fløjtebrænderen er, at forbedringen kun sker ved den øvre ende af driftsintervallet af brænderen, idet excitationen kræver en høj udgangshastighed af brændselsjetten fra dysen. Drivtrykket, der kræves for at opnå denne høje udgangshastighed, er større 20 end det, der er normalt tilgængeligt i industrielle gasforsyningsanlæg .

En yderligere ulempe ved fløjtebrænderen er det høje støjniveau, der frembringes ved en diskret frekvens.

25

Som nævnt angår opfindelsen også styring af retningen, i hvilken jetten forlader dens fremstillingsdyse. Udformningen og fremstillingen af jetdyser, der dirigerer jetten i en særlig retning ved at bevæge dysen selv eller 30 ved hjælp af afbøjningsvinger eller faner, der er indskudt i jetten til at afbøje den, idet den forlader dysen, er kompleks, og der er risiko for svigt eller fejl ved driften af sådanne "kursdirigerende jetdyser". Disse dyser benyttes, for eksempel i flyvemaskiner med lille 35 start og landingslængde, til anti-missil indretninger, i 6 DK 172427 B1 rumfartøjer for flyvestillingsstyring og i nogle fluidstyreindretninger .

Et formål ved opfindelsen ved et eller flere af dens 5 aspekter er at tilvejebringe en fluidblandet indretning, der kan benyttes som en forbrændingsdyse, der i det mindste delvis mindsker de førnævnte ulemper ved forbrændingsdyserne, der for øjeblikket anvendes.

10 Et særligt formål for en foretrukken udførelsesform for opfindelsen er at tilvejebringe forbedret blanding mellem en fluidjet og dens omgivelser, der er af en størrelse, der svarer til den, der opnås ved en fløjtebrænder, men som opnås ved langt lavere brændseljetudgangshastigheder, 15 ved langt lavere drivtryk og uden frembringelse af højintensitetsstøj ved en diskret frekvens.

Indretningen ifølge opfindelsen er fortrinsvis i det væsentlige aksialt symmetrisk, selv om ikke asymmetriske 20 udførelsesformer er mulige. Når indretningen er aksialt symmetrisk stammer asymmetrien af gentilslutningen af den primære jet indeni kammeret fra de mindre azimutte variationer, der naturligt forekommer i medrivningshastigheden af den omgivende fluid fra indeni det afgrænsede rum af 25 kammeret. Denne situation er relativ ustabil, så at afbøjningsgraden af den primære jet vokser progressivt, indtil den slutter sig til indersidevæggen af kammeret.

Udløbet er fordelagtigt større end indløbet eller i det 30 mindste større end kammertværsnittet ved adskillelsen af strømningen. Dette sikrer et tilstrækkeligt tværsnit til at indeholde både den asymmetrisk udløbende præcessi-onstrømning og den indførte strømning. Udløbet kan simpelt være en åben ende af et kammer eller en kammerdel 35 med ensartet tværsnit men det foretrækkes, at der i det 7 DK 172427 B1 mindste er nogen periferisk begrænsning ved udløbet for at indføre eller forøge en tværgående hastighedskomponent i den gentilsluttede præcessionstrømning. Fluidindløbet er mest fortrinsvis en umiddelbart forudgående enkelt åb-5 ning, der ikke opdeler den første fluid, idet den trænger ind i kammeret.

Udtrykket "præcession", der benyttes heri beskrivelsen, henviser simpelt til roteringen af den skråtrettede asym-10 metriske strømning om aksen, der forbinder indløbet og udløbet. Det angiver eller antyder ikke nødvendigvis nogen hvirvelstrømning indeni selve strømningen, idet strømningen roterer, selv om dette naturligvis kan forekomme .

15

Adskillelsen kan i stedet for at være en i det væsentlig fuldstændig adskillelse af strømningen og den frembragte præcession af den udløbende asymmetrisk rettede fluid være kun delvis, for eksempel på en side af indløbet og ak-20 sen og den fremkomne delvis adskilte strømning kan være en strømning, der dirigeres ved en vinkel i forhold til aksen mod den samme side af kammeret som den, ved hvilken adskillelsen skete.

25 I dette tilfælde er det mest at foretrække, at udløbet omfatter en periferisk begrænsning såsom en omgivende læbe til at virke på strømningen og øge dens asymmetriske retning fra udløbet. Indløbet er fortrinsvis en jævnt konvergerende - divergerende begrænsning, der er indret-30 tet med et fremspring eller anden forstyrrelse ved en side ved eller nær dets mindste tværsnit, for at frembringe den delvise adskillelse. Fremspringet er fordelagtigt tilbagetrækkeligt, og kan være relativt bevægeligt i omkredsretningen for at tillade styring af retningen af den 35 udløbende strømning. Alternativt er flere elementer indi- 8 DK 172427 B1 viduelt tilvejebragt med organer til at tilbagetrække eller fremskyde dem ind i det indvendige for begrænsningen ved forskellige azimut- eller omkredssteder. Fremspringet kan være en fane eller en anden konstruktionsindretning, 5 eller det kan være en lille jet af samme eller ikke-samme fluid som den i den primære jet.

I en dyse ifølge denne udførelsesform for opfindelsen afbøjes den tilsluttede strømning gennem kammeret pludse-10 ligt ved udgangen fra kammeret af en kombination af læben ved udgangsplanet og en asymmetrisk medrivning af fluiden, der indføres fra det udvendige, så den forlader dysen som en jet, der bevæger sig i en retning bort fra den side af kammeret, mod hvilken strømningen var tilsluttet.

15 Denne asymmetrisk rettede jet præcesserer ikke om dysen, men forbliver ved en fast vinkelplacering i forhold til fremspringet eller forstyrrelsen ved indløbsplanet. Kursdirigeringen af jetten kan således fastlåses ved hjælp af et lille fremspring eller forstyrrelse, der indskydes el-20 ler injekteres ved eller nær halsen, det vil sige ved eller nær den mindste sektion af indløbet til dysen. Retningen kan varieres ved at variere den azimutte stilling af fremspringet. Dette kan opnås ved at dreje hele dysen om dens hovedakse eller ved at indrette et antal påvirk-25 ningsorganer . rundt om indløbsdysehalsen, der hver kan indskydes i strømningen eller tilbagetrækkes fra strømningen, hvilke påvirkningsorganer kan være en tap, en stang eller en lokal fluid jet til at danne eller fjerne et fremspring ved en særlig azimut placering. Sådanne på-30 virkningsorganer kan være manuelt, mekanisk eller elektromagnetisk betjent og kan styres af en computer eller et andet logikstyresystem.

Når en blandingsdyse i overensstemmelse med det første 35 aspekt ved den foreliggende opfindelse er udformet som en 9 DK 172427 B1 brænderjet for forbrændingen af gasformig brændsel, er blandingen og dermed flammestabiliteten forbedret over hele driftsintervallet fra vågeblusflamme til mange gange drivtrykket, der kræves for at frembringe sonisk strøm-5 ning gennem den mindste åbning i brænderen.

