AT516424A1

AT516424A1 - Apparatus and method for operating a flame

Info

Publication number: AT516424A1
Application number: ATA50772/2014A
Authority: AT
Original assignee: Giuliani Fabrice Louis Michel Dr
Priority date: 2014-10-27
Filing date: 2014-10-27
Publication date: 2016-05-15
Also published as: AT516424B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Betreiben einer Flamme, umfassend zumindest eine Zuleitung (2) für zumindest ein insbesondere gasförmiges Oxidationsmittel und zumindest ein brennbares Material, insbesondere ein brennbares Gas, einen Brenner zum Verbrennen desselben und eine Beschallungseinrichtung (4), mit welcher das Oxidationsmittel in Schwingung versetzbar ist. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass der Brenner zumindest einen Steuerbereich zum Führen des in Schwingung versetzten Oxidationsmittels und des brennbaren Materials zur Erzeugung einer Pilotflamme (6) und zumindest einen Hauptbereich für zumindest eine Hauptflamme (8) umfasst, wobei der Steuerbereich mit der Beschallungseinrichtung (4) verbunden ist und wobei im Hauptbereich ein weiteres Oxidationsmittel und ein weiteres brennbares Material führbar sind. Weiter betrifft die Erfindung eine Verwendung einer solchen Vorrichtung (1). Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Flamme, wobei zumindest ein insbesondere gasförmiges Oxidationsmittel und zumindest ein brennbares Material, insbesondere ein brennbares Gas, zu einem Brenner geführt werden, wobei das Oxidationsmittel von einer Beschallungseinrichtung (4) in Schwingung versetzt wird, wobei vorgesehen ist, dass das Oxidationsmittel mit dem brennbaren Material zusammengeführt und das brennbare Material verbrannt wird, wobei davon beabstandet ein weiteres brennbares Material unter Zuführung eines weiteren Oxidationsmittels verbrannt wird.The invention relates to a device (1) for operating a flame, comprising at least one supply line (2) for at least one, in particular, oxidizing agent and at least one combustible material, in particular a combustible gas, a burner for burning same and a sounding device (4) which the oxidizing agent is vibratable. According to the invention, it is provided that the burner comprises at least one control region for guiding the vibrating oxidizing agent and the combustible material to produce a pilot flame (6) and at least one main region for at least one main flame (8), the control region being connected to the sonicating device (4 ) is connected and wherein in the main area, another oxidizing agent and another combustible material are feasible. Furthermore, the invention relates to a use of such a device (1). Moreover, the invention relates to a method for operating a flame, wherein at least one in particular oxidant gas and at least one combustible material, in particular a combustible gas, are fed to a burner, wherein the oxidizing agent is vibrated by a sonication device (4), wherein it is provided that the oxidizing agent is combined with the combustible material and the combustible material is burned, wherein a further combustible material is burned away from it while supplying a further oxidizing agent.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer FlammeApparatus and method for operating a flame

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben einer Flamme, umfassend zumindest eine Zuleitung für zumindest ein insbesondere gasförmiges Oxidationsmittel und zumindest ein brennbares Material, insbesondere ein brennbares Gas, einen Brenner zum Verbrennen desselben und eine Beschallungseinrichtung, mit welcher das Oxidationsmittel in Schwingung versetzbar ist.The invention relates to a device for operating a flame, comprising at least one supply line for at least one in particular oxidant gaseous and at least one combustible material, in particular a combustible gas, a burner for burning the same and a sonicator, with which the oxidizing agent is vibrated.

Weiter betrifft die Erfindung eine Verwendung einer solchen Vorrichtung.Furthermore, the invention relates to a use of such a device.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Flamme, wobei zumindest ein insbesondere gasförmiges Oxidationsmittel und zumindest ein brennbares Material, insbesondere ein brennbares Gas, zu einem Brenner geführt werden, wobei das Oxidationsmittel von einer Beschallungseinrichtung in Schwingung versetzt wird.In addition, the invention relates to a method for operating a flame, wherein at least one in particular oxidant gas and at least one combustible material, in particular a combustible gas, are led to a burner, wherein the oxidizing agent is vibrated by a sonicator.

Bei vielen Verbrennungsprozessen in der Industrie und der Forschung wird eine energiereiche Flamme benötigt, beispielsweise beim Verbrennen von Biomasse, in Zementwerken oder in Forschungslaboren. Um eine solche Flamme zu erzeugen, ist üblicherweise viel Brennstoff notwendig, insbesondere Brennstoff mit einem hohen Brennwert. Aufgrund von ständig steigenden Brennstoffpreisen ist das Betreiben einer solchen Flamme sehr kostenaufwendig. Zudem ist eine Umweltbelastung durch hohe umweltschädliche Emissionen, insbesondere von C02, entsprechend groß, wobei eine Höhe der Emissionen stark von beim Verbrennen entstehenden Turbulenzen der Flamme abhängen kann. Wenn sich eine Flamme turbulent bewegt, kann ein Rußanteil dieser steigen und die Flamme leuchtet gelb. In einem solchen Zustand der Flamme ist die Emission von umweltschädlichen Gasen maximal.Many combustion processes in industry and research require a high-energy flame, such as burning biomass, in cement works, or in research laboratories. In order to produce such a flame, a lot of fuel is usually necessary, in particular fuel with a high calorific value. Due to ever increasing fuel prices, operating such a flame is very expensive. In addition, an environmental impact of high polluting emissions, especially of CO 2, correspondingly large, with a level of emissions can depend greatly on turbulence of the flame resulting from burning. When a flame moves turbulently, a portion of soot may rise and the flame will turn amber. In such a state of the flame, the emission of polluting gases is maximum.

Beim Betreiben einer Flamme sollte daher darauf geachtet werden, dass diese möglichst stabil und ohne starke Schwingungen brennt, um einerseits Emissionen gering zu halten und andererseits eine möglichst gleichmäßige Wärme- bzw. Energieabgabe zu gewährleisten. Dazu kann es jedoch notwendig sein, die Brennstoffzufuhr konstant hochzuhalten, was wiederum hohe Kosten verursacht.When operating a flame, care should therefore be taken to ensure that it burns as stably as possible and without strong vibrations in order to keep emissions low on the one hand and to ensure the most uniform possible heat or energy release on the other hand. For this purpose, it may be necessary to keep the fuel supply constant high, which in turn causes high costs.

Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen bekannt geworden, mit welchen Instabilitäten einer Flamme herabsetzbar sind. Dabei wird die Flamme bzw. ein zu verbrennendes Gasgemisch akustisch moduliert, wodurch eine Flamme kontrollierbar brennt und Turbulenzen dieser bei entsprechend gewählter Frequenz einschränkbar sind. Dadurch kann zwar eine Emission von umweltschädlichen Gasen bei geeigneter Frequenz verringert werden, ein Bedarf an kostenintensiven Brennstoff ist jedoch nach wie vor hoch.From the prior art devices have become known with which instabilities of a flame can be reduced. In this case, the flame or a gas mixture to be combusted is acoustically modulated, whereby a flame burns controllable and turbulence of these can be limited in accordance with the selected frequency. As a result, although an emission of polluting gases at a suitable frequency can be reduced, a need for cost-intensive fuel is still high.

Beim Untersuchen von Brenneigenschaften einer bzw. mehrerer Flammen und deren Verbrennungsturbulenzen wurde im Rahmen der Erfindung zufällig entdeckt, dass eine Flamme, welche Schwingungen ausführt, benachbarte Flammen mitzieht bzw. sich deren Turbulenzen und Schwingungen auf diese übertragen.In examining the burning properties of one or more flames and their combustion turbulences, it has been discovered by chance in the invention that a flame which carries out vibrations entrains adjacent flames or transfers their turbulences and vibrations to them.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit welcher eine Flamme unter Ausnutzung dieses zufällig entdeckten Effektes effizient und kostengünstig betreibbar ist.The object of the invention is to provide a device of the type mentioned, with which a flame can be operated efficiently and inexpensively by utilizing this randomly discovered effect.

Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, eine Verwendung einer solchen Vorrichtung anzugeben.It is another object of the invention to provide a use of such a device.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem eine Flamme unter Ausnutzung dieses zufällig entdeckten Effektes effizient und kostengünstig betreibbar ist.Another object of the invention is to provide a method of the type mentioned, with which a flame can be operated efficiently and inexpensively by utilizing this randomly discovered effect.

Die erste Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art der Brenner zumindest einen Steuerbereich zum Führen des in Schwingung versetzten Oxidationsmittels und des brennbaren Materials zur Erzeugung einer Pilotflamme und zumindest einen Hauptbereich für zumindest eine Hauptflamme umfasst, wobei der Steuerbereich mit der Beschallungseinrichtung verbunden ist und wobei im Hauptbereich weiteres Oxidationsmittel und ein weiteres brennbares Material führbar sind.The first object is achieved according to the invention in that in a device of the type initially mentioned the burner comprises at least one control region for guiding the vibrating oxidizing agent and the combustible material to produce a pilot flame and at least one main region for at least one main flame, wherein the control region the sonicating device is connected and wherein in the main region further oxidizing agent and another combustible material can be guided.

Ein mit der Erfindung erzielter Vorteil ist insbesondere darin zu sehen, dass durch eine räumliche Trennung des Steuerbereiches vom Hauptbereich nur dieser Teil desAn advantage achieved by the invention is to be seen in particular in that, by a spatial separation of the control area from the main area only this part of

Oxidationsmittels in Schwingung versetzbar ist, welcher die Pilotflamme erzeugt. Dabei brennt die durch eine Verbrennung des brennbaren Materials erzeugte Pilotflamme ruhig, räumlich eng und möglichst ohne ungewollte bzw. unkontrollierbare Turbulenzen. Die gepulste Pilotflamme weist weiter eine hohe Energiedichte und hohe Reaktionsrate auf, wodurch ein Brennverfahren beschleunigt ist. Im Steuerbereich ist hierbei nur wenig brennbares Material geführt, wodurch Kosten herabsetzbar sind. Auch kann die Beschallungseinrichtung im Vergleich zum Stand der Technik kleiner ausgebildet sein, wodurch weitere Kosten einsparbar sind. Durch die räumliche Trennung des Steuerbereiches vom Hauptbereich ist es in der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, jeweils ein anderes brennbares Material und/oder jeweils ein anderes Oxidationsmittel zu führen. In der Regel ist im Steuerbereich und im Hauptbereich jedoch dasselbe Oxidationsmittel geführt, beispielsweise Luft. Erfindungsgemäß können aber auch jeweils unterschiedliche Oxidationsmittel vorgesehen sein. Durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung, insbesondere durch das in Schwingung versetzte Oxidationsmittel, ist eine Vermischung der Reaktanten optimiert. Gemäß der Erfindung werden die Schwingungen der Pilotflamme bzw. Stützflamme an die zumindest eine Hauptflamme übertragen, sodass auch diese stabil und möglichst ohne ungewollte Turbulenzen brennt. Die Pilotflamme kann dabei bevorzugt etwa mit einem Zehntel der Leistung der Hauptflamme betrieben werden.Oxidizing agent is set into vibration, which generates the pilot flame. The pilot flame generated by combustion of the combustible material burns quietly, spatially close and, if possible, without unwanted or uncontrollable turbulence. The pulsed pilot flame further has a high energy density and high reaction rate, thereby accelerating a firing process. In the tax area, only a small amount of flammable material is guided, which reduces costs. Also, the public address device can be made smaller in comparison to the prior art, whereby further costs can be saved. Due to the spatial separation of the control region from the main region, it is possible in the device according to the invention to guide in each case a different combustible material and / or in each case a different oxidizing agent. As a rule, however, the same oxidant is conducted in the control area and in the main area, for example air. According to the invention, however, different oxidation agents may be provided in each case. By a device according to the invention, in particular by the vibrating oxidizing agent, a mixing of the reactants is optimized. According to the invention, the oscillations of the pilot flame or support flame are transmitted to the at least one main flame, so that these burns stable and possible without unwanted turbulence. The pilot flame can be operated preferably about one tenth of the power of the main flame.

Mit Vorteil ist dabei die Beschallungseinrichtung derart ausgebildet, dass mit dieser eine Frequenz und/oder eine Amplitude des in Schwingung versetzten Oxidationsmittels festlegbar ist und diese bei einer Verbrennung des brennbaren Materials vom Oxidationsmittel an die dabei entstehende Pilotflamme übertragbar sind. Die Frequenz und/oder Amplitude ist dabei entsprechend einer gewünschten Pulsation der Flammen einstellbar. Dabei können sich mehrere Frequenzen oder ein Frequenzbereich als günstig erweisen. Die Beschallungseinrichtung kann dabei als Sirene ausgebildet sein, welche in einem Gehäuse gelagert ist, welches hohen Drücken standhält, z. B. bis zu 10 bar und mehr. Die Sirene kann erfindungsgemäß ein Zahnrad umfassen, welches über einen Elektromotor durch eine Welle antreibbar ist. Das Oxidationsmittel strömt dabei über eine Überschalldüse zum Zahnrad, welches das insbesondere gasförmige Oxidationsmittel schneidet und diesem dadurch eine Frequenz und/oder eine Amplitude induziert. Durch eine Variation einer Anzahl der Zähne des Zahnrades, einer Größe und/oder einer Geschwindigkeit des Zahnrades sind dabei die Frequenz und/oder die Amplitude desAdvantageously, the sonication device is designed in such a way that a frequency and / or an amplitude of the vibrating oxidizing agent can be fixed with the latter and these can be transferred from the oxidizing agent to the resulting pilot flame during combustion of the combustible material. The frequency and / or amplitude is adjustable according to a desired pulsation of the flames. Several frequencies or a frequency range may prove beneficial. The sound system can be designed as a siren, which is mounted in a housing which withstands high pressures, eg. B. up to 10 bar and more. According to the invention, the siren can comprise a toothed wheel which can be driven by a shaft via an electric motor. The oxidant flows through a supersonic nozzle to the gear which intersects the particular gaseous oxidant and this induces a frequency and / or amplitude. By a variation of a number of the teeth of the gear, a size and / or a speed of the gear while the frequency and / or the amplitude of the

Oxidationsmittels festlegbar. Somit ist das Oxidationsmittel mit Schall beaufschlagt und schwingt mit einer vorgegebenen Frequenz und/oder Amplitude. Eine derartig ausgebildete Sirene hat den Vorteil, dass diese auch unter hohen Druck- bzw. Temperaturbedingungen einwandfrei funktioniert. Darüber hinaus ist diese auch resistent gegenüber Verschmutzungen und Korrosion, weshalb auch aggressive Gase durch diese führbar sind. Bei einer Verbrennung des brennbaren Materials ist diese Frequenz und/oder Amplitude an die dabei entstehende Pilotflamme übertragbar, wobei es durch die Beschallungseinrichtung möglich ist, unverzüglich auf etwaige auftretende Turbulenzen der Flamme zu reagieren. Insbesondere die Frequenz ist dabei so gewählt, dass ein gepulstes und gleichmäßiges Brennen der Pilotflamme ermöglicht ist, wobei die Frequenz auch von einem Volumen der verschiedenen Bereiche der Vorrichtung abhängig ist. Alternativ zur Sirene kann die Beschallungseinrichtung auch als Lautsprecher oder anderes Beschallungsmittel ausgebildet sein, wobei sich aufgrund der oben genannten Vorteile für industrielle Anwendungen eine Sirene besonders gut eignet.Oxidizing agent fixable. Thus, the oxidizing agent is acted upon by sound and vibrates at a predetermined frequency and / or amplitude. Such a trained siren has the advantage that it works properly even under high pressure or temperature conditions. In addition, this is also resistant to contamination and corrosion, which is why aggressive gases are feasible by this. During combustion of the combustible material, this frequency and / or amplitude can be transmitted to the resulting pilot flame, it being possible by the sound system to respond immediately to any occurring turbulence of the flame. In particular, the frequency is chosen so that a pulsed and uniform firing of the pilot flame is made possible, wherein the frequency is also dependent on a volume of the different areas of the device. As an alternative to the siren, the sounding device can also be designed as a loudspeaker or other sounding means, with a siren being particularly well suited for industrial applications due to the abovementioned advantages.

