Улучшение горелки, специально приспособленные для внутреннего использования и с возможностью записи видов топлива, таких как топливо и как с чрезвычайно высокой эффективностью и низким уровнем загрязненности выход состоит из пары форсунок пленума типа (26,26), каждая из которых имеет выпуклую поверхность , на котором топливо текла для распыления, форсунок (26,26 «), которые расположены в конце жаровой трубы (3), в свою очередь находится в доменной трубки (1), говорит, форсунок (26,26) дальнейшее быть расположены симметрично по отношению к оси как пламя трубки (3) и взрыва трубки (1) которой спрей выходе из форсунок сбрасываются в пламени трубку (3), чтобы создать устойчивый фронт пламени, которые могут быть легко воспламеняться от искры типа ЗУ (18). распылители снабжены одним или несколькими отверстиями (29 ‘), через которые распыляя газ передается для создания брызг, и порты доступа воздуха (12,12, 13) расположены вдоль жаровой трубы, чтобы обеспечить необходимые воздуха для завершения процесса сгорания.
Claim: Претензия: Having described a preferred mode of practicing the invention, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and changes can be made therein; which modification and changesfall within the purview of the inventive concept defined by the appended claims wherein what is claimed is: Описав предпочтительного способа осуществления изобретения, это будет очевидным для специалиста в данной области, что различные модификации и изменения могут быть внесены в нем; которые внесении изменений и changesfall в компетенцию изобретательский замысел определяются прилагаемой формулой изобретения котором утверждал, что является:
1. A liquid fuel burner comprising: 1 жидкого топлива горелки составе.:
a flame tube having an inlet end and an outlet end, жаровой трубы с конца входной и выходной конец,
an atomizing chamber communicating with said inlet end of said flame tube and enclosing fuel atomizing means for discharging atomized fuel into said flame tube through openings in a dividing wall separating said flame tube from said atomizingchamber, распыляя камеры общения с впускного отверстия конце сказал трубки пламени и ограждающих топлива распыляя средства для выполнения распыленного топлива в трубке сказал пламени через отверстия в разделительной стене, разделяющей сказал пламени трубку от atomizingchamber сказал,
said atomizing means comprising a plurality of hollow plenum chambers each having a smooth outer surface and each defining therein a small through aperture, a means for producing a flow of fuel in a thin film over each said through aperture and ameans for introducing air under pressure into each said plenum chamber to rupture said film at said aperture, сказал распыляя средства состоящий из множества полых камер пленума каждая из которых имеет гладкую наружную поверхность и каждый определяет в нем мало сквозное отверстие, средства для создания потока топлива в тонкой пленке над каждым сказал через диафрагму и ameans для введения воздуха под давлением в каждый сказал пленума камеру к разрыву сказал фильм на диафрагму сказал,
means for supporting said plenum chambers in said atomizing chamber in a manner to cause the plurality of directional streams of atomized fuel issuing therefrom to be directed through respective ones of said openings in said dividing wall intosaid flame tube in directions extending toward and along the central axis of said flame tube for combustion of substantially all said atomized fuel within said flame tube, средства для поддержки сказал пленума камер в указанном распыляя камеры таким образом, чтобы вызывать множество направленности потоков распыленного топлива выдачи них должны быть направлены через соответствующие квадраты указанного отверстия сказал перегородки intosaid трубки пламени в направлении расширения в сторону и вдоль центральной оси указанного жаровой трубы для сжигания практически все сказал распыленного топлива в трубке сказал пламени,
means for introducing air into said atomizing chamber to thereby cause low velocity air to issue through said openings in said dividing wall along with said streams of atomized fuel and said pressurized air issuing from each said plenum chamber, средства для введения воздуха в указанный распыляя камеры, чтобы тем самым вызвать низкую скорость воздушного потока к вопросу через указанные отверстия сказал разделительную стену вместе с сказал потоков распыленного топлива и сказал сжатого воздуха, выходящих из каждой сказал пленума камеры,
means for igniting the atomized fuel in said flame tube downstream of its said inlet end, средства для воспламенения распыленного топлива в трубке сказал пламени вниз по течению от ее конца входе сказал,
first means for introducing air into said flame tube adjacent its inlet end with a tangential component to produce in said flame tube a single tangential vortex to promote the admixing of air with the atomized fuel and to maintain the flamespaced from the flame tube’s inner surface adjacent its inlet end, Первое средство для введения воздуха в указанный пламенной смежных его входного конца с тангенциальной компоненты для производства в указанных пламенной одного тангенциального вихря содействовать подмешивания воздуха с распыленного топлива и поддержания flamespaced от внутренней поверхности жаровой трубы, прилегающей его входного конца,
and second means for introducing air into said flame tube at at least one location downstream of the location of air introduction by said first means and downstream of the point of ignition of the fuel-air mixture by said ignition means with avelocity and direction to impede the tangential vortex generated by said first means so as to permit the flame to expand to the flame tube wall and to permit substantially complete combustion within the confines of the flame tube. и второе средство для введения воздуха в трубке сказал пламени хотя бы в одном месте вниз по течению от места воздуха введение заявил первый средств и вниз по течению от точки воспламенения топливно-воздушной смеси сказал зажигания средств с avelocity и направление препятствовать тангенциального вихря порожденных сказал первое средство, чтобы при пламени расширять до стенки трубы пламя и позволить существенно полного сгорания в пределах пламени трубку.
2. The burner of claim 1 in which a foraminous radiation shield is supported adjacent to but spaced from the side of said dividing wall facing said flame tube. 2. Горелку по п. 1, в котором foraminous радиационная защита поддерживается прилегающих к но расположенные со стороны сказал разделительную стену перед сказал жаровой трубы.
3. The burner of claim 2 which further includes a spray discharge cone for each said plenum chamber, each said spray discharge cone being truncated with its larger end adjacent the through aperture of the respective plenum chamber and extendingthrough said respective opening in said dividing wall and said radiation shield. 3. Горелки претензии 2, который дополнительно включает в себя конус распыления разряда для каждого сказал пленума камеры, каждая сказал конуса распыления разряда усекается с большей конце смежных через отверстие соответствующей палаты пленума и extendingthrough сказал соответствующих открытия в указанных разделительной стены и сказал радиационной защиты.
4. The burner of claim 2 in which both said shield and said dividing wall define a central aperture for producing a flow of air from a source of pressurized air along the central axis of said flame tube. 4. Горелка по п. 2, в котором оба сказали, щит и сказал перегородки определить центральное отверстие для создания потока воздуха от источника сжатого воздуха вдоль центральной оси сказал жаровой трубы.
5. The burner of claim 4 which further includes a central tube extending from said air source through said apertures in said dividing wall and shield and into said inlet end of said flame tube. 5. Горелки претензии 4, которая дополнительно включает в себя центральную трубку, проходящей от источника воздуха через отверстия в сказал сказал разделительную стену и щит и сказал входе в конце сказал жаровой трубы.
6. The burner of claim 1 in which said first means comprises a plurality of louvers formed in said flame tube wall. 6. Горелку по п. 1, в котором сказал первое средство содержит множество жалюзи формируется в стену пламени сказала трубка.
7. The burner of claims 1 or 6 in which said second means comprises a plurality of apertures in said flame tube disposed substantially at the mid-length thereof. 7. Горелки претензий 1 или 6, в котором сказал Второй способ состоит из множества отверстий в пламени сказал трубки расположены существенно на середине ее длины.
8. The burner of claims 1 or 6 in which said second means comprises a plurality of apertures in said flame tube substantially at its outlet end. 8. Горелки претензий 1 или 6, в котором сказал Второй способ состоит из множества отверстий в трубке сказал пламени существенно на его выходном конце.
9. The burner of claims 1 or 2 in which said second means comprises a first plurality of apertures in said flame tube substantially at the mid-length thereof and a second plurality of apertures in said flame tube substantially at its said outletend. 9. Горелки претензий 1 или 2, в котором сказал Второй способ состоит из первого множества отверстий в трубке сказал пламени существенно на середине ее длины и второго множества отверстий в трубке сказал пламени существенно на ее сказал outletend.
10. The burner of claim 1 which further includes means for pressurizing said atomizing chamber with a pressure above atmospheric. 10. Горелки претензии 1, который также включает средства для давления сказал распыляя камеры с давлением выше атмосферного.
11. The burner of claim 1 which further includes air channel means for conveying air via said first and second means to the interior of said flame tube. 11. Горелки претензии 1, который также включает средства воздушного канала для подачи воздуха с помощью первого и второго средств интерьер сказал жаровой трубы.
12. The burner of claim 11 in which said air channel means includes a tube of larger diameter than, and surrounding, said flame tube to define an annular channel. 12. Горелки претензии 11, в котором сказал воздушный канал включает в себя средства трубки большего диаметра, чем, и окружающие, говорит, пламя трубки для определения кольцевого канала.
