ATOMIZING BURNER

Abstract: 1. An atomizing burner for liquid fuels with a casing (1), in which mutually concentric ducts (3, 4, 8) for the supply of a high-pressure gas and the fuel are disposed upstream of a mixing chamber (7), and with an ultrasonic generator (9) comprising two inserts (10, 13) occupying the cross-section of the high-pressure gas duct (8) and rotatable relative to one another and having through openings (12, 14) for the high-pressure gas, characterized in that the inserts are constructed in the form of drums (10, 13) which are arranged concentrically to one another and on the peripheries of which are arranged the respective through opening (12, 14), and a reflector (16) is disposed coaxially with the drums (10, 13) on the side thereof remote from the mixing chamber (7) and facing the mixing chamber (7) in order to concentrate and direct the ultrasonic energy onto a further reflector (17) disposed at the downstream end of the mixing chamber (7) and which concentrates the ultrasonic energy in the region of the openings of the concentric ducts (3, 4, 8).

Description: Zerstäubungsbrenner Die Erfindung betrifft einen Zerstäubungsbrenner für flüssige Brennstoffe mit einem Gehäuse, in dem zueinander konzentrische Kanäle für die Zufuhr eines Druckgases und des Brennstoffes vor einer Mischkammer angeordnet sind, und mit einem Ultraschallerzeuger. Zerstäubungsbrenner dienen dazu, insbesondere flüssige Brennstoffe, und zwar auch sehr zähflüssige, in derart kleine Teilchen zu zerstäuben, dass eine einwandfreie und möglichst rückstandsfreie Verbrennung erzielt wird. Eine Zerstäubung mit Hilfe von Ultraschall hat sich als sehr wirksam erwiesen, weil dadurch auch eine intensive Mischung zwischen dem zerstäubten oder gasförmigen Brennstoff und dem Reaktionssauerstoff gefördert wird. Bei aus der Praxis bekannten Brennern, die mit den sogenannten wartmannschen Schal lschwingungsgeneratoren arbeiten, kann nur eine sehr geringe Schalleistung erzeugt werden, die lediglich zur Zerstäubung geringer Brennstoffmengen ausreicht. Ein Mischungseffekt wird dabei so gut wie garnicht beobachtet. Ferner ist es bekannt, mit Hilfe von elektrisch erregten Quarz-oder Stabschwingern Ultraschall in sehr hohem Frequenzbereich zu erzeugen und damit Flüssigkeiten zu zerstäuben. Auch damit können aber nur geringe Flüssigkeitesmengen zerstäubt werden, die in der Grössenordnung von weniger als ein kg/h liegen. Bei einem Zerstäubungsbrenner der eingangs beschriebenen Gattung (DE-PS 15 51 648) wird der Ultraschall durch einen Druckgasstrom hoher Geschwindigkeit erzeugt, der von einem in der der Druckgasmündung angeordneten Widerlager in Richtung auf die Mündung abgelenkt wird-und dadurch ein Schwingungsfeld erzeugt. Die Wirkungen dieses Schwingungsfeldes sind allerdings auf ¯den Mündungsbereich begrenzt Ebenso ist die damit erzeugbare Schallenergie begrenzt. Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Zerstäubungsbrenner der eingangs beschriebenen Gattung die Ultra schallzerstäubungsleistung wesentlich zu verbessern. