Zerstäubungsbrenner Die Erfindung betrifft einen Zerstäubungsbrenner. Es ist bekannt, dass ein Schallschwingungsfeld hoher Energie dadurch erhalten werden kann, dass ein Gas strahl hoher Geschwindigkeit in einen entsprechend abge stimmten Hohlraum geleitet und so in Resonanzschwin- gung gebracht wird. Ein solcher Resonator wird perio disch in starke Druckschwankungen von Resonanzfre quenz versetzt. Der Gasstrahl hoher Geschwindigkeit wandelt sich dabei in einen Schallstrahl hoher Intensität um.
Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe, einen Brenner mit besonders widerstandsfähigem Resonator zu schaffen, der auch für die Versprühung von wegen ihrer Viskosität und korrodierenden Eigenschaften ungünsti gen. flüssigen Brennstoffen geeignet ist und wirksam arbeitet und dennoch, insbesondere der Resonator, ein fach herstellbar ist und nur eine geringe Tendenz zur Verstopfung aufweist.
Der erfindungsgemässe Brenner ist gekennzeichnet durch a) ein Gehäuse mit voneinander getrennten Gas- und Flüssigkeitszufuhrkanälen in konzentrischer Anord nung; b) eine Gasausströmöffnung am Ende des Gaska nals; c) ein Umlenkstück mit gegen die Gasausströmöff- nung gerichteter Hohlkehle, welches Umlenkstück mit dem Gehäuse in steifer Verbindung steht;
d) eine aus dem Gehäuse herausgearbeitete, als Resonator wirkende Ringnut in konzentrischer Anord nung zur Gasausströmöffnung und e) eine Flüssigkeitsausströmöffnung am Ende des Flüssigkeitszufuhrkanals in konzentrischer Anordnung zum Resonator.
Durch diese erfindungsgemässe Ausbildung ergibt sich ein widerstandsfähiger und dauerhaft funktionieren der Brenner. Ferner kann die Herstellung dieses Brenners dadurch vereinfacht werden, dass der Gaseinlasskanal einfach gebohrt werden kann.
Es hat sich allerdings ergeben, dass es nicht möglich ist, einen solchen Zerstäubungsbrenner wahlweise auch mit gasförmigem Brennstoff anstatt mit flüssigem Brenn stoff zu betreiben, was offenbar auf die Kompressionsfä higkeit des gasförmigen Brennstoffes zurückzuführen ist, welche ein geregeltes Austreten des Gases aus der engen Mündung des für den flüssigen Brennstoff dienenden Kanals im Bereiche des Schwingungsfeldes verhindert.
Es ist daher vorteilhaft, einen weiteren konzentri schen Zufuhrkanal für einen gasförmigen Brennstoff anzuordnen, wodurch ein wahlweiser Betrieb der Zer- stäuberdüse mit flüssigem oder gasförmigem Brennstoff und sogar ein gleichzeitiger Betrieb mit beiden Brenn stoffarten möglich ist.
Eine weitere Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes kann daher in einem Zerstäu- bungsbrenner bestehen, der drei voneinander gesonderte Ausströmkanäle in konzentrischer Anordnung aufweist, wovon der äusserste Kanal zur Zufuhr eines brennbaren Gases und von den beiden inneren Ausströmkanälen einer für die Zufuhr eines flüssigen Brennstoffes und der andere für die Zufuhr eines Druckgases dienen kann, wobei das Umlenkstück den inneren Druckgasstrom der als Resonator dienenden Ringnut zuleiten kann,
durch welche das Druckgas in einen im wesentlichen im Ultraschallbereich liegenden Schwingungszustand ver- s2tzbar ist.
Im Falle des Betriebes mit flüssigem Brennstoff allein kann das Schwingungsfeld zur Zerstäubung desselben und zur Mischung des Brennstoffhebels mit der Verbren nungsluft dienen. Im Falle des Betriebes mit gasförmi gem Brennstoff allein kann das Schallfeld die innige Durchmischung des brennbaren Gases mit der Verbren nungslift bewirken. Im Falle eines gemischten Betriebes können beide Wirkungen nebeneinander eintreten.
Bei bekannten Zerstäubungsbrennern besteht weiters der Nachteil, dass sich der aus der Zerstäuberdüse austretende Brennstoff, z.B. ein Ölnebel, mit der zuge führten Verbrennungsluft nicht an der Düse selbst, sondern erst im Abstand von dieser entzündet. Dies kann zur Folge haben, dass die Flamme immer weiter von der Zerstäuberdüse abwandert und schliesslich durch zu weite Entfernung von dieser erlischt.
