DE2507495A1 - Vorrichtung zur vergasung fluessiger brennstoffe - Google Patents

Description

• Vorrichtung zur Vergasung flüssiger Brennstoffe Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vergasung flüssiger Brennstoffe und zur Vermischung mit dem Sauerstoff der Luft mit Hilfe einer mechanische Schwingungen im Ultraschallbereich ausführenden Schwingungsvorrichtung, welche zur Schwingungsübertragung mit Metallformkörpern schwingungsmäßig verbunden ist.
• Vorrichtungen zur Vergasung flüssiger Brennstoffe und zur Erzeugung eines gasförmigen Brennstoff- Luftgemisches, die strömungsmäßig vor einem Verbrennungsraum angeordnet sind und in dem sich mindestens eine Einspritzdüse einer mittels einer Pumpeinrichtung mit Brennstoff versorgten Einspritzeinrichtung befindet, sind bereits bekannt. Derartige Vorrichtungen finden sich in verschieden abgewandelter Form bei nahezu allen Arten von Verbrennungskraftmaschinen, wie beispielsweise Otto-Motoren, Turbinen oder auch mit flüssigen Brennstoffen betriebenen Heizungsanlagen Jeglicher Art. Bei allen diesen mit flüssigen Brennstoffen betriebenen Verbrennungskraftmaschinen und Heizungsanlagen besteht das Problem, den flüssigen Brennstoff möglichst vollständig in seine gasförmige Phase zu bringen und gleichzeitig den gasförmigen Brennstoff mit einer ausreichenden Luft- bzw. Sauerstoffmenge möglichst gleichmäßig zu mischen, so daß im Verbrennungsraum eine gleichmäßige und vollständige Verbrennung erzielt werden kann. Diesem angestrebten Ziel ist man Jedoch noch zur Zeit bei allen bisher bekannten Verbrennungsanlagen weit entfernte Um dieses Problem zu lösen, wird nach der Erfindung zur Vergasung flüssiger Brennstoffe und zur Vermischung mit dem Sauerstoff der Luft eineSchwingungsvorrichtung eingesetzt, dietm Ultraschallbereich arbeitet.
• Bei der Anwendung von Ultraschall zur Vergasung von flüssigen Brennstoffen zeigen sich Jedoch Schwierigkeiten hinsichtlich der Ankopplung. Trifft nämlich eine Ultraschallwelle auf eine Grenzfläche, die beispielsweise zwischen dem schwingenden und von einem Sender angeregten Metallkörper und einer Flüssigkeit besteht, so ändert sich der Schall-Wellenwiderstand an der Grenzfläche sprunghaft und diese wird hier teilweise oder sogar total reflektiert. Hierbei gelten etwa übliche Gesetze wie in der Lichtoptik. Die Schallwellenwiderstände von Metallen einerseits und von Flüssigkeiten andererseits unterscheiden sich sehr stark voneinander, so daß die Reflektionsfaktoren an den Grenzen zwischen diesen beiden Stoffgruppen fast immer größer als 90 , sind. Dies bedeutet, daß beispielsweise zwischen Metallen und Luft praktisch eine Totalreflektion herrscht, weil hier die Unterschiede der Wellenwiderstände noch mehrere Zehnerpotenzen größer werden, so daß der Reflektionsfaktor nahezu eins wird. Somit kann auf die spezifisch sehr leichte Luft von einem Festkörper kaum Schwingungsenergie übertragen werden wie auch umgekehrt, denn eine gute Ubertragung setzt voraus, daß die kinetische Energie der sbhwingenden Masse des schweren Körpers nahezu gabich groß wie die des leichten Gases ist.
• Dies bedeutet, daß das Gas mit einer sehr viel größeren Amplitude schwingen müßte, als das schwere Metall, Aus Gründen der Stetigkeit an der Grenzfläche ist dies Jedoch nicht ohne weiteres möglich. Für den mechanischen Kopplungsfaktor ist somit das Verhältnis der Schall-Wellenwiderstände verantwortlich. Aus diesen Gründen wurden bisher lediglich Versuche unternommen, Ultraschallenergie in eine reine flüssige Phase zu übertragen, um den flüssigen Brennstoff zu zerstäuben bzw. zu vernebeln.
• Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Erkenntnis zugrunde, daß es bei einer Vorrichtung zur Vergasung flüssiger Brennstoffe mit Hilfe einer mechanische Schwingungen im Ultraschallbereich ausführenden Schwingungsvorrichtung erforderlich ist, den in einer flüssigen Phase und in Tröpfchenform oder in einer Dampphase vorliegenden Brennstoff mit mindestens einer im Ultraschallbereich schwingenden Fläche zur Übertragung einer Energie, die ausreichend ist, um die Kohäsionskraft des Brennstoffes zu überwinden, in Berührungskontakt zu bringen, um danach das sich bildende Gas mit dem für die Verbrennung erforderlichen Sauerstoff aus der Luft zu verwirbeln und direkt oder indirekt einem Verbrennungsraum zuzuführen.
