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Die Erfindung bezieht sich auf einen Brenner gemäss dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche 1 und 2.
Für die energetisch effiziente und schadstoffarme Gasverbrennung ist es günstig, Brenngas und Luft möglichst homogen und im Mengenverhältnis nahe des Mindestluftbedarfs des Brenngases vorzumischen.
Unter diesen Bedingungen erfolgt die Reaktion des Brenngases mit dem Luftsauerstoff sehr schnell und oberflächennah, die Bildung von schädlichen Stickoxiden wird weitgehend vermieden. Durch den geringen notwendigen Luftüberschuss des Brenners kann die freigesetzte Wärmemenge effizient und bei kondensierendem Betrieb nahezu vollständig als Nutzenergie an den Wärmeträger Heizwasser übertragen werden.
Bei dieser Art der oberflächennahen Reaktionsführung wird ein merklicher Teil der freigesetzten Wärmeenergie an die Brenneroberfläche übertragen, von wo aus sie mittels Leitung, Konvektion und Festkörperstrahlung abgeführt werden kann. Bekannt sind Systeme überwiegend gebläsebetriebener Flächenbrenner, deren Oberfläche aus temperaturbeständigen Materialien im Brennerbetrieb zum Glühen kommt und dadurch Wärmeenergie an die umgebenden Feuerraum- beziehungsweise Wärmeübertragungs- wände überträgt. Solche Brenner werden üblicherweise als Strahlungsbrenner bezeichnet.
Bei Brennermodellen mit einer solchen nahstöchiometrischen und oberflächennahen Reaktionsführung treten nicht zu vernachlässigende Wärmeströme von der heissen Brenneroberfläche in den Mischkörper auf. Die stromauf gelegenen Oberflächen des ungekühlten Mischkörpers beziehungsweise der Mischkammerwände und die dem Gemisch zugekehrte Seite der Brenneraustrittsfläche beziehungsweise eines Flammenhalters werden je nach Ausführung ebenfalls stark erhitzt. Dadurch kommt es zu einer Aufheizung des anströmenden Brenngas-Luft-Gemisches längs seines Strömungsweges, was im Extremfall, insbesondere bei Betrieb mit hochkalorigen Erdgasen und Flüssiggas zum Flammenrückschlag in den Gemischraum führen kann.
Bei Brennern mit ungeregeltem Mischungsverhältnis von Gas zu Luft, zum Beispiel bel Brennern mit Injektormischern, kommt es aufgrund der thermischen Volumenexpansion des Gemisches zu Veränderungen im Mischungsverhältnis von Gas zu Luft aufgrund der unterschiedlichen thermischen Zustände des Brenners beziehungsweise Mischkörpers. Für optimale Verbrennungsverhältnisse ist jedoch die Einhaltung definierter Gas-Luft-Mischungsverhältnisse zwingende Voraussetzung, um den Anforderungen an einen schadstoffarmen, stabilen und geräuscharmen Betrieb zu genügen. Dies gilt insbesondere für überstöchiometrische Flächenbrenner.
Um diesen Problemen entgegenzutreten, wurde gemäss der DE 3710244 C2 vorgeschlagen, die Brenneroberfläche mittels kühlmitteldurchströmbarer Rohre zu kühlen. Die Rohre sind dabei in Ausformungen des Mischkammerbleches eingesetzt. Nachteilig ist der komplizierte Aufbau bei lokal begrenzter relativ geringer Kühwirkung.
Ziel der Erfindung ist es, einen Brenner der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei dem bei einfacherem Aufbau eine intensivere Kühlung und ein Betrieb mit über alle Betriebszustände weitgehend konstantem Gas-Luft-Gemisch und damit em schadstoffärmerer stabiler Betrieb möglich ist.
Erfindungsgemäss wird dies bei einem Brenner der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 bzw. 2 erreicht.
Durch die vorgeschlagenen Massnahmen ist eine sehr effektive Kühlung des Gemischraumes des Brenners sichergestellt, wodurch Wärme aus den Wänden des Gemischraumes abgeführt wird. Dies verhindert eine Aufheizung des Gas-Luft-Gemisches im Gemischraum, wodurch keine nennenswerte thermische Volumenexpansion des Gemisches auftritt und daher das Gas-Luft-Verhältnis im wesentlichen konstant bleibt. Jedenfalls wird durch die vorgeschlagene Lösung sichergestellt, dass das Gas-Luft-Gemisch die
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als Heizwasser verwendet werden kann. Flammenrückschläge im stationären wie instationären Betrieb in den Gemischraum werden sicher vermieden.
Ausserdem werden durch die erfindungsgemässen Merkmale auch Abstrahlungsverluste merklich reduziert und die Oberflächentemperatur des Brenners niedrig gehalten.
Bei einem Brenner nach dem Anspruch 1 ergeben sich relativ geringe Wandstärken der Mischkörper.
Dies ermöglicht einen sehr innigen Wärmeaustausch zwischen dem Brenngas-Luft-Gemisch und dem Kühlmedium. Dabei kann diese auch vorgesehen werden, um den Brenner sehr rasch auf seine Betriebstemperatur zu bringen, was durch eine entsprechende Vorwärmung erreicht werden kann. Damit ist es möglich, einen erhöhten Schadstoffausstoss in der Startphase des Brenners zu vermeiden.
Die Merkmale des Anspruches 2 ermöglichen einen einfachen modularen Aufbau eines erfindungsgemässen Brenners.