13. A liquid fuel burner comprising: 13 жидкость горелки составе.:
a flame tube having an inlet end and an outlet end, жаровой трубы с конца входной и выходной конец,
an atomizing chamber communicating with said inlet end of said flame tube and enclosing fuel atomizing means for discharging atomized fuel into said flame tube through openings in a dividing wall separating said flame tube from said atomizingchamber, распыляя камеры общения с впускного отверстия конце сказал трубки пламени и ограждающих топлива распыляя средства для выполнения распыленного топлива в трубке сказал пламени через отверстия в разделительной стене, разделяющей сказал пламени трубку от atomizingchamber сказал,
said atomizing means comprising a plurality of hollow plenum chambers each having a smooth outer surface and each defining therein a small through aperture, means for producing a flow of fuel in a thin film over each said through aperture and ameans for introducing air under pressure into each said plenum chamber to rupture said film at said aperture, сказал распыляя средства состоящий из множества полых камер пленума каждая из которых имеет гладкую наружную поверхность и каждый определяет в нем мало сквозное отверстие, средства для создания потока топлива в тонкой пленке над каждым сказал через диафрагму и ameans для введения воздуха под давлением в каждой сказал пленума камеру к разрыву сказал пленки при сказал диафрагмы,
means for supporting said plenum chambers in said atomizing chamber in a manner to cause the plurality of directional streams of atomized fuel issuing therefrom to be directed through respective ones of said openings in said dividing wall intosaid flame tube in directions extending toward and along the central axis of said flame tube, средства для поддержки сказал пленума камер в указанном распыляя камеры таким образом, чтобы вызывать множество направленности потоков распыленного топлива выдачи них должны быть направлены через соответствующие квадраты указанного отверстия сказал перегородки intosaid трубки пламени в направлении расширения в сторону и вдоль центральной оси указанного жаровой трубы,
means for pressurizing said atomizing chamber with above atmospheric pressure to thereby cause low velocity air to issue through said openings in said dividing wall along with said streams of atomized fuel, средства для давления сказал распыляя камеры с выше атмосферного давления, чтобы таким образом причиной низкой скорости воздушного потока к вопросу через указанные отверстия сказал разделительную стену вместе с сказал потоков распыленного топлива,
means for igniting the atomized fuel in said flame tube downstream of its said inlet end, средства для воспламенения распыленного топлива в трубке сказал пламени вниз по течению от ее конца входе сказал,
and means for introducing air into said flame tube at at least one location along its length for admixing with the atomized fuel. и средства для введения воздуха в трубке сказал пламени хотя бы в одном месте по длине для смешения с распыленного топлива.
Description: Описание: DESCRIPTION ОПИСАНИЕ
TECHNICAL FIELD Область техники
As is well recognized in the industry, there has been a need to develop and to provide a fuel burning system which is capable of burning a liquid fuel in a very efficient manner with little or no smoke, and with minimal pollution to theatmosphere. Как признается в промышленности, там было необходимо разработать и создать систему сжигания топлива, которая способна сжигания жидкого топлива в очень эффективной манере с мало или вообще не курить, и с минимальным загрязнением theatmosphere.
In the case of existing residential oil burners, the burner must operate with low smoke emissions to prevent sooting of the heat exchanger and the objectionable pollution of residential neighborhoods. The result is that large amounts of excessair must be introduced in the present residential combustion process to assure that the burner operates at acceptable smoke levels. В случае существующих жилых горелки, горелка должна работать с низким уровнем выбросов дыма, чтобы предотвратить сажеобразования из теплообменника и нежелательного загрязнения жилых районов. Результатом является то, что большое количество excessair должны быть введены в настоящее жилых процесса сгорания уверяют, что горелка работает на приемлемом уровне дыма.
It is well known that the performance of the high pressure oil burner that is used almost exclusively in residential heating applications today will vary dramatically from one furnace or boiler design to the next. This is because the highpressure nozzle does a poor job of atomizing the fuel. These nozzles produce a substantial number of large droplets which impinge upon the walls of the combustion chamber and burn slowly. The speed at which these particles finally vaporize and burndepends upon the size, shape, and residual heat within the furnace or boiler’s combustion chamber. It can be said then that the combustion chamber within the furnace or boiler serves as a receptacle to capture large droplets of fuel and as anafter-burning device to burn these large droplets of fuel. Indeed, if the existing high pressure oil burner were capable of atomizing fuel oil to a high degree, the heat exchanger could be coupled directly to the burner and there would be no need for ahot combustion chamber or firebox to complete the combustion process. Хорошо известно, что производительность горелки высокого давления масла, которое используется почти исключительно в жилых помещениях отопления сегодня будет значительно варьироваться от одной печи или конструкции котла к другому. Это происходит потому, высокого давления сопла делает плохую работу по распыления топлива . Эти насадки производят значительное количество крупных капель которая посягает на стенах камеры сгорания и записать медленно. скорость, с которой эти частицы в конце концов испаряются и burndepends от размера, формы и остаточного тепла в печи или камеры сгорания котла. Можно сказать то, что камеры сгорания в печи или котла служит сосудом для захвата крупных капель топлива и, как anafter-записывающего устройства, чтобы записать эти крупные капли топлива. Действительно, если существующий высокий горелки давления масла были способны распыления топлива с высокой степенью, теплообменник может быть соединен непосредственно в горелку и не было бы необходимости ahot камеры сгорания или топки для завершения процесса сгорания.
In many instances, the conventional oil burner may be 2-3 times larger than is necessary to provide adequate space heating. This is the case when the same burner is required to provide heat for hot water in addition to heat for home comfort. When outside temperatures are low, and hot water demands are high, a high pressure burner in this type of system must be able to satisfy both requirements. This maximum heat load is what normally determines the firing rate of the burner. However, whenthe demand for heat is low, as in the spring and fall months, and hot water demands are at a minimum, as would be the case at night, the burner will still operate at the same firing rate as it does when heating and hot water demands are high. The onlydifference is that when the heating requirements are low, the burner will stay on for a very short period of time. As is well known, this mode of operation is very inefficient. During the short «on» cycle, the burner cannot achieve smokeless operationand reasonable efficiency before the thermostat cuts it off. During the «off» cycle, the residual heat in the furnace is dissipated to the atmosphere and this contributes to increased heat loss. During the off cycle, there is also a loss of heat withinthe house as the warm air escapes through the furnace stack. From this description it can be appreciated that the most economical domestic oil burner system would be one in which the burner operates continuously with the ability to vary its output tosatisfy the fluctuating heat requirements within the household. In this way, there can be no inefficiencies associated with repeated startup and shutdown. A quick calculation will show that the added electrical cost for continuous burner operation isvery minimal compared with the fuel savings that can be realized. Во многих случаях обычные горелки масла может быть в 2-3 раза больше, чем необходимо обеспечить адекватное отопления. Это случай, когда же горелки требуется для обогрева горячей воды в дополнение к теплу для домашнего комфорта. Вне низких температурах, и горячая вода требования высокие, высокие давление в горелке в такого рода система должна быть в состоянии удовлетворить обоим требованиям. Это максимальная тепловая нагрузка является то, что обычно определяет скорость стрельбы горелки. Однако, whenthe спроса на тепло низким, как и в весенние и осенние месяцы, и горячей воды требует, как минимум, как было бы в случае ночью, горелка будет по-прежнему работают на той же скорости стрельбы, как это происходит, когда отопление и горячую воду требования высоки. onlydifference том, что при нагреве требования низкие, горелка будет остаться на очень короткий период времени. Как известно, этот режим работы очень неэффективно. За короткий «на» цикла, горелки не может достичь бездымного operationand разумной эффективности до термостат его. Во время «от» цикла, остаточное тепло в печи рассеивается в атмосферу, и это способствует увеличению потерь тепла. ходе вне цикла, есть и потери тепла дома withinthe как теплый побег воздуха через печь стека. Из этого описания можно понять, что наиболее экономичным отечественной системы горелки нефти будет тот, в котором горелка работает непрерывно с возможностью варьировать его выход tosatisfy колебания требования тепла в семье. В Таким образом, не может быть и неэффективности связанные с повторным запуск и завершение работы. быстрый расчет покажет, что добавил электрической цены для непрерывной работы горелки isvery минимальными по сравнению с экономии топлива, которые могут быть реализованы.
BACKGROUND ART Предшествующий уровень техники
An innovative approach to fuel burners is illustrated in US Pat. No. 3,425,058, issued Jan. 28, 1969, to Robert S. Babington. The burner therein disclosed represents an adaptation of the liquid atomization principles disclosed in US Pat. Nos. 3,421,699 and 3,421,692, issued Jan. 14, 1969, to the same named inventor and his co-inventors in developing the apparatus and method shown in these patents. Инновационный подход к горелки иллюстрируется в патенте США. Количество 3425058, выдан 28 января 1969, Роберт С. Бабингтон. Горелки в нем раскрываются представляет адаптация жидкости принципы атомизации описаны в патенте США. Пп 3421699 и 3421692, выдан 14 января 1969, к тому же именем изобретателя и его коллеги-изобретатели в развивающихся устройство и способ показан на эти патенты.
In brief, the principle involved in the aforementioned patents is that of preparing a liquid for spraying by causing it to spread out in a thin film over the exterior surface of a hollow plenum chamber which contains at least one orifice. Whengas is introduced into the interior of the plenum, it escapes through the aperture and thereby creates a very uniform spray of small liquid particles. Короче говоря, принцип, участвующих в вышеупомянутых патентах в том, что подготовки жидкости для распыления, вызывая ее распространения в тонкую пленку на внешней поверхности полой камеры пленуме, который содержит по крайней мере одно отверстие. Whengas вводится в интерьере пленума, она уходит через отверстие и тем самым создает очень равномерное распыление малых частиц жидкости.