For normal drift kan en jetdyseudførelsesform ifølge opfindelsen således frembringe en flamme med forbedret stabilitet ved driftstrykkene og strømningerne, der er typi-10 ske for kendte forbrændingsdyser. For særlige anvendelser, der kræver meget høj intensitetsforbrænding, frembringer den også en stabil flamme op til og over trykkene, der kræves for at frembringe sonisk ("mættet") strømning indeni dysen.

15

Det er vigtigt at bemærke, at det ovennævnte fortrinlige niveau for stabilitet opnås uden behovet for at præblande brændslet og oxideringsmidlet. Hvis dog en begrænset præblanding gøres, forbedre blandingen mellem den 20 præblandede jet og dens omgivelser yderligere flammestabiliteten .

Jetblandingsdyseudførelsesformen ifølge opfindelsen kan være kombineret med andre forbrændingsindretninger såsom 25 hvirvlstrømning af den sekundære luft, en indløbstragt, og for nogen anvendelser, en "ovnsten", der danner et kammer og en indsnævring for at frembringe en flamme med høj hastighed.

30 Da jetblandingsdysen kan betjenes ved lave jethastigheder og ikke er afhængig af de akustiske egenskaber af strømningen gennem den, kan den anvendes til forbrændingen af pulveriserede faststofbrændsler, forstøvede væskebrændsler eller brændselsslurryer.

35 i 10 DK 172427 B1

Ved nogle anvendelser og udførelsesformer kan forbedreisen af blandingen udvise lejlighedsvise uregelmæssigheder særligt ved meget små dyser. Sådan uregelmæssighed kan elimineres ved anbringelsen af et lille langstrakt legeme 5 eller en hul cylinder indeni kammeret eller netop udvendig for kammerudløbet. Alternativt kan strømningen, der trænger ind i kammeret,være bragt til at hvirvle en smule af præhvirvlingsvinger eller af andre organer til at reducere eller eliminere uregelmæssigheden, som påkrævet.

10

Forholdet mellem afstanden mellem strømningsadskillelsesorganerne og udløbet og diameteren af kammeret ved gentilslutningsstedet er fortrinsvis større end 1,8, mere fortrinsvis større end eller lig 2,0 og mest fortrinsvis 15 ca. 2,7. Hvor kammeret er en cylinder med ensartet tværsnit, der strækker sig mellem ortogonale endevægge, som indeholder indløbet og udløbet, er dette forhold lig forholdet mellem kammerlængden og dets diameter.

20 Opfindelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til tegningen, hvor fig.la-lh illustrerer et udvalg af alternative udførel sesformer for blandingsdysen, der er konstrue-25 ret i overensstemmelse med den foreliggende opfindelse og som er egnet for blanding af en strømning med fluiden, der omgiver dysen, fig.2a-2e illustrerer et udvalg af anvendelser for blan-30 dingsdysen ifølge opfindelsen, hvor blandingen af to strømninger er påkrævet, fig.3 angiver det målte totaltryk (statisk tryk plus dynamisktryk) på jetmidterlinien ved et sted, 35 der ligger to gange udgangens diameter ned- 11 DK 172427 B1 strøms for dyseudgangen for en særlig dyse som en funktion af længden af kammeret. Bemærk at en lav værdi for totaltryk indikerer en lav strømningshastighed, 5 fig. 4 angiver det målte forhold mellem flammens stand-off afstand og udgangsdiameteren, som en funktion af Reynold-tallet (fig. 4A) og som en funktion af middelhastigheden gennem udgangs-10 planet (fig. 4B) for en standard brænderdyse uden hvirveldannelse sammenlignet med forholdet for en brænderdyse ifølge opfindelsen, fig. 5 angiver de geometriske forhold, der kræves for 15 at opnå stabile forbrændingsdyser for to for skellige dyser ifølge den foreliggende opfindelse og for den kendte fløjtedyse, fig. 6 er et rent skematisk strømningsdiagram i snit, 20 der angiver et perspektivisk billede af det øjeblikkelige mønster af den tredimensionale dynaniske præcessions- og hvirvelstrømning, der menes at eksistere i og omkring en dyse ifølge opfindelsen, når først den forbedrede 25 blanding er blevet skabt, og fig.7 illustrerer en udførelsesform for jetkursdiri geringsanvendelsen i indretningen.

30 Ved udførelsesformerne for den foreliggende opfindelse, der er illustreret i figurerne la til le omfatter dysen et ledningsrør 5, der indeholder et kammer 6. Kammeret 6 er afgrænset af den indre cylindriske overflade af ledningsrøret 5, af ortogonale endevægge, der udgør et ind-35 løbsplan 2 og et udgangsplan 3. Indløbsplanet 2 indehol- 12 DK 172427 B1 der en indløbsåbning 1 med en diameter d-^, hvis periferi derved tjener som organ til at adskille en strømning gennem indløbsåbningen 1 fra væggene af kammeret. Udgangsplanet 3 omfatter i det væsentlige en smal rand eller læ- 5 be 3a, der afgrænser en udløbsåbning 4 med en diameter med d2, der er noget større end d^. Randen eller læben 3a kan være tilspidset, som vist ved dens indvendige kant, ligesom også periferien af indløbsåbningen 1 kan være.

Fluid udleveres til åbningen 1 via et tilførelsesrør 0 10 med en diameter dQ.

Alle fire udførelsesformer, der er illustreret i figurerne la til le består af et i det væsentlige rørformet kammer med en længde 1 og en diameter D (hvor diameteren D 15 er større end diameteren d^ ved indløbet). Kammeret behøver ikke at have konstant diameter langs dets længde i strømningsretningen. Fortrinsvis forekommer en diskontinuitet eller anden relativ hurtig ændring af tværsnittet ved indløbsplanet 2, så at indløbshalsdiameteren er d^.

20 Forholdet mellem diameteren af opstrømsledningsrøret d0 og indløbsdiameteren d]_ er arbitrær bortset fra at dQ > dl·

Typiske forhold mellem dimensionerne 1 og D ligger inden-25 for området 2,0 < C/O <5,0.

Et £/D forhold på * 2,7 har vist sig at give en særlig god forbedring af blandingen.

30 Typiske forhold mellem dimensionerne d]_ og D ligger indenfor området 0,15 < d^/D ^ 0,3.

Typiske forhold mellem dimensionerne d2 og D ligger indenfor området 0,’75 < d2/D ^ 0,95.

35 13 DK 172427 B1

Disse forhold er typiske for udførelsesformerne, der er illustreret i figurerne la til le, men de er ikke de eneste, og de er ikke nødvendigvis dem, der er anvendelige for alle udførelsesformer. Forholdet mellem de geometri-5 ske forhold ifølge opfindelsen som angivet ovenfor og de kendte dyser, er illustreret i fig. 5. Det skal bemærkes at intervallet for geometriske forhold, fra hvilke blandingsforbedringen er ensartet stabil, er øget betydeligt ved hjælp af udførelsesformen illustreret i fig. le.

