VORRICHTUNG FÜR DIE VERDAMPFUNG VON BRENNSTOFFEN UND DIE SPEISUNG VON VERBRENNUNGSLUFT

Beschreibung

[0001] Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Vorrichtung für die Verdampfung von Brennstoffen, bestehend aus einer Düseneinheit, der über eine Brennstoff-Förderpumpe und über eine Brennstoffleitung Brennstoff und getrennt davon über einen Lufterzeuger und über eine Luftleitung Luft zugefügt wird, wobei die Düseneinheit eine Längsachse und eine dazu senkrecht angebrachte Kammer aufweist, in welche der Brennstoff und die Luft über Speisekanäle zur Vermischung gefördert wird, wobei die Speisekanäle für den Brennstoff tangential in die Kammer einmünden, und der Brennstoff in der Kammer dadurch in eine zur Längsachse merklich senkrecht liegende Rotationsbewegung versetzt wird und wobei das Gemisch über einen Düsenkanal ausgestossen wird.

[0002] Die Verbrennung von organischen Stoffen, wie Heizöl, führt zur Bildung von Rückständen wie Kohlenmonoxid (CO, das zu Kohlendioxid (CO2) verbrennt, Wasserstoff, der zu Wasserdampf oxydiert, sowie Stickstoffmonoxid (NO), das mit Luftsauerstoff zu NO2 oxydiert, global als NOx bezeichnet.

[0003] Die Heizöle enthalten neben den Kohlenwasserstoffen u.a. Chlor und Schwefel, wobei der Anteil an Schwefel umso höher liegt, je schwerer das Heizöl ist und kann 3.5 Gew. % erreichen.

[0004] Das Hauptproblem der derzeitigen Heizanlagen ist die Partikelgrösse des zerstäubten Heizöls, die, mittels einem Zerstäubungsdruck von ca. 15 Bar zu 80% zwischen 40 und 80 Mikron liegt.

[0005] Um eine optimale Verbrennung zu erreichen, werden die relativ grossen Tröpfchen mit einem Gebläse solange schwebend gehalten, bis sie verbrannt sind, was aber einerseits zu übergrossen Brennkesseln und zu einem zu grossen Luftvolumen pro Kilo Heizöl führt.

[0006] Speziell bei den Industrie-Oelbrennern ist eine gute Verbrennung problematisch, weil die Tröpfchengrösse der dabei eingesetzten schweren Heizöle bei den bekannten mechanischen Zerstäuberdüsen auch mit hohem Druck, mehr als 20 Bar, eine Partikelgrösse erreichen, die bei tiefstens 60 Mikron liegt. Hinzu kommt, dass es dabei sehr kleiner Düsenöffnungen bedarf, Durchmesser ca. 0.15 mm, die sich leicht verstopfen und zu Pannen führen.

[0007] Um die Viskosität der schweren Heizöle herabzusetzen, werden diese auf 50°C bis 100°C erhitzt, was zwar die Partikelgrösse beeinflusst, aber nicht genügend, um eine maximale Verbrennung herbeizuführen, ganz abgesehn davon, dass die Erhitzung des Heizöls hohe Energiemengen verschlingt.

[0008] Die zugeführte Verbrennungsluftmenge, aber auch ihre Führung im Kessel und ihre Temperatur spielen ebenfalls eine entscheidende Rolle im Verbrennungsvorgang und meistens ist die Verbrennungsluftmenge überdimensioniert, so dass man praktisch nie diejenige einsetzt, die stöchimetrisch notwendig wäre, weil man mit dieser allein zu grosse, unverbrannte Rückstände hätte.

[0009] Die übermässige Entstehung von NOx stellt ein wirkliches Problem dar, weil es bei unvollständiger Verbrennung mittels Wasserstoff und Wasserdampf zu Schwefel-Salz- und Salpetersäure führt, die zum bekannten sauren Regen führen.

[0010] Die französische Patentschrift Nr. 903 293 beschreibt eine Vorrichtung, die die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 umfasst. Die Vorrichtung weist eine Düseneinheit auf, welche mit konzentrisch angelegten Speisekanäle für Brennstoff und Gas ausgestattet ist, die über tangential gerichtete Kanäle in eine Wirbelkammer münden, aus der das Treibstoff-Gas Gemisch mittels eines Düsenkanals ausgestossen wird. Sowohl das Gas, wie auch der Brennstoff werden hier tangential in die Kammer eingespiesen, wo sie sich in Rotationsbewegung befinden. Da das Gas und der Brennstoff dieselbe Bewegungsrichtung besitzen und sich somit mehr oder weniger parallel nebeneinander bewegen, kann durch diese Anordnung keine feine und durchgehende Vermischung von Brennstoffen und Gas erreicht werden, was sich beim Austreten negativ auf die Partikelgrösse erweist und eine optimale Verbrennung ausschliest.

