DE10114903A1 - Brenner für ein Gas/Luft-Gemisch - Google Patents

Brenner für ein Gas/Luft-Gemisch

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Brenner für ein Gas/Luft-Gemisch mit einem Einlaß (2) für das Gas/Luft-Gemisch, wobei ein dem Einlaß (2) stromabwärts nachgeordnetes Düsenrohr (7) vorgesehen ist, dessen Mantelfläche eine Vielzahl von Durchbrüchen (8) aufweist und wobei das Düsenrohr (7) radial von einem Mittel (9) zum Stabilisieren der Flamme umgeben ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner für ein Gas/Luft- Gemisch.
Nach dem Stand der Technik ist z. B. aus der DE 43 22 109 A1 ein Brenner für ein Gas/Luft-Gemisch bekannt. Dabei erfolgt die Verbrennung in einem Gehäuse, welches insgesamt mit einem porösen Material ausgefüllt ist. Mit dem bekannten Brenner kann ein Gas/Luft-Gemisch mit niedrigen Emissionswerten ver­ brannt werden. - Nachteiligerweise ist die Wärmeauskopplung aus dem bekannten Brenner nicht besonders hoch.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein Brenner angegeben werden, welcher eine verbesserte Wärmeauskopplung aufweist und mit dem gleichzeitig eine Verbrennung eines Gas/Luft-Gemischs mit niedrigen Emissionswerten durchführbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 12.
Nach Maßgabe der Erfindung ist ein Brenner für ein Gas/Luft- Gemisch mit einem Einlaß für das Gas/Luft-Gemisch vorgesehen, wobei ein dem Einlaß stromabwärts nachgeordnetes Düsenrohr vorgesehen ist, dessen Mantelfläche eine Vielzahl von Durch­ brüchen aufweist und wobei das Düsenrohr radial von einem Mittel zum Stabilisieren der Flamme umgeben ist.
Der erfindungsgemäße Brenner weist eine hervorragende Wär­ meauskopplung auf. Ein Gas/Luft-Gemisch kann mit besonders niedrigen Emissionswerten verbrannt werden.
Unter dem Begriff "Gas/Luft-Gemisch" wird vorliegend ein aus einem brennbaren Gas, z. B. Erdgas, Propangas und dgl., mit Luft oder einem anderen geeigneten Oxidationsmittel bestehen­ des Gemisch verstanden, wobei das Mischungsverhältnis so ge­ wählt ist, daß eine Verbrennung möglich ist.
Der Durchmesser der im Düsenrohr vorgesehenen Durchbrüche ist zweckmäßigerweise so gewählt, daß ein Flammenrückschlag in das Düsenrohr nicht möglich ist. Die Durchbrüche können einen Durchmesser im Bereich von 0,5 bis 2,0 mm, vorzugsweise 1,3 bis 1,5 mm, aufweisen. Das Mittel zum Stabilisieren der Flam­ me hat die Funktion, den Brennraum zu begrenzen und gleich­ zeitig die Flammentemperatur zu vergleichmäßigen und zu er­ niedrigen. Eine weitere Funktion besteht in der Stabilisie­ rung der Flamme. Das Mittel zum Stabilisieren der Flamme ist nicht unmittelbar von einem Gehäuse umgeben. Die Wärme kann ungehindert ausgekoppelt werden. Wegen der radialen Anordnung des Mittels zum Stabilisieren der Flamme wird eine besonders große Fläche für die Wärmeauskopplung erreicht. Die Auskopp­ lungsfläche kann z. B. der Fläche eines Zylindermantels ent­ sprechen. Die radiale Anordnung des Mittels zum Stabilisieren der Flamme hat ferner den Vorteil, daß durch das dabei ver­ wirklichte radial nach außen hin zunehmende Volumen an kommu­ nizierenden Strömungskanälen des Mittels zum Stabilisieren der Flamme die expandierenden Verbrennungsgase rasch abge­ führt werden können. Es entsteht im Mittel zum Stabilisieren der Flamme kein Wärmestau, was die Wärmeauskopplung weiter verbessert.
