NO780605L - Fremgangsmaate og innretning for forbrenning av flytende, gassformede eller pulveriserte brennstoffer - Google Patents

Description

Fremgangsmåte og innretning for forbrenning av flytende, gassformede eller pulveriserte brennstoffer

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte og en innretning for forbrenning av flytende, gassformede eller pulveriserte brennstoffer, særlig forbrenning av de nevnte brennstoffer ved et ' forholdsvis lavt trykk både for brennstoffet og forbrenningsluften.

Hovedformålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte.og en innretning for tilveiebringelse av en forbrenning med høy kapasitet og med små dimensjoner på brenneren, hvorved eksisterende problemer ved tidligere kjente fremgangs-måter og innretninger unngås, for eksempel ufullstendig forbrenning, høyt innhold av carbonrnonoxyd, høyt innhold av nitrogenmonoxyd, koksdannelse i brennerhodet etc., overheting av forskjellige deler av brenneren etc. Fremgangsmåten og innretningen kan benyttes på mange forskjellige tekniske områder og for mange forskjellige formål, for eksempel i forbindelse med brennere for ildsteder, dampmaskiner og dampturbiner, gassturbiner, varmluft-motorer og varmgassmotorer etc.

Det er tidligere kjent brennere som omfatter et bren-nerhode gjennom hvilket et flytende brennstoff presses under høyt trykk, slik at brennstoffet er forstøvet når det forlater brennerhodet, eller i hvilke brennstoffet ved hjelp av luft under høyt trykk presses gjennom brennerhodet, slik at væsken likeledes er forstøvet når den forlater brennerhodet. Sådanne brennere er ufordelaktige i mange henseender. De har et for-, holdsvis snevert reguleringsområde, spredevinkelen for det for-støvede brennstoff endres avhengig av trykket og hastigheten av det utsprøytede brennstoff, det er fare for koksdannelse som tetter til brennerhodet, brenneren krever en høytrykkspumpe for brennstoffet eller innsprøytingsluften, brennerflammen er ofte ' lang og varmen er i flammen konsentrert i et område som er beliggende på avstand fra brennerhodet, det stilles høye krav til egenskapene for tetningene, lukkeventilene og annen utrust-

ning, brennerhodet slites forholdsvis raskt, forbrenningen er forholdsvis ujevn og ufullstendig slik at det etterlates et høyt innhold av carbonmonoxyd og nitrogenmonoxyd i avløps-

eller forbrenningsgassene, og brenneren har forholdsvis liten kapasitet og må derfor bygges med forholdsvis store dimensjo-

ner .

Det har vært foreslått å forsyne en brenner med en roterbar forstøver i stedet for ovennevnte kompressjonshode,

og sådanne roterbare forstøvere kan være utformet som en roter-

bar, hul skive med et stort antall langs omkretsen anordnede,

små boringer til hvilke brennstoffet slynges ut avhengig av sentrifugalkraften. Sådanne brennere kan gi en bedre forbren-

ning enn de forannevnte innretninger med trykkbrennerhoder, og hovedfordelen med disse er at det ikke er noe behov for en høy-trykkspumpe for brennstoffet eller forbrenningsluften. innretningen er imidlertid ufordelaktig i andre henseender: Også i denne brenner er det fare for gjentetning og koksdannelse i de små boringer ved brennerskivens omkrets, det er behov for en motor som har meget høy hastighet for å slynge ut brennstoffet,

og som nødvendiggjør en høy fremstillingspresisjon både når det gjelder de elektriske og de mekaniske deler, særlig lagre og festeanordninger etc, og avhengig av de meget små toleranser er en sådan motor meget dyr. Slik som i de ovennevnte brennere med trykkbrennerhoder blir forstøvningen av brennstoffet også

dannet til små dråper, men også med forholdsvis fint forstøven-

de trykkhoder eller roterbare brennerhoder gir forstøvningen av brennstoffet forholdsvis store- dråper som vanligvis ikke til-later en optimal, god forbrenning. Også i roterende forstøvere slynges brennstoffet forholdsvis langt bort fra forstøveren, og derfor må også brenneren for sådanne forstøvere utføres med forholdsvis store dimensjoner.

Både brennere med trykkhoder og brennere med roterbare forstøvere er ufordelaktige ved at de krever flytende, vanligvis forholdsvis lette brennstoffer, og vanligvis muliggjør de ikke

en forbrenning av tunge brennstoffer, blandinger av tunge og

lette brennstoffer eller pulveriserte, faste brennstoffer.