Um dies zu vermeiden, ist es bekannt geworden, im Bereich der Zerstäuberdüse Stauscheiben vorzusehen, durch welche die achsparallel zugeleitete Verbrennungs luft gegen die Mitte abgelenkt wird. Infolge der dadurch bedingten Wirbelbildung wird der Brennstoff mit der Luft rascher und intensiver vermischt, wodurch die Flamme an der Düse stabilisiert werden kann.
Diese bekannten Stauscheiben weisen jedoch, abgese hen davon, dass sie einen weiteren Bauteil darstellen, der im Brennraum montiert werden muss, den Nachteil auf, dass sie infolge des Rückstaues stark zur Verkorkung neigen und infolge der aggresiven Bestandteile der Brenn stoffe einer baldigen Korrosion unterworfen und daher sehr störanfällig sind bzw. oftmals durch neue ersetzt werden müssen.
Vorteilhafterweise kann die Brenneranordnung so getroffen werden, dass auch unter Verzicht auf Stauschei ben die Lage der Flamme nahe der Düse stabilisiert werden kann. Zur Erreichung dieses Zieles können mit Vorteil für die Luftzufuhr zwei zum Brennerrohr kon zentrische Kanäle vorgesehen sein, wobei die Strömungs geschwindigkeit der Luft im äusseren Kanal grösser als jene im inneren Luftzuführungskanal sein kann.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist der innere Luftkanal einen annähernd konstanten Quer schnitt auf und ist nahe der Mündung in den Brennraum, mit vorzugsweise zur Längsachse um 30 bis 60 geneigten Drallblechen versehen. Demgegenüber verengt sich zweckmässig der Querschnitt des äusseren Luftka nals vor der Mündung in den Brennraum, um so die Strömungsgeschwindigkeit der Luft zu erhöhen, wobei in der Verengung zur Längsachse um 40 bis 70 ebenfalls geneigte Drallbleche vorgesehen sein können.
Nachstehend sind anhand der Zeichnungen Ausfüh rungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zei gen: Fig. 1 einen erfindungsgemässen Zerstäubungsbren- ner in axialem Längsschnitt, Fig.2 diesen Brenner mit einem ihn umgebenden weiteren Kanal,
Fig.3 einen schematischen Längsschnitt durch ein Brennerrohr mit einem Zerstäubungsbrenner nach Fig. 2 und Fig.4 einen Zerstäubungsbrenner nach den Fig. 1 oder 2 in einer Brenneranordnung, ebenfalls in axialem Längsschnitt.
Aus der die Brennerdüse allein wiedergebenden Fig. 1 sieht man ein zentrales Rohr 11 mit einem Kanal 2 für ein unter Druck stehendes Gas und ein äusseres Rohr 12, durch dessen Abstand vom Rohr 11 der Kanal 3 für den flüssigen Brennstoff gebildet ist. An einem zentrisch angebrachten Stab 13 sitzt vor der Mündung des Kanals 2 ein pilzförmiger Umlenkkörper 14, der das ausströmen de Druckgas gegen einen als Ringnut 15 ausgebildeten Resonator leitet, wodurch sich nach bekannten physikali schen Gesetzen ein im wesentlichen im Ultraschallbereich liegendes Schwingungsfeld erzeugen lässt.
Dieses Schwin gungsfeld bewirkt dann die feinste Zerstäubung des unmittelbar daneben aus der verengten Mündung 17 des Kanals 3 austretenden Brennstoffstrahles und auch die innige Mischung des Brennstoffes mit der Verbrennungs luft.
In Fig. 2 ist eine Brennerdüse dargestellt, die sich von der nach Fig. 1 nur dadurch unterscheidet, dass sie von einem weiteren Ringkanal 4, der einerseits durch die Aussenwand des Rohres 12 und andererseits durch ein Rohr 8 begrenzt ist, umgeben ist. Durch diesen Kanal 4 kann ein weiteres Medium, z.B. ebenfalls ein Druckgas, der Düse zugeführt werden.
Aus der Gesamtdarstellung des Brennerrohres 1 in Fig. 3 sieht man den mittleren Kanal 2 für die Zufuhr eines Druckgases (Druckluft oder brennbares Gas) und den äusseren Kanal 3 mit konzentrischem Ringquer schnitt für die Zufuhr eines ebenfalls unter Druck stehenden, flüssigen Brennstoffes. Diese Bauteile sind im vorderen Teil unter Bildung des weiteren konzentrischen Ringkanals 4 ummantelt, der zur Zufuhr eines unter Druck stehenden, gasförmigen Brennstoffes bestimmt ist. In diesem Kanal 4 sind Drallbleche 5 mit einem Stei gungswinkel zwischen 20 und 45 , zur Erzielung einer schraubenförmigen Strömung, sowie eine Verengung 6 vorgesehen, welche zur Beschleunigung, des aus der Mündung 7 strömenden Gases dient.
