DE3036841A1

DE3036841A1 - Brennersystem fuer die verdampfung von fluessigen brennstoffen

Info

Publication number: DE3036841A1
Application number: DE19803036841
Authority: DE
Inventors: Takeshi Matsudo Imaizumi; Michiaki Matumoto; Mitsuo Tokyo Mimura
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1979-10-03
Filing date: 1980-09-30
Publication date: 1981-04-09
Also published as: JPS5653308A; US4396372A; DE3036841C2

Description

HITACHI, LTD., Tokyo, Japan

Brennersystem für die Verdampfung von flüssigen Brennstoffen

Die Erfindung betrifft ein Brennersystem für die Verdampfung von flüssigen Brennstoffen, insbesondere von Kerosin durch dessen Verdampfung, so daß die Verbrennung des Brennstoffs in blauen Flammen erfolgt.

Bei dieser Art von Brennersystem ist ein Kerosin-Verdampfer vorgesehen, der durch ein elektrisches Heizelement erhitzt wird. Kerosin und Primärluft in einem zum Aufrechterhalten einer Primärverbrennung erforderlichen Volumen werden zum Kerosin- Verdampf er geliefert zur gleichzeitigen Verdampfung des Kerosins mit der Erhitzung der Luft. Das vergaste Kerosin und die erhitzte Luft werden miteinander gemischt, wobei das Gemisch zur Verbrennung zu Flammöffnungen geleitet wird.

Der Verdampfer hat im allgemeinen eine Temperatur im Bereich von 250 bis 30O⁰C. Das vergaste Kerosin wird kondensiert, wenn die Temperatur abfällt, wobei das Kondensat auf einem Brennstoff-Luftgemischkanal niedergeschlagen wird. Dies würde eine Verringerung des Anteils am Brennstoff im Gemisch unter den normalen Anteil erzeugen, wobei eine zufriedenstellende Zündung nicht erzielt werden könnte. Einer der mit der Temperaturherabsetzung des vergasten Kerosins verbundenen Faktoren

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ist die Temperatur des Brennstoff-Luftgemischkanals. Ein weiterer Faktor ist die niedrige Temperatur der Primärluft. Zur Vermeidung dieser Störung wird für gewöhnlich, die Primärluft dem Kerosinverdampfer zugeführt, wobei beide erhitzt werden. Die Primärluft wird so zum Verdampfer geliefert, daß sie der Umwandlung des Kerosins in zerstäubte Teilchen dient. Im Hinblick auf den Brennstoff-Luftgemischkanal werden der Verdampfer und der Vormischkanal in gutem Wärmeleitzustand gehalten, um hierdurch den Brennstoff-Luftgemischkanal zu erwärmen. Das konstruktive Merkmal, daß der Verdampfer, der Brennstoff-Luftgemischkanal und andere Teile des Brennersystems in Berührung miteinander gehalten werden, wird ebenfalls zur Rückgewinnung von Verbrennungswärme zur Verwendung im Verdampfer verwendet zur Verminderung oder Beseitigung der Notwendigkeit, das elektrische Heizelement während der Dauerbetriebsverbrennung einzuschalten.

Hat die Verbrennung einmal begonnen, so erzeugt sie Wärme, die die Temperatur im Brennstoff-Luftgemischkanal auf ein hohes Niveau anhebt. Die die genannte Störung verursachende Kondensation des vergasten Kerosins findet im Augenblick der Zündung statt.

Somit hat diese Art von bisherigem Brennersystem den Nachteil, daß das Vorerhitzen des Verdampfers zum Zeitpunkt der Zündung eine lange Zeit erfordert, da die Primärluft und der Brennstoff-Luftgemischkanal auf eine gegebene Temperatur erhitzt werden sollen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß das Brennersystem einen hohen Verbrauch an elektrischer Energie hat, da der Stromverbrauch des elektrischen Heizelements hoch ist aufgrund des Erfordernisses, den Verdampfer durch das elektrische Heizelement erhitzt zu halten, um für den nächstfolgenden Verbrennungszyklus auch dann bereit zu sein, wenn das Brennersystem unwirksam ist.

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Aus dem Obigen ist ersichtlich, daß bei einer Wärmeisolierung des Brennstoff-Luftgeraischkanals und anderer Teile gegenüber dem Verdampfer eine Einsparung an elektrischer Energie möglich ist, wenn das Brennersystem unwirksam ist, wobei sich aber große Schwierigkeiten beim Zünden des Brennstoff-Luftgemischs ergeben.