Det er et formål med oppfinnelsen å utforme brenneren med en kapasitet som er så høy som mulig, og på samme tid med minst mulige dimensjoner uten at det medfører fare for feilak-tig funksjon, såsom overheting, istykkerbrehning■av brennerhodet eller andre deler i brenneren, eller eventuelle andre

ulemper. Det har tidligere vært foreslått å utforme brenneren som et forbrenningskammer i hvilket ett eller flere rørformede brennerhoder munner ut og i hvilket brennstoffet som utsprøytes av brennerhodet, blandes med forbrenningsluften i forbrenningskammeret, og hvor. i det minste en del av brennerhodet strekker seg inne i brennerkammeret. Dette gir den vesentlige fordel at brennerhodet eller brennerrøret oppvarmes slik at brennstoffet forstøves i brennerrøret og en forbedret forstøvning av brennstoffet og en forbedret forbrenning oppnås. I en spesiell ut-førelse av denne tidligere foreslåtte brenner er brennerrøret bøyd 180° og dettes munning vender mot brennerkammerets bunn, slik at brennstoffet dekomponeres mekanisk når det utsettes for

friksjon under sin strømning mot brennerrørets vegger, og det treffer brennerrørets vegger ved 180°-bøyen på samme tid som brennstoffet fordampes avhengig av den høye temperatur. På grunn av den nevnte fordampning kalles brennstoffrøret vanligvis for fordamperrør. Brennere med fordamperrør gir flere for-deler sammenliknet med de foran nevnte brennere. De kan f.eks. virke ved lavt trykk, både for brennstoffet og forbrenningsl.uf-ten, det er praktisk talt ingen fare for gjentetning eller

koksdannelse i fordamperrøret, de kan benyttes for forskjeli-ge typer av flytende eller pulveriserte brennstoffer eller blandinger av disse, de har en meget høy kapasitet og de gir en vesentlig forbedret forbrenning og et lavere innehold av carbonmonoxyd og nitrogenmonoxyd enn de ovennevnte,, tidligere kjente brennere.

Brennere med fordamperrør er imidlertid ufordelaktige ved at det er fare for overheting både av brennerkammeret og fordamperrøret, avhengig av brennerens høye kapasitet og de høye arbeidstemperaturer. Det har vist seg at fordamperrøret i sitt bøyde parti lett brennes istykker dersom det U-formede bend er ayrundet, og det har også vist seg at det er fare for overhetning og istykkerbrenning av brennerkammeret dersom for brenningsluften pumpes inn i brennerkammeret, slik at en vesentlig del av forbrenningen skjer med en flamme som inneholder en radial komponent.

For å løse problemet med overheting har det vært foreslått å avkjøle, forbrenningskammerets vegger ved å innføre en del av forbrenningsluften radialt innover gjennom forbrenningskammerets vegger, men en sådan metode reduserer brennerens kapasitet og gjør forbrenningen mindre god. Det har også være foreslått å anordne flere små fordamperrør i en viss avstand fra brennerkammerets sentrum i stedet for et eneste sentralt for-damperrør, men også i dette tilfelle er det nødvendig med av-kjøling ved innføring av en viss mengde av luften gjennom brennerkammerets vegger, og dessuten er innretningen forholdsvis kostbar.

Ifølge oppfinnelsen er fordamperrøret utformet med en skarpkantet U-bøy, og en del av forbrenningsluften benyttes både for avkjøling av fordamperrøret og til å forbedre dekompo-neringen av brennstoffet under dettes strømning gjennom fordam-" perrøret, og forbrenningsluften innføres i det vesentlige i aksial retning i motstrømsforhold til det innsprøytede brennstoff. Utforming av U-bøyen med skarpe kanter er fordelaktig ved at brennstoffet ved den skarpe endring av strømningsretning påvir-

kes mekanisk hvilket letter og akselererer brennstoffets dekomponering, og brennstoffet gis også. en turbulent bevegelse hvilket letter blandingen av luft og brennstoff på samme tid som det oppnås en jevn temperaturfordeling i brennstoffet og fordamperrøret blir noe avkjølt. Ved innføring av en del av forbrenningsluften allerede i fordamperrøret, fortrinnsvis på

et sted beliggende foran det sted hvor fordamperrøret kommer inn i forbrenningskammeret, har det vist seg at det oppnås en vesentlig forbedret dekomponering av brennstoffet i små dråper,

og at det oppnås en vesentlig mer jevn forbrenning som gir et lavt innhold av carbonmonoxyd og nitrogenmonoxyd i forbrenningsgassene. Den kalde luft som blandes med brennstoffet, .sørger samtidig for en viss kjøling av fordamperrøret. '

