NO136224B - - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrorer et forbrenningsapparat

av den type som omfatter en ytre luftkanal med et atomiseringshorn for flytende brennstoff, hvilket horn vibreres ved hjelp av en ultralydvibrator som er anordnet i nevnte ytre luftkanal koaksialt med denne, en indre luftkanal som er anordnet i nevnte ytre.luftkanal koaksialt med-denne mellom frontdelen

av nevnte "horn og nevnte ytre luftkanal, indre lufthvixvlings-skovler som er anordnet med nevnte indre luftkanal-, ytre luft-hvirvling.sskovler anordnet mellom nevnte indre og ytre luftkanaler, og en utad divergerende kjegleformet kappe som er festet til frontenden- av nevnte ytre luftkanal, idet frontdelen av nevnte kjegleformede kappe er boyd radialt innad for å definere en midtåpning.

I et slikt apparat er de kinetiske energier av atomiserte brennstoffpartikler mindre slik at de begynner å falle oye-blikkelig fra den atomiserende overflate av hornet- Derfor blåses luft fra baksiden av hornet for å spre de atomiserte brennstof fpartik-lene i fremover-retningen. For å muliggjore blandingen av atomiserte brennstoffpartikler med luft og dannel-sen av et distribusjonsmonster for atomiserte brennstoffpartikler som er optimalisert for fullstendig forbrenning, er indre og ytre lufthvirvlings-skovler anordnet rundt frontendedelen av hornet for således å hvirvle luftstrommer, og en utad divergerende, kappe med avkortet kjegleform er festet til den åpne frontenden av en ytre luftkanal for å kontrollere et flamme-monster. Hvis imidlertid forholdet mellom en vinkel O-j. mellom de ytre og indre skovler og aksen for hornet og en vinkel 0-eller skrå vinkel mellom den avsmalnede del av kappen med av kortet kjegleform og aksen for hornet og forholdet mellom diameteren D av en midtåpning i kappen og lengden L i den aksiale retning av kappen ikke er innenfor forutbestemte om-råder, vil ufullstendig forbrenning inntreffe.

Forbrenningsapparatet kjennetegnes ifolge oppfinnelsen ved

at tuppene av nevnte indre luftvirvlingsskovler er adskilt fra hverandre og fra nevnte horn for å definere et rom mellom nevnte horn og nevnte indre lufthvirvlingsskpvler, og

at forholdet mellom en vinkel ©, mellom nevnte indre og ytre lufthvirvlingsskovler og aksen av nevnte horn, og en. vinkel. ©2mellom den avsmalnede del av nevnte kappe og" nevnte akse av nevnte horn er mellom 3/10 og 1.

Ytterligere trekk ved apparatet ifolge oppfinnelsen vil frem-gå av de efterfSigende krav samt av den efterfolgende beskri-velse under henvisning til tegningene. Fig. 1 viser et shittriss av et forbrenningsapparat ifolge den-, foreliggende oppfinnelse. Fig. 2A er et delbilde av fig. 1, og viser brennstoff-luft-blandingsseksjonen.

Fig. 2B er et sideriss av seksjonen i fig.. 2A.

Fig. 2C er et riss som illustrerer skovler eller lufthvirvlingsskovler i apparatet ifolge. oppfinnelsen. Fig. 3 er et riss som anvendes for forklaring av dispersjons-måten for atomiserte brennstof fpartikler.. Fig. 4 er et perspektivriss av en indre luftkanal med indre lufthvirvlingsskovler. Fig. 5 er et diagram som anvendes for forklaring av forbrenningene når vinklene 0^og Q^, som indikert i fig. 2A og 2B varieres. Fig. 6A og 6B er riss som anvendes for forklaring av strom av luft og atomiserte brennstoffpartikler. Fig. 7A til 7D er riss som anvendes for forklaring av forbrenningene når forholdet mellom en diameter av midtåpningen av en kappe og en lengde av denne varieres. Fig. 8 er et diagram som illustrerer forbrenningstilstandene som er vist i fig. 7A til 7D.

