Verfahren zur Erzielung einer Verbrennung mit hoher lfitzeentwicklung Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzielung einer Ver brennung mit. hoher Hitzeentwicklung.
Es ist. bekannt, dass die Verbrennung be schleunigt, wenn nicht. tatsächlich fort gepflanzt wird, sobald man durch eine brenn bare Mischung aktive Ionen, Radikale oder Teilchen hindurehbewegt oder eindiffundie- ren lässt, welche aus dem Brennstoff bei be- äinnender Verbrennung stammen. Diese Be- sehleunigung der Verbrennung wird der Ge- genstromzündung zugeschrieben, die sich schneller fortpflanzt als die Flamme, soweit sieh dies aus dem Wä,rmefluss, oder der Wärmeübertragung berechnen lässt.
Von sol chen Ionen, Radikalen oder aktiven Teilchen weiss man, dass sie chemische Zwischen produkte oder unvollständige Moleküle dar stellen, die elektrische Ladungen tragen und kataly-tiseh oder als aktive Kerne auf ein hocherhitztes, brennbares Gemisch einwirken können, uni die Verbrennung zu beschleuni gen.
Die Lebensdauer dieser Zwischenpro dukte oder unvollständigen Moleküle und daher die Dauer ihrer katalytischen Wirk samkeit oder ihrer Wirksamkeit als aktive Zentren der Verbrennungsreaktion, währt über eine verhältnismässig günstige Zeit periode, nämlich 1-? Sekunden. Es ist aber noch niemals gelungen, diese Erscheinungen technisch zu beherrschen.
Erfindungsgemäss werden nun solche Ionen, Radikale oder aktive Teilchen einer beginnenden Verbrenhung dem Brennstoff vor seiner Einführung in die Verbrennungs zone zugeführt. Die Lebensdauer und die ka talytische oder kernbildende Wirksamkeit solcher Teilchen währt lange genug, dass, sie den Brennstoff in aktiver Form vom Punkt des Zusatzes bis zum Zündungspunkt beglei ten können. Bei der Zündung ruft nun die Einwirkung der Ionen, Radikale und aktive Teilchen auf den Brennstoff eine ausseror dentlich hohe Verbrennungsgeschwindigkeit hervor, die sieh in der Freisetzung äusserst grosser Wärmemengen äussert.
Bei der Aus führung der Erfindung wird zweckmässig ein Teil .der Produkte der beginnenden. Ver brennung des Brennstoffes selbst abgezweigt und gesondert zurückgeführt, vorzugsweise zu der Mischungsstelle des noch nicht ent zündeten Brennstoffes mit Luft., wo diese Produkte in das Brennstoff-Luftgemisch ein treten und nach der Zündstelle mitgeführt werden.
Wiewohl die Erfindung in verschiedenen Apparaten ausgeführt werden kann, soll als Beispiel eine-Form einer derartigen Vorrich tung an Hand der beiliegenden Zeichnung beschrieben werden, die einen Längsschnitt durch einen für die Zwecke der Erfindung ausgestatteten Brenner darstellt.
In der Zeichnung ist ein Brenner gezeigt, der eine Leitung 10 aufweist, in welche Luf t eingeführt wird. Die Leitung ist vorzugsweise zylindrisch, und die Luft wird durch eine: Luftleitung 11 zu einer Luftdüse 12 am lin ken Ende der Leitung 10 geführt. Die Luft leitung 11 ist mit .einer Luftquelle, beispiels weise mit. einem (nicht gezeichneten) Gebläse verbunden. Die Luft, welche durch die Lei tung 11 zugeführt wird, kann gegebenenfalls i orgewärmt, sein, um die Temperatur im Brenner zu steigern und die Geschwindigkeit. der Verbrennung zu erhöhen. Ferner sind Mittel vorgesehen, um in die Leitung 10 Brennstoff einzuführen.
Diese Mittel sind im vorliegenden Fall als Düse 13 innerhalb der Leitung 10 am rechten Ende eines Brenn stoffzuführungsrohres 11 dargestellt, welches axial durch die Luftdüse 12 hindurchgeht. Dieses Rohr 11 steht durch eine Leitung 15 mit einem Brennstoffvorrat (nicht gezeich net) ausserhalb der Leitung 10 in Verbin dung. Eine Brennstoffrüekleitung 16 von be kannter Form ist mit. der Brennstoffdüse 13 in gleichfalls bekannter Weise verbunden, bildet aber keinen Teil der vorliegenden Er findung.
Der bei der gezeichneten Anordnung zu verwendende Brennstoff ist ein fliessfähiger Brennstoff, der entweder gasförmig, flüssig oder in Form von festen Teilchen zugeführt werden kann, die in einem Gas oder einer Flüssigkeit suspendiert sind. In vielen Fällen hat sieh Öl als sehr gut geeigneter Brennstoff ,erwiesen.
