NO179686B - Brenner for pulserende forbrenning - Google Patents

Abstract

En brenner for pulserende forbrenning omfatter et eksplosjonskammer (1), som på innløpssiden er forbundet med et tilførselsrør (2) for forbrenningsluft og et tilførselsrør (7) for brennstoff og på utløpssiden er forbundet med ett eller flere utløpsrør (10) for forbrenningsgassene. Oppfinnelsen har til formål å tilveiebringe en brenner for pulserende forbrenning som gir betydelig mindre støy enn de kjente anordninger. Ifølge oppfinnelsen oppnås dette ved å forsyne eksplosjonskammeret med en utvidelse (8) på utløpssiden og forbinde utløpsrøret eller -rørene med denne utvidelse ved eller nær dennes periferi.

Description

BRENNER FOR PULSERENDE FORBRENNING

Foreliggende oppfinnelse vedrører en brenner for pulserende forbrenning med et eksplosjonskammer som på innløpssiden er forbundet med et tilførselsrør for forbrenningsluft og et tilførselsrør for brennstoff og som på utløpssiden er forbundet med ett eller flere utløpsrør for forbrenningsgasser, slik det er beskrevet i søkerens nederlandske patent-søknad NL-A-89 01416.

I en slik brenner tjener eksplosjonskammeret og tilførsels-og utløpsrørene som resonansrør som er dimensjonert slik at frekvensen av de periodiske antennelser av den brennbare blanding i eksplosjonskammeret tilsvarer egenfrekvensen av gassmassen i disse rør og eksplosjonskammeret.

På grunn av tregheten av gassene som strømmer i utløpsrøret oppstår det et undertrykk i eksplosjonskammeret etter forbrenningen, mens på den ene side brennstoff og luft trekkes inn og på den annen side varme forbrenningsgasser strømmer tilbake til eksplosjonskammeret og antenner den brennbare blanding som er strømmet inn. Dette resulterer i en syklisk prosess som pulserer med en frekvens som stort sett er avhengig av dimensjonene av eksplosjonskammeret, tilførsels- og utløpsrørene og brennstoffets egenskaper.

Slike anordninger benyttes for oppvarmning, tørking, konsentrasjon ved avdampning, drift av gassturbiner etc. og medfører fordelen av en høy varmeoverføringskoeffisient, slik at anordningen kan innta en kompakt form mens en praktisk talt fullstendig forbrenning oppnås med en luftfaktor på 1 med omtrent intet utslipp av CO og meget liten dannelse av N0X.

I ikke-dempede utførelser vil eksplosjonen av brennstoffet skape mye støy (mellom 90 og 140 db(A)), som er til sjenanse for omgivelsene.

Oppfinnelsen har til formål å tilveiebringe en brenner for pulserende forbrenning som gir betydelig mindre støy enn de kjente anordninger.

I lys av dette formål er brenneren ifølge foreliggende oppfinnelse karakterisert ved at eksplosjonskammeret på utløpssiden er forsynt med en utvidelse og at utløpsrøret eller -rørene er forbundet med denne utvidelse ved eller nær dennes periferi, idet utvidelsen har en slik form at lydbølgene av på hverandre følgende eksplosjoner forskyves en halv fase eller et ulike antall halve faser i forhold til hverandre. Eksplosjonsstøyen blir herved undertrykket av antistøy i motfase. Bruk av oppfinnelsen resulterer i en støyreduksjon på 15 til 20 db(A).

Ytterligere fordeler ved oppfinnelsen ligger i utvidelsen av varmeoverføringsflaten i høytemperatursonen, noe som gjør at en mindre varmeflate kan være tilstrekkelig og at det blir mulig å gjøre utløpsrørene kortere enn i de kjente konstruk-sjoner uten denne utvidelse.