10 I fig. le er angivet et legeme 7, der på tilpas måde holdes svævende i strømmen for de førnævnte formål til forhindring af uregelmæssighed, det vil sige omvendninger af præcessionsretningen. Legemet kan være massivt, eller det 15 kan være hult. Det kan også være luftet fra dets indvendige overflade til dets udvendige overflade. Legemet 7 kan have enhver opstrøm- som nedstrømsform, der har vist sig at være passende og effektiv for en given anvendelse.

Det kan for eksempel være kugleformet eller sfæisk. Det 20 kan endvidere udgøre injektionsstedet for væskeformig eller partikulært brændsel. Længden af legemet (x2 - x^) er arbitrær, men er normal mindre end halvdelen af længden f. af hulrummet og er typisk mindre end ca. D/4. Det er typisk anbragt indeni hulrummet som illustreret i fig. le, 25 i hvilket tilfælde både X2 < i og < t, det kan også være anbragt overspændende udgangsplanet 3, i hvilket tilfælde x2 ><? og <£, eller det kan være anbragt helt udenfor udgangsplanet 3 af dysen, i hvilket tilfælde x2 >( og x1>^. Den udvendige diameter d3 af legemet er min-30 dre end hulrumsdiameteren D og den indvendige diameter d4 kan antage enhver værdi fra nul (massivt legeme) op til en grænse, der nærmer sig dg. Legemet er typisk anbragt symmetrisk i forhold til ledningsrøret, men det kan være anbragt asymmetrisk.

35 14 DK 172427 B1

Udførelsesformerne i figurerne lf, lg, og Ih adskiller sig ved at kammeret 6 divergerer gradvist fra indløbsåbningen 1. I dette tilfælde skal divergensvinklen og/eller forøgelsesgraden af divergensvinklen være tilstrækkelig 5 til at forårsage fuldstændig eller delvis adskillelse af strømmen, der indføres gennem og fuldt udfylder indløbsåbningen 1, for at præcession af jetstrømmen kan forekomme .

10 Figurerne 2a til 2e illustrerer typiske geometrier for blandingen af to fluidstrømme, den ene indvendigt og den anden udvendig, hvilke henholdsvis er betegnet ved FLOW 1 og FLOW 2. Enten FLOW 1 eller FLOW 2 kan repræsentere for eksempel et brændsel, og enten eller både FLOW 1 og/eller 15 FLOW 2 kan indeholde partikulært materiale eller smådrå-ber. I tilfældet i figur 2a indføres FLOW 2 på en sådan måde, at der frembringes en hvirvl, hvis retning fortrinsvis men ikke nødvendigvis er modsat retningen af jetpræcessionen. Forholdet mellem diametrene D og d kan 20 antage enhver fysisk mulig værdi i overensstemmelse med opnåelsen af det krævede blandingsforhold mellem strømmene. Ekspansionen 8 er en tragt, hvis form og vinkel hensigtmæssigt kan vælges for hver anvendelse.

25 Figur 2b angiver en anden udførelsesform i forhold til figur 2a, ved hvilken et kammer 10 er blevet dannet ved tilføjelsen af en ovnsten 9, gennem hvilken forbrændingsblandingen af brændsel og oxideringsmiddel indsnævres fra tragtdiameteren dg for at danne en brændselsjet fra en 30 udgang 11 med diameter dE eller fra en udgangsrille 11 med en højde dE og med enhver passende bredde. Ved denne udførelsesform kan en hvirvelstrømseksplosion ved passende valg af formen og ekspansionsvinklen af tragten 8 i forhold til hvirvlstrømningen af FLOW 1 og præcessions-35 graden af FLOW 2 bringes til at frembringe finblanding 15 DK 172427 B1 mellem fluiderne, der udgør FLOW 1 og FLOW 2 udover grovblandingen, der frembringes ved præcessionen af jetten.

En dyse ifølge den foreliggende opfindelse er fortrinsvis 5 konstrueret i metal. Andre materialer, der enten er støbt eller maskinbearbejdet, kan anvendes, og dysen kan for eksempel være fremstillet af et egnet keramisk materiale. Hvor en ovnsten benyttes, skal både stenen og tragten ideelt være fremstillet af et keramisk materiale eller et 10 andet varmemodstandsdygtigt materiale. For anvendelser, der ikke involverer en forbrænding, og hvor temperaturerne er relativt lave, kan plast, glas eller organiske materialer, såsom træ, anvendes til at fremstille dysen.

15 Dysen ifølge den foreliggende opfindelse er fortrinsvis cirkulær i tværsnit, men den kan have andre former, såsom en kvadratisk, hexagonal, octagonal, elliptisk eller lignende form. Hvis tværsnittet af hulrummet har skarpe hjørner eller kanter, kan nogen fordel vindes ved at af-20 runde dem. Som beskrevet tidligere kan der være en eller flere fluidstrømme, og enhver fluidstrøm kan bære partikulært materiale. Strømningshastigheden gennem indløbsåbningen 1 med diameter d^ kan være subsonisk, eller hvis et tilstrækkeligt trykforhold findes på tværs af dysen 25 være sonisk. Det vil sige, at den kan opnå en hastighed, der er lig med lydens hastighed i den særlige fluid, der udgør strømningen gennem åbningen 1. Den maksimale hastighed gennem åbningen 1 er lydens hastighed i fluiden, bortset fra i de specielle tilfælde, hvor tilførselsrøret 30 0 opvarmes tilstrækkeligt til at strømningen bliver su personisk. I de fleste forbrændingsudførelsesformer er hastigheden mest sandsynligt subsonisk. Ved nogle udførelsesformer kan det være hensigtsmæssigt at efterfølge halsdelen d^ med en profileret sektion, der er udformet 16 DK 172427 B1 til at frembringe supersonisk strømning med overlydshastighed ind i kammeret.

Ud fra en kombination af omhyggelig visualisation af 5 strømningen indeni og efter blandedysen ifølge opfindelsen (ved hjælp af høj- og lavhastighedsfilmoptagelse af farvespor i vand, af røgmønstrer i luft, af partikelbevægelser og af vandringerne af oliefilm på inderoverfladerne af dysen) og målinger af gennemsnits- og fluktue-10 ringshastigheder i systemet synes følgende at beskrive strømningen. Denne detaljerede beskrivelse skal ikke opfattes som begrænsende for opfindelsen, da den er et postulat baseret på analyse af observerede virkninger. Sekvensen beskrives med henvisning til fig. 6.

