DE102004055383A1

DE102004055383A1 - Brenner

Info

Publication number: DE102004055383A1
Application number: DE200410055383
Authority: DE
Inventors: Helmut Raulien
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-11-17
Filing date: 2004-11-17
Publication date: 2006-05-18

Abstract

Bei Öl- und Gasgebläsebrennern sowie bei handgeführten Propangasbrennern ist es von Vorteil, wenn die Flamme turbulent brennt. Durch die turbulente Vermischung stellt sich eine gleichmäßigere Temperaturverteilung ein als bei einer laminaren Flamme, so dass sich weniger Schadstoffe bilden. DOLLAR A Normalerweise wird das vorgemischte Gas-Luft-Gemisch vor einer Scheibe aufgestaut, um dann um den Rand der Scheibe herum zu strömen, oder auch durch Bohrungen oder Schlitze. Wesentlich zur Turbulenzentstehung ist dabei der Strömungsabriss hinter der Scheibe. Dieser Effekt wird aber durch das vorherige Aufstauen beeinträchtigt, da die Strömung dadurch gebremst wird. DOLLAR A Bei der vorliegenden Erfindung ist das nicht der Fall. Die Strömung wird möglichst unbeeinträchtigt um einen Körper herumgeleitet, an dessen hinterem Ende sie dann abreißt. DOLLAR A Dadurch, dass so nur ein Effekt die Turbulenz einleitet, ist auch das Flammenbild und die Temperaturverteilung einheitlicher. DOLLAR A Ein weiterer Vorteil ist, dass die turbulente Zone sich von innen nach außen fortgesetzt, und somit einen Keil bildet, der die Flamme im Durchmesser vegrößert. Dadurch wird sie dicker und kürzer, also kompakter. DOLLAR A Durch die Verwendung von Flammrohren kann die Qualität der Verbrennung weiter gesteigert werden.

Description

Die Erfindung betrifft Gebläsebrenner für Öl und Gas, sowie Brenner für handwerkliche Tätigkeiten wie Löten, Dachpappe verlegen, etc. Bei allen diesen Brennern muss die Flammenbildung dadurch ermöglicht werden, dass das Gasgemisch auf eine Strömungsgeschwindigkeit unterhalb der Brenngeschwindigkeit abgebremst wird. Die geschieht entweder durch einen Diffusor, oder durch die Erzeugung von Turbulenz. Eine turbulente Flamme hat den Vorteil der gleichmässigeren Temperaturverteilung, so dass sich keine besonders heissen Zonen ausbilden, in denen vermehrt Stickoxide entstehen können.

Turbulenz wird bisher meistens entweder mit einer Stauscheibe erzeugt, oder das Gas wird durch Bohrungen oder Schlitze geleitet, oder beides wird kombiniert.

Bei einer Stauscheibe wird das Gas zuerst vor der Scheibe abgebremst, dann im Kreisspalt um die Scheibe herum wieder beschleunigt, dann reisst die Strömung hinter der Scheibe ab und wird dadurch turbulent.

Es sind also unterschiedliche Effekte nacheinander wirksam. Der Effekt des Abreissens der Strömung wird durch die vorhergehenden Effekte beeinträchtigt, die der Strömung bereits Energie entzogen haben.

Bei der vorliegenden Erfindung ist das nicht der Fall: Allein der Strömungsabriss an der Hinterkante eines ansonsten stromlinienförmigen Körpers wird zur Turbulenzeinleitung genutzt.

Es hat sich gezeigt, dass dieser Effekt ausreicht, um die gesamte Flamme von innen nach aussen in Turbulenz zu versetzen. Dadurch ergibt sich ein gleichmässig blaues Flammenbild, also eine gleichmässige Temperaturverteilung in der Flamme. Dies ist wichtig, damit sich wenig Schadstoffe bilden: Gäbe es kältere Zonen, könnte sich dort Kohlenmonoxid bilden, gäbe es heissere Zonen, könnten sich dort Stickoxide bilden.