I fig. 1 har en luftkanal 1 med stor diameter sin ene ende (den venstre enden) i forbindelse med utblåsningsporten for en vifte (ikke vist) og den andre forbundet med en ytre luftkanal 2 med en avsmalnet del 2a." En indre luftkanal 3 understottes av et flertall knekter 3b innenfor den ytre luftkanalen 2 koaksialt med denne. Én ultralydvibrator 4 er festet til et horn 5 som er tilpasset til å forsterke ultraiydvibrasjonen. Hornet 5 er understøttet koaksialt med den ytre luftkanalen 2 av ét flertall knekter eller ben 7, som er festet til nodepunktene i hornét 5 og vibratoren 4.

Som best vist i fig. 2B, er et flertall lufthvirvlingsskovler 9 forlopende innad fra den indre overflaten av den indre luftkanalen 3y og de frie endene av disse lufthvirvlingsskovlene 9 defi-nerer ét ringformet rom mellom dem og hornet 5 for således å la luft stromme langs den ytre overflaten av hornet 5. Skovlene 9 forloper på en slik måte at de er tangent til dén ytre sirkulære grense av det ringformede rom 3a. Meliom den ytre luftkanalen 2 og den indre luftkanalen 3 er det anordnet likevinklet ét flertall tangentielle lufthvirvlingsskovler 8 som er tangentielle til den indre luftkanalen 3, som best vist i fig. 2B.

I fig. 1 blir brennstofftilforselen fra en brennstofftank (ikke vist) tii hornet 5 gjennom et brennstoffmateror 11 kontrollert av en brennstoffstromregulator 10. En brennstofftilforselpas-sasje 12 forloper langs aksen for hornet 5 for å fore brennstoff som tilfores fra brennstoffmaterorér 11 til en brennstoffatomi-seringsoverflate ved den frie enden av hornet 5. En ultralyd-frekvensgenerator 14 er forbundet gjennom lederlinjer 13 til en spole 13a som er montert på ultralydvibratoren 4 for å be-virke sistnevnte til å vibrere med ultralydfrekvenser.

Til den åpne enden av den ytre luftkanalen 2 er det festet en kappe 15 med avkortet kjegleform, hvilken består av en utad divergerende eller avsmalnet del 15a og en åpningsbegrensende del 16, hvilken er radielt innadboyet fra den ytre kanten av den avsmalnede delen 15a.

Operasjonsmåten vil så bli beskrevet i det etterfolgende. Brennstoff hvis stram kontrolleres av brennstof f regulatoren 10-, tilfores atomiseringsoverflaten 5a ved den frie enden av hornet 5,

og brennstoffet dannar en tynn film over den atomiserende overflaten 5a på grunn av overflatespenningen og brennstoffets viskositet. En tynn brennstoff-film som er dannet på atomiseringsoverflaten 5a, brytes opp i findelte partikler på grunn av ultra-lydvibrasjonen av hornet 5, og de fint oppdelte eller atomiserte brennstoffpartikler spres fremover fra atomiseringsoverflaten 5a. Imidlertid^vil atomiseringen av brennstoff kun ved ultralyd-vibrasjonert av hornet 5 resultere i en feett konsentrert sone a i fig. S akkurat i nærheten av atomiseringsoverfIaten 5ar og en tynt konsentrert- sone b vekk fra atomiseringsoverf laten Sa-. De atomiserte brennstoffpartiklene har en tendens til å falle i nærheten av atomiseringsoverf laten.- Således kan et foretrukket monster av atomisert brennstoffpartikkeldistribusjon ikke oppnås i det hele tatt. For å overvinne dette problem er viften (ikke vist) tilveiebragt for å tvinge de atomiserte brennstoffpartiklene til å spre seg fremad fra atomiseringsoverflaten ved hjelp av luften som passerer gjennom luftkanalen l,som har stor diameter, og_ den ytre luftkanalen 2. Videre er ifolge den foreliggende oppfinnelse de ytre og indre lufthvirvlingsskovler 8 og 9 og kappen 15 tilveiebragt for å danne den optimale tenningssone.