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Ultraschallerzeuger im Druckgaskanal angeordnet ist und aus zwei den Querschnitt des Druckgaskanals einnehmenden, relativ-zueinander drehbaren Einsätzen mit Durchgangs öffnungen für das Druckgas besteht. Bei dem erfindungsgemässen Zerstäubungsbrenner wird das gesamte, durch den Druckgaskanal strömende Druckgas in hochfrequente Schwingungen versetzt, die eine hinreichend grosse Energie besitzen, um nicht nur die Zerstäubung sondern auch aie Durchmischung durch Turbulenzbildung verbessern. Dabei sind verschiedene Anordnungen möglich. So kann man die Einsätze als dicht nebeneinander angeordnete, rotierende Scheiben ausbilden, die vom Druckgas durch strömt werden, wobei jede Durchgangsöffnung nur dann einen Gasstrom passieren lässt, wenn sie mit der zugeordneten Durchgangsöffnung der jeweils anderen Scheibe fluchtet. Ähnliches gilt auch dann, wenn die Einsätze als konzentrisch zueinander angeordnete Trommeln angeordnet sind, auf deren jeweiligen Umfang die Durchgangsöffnungen angeordnet sind. Grundsätzlich ist eine Ausführung möglich, bei der beide Einsätze, also Scheiben oder Trommeln, gegenläufig gedreht werden. Dann kann mit verhältnismässig geringen Drehzahlen eine sehr hohe Schallfrequenz erzeugt werden. Bevorzugt ist jedoch eine Ausführung, bei der ein Einsatz ein Stator und der andere ein Rotor ist. Dann kann nämlich an den Rotor ein externer Antrieb angeschlossen werden, mit dem die Drehzahl des Rotors und damit die erzeugte Schallfrequenz gesteuert werden kann. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass der Rotor von der Druckgasströmung angetrieben ist und dazu düsenartige Durchgangsöffnungen oder eine von der Druckgasströmung beaufschlagte Beschaufelung aufweist. Da hochfrequente Schallschwingungen in einem Gasstrom verhältnismässig stark gedämpft werden, ist es zweckmässig, wenn koaxial zum Rotor auf seiner der Mischkammer abgewandten Seite ein zur Mischkammer gerichteter Reflektor angeordnet ist, der die Schallenergie reflektiert und in Richtung auf die Mischkammer bündelt, so dass auch im Bereich der Mischkammer hinreichende Schallenergie zur Verfügung steht. Zusätzlich kann am Ende der Mischkammer ein weiterer Reflektor angeordnet sein, der ebenfalls die auftreffende Schallenergie reflektiert und bündelt, beispielsweise auf den Bereich der Mündung des den Brennstoff heranführenden Kanals. Zusätzlich können die Reflektoren aber auch so ausgebildet und eingestellt werden, dass sie bestimmte Bereiche des Zerstäubungsbrenners mit Schallenergie beaufschlagen und dadurch beispielsweise zur Reinigung von Heizflächen durch Ultraschall beitragen. Das gelingt vorzugsweise mit Parabolreflektoren. Wenn das Druckgas zwischen dem Ultraschallerzeuger und der Mischkammer längere Wege zurückzulegen hat, können zusätzlich im Bereich der Mischkammer ringförmige Helmholtz-Resonatoren angeordnet sein, die ihrerseits durch die einfallenden Schallschwingungen zu Eigenschwin gungen angeregt werden. Damit bei Verwendung verschiedener flüssiger und/oder gasförmiger Brennstoffe die dabei entstehende Flamme an die Grösse des jeweils vorhandenen Feuerraums angepasst werden kann, sollte der die Mischkammer begrenzende Gehäuseteil in Richtung der konzentrischen Kanäle verstellbar sein, wodurch im Ergebnis der Austrittskegel der zerstäubten oder zerstäubenden Brennstoffe und damit die Flammlänge beeinflusst werden kann. In gewissem Umfang lässt sich die Form der Flamme auch durch Verstellen der Schwingungsfrequenz, d.h. durch Drehzahländerunc des Rotors und/oder durch unterschiedliche Ausbildung der Durchgangsöffnungen in den Einsätzen variieren. Dazu können die Durchgangs öffnungen als Schlitze, als Bohrungen oder Öffnungen mit anderen Querschnitten in verschiedenen Teilungen ausgeführt sein. Im folgenden werden in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert: es zeigen: Fig. 1 in schematischer Darstellung und teilweise geschnitten die Seitenansicht eines Zerstäubungs brenners, Fig. 2 einen Teilschnitt des Gegenstandes nach Fig. 1, Fig. 3 eine andere Ausführungsform des Gegenstandes nach Fig. 1, Fig. 4 einen Schnitt in Richtung IV-IV durch den Gegenstand nach Fig. 3. Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Zerstäubungsbrenner besitzt ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse 1, in das radial ein Rohr 2 mit zueinander konzentrischen Brennstoffkanälen 3,4 eingeführt ist. Das Rohr 2 geht mit einem Krümmer 5 in einen zum Gehäuse 1 konzentrischen Abschnitt 6 über, der im Bereich einer Mischkammer 7 mündet. Der Ringraum zwischen dem Gehäuse 1 und dem Rohr 2 ist ein Druckgaskanal 8, der sich zwischen der Mischkammer 7 und einem am anderen Ende des Gehäuse 1 angeordneten Ultraschallerzeuger G erstreckt. Der Ultraschallerzeuger 9 weist bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestelten Ausführungsbeispiel einen Gehäuseabschnitt 10 mit vergrössertem Durchmesser auf, in den ein Anschlussstutzen 11 für die Zuführung von Druckgas tangential einmündet. Im Bereich des Anschlussstutzens 11 weist die Wandung des Gehäuseabschnitts 10 eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen 12 auf, die, wie dargestellt, sich in Richtung des Anschlussstutzens 11 erstrecken. Im Gehäuseabschnitt 10 befindet sich ein trommelartiger Rotor 13, dessen Aussendurchmesser nur geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser des Gehäuseabschnitts 10. Auf dem Mantel des Rotors 13 befinden sich wiederum eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen 14, die im wesentlichen radial gerichtet sind. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Durchgangsöffnungen 12, 14 als Schlitze# ausgebildet, die sich in Längsrichtung der Gehäuseachse erstrecken. Der Rotor 13 ist am Gehäuseende gelagert und an einen E-Motor 15 angeschlossen, der stirnseitig an das Gehäuse 1 angeflanscht ist. Beim Brennerbetrieb treibt der E-Motor 15 den Rotor 13 an. Das durch den Anschlussstutzen 11 herangeführte Druckgas kann die Durchgangsöffnungen 12, 14 nur dann passieren, wenn entsprechende Durchgangsöffnungen miteinander fluchten. Entsprechend der Anzahl und Verteilung der Durchgangsöffnungen 12 bzw. 14 und der Drehzahl des E-Motors wirkt dadurch der Rotor 13 im Gehäuseabschnitt 10 als Ultraschallerzeuger, dessen Schwingungsenergie über den Druckgaskanal 8 zur Mischkammer 7 übertragen wird. Um die Übertragung der Schallschwingungsenergie zu verbessern, ist innerhalb des trommelartigen Rotors 13 ein parabolischer Reflektor 16 angeordnet, der in Fig. 1 mit gestrichtelten Linien angedeutet ist. Dieser Reflektor sammelt die Schallenergie und gibt sie gebündelt in Richtung auf die Mischkammer 7 ab. Die Mischkammer 7 wird ihrerseits von einem Reflektor 17 begrenzt, der ebenfalls parabolische Form hat, jedoch so eingestellt ist, dass die von diesem Reflektor 17 aufgenommene Schallschwingungsenergie im Mündungsbereich der Brennstoffkanäle 3, 4 gebündelt wird. Wie in Fig. 1 angedeutet, wird die Mischkammer 7 aussen von einem Gehäuseteil 18 begrenzt, welches den Reflektor 17 trägt und ausserdem in axialer Richtung des Gehäuse 1 verstellbar ist. Durch Verstellung des Gehäuseteils 18 kann die sich vor der Mündung der Brennstoffkanäle 3, 4 ausbildende Flamme beeinflusst werden. Da jedoch bei grösseren Längen des Druckgaskanals 8 die Dämpfung der Schallenergie nicht mehr zu vernachlässigen ist, sind am Innenumfang des Gehäuseteils 18 mehrere hintereinandergeschaltete Helmholtz-Resonatoren angeordnet, die durch die einfallende Schallenergie zu Resonanzen angeregt werden und ihrerseits Schallenergie abstrahlen. Die im Ultraschallerzeuger 9 erzeugte und in die