Der Stand der Technik ist durch folgende Druckschriften gegeben:

1. Japanische Offenlegungsschrift 51030/79. In einem Behälter für konstantes Flüssigkeitsniveau befindliches Kerosin wird zu einer Venturidüse geleitet zur Umwandlung des Kerosins in zerstäubte Teilchen durch einen aus einem Gebläse stammenden Luftstrom. Das Kerosin in zerstäubter Teilchenform trifft auf die Vergasungsfläche einer durch ein Heizelement erhitzten Vergasungskammer 14 auf, wobei das vergaste Kerosin zusammen mit Luft ein Vorgemisch aus Brennstoff und Luft bildet, das zur Verbrennung aus Verbrennungsöffnungen ausströmt.

2. US-PS 4 175 919 (Japanische Offenlegungsschrift 148839/77). Fig. 6 und 7 zeigen ein Brennersystem, das die Grundform der Ausführungsform nach der Erfindung bildet. Das dargestellte Brennersystem ist geradlinig und enthält Sekundärluftöffnungen in der Mitte und schlitzförmige Flammöffnungen an gegenüberliegenden Seiten der Sekundärluftöffnungen, um ein Vorgemisch aus Brennstoff und Luft daraus auströmen zu lassen.

Aufgabe der Erfindung ist unter Beseitigung der Nachteile des Standes der Technik die Schaffung eines Brennersystems, das eine zufriedenstellende Zündung eines Brennstoff-Luftgemischs ermöglicht bei gleichzeitiger Minimierung der Zeit, die im Zeitpunkt der Zündung zum Vorheizen des Verdampfers erforderlich ist, und ist die Schaffung eines Brennersystems, das eine gute Verdampfung durch Verwendung eines Gebläses erzielt, das

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einen Luftstoß mit verhältnismäßig niedrigem Druck entwickelt.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erf5.ndungsgemäß durch die Gegenstände der Ansprüche 1 bzw. 6.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die wesentlichen Merkmale der Erfindung bestehen darin, daß das Volumen der zum Verdampfer gelieferten Primärluft vermindert wird, wobei der Rest der Primärluft von außen her zur stromab gelegenen Seite des Verdampfers geliefert wird, und daß im Zeitpunkt der Zündung der Luftanteil im Brennstoff-Luftgemisch vermindert ist, während der Anteil des flüssigen Brennstoffs im Gemisch erhöht ist, verglichen mit den entsprechenden Anteilen im während der Dauerbetriebsverbrennung gelieferten Brennstoff-Luftgemisch.

Die Erfindung betrifft kurz zusammengefaßt ein Brennersystem zum Verdampfen von flüssigem Brennstoff, im allgemeinen Kerosin, und zum Verbrennen des gasförmigen Brennstoffs in blauen Flammen, mit einem durch ein Heizelement auf etwa 250 bis 300⁰C erhitzten Verdampfer zum Verdampfen des Kerosins. Der Verdampfer ist gegenüber einem Vormischkanal und einem Brenner wärmeisoliert zur Verringerung der zum Vorheizen des Verdampfers erforderlichen Zeit. Zum Zeitpunkt der Zündung ist das Volumen eines Teils der zum Verdampfer gelieferten Primärluft unter das beim maximalen Verbrennungszustand gelieferte entsprechende Volumen verringert, während das Volumen des zum Verdampfer gelieferten Kerosins im wesentlichen gleich dem entsprechenden, beim maximalen Verbrennungszustand gelieferten Volumen ist. Dies ermöglicht die Lieferung eines Vorgemischs aus Flüssigkeit und Luft innerhalb einer brennbaren Grenze zu Flammenöffnungen selbst dann, wenn ein Teil des Vorgemischs' im Vormischkanal Tau bildet, und ermöglicht das Ausströmen eines ange-

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reicherten Vorgemischs aus den Flammöffnungen bei niedriger Geschwindigkeit zur Erleichterung der Zündung. Der Verdampfer enthält einen Lufteinlaß in Form einer Venturidüse mit einer Engstelle, in die eine Zuführungsöffnung für flüssigen Brennstoff mündet, wobei ein Auslaß in einer Drosselstelle einer Venturidüse mündet, die in einem Kanal für den Rest der Primärluft angeordnet ist, zur Lieferung von durch ein Gebläse erzeugter Luft bei hoher Strömungsgeschwindigkeit und bei niedrigem Luftdruck. Das zum Verdampfer gelieferte Luftvolumen ist so gewählt, daß das Gewichtsverhältnis G_a/G-i der Luftstromdurchsatzmenge G_ zur Kerosinstromdurchsatzmenge G-, 0,3 bis 5,0 beträgt, um die Teilchengröße des zerstäubten Kerosins zu minimieren und die Leistungsfähigkeit des Heizelements zu verringern.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben. Darin zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt des Brennersystems gemäß

einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt II-II von Fig. 2;

