FI65665C - Braennare foer vaetskebraenslen - Google Patents

Description

2 65665 ainoastaan sisältää 5 - 8 % liekkiputkeen syötetystä polttoaineesta, sytytetään liekkiputkessa sytytysliekiksi. Liekkiputken lämmettyä siihen puhalletaan toinen suihku, jonka sisältämä polttoaine höyrystyy liekkiputkessa ja virtaa arinan kautta uunin palotilaan, johon poltin on kytketty, jossa palotilassa polttoaine tämän jälkeen sytytetään. Sumutuskammio on varustettu ilmansyöttöaukoilla, joiden kautta sumutusmäntien lävistysaukkojen alueella syntyneen alipaineen johdosta ilmaa imeytyy, jonka yhdessä sumumaisten suihkujen kanssa virtaa liekkiputkeen. Palotilassa olevien lisäaukkojen kautta virtaa palotilaan polttoilmaa höyrystettyä polttoainetta varten.

Sytytysliekin korkeudella on liekkiputkeen tehty rako, jonka tarkoituksena on estää sytytysliekin oskillointi ja sammuminen. Tämän raon tarkoituksena on näin ollen muuttaa liekki putkessa olevan kaasu-massan resonanssitilaan. Koska liekkiputkessa sytytysliekin polttaman polttoaineen ja muun polttoaineen höyrystymisen johdosta vallitsee ylipaine, ei raon kautta ilmaa pääse virtaamaan liekkiputkeen.

Tämän tunnetun polttimen haitta on se, että pääasiallinen palaminen tapahtuu uunin palotilassa, johon poltin on liitetty. Tässä palo-tilassa tapahtuvan palamisen hyötysuhde on kuitenkin riippuvainen sen rakenteesta ja näin jokaisesta uunityypistä erikseen.

Keksinnön tarkoituksena on näin aikaansaada poltin, jossa sumutetun polttoaineen polttaminen pääasiassa tapahtuu itse liekkiputkessa.

Tämä tarkoitus saavutetaan keksinnön mukaisella polttimella, jolle on tunnusomaista se, että tuliseinä on varustettu ilman syöttämiseksi lisäaukoilla ja liekkiputkessa on lähellä tuliseinää ilman syöttämiseksi raot ja edelleen pitkin liekkiputkea olevat aukot sekundääri-ilman syöttämiseksi.

Koska polttoaine pääasiassa palaa liekkiputken sisällä, ei palotilan muoto vaikuta palamisen kulkuun, joka siis näin ollen sujuu optimaalisella vaikutusasteella. Tällä keksinnön mukaisella polttimella on mahdollista aikaansaada stabiili liekkirintama itse liekkiputken sisällä. Edullista keksinnössä on vielä se, että palamisteho aina 3 65665 voidaan sovittaa uunin lämpötarpeen mukaan. Ilman noen muodostusta on mahdollista käyttää poltinta polttoaineen kulutuksella 0,32 1/h ja samoin polttimen tehoa voidaan nostaa kulutukseen 2r25 1/h, jolloin poltin toimii jatkuvasti. Haitallisten aineiden, esim. hiilimonoksidin ja typpioksidin, pitoisuudet ovat liekkiputkessa tapahtuvan optimaalisen palamisen johdosta, erittäin alhaiset.

Seuraavassa keksintöä selitetään yksityiskohtaisesti käsittelemällä keksinnön edullista suoritusmuotoa viittaamalla oheiseen piirustukseen, joka esittää leikattua pintakuvantoa keksinnön mukaisesta liekkiputkiyksiköstä.

Poltinyksikköön kuuluu puhallusputki 1, joka on olennaisesti pitkänomainen avopäinen putki. Puhallusputkessa 1 on liekkiputki 3, joka pidetään samankeskeisenä puhallusputkeen nähden siten, että niiden väliin muodostuu rengasmainen ilmakanava 4. Liekkiputki 3 pvsyy samankeskeisenä puhallusputkeen 1 nähden sijoittamalla se vasten kehäolaketta 67, ja päätyosan 9 renkaan 7 avulla. Päätyosan 9 toinen pää 9 on kohti uunin tulipseän sisustaa ja toinen pää on kiinnitetty sumutuskammioon 52 liukuasetuksella mainitun olakkeen 67 yli.