Vorteilhaft ist weiter im Steuerbereich zumindest eine Düse angeordnet, durch welche eine Mischung aus dem Oxidationsmittel und dem brennbaren Material führbar ist, um das brennbare Material im Bereich der Düse als Pilotflamme zu verbrennen, wobei die Düse derart ausgebildet ist, dass eine Geschwindigkeit der Mischung an einem Ausgang dieser mindestens doppelt so schnell ist wie an einem Eingang derselben, insbesondere mehr als viermal so schnell. Die Düse kann dabei derart ausgebildet sein, dass ein Durchmesser dieser in einem Querschnitt am Eingang größer ist als am Ausgang. Günstig kann es dabei sein, wenn dieser etwa zweimal so groß ist, um einen Rückschlag der Pilotflamme bzw. Hauptflamme zu vermeiden. Die Düse ist somit ähnlich einer Venturidüse ausgebildet und ein Druckverlust der Mischung ist so gering wie möglich gehalten. Die Düse ist akustisch transparent ausgebildet, das heißt, Schallwellen gelangen möglichst ohne Abschwächung durch diese hindurch und auch die Düse selbst verursacht kaum Lärm. Die Pilotflamme brennt dabei im Bereich dieser Düse und schwingt mit der Frequenz und/oder der Amplitude, welche dem Oxidationsmittel induziert wird. Darüber hinaus kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Düse mit einem Wirbelgenerator ausgebildet ist, sodass der Mischung durch die Düse ein Drehimpuls induziert wird, um die Flamme von der Düse beabstandet zu erzeugen. Dabei wird wenig Wärme auf die Düse bzw. eine Platte übertragen, auf welcher die Düse angeordnet ist, wodurch eine thermische Belastung der Düse gering gehalten und eine Lebensdauer dieser verlängert wird. Auch ist durch die Beabstandung der Flamme von der Düse erreicht, dass diese robuster brennt und sich nicht leicht löschen lässt. Weiter hat der beabstandete Betrieb der Flamme den Vorteil, dass eine Flammenfront flach ausgebildet und eine Modulation dieser konstant und gleichmäßig ist. Durch eine entsprechende Düse ist sichergestellt, dass ein Verhältnis zwischen Strömungsrichtung und Strömungsgeschwindigkeit der Mischung durch die Düse optimiert ist. Durch die gleichzeitige Ausbildung der Düse als Venturidüse und Wirbelgenerator ist diese sehr effizient und zugleich kostengünstig in der Herstellung.Advantageously, at least one nozzle is further arranged in the control area, through which a mixture of the oxidizing agent and the combustible material is feasible to burn the combustible material in the region of the nozzle as a pilot flame, wherein the nozzle is designed such that a speed of the mixture an output thereof is at least twice as fast as at an input thereof, in particular more than four times as fast. The nozzle can be designed such that a diameter of this is greater in a cross-section at the entrance than at the exit. It may be beneficial if this is about twice as large to avoid a kickback of the pilot flame or main flame. The nozzle is thus formed similar to a Venturi nozzle and a pressure drop of the mixture is kept as low as possible. The nozzle is acoustically transparent, that is, sound waves pass through it as possible without attenuation and the nozzle itself causes little noise. The pilot flame burns in the area of this nozzle and oscillates with the frequency and / or the amplitude which is induced by the oxidizing agent. In addition, according to the invention it can be provided that the nozzle is formed with a vortex generator, so that the mixture is induced by the nozzle, an angular momentum to generate the flame spaced from the nozzle. In this case, little heat is transferred to the nozzle or a plate on which the nozzle is arranged, whereby a thermal load on the nozzle is kept low and a lifetime of this is extended. Also, the spacing of the flame from the nozzle ensures that it burns more robustly and is not easily erased. Further, the spaced operation of the flame has the advantage that a flame front is formed flat and a modulation of this is constant and uniform. A suitable nozzle ensures that a ratio between the flow direction and flow rate of the mixture through the nozzle is optimized. Due to the simultaneous design of the nozzle as Venturi nozzle and vortex generator this is very efficient and at the same time inexpensive to manufacture.

Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass im Hauptbereich zumindest eine weitere Düse angeordnet ist, durch welche eine Mischung des weiteren brennbaren Materials und weiteren Oxidationsmittels führbar ist, um das weitere brennbare Material im Bereich der zumindest einen weiteren Düse als eine, insbesondere mehrere, Hauptflammen zu verbrennen. Bevorzugt können dabei mehrere Düsen vorgesehen sein, welche um die Düse des Steuerbereiches herum angeordnet sind. Insbesondere können dabei neun oder mehr rasterförmig angeordnete Düsen vorgesehen sein, wobei die Düse des Steuerbereiches mittig angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist es dabei von Vorteil, wenn die Düsen des Hauptbereiches baugleich mit der Düse des Steuerbereiches ausgebildet sind.It is preferably provided that at least one further nozzle is arranged in the main region, through which a mixture of the further combustible material and further oxidizing agent can be performed to burn the further combustible material in the region of the at least one further nozzle as one, in particular several, main flames , Preferably, a plurality of nozzles may be provided, which are arranged around the nozzle of the control area around. In particular, nine or more nozzles arranged in the form of a grid may be provided, wherein the nozzle of the control region is arranged centrally. According to the invention it is advantageous if the nozzles of the main area are constructed identical to the nozzle of the control area.

Dabei kann es günstig sein, wenn die Düsen an einem Ende des Brenners mit einem vorbestimmten Maximalabstand beabstandet voneinander angeordnet sind, um eine Übertragung der Frequenz und/oder der Amplitude der Pilotflamme auf die zumindest eine Hauptflamme zu ermöglichen. Der Abstand der Düsen ist dabei davon abhängig, wie viele Düsen angeordnet sind und wie groß die bei einer Verbrennung entstehende Flamme sein soll. Das im Bereich der Düsen des Hauptbereiches verbrennende Material kann dabei ein Gas mit niedrigem Brennwert sein, z. B. Biogas bei einer Biogasverbrennung zur Entsorgung desselben. Eine Frequenz und/oder eine Amplitude der Pilotflamme bzw. Stützflamme wird bei entsprechend gewähltem Abstand der Düsen von der Pilotflamme auf die Hauptflammen übertragen und ermöglicht somit ein Verbrennen eines Gases mit sehr niedrigem Brennwert und in weiterer Folge eine effektive Erzeugung einer Flamme, welche unter geringem Verbrauch von Brennstoff mit hohem Brennwert stabil und möglichst ohne ungewollte Turbulenzen brennt. Dadurch sind einerseits die Kosten gesenkt und andererseits umweltschädliche Emissionen herabgesetzt. Darüber hinaus kann im Hauptbereich auch ein herkömmliches Gas wieIt may be advantageous if the nozzles are arranged at one end of the burner with a predetermined maximum distance spaced from each other to allow transmission of the frequency and / or the amplitude of the pilot flame to the at least one main flame. The distance of the nozzles is dependent on how many nozzles are arranged and how large the flame created during combustion should be. The material which burns in the area of the nozzles of the main area can be a gas with a low calorific value, eg. B. biogas in a biogas combustion for disposal of the same. A frequency and / or an amplitude of the pilot flame or support flame is transmitted at a correspondingly selected distance of the nozzle from the pilot flame to the main flame and thus enables a burning of a gas with a very low calorific value and subsequently effective generation of a flame, which under low Consumption of fuel with high calorific value stable and possible without unwanted turbulence burns. As a result, on the one hand the costs are reduced and on the other hand environmentally harmful emissions reduced. In addition, in the main area can also be a conventional gas like

Methan oder Butan geführt werden. Durch die Pulsation der Pilotflamme und der zumindest einen Hauptflamme wird ein Wirkungsgrad einer Flamme erhöht bzw. ist mit weniger Gaszufuhr eine gleiche Temperatur einer Flamme erreichbar. Unabhängig vom geführten brennbaren Material sind die Düsen so angeordnet, dass durch die Pilotflamme eine Verbrennung bzw. eine Existenz der zumindest einen Hauptflamme gewährleistet ist.Methane or butane. By the pulsation of the pilot flame and the at least one main flame, an efficiency of a flame is increased or can be reached with less gas supply a same temperature of a flame. Regardless of the guided combustible material, the nozzles are arranged so that combustion or existence of the at least one main flame is ensured by the pilot flame.

Eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt mit Vorteil beim Verbrennen eines Gases mit niedrigem Brennwert.A use of a device according to the invention is advantageously carried out when burning a gas with a low calorific value.

Die weitere Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einem Verfahren der eingangs genannten Art das Oxidationsmittel mit dem brennbaren Material zusammengeführt und das brennbare Material verbrannt wird, wobei davon beabstandet ein weiteres brennbares Material unter Zuführung von Oxidationsmittel verbrannt wird.The further object is achieved in that in a method of the type mentioned, the oxidizing agent combined with the combustible material and the combustible material is burned, spaced therefrom another combustible material is burned under supply of oxidant.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird nur ein Teil des Oxidationsmittels mit Schall beaufschlagt, mit dem brennbaren Material zusammengeführt und das brennbare Material verbrannt. Das weitere brennbare Material und das weitere Oxidationsmittel werden dabei von dem mit Schall beaufschlagten Oxidationsmittel beabstandet geführt und gleichzeitig verbrannt. Das Oxidationsmittel wird dabei bevorzugt von einer als Sirene ausgebildeten Beschallungseinrichtung in Schwingung versetzt und weiterer Folge mit dem brennbaren Material zusammengeführt, welches verbrannt wird. Eine erfindungsgemäße beabstandete Anordnung von zwei brennbaren Materialien erlaubt somit ein Führen von zwei verschiedenen brennbaren Materialien, beispielsweise von einem brennbaren Gas mit hohem Brennwert und einem mit niedrigem Brennwert. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass jeweils dasselbe brennbare Material geführt wird. In der Regel wird dabei jeweils dasselbe Oxidationsmittel geführt bzw. verwendet, z. B. Luft. Es können jedoch auch zwei unterschiedliche Oxidationsmittel geführt werden.In a method according to the invention, only a part of the oxidizing agent is acted upon by sound, combined with the combustible material and burned the combustible material. The further combustible material and the further oxidizing agent are thereby guided in a spaced manner by the sonicating oxidizing agent and at the same time burnt. The oxidizing agent is preferably vibrated by a sonic device designed as a siren and further combined with the combustible material, which is burned. A spaced apart arrangement of two combustible materials according to the invention thus allows for guiding two different combustible materials, for example a high calorific value low-calorie combustible gas. However, it can also be provided that in each case the same combustible material is guided. In general, in each case the same oxidant is performed or used, z. For example, air. However, it is also possible to carry two different oxidizing agents.

Vorteilhaft ist dabei vorgesehen, dass Mischungen aus Oxidationsmitteln und brennbaren Materialien über Düsen nach außen geführt werden, wobei ein brennbares Material in zumindest einem Steuerbereich im Bereich einer Düse als Pilotflamme und ein weiteres brennbares Material in zumindest einem Hauptbereich im Bereich von zumindest einer, insbesondere mehrerer, weiteren Düsen als Hauptflamme verbrannt wird. Die Pilotflamme kann dabei bevorzugt etwa mit einem Zehntel der Leistung der Hauptflamme betrieben werden, wodurch Energie eingespart wird. Erfindungsgemäß kann dabei vorgesehen sein, dass im Steuerbereich herkömmliches brennbares Material verbrannt wird wie beispielsweise Methan oder Butan. Im Gegensatz dazu kann vorgesehen sein, dass im Hauptbereich ein Gas mit geringem Brennwert verbrannt wird. Ein Gas mit geringem Brennwert ist kostengünstiger als ein herkömmliches brennbares Gas und verringert somit die bei einem Verfahren zur Erzeugung einer Flamme auftretenden Kosten. Es kann jedoch auch im Hauptbereich ein herkömmliches Gas geführt werden. Bei einer dadurch entstehenden Hauptflamme kann eine zum Erreichen einer gewünschten Temperatur der Hauptflamme notwendige Energiezufuhr bedingt durch die Pulsation dieser im Vergleich zum Stand der Technik herabgesetzt werden. Günstig ist es dabei, wenn eine Frequenz und/oder eine Amplitude der Beschallungseinrichtung von der Mischung im Steuerbereich aufgenommen und an die Pilotflamme und von dieser an die Hauptflamme übertragen werden. Die Frequenz und/oder Amplitude kann dabei entsprechend der gewünschten Pulsation der Flammen gewählt werden. Dabei können sich mehrere Frequenzen oderauch ein Frequenzbereich als günstig erweisen. Allgemein kann dabei gelten, dass je niedriger eine Frequenz ist, umso turbulenter ist die Verbrennung. Zur Erzeugung der zumindest einen Hauptflamme kann ein Gas mit einem niedrigen Brennwert verbrannt werden, wodurch die aufzuwendende Energie herabgesetzt wird. Durch die Beschallung der Pilotflamme und die Übertragung dieser Frequenz und/oder Amplitude an die Hauptflamme kann ein Gas mit niedrigem Brennwert ohne Weiteres verbrannt und eine robuste Flamme erzeugt werden, welche resistent gegen ein Auslöschen derselben ist. Die Düsen können dazu bevorzugt beabstandet voneinander angeordnet werden, wobei der Abstand derart vorgegeben ist, dass die Schwingungen der Pilotflamme von der oder den Hauptflammen aufgenommen werden.Advantageously, it is provided that mixtures of oxidizing agents and combustible materials are guided via nozzles to the outside, wherein a combustible material in at least one control area in the region of a nozzle as a pilot flame and another combustible material in at least one main area in the range of at least one, in particular more , other nozzles is burned as the main flame. The pilot flame can be operated preferably about one tenth of the power of the main flame, whereby energy is saved. According to the invention, it may be provided that conventional combustible material such as methane or butane is burned in the control area. In contrast, it can be provided that in the main area a gas with low calorific value is burned. A low calorific gas is less expensive than a conventional combustible gas and thus reduces the cost involved in a flame generation process. However, it can also be performed in the main area a conventional gas. In the case of a main flame which arises as a result, an energy supply necessary for achieving a desired temperature of the main flame can be reduced as a result of the pulsation of the latter in comparison with the prior art. It is advantageous if a frequency and / or an amplitude of the sounding device are received by the mixture in the control area and transmitted to the pilot flame and from there to the main flame. The frequency and / or amplitude can be selected according to the desired pulsation of the flames. In this case, several frequencies or even a frequency range may prove favorable. Generally speaking, the lower a frequency, the more turbulent the combustion. To generate the at least one main flame, a gas with a low calorific value can be burned, whereby the energy to be expended is reduced. By sonicating the pilot flame and transmitting that frequency and / or amplitude to the main flame, a low calorific gas can be readily burned and a robust flame created which is resistant to extinguishment thereof. For this purpose, the nozzles can preferably be arranged at a distance from one another, the distance being predetermined such that the oscillations of the pilot flame are absorbed by the main flame (s).