15

Idet der begyndes med en ikke-hvirvlende (parallel) strømning i opstrømsindløbsrøret 0 ledes fluiden ind i kammeret 6 gennem indløbsåbningen 1, hvor strømningen adskilles som en jet 20. Geometrien af dysen er udvalgt, så 20 at naturligt forekommende strømningsinstabiliteter vil få strømningen 20 (der gradvis divergerer, idet den medriver fluid fra det indvendige af hulrummet 21) til asymmetrisk at gentilslutte sig ved 22 til en del af den indvendige overflade af kammeret 6. Det meste af strømningen fort-25 sætter i en generel nedstrømsretning, indtil den møder læben eller afbrydelsen 3a om udløbsåbningen 4 i udgangsplanet 3 af dysen. Læben frembringer en komponent af strømningshastigheden, der er rettet mod den geometriske midterlinie gennem dysen, hvilket forårsager eller hjæl-30 per med til, at den divergerende modstrømning eller jet udtræder asymmetrisk fra dysen ved 23. Det statiske tryk indeni kammeret, hvorved udgangsplanet af dysen er mindre end det statiske tryk i omgivelserne på grund af medrivningen af den primære jet indeni kammeret og denne tryk-35 forskel på tværs af den udgående jet forøger dens afbøj- 17 DK 172427 B1 ning mod og på tværs af den geometriske midterlinie. Idet hovedstrømningen ikke optager hele det tilgængelige areal af udløbsåbningen af dysen, bringes en strømning 24 fra omgivelserne til at trænge ind i kammeret 6, hvilken 5 strømning bevæger sig i opstrømsretningen gennem den del af udløbsåbningen, der ikke er optaget af hovedstrømningen 20.

Den del 26 af gentilslutningsstrømningen indeni kammeret, 10 der vender retning, tager en bane, der begyndelsesvis er omtrent aksial langs den indvendige overflade af kammeret 6, men som begynder at dreje og blive rettet mere og mere i den azimutte retning. Dette får den indførte strømning 24 til at udvikle en hvirvel, der forstærkes meget, idet 15 den nærmer sig indløbsenden af kammeret. Strømningsstrømlinier i denne region er næsten fuldstændig i den azimutte retning, som angivet ved stiplede linier 25 i fig. 6.

Det menes, at fluiden derefter bevæger sig spiralformet ind til midten af kammeret og bliver genmedrevet i hoved-20 strømningen 20. Trykfeltet, der driver den stærke hvirvel indeni kammeret mellem punkterne for adskillelse 1 og gentilslutning 22 påfører en ens og modsatvendende rotationskraft på udstrømningen 20, der er tilbøjelig til at få den til at præcessere om den indvendige periferi af 25 kammeret. Denne præcession foregår i den modsatte retning i forhold til den for fluidhvirvlen 25 indeni kammeret og frembringer en rotation af trykfeltet inden i kammeret. Steady state tilstanden er således en med dynamisk ustabilitet, i hvilken bevægelsesmomentet (i strømningsret-30 ningen), der er forbundet med præcessionen af den primære jet og dets punkt for gentilslutning 22 inden i kammeret 6, er ens og modsat det for den hvirvlende bevægelse af den resterende fluid inden i kammeret. Dette er fordi indløbsstrømningen ingen vinkelhastighed har, og fordi 35 der ikke udøves nogen udvendig tangential kraft på strøm- 18 DK 172427 B1 ningen inden i kammeret, og det samlede bevægelsesmoment skal således hele tiden være 0.

Hovedstrømningen er, som allerede nævnt, idet den forla-5 der dysen, rettet asymmetrisk i forhold til midterlinien gennem dysen og præcessere hurtigt rundt om udgangsplanet. Der sker således i gennemsnit en meget tydelig begyndelseekspansion af strømningen fra dysen. Det skal bemærkes, at når hovedstrømningen præcesserer rundt om ud-10 gangsplanet, så gør den indførte strømning 24 fra omgivelserne det også, idet den trænger ind i kammeret. Den udvendige fluid medrives ind i hovedstrømningen inden i kammeret, for således at begynde blandingsprocessen. En følge af de observationer, der er gjort i det foregående 15 afsnit, der angår bevægelsesmoment, er, at fluiden inden i jetten, da hovedstrømningen præcessere, idet den forlader dysen, skal hvirvle i den modsatte retning i forhold præcessionsretningen for at bevægelsesmomentet er i ligevægt .

20

Der er nødvendigvis ingen foretrukken retning for hvirvelstrømningen, der begyndes inden i kammeret. Når først den er begyndt, er den tilbøjelig til at bevare den samme hvirvelretning og samme modsatvendende præcessionsretning 25 i betydelige tidsperioder. Lej lighedsvis kan retningerne dog af grunde, der endnu ikke er klarlagt, ændres. Når dette sker, er der en forbigående ændring i graden af blandingsforbedring. Frekvensen af sådanne ændringer i hvirvel- og præcessionsretningerne synes at vokse, når 30 størrelsen af dysen mindskes. Hyppigheden, hvormed graden af forbedring ændres, er således større for små dyser end for store dyser. Dette er "uregelmæssigheden", der er henvist til tidligere. Den kan elimineres ved ind i kammeret eller umiddelbart efter udløbet af kammeret at ind-35 føre nogle småhindringer, såsom legemet 7 i fig. le eller 19 DK 172427 B1 et massivt legeme, som tidligere beskrevet, eller ved at foreskrive en foretrukken retning for hvirvelstrømning ved hjælp af en hvirvelfrembringende indretning i føderø-ret 9 til dysen. Den fremkomne præcession er da stabil og 5 i den modsatte retning i forhold retningen af hvirvelstrømningen. Det samlede bevægelsesmoment skal således hele tiden være lig det, der er indført i strømningen af hvirvelfrembringelsesindretningen i føderøret 0 til dysen .

10

Forklaringen af sekvensen af strømningsforløbet, der giver anledning, til at afbøjningen og den hurtige præcession, der er illustreret i fig. 6, understøttes af det yderligere resultat, der er illustreret i fig. 7. Op-15 strøms- eller indløbssektionen 1' er nu omfattet af en indsnævringssektion 101, en hals eller et mindste strømningstværsnit 102, en jævn overgang til en divergerende sektion 103 som en Laval dyse. Ekspansiongraden i den divergerende sektion 102 er sådan, at strømningen bringes 20 til at adskille sig fra et udsnit af omkredsen, medens den forbliver tilsluttet til overfladen andetsteds.

I et sådant tilfælde er der ingen gentilslutning af den adskilte jet, og der er således ingen del af strømningen, 25 der svarer til strømmen 26 i fig. 6. Der er endvidere ingen bane, langs hvilken fluidjetten kan bevæge sig i en azimut- eller spiralformet retning rundt om den primære jet. Der er således ingen mekanisme, ved hvilken hvirv-ling af den modsatte strømning og den resulterende præ-30 cession af hovedjetten kan forekomme. Jetten forbliver derfor hovedsagelig tilsluttet over et udsnit af væggen 104 af kammeret 6'. Den azimutte placering af dette udsnit kan i realiteten bestemmes ved anbringelse af et lille fremspring 106 ved et punkt på overfladen af halsen 35 102 af det konvergerende-divergerende indløb 1' af dysen.