Vorteilhafterweise ist dem Einlaß ein Gebläse zum Transport des Gas/Luft-Gemischs in das Düsenrohr nachgeordnet. Dadurch wird gewährleistet, daß stets eine ausreichende Menge an Gas/Luft-Gemisch durch das Düsenrohr dem Mittel zum Stabili­ sieren der Flamme zugeführt wird.
Das Düsenrohr kann aus einer feuerfesten Keramik, die vor­ zugsweise aus Keramikfasern hergestellt ist, gebildet sein. Die feuerfeste Keramik weist zweckmäßigerweise ein Porosität von 75 bis 95 Vol.% auf. Eine solche Keramik zeichnet sich im praktischen Einsatz durch Langlebigkeit aus. Insbesondere ei­ ne unter Verwendung von Keramikfasern hergestellte Keramik weist wegen ihrer besonders guten Bruchfestigkeit eine hohe Standzeit auf. Die Keramik ist zweckmäßigerweise zusammenge­ setzt aus etwa 50 Gew.-% Aluminiumoxid und 50 Gew.-% Silizium­ oxid. Das Düsenrohr kann selbstverständlich auch aus anderen geeigneten Materialien, z. B. hitzebeständigen Metallen, Quarzglas, Glaskeramik und dgl. hergestellt sein.
Das Mittel zum Stabilisieren der Flamme ist zweckmäßigerweise gebildet aus einer Vielzahl radial vom Düsenrohr sich er­ streckender und mit einem axialen Abstand voneinander ange­ ordneter Ringscheiben. Die Ringscheiben können reibschlüssig auf dem Düsenrohr gehalten sein. Die Fläche der Ringscheiben weist vorteilhafterweise eine Vielzahl weiterer Durchbrüche auf. Die weiteren Durchbrüche können rechteckig, schlitzartig oder rund ausgebildet sein. Die Öffnungsfläche der weiteren Durchbrüche beträgt zweckmäßigerweise etwa 1 mm2. Die Ringscheiben können aus einer feuerfesten, vorzugsweise eine gitterartige Struktur aufweisenden, Keramik hergestellt sein. Dabei kann es sich um ein aus Mullit-Fasern hergestelltes Ge­ webe handeln, welches in einer aus Aluminiumoxid gebildeten Matrix aufgenommen ist. Die Fläche der Ringscheiben ist zweckmäßigerweise gewellt, so daß zwischen zwei benachbarten Ringscheiben vom Düsenrohr zum äußeren Umfangsrand der Ringscheiben verlaufende Strömungskanäle gebildet sind. Die Wellenkammlinien der Wellen verlaufen, vorzugsweise gekrümmt, vom Zentrum zum Umfangsrand der Ringscheiben, so daß zwischen zwei benachbarten Ringscheiben vom Düsenrohr zum äußeren Um­ fangsrand der Ringscheiben verlaufende, vorzugsweise gekrümm­ te, durchgehende Strömungskanäle gebildet sind.
Es hat sich gezeigt, daß solche Strömungskanäle eine beson­ ders gute Auskopplung der durch die Verbrennung erzeugten Wärme bewirken.
Nach einem weiteren Ausgestaltungsmerkmal sind die Ringschei­ ben zwischen zwei in der Nähe der Enden des Düsenrohrs vorge­ sehenen weiteren aus einer feuerfesten Keramik hergestellten Ringscheiben angeordnet. Die weiteren Ringscheiben begrenzen endständig den Brennraum. Sie haben die Funktion einer ther­ mischen Isolierung. Sie sind zweckmäßigerweise aus einer po­ rösen Aluminiumoxid-Keramik hergestellt, welche allerdings keine Durchbrüche aufweist.
Das Mittel zur Stabilisierung der Flamme kann auch aus einem dreidimensionalen Metallgeflecht, einer porösen Keramik oder dgl. hergestellt sein.