Liekkiputken 3 avoimessa päässä 9 on kaksi aukkoa 13, 13'. Samalla tavoin liekkiputkeen on lisäksi järjestetty kaksi aukkoa 12, 13·, jotka sijaitsevat suunnilleen sen puolivälissä. Nämä aukot (12, 12') sijaitsevat 90° kulmassa leikkauksiin 13, 13' nähden, mutta kuten aikaisemmin mainittiin, liekkiputkea 3 voidaan kääntää 90° poltti-mesta lähtevän liekin suunnan muuttamiseksi.

Lisäksi liekkiputki on varustettu useilla ilmansyöttöaukoilla 50, jotka on muotoiltu pyörreläpiksi. Edullisesti käytetään neljää venttiiliä, jotka on järjestetty liekkiputken 3 kehälle siten, että niiden kunkin väliin jää noin neljäosa kehän piituudesta. Lisäaukkojen määrät ja niiden sijoittelu voi haluttaessa olla toisenkinlainen. Lisäaukkoja sijoitetaan virtaussuunnassa aukkojen 12, 12' ja tuliseinän 57 puoliväliin. Venttiilit muodostavat pyörreilmaverhon liekkiputken 3 seinään. Pyörteenmuodostusta 4 65665 voidaan rauhoittaa ilmansyöttöaukkojen 12, 12' ja 13, 13' avulla.

Sylinterimäisen liekkiputken 3 vastakkaiseen päähän 11 on järjestetty kaksi suihkun purkausputkea 17 ja 17', jotka avautuvat yhteiseen sumutuskammioon 52. Purkausputket 17 ja 17' voidaan korvata yksinkertaisilla liekkiputkeen 3 avautuvilla aukoilla sumutuskam-miossa 52.

Purkausputket 17, 17' voivat olla leikkaukseltaan sylinterimäisiä tai kartiomaisia, jotka suippenevat kohti liekkiputkea 3. Suihkun purkausputken 17 koko ja muoto vaikuttavat muodostuneen polttoaine-sumun polttoainehiukkasten kokoon ja estävät liekkiputken 3 liekkien siirtymisen sumutuskammioon 52. Liekkien leviäminen sumutuskammioon 52 voidaan myös estää säätämällä ilmanvirtaus ja paine kammiossa 52.

Niissä tapauksissa, jolloin suihkunpurkausputkia 17 ja 17' ei tarvita, sumutettu polttoaine suihkutetaan suoraan seinämien 51 ja 57 aukkojen kautta liekkiputkeen 3 sumutuskammioon 52 järjestettyjen sumuttimien 26, 26' avulla.

Seuraavat parametrit esittävät joitakin tyypillisiä arvoja poltti-melle, jonka palonopeus on säädettävissä välillä noin 0,75 1 - 2,25 1/h. Tyypillisen sumuttimen 26 ulkohalkaisija on noin 6-25 mm. Purkausaukon 29 poikkileikkausala on tyypillisesti noin 0,065 - 0,2 mm^. Sumuttimen 26' sisäosassa vallitseva paine on välillä noin 140 mbar ja 1400 mbar. Purkausaukon 29 ja sumutus-kammion 52 etupinnan 51 välinen etäisyys on 0 - 25 mm. Nesteen syöttöputken 23 alapään ja sumuttimen 26 tätä alapäätä lähinnä olevan pinnan välinen etäisyys on noin 3 - noin 9 mm. Puhaltimen tuloaukkojen 66 tyypilliset mitat ovat noin 3 - noin 9 mm halkaisijaltaan. Syöttöputken 23' tyypilliset sisähalkaisijät ovat noin 1,5 - 6,3 mm. Mahdollisesti mukaan kuuluvan suihkun purkausputken 17' pituus voi olla jopa 38 mm ja sen poistumiskohdan halkaisija välillä noin 9-25 mm.

