Einspritzdüse

Beschreibung

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung betrifft eine Einspritzdüse zur Eindüsung von Brennstoffen in komprimierte gasförmige Medien, wobei die Einspritzdüse wesentlich aus einer Brennstoffleitung und einem von der Brennstoffleitung abzweigenden Kanal besteht, wobei sich die Brennstoffleitung im wesentlichen senkrecht zur Eindüsungsrichtung des Brennstoffes längsförmig ausdehnt, und der Kanal, welcher sich in der Eindüsungsrichtung des Brennstoffes erstreckt, im wesentlichen durch zwei Verteilungsplatten gebildet ist, und wobei ein Brennstoff durch Öffnungen in der Brennstoffleitung und den Kanal zu stromab der Eindüsungsrichtung gelegenen Zerstäubungskanten der Verteilungsplatten zuleitbar ist.

Stand der Technik

[0002] Derartige Einspritzdüsen sind aus EP-A1-0 433 790 bekannt. Sie werden dort bei Vormischbrennern verwendet, die als sogenannte Doppelkegelbrenner kegelförmig aus mehreren Schalen aufgebaut sind. Die Einspritzdüsen verunmöglichen bei der Verwendung eines mittelkalorischen Gases als Brennstoff ein Frühzündung des Gemisches und ermöglichen eine Stabilisierung des Mischvorganges. Flüssiger Brennstoff wird über eine in der Spitze des Vormischbrenners angeordnete Düse in den Verbrennungsraum eingespritzt. Die Zerstäubungsleistung dieser Düsen ist im allgemeinen jedoch ungenügend. Zudem kann eine gute Vermischung von Verbrennungsluft und Brennstoff vor der Zündung dadurch üblicherweise nicht erreicht werden, da der zerstäubte Brennstoff nicht in Kontakt mit der gesamten Verbrennungsluft kommt. Dies führt bei der Verwendung flüssiger Brennstoffe zu relativ hohen Abgasemissionen, im speziellen zu hohen Stickoxydemission. Zur Senkung der Stickoxydemission ist die Einspritzung von demineralisiertem Wasser in den Brennraum nötig.

Darstellung der Erfindung

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Einspritzdüse der eingangs genannten Art eine Möglichkeit zu schaffen, um die Vermischung von flüssigem Brennstoff mit der Verbrennungsluft vorgängig der Zündung zu verbessern und damit die Abgasemissionen zu senken.

[0004] Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die Öffnungen der Brennstoffleitung schlitzförmig sind, und, dass zwischen den Verteilungsplatten Verteilungsstifte angeordnet sind.

[0005] Die Vorteile der Erfindung sind unter anderem darin zu sehen, dass die Einspritzdüse einfach und robust konstruiert ist. Es kann mit einem geringen Brennstoffdruck gearbeitet werden, da zur Zerstäubung der Impuls des Luftstromes verwendet wird.

[0006] Bei der Verwendung der Einspritzdüse in einem Vormischbrenner, beispielsweise in einem Doppelkegelbrenner, wird der Brennstoff entlang der Lufteintrittschlitze verteilt. Dadurch entsteht eine gleichmässige und gute Vermischung mit der Verbrennungsluft vor der Zündung. Daraus resultiert eine geringe Schadstoffemission.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

[0007] In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines Vormischbrenners der Doppelkegelbauart schematisch dargestellt.

[0008] Es zeigen:

Fig. 1

einen Teillängsschnitt einer Brennkammer;

Fig. 2

einen Querschnitt durch einen Vormischbrenner der Doppelkegel-Bauart im Bereich seines Austritts;

Fig. 3

einen Teillängsschnitt durch eine Einspritzdüse;

Fig. 4

einen Querschnitt durch eine Einspritzdüse;

Fig. 5

einen Querschnitt durch einen Drallkörper;

Fig. 6

eine Draufsicht auf einen Drallkörper entgegen der Strömungsrichtung;

Fig. 7

eine teilweise Abwicklung des Drallkörpers.