Som vist i fig. 1, deles luft som når seksjonen med liten diameter av den ytre luftkanalen 2 inn i luftstrømmen A som passerer gjennom det ringformede rommet mellom hornet 5 og tuppene av skovlene 9, luftstrømmen B som.passerer gjennom den indre luftkanalen 3, og luftstrbmmen C som passerer gjennom det ringformede rommet mellom den ytre og indre luftkanalen 2 og 3. Luftstrbmmen A som passerer gjennom det ringformede rommet 3a, tjener til å tvinge de atomiserte brennstoffpartiklene bort fra atomiseringsoverf laten 5a. Luftstrommen B som passerer gjennom den indre luftkanalen 3, hvirvles av lufthvirvlingsskovlene 9 og tilfores luftstrommen A som passerer gjennom det ringformede rommet 3a,

og dermed hviryler og blander de atomiserte brennstoffpartiklene med luft. Luftstrommen B tjener videre til å tvinge de atomiserte brennstoffpartiklene bort fra atomiseringsoverflaten 5a.

I motsetning til de konvensjonelle apparater er de frie endene

av lufthvirvlingsskovlene 9 i den indre luftkanalen 3 ikke anordnet i kontakt med den ytre overflaten av hornet 5 for å definere det ringformede rommet 3a, slik at luftstrommen som passerer gjennom det ringformede rommet 3a ikke separeres fra luftstrommen som passerer gjennom den indre luftkanalen 3, og de blandes godt med hverandre-. Det frembringes derfor ingen hvirvel som ugunstig påvirker blandingen av de atomiserte brennstoffpartiklene med luft. Videre består de atomiserte brennstoffpartiklene som spres bort fråden hvirvlende luftstrommen, av luftstrommen A som passerer gjennom det ringformede'rommet 3a,og luftstrommen B som passerer gjennom den indre luftkanalen 2, kan hvirvles av den hvirvlende luftstrommen C som passerer gjennom rommet mellom den ytre og indre luftkanalen 2 og 3, slik at de atomiserte brennstoffpartiklene kan bli godt blandet med luft.

For å oppnå den optimale forbrenning,, må de atomiserte brennstoff-jpartiklene fordeles jevnt i luft, og. en hensiktsmessig tenningssone må dannes i et hensiktsmessig monster og ved en hensiktsmessig lokasjon, slik at den normale forbrenning kan fortsette. For dette formål må hastighetene og-retningen av hvirvlingen av luftstrommene være slik bestemt at de danner en slik optimal tenningssone. Hvis hastigheten av luftstrommen A som passerer gjennom det ringformede rommet 3a, er for hurtig, vil hastigheten av de atomiserte brennstoffpartiklene i retningen av aksen for hornet være i overkant av forbrenningshastigheten, hvilket resulterer i springende flammer. På den annen side, hvis hastigheten av luftstrommen er for lav, vil flammen trekkes bakover av atomiseringsoverflaten 5a på grunn av det negative trykk som frembringes av lufthvirvlingsskovlene 9 innenfor den indre luftkanalen 3, hvilket resulterer i fortenning og akkumulering av karbon på atomiseringsoverflaten 5a. Når luftstrommene A, B og C kolliderer mot hverandre i tenningssonene, vil videre hvirvler som i ugunstig grad påvirker forbrenningen, tilveiebringes. Ettersom hvirvlene har en tendens til å bevege seg fra ett sted til et annet, driver også brennstoffpartiklene, hvilket resulterer i variasjonen og ustabiliteten i flammene og den okede stoyen.

For å overvinne disse problemer er det ifolge foreliggende oppfinnelse festet en utad divergerende kappe 15a til den åpne enden av den ytre luftkanalen 7, og forholdet mellom vinkelen mellom den avsmalnede delen 15a og aksen for hornet 15 og vinkelen for de ytre lufthvirvlingsskovlene 8, bestemmes således at visse betingelser tilfredsstilles, hvilke vil bli beskrevet i nærmere detalj i det etterfolgendé.