Mit Vorteil kann dabei weiter vorgesehen sein, dass der Flamme durch die Düsen ein Drehimpuls induziert wird, wobei die Flamme aus der Pilotflamme und zumindest einer Hauptflamme zusammengesetzt wird. Durch den induzierten Drehimpuls werden die Pilotflamme und die zumindest eine Hauptflamme beabstandet von den jeweiligen Düsen erzeugt, damit eine Wärmeleitung bzw. ein Wärmeübertrag auf die Düsen bzw. eine Platte, auf welcher die Düsen angeordnet werden können, unter Kontrolle gehalten wird. Darüber hinaus wird dabei eine Flamme mit einer flachen Flammenfront erzeugt. DieAdvantageously, it can further be provided that the flame is induced by the nozzles an angular momentum, wherein the flame from the pilot flame and at least one main flame is composed. The induced angular momentum generates the pilot flame and the at least one main flame at a distance from the respective nozzles in order to control the heat transfer or heat transfer to the nozzles or a plate on which the nozzles can be arranged. In addition, a flame is generated with a flat flame front. The

Modulation des Oxidationsmittels ist dabei möglichst ohne Verluste auf die Pilotflamme und in weiterer Folge auf die Hauptflamme übertragbar, da die Düsen akustisch transparent ausgebildet sind.Modulation of the oxidant is transferable as possible without losses to the pilot flame and subsequently to the main flame, since the nozzles are acoustically transparent.

Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen ergeben sich aus den nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen. In den Zeichnungen, auf welche dabei Bezug genommen wird, zeigen:Further features, advantages and effects will become apparent from the embodiments illustrated below. In the drawings, to which reference is made, show:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung;1 shows a device according to the invention;

Fig. 2 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Fig. 1 entlang der Linie ll-ll;FIG. 2 shows a section through a device according to the invention according to FIG. 1 along the line II-II; FIG.

Fig. 3 eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung;3 shows a further device according to the invention;

Fig. 4 eine Düse;4 shows a nozzle;

Fig. 5 eine Schnitt durch die Düse entlang der Linie V-V in Fig. 4;5 shows a section through the nozzle along the line V-V in Fig. 4.

Fig. 6 eine untere Ansicht einer Düse;Fig. 6 is a bottom view of a nozzle;

Fig. 7 einen Brenner mit Düsen in Draufsicht;7 shows a burner with nozzles in plan view;

Fig. 8 einen weiteren Brenner in Draufsicht;8 shows a further burner in plan view;

Fig. 9 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen Verfahrens;9 is a schematic representation of a device according to the invention for explaining a method according to the invention;

Fig. 10 eine schematische Darstellung einer Düse zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.Fig. 10 is a schematic representation of a nozzle for explaining a method according to the invention.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Betreiben einer Flamme. Die Vorrichtung 1 umfasst zumindest eine Zuleitung 2 für zumindest ein insbesondere gasförmiges Oxidationsmittel und zumindest ein brennbares Material, insbesondere ein brennbares Gas. Über eine in Fig. 1 nicht dargestellte Zuleitung 2 sind das Oxidationsmittel und das Gas einem Brenner 3 zuführbar, wobei diesem vorgeschaltet eine Beschallungseinrichtung 4 vorgesehen ist, mit welcher das Oxidationsmittel vor einem Zuführen zum Brenner 3 in Schwingung versetzbar ist. Die Beschallungseinrichtung 4 kann dabei als Sirene ausgebildet sein, welche in einem Gehäuse gelagert ist, welches hohen Drücken standhält. Die Sirene kann erfindungsgemäß ein Zahnrad umfassen, welches durch einen Elektromotor mit einer Welle angetrieben wird. Das gasförmige Oxidationsmittel strömt dabei über eine kritische Düse bzw. Lavaldüse zum Zahnrad, welches dieses schneidet und diesem dadurch eineFig. 1 shows an inventive device 1 for operating a flame. The device 1 comprises at least one supply line 2 for at least one in particular gaseous oxidizing agent and at least one combustible material, in particular a combustible gas. Via a supply line 2, not shown in Fig. 1, the oxidizing agent and the gas can be fed to a burner 3, wherein a sonicator 4 is provided upstream of this, with which the oxidizing agent is vibrated before being supplied to the burner 3. The sonicator 4 may be formed as a siren, which is mounted in a housing which withstands high pressures. The siren may according to the invention comprise a gear which is driven by an electric motor with a shaft. The gaseous oxidant flows through a critical nozzle or Laval nozzle to the gear which intersects this and thereby this one

Frequenz und/oder eine Amplitude induziert. Durch eine Variation einer Größe, einer Anzahl der Zähne des Zahnrades und/oder einer Geschwindigkeit des Zahnrades sind dabei die Frequenz und/oder die Amplitude des Oxidationsmittels festlegbar. Alternativ zur Sirene kann die Beschallungseinrichtung 4 auch als Lautsprecher oder anderes Beschallungsmittel ausgebildet sein. Für das erste Oxidationsmittel und das brennbare Material ist ein Steuerbereich 5 vorgesehen, in welchem das brennbare Material unter Freisetzung einer Pilotflamme 6 verbrennt. Die Pilotflamme 6 ist in Fig. 1 nicht dargestellt, da diese erfindungsgemäß aus sicherheitsrelevanten Gründen innerhalb einer Schutzabdeckung 10 angeordnet sein kann. Über zumindest eine weitere Zuleitung 2 sind weiteres Oxidationsmittel und ein weiteres Gas schwingungsfrei dem Brenner 3 zuführbar. Dabei ist ein Hauptbereich 7 vorgesehen, in welchem das weitere Gas durch Zusammenführung mit dem weiteren Oxidationsmittel als zumindest eine, bevorzugt mehrere Hauptflammen 8 verbrennbar ist. Die Hauptflammen 8 sind dabei beabstandet von der Pilotflamme 6 ebenfalls innerhalb der Schutzabdeckung 10 angeordnet und demnach in Fig. 1 nicht dargestellt. Die Schutzabdeckung 10 kann dabei zumindest ein Fenster zum Beobachten der Flamme umfassen, wobei das Fenster z. B. aus Quarzglas und die Schutzabdeckung 10 z. B. aus einem Stahl ausgebildet sein kann.Frequency and / or an amplitude induced. By a variation of a size, a number of teeth of the gear and / or a speed of the gear while the frequency and / or the amplitude of the oxidizing agent can be fixed. As an alternative to the siren, the sounding device 4 can also be designed as a loudspeaker or other sounding means. For the first oxidizing agent and the combustible material, a control region 5 is provided, in which the combustible material burns with the release of a pilot flame 6. The pilot flame 6 is not shown in FIG. 1, since, according to the invention, it can be arranged inside a protective cover 10 for safety-relevant reasons. Via at least one further supply line 2, further oxidizing agent and another gas can be supplied to the burner 3 without any vibration. In this case, a main area 7 is provided, in which the further gas can be combusted by merging with the further oxidizing agent as at least one, preferably a plurality of main flames 8. The main flames 8 are also spaced from the pilot flame 6 also disposed within the protective cover 10 and therefore not shown in Fig. 1. The protective cover 10 may comprise at least one window for observing the flame, wherein the window z. B. of quartz glass and the protective cover 10 z. B. may be formed of a steel.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 gemäß Fig. 1 entlang der Linie ll-ll. Hierin sind nun die Pilotflamme 6 und Hauptflammen 8 sowie der Steuerbereich 5 und der Hauptbereich 7 dargestellt. Der Steuerbereich 5 ist dabei etwa mittig im Brenner 3 angeordnet und der Hauptbereich 7 um diesen herum. Im Steuerbereich 5 ist das mit Schall beaufschlagte Oxidationsmittel mit dem Gas zusammenführbar und das Gas verbrennbar, wobei die Beschallungseinrichtung 4 nicht dargestellt ist. Der Teil der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung 1 umfasst drei Resonanzkörper 11a, 11b, 11c, mit welchen mehrere Resonanzmoden anregbar sind, wobei die Resonanzkörper 11a, 11b, 11c wie Helmholtzresonatoren funktionieren können.Fig. 2 shows a section through an inventive device 1 according to FIG. 1 along the line ll-ll. Herein now the pilot flame 6 and main flame 8 and the control area 5 and the main area 7 are shown. The control area 5 is arranged approximately centrally in the burner 3 and the main area 7 around it. In the control area 5, the oxidizing agent acted upon with sound can be combined with the gas and the gas combustible, wherein the sounding device 4 is not shown. The part of the device 1 shown in Fig. 2 comprises three resonance bodies 11a, 11b, 11c, with which a plurality of resonance modes can be excited, wherein the resonance bodies 11a, 11b, 11c can function like Helmholtz resonators.