20 DK 172427 B1

Tilslutningen forekommer da på væggen af kammeret modsat placeringen af fremspringet 106. Den tilsluttede strømning blandes kraftigt med returstrømningen, der indføres i kammeret fra omgivelserne gennem udløbet 4', og der 5 frembringes således en trykgradient på tværs af kammer stykket. Dette sammen med den forstyrrende indflydelse af læben 3a' ved udgangsplanet får jetten til at forlade dysen ved en skarp vinkel i en retning bort fra den side af kammeret, mod hvilken strømningen var tilsluttet. Den re-10 lative periferiske placering af fremspringet 106 kan ændres på mange måder. For eksempel kan hele dysen drejes om dens hovedakse. Alternativt kan et sæt af tappe 113 eller huller, gennem hvilke små fluidjetter kan bringes til at strømme, være indrettet rundt om periferien af 15 halsen. Ved hjælp af nogle simple manuelle, mekaniske el ler elektriske aktueringsorganer, kan enhver af tappene bringes til at springe frem eller enhver jet kan indføres i strømningen for at danne et fremspring eller en lokal aerodynamisk blokering 106 og således bestemme retningen, 20 ved hvilken jetten udgår fra dysen gennem udløbet 4'. Som et resultat kan udførelsesformen illustreret i fig. 7 benyttes som en kursdirigeret trykdyse.

En indikation af effektiviteten af en blandingsbrænderdy-25 se, i hvilken den udgående strømning præcesseres i overensstemmelse med opfindelsen for at forbedre flammestabiliteten, kan opnås ved at se på fig. 4, i hvilken standoff afstanden af en naturgasflamme er indplottet som funktion af den gennemsnitlige dyseudgangshastighed.

30 Stand-off afstanden er afstanden mellem dyseudgangsplanet og flammefronten og er et mål for hastigheden ved hvilken brændsel og oxideringsmiddel blandes i forhold til hastigheden, ved hvilken de føres horisontalt. Udtrykt simpelt betyder dette, at des højere jetudgangshastigheden 35 er (hvilken er proportional med den horisontale strøm- 21 DK 172427 B1 ningshastighed) for en given blandingshastighed, des længere vil flaitunen stå væk fra dysen. På lignende måde betyder det for. en given jetudgangshastighed, at des større blandingshastigheden er, des kortere vil stand-off af-5 standen være. Fra fig. 4 kan det ses, at stand-off afstanden for den forbedrede blandingsbrænder er ekstremt lille, hvilket indikerer, at blandingsgraden er meget høj .

10 En fluidjet fra en dyse ind i ellers stationære omgivelser falder i hastighed, idet den bevæger sig nedstrøms.

Når fluiden i jetten medriver eller blandes med den omgivende fluid, skal den accelere den fra hvile op til blandingshastigheden. For at opnå dette skal jetten ofre no-15 get af dens bevægelsesmængde, og dens hastighed må derfor falde. Forbundet med faldet i hastighed er en forøgelse i jettens tværsnit, det vil sige jetspredningen. Graden af fald i jethastighed er således et mål for spredningsgraden eller for blandingsgraden af jette med dens omgivel-20 ser. En simpel sammenligning af blandingsgraderne for forskellige dyseudførelsesformer kan således opnås ved, at anbringe en hastighedssensor på jetmidterlinien ved et fast geometrisk sted i forhold til jetudgangsplanet.

25 Resultaterne af et sådant eksperiment er vist i fig. 3, i hvilken det tidsgennemsnitlige totale tryk i jetten ved et sted, der ligger to gange dyseudgangsdiameteren nedstrøms for udgangsplanet, er indplottet som en funktion af længden af kammeret inden i en særlig forbedret blan-30 dingsdyse ifølge den foreliggende opfindelse for et interval af drivtryk, det vil sige for et interval af strømningshastigheder. Hvis det statisk tryk er konstant, er det totale tryk proportionalt med kvadratet af hastigheden af jetten ved målepunktet. Det kan ses i fig. 3, at 35 for en kammerlængde på 240 mm svarende til IfD = 2,64, er 22 DK 172427 B1 det målte totaltryk ca. lig 0 for alle strømningshastigheder, hvilket indikerer en meget lav jethastighed blot to gange dyseudgangsdiameteren væk fra dyseudgangen. Dette angiver også en meget hurtig diffusion af jetten og en 5 forbedrelse af blandingen med dens omgivelser. (Mere detaljeret får krumningen af middelstrømlinierne i jetten, der er forbundet med den ekstremt hurtige spredningsgrad, det statisk tryk ved midterlinien tæt ved dyseudgangsudgangen til begyndelsesvis at være under trykket i omgi-10 velserne, men det statiske tryk bringes tilbage til trykket i omgivelserne inden for en afstand på to gange dysediameteren fra udgangsplanet. Et totaltryk på 0 meget nær dyseudgangsplanet betyder således nødvendigvis ikke, at hastigheden er 0. Ikke desto mindre er den meget lille.).

15 Når dysen drives som en brænder til at blande brændsel og et oxideringsmiddel, der findes i en samstrømmende ringformet strøm, der kan hvirvle i overensstemmelse med udførelsesformerne i fig. 2a og 2b, eller som kan være ret-20 tet på anden måde, er det fordelagtigt at anvende en tragt, som illustreret i fig. 2a, eller en kombination af en tragt og en ovnsten, som illustreret i fig. 2b. Sådanne arrangementer fremmer meget fin blanding mellem reaktanterne som supplement til grovblandingen, der er for-25 bundet med præcessionen. Ved disse midler kan stabile flammer opnås ved alle blandingsforhold gående fra meget fede til ekstremt magre.

Alle indtil nu opnåede resultater indikerer, at det samme 30 strømningsfænomen forekommer for alle strømningshastigheder, hvilket således overvinder problemet med begrænset turn-down forhold, der forekommer, når fløjtedysen anvendes .

23 DK 172427 B1

Resultaterne indikerer sammenfattet, at en blandingsdyse i overensstemmelse med den foreliggende opfindelse klart forbedrer graden af raedrivning af den omgivende fluid i jetten, der udgår fra dysen, hvilket frembringer meget 5 hurtigt spredning af jetten. Når den anvendes som en brænderdysen, er blandingsstyrken, der er nødvendig for at understøtte flammen, følgeligt skabt langt tættere ved dysen end det ville være tilfældet ved en sammenlignelig strømningshastighed fra en standardbrænderdyse. Den store 10 spredningsvinkel er forbundet med et meget hurtigt fald i jethastigheden, hvilket tillader flammefronten at være anbragt meget tæt ved dyseudgangen, hvor størrelsen af turbulensfluktuationer er lille, hvilket giver anledning til en meget stabil flamme. Dette er særlig vigtigt, når 15 brændsler brændes med en lav flammehastighed, som er tilfældet ved naturgas og brændsler med en lav kalorieværdi.