Die Leitung 10 ist der Länge nach in eine Mischzone 17 und in eine Verbrennungszone 18 unmittelbar im Anschluss an die Misch- zone unterteilt. Am Ende der Verbrennungs zone schliesst sich eine geeignete Zone 19 der- Leitung an, welche die heissen VerbreDnungs- produkte zudem Verwendungsort, beispiels weise einem (nicht gezeichneten) Ofen führt. Die Luft wird also der Leitung 10 durch das Rohr 11 zugeführt, von wo sie durch die Mischzone 17 fliesst.
Bei dem gezeichneten. Brenner ist, ein schraubenförmiger Einsatz 20 in die Luftdüse 12 unmittelbar vor dein Lu .ftauslass in die Mischzone 17 eingesetzt. Er hat. die Wirkung, der Luft eine Rotationsbewegung zu erteilen, wenn sie in die Mischzone eintritt, und da durch den Brennstoff im Brenner zii vertei len. Der Brennstoff wird in die llisehzone unmittelbar im Anschluss an die Luftzufüh rung eingebracht.
Infolgedessen wird der Brennstoff in der Luftsäule, welche die Mischzone durchströmt, gut verteilt. leben der Brennstoffzufuhr ist eine Zündvorrich tung 21 in der Nähe der Brennstoffdüse 13 innerhalb der lliselizone angeordnet, welche dazu dient, den Brennstoff zu Beginn des Betriebs zu entzünden, oder auch zii andern Zeiten, wie es gewünscht wird. Nach der Ent zündung des Brennstoff-Luftgeniisehes geht die Verbrennung in der Kammer in einer Weise vor sieh, die nachstehend beschrieben wird.
Die Verbrennungszone 18 wird durch eine plötzliche Erweiterung des innern Durch inessers der Leitung 10 unmittelbar im An schluss an die Mischzone gebildet. und hat zweckmässig zylindriselie Form. Eine kreis ringförmige Schulter '?2 wird dadurch am Beginn der Verbreniiiuigszone 18 geschaffen. Sobald das Brennstoff-Luftgemisch entzündet ist., bildet sieh hinter der kreisringförmigen Schulter 22 ein geschützter Raum, welcher als erhitzte Basis für die Flamme des Bren ners dient.
Das in die Verbrennungszone mit hoher Geschwindigkeit eintretende Brenn stoff-Luftgemiseh bewirkt die Störung des brennenden Gemisches nahe der kreisring förmigen. Schulter 22 nur in einem ganz ge ringen Ausmass. Beispielsweise wird eine ver hältnismässig ruhige Zone mit geringer Ge schwindigkeit hinter der kreisringförmigen Schulter aufrechterhalten, wo die Flamme in verhältnismässig ruhigen Bedingungen brennt, unbeschadet des Wirbels, welcher in dem übrigen Teil der Verbrennungszone herrscht.
Ausserdem sichert die Schulter '?? die Ver brennung des noch nicht. entzündeten Brenn stoff-Luftgemisches und das Fortschreiten von einer Zone hoher Temperatur im Innern nach der Zone des unv erbrannten Gases. Diese Art. von Flammenbasis vermindert daher die Möglichkeit einer Abkühlung der (rase durch die kalten Wandungen, bevor die Verbrennung beendet ist. Der theoretische Fortschritt. der Verbrennung innerhalb der Verbrennungskammer wird durch die gestri chelten Linien A und B gekennzeichnet.
Aus den vorstehenden Erläuterungen ist. ersichtlich, dass die Verbrennung in einer Zone an der kreisringförmigen Schulter 22 innerhalb der Verbrennungszone 18 aufrecht erhalten wird. Die beginnende Verbrennung tritt, also in erstere Zone ,ein.
Um sicherzustellen, dass der durch die Düse 13 in die Mischzone eingeführte Brenn stoff rasch und vollständig verbrennt, ist es von Bedeutung, dass der Brennstoff sich so fort. gut mit der Luft mischt. Infolgedessen ist es zweckmässig, zusätzlich zu der feinen Verteilung des Brennstoffes in der Misehzone 17 durch die Düse 13 und die Wirbelbewe gung. welche der Luft durch den Schrauben einsatz 20 bei ihrem Eintritt in die Misch zone erteilt wird, eine Erhitzung des fein zerteilten Brennstoffes vorzusehen, um eine w4 lieheVerdampfun-bei-vorzLirufen, wenn 7 'it7 er mit.
dem Luftstrom gemischt wird. Ferner wird gemäss der Erfindung vorgesehen, zu dem feinverteilten Brennstoff, bevor er den Zündungspunkt erreicht, Ionen, Radikale oder aktive Teilchen zuzusetzen, welche aus beginnender Verbrennung von Brennstoff herrühren, um eine raschere und vollstän- digere Verbrennung innerhalb der Verbren nungskammer 18 zu erzielen.
Zu diesem Zweck ist eine Rückführung 23 angeordnet, welche von einem Ring von Öff nungen 24 in der kreisringförmigen Schulter 22 aus der Verbrennungszone nach rückwärts zu einem ringförmigen Einlass 25 führt., der die Luftdüse 12 umgibt. Auf diese Weise strömen die hoeherhitzten Gase aus der Ver brennungszone und die Ionen, Radikale und aktiven Teilchen, welche die Gase mit sieh führen, mit dem Brennstoff-Luftgeinisch durch die Mischkammer nach der Brennkam nier, heizen und vergasen den Brennstoff bei seiner Mischung mit .dem Luftstrom und be schleunigen dadurch die Verbrennung des Ge misches.