Utstrakte prøver har vist at fordamperrørets dimensjoner er av stor betydning for innretningens gode funksjon,

og i det minste må følgende parametre studeres:

Rørets volum i betraktning av trykkfallet av brennstoff et eller forbrenningsluften og muligheten for blanding av brennstoffet og forbrenningsluft;

masseforholdet mellom brennstoff og forbrenningsluft;

rørets ytre varmeoverføringsareal som må være til-strekkelig stort til å tillate fordampning av en maksimal mengde brennstoff, men som samtidig må være så lite at røret ikke forbrennes ved lav brennstoffmengde;

formen på- fordamperrørets bend;

mengden av forbrenningsluft som blandes med brennstoffet i fordamperrøret.

Utstrakte prøver har vist at den del av fordamperrøret som er beliggende inne i forbrenningskammeret, bør ha et forhold mellom det ytre areal og rørets volum som ligger innenfor forutbestemte grenser, nemlig mellom 0,3-og 0,8, eller fortrinnsvis mellom 0,35 og 0,50. Matematisk kan dette forhold uttrykkes på" følgende måte:

hvor Dy er fordamperrørets ytterdiameter, di er. fordamperrørets innerdiameter og L er den totale lengde av den del av fordamper-røret som befinner seg inne i brennerkammeret. Empirisk har det vist seg at verdien 4 Dy/(di) bør ligge mellom 0,3 og 0,8, eller fortrinnsvis mellom 0,35 og 0,50, og slik det fremgår av ovenstående formel, er verdien avhengig av fordamperrørets lengde. Det har også vist seg at verdien også er•forholdsvis uavhengig av den type brennstoff som benyttes.

Det er åpenbart at en verdi av 4 Dy/(di) 2på mindre enn 0,3 gir forholdsvis grove rør, hvilket gir lave strømnings-hastigheter på brennstoffet, forholdsvis store dråper, forringet forbrenning og forringet blanding av luft og brennstoff.

En verdi på mer enn 0,8 gir trange rør med-høy strømningshastig-het for brennstoffet eller brennstoff-luft-blandingen, hvilket kan gi trykks jokk og røk, og man får en forringet blanding av brennstoffet og den del av forbrenningsluften som tilføres til for-damperrøret.

Det har også vist seg at lengdeforholdet mellom de forskjellige deler av fordamperrøret, dvs. innløpsdelen, 90°-delen og 180°-delen, kan ha en viss innvirkning på dekomponerin-gen og fordampningen av brennstoffet, og på blandingsevnen for brennstoffet og forbrenningsluften i forbrenningskammeret. Som en konsekvens bør 180°-delen eller munningen av fordamperrøret være lengre enn 90°-delen. For å tilveiebringe en god fordampning av brennstoffet, en god blanding av brennstoffet med luften som tilføres direkte.til fordamperrøret, og en god mekanisk dekomponering av brennstoffet, bør rørets innløpsdel være vesentlig lengre enn 9 0°-delen. Det innbyrdes lengdeforhold mellom de forskjellige deler må imidlertid beregnes under hensyntagen til den tilsiktede kapasitet, dvs. den maksimale mengde av inn-., sprøytet brennstoff, strømningshastigheten for brennstoff og luft etc. Fortrinnsvis er en vesentlig del av innløpsdelen beliggende inne i forbrenningskammeret, slik at. den nevnte del opptar forbrenningsvarmen og tilveiebringer god fordampning av brennstoffet.. Enden eller utløpet av 180°-delen bør være. beliggende så langt fra forbrenningskammerets bunn at brennstoffet eller brennstoff-luft-blandingen er i det vesentlige fullstendig forbrent eller bøyd i retning ut av forbrenningskammeret før den når forbrenningskammerets bunn, slik at brennstoff ikke sprøytes mot den nevnte bunn av forbrenningskammeret.

Som foran nevnt, er det et formål med oppfinnelsen å gi brenneren så små dimensjoner som mulig, men det er da et problem å unngå slike høye temperaturer at brennerkammerets vegger ødelegges, for eksempel ved at avskallingsfenomener opptrer.