Das Mittel zur Stabilisierung der Flamme ist nach einem be­ sonders vorteilhaften Ausgestaltungsmerkmal von einem Wärme­ tauscher umgeben. Die aus dem Mittel zur Stabilisierung der Flamme ausgekoppelte Wärme wird mit hoher Effektivität auf ein im Wärmetauscher zirkulierendes flüssiges Medium übertra­ gen. Der Wärmetauscher kann wiederum von einem Gehäuse umge­ ben sein.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Brenners und
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Ringscheibe gemäß Fig. 1.
In Fig. 1 ist in einer Gehäusehalbschale 1 eines Gebläses (hier nicht gezeigt) ein Einlaß 2 für ein Gas/Luft-Gemisch vorgesehen. Ein Gebläseauslaß 3 liegt einer in einer Vorkam­ mer 4 aufgenommen Prallplatte 5 gegenüber. Die Prallplatte 5 hat die Funktion eine möglichst homogene Strömungsgeschwin­ digkeit am Eintrittsquerschnitt 6 eines Düsenrohrs 7 zu ge­ währleisten. Das Düsenrohr 7 weist eine Vielzahl radial ver­ laufender Durchbrüche 8 mit einem Durchmesser von etwa 1,0 bis 2,0 mm auf. Die Durchbrüche 8 sind gleichmäßig über die Mantelfläche des Düsenrohrs 7 verteilt.
Auf der äußeren Mantelfläche des Düsenrohrs 7 aufgenommen sind Ringscheiben 9, welche vorteilhafterweise im Querschnitt gewellt ausgebildet sind. Die Ringscheiben 9 sind axial von­ einander beabstandet. Zwischen zwei benachbarten Ringscheiben 9 ist ein Strömungskanal 10 gebildet. In der Nähe der Enden des Düsenrohrs 7 sind weitere Ringscheiben 11 auf der äußeren Mantelfläche des Düsenrohrs 7 aufgenommen. Die weiteren Ringscheiben 11 sind aus einer thermisch isolierenden Kera­ mik, z. B. einer hoch porösen Aluminiumoxid-Keramik, herge­ stellt. Sie weisen keine Durchbrüche auf. Die weiteren Ringscheiben 11 begrenzen in axialer Richtung einen die Ringscheiben 10 enthaltenden Brennraum.
Mit dem Bezugszeichen 12 sind Rohre eines Wärmetauschers be­ zeichnet. Die Rohre 12 und das Düsenrohr 7 mit den darauf aufgenommenen Ringscheiben 9 und 11 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 13 untergebracht.
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf eine Ringscheibe 9, welche auf dem Düsenrohr 7 aufgenommen ist. Die Ringscheiben 9 ist hergestellt aus einer eine gitterartige Struktur aufweisenden Keramik. Eine solche Keramik kann durch Imprägnieren eines aus Mullit-Fasern hergestellten Gewebes mit einem Aluminium­ oxid-Schlicker hergestellt werden, indem nach dem Trocknen des Schlickers der imprägnierte Mullit-Faserverbund gesintert wird. Dabei gebildete weitere Durchbrüche sind mit 15 be­ zeichnet. Es hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen, die Fläche der Ringscheibe 9 gewellt auszubilden. Die Wellenkamm­ linien sind der Fig. 2 mit dem Bezugszeichen 13 angedeutet. Sie verlaufen vom Düsenrohr 7 gekrümmt zum Umfangsrand 14 der Ringscheibe 9, so daß eine schaufelradartige Struktur ent­ steht. Vorteilhafterweise weisen die Ringscheiben 9 jeweils eine ungerade Anzahl an Wellenkammlinien 13 auf. Wenn derar­ tige Ringscheiben 9 so nebeneinander angeordnet werden, daß deren Wellenkammlinien 13 in axialer Ausrichtung sich befin­ den, werden Strömungskanäle 10 gebildet, deren Querschnitt sich vom Düsenrohr 7 zum Umfangsrand 14 hin vergrößert. Der­ artige Strömungskanäle 10 erleichtern den Austrag der expan­ dierenden heißen Verbrennungsgase. Eine besonders effektive Wärmeauskopplung wird erreicht.