• Aus der US-PS Nr. 2 791 994 ist eine Anlage bekannt, bei der Ultraschallenergie zur Vermischung zweier Materialien verwendet wird. Dabei wird ein gesteuertes und fokustertes Ultraschallenergiefeld einem diskreten Material an derJenigen Stelle zugeführt, bei der es in den Strom eingeführt wird, um auf diese Weise eine laminare Strömung des in einer kontinuierlichen Phase vorliegenden Materials während des Verfahrens aufrecht zu erhalten. Die Form des Ultraschallschwingers ist dabei so ausgebildet, daß die Ultraschallenergie auf die Düsenspitze fkusiert wird, aus der der Brennstoff ausgesprüht wird. Bei dieser bekannten Vorrichtung wird somit die Ultraschallenergie von einem festen Körper auf einen Stoff in der Gasphase über--r-»gen und von diesem auf einen Stoff in einer flüssigen Phase.
• Damit aber treten die Schwierigkeiten auf, die eingangs beschrieben wurden, da beispielsweise zwischen Metallen und Luft wegen der Unterschiede der Wellenwiderstände eine Totalreflektion erfolgt. Entsprechend hohe Verluste treten beim Übergang der Schallenergie von dem gasförmigen Stoff in die Flüssigkeit auf.
• Aus der Zeitschrift Öl- und Gasfeuerung, 13. Jahrgang 1968, Seite 198, ist ein System der Ultraschallzertäübung bekannt, bei dem ein Ölfilm über eine vibrierende Oberfläche ausgebreitet wird, so daß sich an der Oberfläche Kapillarwellen bilden. Dabei lösen sich aus den Wellenkämmen bei ausreichender Schwingungsenergie Tröpfchen ab, die von einem Luftstrom fortgetragen dem Feuerraum zugeführt werden können. Die Tropfengeschwindigkeit derartiger Ultraschallzerstäuber ist Jedoch im Vergleich zu konventionellen Zerstäubern gering, so daß es besonderer Maßnahmen bedarf, um eine ausreichende Brennstoff-Luftvermischung sicher zu stellen.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Vergasung flüssiger Brennstoffe und zur Vermisdung mit dem Sauerstoff der Luft mit Hilfe einer mechanische Schwingungen im Ultraschallbereich ausführenden Schwingungsvorrichtung zu schaffen, bei der eine relativ große Ultraschallenergie direkt dem in flüssiger Phase vorliegenden Brennstoff zugeführt wird, welcher dadurch vergast und unmittelbar danach mit Luft vermischt wird, wobei diese Vorrichtung eine Leistung aufweist die ausreicheixlist, alle bisher bekannten Verbrennungsräume von Heizungsanlagen mit einem Brennstoffluftgemisch versorgen zu können.
• Die LDsung dieser Aufgaben erfolgt gemäß der Erfindung bei der eingangs genannten Vorrichtung zur Vergasung flüssiger Brennstoffe dadurch, daß der einen Vergasungs- und/oder Vermischungsraum bildende Metallformkörper als topfförmiger Schwingungskörper ausgebildet und in dem Vergasungs- und/oder Vermischungsraum mindestents eine Brennstoffzufuhrungsdüse angeordnet ist, deren Absprühkegel derart ausgebildet und angeordnet ist, daß mindestens ein überwiegender Teil des abgesprühten Brennstoffes mit den Oberflächen des Schwingungskörpers in Berührungskontakt gelangt.
• Nach- der Erfindung ist mindestens eine Brennstoffzuführungsdüse im Topfboden des Schwingungskörpers angeordnet. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist mindestens ein rennstoffzuführungsdüse darüberhinaus in der Seitenwandung des topfförmigen Schwingungskörpers angeordnet, wobei auch hier sämtliche Brennstoffzuführungsdüsen einen Absprühkegel aufweisen, daß mindestens der überwiegende Tail des abgesprühten Brennstoffes mit den Oberflächen des Schwingungskörpers in Berührungskontakt gelangen Durch die topfförmige Ausgestaltung des Schwingungskörpers gemäß der Erfindung führen die Seitenwände desselben sowohl longitudinale aus auch transversale Schwingungen durch, wobei sich innerhalb des von dem topfförmigen Schwingungskörper umschlossenen Raumes stehende Wellen ausbilden, und dieser Wellenraum noch von denJenigen ergänzt wird, die vom Topfboden aus ahtestrahlt werden. Aus diesem Grunde bilden sich innerhalb dieses Raumes eine große Anzahl von Gebieten aus, indenenWellenbäuche vorhanden sind, durch die Jene von den Brennstoffdüsen ausgesprühten Brennstofftröpfchen gelangen, welche nicht auf die Seitenwände des topfförmigen Schwingungskörpers treffen.