By varying the number of apertures, the configuration of the apertures, the shape and characteristics of the surface, the velocity and amount of liquid supplied to the surface, and by controlling the gas pressure within the plenum, the quantityand quality of the resultant spray can be optimized to suit the particular burner application. Варьируя количество отверстий, конфигурация отверстий, форму и характеристики поверхности, скорость и количество жидкости поставляется на поверхность, и путем регулирования давления газа в пленуме, quantityand качество результирующего баллончик быть оптимизированы для конкретного приложения горелки.
It is this basic principle, described above, that was utilized in the development of the burner disclosed in said US Pat. No. 3,425,058. Именно это основной принцип, описанный выше, был использован в разработке горелки раскрыто в указанном патенте США. Количество 3425058.
In the above mentioned patent, the burner is so simple that it might even be called a fuel atomizing subsystem for a burner rather than a complete burner. Indeed, from this very simple burner or subassembly evolved the more sophisticated andcomplete burner described in the present invention. In the earlier said US Pat. No. 3,425,058, the burner is comprised of a simple atomizing chamber having a cover thereover, the cover being provided with a spray discharge port to discharge theatomized fuel in a generally vertical direction. Disposed within the atomizing chamber is a hollow plenum type atomizer that is in communication with an outside source of pressurized air. Liquid is introduced into the atomizing chamber so as to flowover the exterior surface of the atomizing plenum. Exesss fuel that is not sprayed off flows downwardly into a drain where it is recirculated via a pump means to the liquid supply line. The atomizing plenum is provided with a small aperture centrallylocated beneath the opening in the cover, and the air exiting therefrom creates a fine mist which is discharged upwardly and out of the atomizing chamber for combustion external to the system. Means comprising a series of regulatable apertures are alsoprovided in the atomizing chamber such that aspirated air can be drawn into said chamber or burner and mingled with the spray as it discharges from the opening in the top cover. В вышеупомянутых патент, горелки настолько прост, что он может даже назвать топлива распыляя подсистемы для горелки, а не полное горелки. Действительно, из этого очень простой горелки или блоку развивались более сложные andcomplete горелки описанные в настоящем изобретении . В ранее заявил, патент США. Количество 3425058, горелки состоит из простых распыляя камеры с крышкой в отношении того, покрытие предоставляется с портом спрей разряда к разряду theatomized топлива в целом вертикальном направлении. Увод в распыляя камеры представляет собой полый распылитель типа пленума, что в связи с внешнего источника сжатого воздуха. жидкость вводится в распыляя камеры, с тем чтобы обтекание внешней поверхности распыления пленума. Exesss топлива, который не распыляется с потоками вниз в сток, где это рециркуляции через насос средства жидкостной линии питания. распыляя Пленума осуществляется с малой апертурой centrallylocated под отверстием в крышке, и из него воздух выходит создает тумана которые сбрасываются вверх и из распыляя камеры для сгорания внешними по отношению к системе. Средства составе серии регу отверстия alsoprovided в распыляя камеры, что атмосферный воздух может быть обращено в указанную камеру или горелки и смешались с распылителем, как он выполняет из отверстия в верхней крышке.
From this very simple version of a fuel burner was derived more sophisticated equipment, such as that shown and discussed in an article in the Jan. 1976 issue of Popular Science entitled «Clog-Proof Super Spray Oil Burner». As noted in thearticle, one development that evolved was the use of two atomizing plenums arranged to discharge the atomized liquids towards each other to create a more stable flame and a good place to initiate ignition. Из этого очень простой вариант горелки было получено более сложное оборудование, например, что показано и обсуждается в статье в январе 1976 выпуск научно-популярных озаглавленный «сабо Доказательство Super Spray Oil Burner». Как отмечается в Статьяперепечатывается, один развития, которые развивались было использование двух распыляя пленумов организованы для выполнения распыленной жидкости друг к другу для создания более стабильного пламени и хорошее место для начала возгорания.
Other arrangements of opposed spray heads are also suggested in US patents by Babington. namely US Pat. No. 3,751,210 dated Aug. 1973, and US Pat. No. 3,864,326 dated Feb. 1975. Другие механизмы против главы спрей также предложил в патентах США по Бабингтон. Именно патент США. Количество 3751210 от августа 1973, и в патенте США. Количество 3864326 датированное февралем 1975 года.
All of the above noted developmental work based on the utilization of the «Babington» principle proved conclusively that the system was perfectly capable of use in a fuel burning system and that, if properly designed, such a system has thepotential of evolving into a commerical, practical, highly efficient fuel burner which can be used for domestic heating furnaces. Все выше отметил, опытно-конструкторских работ на основе использования «Бабингтон» принцип доказал, что система вполне способна использовать в топливе системы, и что, если правильно разработана, то такая система имеет thepotential развивающейся в коммерческих, практические, высокоэффективные горелки для сжигания топлива, которые могут быть использованы для внутренних печей нагрева.
DESCRIPTION OF THE INVENTION ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
The present invention deals with a novel fuel burner, particularly adapted for use in practically every type of domestic heating furnace and, in particular, as a retrofit burner for existing heating systems. Fuel oil can be burned close to themaximum theoretical efficiency and with smoke readings which are zero at the instant the burner is ignited and which remain at zero throughout the burner operation. Настоящая работа посвящена изобретения с горелки роман, особенно пригодны для использования практически в любой тип внутреннего печное отопление и, в частности, в модифицированной горелки для существующих систем отопления. Мазут может быть сожжен близко к themaximum теоретической эффективности и дымом чтениях которых равны нулю в момент горелка зажигается и которые остаются в нуле всей работы горелки.
In the present invention, the inefficiencies associated with many on-off burner cycles are eliminated. By simply controlling the liquid film thicknesses over the atomizing surfaces as will be described, the firing rate of the burner can bemodulated over a typical range of 5-1. This means that the same burner, without changing atomizers, can be modulated either manually or automaticaly to match the heating and/or hot water loads in the house. For example, during modestly cool spring andsummer evenings, the burner can be set to operate at a firing rate of 0.2 gal./hr. and during cold winter days when hot water is required, the same burner can be adjusted to consume fuel at a rate of 1.0 gal./hr. These adjustments can be made manuallyby simply adjusting the fuel flow rate over the atomizing plenums by means of a simple valve in the liquid combustion air delivered to the flame tube. In the most sophisticated version of the novel burner disclosed herein, these adjustments can be madeautomatically with suitable control techniques. Accordingly, an object of the present invention is to produce an oil burner whose firing rate can be simply modulated either manually or automatically to suit the heating demand. В настоящее изобретение, неэффективности, связанных со многими включения-выключения горелки циклов устранены. Просто контроля толщины пленки жидкости по поверхности распыления как будет описано, скорострельность из горелки может bemodulated более типичного диапазона 5-1 . Это означает, что же горелки, без изменения форсунок, можно модулировать вручную или автоматически в соответствии отопления и / или горячей воды нагрузки в доме. Например, во время скромно прохладными вечерами весной andsummer, горелки может быть настроен для работы при стрельбе размере 0,2 гал. / час. и в холодные зимние дни, когда горячей воды не требуется, то же горелка может быть скорректирована, чтобы потреблять топливо в размере 1,0 гал. / час. Эти поправки могут быть сделаны manuallyby просто регулировать Расход топлива по распыляя пленумов с помощью простой клапан в жидком воздухе горения доставлен в пламени трубку. В наиболее сложная версия романа горелки, описанные здесь, эти поправки могут быть madeautomatically с соответствующими методами контроля. Таким образом, объект настоящего изобретения является производство нефти горелки которого скорострельность может быть просто модулированной либо вручную, либо автоматически с учетом отопления спроса.
Another object of the invention is to produce a burner that performs with high efficiency regardless of the combustion chamber that it is placed into and therefore is ideally suited as a retrofit or replacement burner for existing furnaces. Другим объектом изобретения является создание горелки, которая выполняет с высокой эффективностью, независимо от камеры сгорания, что он находится в, и поэтому идеально подходит в качестве модернизации или замены горелки для существующих печей.
Another object of this invention is to produce an oil burner that will permit substantial reductions in energy costs when retrofitted into existing furnaces. Другой целью данного изобретения является производство нефти горелки, которые позволят существенное сокращение затрат на энергию, когда встроены в уже печей.
Still another object of this invention is to produce an oil burner with an exceptionally stable flame front. Еще одной целью данного изобретения является создание горелка с исключительно стабильной фронта пламени.
Still another object of the invention is to produce a burner that is capable of operating at low firing rates, as for example less than 0.5 gal./hr. without clogging problems. Еще одним объектом изобретения является создание горелки, что может работать по низким ставкам стрельбы, как, например, менее 0,5 галлон. / Час. Без засорения проблемы.
A further object of this invention is to produce an oil burner wherein combusion is essentially completed within the flame tube of the burner. Еще одной задачей настоящего изобретения является производство нефти горелки которой combusion по существу завершена в течение пламени трубку горелки.
Still another object of this invention is to produce an oil burner where combustion air is supplied in stages so as to control the burning rate and temperature and hence objectionably high nitrous oxide emissions. Еще одной целью данного изобретения является производство нефти горелки, где воздух для горения подается в этапах, чтобы контролировать скорость горения и температуры и, следовательно, objectionably высоких выбросов закиси азота.
