DE10132195A1 - atomizer - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zerstäuber 1 zum Zerstäuben einer Flüssigkeit 3, insbesondere zum Zerstäuben eines flüssigen Brennstoffes bei einem Brenner eines Heizgeräts, mit einem Innenrohr 2, das mit der zu zerstäubenden Flüssigkeit 3 beaufschlagbar ist, und mit einem Außenrohr 5, welches das Innenrohr 2 unter Ausbildung eines Ringraumes 6 umschließt, das mit einem Gas 7 beaufschlagbar ist und dessen Mündungsbereich 9 einen Mündungsbereich 10 des Innenrohrs 2 unter Ausbildung eines mit dem Ringraum 6 kommunizierenden Zerstäubungsraums 11 überlappt, wobei im Innenrohr 2 eine Elektrode 12 zur elektrostatischen Aufladung der zu zerstäubenden Flüssigkeit 3 angeordnet ist.The present invention relates to an atomizer 1 for atomizing a liquid 3, in particular for atomizing a liquid fuel in a burner of a heating device, with an inner tube 2 which can be acted upon by the liquid 3 to be atomized, and with an outer tube 5 which holds the inner tube 2 enclosing an annular space 6, which can be acted upon by a gas 7 and whose mouth region 9 overlaps a mouth region 10 of the inner tube 2 to form an atomizing space 11 communicating with the annular space 6, an electrode 12 in the inner tube 2 for electrostatically charging the liquid to be atomized 3 is arranged.
Description
Die Erfindung betrifft einen Zerstäuber zum Zerstäuben einer Flüssigkeit, insbesondere zum Zerstäuben eines flüssigen Brennstoffes bei einem Brenner eines Heizgeräts. The invention relates to an atomizer for atomizing a Liquid, especially for atomizing a liquid Fuel in a burner of a heater.
Damit die stationäre Verbrennung flüssiger Brennstoffe, wie sie beispielsweise bei Heizgeräten stattfindet, schadstoffarm ausgestalten werden kann, wird der flüssige Brennstoff zweckmäßig zuerst zerstäubt. Zu diesem Zweck werden Zerstäuber der eingangs genannten Art verwendet. Bei Heizgeräten mit niedriger Brennerleistung werden üblicherweise Drall-Druckzerstäuber oder luftgestütze Zerstäuber verwendet. Bei einem Drall-Druckzerstäuber wird der flüssige Brennstoff unter einem relativ hohen Druck einer Düse zugeführt, an deren Austritt der flüssige Brennstoff entspannt und dabei zerstäubt wird. Diesem Expansionsvorgang ist dabei ein Drall überlagert. Bei einem luftgestützten Zerstäuber wird der flüssige Brennstoff mit einem vergleichsweise niedrigen Druck einer Mündung zugeführt, durch die der flüssige Brennstoff in eine Zerstäubungskammer austritt. Dieser Zerstäubungskammer wird Luft zugeführt, wodurch sich die gewünschte Zerstäubung ergibt. So that the stationary combustion of liquid fuels, such as it takes place in heaters, for example, can be designed to be low in pollutants, the liquid It is practical to atomize the fuel first. To this end atomizers of the type mentioned are used. at Heaters with low burner output usually swirl pressure atomizers or air-supported Atomizer used. With a swirl pressure atomizer the liquid fuel under a relatively high pressure fed to a nozzle, at the outlet of which the liquid The fuel is expanded and atomized. this Expansion process is overlaid with a swirl. At a Airborne atomizer is used with the liquid fuel a comparatively low mouth pressure fed through which the liquid fuel into a Atomization chamber emerges. This atomization chamber will Air supplied, which creates the desired atomization results.