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Be

ziehung des Gewichtsverhältnisses G_/G-,

des Luftvolumens G„ zum Kerosinvolumen

G-, und der Teilchengröße des Kerosins in zersträubter Teilchenform;

Fig. 4 eine schematische Darstellung des Ver

hältnisses G /G-, in Beziehung zur Taupunkttemperatur t₀ des verdampften Kerosins und von Luft und in Beziehung zur Wärmemenge je 1 kg Kerosin zur Erhitzung

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- ίο -

des gasförmigen Kerosins und der Luft auf die Temperatur t ;

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Bezie

hung zwischen der Luftgeschwindigkeit um das Kerosinzufuhrrohr und der Teilchengröße der zerstäubten Kerosinteilchen.

Bei der Ausführungsform der Erfindung wird Kerosin in Form von zerstäubten Teilchen umgewandelt, wenn es zu einem Verdampfer geliefert wird, der wärmeisoliert an einem Vormischkanal und an anderen Teilen eines Brennersystems befestigt ist.

Der mit einem elektrischen Heizelement 2 versehene Verdampfer 1 ist an seiner Außenseite mit einem wärmeisolierenden Material 3 bedeckt. Der Verdampfer 1 ist auch mit einem Temperatursensor versehen zur Steuerung eines zum Heizelement 2 gelieferten Stroms. Der Verdampfer enthält einen venturidüsenförmigen Einlaß und hat ein Kerosinzufuhrrohr 4, das in einer Engstelle des Einlasses mündet, der in einer mit einem Gebläse 6 in Verbindung stehenden Luftverteilungskammer 5 mündet. Der Verdampfer 1 enthält auch einen Auslaß, der in der Mitte einer Engstelle einer Venturidüse 7 mündet, die ihrerseits an ihrem Einlaß über einen Venturikanal 7a mit der Luftverteilungskammer 5 verbunden ist.

Die zum Einlaß des Verdampfers 1 und zum Einlaß der Venturidüse 7 gelieferte Luft wird als Primärluft bezeichnet und hat ein Volumen oder Primärluftvolumen, das auf einem Niveau festgelegt ist, das über der Gelbgrenze des Luftvolumens (im allgemeinen etwa 0,7 des theoretischen Luftvolumens) gegenüber Kerosin liegt. Der Verdampfer 1 ist so ausgelegt, daß ein Anteil der in seinen Einlaß strömenden Primärluft ein sehr kleines Volumen hat und unter der Gelbgrenze liegt.

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Ein Brenner 10 ist in der Mitte mit Sekundärluftöffnungen 11 und mit Flammöffnungen 12 auf gegenüberliegenden Seiten der Sekundärluftöffnungen 11 versehen. Der Brenner 10 besteht aus einem Aluminiumabschnitt mit einem Sekundärluftkanal 13 in der Mitte und einem Flammöffnungsabschnitt 14 an gegenüberliegenden Seiten des Sekundärluftkanals 13» wobei die Sekundärluftöffnungen 11 und die Flammöffnungen 12 durch spannabhebende Bearbeitung in Schlitzform vorgesehen sind. Der Sekundärluftkanal 13 mündet in die Luftverteilungskammer 5. Die Venturidüse 7 ist durch Schrauben 16 über eine Packung 15 aus •wärmeisolierendem Material am Brenner 10 befestigt. Der Verdampfer 10 ist in gleicher Weise ebenfalls am Brenner 10 befestigt.