En forbrændings-brænderdyse ifølge den foreliggende opfindelse giver følgende fordele: 20 (i) den er stabil over det fulde driftsinterval fra "vågeblus"-strømninger med et drivtryk på en brøkdel af 1 kPa til effektivt mættet (chocked) strømning (det vil sige, for eksempel ved et drivtryk for naturgas eller LPG på ca. 150 kPa i forhold til atmosfærisk tryk, ved 180 25 kPa er strømningen helt sikkert fuldstændig mættet. Dette drivtryk skal sammenlignes med normal bygastryk på ca.

1,2 til 1,4 kPa, industriel hovedtryk på ca. 15 til 50 kPa og "specielle brugere"-tryk i intervallet fra ca. 70 til 350 kPa.

30 {i i) dysen kan "overblæses". Forsøg med tryk på op til 800 kPa (måletryk) har ikke kunnet blæse flammen af brænderen .

(iii) med tragt og stenarrangementet i fig. 2b og gastilførselstryk på 2,5 kPa eller mere, har det ikke været mu-35 ligt at blæse flammen af dysen inden for kapaciteten af 24 DK 172427 B1 lufttilførslen, der er tilgængelig i forsøgsapparatet.

Den maksimale luftstrømning, der er tilgængelig er lig med ca. 1000% mere luft, end der kræves til støkiometrisk forbrænding.

5 (iv) driftsstøjen er lavere end ved fløjtedysen og indeholder ingen dominerende diskrete toner. I forhold til en almindelig dyse, der virker stabil ved den samme massestrømningshastighed, er støjniveauet i det mindste sammenligneligt .

10 (v) brændslet kan ganske simpelt antændes ved ethvert punkt over hele driftsintervallet.

(vi) flammen slukkes ikke ved dannelse af en stor forstyrrelse ved brænderudgangen, for eksempel af tværstrømninger eller ved viftning med en padle ved flammen eller 15 gennem flammen.

(vii) driften er tolerant overfor relativt store varatio-ner (ca. ± 10% i dimensionerne f og d2 for en given og D). Holdbarheden kan således anses for at være god.

20 Selv om fløjtedysen beskrevet i patentansøgning nr. 88999/82 overfladisk ligner meget, har de beskrevne udførelsesformer ifølge opfindelsen en meget detaljeret geometri og opnår blandingsforbedreisen ved en fuldstændig anden fysisk proces. Ingen akustisk excitation af strøm-25 ningen, der enten er fremtvunget eller naturligt forekommende, er involveret. Denne kendsgerning er vist ved detaljerede akustiske spektralanalyser og ved følgende resultat. For en given udførelsesform for blandingsdysen ifølge den foreliggende opfindelse er blandingshastig-30 heden, der opnås, når en jet af vand udledes fra dysen ind i et stationært vandlegeme, i det væsentlige den samme, som når en jet af luft eller gas udledes fra dysen ved det samme Reynold-tal ind i stationær luft. Hvis blandingen afhang af et akustisk fænomen, kunne dette re-35 sultat ikke være opnået, idet forskellen i materialeegen- 25 DK 172427 B1 skaberne af vand og luft får Mach-tallene i de to strømninger til at adskille sig i forhold til hinanden med en faktor på ca. 70.

5 Spektrummet af støjen, der frembringes af en inaktiv jet af gas, der udledes fra en blandingsdyse ifølge den foreliggende opfindelse, udviser ingen dominerende diskrete frekvenser, ej heller forekommer nogle dominerende diskrete frekvenser, når jetten antændes. Støjen, der udlo kastes fra en jet, der udledes fra en blandingsdyse ifølge den foreliggende opfindelse, er mindre end eller sammenlignelig med den, der udkastes fra en almindelig jet med samme massestrømningshastighed og er i det væsentlige meget mindre end den fra en fløjtedyse ifølge patent-15 ansøgning nr. 88999/82.

Resonanshulrummet i den kendte fløjtedyse er dannet ved anbringelse af to åbningsplader i dysen. Det forbedrede blandingsstrømningsmønster observeret i og fra den kendte 20 fløjtebrænder er frembragt som et resultat af rummet mellem de to åbningsplader, der bringes til at frembringe resonans ved en eller flere af dens egenfrekvenser. Disse exciteres af stærke toroide hvirvelstrømme, der udbredes periodisk fra opstrømsindløbsåbningspladen. Disse hvir-25 velstrømninger driver gennem samvirkning med begræsningen ved udgangsplanet den væsentlige radiære egenfrekvens (0,1) i hulrummet. Hvis den ikke er tilstrækkelig til selv at frembringe tilstrækkelig blandingsforbedring, kan denne frekvens (0,1) kobles til en eller flere af hulrum-30 mets resonansfrekvenser, såsom orgelpibefrekvensen. Resonansfrekvensen eller resonansfrekvenserne driver også en intens toroid hvirvelstrøm eller et system af toroide hvirvelstrømme tæt ved og nedstrøms for dyseudløbet. Forholdet mellem længden af hulrummet af fløjtedysen og dens DK 172427 B1 26 diameter er mindre end 2,0 og er kritisk, afhængig af den virkende jethastighed. Et typisk forhold er 0,6.

Den akustiske resonans af hulrummet i fløjtedysen drives af hvirvelstrømme, der er udbredt ved Strouhal udbredel-5 sesfrekvensen fra opstrømsåbningen. Denne frekvens skal passe til resonansfrekvensen af en eller flere egenfrekvenser af hulrummet for at blandingsforbedreisen sker i den fremkomne jet. Strouhal hvirvelstrømmenes evne til at excitere resonansfrekvenserne af hulrummet afhænger af 10 deres styrke, der igen afhænger af hastigheden ved deres dannelsespunkt. Da Strouhal udbredelsesfrekvensen også er afhængig af hastigheden, er der en minimumsstrømningshastighed, ved hvilken resonans vil "lukke op" ("cut-on"). Trykfaldet på tværs af åbningspladen vok-15 ser med kvadratet af hastigheden og opnåelse af den minimale eller "lukke op" strømningshastighed kræver således et højt drivtryk.

Den foreliggende forbedrede blandesjetdyse adskiller sig 20 fra fløjtedysen ved, at den ikke afhænger af nogen forstyrrelse, der er koblet sammen med nogen af egenfrekvenserne af et kammer eller et hulrum. Den kræver endvidere ikke udbredelsen af stærke hvirvelstrømme ind i kammeret fra indløbet, og den minimale strømningshastighed, ved 25 hvilken forbedrelse forekommer, bestemmes ikke af "lukke op" værdien for nogen resonans.

Industrielle anvendelser.

30 En dyse ifølge den foreliggende opfindelse forventes at være godt egnet for anvendelse ved følgende forbrændingsformer :

Gasformig brændsel.

35 27 DK 172427 B1 (i) omstilling af oliefyrede ovne til naturgas. Naturgas har ca. 1/3 af olies kalorieværdi. For at bevare ovnens ydelse, behøves følgeligt at massestrømningen af gassen i forhold til olien er 3 gange større. Udtryk i volumen 5 vokser dette forhold til ca. 2.000. Med almindelige brændere resulterer dette i meget lange gasflammer, der kan udbrænde bagenden af ovnen eller kan virke ustabilt på grund af flammefrontoscillation, der kan føre til uregelmæssig udsætning eller kan excitere en eller flere sy-10 stemresonanser. Begge resultater fremskynder enten en mindre ydelse af ovnen eller en større ombygning af fyringsenden af ovnen. Formen af flammen fra den nye brænder er relativ kort og løg- eller kugleformet.