Bei Heizgeräten, die in Kraftfahrzeugen, z. B. als Zuheizer oder als Standheizung, eingesetzt werden, müssen besonders kleine Brennerleistungen realisiert werden, die beispielsweise weniger als 5 kW betragen sollen. Des weiteren sollen derartige Heizgeräte möglichst leicht und kompakt sein, sowie eine geringe elektrische Leistungsaufnahme aufweisen. For heaters used in motor vehicles, e.g. B. as auxiliary heater or as auxiliary heating, must be used small burner capacities can be realized for example, should be less than 5 kW. Of further such heaters should be as light as possible and be compact, as well as a low electrical Have power consumption.
Bekannte Drall-Druckzerstäuber können bis zu einer minimalen Leistung von etwa 8 kW sinnvoll verwendet werden und eignen sich daher nur bedingt für den Einsatz in einem Heizgerät eines Kraftfahrzeugs. Im Unterschied dazu können luftgestützte Zerstäuber auch bei einer Brennerleistung von weniger als 5 kW eine hinreichend gute Zerstäubung liefern. Allerdings benötigen luftgestützte Zerstäuber einen zusätzlichen Kompressor, der die Luft auf den für die Zerstäubung erforderlichen Druck fördert. Üblicherweise wird ein Überdruck von mehr als 600 mbar benötigt, um den flüssigen Brennstoff hinreichend zu zerstäuben. Known swirl pressure atomizers can be used to a minimum Power of about 8 kW can be used and suitable is therefore only conditionally suitable for use in a heater a motor vehicle. In contrast, you can air-based atomizers even with a burner output of less than 5 kW provide a sufficiently good atomization. However, airborne atomizers need one additional compressor, which the air on the for Atomization promotes pressure required. Usually an overpressure of more than 600 mbar is required to atomize liquid fuel sufficiently.
Desweiteren ist die sog. elektrostatische Zerstäubung bekannt, mit deren Hilfe auch Brennerleistungen unter 5 kW erzielt werden können. Bei der elektrostatischen Zerstäubung wird der flüssige Brennstoff bevor er aus der Mündung einer Düse austritt, elektrostatisch aufgeladen. Nach dem Austritt aus der Mündung bilden sich aufgrund der elektrostatischen Abstoßungskräfte die gewünschten Tröpfchen. Nachteilig ist hierbei, daß die Tröpfchen bezüglich der Austrittsrichtung, mit der der flüssige Brennstoff aus der Mündung austritt, eine relativ hohe Ausbreitungsgeschwindigkeit in radialer Richtung besitzen, mit der Folge, daß ein schadstoffarmer Verbrennungsvorgang nur schwer erreichbar ist. Furthermore, the so-called electrostatic atomization known, with the help of burner outputs below 5 kW can be achieved. With electrostatic atomization is the liquid fuel before it comes out of a mouth Nozzle emerges, electrostatically charged. After the exit form from the mouth due to the electrostatic Repulsive forces the desired droplets. The disadvantage is here that the droplets with respect to the exit direction, with which the liquid fuel emerges from the mouth, a relatively high rate of propagation in radial Have direction, with the result that a low pollutant Combustion process is difficult to reach.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Der erfindungsgemäße Zerstäuber mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß damit eine axial ausgerichtete Strömung einer zerstäubten Flüssigkeit erzeugt werden kann, ohne daß dazu ein Kompressor erforderlich ist. Insbesondere kann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Zerstäubers bei einer Verwendung in einem Heizgerät für sehr niedrige Brennerleistungen, z. B. von 5 kW bis 1 kW eine axial ausgerichtete Strömung eines zerstäubten Brennstoffs erzeugt werden, wodurch auch bei diesen kleinen Brennerleistungen eine schadstoffarme Verbrennung realisierbar ist. Desweiteren hat sich gezeigt, daß der erfindungsgemäße Zerstäuber auch bei den kleinen Leistungen noch voll modulierend betrieben werden kann. The atomizer according to the invention with the features of Claim 1 has the advantage that a axially directed flow of an atomized liquid can be generated without a compressor is required. In particular, with the help of Atomizer according to the invention when used in a Heater for very low burner outputs, e.g. B. of 5 kW up to 1 kW an axially aligned flow of an atomized Fuel are generated, which also makes these small Burner performance low-pollutant combustion is feasible. Furthermore, it has been shown that the The atomizer according to the invention also in the low power can still be operated fully modulating.