Eine aus Aluminiumdruckguß bestehende Brennkammerwand 20 bildet eine Brennkammer 21 und einen Vormischkanal 22 und ist in ihren Seitenteilen mit Nuten 33 versehen zur Aufnahme von Endteilen des Flammenöffnungsteils 14 des Brenners 10, um letzteren an seinem Einbauort zu halten. Der Raum zwischen der Aussenfläche der Venturidüse 7 und der Innenfläche der Brennkammerwand 20 bildet den Vormischkanal 22, der mit den Flammöffnungen 12 in Verbindung steht. Somit ist die den Vormischkanal 22 umschließende Brennkainmerwand 20 ein Teil des Brenners 10. Die Brennkammerwand 20 ist an einem Ende durch eine Platte 24 abgeschlossen, die durch Schrauben 25 an der Brennkammerwand 20 befestigt ist. Eine Platte 26 schließt das andere Ende der Brennkammerwand 20 und ist mit Öffnungen 27 und 23 für Primärluft bzw. Sekundärluft versehen. Die Platte 26 und ein Kasten 29 der Luftverteilungskammer 5 sind durch Schrauben 30 an der Brennkammerwand 20 befestigt. Der Kasten 29 der Luftverteilungskammer 5 ist mit einer das Kerosinspeiserohr 4 tragenden Kerosinzufuhrleitung 22 versehen. Es ist ein Wasserkanal 33 vorgesehen.

Ein Behälter 40 mit konstantem Flüssigkeitsniveau zur Liefe-

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rung von Kerosin hält das Flüssigkeitsniveau im wesentlichen auf derselben Höhe wie die Öffnung des Kerosinspeiserohrs. Ein Luftrohr 41 liefert den in der Luftverteilungskammer herrschenden Luftdruck zur Flüssigkeitsfläche des Behälters 40. Kerosin wird durch einen Einlaß 42 in den Behälter 40 geliefert und über Magnetventile 44 und 45 sowie Öffnungen 46 und 47 in einen Kerosin-Vorheizkanal 48 der Brennkammerwand 20 und von da aus in das Kerosinspeiserohr 4 geleitet. Das Magnetventil 44 ist im Zeitpunkt der Zündung und während der Verbrennung geöffnet, während das Magnetventil 45 nur im Zeitpunkt der Zündung geöffnet ist.

Das Gebläse β ist derart angebracht, daß das Volumen der hierdurch gelieferten Luftveränderungen in Abhängigkeit von der Temperatur im Wasserkanal 33 erfährt. Inzwischen wird der Ausgang des elektrischen Heizelements je Einzelstunde in Abhängigkeit von der Temperatur des Kerosins im Kerosinvorheizkanal 48 verändert. Die Steuerung des Gebläses 6 und des Heizelements 2 erfolgt durch nicht gezeigte gesonderte Steuerungen.

Das Volumen der durch das Gebläse 6 gelieferten Luft wird derart gesteuert, daß zum Zeitpunkt der Zündung das Volumen etwa gleich dem halben maximalen Volumen der während der Dauerbetriebsverbrennung gelieferten maximalen Volumens ist. Selbst wenn das Volumen der Luft etwa die Hälfte beträgt, sind die Magnetventile 44 und 45 geöffnet und liefern Kerosin mit einem Volumen, da im wesentlichen gleich dem maximalen Volumen des während der Dauerbetriebsverbrennung gelieferten Kerosins ist. Diese Volumenänderungen von Luft und Kerosin werden durch eine Taktsteuereinrichtung in den genannten Steuerungen gesteuert.

Zur Erzielung einer Zündung, wenn die verschiedenen Teile des Brennersystems noch nicht erwärmt sind, wird zuerst elektri-

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scher Strom zum Heizelement 2 zur Erhitzung des Verdampfers 2 geleitet. Wenn die Temperatur des Verdampfers 1 auf eine gegebene Höhe zwischen 250 und 300⁰C ansteigt, wird das Gebläse 6 betätigt. Dieses arbeitet derart, daß das hiervon geförderte Luftvolumen etwa gleich dem halben maximalen Luftvolumen ist, das hiervon während der Dauerbetriebsverbrennung gefördert wird. Zur selben Zeit werden zur Lieferung von Kerosin die Magnetventile 44 und 45 geöffnet. Der auf die Oberfläche des Kerosins im Behälter 40 ausgeübte Druckunterschied und der Druck am Auslaß des Kerosinspeiserohrs 4 sind durch das vom Gebläse 6 gelieferte Luftvolumen bestimmt, so daß das Volumen des Kerosinstroms sich proportional zum Volumen des Luftstroms ändert. Da die Magnetventile 44 und 45 im Zeitpunkt der Zündung offen sind, ist das Volumen des Kerosinstroms etwa dasselbe wie die maximale Strömungsdurchsatzmenge am Kerosin, die während der Dauerbetriebsverbrennung erzielt wird, und zwar selbst dann, wenn das Luftvolumen klein ist. Das Kerosin wird durch den kleinen Anteil an in den Verdampfer 1 eingeführter Primärluft zu Teilchen zerstäubt, wobei das zerstäubte Kerosin im Verdampfer 1 sofort vergast wird zur Erzeugung eines Gemischs aus Brennstoff und Luft mit einer Temperatur, die geringfügig höher als die Taupunkttemperatur des Kerosins ist, das aus dem Auslaß des Verdampfers 1 strömt.