Det er kjent for eksempel i forbindelse med jetmotorer å innføre ekstra luft radialt innover i forbrenningskammeret gjennom.forbrenningskammerveggene, men derved reduseres forbrenningstempe-raturen og det oppnås en mindre god forbrenning, særlig da det ikke er mulig å effektivt'kontrollere forholdet mellom brenn stoff og luft. Når det gjelder jetmotoren, er det ønskelig å oppnå så høyt gasstrykk som mulig, mens det derimot ikke er noen hensikt å tilveiebringe så høy forbrenningstemperatur som mulig og så fullstendig forbrenning som mulig, og å.holde brennerens dimensjoner så små som mulig. Den nevnte, tidligere kjente metode er derfor ikke egnet i det foreliggende tilfelle'.

Et annet formål med oppfinnelsen er derfor å tilveiebringe en brenner som har så høy kapasitet som mulig, så fullstendig forbrenning som mulig og så små dimensjoner som mulig, og i hvilken problemet med skadelig overheting av forbrenningskammerets veg-

ger er løst.

Ifølge en annen side ved oppfinnelsen løses det nevnte problem ved at innløpet for forbrenningsluften er anordnet ved forbrenningskammerets bunn slik at forbrenningsluften strømmer inn i forbrenningskammeret i hovedsaken i aksial retning, og at innløpet omfatter - flere radiale slisser som har har en strømdi-' rigerende vinge som gir luftstrømmen en skruebevegelse.slik at det oppnås en meget effektiv blanding av luft og brennstoff, og-

hvor forbrenningen,skjer praktisk talt enhetlig og uten varme-konsentrasjon mot forbrenningskammerets vegger, slik som i de tidligere kjenteutførelser. I en spesiell utførelse av oppfinnelsen blir forbrenningsluften også innført gjennom en labyrintpassasje utenfor det skålformede forbrenningskammer, slik at den kalde forbrenningsluft i motstrøm til forbrenningsretningen tillates å stryke langs forbrenningskammerets vegger og derved avkjøler veggene før luften strømmer inn i luftinnløpet ved forbrenningskammerets bunn.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende i forbindelse med et antall utførelseseksempler under henvisning til tegningene, der fig. 1 skjematisk viser en foretrukket .ut-førelse i ful 1; skala av en brenner ifølge oppfinnelsen for forbrenning.av flytende, gassformede eller faste brennstoffer, fig.

2 viser, et aksialt snitt gjennom en brenner med et forbrennings-

rør av den type som er vist på fig. 1, fig. 3 viser et aksialt snitt gjennom en brenner ifølge oppfinnelsen anvendt på en innretning for oppvarming av et varmeoverførende medium, og fig. 4 viser et tverrsnitt etter linjen IV - IV på fig. 3.

Fig. 1 viser generelt et forbrenningskammer 1 med en brenner 2 ifølge oppfinnelsen.

Forbrenningskammeret er på konvensjonell måte utformet som en skål med forbrenningskammervegger 3 og en forbrennings-kammerbunn 4 som fortrinnsvis er noe konkav eller divergerer konisk i retning utover. I forbrenningskammerets bunn 4 er det anordnet et luftinnløp som er forsynt med et antall luftslisser 5 som er anordnet radialt rundt forbrenningskammerets sentrum 6 og som kan være utformet med strømdirigerende vinger 7 som gir den innstrømmende forbrenningsluft en roterende bevegelse.

Brenneren 2 omfatter et brennerrør eller fordamperrør

8 som strekker seg gjennom forbrenningskammerets bunn 4 og hvis munning 9 er beliggende inne i forbrenningskammeret 1. For-damperrøret 8 er sammensatt av tre rørpartier eller rørdeler som er forbundet med hverandre i en vinkel på ca. 90°. Fordam-perrørets innløpsdel 8a strekker seg aksialt inn i forbrenningskammeret gjennom dettes bunn 4, og fra innløpsdelens 8a ende strekker det seg en mellomdel 8b i en vinkel på ca. 9 0° med innløpsdelen, og fra mellomdelen strekker det seg en utløpsdel 8c som er bøyd en ytterligere vinkel på ca. 90° i forhold til mellomdelen. Ved innløpsenden av innløpsdelen 8a er fordamperrøret utformet med et blandekammer 10 for brennstoff og luft, og i dette blandekammer 10 munner det ut en brennstoffledning 11 og en luftledning 12. Slik som best vist på fig. 2, er brennstoffledningen 11 forbundet med en brennstoffkilde 15 via en styre-ventil 13 og en brennstoffpumpe 14. Brennstoffkilden 15 kan være en tank eller en beholder for flytende, gassformet eller pulverisert brennstoff. På innløpssiden er brennstoffpumpen 14 forbundet med en returledning 16 som har en tilbakegangsventil 17 for å muliggjøre kontinuerlig drift av brennstoffpumpen 14 uten hensyn til styreventilens 13 stilling. Brennstoffpumpen 14 kan være av en forholdsvis enkel type som gir et forholdsvis lavt trykk da brenneren ifølge oppfinnelsen ikke krever brennstoff med høyt trykk.