[0009] Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt. Nicht dargestellt sind beispielsweise die Zu- und Anordnung des Brenners in der Brennkammer, die Brennstoffbereitstellung, die Regeleinrichtungen und dergleichen. Die Strömungsrichtung der Arbeitsmittel ist mit Pfeilen bezeichnet.

Weg zur Ausführung der Erfindung

[0010] In Fig. 1 ist mit 50 ein ummanteltes Plenum bezeichnet, welches in der Regel die von einem nicht dargestellten Verdichter geförderte Verbrennungsluft aufnimmt und einer Brennkammer 60 zuführt. Es kann sich dabei um eine Einzelbrennkammer oder eine Ringbrennkammer handeln.

[0011] Am Kopfende der Brennkammer, deren Brennraum mit einer Brennkammerwand 63 ummantelt ist und durch eine Frontplatte 54 begrenzt ist, ist ein Dom 55 aufgesetzt. In diesem Dom ist ein Brenner 10 so angeordnet, dass der Brenneraustritt 18 zumindest annähernd bündig ist mit der Frontplatte 54. Über die an ihrem äusseren Ende gelochte Domwandung strömt die Verbrennungsluft aus dem Plenum 50 in das Dominnere und beaufschlagt die Brenner. Der Brennstoff wird dem Brenner über eine Brennstofflanze 20 zugeführt, welche die Dom- und die Plenumwand durchdringt.

[0012] Beim schematisch dargestellten Vormischbrenner 10 handelt es sich um einen sogenannten Doppelkegelbrenner, wie er beispielsweise aus der eingangs genannten EP-A1-0 433 790 bekannt ist. Wie auch aus Fig. 2 ersichtlich, besteht er im wesentlichen aus zwei hohlen, kegelförmigen Teilkörpern 11, 12, die in Strömungsrichtung ineinandergeschachtelt sind. Dabei sind die jeweiligen Mittelachsen 13, 14 der beiden Teilkörper gegeneinander versetzt. Die benachbarten Wandungen der beiden Teilkörper bilden in deren Längserstreckung tangentiale Schlitze 19 für die Verbrennungsluft, die auf diese Weise in das Brennerinnere gelangt.

[0013] Der Brenner wird im Beispielsfall mit flüssigem Brennstoff betrieben. Hierzu sind im Bereich der tangentialen Schlitze 19 entlang dieser Schlitze verlaufende Einspritzdüsen 1 angeordnet. Die Einspritzdüse reicht im wesentlichen über die ganze Länge des tangentialen Schlitzes 19 (Fig. 1). Die Austrittsebene des Brennstoffes aus der Einspritzdüse 1 ist üblicherweise im Bereich angeordnet, wo die höchsten Verbrennungsluftgeschwindigkeiten vorherrschen, im gezeigten Ausführungsbeispiel in der Mitte des tangentialen Schlitzes 19. Weiter sind die Einspritzdüsen 1 aussen aerodynamisch, tropfenförmig ausgestaltet, um den Fluss der Verbrennungsluft so wenig wie möglich zu stören.