[0011] In der französischen Patentschrift Nr. 809 455 werden der Brennstoff und die Luft zusammen über helikoidale Nuten in der Düseneinheit zum Ausstosskanal geleitet. Auch hier werden Brennstoff und Luft nur mässig gut gemischt. Zudem sind hier keine Mittel vorgesehen, welche die Druckluft im Brennstoff hochkomprimieren können, was für die Verdampfung von Brennstoff sehr wichtig ist.

[0012] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteilen der bekannten Vorrichtung abzuhelfen und Brennstoffe, statt zu zerstäuben, zu verdampfen, wobei eine möglichst kleine Partikelgrösse zu erreichen ist.

[0013] Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung für die Verdampfung von Brennstoffen und die Speisung von Verbrennungsluft, wie sie im Anspruch 1 definiert ist, gelöst.

[0014] Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung stellt somit die zur Verdampfung herangezogene Luft gleichzeitig einen Teil der Verbrennungsluft dar, wobei durch eine ultrafeine Partikelgrösse eine schnellere Verdampfung und somit eine bessere Verbrennung herbeigeführt wird und somit die unerwünschten Rückstände, speziell das NOx, limitiert werden.

[0015] Weitere Vorteile ergeben sich aus den Merkmalen der abhängigen Ansprüche und der nachfolgenden Beschreibung, in der die Erfindung ausführlich beschrieben und mit vorteilhaften, nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen bildlich dargestellt wird.
Dabei zeigt die Zeichnung in:

Fig. 1

eine Schnittansicht einer erfindungsgemässen Zweistoffdüse,

Fig. 2

eine Schnittansicht entlang der Schnittebene A - A der Fig. 1 eines Düsenkerns,

Fig. 3

eine Schnittansicht entlang der Schnittebene A - A der Fig. 1 einer Düsenhülse,

Fig. 4

eine Schnittansicht einer Düsenhülse gemäss Fig. 1

Fig. 5

eine Schnittansicht einer anderen Ausführungsform einer erfindungsgemässen Zweistoffdüse,

Fig. 6

eine Schnittansicht entlang der Schnittebene B - B der fig. 5 der Düsenhülse,

Fig. 7

eine Schnittansicht entlang der Schnittebene B - B der Fig. 5 des Düsenkerns,

Fig. 8

eine schematische Darstellung des Funktiosprinzipes der erfindungsgemässen Vorrichtung,

Fig. 9

eine Draufsicht, teileise im Schnitt einer äusserst vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung,

Fig.10

eine schematische Frontansicht der Vorrichtung gemäss der Fig. 9, die Verteilung der Sekundärverbrennungs-luft und eines eventuellen Recyklings der Abgase zeigend.

[0016] Grundsätzlich basiert die erfindungsgemässe Vorrichtung auf einer Vorrichtung zur Zerstäubung von Flüssigkeiten unter Beimischung von komprimiertem Gas, welche mit einem Druck von nur 1 Bar eine SAUTER-mean Partikelgrösse von 21.08 Mikron hat. Je nach Menge der beigemischten Luft und dem Querschnitt der Düsenöffnung 9 kann die Partikelgrösse wesentlich herabgesetzt werden, so dass man von einer Verdampfung sprechen kann.

[0017] Diese Verdampfung ist die Grundlage der erfindungsgemässen Vorrichtung und gewährleistet eine optimale Verbrennung.

[0018] Die Fig. 1 zeigt eine Düsenhülse 1, in der ein Düsenkern 2 gelagert ist, der eine Mischkammer 3 aufweist, in welche, parallel zur Kernachse liegenden Bohrungen 4 komprimierte Luft und über Speisekanäle 5 und Tangentialkanäle 6 (siehe auch Fig. 2) unter Druck stehendes Heizöl einfliesst, so dass sich das Heizöl und die komprimierte Luft dort vermischen können. Die Düsenhülse 1 hat eine Expansionskammer 7, eine Kompressionskammer 8 und einen Düsenkanal 9. Die Tiefe der Expansionskammer 7 und der Kompressionskammer 8 bestimmen die Länge des Düsenkanals 9, wobei ein kurzer Düsenkanal 9 einen breiteren Konus abgibt als ein langer. Ferner zeigt die Fig. 4 einen konischen Düsenkanal 10, der einen noch breiteren Konus abgibt als ein gleichlanger, aber zylindrischer Düsenkanal 9. Die Durchmesser der Düsenkanäle 9 und 10 bestimmen die Heizölausstossmenge pro Zeiteinheit: bei gleichbleibendem Druck ist diese klein mit einem kleinen Durchmesser, wobei aber die Durchmesser der Düsenkanäle 9 und 10 nicht kleiner als 0.30 mm sind und, da man sie mit der Verdampfungsluft reinigen kann, bleiben sie ständig durchgängig.