The burner of this invention comprises a flame tube having an inlet end and outlet end; means for admitting air into the flame tube to cause said admitted air to flow in a direction along and parallel to the central axis of said tube; and aplurality of second means for producing a corresponding plurality of streams of atomized fuel which are angled toward said outlet end and also toward the flame tube central axis so as to intersect substantially at said central axis. Горелки данного изобретения состоит жаровой трубы с конца входного и выходного конца, средства для допуска воздуха в пламенной вызывать сказал признал воздуха в поток в направлении вдоль и параллельно центральной оси сказала трубка, и aplurality второго средства для получения соответствующей множество потоков распыленного топлива, которые расположены под углом к розетке сказал конца, а также к пламенной центральной оси, с тем чтобы существенно пересекается в сказал центральной оси.
BRIEFDESCRIPTION OF THE DRAWINGS BRIEFDESCRIPTION из рисунков
Reference is now made to the appended drawings and the detailed description which follows, showing two preferred modes of practicing the invention: Справочник теперь заставить чертежи и подробное описание которого следует, показаны два предпочтительных режимов практикующих изобретения:
FIGS. 1A and 1B are schematic views of a typical heating furnace or firebox and showing the utility of the present invention as compared to the usual prior art apparatus; . Фиг 1А и 1В схема вид типичного печное отопление или топки и показывая полезность изобретения по сравнению с обычно, перед аппаратом искусства;
FIG. 2 is a front end view of a fuel burner assembly as utilized in the firebox referred to in FIG. 1. Фиг. 2, вид спереди конце ТВС горелки используются в топку, упомянутых в фиг. 1.
FIG. 3 is a vertical section view taken along the line 3—3 of FIG. 2 and showing details of one of the fuel atomizing systems; . Рис. 3 представляет собой вертикальный разрез вдоль линии 3 — 3 на рис 2 и с указанием подробной информации одного из топлива распыляя системы.
FIG. 4 is a sectional plan view taken along the line 4—4 of FIG. 2 and showing details of one flame tube assembly; . Рис. 4 вид в разрезе плана, принятые по разделу 4 — 4 на рис 2 и показаны детали одной сборки трубки пламени;.
FIG. 5 is a sectional plan view showing details of another flame tube assembly in accordance with the present invention; . Фиг 5, вид в разрезе план с указанием подробной информации о другой сборке жаровой трубы в соответствии с настоящим изобретением;
FIG. 6 is still another sectional view of a fuel atomizing system in which an improved spray discharge horn is utilized. Фиг. 6 по-прежнему другой разрез топлива распыляя система, в которой улучшение рог разряда спрей используется.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Лучший вариант осуществления изобретения
Deferring descriptions of FIGS. 1A and 1B momentarily, consideration will first be given to FIGS. 2 and 4 which show one mode of carrying out the improved fuel burning assembly of the present invention. As shown in FIG. 4, an air tube 1,typically with an outside diameter of about 4″, which is essentially an elongated open ended pipe, supports concentrically therein a flame tube 3 which typically is about 3 to 33/4 inches in diameter on a plurality of annular rings 5 and 7. Theconcentric relationship between the air tube and the flame tube defines an annular air passage 4 therebetween. Annular ring 7 is solid so as to close off said annular air passage at the discharge end of the burner assembly for the purpose of directingsecondary combustion air as will be discussed later. Annular ring 5 helps to concentrically support flame tube 3 and also contains a series of circumferential holes 6. These holes create a slight pressure drop in the airflow passing through said airpassage 4, which in turn equalizes the flow of air through said passage. Hot or downstream end 9 of the flame tube is normally placed in the firebox of the furnace or the like. The other end 11 of flame tube 3 is relatively cool and connects to aforaminous fire wall 14, which is shown as being generally cone shaped, said wall being provided with a relatively large central aperture 16 passing through fire wall 14. Also affixed to said fire wall are two fuel atomizing systems 30 and 30′ which aredefined by cuplike atomizing chambers 15, 15′. Typically, the apertures in said foraminous fire wall are about 1/8″ in diameter or less, and the large central aperture 16 would be on the order of about 1/2″ to about 11/2″ diameter. Оставляя описание фиг. 1А и 1В на мгновение, рассмотрение сначала будет дано на фиг. 2 и 4, которые показывают один режим проведения улучшения горения топлива сборки данного изобретения. Как показано на фиг. 4, воздушной трубки 1, как правило, с внешним диаметром около 4 «, который является по существу удлиненные открытые трубы, поддерживает концентрически в нем пламя трубку 3, которая обычно составляет около 3 до 33 / 4 дюйма в диаметре на множество кольцевой кольца 5 и 7. Theconcentric отношения между трубкой воздуха и жаровой трубы определяет кольцевой проход воздуха 4 между ними. кольцевой кольцо 7 тверд, чтобы закрыть сказал кольцевой проход воздуха на выходном конце горелок для directingsecondary воздуха для горения, как будет обсуждаться позднее . кольцевой кольцо 5 помогает концентрически поддержания огня трубке 3, а также содержит ряд окружных отверстия 6. Эти отверстия создать небольшой перепад давления в потоке воздуха, проходящего через сказал airpassage 4, который в свою очередь выравнивает поток воздуха через сказал проход. Горячие или после окончания 9 из жаровой трубы, как правило, помещаются в топку котла или как. другом конце 11 из пламени трубку 3 относительно прохладно и подключается к aforaminous стену огня 14, в котором показано, как обычно конический, сказал стены, при условии с относительно большим центральным отверстием 16, проходящих через стены огня 14. Кроме того, проставленный на огонь сказал стены два топливных системах распыления 30 и 30 «, который aredefined по cuplike распыляя камеры 15, 15. Как правило, отверстий в foraminous сказал огня стены около 1 / 8 «в диаметре или меньше, а большие центральное отверстие 16 будет на порядок около 1 / 2» до 11 / 2 «диаметра.
Further upstream of the fuel atomizing systems and not shown are provisions for housing the burner motor, air compressor, air blower, fuel recirculating system, and electronic burner combustion controls. Далее вверх по течению от распыления топлива систем и не указаны положения на жилье горелки двигателя, воздушный компрессор, вентилятор, топливо рециркуляционные системы, и электронные системы управления сгорания горелки.
The hot end 9 of the flame tube 3 is provided with a pair of cutouts 13, 13′, the function of which will become apparent subsequently. Similarly, the flame tube is provided with a further pair of apertures 12,12′ located approximately midway ofits length. These apertures (12,12′) are disposed at 90.degree. relative to the cutouts 13,13’. As shown in FIG. 2, cutouts 13′ and 13 are located at the twelve o’clock and six o’clock position, while aperture 12′ and 12 are located at the threeo’clock and nine o’clock position. However, tube 3 may be rotated 90.degree. so as to reverse the relative positioning of cutouts 13’and 13 with respect to those of apertures 12′ and 12. Such reversal will serve only to cause the flame leaving theburner to bush out in the twelve o’clock and six o’clock position, rather than in the three o’clock and nine o’clock position as will be the case with the configuration shown in FIGS. 2 and 4. The function of these cutouts and apertures will bediscussed in more detail later. Горячего конца 9 из жаровой трубы 3 снабжена парой вырезами 13, 13, функции которого будут ясны позднее. Аналогичным образом, пламя трубка снабжена дальнейшего пару отверстий 12,12 ‘, расположенный приблизительно посередине ofits длины. Эти отверстия (12,12) располагаются на 90 °. сравнению с вырезами 13,13. Как показано на фиг. 2, вырезы 13 ‘и 13 находятся в 12:00 и шесть O «часы позиции, в то время как диафрагма 12 ‘и 12 находятся в threeo’clock и девять часов». Однако, трубки 3, могут быть повернуты 90 °. тем чтобы обратить вспять взаимного расположения вырезов 13’and 13 в отношении Для тех из отверстия 12 ‘и 12. Такое изменение будет служить только вызвать флейм оставив theburner Бушу в 12:00 и шесть часов «, а не в три часа ночи и 9:00 позиции как будет в случае с конфигурацией, показанной на фиг. 2 и 4. Функция этих вырезов и отверстий будет bediscussed более подробно позже.
Projecting into the flame tube through the central opening 16 of wall 14 and disposed midway between the sprays emanating from atomizing systems 30,30′ is a conventional spark ignitor 18 which includes a pair of discharge electrodes 19 and 21. The ignitor may be supported by a suitable bracket (not shown) and, of course, is energized from a source of high voltage electricity. In addition, if desired, the gap between electrodes 19 and 21 need not be located midway between the fuel atomizingsystems 30,30′ but instead can be located adjacent the spray plume from either atomizing system 30 and 30′. Проектирование в пламя трубки, через центральное отверстие 16 стенки 14 и расположен на полпути между спреи, вытекающих из системы распыления 30,30 «является обычной искры воспламенитель 18, который включает в себя пару электродов разряда 19 и 21. Воспламенитель может быть поддержано подходящего кронштейна (не показан) и, конечно, питается от источника высокого напряжения электричества. Кроме того, при желании, разрыв между электродами 19 и 21 не должны быть расположены на полпути между топлива atomizingsystems 30,30 «, но вместо может быть расположен рядом спрей шлейф либо распыляя системы 30 и 30.