• In Weiterbildung der Erfindung ist im Topfboden des Schwingungskörpers mindestens eine Luftzuführungsdüse angeordnet, und bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist mindestens eine Luftzuführungsöffnung, welche als Bohrung, Schlitz oder Düse ausgebildet ist, in der Seitenwandung des topfförmigen Schwingungskörpers angeordnet, Es ist vorteilhaft, mehrere Luftzuführungsöffnungen in einer Ebene parallel zum Topfboden des Schwingungskörpers in der Seitenwandung desselben anzuordnen, so daß der von Seitenwandungen des Schwingungskörpers umschlossene Raum möglichst gleichmäßig mit zugeführter Luft beaufschlagt wird.
• Um dieses Ziel zu erreichen, ist es ferner vorteilhaft, mehrere Luftzuführungsöffnungen in mehreren Ebenen übereinander vertikal um einen bestimmten Winkel verschoben in der Seitenwandung des Schwingungskörpers anzuordnen. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Mittelachsen der Luftzuführungsdüsen auf die Mittelachse des topfförmigen Schwingers gerichtet und bilden zu der Ebene, die parallel zum Topfboden liegt, einen Winkel, der kleiner als 90 Grad und größer als O Grad ist. Durch diese Maßnahme wird die Durchmischung begünstigt und gleichzeitig wird eine Strömungskomponente in Richtung der Mittelachse des topfförmigen Schwingers erzeugt. Aus strömungskinetischen Gründen ist es vorteilhaft, wenn der Winkel der Mittelachsen der Luftzuführungsdüsen zu der Ebene, die parallel zum Topfboden liegt, 45 Grad beträgt.
• Eine besonders günstige Wirbelströmung kann innerhalb des topfförmigen Schwingers dadurch erzeugt werden, daß die Mittelachsen der in der Seitenwandung des Schwingungskorpers angeordneten Luftzuführungsdüsen oder -öffnungen auf eine Strecke gerichtet sind, die sich von der Mittelachse des topfförmigen Schwingers bis zur Seitenwandung desselben erstreckt. Auf diese Weise wird gleichzeitig in vorteilhafter Weise der Weg verlängert, den die tröpfchenförmigen Brennstoffanteile innerhalb des Vergasungs- und Vermischungsraumes zurUckzulegeWhaben, so daß die Wahrscheinlichkeit durch einen Schwingungsbauch zu gelangen oder auf eine Seitenwandung zu treffen vergrößert wird. Durch die Erzeugung einer Wirbelströmung innerhalb des Vergasungs- und Vermischungsraumes wird darübeinaus noch eine Zentrifugalkraft wirksam, die auf die in der Strömung befindlichen Flüssigkeitströpfchen wirkt und diese an die Wandung des Raumes führt.
• Bei einer noch anderen Ausführungsform der Erfindung schneiden sich Jeweils mindestens zwei Achsen der LuftzufiIhrungsdüsen oder -öffnungen in den Vergasungs- und/öder Vermischungsraum derart, daß in dem Raum mehrere Wirbelströmungen der Luft, entsprechend der Anzahl der Luftzuführungsdüsenpaare entstehen.
• Gemäß der Erfindung ist es vorteilhaft, daß die Brennstoffzuführungsdüsen den Luftzuführungsdüsen oder -öffnungen in den Wandungen des topfförmigen Schwingers derart zugeordnet sind, daß der zugeführte Brennstoff erst einer Vergasung und danach einer Vermischung unterworfen ist.
• Die Schwingungsvorrichtung zur Umwandlung elektromagnetischer in mechanische Schwingungen weist vorteilhaft piezokeramische Bauelemente auf, welche aus modifiziertem Blei-Zirkon-Titanat bestehen und mit den Metallformkörpern zu einem mechanisch vorgespannten Wandler ausgebildet sind, der Je einen Endabschnitt hoher und geringer Schaltintensität aufweist. Die Schwingungsvorrichtung ist dabei als Verbundschwinger mit einer oder mehreren Schraubverbindungen ausgebildet. Der Endabschnitt hoher Schallintensität ist bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung als mechanischer Transformator ausgebildet, derart, daß eine Transformation von einer liuellseitig großen schwingenden Fläche mit kleiner Amplitude auf eine kleine schwingende Abstrahlfläche mit großer Amplitude durchführbar ist. Die Schwingungsvorrichtung nach der Erfindung, welche als Verbundschwinger mit einem mechanisch vorgespannten Wandler ausgebildet ist, weist an ihrem Endabschnitt geringer Schallintensität einen Befestigungsflansch auf. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise von der Befestigungsvorrichtung eine relativ geringeDämpfung auf die Schwingungsvorrichtung ausgeübt.
• Aus schwingungs- und strömungstechnischen Gründen ist die Schwingungsvorrichtung zylinderförmig ausgebildet.
