BE1010845A3 - Konische oppervlaktebrander. - Google Patents

Abstract

De uitvinding heeft betrekking op een oppervlaktebrander voor gas, omvattende een gas-toevoerkamer (5) begrensd door een brandermembraan (2) aan zijn gasafvoerzijde en een koppelingselement (3) ter verbinding met de gastoevoermiddelen (4), waarbij het oppervlak van het membraan konisch is van vorm, en het membraan bevestigd is op een steunnet (1) aan de gastoevoerzijde . In een meer specifieke uitvoeringsvorm bestaat het brandermembraan uit een niet-gesinterde doekvormige structuur op basis van roestvaste staalvezels.

Description

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



    KONISCHE OPPERVLAKTEBRANDER    De uitvinding heeft betrekking op een konische oppervlaktebrander met een niet-gesinterde, doekvormige metaalvezelstructuur als brandermembraan. Deze   vezelstructuur   kan gebreid, geknoopt, gevlochten of geweven zijn. 



  De conventionele branders met prismatisch of cylindrisch oppervlak hebben het nadeel dat er tijdens het gebruik aan het uiteinde van de brander (gezien volgens de gasstromingsrichting) een gasdruk opgebouwd wordt die hoger is dan de gemiddelde gasdruk in de verbrandingskamer. Aan dit uiteinde wordt bijgevolg frequent een uitslaande vlam waargenomen. Deze conventionele branders laten aldus vaak niet toe om een homogene verbranding te verkrijgen over het volledige   oppervlak   van de brander, zonder de inbouw van drukverdelende elementen welke een extra   drukval   tot gevolg hebben, en aanzienlijk meer constructiearbeid vereisen. 
 EMI1.1 
 



  Het gebruik van gesinterde metaalvezelvliezen membraan voor opperviaktebranders is gekend uit het octrooi EP 0157432. De hiermee geassocieerde problemen van niet-uniforme gasdoorstroming over het   membraanoppervlak   werden partieel opgelost door de gesinterde poreuze metaalvezelplaat te voorzien van een regelmatig patroon van doorgangen, zoals beschreven in WO 93/18342 van aanvragers. Hierbij bleef evenwel het probleem van de gehinderde thermische uitzetting bestaan. De membraanplaten zouden immers in alle richtingen moeten kunnen uitzetten en weer inkrimpen overeenkomstig de cycli van verhitting en afkoeling. De platen bezitten echter vaak een aanzienlijk oppervlak, en zijn gevat in een vaste randarmatuur, zodat de thermische uitzetting 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 niet ongehinderd kan plaatsvinden.

   Tijdens het gebruik leidt dit tot oncontroleerbare vervormingsverschijnselen. 



     In tegenstelling   tot de conventionele gesinterde membranen, is een niet-gesinterd, bijvoorbeeld gebreid membraan uitstekend vervormbaar, zodat de problemen ingevolge de thermische expansie van het membraan vermeden worden, ook bij branders met een groot oppervlak. De gebreide metaalvezelmembranen laten bovendien een homogene verbranding toe, zowel in het   straling-   regime als in het   blauwevlamregime.   Verder is er, ten gevolge van de zeer open structuur van het breisel, geen filter vereist voor het te verbranden gasmengsel. De kans op vlamresonantie is bovendien zeer klein, zodat onder andere de storende fluitgeluiden vermeden worden.

   Verder bieden de gebreide membranen het voordeel dat de vereiste tijdspanne voor opwarming of afkoeling (responstijd) uitermate klein is, zodat in een zeer korte tijd (grootte-orde van seconden) een zeer grote variatie in warmteflux gerealiseerd kan worden. De overschakeling van verbrandingsregime gebeurt aldus zeer viot. De snelle respons is zeer gunstig vanuit veiligheidsoverwegingen. 



  De uitvinding heeft tot doel een   oppervlaktebrander   te verschaffen waarbij het drukverloop van het   gasllucht-mengsel   binnenin de gastoevoerkamer gelijkmatig verloopt en de uitslaande vlammen aan het branderuiteinde sterk afgezwakt worden ten opzichte van   vele conventionele   branders. Het brandermembraan bezit hiertoe een oppervlak met konische vorm, al dan niet afgeknot, en is samengesteld uit niet-gesinterde metaalvezels. Deze brander   laat   toe om een homogene verbranding te verkrijgen over het volledige branderopperviak, zonder dat hiervoor enige binnenbekleding in de kamer of schotten vereist zijn welke de drukval over de brander aanzienlijk verhogen.

   De drukval over een brander volgens de 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 vinding ligt, afhankelijk van de branderdimensies en van de beschouwde warmteflux, doorgaans 2 tot 3 keer lager dan de drukval over de gekende, conventionele branders. 