As shown in FIGS. 3 and 4, the atomizing chambers 15 and 15′, respectively, may be provided with spray discharge horns 17 and 17′, the purpose of which will be discussed later. Как показано на фиг. 3 и 4, распыляя камеры 15 и 15, соответственно, могут быть предоставлены с распылением разряда рога 17 и 17 «, целью которого будет обсуждаться позже.
FIG. 3 shows that each atomizing chamber 15 is provided with a pair of conduits 23′ and 25′ which are, in essence, elbows having one end projecting into the chamber along a generally vertical plane passing immediately through the walls thereof. The uppermost conduit 23′ defines a fuel supply conduit whose lower end 36′ extends into atomizing chamber 15′ where it is disposed generally over the high point of atomizing plenum 26’. The upper end 37′ of conduit 25′ is flush with the lower interiorsurface of atomizing chamber 15. Фиг. 3 показывает, что каждый распыляя камеры 15 снабжен парой каналов 23 ‘и 25’, которые, в сущности, локти, один конец проектирование в камере вместе целом вертикальной плоскости, проходящей непосредственно через стены его. Верхнего канала 23 ‘определяет трубопровод подачи топлива, нижний конец 36’ простирается в распыляя камеры 15 ‘, где она расположена в целом более высокой точки распыляя пленума 26’. верхнем конце 37 ‘трубопровод 25′ на одном уровне с нижней interiorsurface из распыляя камеры 15.
Disposed directly below each fuel supply conduit 23′ and supported on the rear wall 31′ of atomizing chamber 15′ is atomizing plenum 26′ which is shown in FIG. 3 in the form of a hollow sphere but which may be in the form of any hollow plenumwith a smooth convex outer surface. Gas under pressure is supplied to atomizing plenum 26′ through conduit 27′, which extends through the rear wall 31′ of the atomizing chamber 15′. The atomizing plenum 26′ is provided with at least one small aperture29′, only one being shown in FIG. 3, which is located so as to discharge fuel spray particles directly toward and through discharge horn 17’. Увод непосредственно под каждого канала подачи топлива 23 ‘и поддерживается на задней стенке 31’ из распыляя камеры 15 ‘является распыление пленума 26 «, которая показана на фиг. 3 в виде полого шара, но которые могут быть в виде любой полых plenumwith гладкой выпуклой внешней поверхностью. газ под давлением подается на распыление пленума 26 ‘через трубопровод 27’, который проходит через заднюю стенку 31 ‘из распыляя камеры 15’. распыляя пленума 26 ‘предоставляется, по крайней мере одна маленькая aperture29, только один из них показан на фиг. 3, который расположен таким образом, чтобы разряд распыления частиц топлива непосредственно в сторону и через разряда рог 17 ‘.
As clearly shown in FIG. 3, the rear wall 31′ of the atomizing chamber 15′ is provided with a pair of apertures 33’ whose function will be described in detail hereinafter. Как четко показано на фиг. 3, задняя стенка 31 ‘из распыляя камеры 15’ снабжен парой отверстий 33 ‘, функция которого будет подробно описано далее.
Though not shown, it is to be understood that each inlet conduit 23′ is connected to a source of liquid fuel by means of a pump whereby the fuel may be pumped through these conduits and deposited on the convex surface of the plenum chamber 26’. Similarly, the drain or discharge conduit 25′ is connected to the fuel supply system so that the excess or run-off liquid which is not atomized by air escaping from orifice 29′ in atomizer 26′ can be returned to the fuel system not shown and recirculatedtherein. The description given above with specific reference to fuel atomizing system 30′ of FIG. 3 applies in identical fashion to fuel atomizing system 30 shown in FIG. 4. Хотя это и не показали, это следует понимать, что каждый входной канал 23 ‘связано с источником жидкого топлива с помощью насоса которой топливо может быть прокачивается через эти каналы и осаждаются на выпуклой поверхности пленума камере 26’. Аналогичным образом, утечка или сброс канала 25 ‘подключен к системе подачи топлива так, что избыток или стока жидкости, которая не распыленный воздушным побега из отверстия 29’ в распылитель 26 ‘могут быть возвращены в топливной системе не показано и recirculatedtherein. описание выше, с конкретной ссылкой на топливо распыляя системы 30 ‘на фиг. 3 применяется в идентичным образом, чтобы топливо распыляя система 30 показана на фиг. 4.
FIG. 3 also shows one means whereby spray discharge horn 17′ may be affixed to atomizing chamber 15′. Said horn 17′ is shown in its preferred form as a truncated cone with its small opening facing the flame tube. However, in certain burnervariations discharge horn 17′ may be a simple cylindrical section or even a truncated cone divering outwardly towards the flame tube. The size and shape of spray discharge horn 17 will depend upon the aerodynamic conditions surrounding atomizing chamber15′, as dictated by the upstream blower pressure and the downstream static and dynamic pressure within the flame tube. In any event, the spray discharge horns are designed to control the size of the liquid fuel spray particles and/or to prevent theflame within the flame tube from propagating upstream into the atomizing chamber. These features will be explained further in a subsequent discussion of FIG. 6 which shows an improved discharge horn configuration. In certain applications of the presentinvention where there is sufficient airflow and pressure available from the auxiliary compressor and combustion air blower, the upstream flame propagation may be prevented, and the liquid particle size optimized, without the need for spray dischrge horn17′. This is done by controlling the conditions within atomizing chamber 15′ and involves the interrelationship of variables such as the size and shape of atomizer 26′; the size and shape of discharge orifice 29′; the pressure supplied to the interiorof atomizer 26′ via tube 27′; the internal diameter of feed tube 23′; the spacing and relative fore and aft positioning of atomizer 26′ with respect to lower end 36 of feed tube 23′; the spacing between discharge orifice 29′ and the forward face 38′ ofatomizing chamber 15′; the quantity of fuel supplied through feed tube 23′; the size of blower inlet ports 33′, and the velocity and quantity of air entering atomizing chamber 15′ through blower inlet ports 33′. In cases where the spray discharge horns17 and 17′ are not required, they are simply removed with the result that the spray particles emanating from atomzers 26 and 26′ are discharged directly into flame tube 3 through openings 34 and 34′ in their respective atomizing chambers 15 and 5’. Фиг. 3 также показано одно из средств которого спрей разряда рог 17 ‘могут быть прикреплены к распыляя камеры 15’. Саид рог 17 ‘показана на ее предпочтительной формой в виде усеченного конуса с малым отверстием жаровой трубы. Однако, в некоторых burnervariations разряда рог 17 ‘может быть простой цилиндрической части или даже усеченного конуса divering внешне к пламени трубку. размер и форма спрея рог разряда 17 будет зависеть от аэродинамических условий окружающей распыляя chamber15 «, как это диктуется входного давления и воздуходувки вниз по течению статического и динамического давления внутри жаровой трубы. В любом случае, рога спрей разряда предназначены для контроля размера частиц жидкости брызги топлива и / или для предотвращения theflame в пламени трубку от распространяющихся вверх по течению в распыляя камеры. Эти Особенности будет объяснено далее в последующем обсуждении рис. 6, который показывает, улучшенной конфигурации рог разряда. В некоторых приложениях presentinvention, где есть достаточный поток воздуха и давление доступны вспомогательные компрессора и вентилятора воздуха для горения, вверх по течению распространения пламени может быть предотвратить, и жидких частиц по размерам оптимизированный, без необходимости для распыления dischrge horn17 и включает в себя взаимосвязь переменных, таких как размер и форма распылителя 26 ‘»Это делается путем контроля условий в распыляя камеры 15.’; размер и Форма разгрузочное отверстие 29 ‘; давлением подается в распылитель interiorof 26’ с помощью трубки 27 ‘; внутренний диаметр загрузочный бункер 23’; расстояния и относительной носу и на корме позиционирование распылителя 26 ‘по отношению к нижнему концу 36 кормов трубки 23 ‘; расстояние между разгрузочное отверстие 29’ и передней стороной 38 ‘ofatomizing камере 15’; количество топлива подается через загрузочный бункер, 23 ‘; размер вентилятора входе порта 33’, и скорости и количества воздуха, поступающего распыляя камеры 15 ‘через порты воздуходувки входе 33’. В тех случаях, когда брызги разряда horns17 и 17 «не являются обязательными, они просто удаляются, в результате чего распыления частиц, вытекающих из atomzers 26 и 26 ‘сбрасываются непосредственно в пламени трубку 3 через отверстия 34 и 34 ‘в своих распыляя камеры 15 и 5.