Som vist i fig. 2C, er vinkelen mellom de ytre og indre lufthvirvlingsskovler 8 og 9 og aksen for den indre luftkanalen 3 betegnet med 0^,og som vist i fig. 2A, er vinkelen for den avsmalnede del 15a av kappen 15 med hensyn til aksen av denne betegnet med Ifolge vidtgående eksperimenter som er utfort av oppfinneren, korreleres^ disse vinkler ©1og ©2som vist i fig. 5.

i fig. 5 uttrykkes den rette linjen av

og den rette linjen Y2 er gitt av

Når vinkelen ©^er mindre enn 10°, oppnås det ingen fordel i praksis. P-området som er omgitt av den rette linjen Y1 og

Q^-aksen, indikerer et ikkeforbrenningsområde. Q-området mellom de rette linjene Y^og Y2indikerer et fullstendig forbrenningsområde, og R-området som er omgitt av den rette linjen Y2og ©2~aksen, indikerer et ufullstendig forbrenningsområde.

I fig. 6A og 6B er luftstrommen indikert av helopptrukne linjer, mens retningene av driften av atomiserte brennstoffpartikler er indikert med brutte linjer. Tilstanden som er vist i fig. 6A, korresponderer med P-området i fig. 5, og tilstanden som er vist i fig. 6B, korresponderer med R-området i fig. 5. I fig. 6A er vinkelen ©2for liten med hensyn til vinkelen 0^, slik at.atomiserte brennstoffpartikler tvinges til å stote mot innerveggen av kappen 15 ved hjelp av de sterke, hvirvlende luftstrommehe Innenfor kappen 15. De atomiserte brennstoffpartiklene som stoter mot, omdannes^til flytende brennstoff, som fores ut fremad ved hjelp av luftstrommen, hvilket resulterer i den ufullstendige forbrenningen. Når vinkelen ©2er for liten, reduseres den radiale komponent av den. hvirvlende luftstrommen, mens den aksiale komponent qkes, slik at luftstrommen ikke vil ekspandere i den radiale retning som indikert av de helopptrukne linjene i fig. 6A foran kappen 15.

I fig. 6B er vinkelen G>2for stor. med hensyn til vinkelen. 0^, slik at atomiserte brennstoffpartikler ikke gis.tilstrekkelige energier til å stote mot innerveggen .av kappen 15 selv om de hvirvles inne i kappen 15. Derfor minskes mengden av uforbrente atomiserte brennstoffpartikler, men de.atomiserte brennstoffpartiklene blandes ikke med luften i.nærheten av grensen for den hvirvlende luftstrommen. Med andre ord blir luften som fores ut fra kappen, ikke tilstrekkelig blandet med atomiserte brennstoffpartikler, hvilket resulterer i den ufullstendige forbrenningen.

Så langt er vinklene for de ytre og indre lufthvirvlingsskovler

8 og 9 blitt beskrevet å være lik hverandre, men de kan være forskjellige.

Som beskrevet i det foregående, korreleres vinklene 9-^og 02

hva angår forbrenningen, slik at de må tilfredsstille visse betingelser. Videre må lengden L for kappen 15 og diameteren D

av dens åpning 15b også tilfredsstille visse betingelser. Korreleringen mellom lengden og L og diameteren D som oppnås av vidtgående eksperimenter som er utfort av oppfinneren, er vist i fig. 7A til 7D. Fig. 7A viser korreleringen når både lengden L og diameteren D er mindre. Ettersom den hvirvlende luftstrommen ikke er tilstrekkelig attenuert eller dempet innenfor kappen 15 og diameteren D er liten, vil luftstrommen som fores ut av kappen, plutselig ekspandere i den radiale retning, hvilket resulterer i en kuleformet flamme. Den aksiale komponent for energien i den hvirvlende luftstrommen er mindre enn den radiale komponent, og luft kan ikke i tilstrekkelig grad trenge inn i et legeme av atomiserte brennstoffpartikler slik at den tilstrek-kelige blanding mellom luften og atomiserte brennstoffpartikler kan oppnås, hvilket resulterer i ufullstendig forbrenning.

I fig. 7B er lengden L kortere, men diameteren D er storre,

slik at den aksiale komponent.er sterkere, men den aksiale komponent blir ikke attenuert eller dempet tilstrekkelig. Derfor vil inekvilibrium mellom de aksiale og radiale komponenter svært ofte inntreffe foran kappen 15 slik at flammen har tendens til å bli brutt, hvilket resulterer i springende flammer.