• An dem Endabschnitt hoher Schallintensität ist erfindungsgemäß der topfförmige Schwingungskörper schallübertragungsmäßig angekoppelt, derart, daß der Topfboden zu Plattenwellen anregbar ist. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist der topfförmige Schwinungskörper mit dem Endabschnitt hoher Schallintensität verschraubt, wobei die oberen Seitenflächen des Schwingungskörpers innenseitig mit einem Gewinde versehen sind, das in ein Gegengewinde an den oberen Seitenflächen des Endabschnittes angreift.
• Nach der Erfindung ist es Jedoch auch möglich, daß der Topfboden des Schwingungskörpers von einer mit dem Schwingungskörper integral verbundenen Hülse umschlossen ist.
• Der Verbundschwinger ist mit den angekoppelten Metallformkörpern erfiridungsgemäß in einem zylindrisch begrenzten Luftströmungskanal von der Luftströmung umströmbar befestigt. Dabei kann der Verbundschwinger im LuftstrDmungskanal mittels einer senkrecht im Strömungskanal angeordneten und angeflanschten Metallscheibe befestigt sein, die mit dem Verbundschwingungssystem verspannt ist, wobei der in dem Strömungskanal befindliche Teil der Metallscheibe mit Öffnungen für die Luftströmung versehen ist. Vorteilhaft ist es bei dieser Ausführungsform, die Größe der Öffnungen in der Metallscheibe zur Regulierung der Luftströmung veränderbar auszuführen. Der Verbundschwinger kann Jedoch im Luftströmungskanal auch mittels einer Dreipunktaufhängung in den Schwingungsknotenpunkten des Schwingers befestigt sein. Schließlich ist es auch möglich, den Wandlerendabschnitt geringer Schallintensität mit einem Flansch zu versehen,mit dem der Verbundschwinger im Strömungskanal zu befestigen ist.
• Allen diesen Befestigungsarten ist gemeinsam, daß einemöglichst geringe Dämpfung auf das Schwingungssystem ausgeübt wird.
• Zur Verbesserung der Luftversorgung des Vergasungs- und/oder Vermischungsraumes der von dem topfförmigen Schwingungskörper gebildet wird, ist strömungsmäßig hinter den an den Luftströmungskanal grenzenden Luftfiihrungsöffnungen des topfförmig ausgebildeten Schwingungskörpers eine Luftumlenkungsvorrichtung angeordnet, die sich in den Luftströmungskanal erstreckt. Die Luftumlenkungsvorrichtung kann dabei als Kegelstumpfmantel ausgebildet sein, dessen kleine Mantelöffnungen gleich dem äußeren Durchmesser des topfförmigen Schwingungskörpers ist, wobei dieser mit dem Kegelstumpfmantel befestitgt ist, beispielsweise verschraubt oder verklebt.
• Die Erfindung wird anhand der Zeichnung, in der mehrere Ausführungsbeispiele dargestellt sind, naher erläutert. Hierbei zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt durch die Vorrichtung zur Vergasung flüssiger Brennstoffe nach der Erfindung; Fig. 2 eine Außenansicht der Vorrichtung nach Figur 1; Fig. 3 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung; Fig. 4 einen topfförmigen Schwingungskörper im Querschnitt in schematischer Darstellung; Fig, 5 eine Ausführungsform ähnlich derJenigen nach Fig. 4 mit mehreren Brennstoffzuführungsdüsen innerhalb des Vergasungs- und Vermischungsraumes; Fig. 5a eine Dratifsicht nach Figur 5 und Fig. 6 eine weitere Ausführungsform der Erfindung in einer Darstellung die derjenigen der Figuren 4 und 5 entspricht Fig.6a eine Draufsicht nach Figur 6.
• Die Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Vorrichtung zur Vergasung flüssiger Brennstoffe und zur Vermischung mit dem Sauerstoff der Luft, bei der ein topfförmiger Schwingungskörper 2 von einem piezokeramischen 10 in Ultraschallschwingungen versetzt wird. Hierzu sind die Elektroden 19 und 20 mit einem Generator elektrisch verbunden, welcher nicht näher dargestellt ist. Der Schwinger 10 besteht aus mehreren Teilen und ist vorzugsweise als Verbundschwinger hergestellt. Die piezokeramischen Bauelemente 10 bestehen in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel aus zwei übereinander angeordneten Scheiben, welche beispielsweise Jeweils einen Außendurchmesser von etwa 38 mm besitzen und zur Durchführung eines Bolzens 13 eine zentrale Bohrung von beispielsweise 12,5 mm aufweisen. Jede Scheibe ist beispielsweise 6,3 mm stark. Der Bolzen 13 ist mit einem Gewinde 21 versehen, und in dem Metallformkörper 11 befindet sich das entsprechende Gegengewinde, in das das Gewinde 21 des Bolzens 13 eingreift, und eine Verspannung der Metallformkörper 11 und 12 mit den piezokeramischen Elementen 10 bewirkt.