[0019] Die Speisekanäle 5 des Düsenkerns 2 münden in die Tangentialkanäle 6, die in die Mischkammer 3 münden, so dass ein aus den Speisekanälen 5 und den Tangentialkanälen 6 kommendes Heizöl in die Mischkammer 3 so eingestossen wird, dass es entlang deren Wandung in eine rotierende Bewegung versetzt wird, in welche die komprimierte Luft über die Bohrung 4 senkrecht eingespresst wird, wobei sie sich dann nach einer ersten Kompressionsphase in der Mischkammer 3 in der Expansionskammer 7 entspannen kann, um danach in der Kompressionskammer 8 in das Heizöl hochkomprimiert zu werden. Dies führt dazu dass das Heizöl-Luftgemisch über den Düsenkanal 9 die Düsenhülse verlässt, wobei sich dann die hochkomprimierte Luft im Kontakt mit dem atmosphärischen Druck explosionsartig entspannt und dadurch das Heizöl in feinste Tröpfchen zersprengt, die umso kleiner sind, als der Druck, unter dem Heizöl und Luft stehen, hoch ist und bei einem Arbeitsdruck von 3 - 5 Bar einen Durchmesser von weniger als 5 Mikron haben. Dadurch wird die Gesamtoberfläche des verdampften Brennstoffes enorm gross und es kann zur Verbrennung mehr Luftsauerstoff aufgenommen werden, was zu einer besseren Verbrennung, also zu einem besseren Heizwert führt, wodurch einerseits Heizöl eingespart wird und andererseits weniger Rückstände entstehen.

[0020] Die Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform einer Düseneinheit, aus einer Düsenhülse 11 und einem Düsenkern 12 bestehend, die speziell bei Brennstoffen eingesetzt wird, bei denen die Düseneinheit der Viskosität des Heizöls genau angepasst werden muss, wie z.B. bei schweren Heizölen. Hätte man die Düseneinheit der Fig. 1 einer Viskosität von mehr als 10 centipoises anzupassen, so müssten die Abänderungen sowohl an den Speisekanälen 5, den Tangentialkanälen 6 und der Mischkammer 3 des Düsenkern 2, wie auch an der Expansionskammer 7 der Düsenhülse 1 erfolgen. Bei der Ausführung gemäss der Fig. 5 sind die Abänderungen einfacher. In dieser Ausführung liegen die Speisekanäle 13 und die Tangentialkanäle 14 in der Düsenhülse 11, wobei die Tangentialkanäle 14 in die Kompressionskammer 15 münden, die den Düsenkanal 16 aufweist. Die Luft wird über Bohrungen 18 in die Mischkammer 17 geführt, welche mit der Kompressionskammer 15 in Verbindung steht. Will man diese Düseneinheit einer höheren Viskosität anpassen, so genügt es, die Mischkammer 17 des Düsenkerns 12 tiefer zu halten und die Durchmesser der Bohrungen zu vergrössern.