Luftledningen 12 er på sin side forbundet med en kilde for innføring av en str.øm av luft, såsom en luftpumpe 18 som vist på fig. 2, som fortrinnsvis er forbundet med et luft-."kammer 19 fra hvilket all forbrenningsluft mottas og fra hvilket en liten del av forbrenningsluften er avledet til luftledningen 12.- Luftpumpen 18 kan liksom brennstof f pumpen 14 være av en enkel type da brenneren ifølge oppfinnelsen heller ikke krever et høyt trykk på luften.

Ifølge oppfinnelsen blir en del luft blandet med brennstoff i blandekammeret 10 før brennstoffet strømmer inn i fordamperrøret 8, og det har vist seg at denne innføring av luft har en meget god virkning for tilveiebringelse av en optimal, god forbrenning som gir lave innhold av carbonmonoxyd og nitrogenoxyder. Innføringen av luft i blandekarameret 10 må imidlertid være innenfor forutbestemte grenser. Når luft inn-føres i blandekammeret i en mengde på opp til 8 vekt% av den totale mengde av f orbrenningsluf t,,blir, forbrenningen kontinuerlig forbedret og innholdene av carbon- og nitrogenoxyder redu- - seres, sannsynligvis av den grunn at den innførte luftmengde letter den mekaniske dekomponering av brennstoffet til små dråper og også letter yarmepåvirkningen. på brennstoffet for å for-dampe dette. Fra en mengde på 8 - 15 vekt% og mer av innført luft kan bare en svakt forbedret forbrenning noteres, men når mengden av innført luft når 15 - 20 vekt%, kan det være fare for at brennstoff-luft-blandingen antennes allerede inne i for-damperrøret, hvilket gir en forringet forbrenning og fare for overheting.av fordamperrøret og forbrenningsskader avhengig av dette. Den innførte luft kan ha lav temperatur, fortrinnsvis omgivelseslufttemperaturen, og luften bidrar dermed til kjølingav' fordamperrøret og hindrer dermed overheting og forbrenning av dette rør. Dersom mengden av luft som innføres'i blandekammeret, ligger i området nær den øvre grense på 15 - 20 vekt%, er det imidlertid fare for at luften forårsaker altfor sterk avkjøling av brennstoff-luft-blandingen, særlig ved høy effekt og stor strømningshastighet av brennstoff-luft-blandingen, hvilket gir en dårligere forbrenning. Under hensyntagen til muligheten for å kontrollere brenneren, bør mengden av innført '

luft ligge mellom 4 og 15 vekt%, eller fortrinnsvis 8-12 vekt%.

Prøver er blitt utført med fordamperrør som har en avrundet ombøyningsdel, men det har vist seg at dette gir mindre god forbrenning, og på samme tid øker faren for overheting av fordamperrøret ved dettes ombøyningsdel. Det er derfor viktig at fordamperrøret er tilbakebøyd ved skarpe kanter. Fordamper-røret kan ha hvilken som helst egnet tverrsnittsform, men det er fortrinnsvis dannet av sirkulære rør.

For å tilveiebringe en effektiv forbrenning uten fare for overheting av forbrenningskammerets vegger, innføres for-brenningsluf ten aksialt gjennom forbrenningskammerets 1 bunn 4, og fordamperrøret 8 er montert slik at dettes utløpsdel 8c strekker seg aksialt og konsentrisk med forbrenningskammerets akse 6 . For ytterligere -å redusere faren for overheting av forbrenningskammerets vegger, kan den mengde forbrenningsluft som innføres gjennom forbrenningskammerets 1 bunn 4, bringes til å strømme i en labyrint 21 slik som vist på fig. 2, slik at forbrenningsluften i motstrøm til forbrennings.gassene avkjøler forbrenningskammerets 1 vegger 3 under sin bakoverstrømning mot forbrenningskammerets bunn 4. På tilsvarende måte kan forbrenningsgassene også avkjøles ved at de mates bakover i et avløps-eller forbrenningsgasskarnmer 22, idet det medium som skal oppvarmes av brenneren, er anordnet i et område nær forbrenningskammerets munning slik at de varme forbrenningsgasser passerer eller mates gjennom det nevnte medium før de kommer inn i for-brenningsgasskammeret 22.