Bei Brennern gemäss Anspruch 1 oder 2 ergibt sich durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 3 der Vorteil, dass ein weitgehend zusammenhängender Flammenteppich mit jeweils gegenseitiger Beeinflussung von vielen Einzelflammen entsteht.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Dabei zeigen :
Fig. 1 eine geschnittene axonometrische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsge- mässen Brenners und
Fig. 2 eine geschnittene axonometrische Darstellung einer zweiten Ausführungsform mit abgenommener
Brennerplatte.
Gleiche Bezugszeichen bedeuten In allen Fig. gleiche Einzelheiten.
Bei der Ausführungsform nach der Fig. 1 sind parallel zueinander verlaufende, durch Hohlprofile gebildete Mischkörper 2 vorgesehen. Diese weisen ein im Querschnitt dreieckiges Unterteil mit kreisförml- gem Kopfteil auf. Kopftell und Unterteil sind jeweils mit durchgehenden axial verlaufenden Hohlräumen 3' und 3" versehen. Diese Hohlräume 3'und 3"sind von einem Kühlmedium durchströmt.
Zwischen den Mischkörpern 2 sind Spalten 4 vorgesehen, die gegenüber von Gasdüsen 5 angeordnet sind. Diese sind in ein Gasverteilrohr 6 eingesetzt.
Aufgrund des Querschnittes der Mischkörper 2 ergeben sich zwischen den Mischkörpern 2 sich injektorartig erweiternde Mischräume 7, die von einer Brennerplatte 8 überdeckt sind, die mit Ausströmöffnungen 9 versehen ist.
Im Betrieb des Brenners strömt Gas aus den Gasdüsen 5 und tritt in die Spalten 4 ein, wobei Luft mitgerissen wird. Das so gebildete Gemisch sammelt sich in den Gemischräumen 7 und tritt über die Ausströmöffnungen 9 aus und verbrennt. Die dabei entstehende Wärme gelangt durch Strahlung auch in die Mischkörper 2 und erwärmt diese. Die in die Mischkörper 2 gelangende Wärme wird über das durch die Hohlräume 3'und 3" strömende Kühlmedium abgeführt. Dadurch wird eine stärkere Erwärmung der Mischkörper 2 vermieden, wodurch auch das in den Mischräumen 7 befindliche Gemisch nicht stärker erwärmt wird und sich daher kaum Änderungen des Mischungsverhältnisses des Gas-Luft-Gemisches ergeben.
Ausserdem werden dadurch auch die Abstrahlungsverluste reduziert und eine Auskopplung der in die Mischkörper 2 durch die Strahlung eingebrachte Wärme ermöglicht.
Bei einem Brenner nach der Fig. 2 sind im wesentlichen trapezförmige Mischkörper 2'vorgesehen.
Diese sind von einer Brennerplatte überdeckt, die jedoch aus Gründen einer besseren Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist.
Die Mischkörper 2'sind dabei entweder als Vollprofile mit axial durchgehenden Bohrungen 3b oder als Hohlprofile mit einem Hohlraum 3a ausgebildet. Weiter sind bei den Mischkörpern 2'die Seitenwände 15 konkav gekrümmt. Aufgrund dieser konkav gekrümmten Seitenwände 15 ergeben sich zwischen den Mischkörpern 2'injektorförmige Mischräume 7, die von der nicht dargestellten Brennerplatte abgedeckt sind. Zwischen den Mischkörpern 2'sind wiederum Spalten 4 vorgesehen, so dass sich die gleichen Verhältnisse wie bei dem Brenner nach der Fig. 1 ergeben.
Patentansprüche 1. Brenner mit mehreren Mischkörpern (2, 2'), der mindestens einen sich injektorartig erweiternden
Mischraum (7) begrenzt, der eine mit Ausströmöffnungen (9) versehene Brennerplatte (8) und eine gegen eine Gasdüse (5) gerichtete Einströmöffnung aufweist, wobei jeder Mischkörper (2,2') einen von einem Kühlmedium durchströmbaren Hohlraum (3', 3", 3a, 3b) in der Nähe des Gemischaustrittes aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass aus einem im Querschnitt vorzugsweise kreisförmigen
Kopftell und einem dreieckigen Unterteil bestehende Mischkörper (2) als Hohlprofile vorgesehen sind, wobei der Kopfteil und das Unterteil jeweils einen von dem Kühlmedium durchströmten Hohlraum (3',
3") aufweisen und zwischen den einzelnen Mischkörpern (2) als Einströmöffnungen dienende Spalten (4) vorgesehen sind (Fig. 1).
2. Brenner mit mehreren Mischkörpern (2, 2'), der mindestens einen sich injektorartig erweiternden
Mischraum (7) begrenzt, der eine mit Ausströmöffnungen (9) versehene Brennerplatte und eine gegen eine Gasdüse (5) gerichtete Einströmöffnung aufweist, wobei jeder Mischkörper (2,2') einen von einem Kühlmedium durchströmbaren Hohlraum (3', 3", 3a, 3b) in der Nähe des Gemischaustrittes aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Querschnitt trapezförmige, vorzugsweise konkav gekrümmte Sei- tenwände (15) aufweisende Mischkörper (2') vorgesehen sind, die entweder als Hohlprofile mit von
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strömten Bohrungen (3b) ausgebildet sind, wobei zwischen den einzelnen Mischkörpern (2') als
Einströmöffnungen dienende Spalten (4) vorgesehen sind (Fig. 2).