• Die piezokeramischen Bauelemente 10 bestehen aus einem modiT fiziertem Blei-Zirkonat-Titanat und sind mit den Metallform= körpern II und 12 zu einem mechanisch vorgespannten Wandler ausgebildet, wobei der Metallformkörper 11 einen Endabschnitt hoher und der Metallformkörper 12 einen Endabschnitt geringer Schallintensität bildet. Bei dem modifizierten Blei-Zirkonat-Titanat handelt es sich um oxydische Werkstoffe, mit denen besonders große mechanische Schwingungsamplituden erzielt werden können, weil die mechanischen und die dielektrischen Verluste dieser ffiateriålien äußert gering sind. Der Bolzen 13 besteht vorzugsweise aus Stahl, während die Metallformkörper 11 und 12 aus Aluminium bestehen können. Für die Metallformkörper kann auch eine Legierung aus Aluminium-Kupfer-Magnesium-Blei verwendet werden und für die Elektroden 19 und 20 wird zweckmäßiger Weise eine Legierung aus Kupfer mit Beryllium verwendet. Der Bolzen 8 erhält eine mechanische Vorspannung, welche beispielsweise 2,5 kp/2 beträgt.
• Mit dem Metallformkörper 11, der den Endabschnitt hoher Schallintensität bildet, ist ein zylinderförmiges Element 2 verschraubt, das mit der Fläche 5 des Metallformkörpers 11 einen topfförmigen Schwingungskörper bildet, dessen Seitenwände 6 einen Vergasungs-und Vermischungsraum 1 umschließen. In der Seitenwandung 6 des topfförmigen Schwingungskörpers 2 sind Öffnungen 7 vorhanden, die auf dem Umfang der Seitenwandung 6 gleichmäßig verteilt sind. Oberhalb der Öffnungen 7 ist ein Luftumlenkkörper 17 mit der Seitenwandung 6 verschraubt, verklebt oder in anderer Weise befestigt und zwar vorzugsweise an einer Stelle, in der sich ein Schwingungsknoten befindet, was von der Dimensionierung und der verwendeten Frequenz abhängt.
• Mit 22 ist eine Ölzuführungsleitung bezeichnet, die in eine Bohrung 23 führt, welche in dem Metallförmkörper 11 befindet.
• Die Bohrung endet im Topfboden 5 mit einer Düse 3, die einen Sprühkegel 4 aufweist. Dieser ist vorzugsweise in Relation zu den Öffnungen 7 in der Wandung 6 derartig ausgebildet, daß das versprühte Öl bereits unterhalb der Öffnungen 7 auf die Wandungen 6 trifft.
• Die gesamte Schwingungsvorrichtung,bestehend aus den piezokeramischen Schwingern 10, den Metallformkörpern 11 und 12 sowie dem topfförmigen Schwinger 2 und der Ölzuführungsleitung 22, befindet sich in einem Luftströmungskanal 15, der von der äußeren Lufttührung 24 begrenzt ist.
• Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die gesamte Schwingungsvorrichtung mit einer Metallscheibe16 mit Hilfe des Bolzens 13 verspannt und ist an einem Flansch 25 mit der Luftkanalbegrenzung 24 befestigt. Der in dem Strömungskanal 15 befindliche Teil der Metallscheibe 16 ist mit Öffnungen 26 versehen, um einen Durchlaß für die Luftströmung zu gewährleisten Die Größe der Öffnungen ist zur Regulierung der Luftströmung veränderbar, beispielsweise mit Hilfe einer nicht näher dargestellten Lochblende.
• Zur Zündung des in dem Vergasungs- und Vermischungsraum 1 sich befindenden und aus diesem auströmenden Brennstoffluftgemisch sind vor diesem Raum Zündelektroden 27 und 28 vorgesehen, die bei 29 und 30 a»der Luftkanalbegrenzung 24 befestigt sind.
• Die Luftströmung in dem Kanal 15 wird mit Hilfe eines Gebläses erzeugt, welches nicht näher dargestellt ist und der Flansch 25 der Luftkanalbegrenzung dient gleichzeitig als Befestigungsflansch an einer Befestigung eines Verbrennunsraumes, beispielsweise eines Heizkessels einer Feuerungsanlage.