I den utførelse av oppfinnelsen som er vist på fig. 3, er forbrenningskammeret 1 utformet som en sirkulær sylinder som er sammensatt av vegger 3 og bunn 4 i hvilken innløpet 5 for forbrenningsluften er anordnet. Forbrenningskammeret bør være så langt at forbrenningen er i hovedsaken fullført når brennstof f-luf t-blandingen forlater forbrenningskammeret, og det kan slik som i den viste utførelse, ha et forhold mellom lengde og diameter på ca. 1:1, men avhengig av driftsforholdene kan det nevnte forhold være større eller mindre enn 1:1. Luftinnløpet .ved forbrenningskammerets bunn er utformet med et antall slisser 6 som har strømdirigerende vinger 7 som er bøyd ut fra den nevnte bunn.

De strømdirigerende vinger 7 er utstanset av forbrenningskammerets bunn, men er dannet i ett stykke med denne langs sin ene kant 7a, og de er bøyd ned til en vinkel på ca. 25° i forhold til forbrenningskammerets bunn 4. I det viste tilfelle er antall luftslisser lik åtte, og sammen med de strømdirigeren-de vinger 7 tilveiebringer slissene et turbulensinnløp ved hjelp av hvilket luften gis en .skrue.linjebevegelse vecj passering'av inn-løpet. For å tilveiebringe den beste luftstrøm, divergerer forbrenningskammerets bunn 4 konisk utover over en konus vinkel på ca. 140°. For å tilveiebringe stillegående drift og best mulig forbrenning, kan også forbrenningskammerets vegger 3 di-vergere svakt i retning utover, for eksempel over en vinkel på

Det har vist seg at ovennevnte tilføyelse av luft til brennstoffet som passerer brennstoffledningen 11, er særlig fordelaktig når det gjelder flytende brennstoffer i hvilke mengden

av luft ytterligere bidrar til reduksjon av størrelsen av brénn-stoffdråpene og derved akselererer og forbedrer brennstoffets -

fordampning. Forbrenningsluften mottas fra luftkammeret 19 som på liknende måte er forbundet med forbrenningskammerets 1 ytter-ende, og som er utformet med et luftinnløp ved hjelp av hvilket luft tilføres ved hjelp av pumpen eller viften 18 over en styre-ventil 24. Mellom forbrenningskammerets vegger 3 og luftkammerets 19 yttervegger 25 er det dannet et ringformet rom som er oppdelt i luftlabyrinten 21 ved hjelp av et labyrintlegeme 26 som med sine vegger 27 strekker seg inn i detringformede rom og oppdeler dette i to i hovedsaken like deler. Den ytre ende av labyrintlegemet 26 er adskilt fra luftkammerets 19 ende for å tillate en vending av luften fra den ytre, labyrintdel 21a til den indre labyrintdel 21b. Mellom luftkammerets 19 bunn 28 og labyrintlegemets 26 bunn 29 er luftinnløpskammeret 19 dannet fra hvilket hoveddelen av luften innføres i forbrenningskammeret via labyrinten 21a, 21b og et ekspansjonskammer 30 som er dannet mellom forbrenningskammerbunnen 4 og labyrintlegemebunnen 29. Ved passering av den ytre labyrintdel 21a øker luftens strøm-■ningshastighet, og strømningshastigheten økes ytterligere når luften passerer den indre labyrintdel 21b, hvoretter.strømnings-

hastigheten tillates å avta i ekspansjonskammeret• 30 fra hvilket luften innføres i forbrenningskammeret med forholdsvis lav hastighet via forbrenningskammerets luftslisser■eller luftspalter 5.

Mengden av forbrenningsluft og mengden av brennstoff styres ved hjelp av ventilene 13 hhv. 24 som fortrinnsvis er sammenkoplet ved hjelp av en felles styreanordning 31. Den innkommende forbrenningsluft, som ved innløpet 23 har omgivelses-temperatur, oppvarmes langsomt under passeringen gjennom den ytre labyrintpassasje 21a, og den oppvarmes ytterligere, men i vesentlig øket grad, når den passerer den indre labyrintpassasje 21b, på samme tid som luften avkjøler forbrenningskammerveggen 3 i motstrøm mot forbrenningsgassenes strømningsretning da luftens temperatur er vesentlig lavere enn .forbrenningsgassenes temperatur.