Fig. 3 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ohne Schutzabdeckung 10. Dabei ist die Pilotflamme 6 an einem oberen Ende des Brenners 3 angeordnet und von acht Hauptflammen 8 umgeben. Die jeweiligen Mischungen aus Oxidationsmittel und Gas sind über Düsen 9 nach außen führbar und das Gas verbrennt im Bereich der Düsen 9, wobei die Düsen 9 an einer Platte 12 angeordnet sind. Der Brenner 3 ist hierbei durch den Steuerbereich 5 und den Hauptbereich 7 als zweistufiger Brenner 3 ausgeführt. Erfindungsgemäß kann jedoch auch ein Brenner 3 vorgesehen sein, welcher drei, vier oder mehr Stufen umfasst.FIG. 3 shows a further device 1 according to the invention without protective cover 10. The pilot flame 6 is arranged at an upper end of the burner 3 and surrounded by eight main flames 8. The respective mixtures of oxidizing agent and gas can be led to the outside via nozzles 9 and the gas burns in the region of the nozzles 9, the nozzles 9 being arranged on a plate 12. The burner 3 is in this case designed by the control area 5 and the main area 7 as a two-stage burner 3. According to the invention, however, a burner 3 may also be provided which comprises three, four or more stages.

Fig. 4, 5 und 6 zeigen drei Ansichten einer Düse 9 wie diese in einer Vorrichtung 1 zum Einsatz kommt, insbesondere im Steuerbereich 5. Fig. 5 zeigt dabei einen Schnitt entlang der Linie V-V der Düse 9 aus Fig. 4. Fig. 6 zeigt eine untere Ansicht einer Düse 9 bzw. eine Düse 9 in Durchflussrichtung einer Mischung aus Oxidationsmittel und brennbarem Material. Eine untere Querschnittsfläche der Düse 9 ist größer, bevorzugt viermal so groß, wie eine obere Querschnittsfläche ausgebildet, um eine Austrittsgeschwindigkeit der Mischung zu erhöhen. Das brennbare Material bzw. Gas ist über ein Rohr 13 dem Oxidationsmittel zuführbar. Das Rohr 13 ist dabei etwa mittig in der Düse angeordnet und von insbesondere drei Befestigungsmitteln wie Schrauben in Position gehalten. Um eine hohe Geschwindigkeit des darin geführten Materials zu maximieren, kann das Rohr 13 mit einem kleinen freien Durchmesser ausgebildet sein, bevorzugt kleiner als 1,5 mm, insbesondere etwa 0,8 mm. Durch die in Fig. 4 und 5 ersichtliche Verengung 14 der Düse 9 funktioniert diese wie eine Venturidüse; ein dynamischer Druck wird maximal und ein statischer Druck minimal. Die Abmessungen der Düse 9 können dabei an eine Art und Menge des brennbaren Materials angepasst sein und somit beispielsweise für eine Führung eines Gases mit niedrigem Brennwert deutlich größer dimensioniert sein, als oben angegeben. Günstig kann es hierzu sein, dass die Düse 9 so dimensioniert ist, dass eine Geschwindigkeit des brennbaren Materials deutlich höher ist als eine entsprechende des Oxidationsmittels. Im Allgemeinen scheint der freie Durchmesser des Rohres 13 bei einer Anpassung der Düse 9 an die Art bzw. Menge des zu verbrennenden Gases wesentlich zu sein. Die übrigen Abmessungen werden entsprechend diesem skaliert.4, 5 and 6 show three views of a nozzle 9 as it is used in a device 1, in particular in the control area 5. FIG. 5 shows a section along the line VV of the nozzle 9 from FIG. 4. FIG shows a bottom view of a nozzle 9 and a nozzle 9 in the flow direction of a mixture of oxidant and combustible material. A lower cross-sectional area of the nozzle 9 is larger, preferably four times as large, as an upper cross-sectional area formed to increase an exit velocity of the mixture. The combustible material or gas can be supplied to the oxidizing agent via a tube 13. The tube 13 is arranged approximately centrally in the nozzle and held in particular by three fasteners such as screws in position. In order to maximize a high velocity of the material carried therein, the tube 13 may be formed with a small free diameter, preferably less than 1.5 mm, in particular about 0.8 mm. By way of the constriction 14 of the nozzle 9 which can be seen in FIGS. 4 and 5, this works like a venturi nozzle; a dynamic pressure becomes maximum and a static pressure minimal. The dimensions of the nozzle 9 can be adapted to a type and amount of the combustible material and thus be significantly larger, for example, for a guidance of a gas with low calorific value, as stated above. It may be favorable for this purpose that the nozzle 9 is dimensioned so that a speed of the combustible material is significantly higher than a corresponding one of the oxidizing agent. In general, the free diameter of the tube 13 appears to be essential in adapting the nozzle 9 to the type or amount of gas to be combusted. The remaining dimensions are scaled accordingly.

Fig. 6 zeigt weiter, dass ein oberes Teilstück 15 der Düse 9 entlang dessen Längsachse bis zu einem vorbestimmten Punkt durchgeschnitten ist und die beiden dadurch entstehenden Teile versetzt zueinander angeordnet sind. Das obere Ende der Düse 9 ist dabei nicht durchgeschnitten. Die beiden Teile des oberen Teilstückes 15 der Düse 9 können erfindungsgemäß bevorzugt derart versetzt zueinander angeordnet sein, dass jeweilige Enden in einer Mitte eines jeweiligen Durchmesser angeordnet sind. Dadurch ist ein Wirbelgenerator bzw. Vortexgenerator erzeugt, durch welchen der entstehenden Flamme ein Drehimpuls induzierbar ist und mit welchem ein Druckverlust des zu verbrennenden Gases so gering wie möglich gehalten ist. Das Rohr 13 ist bei einem Beginn der Verengung 14 bzw. bei einer Querschnittsänderung dieser mittig am oberen Teilstück 15 beabstandet davon angeordnet, wobei ein Abstand zwischen Rohr 13 und oberem Teilstück 15 etwa 3 mm bis 6 mm, bevorzugt 4 mm bis 5 mm betragen kann. Der Abstand ist dabei wiederum von einer Art und Menge des brennbaren Materials und somit von einer Größe der Düse 9 bzw. des Brenners 3 abhängig und kann demnach auch deutlich größer oder kleiner sein. Allgemein kann dieser etwa dem halben freien Durchmessers des Rohres 13 entsprechen. Eine Konstruktion bzw. Herstellung einer solchen Düse 9 ist im Vergleich zur Herstellung einer konventionellen Düse kostengünstig. Darüber hinaus ist diese durch deren gleichzeitige Ausbildung als Venturidüse und Wirbelgenerator sehr effizient.Fig. 6 further shows that an upper portion 15 of the nozzle 9 is cut along its longitudinal axis to a predetermined point and the two resulting parts are arranged offset from one another. The upper end of the nozzle 9 is not cut through. The two parts of the upper portion 15 of the nozzle 9 may according to the invention preferably be arranged offset from one another such that respective ends are arranged in a center of a respective diameter. As a result, a vortex generator is generated by which the resulting flame, an angular momentum is inducible and with which a pressure drop of the gas to be burned is kept as low as possible. The tube 13 is at a beginning of the constriction 14 or at a cross-sectional change of this centrally disposed on the upper portion 15 spaced therefrom, wherein a distance between the tube 13 and upper portion 15 may be about 3 mm to 6 mm, preferably 4 mm to 5 mm , The distance is in turn dependent on a type and amount of combustible material and thus on a size of the nozzle 9 and the burner 3 and therefore can also be significantly larger or smaller. Generally this can correspond to about half the free diameter of the tube 13. A construction or production of such a nozzle 9 is inexpensive compared to the production of a conventional nozzle. In addition, this is very efficient by their simultaneous training as venturi and vortex generator.

