Die Erfindung betrifft eine Brennerdüse mit einem ersten Kanal für brennbares Fluid, mit einer Austrittsöffnung für das brennbare Fluid, mit einem zweiten Kanal für ein Zerstäuber- medium und mit einer Austrittsöffnung für das Zerstäubermedium, in deren Bereich ein Hartmann'scher Generator angeordnet ist.

Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Brennvorrichtung mit einer Lanze und einer Brennerdüse.

Aus dem Stand der Technik sind Brennerdüsen mit einem Hartmann'schen Generator bekannt, mittels denen brennbare Fluide, beispielsweise Öl oder flüssiger Schwefel, mit einem Zerstäubermedium verdüst und verbrannt werden. Als Zerstäubermedium wurde meistens Pressluft oder Dampf verwendet. Nachteilig beim Einsatz von Pressluft oder Dampf ist, dass nur eine gewisse Flammentemperatur erreicht werden kann. Um diesen Nachteil zu überwinden kann als Zerstäubermedium reiner Sauerstoff, mit dem wesentlich höhere Flammentemperaturen zu erreichen sind, verwendet werden. Da bei Verwendung von reinem Sauerstoff zudem die Zündgeschwindigkeit gesteigert wird, hat es sich in der Praxis herausgestellt, dass die Flamme so nah an die Brennerdüse kommt, dass diese beschädigt wird, selbst wenn sie aus feuerfestem Material hergestellt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Brennerdüse zur Verfügung zu stellen, mit welcher die angesprochenen Probleme vermieden werden. Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit einer Brennerdüse, welche die Merkmale des Anspruches 1 aufweist.

Bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Brennerdüse sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass als Zerstäubermedium reiner Sauerstoff verwendet wird und dass der Außendurchmesser des Tellers des Hartmann'schen Generators so bemessen ist, dass die Austrittsgeschwindigkeit des reinen Sauerstoffs aus der Düse - bei gleichbleibender Lanze einer Brennvorrichtung - so groß ist, dass die maximale Einsatz- temperatur des Werkstoffs der Düse und/oder des Hartmann'schen Generatorsim Bereich des Gehäuses der Düse nicht überschritten wird. Bei Tellerdurchmessern für das Zerstäuben von Pressluft, Dampf, und dergleichen, tritt das eingangs genannte Problem auf, dass die Düse bei einer reinen Sauerstoffverbrennung durch Überschreiten der maximalen Einsatztemperatur im Bereich der Düse beschädigt wird. Bei der erfindungsgemäße Brennerdüse tritt der Effekt auf, dass die Düse auch längerfristig den bei der reinen Sauserstoffverbrennung auftretenden Temperaturen standhält.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennerdüse ist vorgesehen, dass die maximale Einsatztemperatur des Werkstoffs der Düse und/oder des Hartmann'schen Generators an der vorderen Stirnseite des Gehäuses der Düse nicht überschritten wird, da hier die an der Düse auftretenden Temperaturen am größten sind.

Der ringförmige Kanal der Düse für den reinen Sauerstoff steht mit einem Sauerstoffbehälter, d.h. einem Lagerbehälter für reinen Sauerstoff, in Verbindung.

Die maximale Einsatztemperatur kann abhängig vom verwendeten Material beispielsweise im Bereich von 600°C oder von 1.500°C liegen. Sind die Düse und der Teller des Hartmann'schen Generators aus verschiedenen Materialien gebildet, so wird der Tellerdurchmesser im Rahmen der Erfindung derart bemessen, dass diejenige Temperatur nicht überschritten wird, welche der geringsten maximalen Einsatztemperatur der verwendeten Materialien entspricht.

Insbesondere ist der Außendurchmesser des Tellers des Hartmann'schen Generators für reinen Sauerstoff in Bezug auf den Außendurchmesser eines Tellers des Hartmann'schen Generators für Pressluft, Dampf, und dergleichen, bei gleichbleibender Lanze einer Brennvorrichtung derart verkleinert, dass die Austrittsgeschwindigkeit des Zerstäubermediums aus der Düse erhöht wird. Bei dem in Bezug auf den Außendurchmesser des Tellers des Hartmann'schen Generators für Pressluft, Dampf, und dergleichen, verkleinerten Tellerdurchmesser für reinen Sauerstoff tritt bei gleichbleibender Austrittsöffnung für das Zerstäubermedium der Effekt auf, dass die Vermischung und Verbrennung von Zerstäubermedium, hier reiner Sauerstoff, und brennbarem Fluid mit einem derartigen Abstand zur Brennerdüse stattfindet, dass die Brennerdüse durch die hohe Flammentemperatur keinen Schaden mehr genommen hat. Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn die Austrittsgeschwindigkeit des Zerstäubermediums aus der Düse im Wesentlichen verdoppelt wird.