Wie die Zeichnung zeigt, ist die Rück führung 23, welche die Gase aus der Ver brennungszone nach der Mischzone 17 leitet, ringförmig und erstreckt sich als Mantel um die ganze Länge der Mischzone herum. Es ist. klar, dass an die Stelle der ringförmigen Ein! lassöffnung 25 auch eine Reihe von getrenn ten Einlasslöchern treten kann. Es ist ebenso verständlich, da.ss die Verbrennungsgase in die Rückführung 23 nicht durch einen Ring von Öffnungen 24 eintreten müssen.
Es wird jedoch bevorzugt, die Verbrennungsgase, wel che rückströmen, aus einer Zone zu ent nehmen, die nahe dem Ende der Mischungs zone 17 liegt, wo zwischen der Schulter 22 und der Wandung der Verbrennungszone ein kreisringförmiger Winkelraum gebildet wird, in dem die Flamme verhältnismässig ruhig brennt und die Verhältnisse konstant sind.
Auf jeden Fall wird von dieser Stelle ein Teil der Verbrennungsprodukte nach der Misehzone zurückgeführt, um eine innigere Mischung von Brennstoff und Luft. zu ge währleisten, Ionen, Radikale oder aktive Par tikel, die in dem Raum an der ringförmigen Schulter 22 in der Verbrennungszone 18 ge bildet worden sind, hinzuzufügen und zu.
veranlassen, da.ss diese Teilchen von dem Brennstoff-Luftgemisch bis zum Zündungs punkt mitgeführt werden, damit sie dort ihre katalytische und kernbildende Wirksamkeit entfalten und in der Verbrennungszone eine ausserordentlich hohe Verbrennungsgeschwin digkeit hervorrufen können.
Der Brennstoff wird also in der Luft säule.verteilt, die sich mit hoher Geschwindig keit durch die Mischzone bewegt, das Brenn stoff-Luftgemisch wird in einer gegenüber dieser Zone erweiterten Kammer anschlie ssend an. die Mischzone verbrannt und ein Teil der Verbrennungsprodukte wird unmittelbar aus der Verbrennungszone nach dem Anfang der Mischzone zurückgeführt, um. eine voll- ständigere Mischung von Brennstoff und Luft zu erzeugen und die Verbrennungs geschwindigkeit in der Brennkammer zu stei gern.
Ohne Bindung an eine bestimmte theore-- tische Deutung der Vorgänge bei der Bildung und der Wirkung der aktiven Teilchen, wel che von der Verbrennungszone nach der Mischzone zurückgeführt werden, liegt. der Beweis vor, dass gewisse Erscheinungen tat sächlich eintreten. Offenbar wird zu Beginn der Verbrennung die molekulare Struktur des Brennstoffes aufgespalten, und es tritt eine Dissoziation der Abbauprodukte der Brennstoffmaleküie ein.
Unter der Einwir- kung der hohen Hitzeentwicklung bei der Verbrennung werden H, 1121 OH, C und CO abgespalten, und es entstehen unvollkommene Moleküle. Diese Ionen, Radikale und aktiven Teilchen neigen in ihrem hocherhitzten Zu stand nicht nur ,dazu, sich rasch mit dem 02 der Verbrennungsluft zu vereinigen, sondern sie tragen auch elektrische Ladungen mit. sich, wie durch Einführung einer Sonde in die Vorrichtung nachgewiesen werden konnte. Sie bilden aktive Reaktionszentren im Brenn stoff und veranlassen dadurch eine hohe Ge schwindigkeit der Hitzeentwicklung.
Ausser dem ist die Geschwindigkeit der Hitzeentwick lung bei Zufügung dieser Verbrennungs- produkte zii dem Brennstoff-Luftgemisch und ihrer Mitwanderung mit diesem Gemisch bis zum Zündpunkt weit höher, als sie theore tisch aus der verbesserten Verteilung des Brennstoffes in der Verbrennungsluft und der Vorwärmung des . Gemisches abgeleitet werden könnte.
Ganz abgesehen jeder Theorie, ist es Tat sache, dass die Verbrennung unter den be schriebenen Bedingungen eine höhere Ge schwindigkeit der Hitzeentwicklung in Vor richtungen von kleiner Kapazität gestattet, als es bisher möglich war.
Die Erfindung ist nicht auf irgendeinen Brennstofftyp beschränkt. Es können Öle verschiedener Grade, Gas, Kohlenpulver oder andere Formen von Brennstoffen benutzt wer den.
Die hier beschriebene Ausführungsform der Erfindung ist bloss als Beispiel gedacht, um zu zeigen, wie die Erfindung angewendet werden kann. Andere, Ausführungsformen und andere Anwendungen der Erfindung bieten sich dem Fachmann auf dem Gebiet der Verbrennungstechnik von selbst an.