Fig. 7 und 8 zeigen jeweils eine Variante eines Brenners 3 bzw. die Platte 12 mit den daraufangeordneten Düsen 9 in Draufsicht. In Fig. 7 sind neun Düsen 9 versetzt zueinander etwa bündig an der Platte 12 abschließend angeordnet. Ein Abstand der einzelnen Düsen 9 ist dabei von einer Größe des Brenners 3 und den Düsen 9 selbst abhängig. Erfindungsgemäß wird ein Abstand der Düsen 9 so gewählt, dass Schwingungen der Pilotflamme 6 auf die Hauptflamme 8 übertragbar ist. Es kann vorgesehen sein, dass alle Düsen 9 entsprechend Fig. 4, 5 und 6 baugleich ausgebildet sind. Alternativ können die Düsen 9 des Hauptbereiches 7 auch als Rohr mit offenem Ende ausgebildet sein. In Fig. 8 ist eine zentrale Düse 9 im Steuerbereich 5 für die Pilotflamme 6 mittig auf der Platte 12 angeordnet. Um diese Düse 9 herum sind im Hauptbereich 7 Schlitzöffnungen 16 für die Hauptflamme 8 vorgesehen. Auch dabei ist ein Abstand der Düse 9 zu den Schlitzöffnungen 16 vorgegeben, um eine Übertragung der Schwingungen von der Pilotflamme 6 auf die Hauptflamme 8 zu gewährleisten.FIGS. 7 and 8 respectively show a variant of a burner 3 and the plate 12 with the nozzles 9 arranged thereon in plan view. In Fig. 7, nine nozzles 9 offset from each other approximately flush with the plate 12 are arranged finally. A distance of the individual nozzles 9 is dependent on a size of the burner 3 and the nozzles 9 itself. According to the invention, a spacing of the nozzles 9 is selected such that vibrations of the pilot flame 6 can be transmitted to the main flame 8. It can be provided that all nozzles 9 are of identical construction according to FIGS. 4, 5 and 6. Alternatively, the nozzles 9 of the main area 7 may also be formed as an open-ended tube. In FIG. 8, a central nozzle 9 in the control region 5 for the pilot flame 6 is arranged centrally on the plate 12. Around this nozzle 9 around 7 slot openings 16 are provided for the main flame 8 in the main area. Also, a distance of the nozzle 9 is predetermined to the slot openings 16 to ensure a transmission of the vibrations of the pilot flame 6 to the main flame 8.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Flamme wird wie in Fig. 9 gezeigt das erste Oxidationsmittel über die Zuleitung 2 durch die Beschallungseinrichtung 4 geführt und dadurch in Schwingung versetzt. Anschließend wird das Oxidationsmittel im Steuerbereich 5 mit dem zu verbrennenden Gas zusammengeführt, auf welches eine Frequenz und/oder eine Amplitude des Oxidationsmittels übertragen werden. Die Zuführung des zu verbrennenden Gases ist in Fig. 9 als Pfeil im Steuerbereich 5 dargestellt. Diese dabei entstehende Mischung wird durch die Düse 9 des Steuerbereiches 5 geführt und das Gas wird im Bereich dieser alsIn a method according to the invention for operating a flame, as shown in FIG. 9, the first oxidizing agent is conducted via the supply line 2 through the sounding device 4 and thereby caused to oscillate. Subsequently, the oxidizing agent is combined in the control area 5 with the gas to be burned, to which a frequency and / or an amplitude of the oxidizing agent are transferred. The supply of the gas to be combusted is shown in FIG. 9 as an arrow in the control area 5. This resulting mixture is passed through the nozzle 9 of the control area 5 and the gas is in the range of this as

Pilotflamme 6 verbrannt. Eine Auswahl der Frequenz bzw. der Amplitude wird dabei so gewählt, dass ein gleichmäßiges Schwingen der Pilotflamme 6 ermöglicht wird. Die Frequenz bzw. Amplitude der Mischung wird auf die Pilotflamme 6 übertragen und diese schwingt. Als Gas kann dabei beispielsweise Methan oder Butan verbrannt werden.Pilot flame 6 burned. A selection of the frequency or the amplitude is chosen so that a uniform oscillation of the pilot flame 6 is made possible. The frequency or amplitude of the mixture is transmitted to the pilot flame 6 and this vibrates. As gas can be burned, for example, methane or butane.