(ii) forbrænding af "affalds"-gasser med lav kalorievær-15 di, som fra kemiske procesanlæg eller højovne eller fra kønrøg ( "carbon black") eller røgfri brændselfremstilling skulle være mulig.

(iii) korrektion af ustabil drift ved gasfyrede kedler i industri- eller kraftanlæg kan gennemføres. Sådan ustabi- 20 litet er meget almindelig og kaldes under tiden "indre" ("intrinsic") af forbrændingsteknikker. Mange gasfyrede kedler i kraftanlæg lider af problemet. Opfinderne er nærværende ansøgning antyder, at ustabiliteten ikke er fuldstændig "indre", men skyldes primært for ringe blan-25 ding, hvilket forværre virkningen af en lav strømningsspredning i gas/luftblandingen.

(iv) vandvarmere til beboelseshuse og industrien. Sikkerheden er bestemt ved muligheden for at flammen vil gå ud, uden dette opdages som følge af fejl i flammedetektions- 30 systemet. Ved den foreliggende opfindelse er sandsynligheden for, at flammen uforventet slukkes, reduceret.

(v) industrielle gasturbineforbrændere. Mange anvendelser for gasturbiner i skibsfremdrivningssystemer, i industrielle procesanlæg eller som en overdelscyklus for energif- 35 rembringende dampanlæg er mulige, og mange installations- 28 DK 172427 B1 muligheder findes. Forbrændingen af gas i lavkvali-tetsgasturbineforbrændere kan føre til alvorlige problemer. Den foreliggende opfindelse skulle reducere disse problemer.

5 (vi) en kilde til stor forgasningskvantitet af kul. Sådan gas kan anvendes i gasturbiner ved anvendelse af den foreliggende opfindelse eller som et kedelbrændsel. Udviklingen af nye kulforgasningsanlæg, for eksempel Uhde-Rheinbraun, Sumitomo, Westinghouse o.s.v, der fremstiller 10 gas med relativ lav kalorieværdi vil omfatte anvendelser. Sådanne anlæg er normalt efterfulgt af et trin, ved hvilket gassen "rekonstrueres" til at blive en syntetisk naturgas (SNG) . Dette er en dyr proces, og hvis udeladt, efterlades problemet ved stabilt at brænde en gas med lav 15 kalorieværdi,· lav flammehastighed og variabel kvalitet.

For at gøre dette med almindelige midler kræves meget store forbrændingskamre, komplekse antændings- og vågeblusflammesystemer og muligvis tilførslen af noget gas af høj kvalitet på tidspunkter, hvor kulkvaliteten er lav.

20 Flammestabiliteten kan klart øges, og forbrændingsrummet kan klart reduceres ved den foreliggende opfindelse.

Væskeformig brændsel.

25 (i) Den foreliggende dyse skulle forbedre ydeevnen af oliefyrede anlæg, særligt hvis luftblæseforstøvning anvendes .

(ii) Hvis succesfuld med væskeformige brændsler vil udførelsesformerne omfatte de, der er opstillet for gasformig 30 brændsel, men· til disse ville være tilføjet: - Flyvemaskinegasturbiner (særligt hvis evnen til at tænde flammen ved fuld brændselhastighed, der viste sig ved gas, kan gentages ved et væskeformigt brændsel).

29 DK 172427 B1 - Automatisk brændselinjektionssystem - særligt det luft-blæsesystem, der er udviklet og patenteret af Orbital Engine Co.

5 Faststof (pulveriserede) brændsler.

(i) Indledende undersøgelser af pulveriseret brændsel har indikeret, at kammeret inden i dysen er selvrensenden og vil ikke tilstoppe med brændsel.

10 (ii) Evnen af en brænder med dysen ifølge den foreliggende opfindelse til at virke ved lave strømningshastigheder og den kendsgerning, at den ikke er afhængig af en recirkulationszone ved dyseudgangen, antyder, at succesfuld fyring af pulveriserede brændsel kan være mulig med den 15 nye udformning. Udførelsesformer, som den vist i fig. le, hvor det pulveriserede brændsel via legemet 7, eller udførelsesformen vist i fig. 2a, hvor det pulveriserede brændsel indføres med Flow 1, tegner godt. Hvis succesfuld vil brænderens anvendelsesområde ekspandere til at 20 omfatte fyrede kedler af alle typer fra kraftanlæg til industrielle kedler omfattende dem i metalindustrien.

(iii) En mulig sidefordel kan være at svovlholdige kul kan fyres ved at blande det pulveriserede brændsel med dolomit. Grunden til at dette er en mulighed, er at nogen 25 styring over forbrændingstemperaturen skal være mulig ved at skabe det passende forhold mellem primærluftmængden og temperaturen og blandingshastigheden med den sekundære luft.

30 En forbedret blandingsdyse ifølge den foreliggende opfindelse kan udover til de ovennævnte forbrændingsanvendelser, hvis den betragtes som en simpel dyse, der frembringer intens blanding, tilpasses til følgende anvendelser, der ikke involvere forbrænding: 30 DK 172427 B1 (a) Injektorer - der anvendes til enten at frembringe en lille trykstigning fra til P2 (som i en damp"fremkalder" ("eductor") - for hvilke der vil være mange anvendelser i procesindustrien, hvis P2/P1 kunne 5 øges for et givet højtrykdampsforbrug af dysen eller til at frembringe et reduceret tryk p^^ (for eksempel labora- toriejetvakuumpumpen på en hane) eller til at indføre en massestrømning gennem systemet. En udførelsesform for dette er svømmebasin-"vakuumrenseren", men en anden vig-10 tigere er den rakethjulpede ram-jet, i hvilken en lille raket fyret på faststof, væskeformig eller gasformig brændsel frembringer en høj temperatur, en høj tryksjet, der medriver den omgivende luft og således frembringer en større massestrømning gennem systemet end det ville være 15 tilfældet ved simpel fremadrettet flyvning. Et sådant system er også selvstartende ved at fartøjet ikke behøver at nå nogen minimumshastighed, før ramjetvirkningen begynder at virke, det vil sige, der er ikke behov for en sekundær kraftenhed.

20 (b) Udstødsdyser til flyvemaskinejetmotorer. Hastigheds- fluksen gennem udgangsplanet af udtømningsdysen bestemmer dysetrykket. Dette er ikke påvirket af spredningshastigheden af jetten (blandingshastigheden) nedstrøms for udgangsplanet. Ved at frembringe en høj blandingshastighed 25 kan jetstøjen reduceres betydeligt.