Inzwischen tritt der Anteil der Primärluft, die durch den Venturikanal 7a aus der Luftverteilungskammer 5 herausgeleitet wurde, aus der Venturidüse 7 aus, wo er mit dem Brennstoff-Luftgemisch aus dem Verdampfer 1 gemischt wird. Da die durch den Venturikanal 7a in die Venturidüse 7 strömende Primärluft noch nicht erhitzt ist, so bewirkt sie ein Kondensieren des gasförmigen Kerosins des Gemischs, so daß das Gemisch an gasförmigem Brennstoff und Luft in ein Brennstoff-Luftgemisch umgewandelt wird, das sich im Zustand eines Nebels mit einer Teilchengröße von unter 10 μ befindet, der in den Vormischkanal 22 strömt. Ein Teil des Nebels wird dabei an der Wand des

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Kanals niedergeschlagen, während ein anderer Teil hiervon aus den Flammenöffnungen 12 ausströmt und durch eine nicht gezeigte Zündeinrichtung gezündet wird zur Verbrennung in der Brennkammer 21. Die Sekundärluft aus der Luftverteilungskammer 5 wird durch Sekundärluftöffnungen 11 in die in den Flammenöffnungen 12 gebildeten Flammen derart ausgestoßen, daß die Ströme an Sekundärluft zu Teilen der Flammen stromab der Flammenöffnungen 12 geliefert werden. Somit kann eine vollständige Verbrennung des Brennstoff-Luftgemischs erzielt werden.

Ist die Verbrennung einmal in Gang gesetzt, so wird die Brennkammerwand 12 erhitzt und werden das Wasser und Kerosin in den Kanälen 33 bzw. 48 wiederholt erhitzt. Der Brenner 10 wird auch erhitzt, wobei seine den Vormischkanal 22 bildende Wand durch das Erhitzen eine Temperaturzunähme erfährt. Folglich wird das darauf abgelagerte Kerosin wiederum verdampft und strömt aus. In diesem Zeitpunkt wird das Magnetventil 45 geschlossen und liefert das Gebläse 6 Luft in einem Volumen, das mit der Temperatur im Wasserkanal 33 im Einklang steht. Kerosin wird in einem Volumen geliefert, das mit dem Luftvolumen im Einklang steht.

2 bis 3 Minuten nach der Einleitung der Verbrennung wird das Kerosin im Kerosinvorheizkanal 48 auf etwa 100 bis 16O°C vorerhitzt, so daß die zur Verdampfung des Kerosins erforderliche Wärmemenge kleiner und der zum elektrischen Heizelement 2 geleitete Strom verringert wird. Der Verdampfer 1 wird auf einer Temperatur im Bereich von 250 bis 300⁰C gehalten. Wenn die Temperatur des Kerosins 16O°C übersteigt, kocht das Kerosin teilweise, wobei sein Volumen Änderungen erfährt und Geräusche erzeugt werden. Daher wird das Kerosin auf ein Niveau unter 16O°C vorerhitzt.

Im Zeitpunkt der Zündung bewirkt die niedrige Temperatur des

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Vormischicanals 22, daß ein Teil des Brennstoff-Luftgemischs, wie oben beschrieben, Tau bildet. Hierdurch wird der Rest der Primär luft in der Venturidüse derart geliefert, daß er das aus dem Verdampfer 1 herausströmende Brennstoff-Luftgemisch umschließend strömt. Durch diese Anordnung wird das Brennstoff-Luftgemisch gehindert, in Berührung mit der Venturidüse 7 zu kommen, wodurch ein Niederschlag des Brennstoffkondensats vermieden wird. Somit kann der Niederschlag des Brennstoffkondensats im Vormischkanal 22 insgesamt verringert werden. Das aus den Flammöffnungen 12 herausströmende Brennstoff-Luftgemisch liegt in Form eines Nebels mit einer Teilchengröße unter 10 μ vor. Jedoch zeigen Versuchsergebnisse, daß eine Verbrennung in blauen Flammen erzielbar ist, wenn die Teilchengröße unter 10 μ liegt, so daß in dieser Hinsicht kein Problem besteht. Auch verursacht die Taubildung eine Verringerung des Kerοsinvolumens des Gemischs. Da jedoch das Luftvolumen klein ist, bleibt das Gemisch im zündfähigen Bereich. Insbesondere verlangsamt ein Luftmangel die Strömungsgeschwindigkeit des Gemischs, so daß die Zündung erleichtert und eine gute Zündung erzielt werden kann. Der sich auf dem Vormischkanal 22 niederschlagende Brennstoff hat eine Teilchengröße im Bereich von 5 bis 10 μ, so daß der niedergeschlagene Brennstoff bei erneuter Erhitzung zufriedenstellend verdampft werden kann.