Bei einem Verfahren zum Herstellen einer Brennvorrichtung wird so vorgegangen, dass eine Düse mit einem Hartmann'schen Generator an einer Lanze angeordnet wird, dessen Tellerdurchmesser so bemessen ist, dass die Austrittsgeschwindigkeit des reinen Sauerstoffs aus der Düse - bei gleicher Lanze wie für eine Düse für das Zerstäuben von Dampf, Pressluft, und dergleichen - so groß ist, dass die maximale Einsatztemperatur des Werkstoffs der Düse und/oder des Hartmann'schen Generators an der vorderen Stirnseite des Gehäuses der Düse nicht überschritten wird. Insbesondere wird ein Hartmann'scher Generator verwendet, durch dessen Tellerdurchmesser sich die Austrittsgeschwindigkeit des reinen Sauerstoffs gegenüber der Austrittsgeschwindigkeit bei einem Hartmann'schen Generator für Dampf, Pressluft, oder dergleichen, im Wesentlichen verdoppelt.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die angeschlossenen Zeichnungen, in welchen bevorzugte Ausführungsformen dargestellt sind. Es zeigt: Fig. 1 eine Lanze mit einer herkömmlichen Brennerdüse in einer Schnittansicht, Fig. 2 eine Lanze mit einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennerdüse in einer Schnittansicht, Fig. 3 die Brennerdüse aus Fig. 1 in einer Schnittansicht, Fig. 4 die Brennerdüse aus Fig. 2 in einer Schnittansicht und Fig. 5 ein Detail aus Fig. 4 in vergrößertem Maßstab.

In den Fig. 1 und 2 ist eine Brennvorrichtung mit einer Lanze 1 und einer Brennerdüse 2, 3 dargestellt. Die Lanze 1 weist einen Grundkörper 4 auf, innerhalb dem ein entlang der Längsachse 5 der Brennvorrichtung verlaufender, erster Kanal 6 für brennbares Fluid und ein zweiter Kanal 7 für Zerstäubermedium angeordnet ist. Der erste Kanal 6 ist zentral angeordnet, wogegen der zweite Kanal 7 als ein um den zentralen Kanal 6 verlaufender Ringkanal vorgesehen ist.

An dem der Brennerdüse 2 gegenüberliegendem Ende der Lanze 1 ist eine Zuführleitung 8 für das brennbare Fluid angeordnet, welche in den zentralen Kanal 6 mündet. Zudem ist eine Zuführleitung 9 für das Zerstäubermedium vorgesehen, die in den Rinkanal 7 mündet und im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse 5 angeordnet ist. Über den zentralen Kanal 6 und den Ringkanal 7 gelangen das brennbare Fluid und das Zerstäubermedium in die Brennerdüse 2, 3. In Fig. 1 ist an der Lanze 1 eine herkömmliche Brennerdüse 2 angeordnet, wobei als Zerstäubermedium Pressluft oder Dampf oder dergleichen verwendet wird. Bei der verwendeten O-Ringabdichtung O' besteht die Problematik, dass Pressluft bzw. Dampf in den zentralen Kanal 6 für das brennbare Fluid eindringen kann. Das Eindringen von Zerstäubermedium ist bei einer Pressluft - oder Dampfzerstäubung jedoch ungefährlich.

In Fig. 2 ist an der Lanze 1 eine erfindungsgemäße Brennerdüse 3 angeordnet, wobei als Zerstäubermedium reiner Sauerstoff verwendet wird. Bei Sauerstoff ist es gefährlich wenn dieser in den zentralen Kanal 6 für das brennbare Fluid eindringt, weshalb die O- Ringdichtung O bei der Lanze 1 mit der erfindungsgemäßen Brennerdüse 3 gegenüber der Außenatmosphäre abdichtet. Als brennbares Fluid kann in beiden Fällen beispielsweise Öl und flüssiger Schwefel verwendet werden.