  Meer bepaald verschaft de uitvinding een oppervlaktebrander voor gas, omvattende een gastoevoerkamer begrensd door een brandermembraan aan zijn gasafvoerzijde en een   koppeling-   element ter verbinding met de gastoevoermiddelen, waarbij het   oppervlak   van het membraan konisch is van vorm, en waarbij het membraan bevestigd is op een steunnet aan de gastoevoerzijde van het membraan. Het brandermembraan bestaat uit een nietgesinterde doekvormige structuur op basis van roestvaste staalvezels met een equivalente diameter tussen 1 en 150 um. 



    De "equivalente   diameter van een   vezel" is   de diameter van een fictieve ronde vezel met dezelfde dwarsdoorsnede als de reële vezel. 



  Een concrete uitvoeringsvorm van een dergelijke brander zal hierna worden toegelicht, verwijzend naar de Figuren 1 en 2. Ook de voordelen zullen verder besproken worden. 



  Figuur 1 is een schematische voorstelling van een brander volgens de vinding. 



  Figuur 2 is een schets van de zijdelingse dwarse doorsnede van een brander volgens de vinding. 



  De constructie van de brander volgens de vinding is zeer eenvoudig. Er kunnen hierbij drie fasen onderscheiden worden. 



  In een eerste fase wordt een konische vorm vervaardigd uit een net 1 dat de gastoevoerkamer 5 begrenst. Dit net 1 dient als stijve 

 <Desc/Clms Page number 4> 

 ondersteuning voor het brandermembraan 2, en geeft de brander een grote robuustheid. 



  In een tweede fase wordt het brandermembraan 2 op dit net 1 bevestigd, bijvoorbeeld door puntlasoperaties. Deze bevestiging van het membraan gebeurt over de   volledige   lengte van een langsnaad 7, en aan de randen ter hoogte van de eindvlakken van de konische vorm. Het brandermembraan op basis van hittebestendige, roestvaste staalvezels (bijvoorbeeld uit   FeCralloy,     NiCralloys     of Aluchromeo),   is in onderhavig voorbeeld een gebreide structuur.

   De metaalvezels kunnen verkregen worden uit de smelt, door gebundeld trekken (US   3379000),   of door het afschaven van de koprand van een metaalfolie (US 4930199), en hebben doorgaans een equivalente diameter van minder dan 150   um.   Het gewicht van de breisels kan hierbij variëren tussen 500 en 3000   g/m2.   Er werden branders vervaardigd met membranen op basis van vezels verkregen door het afschaven van de koprand van een gewikkelde metaalfolie, hiema NIT-vezels genoemd. Deze brandermembranen hadden een gewicht van bijvoorbeeld 1240,   1860 of 2130 g/m2.    



  De zeer open gebreide structuur heeft een grote permeabiliteit, maakt de filtratie van de verbrandingslucht vaak overbodig en verlaagt de kans op geluidsresonantie. De drukval over het membraan   ligt   ook gevoelig lager dan bij vele   conventionele   branders. 



  Tenslotte wordt in een derde fase een koppelingselement 3 gelast aan de gasinstroomzijde van de brander (aan de buitenkant ten opzichte van het steunnet). Dit element vormt het verbindingstuk met de gastoevoerleiding 4. 

 <Desc/Clms Page number 5> 

 De hellingshoek a van de konische vorm, zoals aangegeven in Figuur 2, is begrepen tussen 45 en 88 graden, en preferentieel tussen 65 en 88 graden. Verder is de verhouding van de lengte L van de brander tot de diameter D van het grondvlak van de brander UD (L en D zoals aangeduid in Figuur 2) bij voorkeur begrepen tussen 1 en 10. De lengte L van de brander kan hierbij   variëren   tussen 5 cm en 3 m, en is bij voorkeur begrepen tussen 10 cm en 2 m. 



  Voorbeelden Concreet werd bijvoorbeeld een brander vervaardigd met een gebreide structuur op basis van NIT-vezels als brandermembraan (1200   g/m2),   en met volgende   dimensionele karakteristieken :   L = 1 
 EMI5.1 
 m, D = 125 mm (UD = 8), en a = 86, Bij een warmteflux van 2700   kW/m2,   bedroeg de drukval over deze brander slechts 300 Pa. 



  Als tweede   (niet-limitatieve)   voorbeeld kan een brander vermeid worden met een membraan van hetzelfde type, en volgende dimensies : L = 15 cm, D = 34 mm (UD = 4, 4), en a = 84. Bij een warmteflux van 3100 kW/m2, bedroeg de   drukval   over deze tweede brander slechts 80 Pa. 



  De vervaardiging van het brandermembraan waarvan sprake in beide bovenstaande voorbeelden, gebeurde als volgt. Bundels van nagenoeg evenwijdige NIT-vezels werden samengehouden door een continu synthetisch filament dat op spiralerende wijze rond de vezelbundels werd gewikkeld. De aldus omwikkelde bundel werd vervolgens op een   dubbeibeds-viakbreimachine   (gauge 7) verwerkt tot een gebreide constructie van eenvoudige structuur, bijvoorbeeld interlock en tourrond. Achteraf werd het synthetische filament door   afbranden   verwijderd. Door de 

 <Desc/Clms Page number 6> 

 nagenoeg evenwijdige rangschikking van de vezels in de bundel, bezit het gebreide doek een vrij soepele, volumineuze structuur. 