Suihkun purkausputket 17 ja 17' on tuettu kiinteään seinään 51, joka esitetyssä suoritusmuodossa on olennaisesti suora ja poikittainen 5 65665 liekkiputkeen 3 nähden. Samoin tuettuna kiinteään seinään 51 on ilman puhallusputki 53, joka sijaitsee sumutuskammiossa 52 samankes-keisesti sen keskiakselin ympärillä. Ilman puhallusputki 53 on tuettuna sumutuskammion 52 takaseinään 54 ja lävistää sen. Sumustus-kammion 52 takaseinämässä 54 on aukko 61', jonka kautta ilma pääsee puhallusputkeen 53.

Ilman puhallusputkessa 53 on kaksi aukkoa 56, 56' joiden halkaisija on esim. 3-9 mm. Näiden aukkojen 56, 56' kautta ilma pääsee sumu-tuskammioon 52 ja purkausputkien 17, 17' kautta hiekkaputkeen 3. Mikäli aukot 56 ja 56' eivät riitä antamaan kammioon 52 tarvittavaa ilmaa, voidaan seinään 54 muodostaa puhallinilman tuloaukot 66 ja 66', joiden poikkileikkausala on yhtä suuri tai pienempi kuin aukkojen 56, 56'. Mitoittamalla puhallinilman tuloaukot 66 ja 66’ ja/tai aukot 56 ja 56' ja syötetyn ilman paine saadaan kammioon 52 haluttu paine. Sumutuskammion 52 etuseinässä 51 on suhteellisen suuri keski-aukko 55, joka lävistää seinän 51. Tämän aukon 55 koko on sama kuin ilmanpuhallusputken 53 sisähalkaisija, joka on noin 6 - noin 38 mm, jolloin puhallinilma pääsee työntymään suoraan ilmanpuhallusputken 53 läpi ja edelleen liekkiputkeen seinässä 51 olevan aukon 55 kautta. Virtaussuunnassa hieman sumutuskammion etuseinän 51 etupuolella ja sen kanssa yhdensuuntaisena on noin 3 - 12,7 mm päähän kyseisestä seinästä järjestetty rei'illä varustettu tuliseinä 57. Tuliseinässä 57 on suhteellisen suuri keskiaukko 59, joka edullisesti on pienempi kuin keskeisen puhallusputken 53 sisähalkaisija ja siis seinässä 51 oleva aukko 55. Tämän seurauksena pieni määrä ilmaa joutuu pakotetuksi radiaalisesti ulos sumutuskammion 52 etuseinän 51 ja tulisei-nän 57 väliin. Tämä ilma virtaa tuliseinän 57 lisäaukkojen läpi edelleen liekkiputkeen 3.

Kaksi elektrodia 19 ja 21 työntyy takaseinän 54 etuseinän 51 ja tuliseinän 57 läpi ja ulottuu edelleen liekkiputkeen 3. Mainitut elektrodit on varustettu posliinivaipoilla. Elektrodien 19 ja 21 välinen kipinäväli 70 sijaitsee liekkiputkessa 3 ja sumuttimessa 26 tulevan suihkun ulkokehän korkeudelle.

Ontot sumuttimet 26, 26' sijaitsevat samassa sumutuskammiossa 52.

6 65665

Sumutin 26' on tuettuna kammion 52 takaseinään 54. Sumuttimet 26, 26' on yhdistetty paineputkilla 27, 27'. Yhteisen kammion 52 käyttö varmistaa sen, että sumutuspainekammiota 26 ympäröivä staattinen paine on olennaisesti sama kuin painetilaa 26' ympäröivä staattinen paine. Sumuttimeen 26 ja 26' syötetään paineilmaa putkien 27, 27' ja johdon 60 kautta, joka on yhdistetty paineilmalähteeseen samasta lähteestä kanavien 60 ja 61 kautta. Luonnollisesti haluttaessa voidaan käyttää erillisiä ilmalähteitä. Pari polttoaineen syöttö-kanavia 23 ja 23' on edullisesti yhdistetty nestemäisen polttoaineen lähteeseen pumpulla, jonka avulla polttoainetta voidaan pumpata näiden kanavien läpi ja suihkuttaa sumuttimien 26 ja 26' kuperille pinnoille.