I en spesiell utførelse av oppfinnelsen hvor forbrenningskammeret hadde en diameter på 107 mm og' en lengde på 115 mm, og i hvilken 1,5 g flytende brensel ble pumpet gjennom fordamper-røret 8 pr. sekund-, svarende til en effekt på 50 kW,. ble det opp-nådd en maksimumstemperatur på ca. 2200° C i forbrenningsgassene, mens forbrenningsluften ved innløpet'23 hadde en temperatur på ca. 20° C og en temperatur på 750° C i ekspansjonskammeret 30.' Takket være avkjølingen av forbrenningskammerveggene 3 ved hjelp av forbrenningsluften, kunne temperaturen på de nevnte vegger holdes vesentlig under den kritiske temperatur som svarer til avskallingstemperaturen, som i dette tilfelle var 1150° C. Takket være den effektive avkjøling ved hjelp av forbrenningsluften. og den spesielle innløpsstrømningsturbulator ved bunnen av for-brenningskammerét, kunne det også -tilveiebringes en meget høy effekt med et meget lite volum av brenneren.

På fig. 3 og 4 er brenneren forbundet med et varmeappa-rat 35 for vann, gass, luft eller hvilket som helst annet medium. Et meget spesielt anvendelsesområde er varmluft- eller varmgassmotorer hvor operasjonsluften eller operasjonsgassen må oppvarmes raskt til en meget høy temperatur,'og i dette tilfelle er varmeapparatet 35 utformet som et lukket luft- eller gasskanal-system med varmemottakende rør 36, av.hvilke bare fire er vist, og oppsamlere 37. De varmeopptagende rør 36 er montert som spoler som strekker seg aksialt like utenfor forbrenningskammeret 1, slik at forbrenningsgassene tillates å passere mellom de varmeopptagende rør 36 og ut gjennom en utløpskanal 39. Den nevnte utløpskanal 39 er dannet mellom luftkammerets 19 yttervegger 25 og en avløpskappe 38 som omslutter både brenneren 2 og varmeapparatet 35. Avløpsgassene som passerer i retning bakover gjennom avløpskanalen 39, avkjøles i motstrøm til luften som passerer den ytre labyrint 21a.

For å sørge.for antennelse av brennstoff-luft-blandingen når brenneren er kald, er det anordnet en tennplugg 40 i forbrenningskammeret-foran fordamperrørets 8 munning 9, og tennpluggen er på kjent måte koplet til en kilde for elektrisk strøm (ikke vist) for å tilveiebringe en antennelsesgnist. Alternativt kan tennpluggen 40 monteres i blandekammeret 10 eller på hvilke:t som helst annet sted i f ordamperrøret 8. En antennelse kan også tilveiebringes ved å øke mengden av luft i forhold til mengden av brennstoff til et slikt forhold at brennstof f -luf t-blandingen antennes.

Den foran beskrevne innretning arbeider ved lavt trykk av brennstoffet og lav strømningshastighet av forbrenningsluften, og det er derfor mulig å benytte enkle pumper 14 og 18,. og det er ingen spesielle tetningsproblemer slik som i de tidligere kjente høytrykkssysterner. Avhengig av det forholdsvis lave trykk av brennstoffet og den lave strømningshastighet av luften, oppnås en effektiv forbrenning innenfor en kort avstand fra brennstoffets utstrømningspunkt, og dette åpner også muligheter for benyttelse av pulveriserte brennstoffer, såsom carbonpulver etc, hvilket også muliggjøres takket være det forholdsvis store indre areal av fordamperrøret.

Claims (17)

1. Fremgangsmåte ved forbrenning av flytende, gassformede eller pulveriserte brennstoffer, karakterisert ved at brennstoffet eller en brennstoff-luft-blanding tilføres til et skålformet forbrenningskammer (1) med lavt trykk ved hjelp av et forholdsvis stort brennerrør (8), idet brennstoffet under passeringen gjennom brennerrøret (8) utsettes for både mekanisk og termisk dekomponering, og at brennstoffet før det innføres i brennerrøret (8) tilføres en forutbestemt luftmengde som blandes med brennstoffet i brennerrøret (8), hvoretter brennstoff-luft-blandingen drives mot f orbrenningskammerets (1). bunn (4). i mot-strøm mot ekstra forbrenningsluft som tilfø res gjennom luftinn-løp (5) ved forbrenningskammerets bunn (4), og med hvilken brennstof f-luf t-blandingen blandes og forbrennes.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at luft i en mengde av 4 - 15 vekt% beregnet i forhold til den totale mengde av . forbrenningsluft, tilfø res til brennstoffet før dette innføres i brennerrøret (8).