Oppfinnelsen skal belyses ytterligere under henvisning til utførelsene vist på tegningene, hvor: fig. 1 viser et lengdesnitt gjennom en kjel for oppvarming av væske, som er forsynt med en brenner ifølge oppfinnelsen; fig. 2 viser et lengdesnitt gjennom en kjel hvor brennerens utløpsrør utgjør en del av utvidelsen og hvor anordningen videre er forsynt med inspeksjonsvinduer for observasjon av den eksplosive forbrenning som skjer;

fig. 3 viser et bortbrutt perspektivisk riss av en ytterligere utførelse av kjelen ifølge oppfinnelsen;

fig. 4 viser et brennerhode i tverrsnitt; og fig. 5 viser en annen utførelse av et brennerhode i

tverrsnitt.

For tydelighetens skyld er funksjonelt ekvivalente bestand-deler i så stor utstrekning som mulig betegnet med samme henvisningstall i alle figurene.

Kjelene 17 og 18 vist på hhv. fig. 1 og 2 inneholder et eksplosjonskammer 1 som utgjør en del av et lufttilførsels-rør 2, men er atskilt fra dette av et brennerhode 3. I lufttilførselsrøret 2 befinner det seg en skjematisk angitt tilbakeslagsventilseksjon 4. Lufttilførselsrøret 2 står i forbindelse med et luftkammer 5, som forbrenningsluft tilføres via en åpning 6. Brennstoff tilføres eksplosjonskammeret via et rør 7 anordnet sentralt i lufttilførselsrør-et 2. Røret 7 er forbundet med en brennstofftilførsel som ikke er vist på tegningen. Eksplosjonskammeret 1 er på utløpssiden forsynt med en utvidelse 8, som strekker seg hovedsakelig vinkelrett på eksplosjonskammerets senterlinje, slik at eksplosjonskammeret 1, 8 er soppformet. Utvidelsen er nær sin ytre periferi forbundet med fire utløpsrør 10.

Forbrenningen skjer i eksplosjonskammeret 1 og utvidelsen 8, hvorfra forbrenningsgassene strømmer via utvidelsen 8 og utløpsrørene 10, som strekker seg skruelinjet i en væske-kappe 11 til et utkoblingskammer 12.

Utkoblingskammeret 12 har til funksjon å utkoble resonans-systemet 1, 8 akustisk fra andre rør (utløpssystemene og lignende) som måtte være koblet til anordningen. Eventuelt kondensat som måtte være blitt medført, kan tappes av i utkoblingskammeret 12. Forbrenningsgassene fortsetter deretter til utsiden via røkgassrøret 13. Væske 11 som skal oppvarmes strømmer via en åpning 14 inn i væskekappen 11 og forlater denne ved toppen via en åpning 15.

I utførelsen 17 vist på fig. 1 er utvidelsen 8 linseformet. Formen på utvidelsen 8 kan imidlertid velges fritt innenfor visse marginer. Diameteren av utvidelsen 8 er så stor at lydbølgene som returnerer etter kollisjon med periferiveggen forskyves en halv fase eller et ulike antall halvfaser i forhold til eksplosjonsbølgens bølgefront.

Forholdet mellom diameter og høyde av utvidelsen 8 er videre fortrinnsvis slik at lydbølgene reflekteres frem og tilbake mellom utvidelsens vegger. En del av lydenergien blir herved absorbert.

Ved bruk av det justerbare brennerkammer som beskrevet i søkerens nederlandske patentsøknad NL-A-89 01416 kan frekvensen tilpasses på en enkel måte slik at lydbølgene av på hverandre følgende eksplosjoner kan forskyves en halv fase eller et ulike antall halve faser i forhold til hverandre på en enkel måte uten at konstruksjonsmessige inngrep blir nødvendige.

I utførelsen vist på fig. 2 har utvidelsen 8 en bokslignende form, og utløpsrørene 10 er utformet i ett med utvidelsen 8. Inspeksjonsvinduer 16 er videre anordnet i veggen av utvidelsen 8 og væskekappen 11 for observasjon av forbrenningen .

Dette er mulig fordi utløpsrørene 10 er forbundet med eksplosjonskammeret 1 på periferikanten av utvidelsen 8. Fig. 3 viser en kjel 19. Den tekniske utførelse er hovedsakelig den samme som for kjelen 17 ifølge fig. 1. Det vil ses at denne kjel 19 omfatter fire utløpsrør 10, som er plassert skruelinjet mellom hverandre med liten klaring. Dette sikrer en stor varmeoverføringsflate i væskekappen 11.