Prinzip der Flammenbildung:
Zuerst entstehen an der Abrisskante Turbulenzen, während aussen herum die Strömung noch laminar verläuft. Da in der Turbulenzzone Geschwindigkeitsenergie in Schwingungsenergie umgewandelt wird, ist die Strömungsgeschwindigkeit in axialer Richtung geringer, der turbulente Bereich kann brennen. Durch die geringere Geschwindigkeit und durch die themische Expansion beim Brennen wird die Zone dicker, bildet einen Keil, der in der freien Flamme (Zeichnung 1) die laminare Strömung nach aussen abdrängt. Dadurch wird der Durchmesser der Flamme grösser, bis alle laminaren Stromfäden von der Turbulenz erfasst worden sind. Das Brennen der Flamme trägt dabei zur Turbulenzausbreitung bei: Wird der Strahl nicht gezündet, wird der äussere laminare Bereich nicht turbulent. Deshalb kann man die freie Flamme auch nur direkt hinter der Abrisskante zünden.
Einfluss der Flammrohre (Zeichnungen 2 und 3):
In Zeichnung 2 wird die ansonsten recht kompakte Flamme durch ein Flammrohr in die Länge gedrückt. Dies kann bei Lötbrennern von Vorteil sein. Der turbulente, blau brennende Bereich berührt das Flammrohr nicht, solange er noch von laminaren Stromfäden umgeben ist, die aufgrund ihrer Strömungsgeschwindigkeit nicht brennen.
Dies ist ein Vorteil, da sich auch ein Flammrohr aus Metall dadurch nicht zu stark erhitzt, und der Flamme nicht zuviel Wärme entzogen wird.
In Zeichnung 3 ist das Flammrohr grösser, es lässt der radialen Expansion der Flamme freies Spiel, bzw. unterstützt diese noch durch Diffusorwirkung. Der gesamte blaue Bereich der Flamme befindet sich im Flammrohr, berührt dieses auch. Wäre es aus Metall, würde es sich sehr stark erhitzen. Besser ist es also, dieses Rohr aus geschäumter Schamotte oder Vermiculit, Blähperlit o.ä. mit Bindemittel herzustellen. Das Rohr erwärmt sich dann innen auf Flammentemperatur und entzieht der Flamme keine Wärme, was sonst zu unvollständiger Verbrennung führen würde. Auch schützt das Flammrohr den Flammenrand vor Vermischung mit Luft oder Abgas, was zum Entweichen un- oder halbverbrannter Produkte führen würde.
Dieses grosse Flammrohr eignet sich für Heizungs- Gebläsebrenner und für Dachpappenverlege- Brenner.
Ein Flammrohr dämpft auch ganz erheblich das Geräusch der Flamme. Die freie Flamme (Zeichnung 1) gibt u.U. nicht nur ein Rauschen, sondern auch einen flötenden Ton von sich.
Nicht zuletzt verhindert ein Flammrohr das Ausblasen der Flamme durch Wind etc.
Besonderheiten bei Öl- Gebläsebrennern:
Die Öleinspritzung findet vor dem Verdrängungskörper statt. In kaltem Zustand kann sich Wachs an diesem und an der Kanalwand ablagern. Deshalb sollte man diese Teile aus wärmeleitendem Metall herstellen, den Verdrängungskörper nicht hohl, sondern massiv herstellen, damit sich eine Betriebstemperatur einstellt, bei der die Wachsablagerungen wieder verdampfen.
Mischt man der Verbrennungsluft allerdings heisses Abgas hinzu, was sowieso besser ist (Blaue Flamme, weniger Stickoxide), muss man das nicht bedenken. Hier könnte der Verdrängungskörper auch eine hohle Glockenform haben.
Zündung der Flamme:
Alle Flammen (Zeichnungen 1, 2 und 3) können auch bei voller Strömung direkt hinter dem Verdrängungskörper gezündet werden. Die freie Flamme (Zeichnung 1) kann nur dort, nicht weiter vorne, gezündet werden. Beim Lötbrenner wie in Zeichnung 2 ist die Flamme von vorne nur zündbar, wenn man das Gas erstmal nur gering aufdreht, ansonsten ist die noch laminare Strömung des Gases im Rohr zu schnell, um zu brennen. Bei einem grossen Flammrohr (Zeichnung 3) kann eine Zündung auch bei voller Strömung auch von vorne erfolgen, aufgrund der Diffusorwirkung des Flammrohres.
Halterung des Verdrängungskörpers im Kanal:
Es ist von Vorteil, wenn die Halterungen des Verdrängungskörpers selber auch stromlinienförmig sind, also aus in Strömungsrichtung flachem Blech bestehen, oder sogar einen tropfenförmigen Querschnitt haben. Kompromisse mit der Fertigungstechnik sind aber möglich: beispielsweise hat es sich gezeigt, dass die Verbindung des Verdrängungskörpers mit dem Rohrstück bei einem Lötbrenner wie in Zeichnung 2 durch drei MAG- Schweisspunkte erfolgen kann, ohne dass dadurch die Strömung zu stark beeinträchtigt wird.

Claims

Brenner, dadurch gekennzeichnet, dass das zu entflammende Gemisch einen Körper (1) umströmt, der am in Strömungsrichtung vorderen Ende so strömungsgünstig geformt ist, dass er zunächst weitgehend laminar umströmt wird. Weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass dieser Körper weiter hinten in Strömungsrichtung so strömungsungünstig geformt ist, dass die Strömung dort abreisst, und sich somit Turbulenz entwickelt, die Grundlage für die Flammenbildung ist. 1.2. Brenner nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal um den Körper herum dessen Form an dessen vorderem Ende insoweit angepasst ist, dass der Strömungsquerschnitt, und damit die Strömungsgeschwindigkeit sich dort nicht extrem ändert. 1.3. Brenner nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass der umströmte Körper an seinem in Strömungsrichtung hinteren Ende abrupt endet. 1.4. Brenner nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass die Flamme mindestens am Anfang durch ein Rohr (2) geführt wird, das ungefähr den gleichen Innendurchmesser wie der Strömungskanal hat, in dem sich der umströmte Körper befindet. 1.5. Brenner nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, dass die Flamme mindestens am Anfang von einem Rohr (3) umgeben ist, dessen Innendurchmesser deutlich grösser ist, als der des Strömungskanals, in dem sich der umströmte Körper befindet. 1.5.1. Brenner nach Anspruch 1.4. oder 1.5., dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr, das die Flamme umgibt, aus einem die Wärme gut isolierenden Material besteht.