[0014] Nach Fig. 3 und Fig. 4 besteht die Einspritzdüse 1 aus einer Brennstoffleitung 2, die über ihre Länge einen Schlitz 6 aufweist. Vom Schlitz 6 zweigt ein Kanal 7 ab, der bis zu einer Zerstäubungskante 5 führt. Der flüssige Brennstoff wird von der Brennstofflanze 20 über nicht dargestellte Zuleitungen zu der Brennstoffleitung 2 der Einspritzdüse 1 geführt. Durch die Brennstoffleitung 2 wird der Brennstoff über die Schlitze 6 zu Verteilungsplatten 3 geleitet, die den Kanal 7 bilden. Die Anordnung und Grösse dieser Verteilungsplatten 3 kann durch Zwischenstücke 8 eingestellt werden. Dies geschieht durch Einbeziehung des Flusses der Verbrennungsluft durch die tangentialen Schlitze 19 und muss dem jeweiligen Brenner 10 angepasst werden. Im Extremfall kann sich die Verteilungsplatte 3 über die ganze Länge der Einspritzdüse 1 erstrecken. Auf der Verteilungsplatte sind rhombusförmige Verteilungsstifte 4 angeordnet. Durch die Verteilungsstifte 4 wird in Strömungsrichtung vor der Zerstäubungskante 5 der Brennstoff gleichmässig verteilt. Die Dicke des so erzeugten Brennstoff-Filmes wird durch die Spaltbreite t des Kanals 7 der Einspritzdüse 1 an der Zerstäubungskante 5 bestimmt. Zur Zerstäubung wird der Impuls der mit hohem Druck einströmenden Verbrennungsluft verwendet. Der flüssige Brennstoff kann deshalb mit relativ geringem Druck in die Einspritzdüse eingebracht werden. Durch die Spaltbreite t und damit der Dicke des Brennstoff-Filmes kann die Grösse der Brennstoff-Tröpfchen nach der Zerstäubung eingestellt werden. Ueblicherweise wird die Spaltbreite t kleiner als ein halber Millimeter gewählt, um eine optimale Vermischung zwischen Brennstoff und Verbrennungsluft zu erreichen.

[0015] Am Brenneraustritt 18 des Brenners 10 stellt sich eine möglichst homogene Brennstoffkonzentration über dem beaufschlagten kreisringförmigen Querschnitt ein. Es entsteht am Brenneraustritt eine definierte kalottenförmige Rezirkulationszone 21, an deren Spitze die Zündung erfolgt. Die Flamme selbst wird durch die Rezirkulationszone vor dem Brenner stabilisiert, ohne einen mechanischen Flammenhalter zu benötigen.

[0016] Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das gezeigte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Die Form und Anzahl der Verteilungsstifte ist im wesentlichen beliebig, entscheidend ist nur die regelmässige Verteilung des Brennstoffes. Die Erstreckung der Einspritzdüsen im tangentialen Schlitz und die Lage der Zwischenstücke muss dem Luftfluss durch den tangentialen Schlitz angepasst werden.

[0017] Der Brenner kann auch zusätzlich mit gasförmigem Brennstoff betrieben werden. Hierzu sind dann im Bereich der tangentialen Schlitze in den Wandungen der beiden Teilkörper in Längsrichtung verteilte Gaseinströmöffnungen in Form von Düsen vorgesehen. In einem solchen Gasbetrieb beginnt die Gemischbildung mit der Verbrennungsluft ebenfalls in der Zone der tangentialen Eintrittsschlitze.

[0018] Fig. 5 zeigt einen herkömmlichen Brenner mit Drallkörper 30, im wesentlichen bestehend aus einem Rohr 32, mehreren Umlenkkörpern 31 mit Flügelprofil und einer in der Mitte angeordneten Brennstofflanze 34.
Nach Fig. 6 können die oben beschriebenen Einspritzdüsen 1 selbstverständlich auch in den Drallkörper 30 zwischen den Umlenkkörpern 31 eingebaut werden. Dadurch wird eine optimale Vermischung zwischen Brennstoff und Verbrennungsluft vorgängig der Zündung erreicht. Die Anzahl der Einspritzdüsen 1 kann dabei natürlich von der Fig. 6 beliebig abweichen und den jeweiligen Gegebenheiten angepasst werden. Die Versorgung der Einspritzdüsen 1 mit Brennstoff kann direkt von der Brennstofflanze 34 über nicht dargestellten Leitungen erfolgen. Gemäss Fig. 7 besteht die Möglichkeit, die Einspritzdüse direkt in den Umlenkkörper 31a zu integrieren. Diese integrierte Düse la ist dabei funktionell gleich aufgebaut wie die Einspritzdüse 1. So wird beispielsweise die Brennstoffleitung 2a einfach den räumlichen Gegebenheiten im Umlenkkörper 31a angepasst. Die Brennstoffversorgung kann hier natürlich auch durch die Brennstofflanze 34 erfolgen. Selbstverständlich ist auch hier die Form und Anzahl der Verteilungsstifte im wesentlichen beliebig.