[0021] Die Fig. 8 zeigt ein Funktionsprinzip der erfindungsgemässen Vorrichtung. Ein Druckbehälter 19, vorzugsweise aus DUROPLAST, ist mit einem Deckel 20 hermetisch verschlossen, der einen Drehkolbenkompressor 21 trägt, der mittels einem Motor 22 angetrieben wird. Im Druckbehälter 19 befindet sich ein Schwimmer 23 mit einer Nadel 24. Der Deckel 20 ist mit einem Ueberdruckventil 25 und einem Luftaustritt 26 versehen. Am Boden des Druckbehälters 19 befindet sich ein Heizöleinlauf 27, ein Heizölrücklauf 28, der zeitweilig mit der Nadel 24 verschlossen ist und der Heizölauslauf 29. Ein nicht dargestelltes Heizöl wird mittels einer Pumpe 30 in den Druckbehälter 19 gefördert, während gleichzeitig der Kompressor 21 den Druckbehälter 19 unter Luftdruck setzt, wobei die Höhe des Druckes mit dem Ueberdruckventil 25 einstellbar ist. Eine Ueberfüllung des Druckbehälters 19 wird dadurch vermieden, das der Schwimmer 23 die Nadel 24 aus dem Rücklauf 28 zieht, sobald eine vorbestimmte Menge Heizöl im Druckbehälter 19 liegt, sodass das überschüssige Heizöl wieder zur Ansaugleitung der Pumpe 30 zurückfliesst. Die Düsenhülse 1(11) mit dem Düsenkern 2(12) steckt in einem Verteilerblock 31. Dieser wird über den Luftaustritt 26 und einem Magnetventil 32 mit Druckluft versorgt, deren Volumen mit einem Nadelventil regulierbar ist. Das Heizöl wird, unter identischem Druck wie die Luft stehend, über den Heizölauslauf 29 und ein Magnetventil 34 in den Verteilerblock 31 gedrückt, wobei das Heizölvolumen mittels einem Nadelventil 35 einstellbar ist. Der Verteilerblock 31 trägt einen Verbrennungshohlzylinder 36, der in Fluchtrichtung der Düsenachse mit einem Sieb 37 versehen ist und Seitenlöcher 38 aufweist, die mit einem Schieber 39 mehr oder weniger verschliessbar sind. Ueber diese Seitenlöcher 38 kann Sekundärverbrennungsluft, aus einem Gebläse 40 kommend, in den Hohlzylinder 36 und somit in das verdampfte, bereits mit Primärverbrennungsluft angereichtertem Heizöl, geblasen werden.

[0022] Nach Oeffnen des Magnetventils 32 strömt Druckluft wie beschrieben in die Mischkammer 3(17) des Düsenkerns 2(12) und bläst den Düsenkanal 9(16) durch, so dass nach Oeffnen des Magnetventils 34, das Heizöl einen "sauberen" Düsenkanal 9(16) verdampft verlassen kann, um, gemischt mit der vom Druckbehälter 19 kommenden Druckluft als Heizöl-Luftgemisch gezündet zu werden.

[0023] Will man eventuelles CO total verbrennen, so kann man ein Sieb 37 auf ca. 750°C erhitzen, so dass das CO, das bei 700°C zu CO2 verbrennt, aus den Rückständen entfernt werden.

[0024] Da NOx bei 620°C in Stickstoff und Sauerstoff zerfällt, kann dies mit dem Sieb 37 erreicht werden.

[0025] Zum Abstellen des Verbrennungsvorganges schliesst man zuerst das Magnetventil 34, so dass nur noch Druckluft den Düsenkanal 9(16) durchbläst und ihn von Heizölrückständen säubert.

[0026] Das Ueberdruckventil 25 kann aus einer Membran bestehen, die sich mittels einem Magnetkern in einer elektrischen Spule unter einem voreingestellten Strom hebt und überschüssigen Druck entweichen lässt, eine solche Ausführung, mit einem Potentiometer versehen, das den Strom der Spule steuert, erleichtert das Einstellen der Druckhöhe wesentlich, da es lediglich einer Veränderung des Stromes in der Spule bedarf, um den Widerstand der Membran gegen den Druck zu steigern oder zu mindern. Ein wesentlicher Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass sich die Heizölmenge pro Zeiteinheit mittels dem Druck im Druckbehälter 19 stufenlos einstellen lässt, ohne dabei die Partikelgrösse wesentlich zu verändern.

[0027] Praktisch wird bei Drücken zwischen 1 und 4 Bar die Partikelgrösse um ca. 0.5 Mikron kleiner, hingegen steigt die Ausstossmenge bei diesen Druckwerten von 0,5kg auf ca. 1.1kg/Stunde. Dank dieser Möglichkeit kann man den Stundenverbrauch stufenlos moduliert den Witterungsbedingungen, z.B. mittels einem Aussenthermostat, anpassen, so dass man die Verbrennungsdauer, je nach Bedarf, mittels Erhöhung der Verbrennungsmenge pro Zeiteinheit verkürzen kann, was dank einer elektronischen Schaltung automatisch erfolgt.