Kummassakin sumutuspainekammiossa 26 ja 26' on ainakin yksi pieni aukko 29 ja 29', joka sijaitsee siten, että ilma ja polttoaine-suihku purkautuu suoraan kyseistä purkausputkea 17 ja 17' kohti. Sumutuskammion 52 alimmassa kohdassa on poistoaukko sumuttamalla jääneen polttoaineen palauttamiseksi syöttökanaviin 23, 23'.

Polttimen toiminta on seuraava.

Nestemäistä polttoainetta syötetään järjestelmään putkien 23, 23’ kautta. Nestemäinen polttoaine virtaa sumuttimien 26, 26' kuperalla ulkopinnalla. Osa siitä sumuttuu paineilmalla, jota on syötetty sumuttimiin putkien 60, 27 ja 27' kautta ja purkautuu reikien kautta. Sumuttamalla jäänyt neste virtaa sumutuskammioiden 52 pohjalle ja poistetaan sieltä uudelleen kierrätettäväksi polttoaineen syöttöjärjestelmään.

Esitetty poltin toimii suurella hyötysuhteella, jolloin poisto-kaasut sisältävät 15 % 002*joka vastaa suunnilleen noettomassa poltossa saavutettavaa maksimimäärää. Tämä arvo on hieman alle teoreettisesti saavutettavissa olevaa arvoa. Tavanomaisissa polttimissa sitävastoin CX^-arvo poistokaasuissa on noin 8 %.

Ilmapuhallusputki 53 suuntaa ilmaa tyhjän sumutuskammion 52 keski- akselia ja liekkiputken 3 keskiakselia pitkin. Osa ilmapuhallusput- 7 65665 keen 53 tulevasta puhallinilmasta jää tai tulee pakotetuksi sumu-tuskammioon 52 aukkojen 56 ja 56' kautta, jossa kyseinen ilma sekoittuu polttoainesuihkuun ja purkautuu liekkiputkeen 3 suihkun purkausputkien 17 ja 17' kautta. Sumuttimet voivat vetää ilman kammioon 52 aukkojen 56 ja 56' kautta sumuttimen 26 aukkojen 29, 29’ alueella kehitetyn alipainealueen avulla. Mikäli ilman puhallusput-kessa 53 on paineenalaista, niin tämä painautuu sumutuskammioon 52 aukkojen 56 ja 56' kautta.

Paineilmaa voidaan lisätä sumutuskammion 52 paineistusaukkoien 66 ja 66' kautta, jolloin niissä vallitsee jonkin verran korkeampi staattinen paine. Tällaista paineistusta käytettäisiin luultavasti suurilla palonopeuksilla ja silloin, kun halutaan sekoittaa mahdollisimman paljon ilmaa sumutettuun polttoainesuihkuun ennen seoksen purkamista liekkiputkeen.

Kun käytetään sumuttimia 26, 26' sisältävää yhtä yhteistä sumutus-kammiota 52, varmistetaan se, että kutakin sumutinta 26, 26' ympäröivä paine on olennaisesti sama. Käytettäessä yhteistä sumutus-kammiota 52 pienenee myös paikallisilman nopeus kunkin sumuttimen ympäri johtuen yhteisen kammion 52 suuremmasta sisätilavuudesta. Käytettäessä kammiota 52 saadaan siis varmistetuksi myös se, että ilman suuret nopeudet eivät häiritse sumuttimien 26 ja 26' päällä virtaavaa nestekalvoa.

Koska tuliseinässä 57 olevan suuren keskiaukon 59 halkaisija on pienempi kuin keskeisen ilmanpuhallusputken 53 sisähalkaisija, pieni määrä ilmaa suuntautuu radiaalisesti ulospäin sumutuskammion etupinnan 51 ja tuliseinän 57 väliin. Tuliseinän reikien lukumäärä ja mitat ovat siten valitut, että tämän tuliseinän 57 läpi pääsee heikko ilmavirta. Tuliseinän 57 läpi ja liekkiputkeen 3 virtaava ilma pitää liekit irti tuliseinästä ja pitää sumutuskammion etuseinän 51 suhteellisen viileänä.