Mischkammer 7 übertragene Schallenergie sorgt für eine sehr feine Zerstäubung der zugeführten flüssigen Brennstoffe. Sie sorgt ausserdem durch Turbulenzbildung für eine intensive Durchmischung des Druckgases mit dem zerstäubten Brennstoff. Wenn der Brenner zusätzlich mit gasförmigen Brennstoffen oder nur mit gasförmigen Brennstoffen betrieben wird, sorgt die Schallenergie für eine intensive Durchmischung dieser Brennstoffe mit dem Druckgas. Bei dem in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile. Man erkennt, dass in dem vergrösserten Gehäuseabschnitt 10 dicht nebeneinander zwei Scheiben 20, 21 drehbar gelagert sind. Die beiden Scheiben 20, 21 weisen einander zugeordnete Durchgangsöffnungen 12 14 auf, die, wie in Fig. 4 dargestellt, als Schlitze oder auch als kreisförmige Durchgangsöffnungen sowie auch als Durchgangsöffnungen beliebigen Querschnittes ausgebildet sein können. Die beiden Scheiben 20, 21 rotieren gegenläufig, weil jede Scheibe 20 bzw. 21 eine vor- bzw. nachgeschaltete Beschaufelung aufweist, die im Druckgasstrom liegt, der dementsprechend die Scheiben 20, 21 gegenläufig antreibt. Insoweit wirken auch die gegenläufig rotierenden Scheiben 20, 21 als Ultraschallerzeuger, dessen Schwingungsenergie über den Druckgaskanal 8 zur Mischkammer 7 gelangt.

Claims: Ansprüche: 1. Zerstäubungsbrenner für flüssige Brennstoffe mit einem Gehäuse, in dem zueinander konzentrische Kanäle für die Zufuhr eines Druckgases und des Brennstoffes vor einer Mischkammer angeordnet sind und mit einem Ultraschallerzeuger, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallerzeuger (9) im Druckgaskanal (8) angeordnet ist und aus zwei den Querschnitt des Druckgaskanals (8) einnehmenden, relativ zueinander drehbaren Einsätzen (13;20,21) mit Durchgangsöffnungen (12,14) für das Druckgas besteht. 2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsätze als dicht nebeneinander angeordnete, rotierende Scheiben (20,21) ausgebildet sind. 3. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsätze als konzentrisch zueinander angeord nete Trommeln (10,13) ausgebildet sind, auf deren jeweiligem Umfang die Durchgangsöffnungen (12,14) angeordnet sind. 4. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einsatz (10) ein Stator und der andere Einsatz (13) ein Rotor ist. 5. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (13) einen externen Antrieb (16) aufweist. 6. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (20 bzw. 21) von der Druckgasströmung angetrieben ist und dazu düsenartige Durchgangsöffnungen (12, 14) oder eine von der Druckgasströmung beaufschlagte Beschaufe lung (22,23) aufweist. 7. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass koaxial zum Rotor (13) auf seiner der Mischkammer (7) abgewandten Seite ein zur Mischkammer (7) gerichteter Reflektor (16) angeordnet ist. 8. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende der Mischkammer (7) ein weiterer Reflektor (17) angeordnet ist. 9. Brenner nach Anspruch 7 oder 8, dadurch#gekennzeich net, dass die Reflektoren (16,17) Parabolreflektoren sind. 10. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Mischkammer (7) ringförmige Helmholtz-Resonatoren (19) angeordnet sind. 11. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der die Mischkammer (7) begrenzen de Gehäuseteil (18) in Richtung der konzentrischen Kanäle (3,4,8) verstellbar ist.

Inventors: DRAGER, NORBERT, DRAGER, UWE, Dräger, Norbert, Dräger, Uwe
Applicants: DET-DRAGER-ENERGIE-TECHNIK GMBH & CO. KG
Application year: 1982
Main classification: F23D11
IPC codes: F23D11, B05B17