[0019] Die Einspritzdüsen können auch noch in anderen Anordnungen verwendet werden. Wesentlich sind genügend hohe Energien der gasförmigen Medien, in die das flüssige Arbeitsmittel eingedüst wird. So kann die Einspritzdüse in jeder Art von Vormischbrenner zur Anwendung kommen.

Bezugszeichenliste

[0020] 

1

Einspritzdüse

1a

Einspritzdüse im Umlenkkörper

2

Brennstoffleitung

2a

Brennstoffleitung in Umlenkkörper

3

Verteilungsplatte

4

Verteilungsstifte

5

Zerstäubungskante

6

Schlitz

7

Kanal

8

Zwischenstück

10

Doppelkegelbrenner

11

Teilkörper

12

Teilkörper

13

Mittelachse

14

Mittelachse

18

Brenneraustritt

19

tangentialer Schlitz

20

Brennstofflanze

21

Rückstromkalotte

30

Drallkörper

31

Umlenkkörper

31a

Umlenkkörper mit Einspritzdüse

32

Rohr

34

Brennstoflanze

50

Plenum

54

Frontplatte

55

Dom

60

Brennkammer

63

Brennkammerwand

t

Spaltbreite Einspritzdüse

Ansprüche

1. Einspritzdüse zur Eindüsung von Brennstoffen in komprimierte gasförmige Medien, wobei die Einspritzdüse (1) wesentlich aus einer Brennstoffleitung (2) und einem von der Brennstoffleitung abzweigenden Kanal (7) besteht, wobei sich die Brennstoffleitung (2) im wesentlichen senkrecht zur Eindüsungsrichtung des Brennstoffes längsförmig ausdehnt, und der Kanal (7), welcher sich in der Eindüsungsrichtung des Brennstoffes erstreckt, im wesentlichen durch zwei Verteilungsplatten (3) gebildet ist, und wobei ein Brennstoff durch Öffnungen (6) in der Brennstoffleitung (2) und den Kanal (7) zu stromab der Eindüsungsrichtung gelegenen Zerstäubungskanten (5) der Verteilungsplatten (3) zuleitbar ist
   dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (6) der Brennstoffleitung (2) schlitzförmig sind, und, dass zwischen den Verteilungsplatten (3) Verteilungsstifte (4) angeordnet sind.

2. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
im Kanal (7) mindestens ein Zwischenstück (8) angeordnet ist, wodurch mehrere Verteilungsplatten (3) gebildet werden.

3. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die Einspritzdüse (1) auf der Aussenseite aerodynamisch ausgestaltet ist.

4. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die Spaltbreite (t) des Kanals (7) bei der Zerstäubungskante (5) höchstens einen halben Millimeter beträgt.

5. Verwendung einer Einspritzdüse nach Anspruch 1 in einem Vormischbrenner der Doppelkegelbauweise, dadurch gekennzeichnet, dass
die Einspritzdüse (1) in den tangentialen Lufteintrittschlitzen (19) des Vormischbrenners der Doppelkegelbauart angeordnet ist.

6. Verwendung einer Einspritzdüse nach Anspruch 1 mit einem von komprimierten gasförmigen Medien durchströmten Drallkörper (30), dadurch gekennzeichnet, dass in dem von komprimierten gasförmigen Medien durchströmten Drallkörper (30) mindestens eine Einspritzdüse (1) zwischen zwei benachbarten Umlenkkörpern (31), angeordnet ist.

7. Verwendung einer Einspritzdüse nach Anspruch 1 mit einem von komprimierten gasförmigen Medien durchströmten Drallkörper (30), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens innerhalb eines Umlenkkörpers (31) des von komprimierten gasförmigen Medien durchströmten Drallkörpers(30) eine Einspritzdüse (la) angeordnet ist.