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at luft i en mengde av 8 - 12 vekt% beregnet i forhold til den totale mengde av forbrenningsluft, tilføres til brennstoffet før. dette innføres i brennerrøret (8).

4. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-3, karakterisert ved at brennstoff og en forutbestemt luftmengde blandes i et blandekammer (10) før brennstoff-luft-blandingen innføres i brennerrøret (8).

5. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at brennstoff og luft i brenner-røret (8) bringes til å strømme i minst tre' etterfølgende strøm-ningsretninger som forløper i en viss vinkel i forhold til hverandre.

6. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at både brennstoffet og forbrenningsluften tilfø res ved lavt trykk.

7. Fremgangsmåte' ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at brennstoffet og en viss mengde luft innføres i et brennerrør (8) som har tynne Vegger og hvis dimensjoner er slik at forholdet mellom det totale areal av brennerrøret (.8) og dettes totale volum er 0,3 - 0,8 eller fortrinnsvis 0,35 - 0,50.

8. Innretning for utfø relse av fremgangsmåten ifølg ett av de foregående krav, omfattende et brennerrør (8) som munner ut i et forbrenningskammer (1) i hvilket forbrenningsluft inn-føres, karakterisert ved at brennerrøret (8) er beliggende inne i forbrenningskammeret (1) med en vesentlig del av sin lengde, at brennerrøret er bøyd tilbake en vinkel på 180°, at brennerrørets (8) innløpsende er forbundet med et blandekammer. (10) i hvilket både brennstoff (11) og luft (12) innføres og blandes.før innstrømning i brennerrøret (8), og at brennerrørets utløpsdel (8c) strekker seg koaksialt med forbrenningskammeret (1) ved dettes aksiale sentrum (6).

9. Innretning ifølge krav 8, karakterisert ved at brennerrø ret (8) har tynne vegger og at forholdet mellom det totale areal av brennerrø ret (8) og dettes volum er 0,3 - 0,8 eller fortrinnsvis 0,35-0,50.

10. Innretning ifølge krav 8 eller 9, karakterisert ved at luftinnlø pet ved forbrenningskammerets (1) bunn (4) er i hovedsaken aksialt og omfatter et antall luftspalter (5) som hver har en strømningsdirigerende ving (7) som gir den innkommende luftstrø m en skruelinjeliknende bevegelse.

11. Innretning ifølge krav 10, karakterisert ved at luftspaltene (5) er anordnet radialt og jevnt fordelt over forbrenningskammerets (1) bunn (4), og at de strømnings-dirigerende vinger (7) er bøyd utover i en vinkel på ca. 25° fra forbrenningskammerets bunn (4).

12. Innretning ifølge et av kravene 8 - 11, karakterisert ved a.t f orbrenningskammerets bunn (4) divergerer' i. retning utover over en konusvinkel på.ca. 140°.

13. Innretning ifølge et av kravene .8-12,. k a r a k - teri sert ved åt forbrenningskammeret (1) er omgitt av et luftkammer (19). fra hvilket forbrenningsluften passerer gjennom luftinnløpet (5) ved forbrenningskammerets bunn.(4).

14. Innretning ifølge krav 13, karakterisert ved at luftkammeret (19) er. et ringformet rom ('21) som omgir forbrenningskammerets (1) vegger (3), og at det nevnte rom (21) er inndelt i en strømningslabyrint ved hjelp av et labyrintlegeme (26) som med en vegg (27) av dette er montert i det ring-formede rom (21). og derved tilveiebringer en ytre labyrintkanal (21a) og en indre labyrintkanal (21b) .

15. Innretning ifølge krav 14, karakterisert ved at luftkammeret omfatter et innløpsluftopptagende kammer (19) som er anordnet bak forbrenningskammeret (1) og forbundet med den ytre labyrintkanal (21a), hvorved forbrenningsluften først bringes til å passere gjennom den ytre labyrintkanal (21a) og deretter inn i den indre labyrintkanal (21b) i motstrøm mot forbrenningsgassene i forbrenningskammeret (1).

16. Innretning ifølge krav 14 eller 15, karakterisert ved at labyrintlegemet (26) tilveiebringer et ekspansjonskammer (30) for forbrenningsluften som er beliggende mellom labyrintlegemet (26) og forbrenningskammerets (1) bunn (4), fra hvilket kammer (30) forbrenningsluften strømmer inn i forbrenningskammerets luftinnløp (5).

17. Innretning ifølge krav 8, karakterisert ved at blandekammeret (10) og brennerrørets (8) innløpsende er anordnet utenfor, forbrenningskammeret (1).