The following parameters represent some typical values for a burner with a variable firing rate from about 0.2 to about 0.6 gal./hr. A typical atomizer is a sphere or bullet shape between about 1/4″ to about 1″ outside diameter. Thecross-sectional area of the discharge orifice 29′ typically is about 0.0001 square inch to about 0.0003 square inch. The pressure supplied to the interior of atomizer 26′ via tube 27′ is typically about 2 psi to about 20 psi. The spacing 35′ betweendischarge orifice 29′ and the forward face 38′ of atomizing chamber 15′ can be from 0 to about 1″. The spacing between lower end 36′ of liquid feed tube 23′ and the upper most surface of atomizer 26′ is typically about 1/8″ to about 3/8″. The typicaldimensions for blower inlet ports 33′ are about 1/8″-3/8″ diameter. Typical internal diameters of feed tube 23′ are about 1/16″to about 1/4″. The length of spray discharge horn 17’ when present can be up to about 11/2″ and have an exit diameter betweenabout 3/8″ and 1». Следующие параметры представляют некоторые типичные значения для горелки с переменной скоростью стрельбы от 0,2 до 0,6 галлонов. / Час. Типичного распылителя является сферой или пуля форму примерно от 1 / 4 «до 1» наружного диаметра. Thecross- площадь сечения разгрузочное отверстие 29 ‘обычно составляет около 0,0001 квадратный дюйм до 0,0003 квадратный дюйм. давлением подается в интерьере распылителя 26’ с помощью трубки 27 ‘, как правило, около 2 фунтов на квадратный дюйм до 20 фунтов на квадратный дюйм. расстояние 35’ betweendischarge отверстия 29 ‘и передней стороной 38’ из распыляя камеры 15 ‘может быть от 0 до 1 «. Расстояние между нижним концом 36’ жидких подающей трубки 23 ‘и самой верхней поверхности распылителя 26’, как правило, около 1 / 8 «до 3 / 8». typicaldimensions для воздуходувки входе порта 33 ‘около 1 / 8 «-3 / 8» диаметр. Типичные внутренних диаметров загрузочный бункер 23’ около 1 / 16 «до 1 / 4». Длина струи разряда рог 17 ‘, когда настоящее время могут быть примерно до 11 / 2 «и betweenabout выхода диаметром 3 / 8» и 1 «.
FIG. 5 is a sectional plan view showing details of a fuel burning assembly which includes a number of features which are employed to minimize the problem of soot formation which can occur along fire wall 14 and on the inside walls of the flametube especially at the higher firing rates. Фиг. 5, вид в разрезе план с указанием сведений о сборке сжигания топлива, которая включает ряд особенностей, которые используются для минимизации проблемы образования сажи, которые могут возникнуть по огнем стены 14 и на внутренних стенах flametube особенно на высших стрельба ставки.
As shown in FIG. 5, the improved fuel burning assembly consists of a air tube 1 which is essentially an elongated open ended pipe. Disposed within air tube 1 is flame tube 3 which is maintained concentric with respect to the air tube so as todefine an annular air passage therebetween. Flame tube 3 is maintained concentric to air tube 1 by positioning against a circumferential shoulder 67 which can include set pins or screws (not shown). Other means can be used to maintain the flame tubeconcentrically within the air tube 1. The flame tube 3 is open at both ends; one end 9 thereof, which may be termed the hot end, faces toward the interior of the firebox of the furnace or the like. The other end which may be called the cool end, isattached to atomizing chamber 52 by means of a slip fit over the aforementioned shoulder 67. Further upstream of atomizing chamber 52 and not shown, provisions may be made to house the auxiliary burner equipment such as the drive motor, air atomizingcompressor, combustion air blower, fuel recirculation system and the electronic burner controls, if desired. Как показано на фиг. 5, улучшенной сборки горения топлива состоит из воздушной трубки 1, которая по существу удлиненные открытые трубы. Увод в воздушной трубки 1, жаровой трубы 3, который поддерживается концентрических по отношению к воздушной трубки так как todefine кольцевой ними проход воздуха. пламени трубку 3 поддерживается концентрических на воздушной трубки 1 на позиционирование в отношении окружной плечо 67, которые могут включать множество шпилек или винтов (не показан). Другие средства могут быть использованы для поддержания пламени tubeconcentrically в воздушной трубки 1. жаровой трубы 3 открытый с обоих концов;. одном конце его 9, который можно назвать горячего конца, лицом к интерьера из топки печи или, как другой конец, который можно назвать прохладной конца, чтобы isattached распыляя камеры 52 с помощью скольжения соответствовать по вышеупомянутым плечо 67. Далее вверх по течению от распыляя камеры 52 и не показали, может быть предусмотрено, чтобы дом вспомогательное оборудование горелки, таких как двигатель, воздух atomizingcompressor, воздуходувки воздуха в камеру сгорания, топливо рециркуляции системы и электронные системы управления горелкой, если это необходимо.
The open end 9 of the flame tube 3 is provided with a pair of cutouts 13,13′, the function of which will become apparent subsequently. Similarly the flame tube is provided with a further pair of apertures 12, 12′ located approximately midway ofits length. These apertures (12,12′) are disposed at 90.degree. relative to the cutouts 13,13’ but as mentioned previously, flame tube 3 may be rotated 90.degree. to alter the flame pattern leaving the burner. Открытый конец 9 из жаровой трубы 3 снабжена парой вырезами 13,13 ‘, функция которого станет ясно в дальнейшем. Аналогично пламени трубка снабжена дальнейшего пару отверстий 12, 12 «, расположенный примерно на полпути ofits длины. Эти отверстия (12,12) располагаются на 90 °. отношению к вырезами 13,13 «, но, как упоминалось ранее, жаровой трубы 3, могут быть повернуты 90 °. изменять пламени узор оставляя горелки.
In addition, the flame tube of FIG. 5 is provided with a plurality of centrifugal swirl shutters or louvers 50. One convenient configuraion employs 4 louvers, each being spaced about one-quarter of the circumference of the flame tube from theadjacent louvers. Other configurations and amounts of louvers can be employed if desired. The louvers are placed upstream from the apertures 12,12′ and preferably axially about midway between apertures 12,12′ and fire wall 57. The louvers provide fora curtain of swirling air along the flame tube wall. The swirling is confined as will be discussed hereinbelow in view of the interrelationship of the louvers with the apertures 12,12′ and the cutouts 13,13’. Typically the apertures 50, 12, 12′, 13 and13′ are about 0.2 -0.4 square inch in cross-sectional area for a typical burner with a variable firing rate of from about 0.2 to about 0.6 gal./hr. Кроме того, пламя трубки на фиг. 5 снабжен множеством центробежных ставнями или жалюзи водоворот 50. Одном удобном configuraion работают 4 жалюзи, каждый из которых расстоянии около одной четверти окружности трубы от пламени theadjacent жалюзи. Другие конфигурации и количества жалюзи могут быть использованы при желании. жалюзи помещаются вверх по течению от отверстия 12,12 «и, желательно, аксиально примерно на полпути между отверстиями 12,12 и защитную стену 57. жалюзи обеспечивают форумах занавес закрученного воздуха вдоль жаровой трубы стены. закрученного ограничивается, как будут обсуждаться здесь ниже в силу взаимосвязи жалюзи с отверстиями 12,12 и 13,13 вырезами. Обычно отверстий 50, 12, 12 ‘, 13 and13 «являются около 0,2 -0,4 квадратный дюйм в площадь поперечного сечения для типичных горелки с переменной скоростью стрельбы примерно от 0,2 до 0,6 галлонов. / час.
The cylindrical flame tube 3 is provided at it opposite end 11 with a pair of spray discharge horns 17 and 17′, opening into a common atomizing chamber 52. As was previously discussed, certain burner operating conditions would not require theuse of spray discharge horns 17 and 17’ and in such cases, a simple opening in said atomizing chamber 52 would be provided instead. Цилиндрической трубки пламени 3 закреплен на это противоположном конце 11 с парой спрей рога разряда 17 и 17, открытие в общей распыляя камеры 52. Как уже говорилось ранее, определенные условия эксплуатации горелки не потребует theuse брызг разряда рога 17 и 17 ‘и в таких случаях, простые открытия в указанных распыляя камеры 52 будет представлена вместо.
Spray discharge horns 17 and 17′ are supported upon a solid wall 51 which is shown as being generally straight and transverse to the flame tube. Also supported upon the solid wall 51 is an air blast tube 53 located within and concentricallyaround the central axis of the atomizing chamber 52. The air blast tube 53 passes through and is also supported by the back wall 54 of atomizing chamber 52. The air blast tube 53 can include a pair of apertures 56,56′(eg -typically having a diameterbetween 1/8′ to 1/2″) leading to the atomizing chamber 52. These apertures provide for a portion of the blower air entering the central air blast tube to be entrained into the atomizing chamber 52 where it commingles with the fuel spray and isdischarged into the flame tube through spray discharge horns 17 and 17′. Should apertures 56 and 56′ be insufficient to provide chamber 52 with the needed air to supply the aspiration needs of plenums 26 and 26′, or if it is desired to further raise thestatic pressure within common chamber 52, then blower air inlet ports 66 and 66′ similar or smaller cross-sectional area to 56, 56′ may be provided in wall 54. Consequently, by sizing blower air inlet ports 66 and 66′ in conjunction with apertures 56and 56′, chamber 52 may be operated at any desired pressure. The forward wall 51 of atomizing chamber 52 is provided with a relatively large central aperture 55 passing through the wall 51. This aperture 55 is the same size as the inside diameter ofair blast tube 53 which is about 1/4″ to about 11/2″ so that blower air can pass directly through air blast tube 53, and enter the flame tube via aperture 55 in wall 51. Spaced slightly downstream such as about 1/8″ to about 1/2» from the forward wall51 of the atomizing chamber and parallel thereto, is a foraminous or perforated fire wall 57 which is shown as being generally planar and containing apertures therein. The perforated fire wall 57 is provided with a relatively large central aperture 59passing through the wall 57. The large central opening 59 in the perforated fire wall 57 is preferably smaller than the inside diameter of the central blast tube and hence the opening 55 in wall 51. As a result, a small amount of air is forced outradially between the forward wall 51 of the atomizing chamber 52 and the perforated fire wall. This air bleeds through the perforated fire wall and into the flame tube to keep the fire within the flame tube from impinging on the fire wall.