I fig. 7C er lengden L lenger og diameteren D mindre, slik at luftstrommen som avgis ut fra kappen 15,. reduseres for meget. Således varierer luftstrommen med resultatet at det blir "blow-off". Når diameteren D er for liten,, slår de atomiserte brennstof fpartiklene mot den indre overflaten av den åpningsredu-serende delen 16 og går over i flytende brennstoff, hvilket så-iedes resulterer i den ufullstendige forbrenningen.

I fig. 7C er lengden L lenger og -diameteren D også storre, slik at den radiale komponenten attenueres for mye, mens den aksiale komponenten okes, hvilket resulterer i en ekstraordinær lang flamme med et lite tverrsnitt.. I nedstromsretningen minskes den aksiale komponent slik at blandingen av atomiserte brennstoffpartikler med luft ikke kan utfores på en tilfredsstillende måte. Som et resultat inntreffer den ufullstendige forbrenningen,og sot frembringes fra enden av flammen.

Forbrenningstilstandene som er beskrevet tidligere med henvisning til fig. 7A til 7D, er illustrert i fig. 8 for sammenlik-nings skyld. Det skraverte området betegner forholdet mellom vinklene 0^og 0^, og forholdet, mellom lengden L og diameteren D som sikrer den optimale forbrenning. Det vil si, det optimale forhold av vinkelen Q- i forhold til vinkelen 0^ er mellom 3/10 og 1 når forholdet D/L varieres innenfor det optimale området mellom 1,25 og 3.

I fig. 8 indikerer det skraverte området et område hvor ©2/ei = 3/10 - 1 og D/L = 1,25 -3. Ved punktet P i det skraverte området er ©1= 45°, ©2= 20° og D/L = 2,8, og ved punktet Q er 0^= 60°,©2 = 30° og D/L = 2. Regionene eller områdene som er indikert ved fig. 7A, 7B, 7C og 7D i fig. 8, viser områdene eller regionene hvor forbrenningene som vist i fig. 7A, 7B, 7C og 7D, inntreffer respektivt.

De optimale tilstander for generering av 4 000 - 40 000 Kcal/ time er 01= 45°, 02= 20°, D = 70 mm og L = 25 mm. I forbrenningsapparatet med ultralydvibratoren og de ytre og indre hvirvlingsskovlene blir korrelasjonene mellom 0^og ©2 og D og L som beskrevet ovenfor, opprettholdt uansett posisjonene og konfigurasjonene for de andre komponentdelene.

Claims (3)

1. Forbrenningsapparat av den type som omfatter en ytre luftkanal med et atomiseringshorn for flytende brennstoff, hvilket horn vibreres ved hjelp av en ultralydvibrator som er anordnet i nevnte ytre luftkanal koaksialt med denne, en indre luftkanal som er anordnet i nevnte ytre luftkanal koaksialt med denne mellom frontdelen av nevnte horn og nevnte ytre luftkanal, indre lufthvirvlingsskovler som er anordnet i nevnte indre luftkanal, ytre lufthvirvlingsskovler anordnet mellom'nevnte indre og ytre luftkanaler, og en utad divergerende kjegleformet kappe som er festet til frontenden av nevnte ytre luftkanal, idet frontdelen av nevnte kjegleformede kappe er boyd radialt innad for å definere en midtåpning,karakterisert vedat tuppene av nevnte indre luft-

hvirvlingsskovler (9) er adskilt fra hverandre og fra nevnte horn (5) for å definere et rom mellom nevnte horn og nevnte indre lufthvirvlingsskovler (9), og at forholdet mellom en vinkel ©1mellom nevnte indre og ytre lufthvirvlingsskovler (8, 9) og aksen av nevnte horn (5), og en vinkel©2mellom den avsmalnede del (15a) av nevnte kappe (15) og nevnte akse av nevnte horn (5) er mellom 3/10og 1.

2. Forbrenningsapparat som angitt i krav 1,karakterisert vedat forholdet mellom en diameter D av nevnte midtåpning av nevnte kappe (15) og lengden L i aksialretningen mellom den åpne ende av nevnte ytre luftkanal (2) og frontenden av nevnte kappe (15) er mellom 1,25 og 3.

3. Forbrenningsapparat som angitt i krav 2,karakterisert vedat 9 = 45°, ©2= 20°, D = 70 mm og L = 25 mm.