Tasapintaisen tuliseinän 57 käyttö mahdollistaa sen, että sumusuih-kut kohtaavat suhteellisen pienessä kulmassa. Minimikulma on noin 45°. Erinomaisia tuloksia on saavutettu kulman ollessa noin 27°.

8 65665

Pyörreläpät 50 edistävät paloilman ja polttoainesuihkun nopeata sekoittumista torjuen noen muodostuksen liekkiputkeen 3. Liekki-putkeen 3 pyörreläppien kautta virtaava ilma muodostaa pyörreilma-verhon liekkiputken seinälle. Tämä eristää liekkiputken 3 seinän välittömästi kosketuksesta liekkiin ja torjuu kuumakohta- ja liekkieroosio-ongelmat. Pyörreilmaverho on paksuin pyörreläppien 50 kohdalla. Kun pyörreilma kohtaa aukoista 12, 12' tulevat poikittaiset ilmasuihkut noin puolivälissä liekkiputkea 3 ja lisäksi aukoista 13, 13' tulevat virtaukset pyörreliike olennaisesti lakkaa. Tämä on tärkeätä sen seikan varmistamiseksi, että pyörreilma sekoittuu höyrystysneeseen ja palavaan polttoaineeseen ennen poistumistaan liekkiputkesta 3.

Liekkiputken 3 asentaminen puhallusputkeen 1 muodostaa lämmönvaihtimen, jossa paloilma kulkee liekkiputken ja puhallusputken välisen rengasmaisen tilan 4 läpi. Kulkiessaan poikittaisesti tämän matkan paloilma lämpenee liekkiputken kuumien sisäseinämien vaikutuksesta. Tämä lämmitys tehostaa sumutetun polttoaineen pikaista höyrystymistä. Lämpötila liekkiputkessa 3 voidaan näin pitää halutulla tasolla typpioksidimuodostuksen pitämiseksi minimissä.

Edelleen eräs tämän paloilman syötön lisäetu on se, että saadaan aikaan sellainen liekki, joka purkautuessaan polttimessa on lyhyt ja tiheä. Tämä saadaan aikaan syöttämällä ilmaa epäsymmetrisellä tavalla. Molemmat ilma-aukkojen 12, 12' kautta kohtisuoraa liekki-putken 3 pituusakseliin nähden virtaavat ilmavirtaukset purkautuvat putkeen esim. klo 3- ja 9-asennoissa. Näin liekki muuttaa muotoaan liekkiputkessa 3 klo 6- ja 12-asentojen suuntaan.

Alhainen staattinen paine saa aikaan sen, että liekki kiertyy lisäilmanvirtauksen ympäri ja siten muodostuu lyhyempi ja tiiviimpi liekki, joka täyttää koko liekkiputken.

Lisäpaloiltaan poistokohdassa virtaa kahden aukon 13' läpi, joka on järjestetty klo 12- ja klo 6-asentoihin. Nämä ovat siis 90° siirrettyinä lisäilma-aukkoihin 12, 12' nähden. Näin liekki leviää klo 3- ja klo 9-kohtiin poistuessaan liekkiputkesta 3.

9 65665 Tämän tyyppinen lyhyt tiivis liekki on erityisen sopiva sellaisissa polttamissa, jotka on tarkoitettu jälkiasennettaviksi erityyppisiin uuneihin. Aivan päinvastainen on tilanne pitkän ohuen liekin kohdalla, joka törmäisi monien palotilojen takasivua vasten ja aiheuttaisi palotilan vuorauksen kulumista. Samanaikaisesti liekki-putken ja puhallusputken välissä kulkeva paloilma pitää ulomman puhallusputken kylmänä estäen siten puhallusputken lämpöeroosiota. Esillä olevassa keksinnössä sumutusjärjestelmä on niin tehokas ja samoin sitä seuraava polttoaineen/ilman sekoitus ja haihdutus suoritetaan niin tehokkaasti, että poltin ei vaadi kuuma palotilaa korkealuokkaisen palosuorituskyvyn aikaansaamiseksi.