In den Fig. 3 bzw. 4 ist die Verbrennerdüse 2, 3 aus den Fig. 1 bzw. 2 dargestellt. Die Brennerdüse 2, 3 besitzt einen Grundkörper 10, der im Inneren eines zylindrischen Gehäuses 11 angeordnet ist und im Bereich der vorderen Stirnseite 12 des Gehäuses 11 eine als Resonanzkammer 13 eines Hartmann'schen Generators dienende Ringnut aufweist. Im Grundkörper 10 verläuft ein erster, zentraler Kanal 14 als Fortführung des zentralen Kanals 6 für das brennbare Fluid, der in eine Austrittsöffnung 14' mündet. Der Autrittsöffnung 14' kann ein Verteiler für das brennbare Fluid in zugeordnet sein.

Zwischen Grundkörper 10 der Brennerdüse 2, 3 und dem zylindrischen Gehäuse 11 ist ein zweiter, ringförmiger Kanal 15 als Fortführung des Ringkanals 7 für das Zerstäuber-medium ausgebildet, der in einen gegen die Längsachse 5 hin gerichteten Düsenraum 16 endet. Der Düsenraum 16 mündet in die Resonanzkammer 13 des Hartmann'schen Generators, so dass das Zerstäubermedium in die Resonanzkammer 13 eindringt und in Schwingung versetzt wird. Das Zerstäubermedium tritt dann durch eine ringförmige Öffnung 17 aus, deren Weite - in Draufsicht auf die Brennerdüse 2, 3 gesehen - aus dem Abstand zwischen dem Innendurchmesser D1 , D1' der Kappe 18 des zylindrischen Gehäuses 11 und dem Außendurchmesser D2, D2' des Tellers 19 des Hartmann'schen Generators gebildet ist.

Durch den Hartmann'schen Generator wird ein Schwingungsfeld aufgebaut, durch welches das aus dem zentralen Kanal 14 austretende brennbare Fluid feinst zerstäubt wird. Das zerstäubte, brennbare Fluid wird mit dem Zerstäubermedium, welches den Hartmann'schen Generator betreibt, innig vermischt und verbrannt.

In Fig. 3 ist der Außendurchmesser D2' des Tellers 19 des Hartmann'schen Generators größer als 15 mm. Dampf bzw. Pressluft und Öl vermischen sich unmittelbar nach der ringförmigen Öffnung 17 und verbrennen dort . Würde man bei dieser Brennerdüse 2 reinen Sauerstoff als Zerstäubermedium verwenden, so würde die höhere Flammentemperatur die Brennerdüse 2 beschädigen. Der Innendurchmesser D1' der Kappe 18 des zylindrischen Gehäuses 11 ist 18 mm, so dass der Quotient aus dem Außendurchmesser D2' des Tellers 19 des Hartmann'schen Generators und dem Innendurchmesser D1' der Kappe 18 des Gehäuses 11 der Brennerdüse 3 0,83 beträgt.

Beispielsweise kann der Außendurchmesser D2 des Tellers 19 des Hartmann'schen Generators im Rahmen der Erfindung kleiner als 15 mm sein, vorzugsweise kleiner als 12 mm, insbesondere ca. 11 mm. Bei einer Verkleinerung des Tellerdurchmessers des Hartmann'schen Generators von 15 mm auf 11 mm verdoppelt sich die Austrittsge- schwindigkeit des Sauerstoffs gegenüber Düsen mit Tellerdurchmesser ab 15 mm - bei gleicher Größe der Austrittsöffnung 17 für das Zerstäubermedium - nahezu.

In Fig. 4 ist der Außendurchmesser D2 des Tellers 19 des Hartmann'schen Generators 1 1mm. Der reine Sauerstoff und das Öl vermischen und verbrennen erst mit Abstand von der Brennerdüse 3, da aufgrund des gegenüber dem Tellerdurchmesser D2' gemäß Fig. 3 geringeren Tellerdurchmessers D2 die Austrittsgeschwindigkeit des reinen Sauerstoffs ansteigt. Der Innendurchmesser D1 der Kappe 18 des zylindrischen Gehäuses 1 1 ist 14 mm, so dass der Quotient aus dem Außendurchmesser D2 des Tellers 19 des Hartmann'schen Generators und dem Innendurchmesser D1 der Kappe 18 des Gehäuses 11 der Brennerdüse 3 0,79 beträgt.