[0028] Die Fig. 9 zeigt, ohne jeglichem Masstab Rechnung zu tragen, eine äusserst vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung. Der Hauptunterschied, verglichen zur Vorrichtung der Fig. 8 besteht darin, dass der Hohlzylinder 36 mit, in dieser Ausführung, neun Röhren 41 ersetzt wird, deren freie Enden 42 verschlossen sind. Die Röhren 41 weisen Bohrungen 43 auf und ein Gebläse 44 füllt die Röhren 41 mit Druckluft, welche über die Bohrungen 43 in eine nicht dargestellte Flamme geblasen wird. Dank einem Gewinde 45, mit dem die Röhren 41 in eine Verteilerplatte 46 geschraubt und mittels Muttern 47 blockiert werden, ist es möglich, die Blasrichtung der Bohrungen 43 beliebig einzustellen, d.h., die vom Gebläse 44 kommende Luft kann sowohl in die Achse der Flamme, wie auch mehr oder weniger tangential zu ihr stehend, geblasen werden, um gezielt eine Verwirbelung zu steuern. Auch kann man damit eine Mischung von Achsenblasrichtung und Tangentialblasrichtung erreichen. Ferner können die Bohrungen 43 einer Röhre 41 versetzt zu denen einer anderen Röhre 41 angebracht werden.

[0029] Will man die Abgase rezirkulieren so zeigt die Fig. 9 zwei verschiedene Möglichkeiten. Das Gehäuse 49 des Gebläses 44 hat Oeffnungen 50, die mittels einer Hülse 51 gegen die Aussenluft abgeschirmt sind. Bei der einen Lösung saugt das Gebläse über einen doppelwandigen Hohlzylinder 52 und Oeffnungen 50 Abgase an, die das Gebläse 44, zusammen mit der von ihm angesaugten Aussenluft, wieder über die Röhren 41 in die nicht dargestellte Flamme bläst.

[0030] Bei der anderen Lösung, auch schematisch mit der Fig. 10 gezeigt, werden die Abgase über Aussenröhren 53, die mit Bohrungen 54 versehen sind, und Oeffnungen 50 des Gehäuses 49 angesaugt und in beschriebener Weise in die Flamme geblasen.

[0031] Versuche haben gezeigt, dass Sekundärverbrennungsluft parallel zur Flammenachse, stromaufwärts von ihr kommend, die Flamme abkühlt, wodurch die Wärmeverdampfung des Heizöls herabgesetzt wird, was eine maximale Verbrennung verhindert.

[0032] Bei der erfindungsgemäss vorgeschlagenen Lösung der Zuführung von Sekundärverbrennungsluft über die Röhren 41 hat den Vorteil, dass die vom Gebläse 44 kommende kalte Aussenluft in den Röhren 41 erhitzt wird und also die Flamme nicht abkühlen kann, so dass eine ungenügende Verbrennung wegen Abkühlung der Flamme und somit Herabsetzen der Wärmeverdampfung des Heizöls vermieden wird.

[0033] Ferner kann man mit der senkrecht zur Flamme eingeblasenen Sekundärverbrennungsluft die Flamme verkürzen, so dass man das Volumen des Kessels klein halten kann, was den Wirkungsgrad der Heizung erhöht, dies umso mehr, als die von der erfindungsgemässen Düse 1 erzeugten ultrafeinen Heizölpartikel sehr schnell verbrennen und nicht, wie beschrieben, mittels einem überdimensionierten Volumen der Sekundärverbrennungsluft schwebend gehalten werden müssen.

[0034] Es ist hier zu unterstreichen, dass der Durchmesser der Düsenkanäle 9 und 16 kleinstens 0.4 mm ist, sich also praktisch nie verstopfen können, allein schon, weil die Düse 1(11) vor und nach dem Verbrennungsvorgang durchgeblasen wird. Trotz diesen grossen Düsenkanälen 9 und 16, ihre Querschnitte sind ca. 7 mal grösser als die der mechanischen Zerstäuberdüsen, kann die Stundenverbrauchsmenge bei 0.5kg gehalten werden und, wie beschrieben, mit lediglich einer Erhöhung des Luftdrucks im Druckbehälter 19 stufenlos bis auf 1.1kg erhöht werden.

[0035] Diese kleinen Verbrennungsmengen pro Zeiteinheit gestatten nun eine sehr grosse Marktlücke zu füllen.