Bei der Auslegung der Größe des Vormischkanals 22 zur Verringerung des Niederschlags an Brennstoffkondensat und der Stellung d.er Zündelektroden zur Erleichterung der Zündung wie auch der zur Erzielung der Zündung benötigten elektrischen Energie sollte sorgfältig vorgegangen werden.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform ist das im Zeitpunkt d.er Zündung verwendete Kero sinvo lumen gleich dem während der Dauerbetriebsverbrennung verwendeten maximalen Volumen. Dies gestattet eine Verwendung des Heizelements für die Dauerbetriebsverbrennung auch im Zeitpunkt der Zündung, wodurch die

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Konstruktion vereinfacht wird.

Wie oben beschrieben, wird ein kleiner Anteil der Primärluft zusammen mit Kerosin zum Verdampfer 1 geliefert. Die Wirkung der Primärluft wird nun beschrieben.

Fig. 3 ist ein Diagramm mit einer Darstellung der Ergebnisse von Versuchen bezüglich der Beziehung zwischen dem Gewichtsverhältnis G /G-, aus der Strömungsdurchsatzmenge des kleineren Anteils G_a an zum Verdampfer 1 gelieferter Primärluft im Anschluß an das Strömen längs des Außenumfangs des Kerosinlieferrohrs 4 zur Strömungsdurchsatzmenge G-, an Kerosin und der Teilchengröße d-, des zum Verdampfer 1 gelieferten Kerosins. Die Abszisse zeigt auch das Verhältnis n* des kleineren Anteils der Primärluft zum theoretischen Luftvolumen. Wenn G /G-, = O ist, oder wenn keine Luft geliefert wird, wird das Kerosin nicht in die zerstäubte Teilchenform umgewandelt und wird in Form eines Films geliefert, der verdampft wird, während er sich im unteren Teil des Verdampfers 1 sammelt. Somit bleibt das Kerosin während längerer Zeit im Hochtemperaturzustand und wird zerstört, so daß sich eine größere Menge an Bodensatz ansammelt. Jedoch verwandelt die Zufuhr einer geringen Luftmenge das Kerosin in zerstäubte Teilchenform, die auf die gesamte Fläche des Verdampfers 1 geblasen und augenblicklich zerstäubt wird, wodurch die Ansammlung von Bodensatz vermindert wird. Wenn das Verhältnis G^G₁ = 0,3 beträgt, wird das Kerosin in zerstäubte Teilchenform umgewandelt und eine gute Verdampfung erzielt. Eine Zunahme des Verhältnisses G„/G-, in den Bereich zwischen 2,0

a j.

und 5>0 verursacht eine starke Verringerung der Teilchengröße des Kerosins. Wenn jedoch das Verhältnis G /G-, über dem Be-

el JL

reich von 2,0 bis 3,0 liegt, wird die Verringerungsrate der Teilchengröße kleiner.

Fig. 4 zeigt das Verhältnis G /G-, in Beziehung zur Taupunkt-

imisehs aus ·"

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temperatur t des Gemisehs aus verdampftem Kerosin und Luft und

die Wärmemenge q je 1 kg Kerosin, die zur Erhitzung des Gemisclis auf die Taupunkttemperatur t erforderlich ist, oder die '"Wärmemenge, die durch Verwendung des elektrischen Heizelements 2 erzielt werden sollte. Die Abszisse gibt auch das in Verbindung mit Fig. 3 beschriebene Verhältnis n,, an. Aus der Figur ist ersichtlich, daß bei fehlender Luftzufuhr eine große Wärmemenge erforderlich ist, da t hoch ist. Jedoch verursacht die Zufuhr einer kleinen Luftmenge eine Verringerung von t , wobei die Wärmemenge q sich auch verringert und mit dem Verhältnis ^Ga^^Gl ^ °'^ ^{aui ein Minimum} gebracht wird. Eine weitere Zunahme des Verhältnisses G„/G_n verursacht eine Verringerung von t und

cLJ- O

eine Zunahme der vfärmemge q aufgrund einer Zunahme des zu erhitzenden Luftvolumens G₀.