Projecting through rear wall 54 and front wall 51 of the atomizing chamber and further extending into the flame tube through a pair of openings in fire wall 57 is a pair of electrodes 19 and 21. Said electrodes are encased in porcelain jackets68 and 69 to shield said electrodes from fuel spray as they pass through atomizing chamber 52. The spark gap 70 between electrodes 19 and 21 is located within the flame tube and on the outer periphery of the spray plume issuing from atomizer 26.
As shown in FIG. 5, the chamber 52 may be provided with discharge cones 17 and 17′ which dicharge atomized fuel inwardly into the flame tube 3.
Both of the atomizing plenum chambers 26,26′ are disposed within the same atomizing chamber 52. Plenum 26′ is supported on the rear wall 54 of chamber 52 and plenum 26 is interconnected via conduit 27′ from plenum 26′. Use of a common chamberassures that the static pressure surrounding atomizing plenum 26 is essentially the same as that surrounding plenum 26′. Plenums 26 and 26′ are supplied with air under pressure through conduits 27 and 27′ respectively. As shown in FIG. 5, the air issupplied to 27 and 27′ from the same source via conduits 60 and 61 respectively. Of course, separate sources of air can be employed if desired.
The liquid fuel supply system for the atomizing plenums is essentially the same as the fuel supply system referred to with respect to FIG. 3 except that both supply lines or conduits are in a common chamber. Also, in the embodiment of FIG. 5,there need only be one common drain located at the low point in atomizing chamber 52. Each atomizing plenum 26 and 26′ is provided with at least one small aperture 29 and 29′ as illustrated in FIG. 3 which is located so as to discharge air and fuelspray directly toward its associted discharge horn 17 and 17′.
As shown in FIG. 5, the rear wall 54 of the atomizing chamber 52 is provided with an aperture 61′ to admit air into the air blast tube 53.
A pair of fuel supply conduits 23 and 23′ are preferably connected to a source of liquid fuel by means of a pump, whereby the fuel may be pumped through these conduits and deposited on the convex surfaces of atomizing plenums 26 and 26’respectively. Similarly, the singular drain conduit 25′ is connected to the fuel supply system so that liquid which is not atomized within common atomizing chamber 52 can be returned to the fuel system not shown and recirculated back to fuel supplyconduits 23 and 23′.
Accordingly, the main difference between the configuration of FIG. 5 as compared to FIG. 4 are a single atomizing chamber instead of two such chambers; a generally planar forward wall or face instead of a generally cone shaped fire wall; aperforated fire wall spaced from the forward wall of the atomizing chamber; and the presence of centrifual swirl shutter or louvers. If desired, the burner of FIG. 4 can be modified by employing less than all of the modifications discussed hereinabovefor the embodiment of FIG. 5 by employing any one or any combination of two or more of the new features of the burner illustrated by FIG. 5.
Directing attention now particularly to FIGS. 3 and 4, the operation of the fuel atomizing and combustion system is as follows.
Liquid fuel is introduced into the system by the conduits 23,23′. The liquid fuel flows over atomizing plenums 26,26′ and a portion thereof is atomized by air under pressure which is introduced into each plenum through conduits 27 and 27′. Liquid which is not atomized flows to the bottom of the atomizing chambers 15, 15′ and is withdrawn therefrom by drain conduits 25,25′ for recirculation in the fuel supply system.
As described above, the atomization process utilizes the basic «Babington» principle disclosed in prior mentioned US Pats. Nos. 3,421,699 and 3,421,692.
Due to the discharge of air from the atomizing plenums through apertures 29 and 29′ there is created a low pressure region in the immediate vicinity of said apertures. This causes additional air to flow into atomizing chambers 15,15′ throughports 33, 33′ to commingle with the atomized fuel being discharged into flame tube 3. Additional combustion air is supplied through the aperture 16 in the foraminous fire wall 14, so as to flow axially along flame tube 3 to intersect with the fuelsprays emanating from atomizers 26 an 26′ so as to readily ignite when the igniter 18 is energized to cause a spark between electrodes 19 and 21.
In the preferred embodiments disclosed herein, the combustion air enters through the aperture 16. It is, however, within the scope of the invention to supply such combustion air by increasing the supply of air which enters the atomizing chambersthrough the ports 33 and 33′ in FIG. 4, or the ports 66,66′ in FIG. 5. This in turn will supply more air to flame tube 3 through discharge horns 17 and 17′. The two streams of additional air thus provided intersect substantially along the flame tubeaxis, and the resultant of these two intersecting airstreams tends to flow generally along the axis of the flame tube. Such an arrangement may be satisfactory in certain instances, particularly where the burner geometry may make it difficult to providefor the combustion air to be directed into the flame tube from one end thereof, or in instances where the burner is designed for a low firing rate in which event sufficient combustion air is obtained by such an alternative arrangement.
Additional combustion air passes along the annular passage 4 between flame tube 3 and blast tube 1 and is staged into the interior of the flame tube 3 through the staging ports 12,12′ and the cutouts 13,13′. FIG 4 also shows one means wherebyadditional combustion air may be provided at the juncture between the flame tube and the conical fire wall as, for instance, a multiplicity of ports 8.
The unique configuration of the flame tube within a blast tube provides a unique heat exchanger in which combustion air for staging purposes passed through the annular area between the flame tube and the blast tube. In traversing this route, thecombustion air picks up heat from the inner hot walls of the flame tube. This hot air, as it is delivered to the interior of the flame tube at the two aforementioned staging locations and through ports 8, if desired, helps to promote rapid vaporizationof the atomized fuel to complete the combustion process downstream in the flame tube. The staging of combustion air in this manner allows the temperature within the flame tube to be maintained at the desired level to keep nitrous oxide emissions to aminimum.
Still another advantage of the manner in which combustion air is staged is to produce a flame in which, when emitted from the burner, is short and bushy. This is achieved by introducing stated air in a nonsymmetrical manner which is contrary tothe fuel/air mixing technique used in conventional resisdential type oil burners. For example, at the first combustion air staging location, downstream from the spray impingement site, two air blasts 12,12′ may be introduced perpendicular to the longaxis of the blast tube, at three o’clock and nine o’clock locations. By subjecting the flame within the flame tube to a nonsymmetrical air blast of this type, the flame is caused to squirt out and fill the flame tube at the six o’clock and twelveo’clock positions Furthermore, the low static pressure within the air blasts at the three and nine o’clock positions causes the flame to wrap around the air blasts and thus produce a shorter and more compact flame which fills the entire flame tube.
In the second combustion air staging location, two air blasts are introduced at the lip of the blast tube but this time the air blasts are introduced at the twelve o’clock and six o’clock positions. The causes the flame to spread out in thethree o’clock and nine o’clock position as it leaves the burner blast tube and enters the combustion chamber. discharge
A short bushy flame of this type is ideal for a retrofit or replacement burner, because it is suited for use in any type of combustion chamber. This is in contrast to a long thin flame which would impinge upon the back side of many combustionchambers and cause erosion of the combustion liner. At the same time, the combustion air passing between the flame tube and the blast tube serves to keep the outer blast tube cool, thereby preventing heat erosion of the blast tube. In the case of thepresent invention, the atomization system is so efficient, and the subsequent fuel/air mixing and vaporization is likewise carried out in such a highly efficient manner, that the burner does not require a hot combustion chamber to achieve high combustionperformance.
The present burner design of FIG. 4 has been utilized in a wide variety of different combustion chambers and has always been able to achieve smokeless operation, and flue-gas CO.sub.2 levels between 14-141/2%, when operating at a firing ratewhich is close to that of the furnace rating. Even when the present burner is set to operate at firing rates well below the furnace rating (eg burner operating at 0.25 gal./hr. in a 1.0 gal./hr. furnace) CO.sub.2 levels with smokeless operation willnormally never fall below 13%.
The burner configuration illustrated in FIG. 5 is somewhat better in performance than that illustrated in FIG. 4. For instance, flue-gas CO.sub.2 levels of 15%, which are approximately the maximum level, have been achieved at zero smoke. Thisvalue is just below the theoretically obtainable when the precise amount of air is mixed with the hydrocarbon fuel. This is in contrast to the average conventional home oil burner that operates at CO.sub.2 levels of 8% even when the burner firing rateis matched to the furnace capacity.
These characteristics of total independence of furnace design and furnace temperature makes the present invention ideal as a replacement of retrofit burner. This non-dependence of furnace temperature also means that the present burner willachieve smokeless operation the instant ignition occurs and before the combustion chamber becomes hot. The typical conventional high pressure burner takes several minutes for the smoke level to drop to acceptable levels after ignition has occurred.