Ansprüche

1. Vorrichtung für die Verdampfung von Brennstoffen und der Speisung von Verbrennungsluft, bestehend aus einer Düseneinheit (C), der über eine Brennstoff-Förderpumpe (30) und über eine Brennstoffleitung (29) Brennstoff und getrennt davon über einen Lufterzeuger (21) und über eine Luftleitung Luft zugeführt wird, wobei die Düseneinheit (C) eine Längsachse und eine dazu senkrecht angebrachte Kammer umfasst, in welche der Brennstoff und die Luft über Speisekanäle zur Vermischung gefördert wird, wobei die Speisekanäle (6,14) für den Brennstoff tangential in die Kammer einmünden, und der Brennstoff in der Kammer dadurch in eine zur Längsachse merklich senkrecht liegende Rotationsbewegung versetzt wird und, wobei das Gemisch über einen Düsenkanal (9,16) aus der Düseneinheit ausgestossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Luft getrennten Speisekanäle (4,18) in der Düseneinheit (C) durch parallel zur Längsachse liegende Bohrungen gebildet werden, so dass die Luft in merklich senkrechter Richtung zur Rotationsebene des in einem ersten Kammerteil (3,15) der Kammer rotierenden Brennstoff in diesen eingepresst wird, dass die Kammer einen zweiten Kammerteil (7,17) aufweist, der axial neben dem ersten Kammerteil (3,15) liegt und in dem sich die Luft und das Gemisch ausdehnen kann, und dass direkt stromaufwärts vor dem Düsenkanal (9,16) die Kammer einen Kompressionskammerteil (8,15) mit geringerem Durchmesser wie der zweite Kammerteil (7,17) aufweist, indem das Gemisch vor dem Ausstossen durch den Düsenkanal (9,16) hochkomprimiert wird, um sich nach seinem Austreten aus dem Düsenkanal (9,16) explosionsartig zu entspannen und dadurch den Brennstoff in feinste Tröpfchen zu zersprengen.

2. Vorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Speisekanäle (6,14) für den Brennstoff in der Düseneinheit sich in ihrer Breite von radial aussen nach radial innen verringern.

3. Vorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düseneinheit (C) aus einer Düsenhülse (1,11) und einem Düsenkern (2,12) besteht, wobei der Kompressionskammerteil (8,15) und der Düsenkanal (9,16) in der Düsenhülse (1,11) angebracht sind und die benannten Bohrungen (4,18) im Düsenkern (2,12) angebracht sind.

4. Vorrichtung gemäss Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kammerteil durch den Kompressionskammerteil (15) gebildet wird, dass die Speisekanäle (14) für den Brennstoff in der Düsenhülse (11) angebracht sind, und dass der zweite Kammerteil (17) im Düsenkern (12) angebracht ist.

5. Vorrichtung gemäss Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Speisekanäle (14) für den Brennstoff und der erste Kammerteil (3) im Düsenkern (2) angebracht sind und dass der zweite Kammerteil (7) in der Düsenhülse (1) liegt.

6. Vorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Tiefe der zweiten Kammer (3,17) und/oder der Durchmesser der Bohrungen (4,18) im Verhältnis zur Viskosität des Brennstoffs veränderbar ist.

7. Vorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff und die Luft unter identischem Druck stehend in die Düseneinheit (C) gepresst werden.

8. Vorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kompressor (21) in einem Druckbehälter (19), in welchem mittels Förderpumpe (30) Brennstoff gelagert wird, einen Luftdruck erzeugt, dessen Druckhöhe mittels einem Regler (25) einstellbar ist, dass im Druckbehälter (19) Mittel (23,24) vorgesehen sind, die ein Ueberfüllen des Druckbehälters (19) mit Brennstoff vermeiden, dass über Magnetventile (32,34) Brennstoff und Druckluft aus dem Druckbehälter (19) in die in einem Verteilerblock (31) gelagerte Düseneinheit (C) gepresst werden, dass diese Druckluft einen Teil der Verbrennungsluft darstellt, und dass Mittel vorgesehen sind, zusätzliche Verbrennungsluft, aus einem Gebläse (40,44) in eine Flamme zu blasen.

9. Vorrichtung gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit der Düseneinheit verbundener Hohlzylinder (36) mit Seitenlöchern (38) versehen ist, deren Querschnitte mittels einem Schieber (39) veränderbar sind, um die Menge von zusätzlicher Verbrennungsluft zu regulieren.

10. Vorrichtung gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Verbrennungsluft mittels Röhren (41), die Bohrungen (43) aufweisen und deren freie Enden (42) verschlossen sind, senkrecht zur Flamme in diese geblasen wird.

11. Vorrichtung gemäss Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (52,54) vorgesehen sind, über welche das Gebläse (44) Abgase ansaugt und diese, gemischt mit angesaugter Aussenluft über die Röhren (41) in die Flamme bläst.

12. Vorrichtung gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebläse (44) ein Axialgebläse ist.

13. Vorrichtung gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (25) des Druckbehälters (19) elektrisch steuerbar ist.

14. Vorrichtung gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in stromabwärts liegender Richtung inbezug auf die Düseneinheit (C) ein Sieb (37) vorgesehen ist, das elektrisch bis auf merklich 750°C erhitzbar ist.