Die Düse 9 ist dabei, wie in Fig. 10 gezeigt, derart ausgebildet, dass eine Geschwindigkeit der Mischung am Ende dieser bevorzugt zumindest viermal so schnell ist wie am Anfang. Dazu kann ein endseitiger Durchmesser der Düse 9 kleiner ausgebildet sein als ein eingangsseitiger Durchmesser, insbesondere kann ein eingangsseitiger Durchmesser im Querschnitt etwa zweimal so groß sein wie ein endseitiger. Dadurch wird ein Rückschlag der Pilotflamme 6 und der Hauptflamme 8 verhindert, weil diese drallstabilisiert sind. Das zu verbrennende Gas wird über das Rohr 13 in die Düse 9 geleitet, während das Oxidationsmittel außerhalb des Rohres 13 in diese geleitet wird. Die Zuführung und ein weiterer Führungsverlauf des zu verbrennenden Gases sind in Fig. 10 durch Pfeile dargestellt. Durch die Ausbildung der Düse 9 als Venturidüse bzw. durch die Verengung 14 kommt es endseitig der Düse 9 außerhalb des oberen Teilstückes 15 zu einem Stau, wodurch das zu verbrennende Gas gezwungen wird, in das obere Teilstück 15 der Düse 9 einzutreten und sich mit dem Oxidationsmittel zu vermischen. Somit bleibt ein Druckverlust innerhalb der Düse 9 möglichst gering und es kommt zu keiner Sperrung der Strömung. Darüber hinaus wird bei einer unreinen Strömung eine Ablagerung weitgehend vermieden. Auch ist die Düse 9 dadurch akustisch transparent ausgebildet, wodurch im gesamten Brenner 3 weder Schallwellen absorbiert noch verursacht werden. Weiter ist die Düse 9 derart ausgebildet, dass der Pilotflamme 6 ein Drehimpuls induziert wird, um die Pilotflamme 6 von der Düse 9 bzw. der Platte 12 zu beabstanden. Dazu wird das zu verbrennende Gas im oberen Teilstück 15 mit dem Oxidationsmittel zusammengeführt. Durch dieses als Wirbelgenerator ausgebildete obere Teilstück 15 ist eine entstehende Flamme von der Düse 9 abgehoben. Im Steuerbereich 5 wird das zu verbrennende Material üblicherweise schon vor Zuführung zur Düse 9 mit dem Oxidationsmittel vermischt, wie in Fig. 9 dargestellt. Über zumindest eine weitere Zuleitung 2 sind ein weiteres Oxidationsmittel zum in Fig. 9 nicht dargestellten Brenner 3 führbar. Das weitere Oxidationsmittel wird dabei direkt in ein Plenum 17 geführt, ohne die Beschallungseinrichtung 4 zu durchlaufen. Das Plenum 17 kann dabei als Resonanzkörper 11c genutzt werden. Dieses wird im in Fig. 9 nicht dargestellten Hauptbereich 7 mit einem weiteren brennbaren Material zusammengeführt, welches als bevorzugt mehrere Hauptflammen 8 verbrannt wird. Die Zuführung des weiteren brennbaren Materials ist in Fig. 9 dabei ebenfalls mit zwei Pfeilen angedeutet, welche außerhalb des Steuerbereiches 5 angeordnet sind. Auch dieses Gemisch wird über Düsen 9 nach außen geführt. Die Düsen 9 können dabei bevorzugt baugleich wie die Düse 9 des Steuerbereiches 5 ausgebildet sein, deren Funktionsweise anhand Fig. 10 erklärt ist. Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Düsen 9 beabstandet voneinander angeordnet sind, sodass die Frequenz und/oder die Amplitude der Pilotflamme 6 auf die zumindest eine Hauptflamme 8 übertragen werden. Alternativ kann die weitere Mischung anstatt über die Düsen 9 über die Schlitzöffnungen 16 in der Platte 12 nach außen geführt und das Gas verbrannt werden. Die Hauptflammen 8 nehmen somit die Schwingung der Pilotflamme 6 auf und schwingen mit derselben Frequenz und/oder Amplitude wie diese.The nozzle 9 is, as shown in Fig. 10, formed such that a speed of the mixture at the end of this is preferably at least four times as fast as at the beginning. For this purpose, an end-side diameter of the nozzle 9 may be formed smaller than an input-side diameter, in particular, an input-side diameter in cross-section may be about twice as large as an end-side. As a result, a return of the pilot flame 6 and the main flame 8 is prevented because they are spin-stabilized. The gas to be burned is passed via the tube 13 into the nozzle 9, while the oxidizing agent is passed outside the tube 13 in this. The feed and a further guide course of the gas to be combusted are shown in FIG. 10 by arrows. Due to the formation of the nozzle 9 as Venturi nozzle or through the constriction 14 it comes to the end of the nozzle 9 outside of the upper portion 15 to a jam, whereby the gas to be burned is forced to enter the upper portion 15 of the nozzle 9 and with the To mix oxidizing agent. Thus, a pressure drop within the nozzle 9 remains as low as possible and there is no blocking of the flow. In addition, a deposit is largely avoided in an impure flow. The nozzle 9 is thereby acoustically transparent, whereby neither sound waves are absorbed nor caused in the entire burner 3. Further, the nozzle 9 is formed such that the pilot flame 6 is induced an angular momentum to space the pilot flame 6 from the nozzle 9 and the plate 12, respectively. For this purpose, the gas to be combusted is combined in the upper section 15 with the oxidizing agent. By this formed as a vortex generator upper portion 15, a resulting flame is lifted from the nozzle 9. In the control region 5, the material to be burned is usually mixed with the oxidizing agent before it is fed to the nozzle 9, as shown in FIG. 9. Via at least one further supply line 2, a further oxidizing agent to the burner 3, not shown in Fig. 9 are feasible. The further oxidizing agent is guided directly into a plenum 17, without passing through the PA 4. The plenum 17 can be used as a resonator 11c. This is combined in the main area 7, not shown in FIG. 9, with another combustible material which is burned as preferably a plurality of main flames 8. The supply of the further combustible material is also indicated in FIG. 9 with two arrows, which are arranged outside the control area 5. This mixture is passed through nozzles 9 to the outside. The nozzles 9 can preferably be of identical design as the nozzle 9 of the control region 5, whose operation is explained with reference to FIG. According to the invention, it can be provided that the nozzles 9 are arranged at a distance from one another so that the frequency and / or the amplitude of the pilot flame 6 are transmitted to the at least one main flame 8. Alternatively, the further mixture, instead of being guided via the nozzles 9 via the slot openings 16 in the plate 12 to the outside and the gas to be burned. The main flames 8 thus absorb the vibration of the pilot flame 6 and oscillate at the same frequency and / or amplitude as these.

Es kann vorgesehen sein, dass im Hauptbereich 7 ein Gas mit einem niedrigen Brennwert geführt wird. Durch das Beaufschlagen der Pilotflamme 6 mit Schall und die Übertragung dieser Pulsation auf die Hauptflammen 8 können Gase mit niedrigem Brennwert verbrannt werden und die dabei entstehende Flamme kann stabil gehalten werden, ohne zu erlöschen. Anstatt des Gases mit niedrigem Brennwert kann erfindungsgemäß im Hauptbereich 7 auch ein herkömmliches Gas wie Methan oder Butan geführt werden. Bei einer Verbrennung eines solchen Gases wird durch die Pulsation ein thermischer Wirkungsgrad der Verbrennung erhöht.It can be provided that in the main area 7, a gas with a low calorific value is performed. By applying the pilot flame 6 to sound and transmitting this pulsation to the main flames 8, low calorific gases can be burned and the resulting flame can be kept stable without extinguishing. Instead of the gas with a low calorific value, a conventional gas such as methane or butane can also be conducted in the main area 7 according to the invention. During combustion of such a gas, the thermal efficiency of the combustion is increased by the pulsation.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 bzw. das erfindungsgemäße Verfahren kann also unter anderem beim Verbrennen von Biogas, zur Energieerzeugung oder auch zum Brennschneiden von z. B. Stahl verwendet bzw. angewendet werden.The inventive device 1 and the method according to the invention can thus, inter alia, when burning biogas, for energy production or for flame cutting of z. As steel used or applied.

Claims

1. Device (1) for operating a flame, comprising at least one supply line (2) for at least one in particular oxidant and at least one combustible material, in particular a combustible gas, a burner (3) for burning the same and a sounding device (4) in which the oxidizing agent is oscillatable, characterized in that the burner (3) has at least one control region (5) for guiding the vibrating oxidizing agent and the combustible material to produce a pilot flame (6) and at least one main region (7). for at least one main flame (8), wherein the control area (5) is connected to the sounding device (4) and wherein in the main area (7) further oxidizing agent and a further combustible material can be guided.

2. Device (1) according to claim 1, characterized in that the sonication device (4) is designed such that with this a frequency and / or amplitude of the vibrated oxidizing agent can be fixed and this in a combustion of the combustible material from the oxidant to the resulting pilot flame (6) are transferable.

3. Device (1) according to claim 1 or 2, characterized in that in the control area (5) at least one nozzle (9) is arranged through which a mixture of the oxidizing agent and the combustible material is feasible to the combustible material in the area the nozzle (9) as a pilot flame (6) to be burned, wherein the nozzle (9) is formed such that a speed of the mixture at an output thereof is at least twice as fast as at an entrance thereof, in particular more than four times as fast.

4. Device (1) according to claim 3, characterized in that in the main region (7) at least one further nozzle (9) is arranged, through which a mixture of the further combustible material and further oxidizing agent is feasible to the other combustible material in the area the at least one further nozzle (9) as one, in particular several, main flames (8) to burn.

5. Device (1) according to claim 4, characterized in that the nozzles (9) at one end of the burner (3) are spaced apart from each other with a predetermined maximum distance to a transmission of the frequency and / or the amplitude of the pilot flame (6 ) to allow the at least one main flame (8).

6. Use of a device (1) according to any one of claims 1 to 5 for the combustion of a gas with a low calorific value.

7. A method for operating a flame, wherein at least one in particular gaseous oxidizing agent and at least one combustible material, in particular a combustible gas, are led to a burner (3), wherein the oxidizing agent is vibrated by a sonication device (4), characterized in that the oxidizing agent is brought together with the combustible material and the combustible material is burned away, with a further combustible material being burned away from it while being supplied with oxidizing agent.

8. The method according to claim 7, characterized in that mixtures of oxidizing agent and combustible materials via nozzles (9) are led to the outside, wherein a combustible material in at least one control area (5) in the region of a nozzle (9) as a pilot flame (6). and combusting a further combustible material in at least one main area (7) in the region of at least one, in particular a plurality of, further nozzles (9) as main flame (8).

9. The method according to claim 7 or 8, characterized in that a frequency and / or amplitude of the sounding device (4) of the mixture in the control area (5) and received to the pilot flame (6) and from this to the main flame (8). be transmitted.

10. The method according to claim 8 or 9, characterized in that the flame is induced by the nozzles (9), an angular momentum, wherein the flame from the pilot flame (6) and at least one main flame (8) is composed.