  Ook kunnen gebreide doeken uit bundels metaalvezels ingezet worden van het type   Bekitherm   KN/C van aanvragers. De metaalvezels in deze doeken zijn verkregen door gebundeld trekken. 



  De konische vorm van de brander volgens de vinding, heeft tot gevolg dat slechts een zeer lage drukopbouw vereist is voor een uitermate homogene verbranding, zowel in het stralingsregime als in het blauwevlamregime, tot fluxen van ruim 5000 kW/m2. De konische vorm verhindert de opbouw van een hogere gasdruk aan het uiteinde 6 van de brander (gezien vanuit de gasstromingsrichting), zodat aldaar niet langer een uitslaande vlam waargenomen wordt, zoals het geval was bij de conventionele cylindrische branders met om het even welk brandermembraan. 



  De brander volgens de vinding is zeer bedrijfsveilig, daar er geen vlamterugslag optreedt, en de thermische expansie ongehinderd kan plaatsvinden. De brander biedt bovendien een grote weerstand aan extreme thermische schokken en is mechanisch zeer robuust. Verder wordt de brander gekarakteriseerd door een zeer snelle respons : de tijd vereist voor de overschakeling van branderregime en de afkoelingstijd zijn zeer gering (tot minder dan 1 seconde). 



  Als variante op de hogerbeschreven constructie, kan de brander worden voorzien van schotten die bijvoorbeeld evenwijdig of nagenoeg   evenwijdig   aan de langsas van de konische vorm aangebracht worden, binnen de konische kamer. Deze schotten kunnen een nog meer homogene gasdoorstroming bevorderen. 

 <Desc/Clms Page number 7> 

 
Een tweede variante bestaat er verder in om de konische vorm van het branderoppervlak te benaderen door een veelzijdig pyramidal oppervlak. 



   Het grondvlak van de konus of kegel kan ook ovaal gekozen worden in plaats van cirkelvormig. 



  Verder kan de vorm van het grondvlak van de konus nabij het koppelingselement 3 verschillen van de vorm van het eindvlak aan het tegenoverliggend uiteinde 6 van de kamer 5. 



  Voor de ruimtelijke vorm van het membraan kan zelfs de vorm van een halve bol gekozen worden. 



  De maasgrootte en/of de dikte van de gebreide structuur kan eventueel over de lengte of omtrek van de konus enigszins worden gevarieerd. Dergelijke gebreide doeken met   variërende   maasgrootten, rekbaarheid en doekdikte zijn op zich bekend uit WO 94/01373. 



  In combinatie met een aangepaste inbouw van (eventueel verstelbare) schotten kunnen zodoende allerhande stromingsprofielen ontworpen worden in de kamer, met het doel bewust een min of meer homogeen verbrandingsfront over het branderoppervlak te realiseren. 



  De toepassingen van de branders volgens de vinding, zijn van zeer diverse aard zoals bijvoorbeeld   residentiële   waterverwarmers,   industriële   ketels en waterverwarmers, infraroodstralers voor industriële operaties, en in de voedingsindustrie.

Claims (9)

1. Conclusies 1 Oppervlaktebrander voor gas, omvattende een gastoevoerkamer (5) begrensd door een brandermembraan (2) aan zijn gasafvoerzijde en een koppelingselement (3) ter verbinding met de gastoevoermiddelen (4), met het kenmerk dat het oppervlak van het membraan (2) konisch is van vorm, en dat het membraan (2) bevestigd is op een steunnet (1) aan de gastoevoerzijde van dat membraan (2).
2. 2 Brander volgens conclusie 1, met het kenmerk dat het brandermembraan bestaat uit een niet-gesinterde doekvormige structuur op basis van roestvaste staalvezels met een equivalente diameter tussen 1 en 150 pm.
3. 3 Brander volgens conclusie 2, waarbij de metaalvezelstructuur gebreid is.
4. 4 Brander volgens conclusie 3, waarbij het gewicht van de gebreide structuur begrepen is tussen 500 en 3000 g/m2.
5. 5 Brander volgens conclusie 1, met een hellingshoek a van de konische vorm, welke begrepen is tussen 45 en 88 graden.
6. 6 Brander volgens conclusie 5, met een hellingshoek a van de konische vorm, welke begrepen is tussen 65 en 88 graden.
7. 7 Brander volgens conclusie 5, met een lengte/diameterverhouding UD welke begrepen is tussen 1 en 10. <Desc/Clms Page number 9>
8. 8 Brander volgens conclusie 5, waarbij de lengte L van de brander begrepen is tussen 5 cm en 3 m.
9. 9 Brander volgens conclusie 8, waarbij de lengte L van de brander begrepen is tussen 10 cm en 2 m.