Beim erfindungsgemäßen Zerstäuber wird die zu zerstäubende Flüssigkeit in einem Innenrohr mit Hilfe der darin angeordneten Elektrode elektrostatisch aufgeladen. Am Austritt des Innenrohrs kommt es dann zur elektrostatischen Zerstäubung der Flüssigkeit noch innerhalb eines Außenrohrs, das mit einem Gas beaufschlagt ist. Dieses Gas kann dann die zerstäubte Flüssigkeit mitnehmen bzw. mitreißen und aus dem Außenrohr austreten. Durch eine entsprechende Anordnung der Mündung des Außenrohrs kann die gewünschte axial ausgerichtete Strömung für die zerstäubte Flüssigkeit erreicht werden. In the atomizer according to the invention, the atomizer to be atomized Liquid in an inner tube using the inside arranged electrode electrostatically charged. At the The inner tube then emerges to become electrostatic Atomization of the liquid inside an outer tube, that is pressurized with a gas. This gas can then Take the atomized liquid with you or take it away and out of the Exit the outer tube. By an appropriate arrangement of the Mouth of the outer tube can be the desired axial aligned flow for the atomized liquid can be achieved.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einer elektrostatischen Zerstäubung eine gasgestützte Zerstäubung zu überlagern, wobei die eigentliche Zerstäubung elektrostatisch erfolgt, während die Ausbildung einer ausgerichteten Strömung durch die Überlagerung mit einer bereits ausgerichteten Gasströmung erfolgt, welche die zerstäubte Flüssigkeit mitnimmt. Hierbei hat sich gezeigt, daß bereits geringe Gasdrücke ausreichen, die gewünschte Strömung zu erzeugen, so daß auf einen leistungsstarken Kompressor verzichtet werden kann. Im Unterschied dazu ist bei einer herkömmlichen luftgestützten Zerstäubung zwingend ein relativ leistungsstarker Kompressor erforderlich, um den für die Zerstäubung benötigten hohen Luftdruck bereitstellen zu können. The present invention is based on the general Thoughts of electrostatic sputtering to superimpose gas-assisted atomization, the actual atomization takes place electrostatically while the Formation of an aligned flow through the Overlay with an already aligned gas flow takes place, which takes the atomized liquid. in this connection has shown that even low gas pressures are sufficient to generate the desired flow, so that on one powerful compressor can be dispensed with. in the The difference is with a conventional air-based Atomization is a relatively powerful compressor required to achieve the high level required for atomization To be able to provide air pressure.
Von besonderem Vorteil ist hierbei, daß zur Erzeugung der Gasströmung, die die elektrostatisch zerstäubte Flüssigkeit mitreißt, kein leistungsstarker Kompressor od. dgl. erforderlich ist. Beispielsweise kann bei einer Verwendung in einem Heizgerät bereits das für die Frischluftzufuhr vorgesehene Gebläse zur Erzeugung der Gasströmung verwendet werden. It is particularly advantageous here that the generation of the Gas flow that is the electrostatically atomized liquid swept away, no powerful compressor or the like. is required. For example, when used in a heater, that for fresh air supply provided blower used to generate the gas flow become.
Zweckmäßig können Innenrohr und/oder Außenrohr und/oder Elektrode achsparallel, insbesondere koaxial, zueinander angeordnet sein, wodurch sich eine besonders hochwertige axiale Strömung für die zerstäubte Flüssigkeit erzielen läßt. The inner tube and / or outer tube and / or can expediently Electrode parallel to one another, in particular coaxially be arranged, which is a particularly high quality Achieve axial flow for the atomized liquid leaves.
Vorteilhaft ist dabei außerdem eine stabförmig ausgebildete Elektrode, um eine relativ große Kontaktzone zur elektrischen Aufladung der Flüssigkeit zu erzielen. A rod-shaped design is also advantageous Electrode to a relatively large contact zone to achieve electrical charging of the liquid.