Der Quotient aus Außendurchmesser D2 des Tellers 19 des Hartmann'schen Generators und Innendurchmesser D1 der Kappe 18 des Gehäuses 3 der Brennerdüse 11 ist im Rahmen der Erfindung kleiner als 0,83 vorzugsweise kleiner als 0,80. Insbesondere liegt das Verhältnis D2/D1 zwischen 0,80 und 0,75, da sich bei diesen Ausführungsformen ein besonders vorteilhafter Strömungsbild des Sauerstoffes für die Verbrennung des Fluides bietet. Obwohl die Austrittsgeschwindigkeit des reinen Sauerstoffes an sich durch den Tellerdurchmesser des Hartmann'schen Generators bestimmt ist, hat sich überraschender Weise gezeigt, dass es zur Funktion der Sauerstoffdüse wesentlich auf das Verhältnis D2/D1 ankommt, und dass die Düse 3 vor allem in dem Bereich des Verhältnisses D2/D1 von 0,75 bis 0,83 vorzugsweise im Verhältnis kleiner als 0,8 dauerhaft richtig funktioniert.

Die erfindungsgemäße Düse 3 für reinen Sauerstoff gemäß den genannten Verhältnisses D2/D1 funktioniert bei Verwendung von Pressluft und Dampf od.dgl. nicht, da dann die entstehende Flamme aufgrund der zu großen Austrittsgeschwindigkeit abreisen würde.

Der Abstand zwischen dem Innendurchmesser D1 , D1' der Kappe 18 des Gehäuses 11 und dem Außendurchmesser D2, D2' des Tellers 19 des Hartmann'schen Generators ist bei den Brennerdüsen 2, 3 gemäß den Fig. 3 und 4 gleich.

Fig. 5 zeigt den Bereich der ringförmigen Öffnung 17 für den reinen Sauerstoff in einem vergrößertem Maßstab. Die Weite der Austrittsöffnung 17 für den Sauerstoff entspricht dem Abstand zwischen der unteren Außenkante (20) des Tellers (19) des Hartmann'schen Generators und der oberen Innenkante (21 ) der Kappe (18) des Gehäuses (1 1 ). Die zwischen der Außenkante (20) und der Innenkante (21 ) gedachte Mantelfläche beträgt bei einer Höhe h von 4 mm ca. 315 mm ² . Im Rahmen der Erfindung ist es bevorzugt, wenn die zwischen der unteren Außenkante des Tellers des Hartmann'schen Generators und der oberen Innenkante der Kappe des Gehäuses gebildete Mantelfläche kleiner als 415 mm ² , vorzugsweise kleiner als 350 mm ² , insbesondere kleiner als 315 mm ² , ist. Auch bei diesen Ausführungsformen bietet sich ein besonders vorteilhaftes Strömungsbild des Sauerstoffes. Zusammenfassend kann ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wie folgt zusammengefasst werden:

Eine Brennerdüse 3 weist einen ersten Kanal 14 für brennbares Fluid, eine Austrittsöffnung 14' für das brennbare Fluid, einen zweiten Kanal 15 für ein Zerstäubermedium und eine Austrittsöffnung 17 für das Zerstäubermedium, in deren Bereich ein Hartmann'-scher Generator angeordnet ist, auf. Als Zerstäubermedium wird reiner Sauerstoff verwendet. Der Außendurchmesser D2 des Tellers 19 des Hartmann'schen Generators ist so bemessen, dass die Austrittsgeschwindigkeit des reinen Sauerstoffs aus der Düse 3 so groß ist, dass die maximale Einsatztemperatur des Werkstoffs der Düse und/oder des Hartmann'schen Generators im Bereich des Gehäuses 11 der Düse 3 nicht überschritten wird. Es tritt der Effekt auf, dass die Vermischung und Verbrennung von Sauerstoff und brennbarem Fluid mit einem derartigen Abstand zur Brennerdüse 3 stattfindet, dass die Brennerdüse 3 durch die hohe Flammentemperatur keinen Schaden erleidet.