Fig. 4 og 5 viser brennerhoder 20 hhv. 21.

Gassformet brennstoff tilføres via et gasstilførselsrør 22. Dette er forbundet med et sylindrisk huslignende bufferrom 23, som via et ringformet arrangement av åpninger 24 står i forbindelse med et sentralt rør 25, i hvilket det er anbragt en tilbakeslagsventilseksjon 26. Sistnevnte forhindrer tilbakestrømming av gass eller forbrenningsgasser som resultat av forbrenningen som skjer i eksplosjonskammeret.

Via tilbakeslagsventilseksjonen 4 kan forbrenningsluft strømme inn i et blandekammer 27, som for dette formål er forsynt med et ringformet arrangement av lufttilførselsåp-ninger. I utførelsen ifølge fig. 4 er åpningene 28 plassert på undersiden av blandekammeret 27, mens i utførelsen på fig. 5 er de arrangert høyere. Brennstoff tilføres blandekammeret 27 via respektive brennstofftilførselsåp-ninger 30 (fig. 4) og 31 (fig. 5).

En tennplugg 32 som mottar spenning fra en ekstern forbindelse 33 er plassert i blandekammeret 27 for å starte forbrenningen.

Brennerhodene 20, 21 er tettende opptatt i lufttilførsels-røret 2 vist på fig. 1 og er for dette formål forsynt med en tetningsring 34.

Det skal bemerkes at støyreduksjonen som oppnås ved oppfinnelsen i stor grad avhenger av kjelens dimensjonering.

Brennerhodene ifølge fig. 4 og 5 kan meget lett skiftes ut. Dette er meget viktig fordi på grunn av den spesielle natur av kjeler ifølge oppfinnelsen, må reparasjoner utføres av spesialisert personell.

Konstruksjonen ifølge oppfinnelsen muliggjør meget betydelig støyreduksjon på grunn av utkoblingskammeret 12 og røkgass-utløpsrøret 13 (se fig. 1), som sammen kan danne et egnet resonanssystem som kan trimmes slik at ytterligere støyre-duks jon oppnås. Videre bidrar luftkammeret 5 også som inntaksbuffer for å redusere støydannelsen.

Om ønskelig kan det på i og for seg kjent måte gjøres bruk av akustisk dempende materiale.

På en fra motorteknikken i og for seg kjent måte kan det også gjøres bruk av eksosdempesystemer som kan baseres på støyundertrykkelse ved destruktiv interferens, demping ved bruk av akustisk dempende materiale eller kombinasjoner av dette.

Claims (6)

1. Brenner for pulserende forbrenning med et eksplosjonskammer som på innløpssiden er forbundet med et tilførselsrør for forbrenningsluft og et tilførselsrør for brennstoff og på utløpssiden er forbundet med i det minste ett utløpsrør for forbrenningsgasser, karakterisert ved at eksplosjonskammeret på utløpssiden er forsynt med en utvidelse og at utløpsrøret eller -rørene er forbundet med denne utvidelse på eller nær periferien av denne, idet utvidelsen har en slik form at lydbølgene fra på hverandre følgende eksplosjoner forskyves en halv fase eller et ulike antall halve faser i forhold til hverandre.

2. Brenner ifølge krav 1, karakterisert ved at utvidelsen strekker seg hovedsakelig vinkelrett på eksplosjonskammerets senterlinje.

3. Brenner ifølge krav 1, karakterisert ved at utløpsrøret eller - rørene er utformet i ett med eksplosjonskammerets utvidelse .

4. Brenner ifølge krav 1, karakterisert ved at inspeksjonsvinduer er anordnet i utvidelsens endevegg.

5. Brenner ifølge krav 1, karakterisert ved at utløpet av forbrenningsgasser skjer via et frakoblingsrom.

6. Brenner ifølge krav 1, karakterisert ved at inntaket av forbrenningsluft skjer via et frakoblingsrom.