(c) Start- og landingslængden af en flyvemaskine kan reduceres ved at rette den fremdrivende jet eller en hjælpejet fuldstændig eller delvis nedad. Udførelsesformen ifølge den foreliggende opfindelse, der er illustreret i 30 fig. 7, tilvejebringer et middel, ved hvilken jetretningen kan indstiles uden anvendelse af mekanisk betjente flappe, vinger eller faner, der indskydes i jetudstødningen med høj temperatur.

(d) Hastigheden med hvilken en flyvemaskine kan ændre 35 retning under flyvning kan øges betydeligt ved at ændre 31 DK 172427 B1 vektorretningen af den fremdrivende jet i forhold til flyvemaskinen. Udførelsesformen ifølge den foreliggende opfindelse, der er illustreret i fig. 7, tilvejebringer et sådant middel, ved hvilket jetretningen kan skiftes 5 hurtigt og uden betydelig vægtbelastning (weight penalty) .

(e) Opdriften af en flyvemaskine kan øges betydeligt ved at udforme flyvemaskinen, så at den fremdrivende jet kan rettes ved en vinkel tæt mod den øvre overflade af vin- 10 gen. Udførelsesformen, der er illustreret i fig. 7, tilvejebringer et middel for opnåelse af en sådan afbøjning af jetten.

(f) Luftraketter (hovering rockets) er blevet foreslået for anvendelse ved transport som antimisiler. Sådanne ra- 15 ketter kræver, at den understøttende jet afbøjes hurtigt fra én retning til en anden for at bevare stabilitet. Ud førelsesformen, der er illustreret i fig. 7, tilvejebringer et middel, ved hvilket den primære jet eller en eller flere sekundære jetter, kan blive således afbøjet.

20 (g) Rumfartøjer er i fraværet af tyngdekraft og aerodyna misk opdrift og modstandkræfter afhængige af reaktionskræfter for at bevare position og flyvestilling. Dette opnås typisk ved hjælp af små jetter, der kan være orienteret til at pege i den modsatte retning i forhold til 25 retningen, i hvilken bevægelse af fartøjet kræves. Udfø relsesformen, illustreret i fig. 7, kan tilvejebringe et simpelt og fortroligt organ til opnåelse af den ønskede reaktionsdirigering.

(h) Nøjagtigheden og retningen af granater, der affyres 30 fra store kanoner, kan øges ved antænding af små raketmotorer på bunden af granaten. Antændingens fortrolighed er kritisk ved en sådan anvendelse og derfor anvendeligheden af den foreliggende opfindelse.

(i) Expressokaffemaskiner - dampjetten kan opskumme kaf-35 fen/cremen uden så stor chance for spild.

32 DK 172427 B1 (j) Grundlæggende oxygenomdannelse af jern til stål. Den aktuelle immersion af oxygenlansen (hvis den for eksempel er lavet af keramik) kan være mulig uden at skulle være afhængig af indtrængning i overfladen af smelten ved en 5 meget høj hastighed af oxygenjetten, hvilket således resulterer i et reduceret forbrug af oxygen.

Claims (10)

33 DK 172427 B1 PATENTKRAV.

1. Fremgangsmåde til blanding af et første og andet fluid, idet det første fluid ledes ind i et kammer (6) 5 gennem et indløb (1), som en strøm som hovedsagelig ik ke berører kammervæggen (5) nær indløbet, kendetegnet ved, at fluidet strømmer usymmetrisk til kontakt med kammervæggen opstrøms for et udløb (4) fra kammeret anordnet hovedsagelig modsat af indløbet, og 10 strømmer ud af kammeret usymmetrisk gennem udløbet, idet en modsat strøm af det første fluid ved stedet får kontakt med kammervæggen og en strøm af det andet fluid tilført udefra gennem udløbet bringes til at hvirvle i kammeret (6) mellem indløbet (1) og stedet for kontakt, 15 og derved bevirker præcession af strømmen af det første fluid, hvilken præcession forbedrer blanding af denne strøm med det andet fluid ved strømning til ydersiden af kammeret, idet strømmen udsættes for en hindring (3a) ved udløbet for at bevirke eller forøge en tværgå-20 ende hastighedskomponent i strømmen som er i præcession .

2. Fremgangsmåde som angivet i krav 1, kendetegnet v e d, at strømmen divergerer, når den strømmer 25 ud af kammeret (6) gennem udløbet (4).

3. Fluidblandeanordning som omfatter et kammer (6), som har et fluidindløb (1) og et fluidudløb (4) anordnet modsat af indløbet, idet kammeret har større tværsnit 30 end indløbet, i det mindste i en del af rummet mellem indløbet og udløbet, idet kammeret er cylindrisk, med indløbet og udløbet beliggende centreret om en midter akse, således at en strøm af et første fluid, som fuldstændig fylder indløbet strømmer ind i kammeret adskilt 35 fra kammer væggen (5), kendetegnet ved, 34 DK 172427 B1 at forholdet mellem afstanden mellem indløbet (1) og udløbet (4) og diameteren til kammeret (6) ved et sted i kammeret (6), hvor en usymmetrisk strøm af fluidet kommer i kontakt med kammervæggen (5) er større end 1,8 5 for at bevirke, at strømmen strømmer usymmetrisk ud af kammeret (6) gennem udløbet, idet fluid tilført fra ydresiden af kammeret (6) gennem udløbet (4) hvirvler i kammeret mellem stedet for kontakt med kammervæggen (5) og udløbet og derved bevirker en præcession for det 10 første fluid, hvilken præcession forbedrer blandingen af strømmen med det andet fluid til ydresiden af kammeret, idet en rundtgående indsnævring (3a) er anordnet ved udløbet (4) for at bevirke eller forøge en tværgående hastighedskomponent i den udgående strømning. 15

4. Fluidblandeanordning som angivet i krav 3, kendetegnet ved, at forholdet er omtrent 2,7.

5. Fluidblandeanordning som angivet i krav 3 eller 4, 20 kendetegnet ved, at kammeret (6), indløbet (1) og udløbet (4) er aksesymmetriske.

6. Fluidblandeanordning som angivet i krav 3, 4 eller 5, kendetegnet ved, at udløbet (4) har større 25 tværsnit end indløbet (1).

7. Fluidblandeanordning som angivet i hvilket som helst af kravene 3-6, kendetegnet ved, at indløbet (1) er en enkelt, uopdelt åbning som ikke opdeler 30 det første fluid, når det komme ind i kammeret (6).

8. Fluidblandeanordning i henhold til hvilket som helst af kravene 3-7, kendetegnet ved, at den omfatter midler for at mindske afbrud i blandingen i 35 DK 172427 B1 form af et element (7), som er anordnet inde i kammeret (6) eller lige uden for udløbet (4) .

9. Fluidblandeanordning som angivet i hvilket som helst 5 af kravene 3-8, kendetegnet ved, at indløbet (1) omfatter en indløbstragt, som divergerer indover i kammeret (6).

10. Anvendelse af en fluidblandeanordning i henhold til 10 hvilket som helst af kravene 3-9 som forbrændingsdyse i en brændeanordning.