Another fact to be noted is that conventional high pressure nozzles have difficulty operating at firing rates below approximately 0.7 gal./hr. without encountering a high incidence of clogging. In the present burner, there is essentially nominimum firing rate that can be atained; a prototype burner has been operated at a firing rate of less than 0.1 gal./hr. This means that each individual atomizer is operating at less than 0.05 gal./hr. Further, it is not necessary, in the presentburner, that both atomizers be generating the same amount of fuel spray for the burner to operate efficiently. For example, one atomizer may have a firing rate of 0.06 gal./hr. while the other has a firing rate of 0.04 gal./hr. A burner of this typewill operate just as efficiently as one in which each atomizer is delivering a spray rate of 0.05 gal./hr. This low firing rate capability of the present invention is very important in light of the present energy crisis because homes in the future willbe built with better insulation and the trend is towards low firing burners that can provide highly efficient operation.
It should be noted that the perforations in the fire wall 14 are so numbered and sized that a very soft flow of air passes through this wall. This soft air flow tends to keep products of combustion from filtering or rolling back toward the fuelatomizing systems and the ignitor, thus inhibiting sooting of these elements.
The included angle between the fuel atomizing systems 30,30′ is shown in FIG. 4 as being approximately 90.degree.. This angle can be varied, however, and may be between 15.degree. and 150.degree., and preferably between 45.degree. and150.degree..
Turning now to FIGS. 1 and 1A, it will be noted that in the prior art the atomizing nozzles are located at the end of the blast tube. Consequently, the nozzle is subjected to high temperatures, and as such is subject to varnish depositions andclogging.
In contrast, utilizing applicant’s improved fuel burning system, the atomizing plenums are located well upstream from the end of the blast tube and as such are sheltered from the radiant and convective heat of the firebox and the associatedproblems of fuel cracking and varnishing.
Even though burners made in accordance with FIGS. 3 and 4 are very efficient and quite satisfactory as discussed hereinabove, the operation of such at the higher fuel rates can lead to some limited amount of sooting on conical fire wall 14 and onportions of the flame tube. The improved configuration illustrated by FIG. 5 eliminates all soot formation. Only the basic differences between the operation of the burner illustrated by FIG. 5 and that of the burner illustrated by FIG. 4 will bediscussed hereinbelow, it being understood that those aspects of the operation of the burner illustrated by FIG. 5 not discussed in any detail are similar to those of the burner of the type shown by FIG. 4.
The air blast tube 53 directs air along the central axis of the single atomizing chamber 52 and along the central axis of the flame tube 3. A portion of the blower air entering the air blast tube 53 is preferably entrained or forced into theatomizing chamber 52 via openings 56 and 56′ where it commingles with the fuel spray and is discharged into the flame tube 3 via spray discharge horns 17 and 17′. The atomizers may draw the air into the chamber 52 via apertures 56 and 56′ by the lowpressure area created at the orifices of said atomizing plenums, or under certain operation conditions pressurized air may also be forced into atomizing chamber 52 through apertures 56 and 56′. As stated earlier, common chamber 52 may also be fittedwith blower air pressurization ports 66 and 66′ so that common chamber 52 may be operated at still a more elevated static pressure if so desired. Such pressurization would more likely be employed at high firing rates and where it is desirous to mix asmuch air with the atomized spray as possible before discharging the mixture into the flame tube.
The use of one common atomizing chamber to contain the atomizing plenums instead of a plurality of atomizing chambers assures that the ambient pressure surrounding each atomizing plenum will be essentially the same. With a common atomizingchamber the local air velocity around each atomizer is also reduced because of the larger volume inside common chamber 52. Thus in chamber 52 it is further assured that high air velocities will not disturb the film of liquid flowing over atomizers 26and 26′. The configuration of FIG. 5 is therefore less sensitive than that shown in FIG. 4.
Since the large central opening in the perforated wall is smaller than the inside diameter of the central air blast tube 53, a small amount of air is directed or forced radially outwardly between the forward face of the atomizing chamber and theperforated fire wall. The perforations in the fire wall are so numbered and sized that a very soft flow of air passes through this wall. This air bleeds through the perforated fire wall and into the flame tube, thereby keeping or holding the flame offthe fire wall, and insulating the relatively cool surface of the front face of the atomizing chamber from the hot environment on the downstream side of the fire wall. Without the perforated fire wall the condition of relatively cool fuel on the insideof the atomizing chamber, and a hot fire on the downstream side of the atomizing chamber would predispose the forward wall of the atomizing chamber to soot buildup on the flame tube side. In addition, the use of generally straight walls instead of thegenerally cone shaped fire wall of FIG. 4 minimizes the tendency for soot buildup since in the configuration of FIG. 4, the number of corners involved makes it difficult to provide sufficient air mixing to all of the corners.
The use of a substantially planar faced fire wall removes the restriction on the minimum spray angle as stated for the sprays in FIG. 4. The use of the planar face fire wall permits the minimum included angle where sprays meet to be reducedsubstantially. The preferred minimum included angle is about 5.degree.. Excellent results have been achieved with an angle of about 27.degree..
The centrifugal swirl shutters or louvers 50 promote rapid mixing of combustion air and fuel spray to prevent soot buildup on the flame tube 3. The air which passes into the flame tube through the centrifugal swirl shutters provides a curtain ofswirling air along the flame tube wall. This insulates the flame tube wall from direct flame impingement and prevents hot spots and flame erosion problems. The curtain of swirling air is heaviest in the upstream vicinity of the flame tube where itenters through the louvers. When the swirling air encounters the transverse air blasts about midway along the flame tube from apertures 12,12′, and again at the discharge lip of the flame tube from cutouts 13,13′, the swirling motion is substantiallydestroyed. This is important to assure that the swirling air is mixed with the vaporized and burning fuel before it exits flame tube 3.
It was discussed hereinabove with respect to FIG. 3 that the spray discharge horn 17′ served two purposes. Horn 17′ was designed to control the mass median diameter of the spray entering flame tube 3 and also to prevent the flame within flametube 3 from propagating upstream and into atomizing chamber 15. The spray particle size can be optimized by adjusting the geometry of horn 17′ with respect to its length, exit diameter and conical angle. Said horn can be sized such that the sprayissuing forth from orifice 29′ is discharged into flame tube 3 unrestricted by horn 17′, or said horn may be designed to restrict a portion of the spray emanating from 29′. In this latter case, the inner walls of said horn serve to skim off the largerspray particles on the outer periphery of the spray plume. These captured fuel particles simply flow back into atomizing chamber 15 along the inclined inner walls of said spray discharge horn 17′. This technique works well when the skimming required isminimal, and when the velocity of the commingled air and fuel particles passing through said horn is low. However, when it is desired to restrict a substantial amount of the spray to further reduce particle size, or when velocities within discharge horn17′ are high, the discharge horn assembly shown in FIG. 6 is more useful. This high velocity discharge horn assembly 20 is comprised of an inner shroud 17′ and an outer shroud 22. As shown in FIG. 6 the downstream ends of these shrouds are preferablyin the same plane. However, in some cases, depending upon the static pressure, combustion air velocity, and local eddies within flame tube 3, outer shroud 22 may be somewhat longer or shorter than inner shroud 17′ to promote better drainback and/or toeliminate soot buildup between said shrouds or around the entire configuration 20′.
In operation the high velocity discharge horn assembly 20 shown in FIG. 6 skims off a portion of the fuel spray originating from orifice 29′.
The relatively high velocity of the spray passing through inner shroud 17′ causes impinging fuel to run along the inner walls of shroud 17′ towards the flame tube. This raw fuel is prevented from spilling over into the flame tube by means of theouter shroud 22. Said raw fuel upon reaching the discharge lip of the inner shroud 17′ runs back between said inner shroud and said outer shroud 22, mostly along the outer surface of the inner shroud 17, and back towards the forward wall 28 of theatomizing chamber 15. This excess or run-off fuel then drains back into chamber 15 via small drain tube 72. During burner operation, drain tube 72 which has an ID of approximately 1/16-1/8″ becomes filled with fuel and acts as a trap to prevent theback flow of combustion products into the atomizing chamber.
The other purpose of high velocity discharge horn assembly 20 is to prevent burn back in the atomizing chamber. Essentially the assembly acts as an ejector which is sized such that the fuel/air velocity exiting from said inner shroud 17′ is atleast as great as the flame speed of the fuel burning within flame tube 3. This means that the flame within the flame tube cannot propagate upstream and into atomizing chamber 15′.
In cases where the velocity of commingled liquid spray and air exiting from discharge horn assembly 20′ is very high so as to cause flame instability or a fluctuating flame front within the flame tube 3, then flame holder 71 may be provided. Said flame holder is in the form of a simple ring or washer having a large central opening 63, said opening being sized slightly larger than that of the spray plume diameter at that point. This allows the fuel spray to pass unimpeded through saidopening 63 without wetting the walls of said flame holder 71. The turbulence and subsequent low static pressure that is created around flame holder 71 when the spray passes through it, causes the flame to seat or attach itself to the downstream face offlame holder 71. In FIG. 6 said flame holder 71 is supported from outer shroud 22 by two small rod like appendages 62. It is desirable that these rods 62 be small in cross-section so that flame holder 71 takes on the appearance of being suspended inspace approximately 1/8-11/2″ downstream of the exit of inner shroud 17′. The exact location of flame holder 71 will depend upon the relative velocity between the flame speed and the fuel/air mixture leaving shroud 17’.
* * * * * * * * * *