• Nach der Erfindung ist der Endabschnitt hoher Schallintensität des Metallformkörpers 11 als mechanischer Transformator ausgebildet, wobei eine Transformation von einer quellseitig großen schwingenden Fläche, nämlich dem Querschnitt des Metallformkörpers 11 mit relativ kleiner Amplitude auf eine kleine schwingende Fläche, nämlich der Seitnwandung 6 des topfförmigen Schwingers 2 mit großer Amplitude erzielt wird. Die Anregung der Seitenwandungen 6 erfolgt von dem Metallformkörper 11 in Form longitudinaler Wellen und aufgrund des geringen Querschnittes der Seitenwandungen 6 bilden sich gleichzeitig transversale Wellen aus, die in den Raum 1 abgestrahlt werden und dort stehende Wellen bilden. Entsprechend der geometrischen Dimensionierung und der verwendeten Frequenz, entstehen entlang der Wandung 6 eine Anzahl von Schwingungsbäuchen und -knoten und ein entsprechendes Schwingungsbild ergibt sich auch in dem von der Wandung 6 umschlossenen Raum 1. Mit Hilfe der Düse 3 wird dafür gesorgt, daß das unter einem bestimmten Druck abgesprühte Öl gegen die Wandung 6 des Schwingungskörpers 2 trifft und es findet dort ein Energieaustausch statt, welcher ausreicht, die Kohäsionskräfte der Öltröpfchen zu überwinden und diese zu vergasen. Unmittelbar danach gerät das Gas oder der noch vorhandene Ölnebel in eine durch die Öffnungen 7 einingende Luftströmung welche derartig gerichtet ist, daß eine Verwirbelung in dem Raum 1 stattfindet. Hierdurch wird erreicht, daß einmal eine Zentrifugalkraft erzeugt wird, wodurch die noch schweren Anteile in Form von Öltröpfchen gegen die Wandung 6 geschleudert werden zum anderen wird der Weg innerhalb des Vergasungsraumes 1 vergrößert, so daß damit auch die Wahrscheinlichkeit für das Auftreffen der Tröpfchen auf die Wandung 6 erhöht wird. Nachdem das Gas mit einströmenden Luft vermischt ist, passiert diese Gemischströmung die Elektroden 27 und 28, zwischen denen ein Zündfunke überspringt und das Gemisch fortlaufend zündet.
• In Figur 2 ist die Außenansicht der Vorrichtung nach Fig. 1 dargestellt, welche von der Luftkanalbegrenzung 24 nach außen abgeschlossen ist. An dem Flansch 25 ist die gesamte Vorrichtung an einer Heizkesselöffnung befestigt, welche nicht näher dargestellt ist.
• Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen sind. Der topfförmige Schwinger 2 ist hierbei integraler Bestandteil des Metallformkörpers 11. Anhand der Fig. 3 werden drei Befestigungsmöglichkeiten veranschaulicht, von denen Jeweils nur eine alternativ praktiziert wird. Die erste Befestigungsart entspricht derjenigen nach Figur 1, welche mit Hilfe einer Metallscheibe 16 erfolgt, die mit Hilfe des Bolzens 13 mit der Schwingungsvorrichtung verspannt ist und außen mit dem Flansch 25 der Luftkanalbegrenzung befestigt ist.
• Eine weitere Befestigungsmöglichkeit der Schwingungsvorrichtung ergibt sich dadurch, daß tandem unteren Metallformkörper 12 ein Flansch 31 befestigt ist, der an einem entsprechenden Gegenflansch an der Luftkanalbegrenzung 24 angeflanscht ist.
• Die dritte Befestigungsmöglichkeit ergibt sich durch eine Dreipunktaufhängung 32 Jeweils an einem Schwingungsknotenpunkt eines der Metallformkörper 11 oder 12. Durch die Wahl eines Schwingungsknotenpunktes zur Befestigung wird auf die Schwingungsvorrichtung eine relativ kleine Dämpfung ausgeübt, In Fig. 4 ist schematisch ein topfförmiger Schwingungskörper 2 dargestellt, der einen Topfboden 5 aufweist, welcher als Biegeschwinger ausgebildet ist. Die Befestigung des topfförmigen Schwingers 2 mit dem Metallformkörper 11 erfolgt beispielsweise durch Verschrauben oder Verkleben. Mit dem Metallformkörper 11 hoher Schallintensität ist somit ein topfförmiger Schwingungskörper akustisch gekoppelt, wobei der Topfboden 5 zu Plattenwellen angeregt wird. Der topfförmige Schwingungskörper 2 stellt somit einen Biegeschwinger dar, der von seinen Randzonen angeregt wird. Die Anregung erfolgt von dem Metallformkörper 11, welcher in longitudinalen Wellen in Richtung seiner Hauptachse schwingt.
• Die Fläche 33 des Metallformkörpers 11 grenzt an Luft, so daß hier praktisch eine Totalreflektion auftritt, da die Schallwellenwiderstände von Metallen einerseits und Luft andererseits sich sehr stark voneinander unterscheiden und zwar um mehrere Zehnerpotenzen, so daß der Reflektionsfaktor praktisch gleich eins wird. Somit wird die kleinere Fläche 34 die Abstrahlfläche, welche mit dem topfförmiger Körper 2 akustisch gekoppelt ist. Für diesen Zweck ist der topfförmige Schwingungskörper 2 mit dem Metallformkörper 11 verschraubt.
• Figur 5 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, die derJenigen nach Fig. 4 ähnlich ist, wobei Jedoch mehrere Brennstoffzuführungsdüsen sowohl im Topfboden des Schwingers 2 als auch in der Seitenwandung 6 desselben vorhanden sind.
• Die Figur 5a zeigt die geometrische Anordnung der Brennstoffzuführungsdüsen 3.