Tavanomaiset suurpainesuuttimet eivät ilman noenmuodostusta toimi palonopeuksilla, jotka alittavat noin 2,6 1/h. Keksinnön mukaisessa polttimessa voidaan käyttää oleellisesti alhaisempaa palonopeutta. Polttimen erästä prototyyppiä on käytetty palonopeudella alle 0,38 1/h. Tämä merkitsee sitä, että kumpikin yksittäinen sumutin toimii lukemalla alle 0,19 1/h. Edelleen keksinnön mukaisessa polttimessa ei ole välttämätöntä, että molemmat sumuttimet kehittävät saman määrän polttoainesuihkua polttimen käyttämiseksi tehokkaasti. Toisella sumuttimella voi olla esimerkiksi palonopeus 0,22 1/h, kun taas toisen palonopeus on 0,15 1/h. Tämän tyyppinen poltin toimii aivan yhtä tehokkaasti ja hyvällä hyötysuhteella kuin sellainen, jossa kumpikin sumutin syöttää suihkunopeudella 0,19 1/h.

Suihkun purkausputket 17, 17' palveli kahta tarkoitusta. Putket suunniteltiin säätämään liekkiputkeen 3 tulevan suihkun keskimassa-halkaisija ja myös estämään liekkiputkessa 3 olevan liekin leviäminen vasten virtaussuuntaa ja sumutuskammioon 52. Suihkun hiukkas-koko voidaan optimoida säätämällä putken geometria siten, että säädetään sen pituus, suun halkaisija ja kartiokulma. Mainitut putket 17, 17' voidaan mitoittaa siten, että kaikki sumuttimesta 26, 26' purkautuva sumu suihkutetaan liekkiputkeen 3 tai että ainoastaan osa sumusta pääsee purkautumaan. Tässä viimeksi mainitussa tapauksessa mainittujen putkien 17, 17' sisäseinät keräävät osan sumusta ja näin kertynyt polttoaine kierrätetään takaisin sumutuskammioon 52.

Claims (5)

10 6 5 6 6 5

1. Nestemäisen polttoaineen poltin, johon kuuluu tulo- ja poisto-päällä varustettu liekkiputki (3), ainakin yksi tulopään kanssa yhteydessä oleva sumutuskammio (52) , johon on asennettu vähintään kaksi onttoa sumutinta (26, 26’)/ joilla jokaisella on sileä ulkopinta ja siinä pieni läpimenevä reikä (29, 29')/ ohut poltto-ainekalvo muodostetaan mainitulle pinnalle läpimenevän reiän (29, 29') ulkopuolelle ja paineilmaa syötetään sumuttimeen (26, 26'), josta se purkautuu reiän (29, 29') lävitse polttoaineen saattamiseksi sumumaiseen muotoon, sumutuskammioon (52) syötetään ilmaa ja tämä ilma virtaa ulos yhdessä sumuttuneen polttoaineen kanssa sumutuskammiota (52) liekkiputkesta (3) erottavan tuliseinän (57) aukkojen kautta liekkiputkeen (3) pienellä nopeudella oleellisesti sen keskiakselin suuntaisena, tunnettu siitä, että tuli-seinä (57) on varustettu ilman syöttämiseksi lisäaukoilla ja liekki-putkessa (3) on lähellä tuliseinää (57) ilman syöttämiseksi raot (50) ja edelleen pitkin liekkiputkea (3) olevat aukot (12, 12', 13, 13') sekundääri-ilman syöttämiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen poltin, tunnettu siitä, että raot (50) ilman syöttämiseksi on muotoiltu pyörreläpiksi.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen poltin, tunnettu siitä, että tuliseinä (57) on ilman syöttämiseksi varustettu keski-aukoilla (59).

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen poltin, tunnet-t u siitä, että aukot (12, 12', 13, 13') sekundääri-ilman syöttämiseksi on sijoitettu aksiaalisesti tarkasteltuna liekkiputken (3) keskiosaan ja sen päätyosaan (9).

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen poltin, tunnettu siitä, että kaksi aukkoa (12, 12', 13, 13') sekundääri-ilman syöttämiseksi liekkiputken (3) keskiosaan ja päätyosaan (9) on pareittain kiertyneenä 90° toisiinsa nähden.