Das der Erfindung zugrundeliegende Problem wird auch durch ein Heizgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst, dessen Brenner mit einem Zerstäuber nach der Erfindung ausgestattet ist. Bei diesem Heizgerät wird das Gas, das im Zerstäuber die zerstäubte Flüssigkeit mitnimmt durch Verbrennungsluft gebildet, die in einer Brennkammer des Heizgeräts mit dem mitgeführten Brennstoff verbrennt. Grundsätzlich kann dabei eine zusätzliche Frischluftzufuhr bzw. eine separate Gaszufuhr zum Zerstäuber entfallen. The problem underlying the invention is also solved by solved a heater with the features of claim 10, whose burner with an atomizer according to the invention Is provided. With this heater, the gas that is in the The atomizer takes the atomized liquid with it Combustion air formed in a combustion chamber of the The heater burns with the fuel carried. In principle, an additional fresh air supply can be used or a separate gas supply to the atomizer is not required.
Bei einer besonderen Weiterbildung kann das Heizgerät ein Frischluftgebläse zur Versorgung des Brennraums mit Frischluft aufweisen, wobei dann das Außenrohr des Zerstäubers eingangsseitig an die Druckseite dieses Frischluftgebläses angeschlossen ist. Mit anderen Worten, das bei einem herkömmlichen Heizgerät ohnehin vorhandene Frischluftgebläse kann zur Frischluftbeaufschlagung des erfindungsgemäßen Zerstäubers verwendet werden, so daß ein zusätzlicher Kompressor od. dgl. entfallen kann. In a special development, the heater can Fresh air blower to supply the combustion chamber with Have fresh air, then the outer tube of the Atomizer on the input side to the pressure side of this Fresh air blower is connected. In other words, that already exists in a conventional heater Fresh air blowers can be used to apply fresh air to the Atomizer according to the invention are used so that a additional compressor or the like can be omitted.
Das der Erfindung zugrundeliegende Problem wird auch durch eine Verwendung gemäß Anspruch 12 gelöst. Dabei zeigen sich die Vorteile des erfindungsgemäßen Zerstäubers besonders deutlich, da dieser eine zur Erzeugung einer schadstoffarmen Verbrennung geeignete, axial ausgerichtete Strömung eines zerstäubten Brennstoffs erzeugen kann und dabei auch bei kleinsten Leistungen voll modulierend betrieben werden kann. The problem underlying the invention is also solved by solved a use according to claim 12. Show up the advantages of the atomizer according to the invention in particular clearly because this one to produce a low-pollutant Combustion suitable, axially aligned flow of a can produce atomized fuel and thereby also smallest services can be operated fully modulating.
Darüber hinaus wird das der Erfindung zugrundeliegende Problem auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 13 gelöst. In addition, the basis of the invention Problem also through a process with the characteristics of Claim 13 solved.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung. Other important features and advantages of the invention result itself from the subclaims, from the drawing and from the associated description of the figures using the drawing.
Zeichnungdrawing
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Zerstäubers ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. An embodiment of the atomizer according to the invention is shown in the drawing and is described in more detail below explained.
Die einzige Fig. 1 zeigt einen halbierten Längsschnitt durch einen Zerstäuber nach der Erfindung. The only Fig. 1 shows a halved longitudinal section through an atomizer according to the invention.
Entsprechend Fig. 1 besitzt ein erfindungsgemäßer Zerstäuber 1 ein zylindrisches Innenrohr 2, das mit einer Flüssigkeit 3 beaufschlagbar ist, was in Fig. 1 durch einen Pfeil symbolisiert ist. Das Innenrohr 2 besitzt eine blendenförmig ausgebildete Mündung 4, deren Austrittsquerschnitt kleiner ist als der Innenquerschnitt des Innenrohrs 2. According to FIG. 1 has an inventive nebulizer 1, a cylindrical inner tube 2, which can be acted on with a liquid 3, which is symbolized in Fig. 1 by an arrow. The inner tube 2 has an orifice-shaped mouth 4 , the outlet cross section of which is smaller than the inner cross section of the inner tube 2 .