Im Mündungsbe reich erweitert sich der Kanal, vorzugsweise nach Art einer Lavaldüse, wobei er aussen durch den zylindrischen Mantel 8 und innen durch einen Konus 9 begrenzt ist.
Durch entsprechende Wahl des Druckes und der Austrittsgeschwindigkeit des brennbaren Gases sowie des Drallwinkels lässt sich die Lage und Form der Gasflam me weitestgehend beeinflussen. Sie kann dadurch schmä ler gehalten oder in eine buschigere Form gebracht werden.
Das zur Erzeugung des Schwingungsfeldes dienende Druckgas kann brennbares Gas sein und gegebenenfalls unter Einschaltung einer Druckreduktionseinrichtung aus einer und derselben Zuleitung oder demselben Druck gasbehälter wie das der Leitung 2 zugeführte Gas stammen, vorausgesetzt, dass der Druck für die Bildung des Schwingungsfeldes ausreicht. Man kann hierfür aber auch Druckluft verwenden, die dann einen Teil der erforderlichen Verbrennungsluft darstellt.
In Fig. 4 ist der Einbau eines Brennerrohres mit einer Düse nach den Fig. 1 und 2 in eine Brenneranordnung dargestellt. Im Zentrum der Brenneranordnung befindet sich das Brennerrohr 21, welches am vorderen Ende die Brennerdüse 22 trägt. Das Brennerrohr ist an seinem hinteren Ende mit zwei Anschlüssen 23 und 24 versehen, von denen der eine für die Zufuhr des Brennstoffes und der andere für ein Druckgas zur Erzielung der Zerstäu- bungswirkung dient.
Konzentrisch um das Brennerrohr sind zwei Luftzu- fuhrkanäle 26 und 27 angeordnet. Der innere Luftzufuhr kanal 26 weist über seine gesamte Länge einen gleichen Ringquerschnitt auf. Nahe seiner Mündung in den Brennraum 25 sind Drallbleche 28 vorgesehen, die, ähnlich den Drallblechen 5 der Fig. 3, zur Brennerlängs- achse in einem Winkel von 30 bis 60 stehen.
Der äussere Zufuhrkanal 27, der einen wesentlich grösseren Querschnitt aufweist, verjüngt sich bei 29 vor der Mündung in den Brennraum 25 und ist dort ebenfalls mit Drallblechen 28', die zur Brennerlängsachse in einem Winkel von 40 bis 70 stehen, versehen. An den hinteren Enden der Luftzufuhrkanäle 26 und 27 sind Stellschieber 30 und 31 vorgesehen, die über durch die Hülsen 32 und 33 gleitende Stössel 34 und 35 bewegbar sind und mittels Schrauben 36 und 37 in ihrer Lage feststellbar sind.
Weiters stehen die Luftzufuhrkanäle mit einem gemeinsamen Zufuhrkanal 40 in Verbindung, in dem eine Klappe 39 vorgesehen ist.
Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Bei Zündung der Flamme an der Düse 22 wird über die Kanäle 26 und 27 die notwendige Verbrennungsluft zugeführt. Dabei wird durch entsprechende Einstellung der Stellschieber 30 und 31 sichergestellt, dass die vom Luftzufuhrkanal 27 strömende Luft eine höhere Ge schwindigkeit aufweist als die vom inneren Luftzufuhr kanal 26 ausströmende Luft. Es sei bemerkt, dass die Luftströme beider Kanäle 27 und 28 einen starken Drall aufweisen.
Dadurch und durch die unterschiedlichen Aus- strömgeschwindigkeiten bilden sich im Bereich der Bren- nerdüse 22 starke Luftwirbel aus, die zu einer intensiven Vermischung der Verbrennungsluft mit dem an der Bren- nerdüse 22 zerstäubt austretenden Brennstoff führen. Auf diese Weise kann die Flamme an der Brennerdüse 22 stabilisiert werden.
Der besondere Vorteil dieser Vorrichtung ist somit darin zu sehen, dass auf die bisher üblichen Stauscheiben in der Verbrennungsluftzuführung verzichtet werden kann. Weiters kann durch die intensive Vermischung der Brennstoffe mit der Verbrennungsluft der Raum 25 vor der Brennerdüse 22, ohne die übliche Abschrägung, unter einem rechten Winkel in den Hauptbrennraum münden, ohne dass ein Entweichen unverbrannter Gase befürchtet werden muss. Zudem kann die Form der Flamme stark beeinflusst werden.
Durch die Möglichkeit, die durch die beiden Kanäle 26 und 27 zugeführten Mengen der Verbrennungsluft in weiten Grenzen zu variieren, kann die Flamme beein- flusst werden.