• In Figur 6 ist ein topfförmiger Schwingungskörper 2 in einer weiteren Ausführungsform dargestellt, welcher integraler Bestandteil des Metallformkörpers 11 ist. Bei dieser AusfUhrungsform befinden sich mehrere Luftzuführungsdüsen 7 i»ter Wandung 6 übereinander. Die Mittelachsen 8 der Luftzuführungsdusen 7 bilden dabei einen Winkel zur Mittelachse 9 des Topfbodens des Schwingers 2, der 45 Grad beträgt.
• Zur Erzeugung einer Wirbelströmung in der Verbrennungskammer 1 können die Mittelachsen 8 der Luftzuführungsdüsen 7 auch auf eine Strecke gerichtet sein, die sich von der Mittelachse 9 zur Wandung 6 erstreckt. Bei gleicher Ausrichtung abr Mittelachsen 8 wird eine einzige Wirbelströmung erzeugt. Es ist Jedoch auch möglich, Jeweils zwei Luftzuführungsdüsen mit ihren Mittelachsen 8 derart auszurichten, daß sich diese schneiden, so daß Je nach der Anzahl der Düsenpaare eine entsprechende Anzahl Wirbelströmungen sich einstellen.
• Durch die Verwendung eines topfförmigen Schwingers entstehen für die Öltröpfchen in dem von dem Topfschwinger umschlossenen Rau»belativ große Schwingungsflächen mit großen Amplituden und gleichzeitig wird auch der Anteil der Schwingungen ausgenutzt, der in diesen Raum abgestrahlt wird und dort stehende Wellen bildet. Damit wird nicht nur durch den direkten Kontakt zwischen den Öltröpfchen und den Wandungen eine Energieübertragung erzielt, sondern beim Durchwandern des Raumes passieren die Ölnebel und -tröpfchen die Wellenbäuche der stehenden Wellen und werden dort zu einem weiteren Energieaustausch gezwungen. Auf diese Weise wird eine äußert günstige Vergasung der flüssigen Brennstoffe erzielt, wodurch der Wirkungsgrad der Vorlichtung zur Vergasung flüssiger Brennstoffe erheblich erhöht wird.
• Die Erfindung läßt sich zur Vergasung aller flüssigen Brennstoffe verwenden und eignet sich nicht nur für den Einsatz bei ortsfesten oder beweglichen Verbrennungsanlagen sondern auch für Otto- und Dieselmotoren.

Claims (27)

Patentansprüche

1.;Vorrichtung zur Vergasung flüssiger Brennstoffe und zur Vermischung mit dem Sauerstoff der Luft mit Hilfe einer mechanische Schwingungen im Ultraschallbereich ausführenden Schwingungsvorrichtung, welche zur Schwingungsübertragung mit Metallformkörpern schwingungsmäßig verbunden ist, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der einen Vergasungs- und/oder Vermischungsraum (1) bildende Metallformkörper (2) als topfförmiger Schwingungskörper ausgebildet ist und in dem Vergasungs- und/oder Vermischungsraum (1) mindestens eine Brennstoffzuführungsdüse (3) angeordnet ist, deren Absprühkegel (4) derart ausgebildet und angeordnet ist, daß mindestens ein überwiegender Teil des abgesprühten Brennstoffes mit den Oberflächen des Schwingungskörpers (2) in Berührungskontakt gelangt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß' mindestens eine Brennstoffzuführungsdüse (3) im Topfboden (5) des Schwingungskörpers (2) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß mindestens eine Brennstoffzuführungsdüse in der Seitenwandung (6) des topfförmigen Schwingungskörpers (2) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß im Topfboden (5) des Schwingungskörpers (2) mindestens eine EuftzufUhrungsdüse (7) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß mindestens eine huftzuführungsöffnung (7), welche als Bohrung, Schlitz oder Düse ausgebildet ist, in der Seitenwandung (6) des topfförmigen Schwingungskörpers (2) angeordnet ist.

6. Yorrichtuffg nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß mehrere Luftzuführungsöffnungen (7) in einer Ebene parallel zum Topfboden (5) des Schwingungskörpers (2) in der Seitenwandung desselben angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß mehere Luftzuführngsöffnungen (7) in mehreren Ebenen übereinander vertikal um einen bestimmten Winkel verschoben in der Seitenwandung des Schwingungskörpers (2) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 7, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß die Mittelachsen (8) der Luftzuführungsdüsen (7) auf die Mittelachse (9) des topfförmigen Schwingers (2) gerichtet sind und zu der Ebene, die parallel zum Topfboden (5) liegt, einen Winkel bilden, der kleiner als 90 Grad und größer als O Grad ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n nz e l c h n e t, daß der Winkel der Mittelachsen (8) der Luftzuführungsdüsen (7) zu der Ebene, die parallel zum Topfboden (5) liegt,45 Grad beträgt.