Desweiteren weist der Zerstäuber 1 ein zylindrisches Außenrohr 5 auf, welches das Innenrohr 2 umhüllt, wobei die beiden Rohre 2 und 5 vorzugsweise koaxial zueinander angeordnet sind. Radial zwischen Außenrohr 5 und Innenrohr 2 ist ein Ringraum 6 ausgebildet, der mit einem Gas 7 beaufschlagbar ist, was hier durch einen Pfeil symbolisiert ist. Das Außenrohr 5 weist eine blendenförmige Mündung 8 auf, die hier fluchtend zur Mündung 4 des Innenrohrs 2 angeordnet ist. Der Austrittsquerschnitt der Außenrohr- Mündung 8 ist ebenfalls kleiner als der Querschnitt im Inneren des Außenrohrs 5. Desweiteren ist der Austrittsquerschnitt der Außenrohr-Mündung 8 größer als der Austrittsquerschnitt der Innenrohr-Mündung 4. Furthermore, the atomizer 1 has a cylindrical outer tube 5 which envelops the inner tube 2 , the two tubes 2 and 5 preferably being arranged coaxially to one another. Radially between the outer tube 5 and the inner tube 2 , an annular space 6 is formed which can be acted upon by a gas 7, which is symbolized here by an arrow. The outer tube 5 has an aperture-shaped mouth 8 , which is arranged here in alignment with the mouth 4 of the inner tube 2 . The outlet cross section of the outer tube mouth 8 is also smaller than the cross section in the interior of the outer tube 5 . Furthermore, the outlet cross section of the outer tube mouth 8 is larger than the outlet cross section of the inner tube mouth 4 .
Die beiden Rohre 2 und 5 sind dabei so angeordnet und so ausgebildet, daß ein Mündungsbereich 9 des Außenrohrs 5 einen Mündungsbereich 10 des Innenrohrs 2 überlappt, derart, daß dabei zwischen den Mündungsbereichen 9 und 10 ein Zerstäubungsraum 11 ausgebildet ist, der mit dem Ringraum 6 kommuniziert. The two tubes 2 and 5 are arranged and designed in such a way that a mouth region 9 of the outer tube 5 overlaps a mouth region 10 of the inner tube 2 such that an atomization chamber 11 is formed between the mouth regions 9 and 10 , which is connected to the annular chamber 6 communicated.
Insoweit entspricht der erfindungsgemäße Zerstäuber 1 einer herkömmlichen Zerstäuberdüse, wie sie bei einer bekannten luftgestützten Zerstäubung verwendet werden kann. In this respect, the atomizer 1 according to the invention corresponds to a conventional atomizer nozzle, as can be used in a known air-based atomization.
Der erfindungsgemäße Zerstäuber 1 ist nun zusätzlich mit einer stabförmigen Elektrode 12 ausgestattet, die im Inneren des Innenrohrs 2 angeordnet ist und zur elektrostatischen Aufladung der zu zerstäubenden Flüssigkeit 3 dient. Die Elektrode 12 ist zweckmäßig koaxial zum Innenrohr 2 bzw. zum Außenrohr 5 angeordnet und erstreckt sich im Inneren des Innenrohrs 2 vorzugsweise bis in die Nähe der Innenrohr- Mündung 4. The atomizer 1 according to the invention is now additionally equipped with a rod-shaped electrode 12 which is arranged in the interior of the inner tube 2 and is used for electrostatic charging of the liquid 3 to be atomized. The electrode 12 is expediently arranged coaxially to the inner tube 2 or to the outer tube 5 and preferably extends in the interior of the inner tube 2 up to the vicinity of the inner tube mouth 4 .