Claims

1. Injection nozzle for introducing fuels into compressed gaseous media, the injection nozzle (1) consisting essentially of a fuel conduit (2) and a passage (7) branching off from the fuel conduit, the fuel conduit (2) extending lengthwise essentially at right angles to the direction of introduction of the fuel and the passage (7), which extends in the direction of introduction of the fuel, essentially being formed by two distribution panels (3), and a fuel being able to be fed through openings (6) in the fuel conduit (2) and through the passage (7) to atomization edges (5), situated downstream of the direction of introduction, of the distribution panels (3), characterized in that the openings (6) in the fuel conduit (2) are slot-shaped, and in that distribution pins (4) are arranged between the distribution panels (3).

2. Injection nozzle according to Claim 1, characterized in that at least one intermediate piece (8) is arranged in the passage (7), a plurality of distribution panels (3) being formed by this means.

3. Injection nozzle according to Claim 1, characterized in that the injection nozzle (1) is of aerodynamic design on the outside.

4. Injection nozzle according to Claim 1, characterized in that the gap width (t) of the passage (7) is at most half a millimetre at the atomization edge (5).

5. Use of an injection nozzle according to Claim 1 in a premixing burner of the double-cone type, characterized in that the injection nozzle (1) is arranged in the tangential air inlet slots (19) of the premixing burner of the double-cone type.

6. Use of an injection nozzle according to Claim 1 having a swirl body (30) through which compressed gaseous media flow, characterized in that at least one injection nozzle (1) is arranged between two adjacent deflection bodies (31) in the swirl body (30) through which'compressed gaseous media flow.

7. Use of an injection nozzle according to Claim 1 having a swirl body (30) through which compressed gaseous media flow, characterized in that an injection nozzle (la) is arranged within at least one deflection body (31) of the swirl body (30) through which compressed gaseous media flow.

Revendications

1. Gicleur pour injecter des combustibles dans des fluides gazeux comprimés, le gicleur (1) se composant essentiellement d'une conduite de combustible (2) et d'un canal (7) dérivé de la conduite de combustible, la conduite de combustible (2) s'étendant essentiellement dans le sens longitudinal perpendiculairement au sens de l'injection du combustible, et le canal (7), qui s'étend dans le sens de l'injection du combustible, étant essentiellement formé de deux plaques de distribution (3), et un combustible pouvant être acheminé à travers des orifices (6) dans la conduite de combustible (2) et du canal (7) vers les bords de vaporisation (5) des plaques de distribution (3) qui se trouvent en aval du sens d'injection, caractérisé par le fait que les orifices (6) de la conduite de combustible (2) sont fendus et que des tiges de distribution (4) sont disposées entre les plaques de distribution (3).

2. Gicleur conforme à la revendication 1, caractérisé par le fait qu'au moins un intercalaire (8) est disposé dans le canal (7), ce qui permet de former plusieurs plaques de distribution (3).

3. Gicleur conforme à la revendication 1, caractérisé par le fait que le côté extérieur du gicleur (1) est de forme aérodynamique.

4. Gicleur conforme à la revendication 1, caractérisé par le fait que la largeur (t) du canal (7) au niveau du bord de vaporisation (5) est au maximum égale à un demi millimètre.

5. Utilisation d'un gicleur selon la revendication 1 dans un brûleur à prémélange de type à double cône, caractérisée par le fait que le gicleur (1) est disposé dans les fentes d'entrée tangentielles (19) du brûleur à prémélange de type à double cône.

6. Utilisation d'un gicleur selon la revendication 1 avec un cyclone (30) traversé par des fluides gazeux comprimés, caractérisée par le fait qu'au moins un gicleur (1) est disposé entre deux chicanes (31) voisines dans le cyclone (30) traversé par des fluides gazeux comprimés.

7. Utilisation d'un gicleur selon la revendication 1 avec un cyclone (30) traversé par des fluides gazeux comprimés, caractérisée par le fait qu'un gicleur (la) est disposé dans au moins une chicane (31) du cyclone (30) traversé par des fluides gazeux comprimés.

Zeichnung