Somit wird der Hinimalwert des zum Verdampfer 1 gelieferten Luftvolumens vorteilhaft derart gewählt, daß das Verhältnis G /G₁ = 0,3 ist, was die Wärmemenge α auf ein Minimum bringt,

CL X * "*■

während dessen Maximalwert vorteilhaft derart gewählt wird, daß das Verhältnis Gg/G-i = 2,0 - 5,0 ist, oder das Verhältnis liegt in dem Bereich, in dem die Teilchengröße des Kerosins eine plötzliche Verringerung zeigt, vergl. Fig. 3. Wenn somit die Teilchengröße des zum Verdampfer 1 gelieferten Kerosins und die durch das elektrische Heizelement 2 erzeugte Wärmemenge zusammen in Betracht gezogen werden, liegt ein optimaler Wert des Gewichtsverhältnisses G^/G-^ des zum Verdampfer 1 gelieferten Luftvolumens G_& zu dem zum Verdampfer 1 gelieferten Kerosinvolumen G-, im Bereich von 0,3 bis 5,0.

Fig. 5 zeigt die Ergebnisse von Versuchen, die bezüglich der Beziehung zwischen der Strömungsgeschwindigkeit V_Q von Luft

el

längs des Außenumfangs des Kerosinspeiserohrs 4 und der Kerosinteilchengröße d-, durchgeführt wurden. Aus der Figur ist ersichtlich, daß, je höher V ist, umso linearer die Verringerung

et

von d-, wird. D.h., wenn der Strömungsdurchsatz von Luft längs des Außenumfangs des Kerosinspeiserohrs 4 erhöht wird, wird die

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Teilchengröße des zum Verdampfer 1 gelieferten Kerosins kleiner. Dies bedeutet, daß die Verdampfung in geringerer Zeit erzielt und der Bodensatz von Kerosin auf ein Minimum gebracht werden kann. Das Konstruktionsmerkmal, daß der Verdampfer 1 einen mit dem Kerosinspeiserohr 4 verbundenen venturiförmigen Einlaß hat, ermöglicht die Erzielung einer höheren Luftgeschwindigkeit bei einem geringeren Druckabfall, wodurch die Menge an Bodensatz von Kerosin vermindert wird.

Das weitere Konstruktionsmerkmal, daß der Auslaß des Verdampfers 1 in der Engstelle der Venturidüse 1 mündet, an welcher ein Unterdruck erzeugt wird, ermöglicht es einem Teil der durch den Venturikanal 7 a in die Venturidüse 7 strömenden Primärluft, das durch den Verdampfer 1 strömende Brennstoff-Luftgemisch mitzuziehen. Somit kann der Strömungsdurchsatz des Anteils der Primärluft, der längs des Außenumfangs des Kerosinspeiserohrs 4 in den Verdampfer 1 strömt, mit einem vom Gebläse 1 gelieferten geringen Luftdruck erhöht werden. Dies führt zu einer verringerten Produktion von Kerosinbodensatz.

Ein Beispiel des Brennersystems nach der Erfindung wird nun beschrieben. Wenn G„/G_n =1,7 und die Magnetventile 44 und 45

el J-

im Zeitpunkt der Zündung bei einer Ausbeute von etwa 30 000 kcal/h etwa 1 Minute geöffnet werden, werden eine gute Zündung und Verbrennung erzielt.

Bei der dargestellten und beschriebenen Ausführungsform ist der Verdampfer 1 wärmeisoliert und wird das Kerosin durch die Primärluft in zerstäubte Teilchen umgewandelt. Die Erfindung ist aber nicht auf diese spezielle Ausführungsform beschränkt.

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, Λ9 .