Die Ringscheiben 9 können auch hergestellt sein aus einem Mullit-Fasern hergestellten Vließ. Das Vließ ist formstabil. Es kann durch Verpressen von Mullit-Fasern hergestellt wer­ den. Dabei ist die Form zweckmäßigerweise so gestaltet, daß die Ringscheiben eine Wellung aufweisen. Die erforderlichen Durchbrüche, die in Form von Löchern oder Schlitzen ausgebil­ det sein können, können durch Satzung hergestellt werden. Anschließend wird das formstabile Mullit-Vließ mit einem Alumi­ niumoxid-Schlicker imprägniert, getrocknet und dann gesin­ tert. Es entsteht eine formstabile hitzebeständige Ringschei­ be mit der gewünschten Form.
Die Ringscheiben können nach einem weiteren Ausgestaltungs­ merkmal auch mit einer katalytisch wirksamen Beschichtung versehen sein. Eine solch Beschichtung kann Blei, Platin oder andere geeignete Metalle enthalten. Ein Brenner mit derarti­ gen katalytisch beschichteten Ringscheiben weist besonders geringe Emissionswerte auf.
Bezugszeichenliste
1
Gebläsehalbschale
2
Einlaß
3
Gebläseauslaß
4
Vorkammer
5
Prallplatte
6
Einlaßquerschnitt
7
Düsenrohr
8
Durchbruch
9
Ringscheibe
10
Strömungskanal
11
weitere Ringscheibe
12
Rohr
13
Gehäuse
14
Umfangsrand
15
weitere Durchbrüche

Claims (12)

1. Brenner für ein Gas/Luft-Gemisch mit einem Einlaß (2) für das Gas/Luft-Gemisch, wobei ein dem Einlaß (2) stromab­ wärts nachgeordnetes Düsenrohr (7) vorgesehen ist, dessen Mantelfläche eine Vielzahl von Durchbrüchen (8) aufweist, und wobei das Düsenrohr (7) radial von einem Mittel (9) zum Sta­ bilisieren der Flamme umgeben ist.
2. Brenner nach Anspruch 1, wobei dem Einlaß (2) ein Geblä­ se zum Transport des Gas/Luft-Gemischs in das Düsenrohr (7) nachgeordnet ist.
3. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Düsenrohr (7) aus einer feuerfesten, vorzugsweise aus Ke­ ramikfasern hergestellten, Keramik gebildet ist.
4. Brenner nach Anspruch 3, wobei die feuerfeste Keramik eine Porosität von 75 bis 95 Vol.% aufweist.
5. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Mittel zum Stabilisieren der Flamme aus einer Vielzahl radial vom Düsenrohr (7) sich erstreckender und mit einem axialen Abstand voneinander angeordneter Ringscheiben (9) ge­ bildet ist.
6. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fläche der Ringscheiben (9) eine Vielzahl weiterer Durch­ brüche (15) aufweist.
7. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ringscheiben (9) aus einer feuerfesten, vorzugsweise eine gitterartige Struktur aufweisenden, Keramik hergestellt sind.
8. Brenner nach Anspruch 7, wobei die Keramik gebildet ist aus in einer Aluminiumoxid-Matrix aufgenommenen Mullit- Fasern.
9. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fläche der Ringscheiben (9) gewellt ist, so daß zwischen zwei benachbarten Ringscheiben (9) vom Düsenrohr (7) zum äu­ ßeren Umfangsrand (14) der Ringscheiben (9) verlaufende Strö­ mungskanäle (10) gebildet sind.
10. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Wellenkammlinien (13) der Wellen, vorzugsweise gekrümmt, vom Zentrum zum Umfangsrand (14) der Ringscheiben (9) verlaufen, so daß 'zwischen zwei benachbarten Ringscheiben (9) vom Düsen­ rohr (7) zum Umfangsrand (14) verlaufende, vorzugsweise ge­ krümmte, durchgehende Strömungskanäle (10) gebildet sind.
11. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ringscheiben (9) zwischen zwei in der Nähe der Enden des Düsenrohrs (7) vorgesehenen weiteren aus einer feuerfesten Keramik hergestellten Ringscheiben (11) angeordnet sind.
12. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Mittel (9) zur Stabilisierung der Flamme von einem Wärme­ tauscher (12) umgeben ist.
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