Der erfindungsgemäße Zerstäuber 1 funktioniert wie folgt:
Die zu zerstäubende Flüssigkeit 3, vorzugsweise ein
flüssiger Brennstoff, wird dem Innenrohr 2 zugeführt, in dem
die Flüssigkeit mittels der Elektrode 12 elektrostatisch
aufgeladen wird. Am Austritt der Innenrohr-Mündung 4 kommt
es aufgrund des durch die elektrostatische Aufladung
initiierten Tropfenzerfalls zu der gewünschten Zerstäubung.
Diese Zerstäubung findet zumindest teilweise im
Zerstäubungsraum 11 statt. Die dem Ringraum 6 zugeführte
Gasströmung, insbesondere Luftströmung, vermischt sich im
Bereich des Zerstäubungsraums 11 mit der zerstäubten
Flüssigkeit, nimmt oder reißt diese mit, wodurch die
gewünschte axial ausgerichtete Strömung der zerstäubten
Flüssigkeit erzielt wird. Dabei reicht bereits ein relativ
geringer Überdruck aus, um die sich aufgrund der
elektrostatischen Aufladung axial ausbreitenden Tröpfchen in
axialer Richtung umzulenken, um das erwünschte Sprühmuster
zu erzeugen.
The atomizer 1 according to the invention works as follows:
The liquid 3 to be atomized, preferably a liquid fuel, is fed to the inner tube 2 , in which the liquid is electrostatically charged by means of the electrode 12 . At the outlet of the inner tube mouth 4 , the desired atomization occurs due to the drop decay initiated by the electrostatic charge. This atomization takes place at least partially in the atomization chamber 11 . The gas flow supplied to the annular space 6 , in particular air flow, mixes with the atomized liquid in the region of the atomization space 11 , takes it or entrains it, as a result of which the desired axially oriented flow of the atomized liquid is achieved. In this case, a relatively small excess pressure is sufficient to deflect the droplets which axially spread due to the electrostatic charge in the axial direction in order to generate the desired spray pattern.
Dieser relativ niedrige Überdruck, der insbesondere kleiner als 600 mbar sein kann, läßt sich in der Luft- bzw. Gasströmung bereits mit Hilfe eines herkömmlichen Fristluftgebläses eines Heizgeräts erzeugen, das bei einem üblichen Heizgerät ohnehin vorhanden ist, um einen Brennraum des Heizgeräts mit Frischluft zu versorgen. Dementsprechend kann bei einer bevorzugten Verwendung des erfindungsgemäßen Zerstäubers 1 das Außenrohr 5 bzw. der Ringkanal 6 an die Druckseite dieses Frischluftgebläses angeschlossen werden. Dabei kann die gesamte vom Frischluftgebläse geförderte Frischluft oder ein Teilstrom davon durch den Zerstäuber 1 strömen, um einen Brenner des Heizgeräts mit einem Gemisch aus Verbrennungsluft und zerstäubtem Brennstoff zu versorgen. This relatively low overpressure, which can in particular be less than 600 mbar, can already be generated in the air or gas flow with the aid of a conventional period air blower of a heater, which is already present in a conventional heater in order to provide a combustion chamber of the heater with fresh air supply. Accordingly, in a preferred use of the atomizer 1 according to the invention, the outer tube 5 or the ring channel 6 can be connected to the pressure side of this fresh air blower. The entire fresh air conveyed by the fresh air blower or a partial flow thereof can flow through the atomizer 1 in order to supply a burner of the heater with a mixture of combustion air and atomized fuel.
Um die Zerstäubungswirkung der elektrostatischen Aufladung der Flüssigkeit bzw. des Flüssigbrennstoffs zu verbessern, kann die Flüssigkeit stromauf des Zerstäubers 1 vorgewärmt werden, wozu entsprechende Vorwärmmittel vorgesehen sein können. In order to improve the atomizing effect of the electrostatic charging of the liquid or the liquid fuel, the liquid can be preheated upstream of the atomizer 1 , for which purpose appropriate preheating means can be provided.
Claims (13)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8131 | Rejection |