1 Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 9, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Mittelachsen (8) der in der Seitenwandung (6) des Schwingungskörpers (2) angeordneten Luftzuführungsdüsen (7) auf eine Strecke gerichtet sind, die sich von der Mittelachse (9) des topfförmigen Schwingers(2) bis zur Seitenwandung (6) desselben erstreckt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 10, d a d u r c h &-e -k e n n z e ic h n e t, daß sich Jeweils mindestens zwei Achsen der Luftzuführungsdüsen (7) oder Öffnungen in dem Vergasungs- und/oder Vermischungsraum (1) schneiden, derart, daß in dem Raum mehrere Wirbelströmungen der Luft entstehen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der voranstehenden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Brennstoffzuführungsdüsen (3) den Luftzuführungsdüsen oder -öffnungen (7) in den Wandungen (6) des topfförmigen Schingers (2) derart zugeordnet sind, daß der zugeführte Brennstoff erst einer Vergasung und danach einer Vermischung unterworfen ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der voranstehenden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Schwingungsvorrichtung zur Umwandlung elektromagnetischer in mechanische Schwingungen piezokeramische Bauelemente(10) aufweist, welche aus modifiziertem Blei-Zirkonat-Titanat bestehen und mit den Metallformkörpern zu einem mechanisch vorbespannten Wandler ausgebildet sind, der Je einen Endabschnitt (11) hoher und geringer (12) Schaltintensität aufweist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1, oder einem der vorstehenden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Schwingunsvorrichtung als Verbundschwinger mit einer oder mehreren Schraubverbindungen (13) ausgebildet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der vorstehenden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Endabschnitt hoher Schaltintensität (11) als mechanischer Trans--formator ausgebildet ist, derart, daß eine Transformation von einer quellseitig größen schwingenden Fläche mit kleiner Amplitude eine kleine schwingende Abstrahlfläche mit großer Amplitude durchführbar ist.

16. vorrichtung nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t , daß die Schwingungsvorrichtung (2,10,11,12) als Verbundschwinger mit einem mechanisch vorbespannten Wandler ausgebildet ist, wobei-der Endabschnitt (12) geringer Schallintensität einen Befestigungsflansch (14) aufweist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der vorstehenden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Schwingungsvorrichtung (2,10,11,12) zylinderförmig ausgebildet ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der vorstehenden, da dur cuh g e k-e-n---n z e ic h ne t, daß an dem Endabschnitt (11) hoher Schallintensität der'topfförmige Schwingungskörper (2) schallübertragungsmäßig angekoppelt ist, derart, daß der Topfboden (5) zu Plattenwellen anregbar ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der vorstehenden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der topfförmige Schwingungskörper (2) mit dem Endabschnitt (11) hoher Schallintensität verschraubt ist, wobei die oberen Seitenflächen (6) des Schwingungskorpers (2) innenseitig mit einem Gewinde versehen sind, das in ein Gegengewinde an den oberen Seitenflächen des Endabschnittes (11) eingreift)

20. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 17, d a d u r c h g ek e n n z e 1 c h n e t, daß der Topfboden (5) des Schwigungskörpers (2) von einer mit dem Schwtgungskörper integral verbundenen Hülse umschlossen ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der vorstehenden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Verbundschwinger mit den angekoppelten Metallformkörpern" in einem zylindrisch begrenzten Luftströmungskanal (15) vonder Luftströmung umströmbar befestigt ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß der Verbundschwinger im Luftströmungskanal (15) mittels einer senkrecht im Strömungskanal angeordneten und angeflanschten Metallscheibe (16) befestigt ist, die mit dem Verbundschwingungssystem verspannt-ist, wobei der i-n dem Strömungskanal (15) befindliche Teil der Metallscheibe (16) mit Öffnungen für die Luftströmung versehen ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22 , da d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß die Größe der Öffnungen zur Regulierung der Luftströmung veränderbar ist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 21, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß der Verbundschwinger im Luftströmungskanal (15) mittels einer Dreipunkt-aufhängung in den Schwingungsknotenpunkten -des Schwingers befestigt ist.

25. Vorrichtung nach Anspruch 21, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß sich an dem Wandlerendabschnitt geringer Schallintensität ein Flansch befindet, mit dem der Verbundschwinger im Strömungskanal (15) befestigt ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 21 oder einem der vorstehenden, d a d u r c-h g e k e n n z e i c h n e t, daß Strömung mäßig hinter den an den Luftströmungskanal 15 grenzenden LuftfGhrungsöffnungen (7) des topfförmig ausgebildeten Schwingungskörpers (2) eine Luftumlenkungsvorrichtung (17) angeordnet ist, die sich in den Luftführungskanal (15) erstreckt.

27. Vorrichtung nach Anspruch 21, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß die Luftumlenkungsvorrichtung (17) als Kegelstumpfmantel ausgebildet ist, dessen kleine Mantelöffnung gleich dem dem äußeren Durchmesser des topfförmigen Schwingungskörpers (2) ist undder mit dem Kegelstumpfmantel befestigt ist.