Claims

1. Device for the vaporization of fuels and supply of air for combustion comprising a nozzle unit (C) supplied via a fuel pump (30) and fuel supply line (29) with fuel and, separately, via an air generator (21) and air supply line with air, where the nozzle unit (C) comprises a longitudinal axis and a chamber mounted perpendicularly to this axis into which the fuel and air are conveyed via supply channels for mixing; where the supply channels (6, 14) for the fuel open tangentially into the chamber so that the fuel is set in whirling motion occurring substantially in a direction perpendicular to the longitudinal axis, the mixture being discharged from the nozzle unit via a nozzle channel (9, 16), said device being characterized by the fact that the separate supply channels (4, 18) for the air in the nozzle unit (C) are formed by bores running parallel to the longitudinal axis so that the air is forced into the fuel whirling in a first chamber part (3, 15) of the chamber, in a direction substantially perpendicular to the plane of rotation of this fuel; that the chamber comprises a second chamber part (7, 17) where the air and mixture can expand and which is located axially next to the first chamber part (3, 15); and that directly upstream in front of the nozzle channel (9, 16) the chamber has a compression part (8, 15) where the mixture is compressed prior to being ejected through the nozzle channel (9, 16) and which has a smaller diameter than the second chamber part (7, 17), the mixture after being ejected from the nozzle channel (9, 16) undergoing expansion as if exploding and hence shattering the fuel into minute droplets.

2. Device according to claim 1, characterized in that the supply channels (6, 14) for the fuel in the nozzle unit decrease in width from (radially) outside toward (radially) inside.

3. Device according to claim 1, characterized in that the nozzle unit (C) consists of a nozzle sleeve (1, 11) and a nozzle core (2, 12), the compression chamber part (8, 15) and the nozzle channel (9, 16) being disposed within the nozzle sleeve (1, 11) and said bores (4, 18) being disposed in the nozzle core (2, 12).

4. Device according to claim 3, characterized in that the first chamber part, is constituted by the compression chamber part (15), that the supply channels (14) for the fuel are disposed within the nozzle sleeve (11), and that the second chamber part (17) is disposed within the nozzle core (12).

5. Device according to claim 3, characterized in that the supply channels (14) for the fuel and the first chamber part (3) are disposed within the nozzle core (2) and that the second chamber part (7) is located in the nozzle sleeve (1).

6. Device according to claim 1, characterized in that the axial depth of the second chamber (3, 17) and/or the diameter of the bores (4, 18) can be varied as a function of fuel viscosity.

7. Device according to claim 1, characterized in that the fuel and air are forced into the nozzle unit (C) while being under identical pressures.

8. Device according to claim 1, characterized in that a compressor (21) generates air pressure inside a pressure vessel (19) into which fuel is placed by means of a fuel pump (30), this air pressure being adjustable via a regulator (25); that means (23, 24) are provided in the pressure vessel (19) by which an excessive filling of the pressure vessel (19) with fuel can be avoided; that fuel and compressed air are conveyed via magnetic valves (32, 34) from the pressure vessel (19) into the nozzle unit (C) situated in a manifold (31); that this compressed air constitutes part of the air of combustion; and that means are provided to blow additional air of combustion from a blower (40, 44) into a flame.

9. Device according to claim 8, characterized in that a hollow cylinder (36) connected with the nozzle unit is provided with lateral holes (38) the cross sections of which can be varied with a slide (39) in order to adjust the amount of additional air of combustion.

10. Device according to claim 8, characterized in that the additional air of combustion is blown into the flame in a direction perpendicular to the flame through pipes (41) having bores (43), the free ends (42) of the pipes being closed off.

11. Device according to claim 10, characterized in that means (52, 54) are provided through which combustion fumes are drawn in by a blower (44) which are then blown into the flame through pipes (41) after being mixed with external air that has been drawn in.

12. Device according to claim 8, characterized in that the blower (44) is an axial-flow blower.

13. Device according to claim 8, characterized in that the regulator (25) of the pressure vessel (19) can be controlled electrically.

14. Device according to claim 8, characterized in that downstream from the nozzle unit (C) a screen (37) is provided which can be heated electrically to a temperature of substantially 750 °C.