Leerseite

Claims

036841

Pafenfäilwaltö
BEETZ-LAMPRECHT-BEETZ

8000. München 22 - Steinsdorfstr, 10

3o. Sept. 198o

81-31.478P(31.479H)

ANSPRÜCHE

Brennersystem für die Verdampfung von flüssigen Brennstoffen,
gekennzeichnet

- durch einen Verdampfer (1) mit einem Heizelement (2) und einem in Form einer Venturidüse (7) ausgebildeten Einlaß, der einen ersten Teil an Primärluft zuführt,

- durch eine Speiseöffnung für flüssigen Brennstoff, die in der Engstelle des Einlasses mündet,

- durch einen Luftkanal (13) für den Durchtritt eines zweiten Teils der Primärluft und für dessen Lieferung von außen her zur stromab gelegenen Seite des Verdampfers (1),

- durch einen Vormischkanal (22) für eine zu Flammöffnun-

- gen (12) erfolgende Strömung eines Vorgemischs aus dem zweiten Teil der Primärluft mit einem im Verdampfer (1)

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gebildeten Vorgemisch aus Brennstoff und dem ersten Teil der Primärluft,

durch SekundärluftÖffnungen (11) zum Liefern von Sekundärluft zur stromab gelegenen Seite der Flammöffnungen (12) und

durch ein Gebläse (6) zum Liefern der Primärluft und der Sekundärluft,

wobei die Summe, gebildet aus dem zum Verdampfer (1) gelieferten Volumen des ersten Teils der Primärluft und dem zur stromab gelegenen Seite des Verdampfers (1) gelieferten zweiten Teil der Primärluft, sich auf einem höheren Niveau als die Gelbgrenze des Luftvolumens gegenüber einem flüssigen Brennstoff befindet, und wobei das Volumen des zum Verdampfer (1) gelieferten ersten Teils der Primärluft kleiner als die Gelbgrenze ist.
2. Brennersystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

- daß im Luftkanal (13) eine Venturidüse mit einer Engstelle angeordnet ist, in die ein Auslaß des Verdampfers (1) mündet.
3. Brennersystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Volumen des ersten Teils der zum Verdampfer (1) gelieferten Primärluft derart gewählt ist, daß das Gewichtverhältnis G /G-, der Strömungsdurch-

a x.

satzmenge G„ von Luft zur Strömungsdurchsatzmenge a

G-, von Kerosin im Bereich von 0,3 bis 5,0 liegt.
4. Brennersystem nach Anspruch 1,
gekennzeichnet,

- durch eine Einrichtung zum Erhöhen des Anteils an flüssigem Brennstoff im Gemisch aus flüssigem

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Brennstoff und in Zeitpunkt der Zündung zum Verdampfer (1) gelieferter Primärluft über den Anteil an flüssigem Brennstoff im Gemisch ans flüssigem Brennstoff und -rlhrend der Dauerbetriebsverbrennung zum Verdampfer gelieferter Primärluft.
5. Brennersystem nach Anspruch 4,
gekennzeichnet

durch eine Einrichtung zum Verringern des Volumens der im Zeitpunkt der Zündung zum Verdampfer (1) gelieferten Primärluft unter das Volumen der während der Dauerbetriebsverbrennung zum Verdampfer (1) gelieferten Primärluft.
6. Brennersystem für die Verdampfung von flüssigen Brennstoffen,

gekennzelehnet

durch eine Verdampfunffseinrichtung (1) mit einem Einlaß f'j.r einen Zutritt von Primär luft und mit einem Heizelement (Z),

durch eine Einrichtung (4) zum Liefern von flüssigem Brennstoff zur Verdampfunc-seinrichtung (1), durch eine Vormischkanaleinrichtung (22) zum Verbinden eines Auslasses der Verdampfungseinrichtung (1) mit einer Flamnenöffnungseinrichtung (12),

- durch eine Sekundärluftöffnungseinrichtung (11) zum Liefern von Sekundärluft zur stromab gelegenen Seite der Flammenöffnungseinrichtung (12), durch eine Einrichtung zum Steuern d.es Volumens des flüssigen Brennstoffs und

durch eine Gebläseeinrichtung (6) zum Liefern der Primärluft und der Sekundärluft,

- -wobei das Volumen der im Zeitpunkt der Zündung zur Verdampfungseinrichtung (1) gelieferten Primärluft unter das während der Dauerbetriebsverbrennung zur

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BADORJGiNAL

Verdampfungseinrichtung (1) gelieferte Volumen der Primärluft verringert ist, und wobei der Anteil des flüssigen Brennstoffs im Gemisch aus flüssigem Brennstoff und der im Zeitpunkt der Zündung zur Verdampfungseinrichtung (1) gelieferten Primärluft gegenüber dem Anteil des flüssigen Brennstoffs im Gemisch aus flüssigem Brennstoff und der während der Dauerbetriebsverbrennung zur Verdampfungseinrichtung (1) gelieferten Primärluft erhöht ist.

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