Revendications

1. Dispositif de vaporisation de combustibles et d'alimentation en air de combustion, comprenant une unité d'injecteur (C) alimentée d'une part, par une pompe d'alimentation (30) en carburant, via une conduite d'alimentation en carburant (29) et, d'autre part, par un générateur d'air (21) via une conduite d'air, où l'unité d'injecteur (C) comprend une portion longitudinale et une chambre perpendiculaire à cette portion, dans laquelle sont amenés le combustible et l'air arrivant par les canaux d'alimentation pour s'y mélanger, et où les canaux d'alimentation (6, 14) en combustible débouchent tangentiellement dans la chambre et, de ce fait, mettent le combustible en rotation dans la chambre suivant un mouvement sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal, et où le mélange est expulsé de l'unité d'injecteur par un canal d'injecteur (9, 16), caractérisé en ce que des canaux d'alimentation en air séparés (4, 18) de l'unité d'injecteur (C) sont constitués par des alésages parallèles disposés suivant la direction axiale, de sorte que l'air est projeté sous pression dans une direction sensiblement perpendiculaire au plan de rotation du combustible tournant dans une première portion (3, 15) de chambre, en ce que la chambre comporte une seconde portion (7, 17) de chambre, disposée axialement à côté de la première portion (3, 15) de chambre et dans laquelle l'air et le mélange peuvent se détendre, et en ce que, directement en amont du canal d'injecteur (6, 16), la chambre comporte une portion de chambre de compression (8, 15) avec un diamètre plus petit que la seconde portion (7, 17) de chambre, dans laquelle le mélange est fortement comprimé avant son expulsion par le canal d'injecteur (9, 16) pour se détendre à la sortie du canal d'injecteur (9, 16), d'une manière explosive, en faisant éclater le combustible en très fines gouttelettes.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérise en ce que les canaux d'alimentation (6, 14) pour le combustible, dans l'unité d'injecteur, se rétrécissent en largeur, en allant radialement de l'extérieur vers l'intérieur.

3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité d'injecteur (C) est constituée d'une coque d'injecteur (1, 11) et d'un corps d'injecteur (2, 12), la portion de chambre de compression (8, 15) et le canal d'injecteur (9, 16) se trouvant dans la coque d'injecteur (1, 11), et lesdits alésages (4, 18) dans le corps d'injecteur (2, 12).

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la première portion de chambre est constituée par la portion de chambre de compression (15), en ce que les canaux d'alimentation (14) pour le combustible se trouvent dans la coque d'injecteur (11) et en ce que la seconde portion (17) de chambre se trouve dans la coque d'injecteur (12).

5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les canaux d'alimentation (14) pour le combustible et la première portion (3) de chambre se trouvent dans le corps d'injecteur (2) et en ce que la seconde portion (7) de chambre se trouve dans la coque d'injecteur (1).

6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la profondeur axiale de la seconde chambre (3, 17) et/ou le diamètre des alésages (4, 18) peut ou peuvent être modifiés en fonction de la viscosité du combustible.

7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le combustible et l'air sont soumis à la même pression dans l'unité d'injecteur (C).

8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, à l'intérieur d'un réservoir sous pression (19), dans lequel le combustible est pompé à l'aide d'une pompe d'alimentation (30) en combustible, un compresseur (21) produit une pression d'air, dont le niveau est ajustable par un régulateur (25), en ce que dans le réservoir sous pression (19), il est prévu des moyens (23, 24) qui empêchent un remplissage excessif du réservoir sous pression (19) par le combustible, en ce que le combustible et l'air sous pression sont amenés par une électrovanne (32, 34) hors du réservoir sous pression (19) vers l'unité d'injecteur (C) disposée dans un bloc distributeur (31), en ce que cet air de compression représente une partie de l'air de combustion et en ce que des moyens sont prévus pour projeter de l'air de combustion supplémentaire depuis un ventilateur (40, 44), dans la flamme.

9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'un cylindre creux (36) connecté avec l'unité d'injecteur comporte des trous latéraux (38), dont la section transversale peut être modifiée par un curseur (39) pour ajuster la quantité d'air de combustion supplémentaire.

10. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'air de combustion supplémentaire est amené perpendiculairement à la flamme, par des tubes (41) dont les extrémités libres (42) sont fermées et qui présentent des trous (43).

11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (52, 54) par lesquels le ventilateur (44) aspire les gaz d'échappement et mélange ceux-ci avec l'air externe aspiré par les tubes (41), pour les projeter dans la flamme.

12. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le ventilateur (44) est un ventilateur axial.

13. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le régulateur (25), du réservoir sous pression (19), est à commande électrique.

14. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que, dans la direction aval, par rapport à l'unité d'injecteur (C), il est prévu un tamis qui peut être chauffé électriquement, sensiblement jusqu'à 750°C.

Zeichnung