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Die Erfindung betrifft ein Flammrohr, insbesondere für einen Brenner.
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Bekannte Flammrohre für Brenner sind in der Regel zylindrisch aus Blech ausgebildet. Bei Wirkung von Temperatur auf das Flammrohr entstehen Zug-, Druck- und Torsionsspannungen, welche zu erheblichen Verformungen und im Extremfall zur Zerstörung des Flammrohres führen können.
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Bei blaubrennenden Brennern sind die Flammtemperaturen mit mehr als 1.200 Grad Celsius recht hoch, wodurch neben der temperaurbedingten Gefahr der Verformung bzw. Zerstörung des Flammrohres.
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Darüber hinaus entstehen am heißen Flammrohr NOx-Gase, die bekanntlich maßgeblich für die Ozonbildung sind.
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Des Weiteren kann das heiße Flammrohr glühen, dies ist bei einigen Anwendungen aus sicherheitstechnischen Gründen bedenklich, da die noch nicht verbrannten gasförmigen Brennstoffteile sich unkontrolliert entzünden können.
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Rohre, in deren Wandung Elemente aus unterschiedlichen Werkstoffen angeordnet sind, sind aus der
DE 10 2010 050 477 B3 bekannt. Diese Elemente und deren Verbindung haben die Aufgabe, die Eigenschaften einwandiger Rohre zu verbessern.
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Aus
DE 42 09 734 C2 ist ein wassergekühltes Flammrohr für den Anschluss an einem Heizkessel bekannt, das mittels eines Wassermantels gekühlt ist. Nachteilig ist bei dieser Lösung, dass das Flammrohr einen eigenen Vor- und Rücklauf hat und das Wasser nicht kontrolliert an der Flammrohroberfläche geführt wird. Dadurch können an einigen Punkten des Flammrohrs Siedungsprozesse eintreten, die wärmeisolierend wirken. Damit kann es an einzelnen Punkten des Flammrohrs zu Beschädigungen durch Überhitzung kommen. Darüber hinaus hat das in der
DE 42 09 734 C2 vorgeschlagene Flammrohr auch eine separate Umwälzpumpe, um den Wasserkreislauf zwischen Flammrohr und Kesselkörper konstant zu halten. Diese Lösung ist nicht nur kostspielig, sondern bürgt insbesondere die Gefahr, dass wenn das Kühlwasser siedet, erhebliche Drucke entstehen können bis hin zur Explosion des Apparates. Insbesondere, wenn die in der
DE 42 09 734 C2 genannten Absperrventile geschlossen sind, ist eine gefährdende Druckbildung sehr wahrscheinlich.
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Die vorbekannten Flammrohre sind jedoch bezüglich ihrer Eigenschaften zu verbessern.
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Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Flammrohr für einen Brenner mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Das erfindungsgemäße Flammrohr (20) für einen Brenner mit insbesondere mit einer Temperatur von mehr als 1.200 Grad Celsius blaubrennenden Flamme (30) zeichnet sich dadurch aus, dass durch dieses und dessen Wandung Stoffe in zu dem des Flammrohres achsparallelen Elementen (10) mit unterschiedlichen Aggregatzuständen (flüssig-gasförmig) fließen.
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Die Rohrwandung des Flammrohrs (20) ist in Mehrschichtverbund ausgeführt. Sie besteht aus einer Vielzahl mehrkant- und/oder rohrförmig und/oder mit wendigen Konturen ausgebildeten metallischen parallel zueinander angeordneten Elementen (10) und dessen Innenraum definiert den Innenmantel (16) und dessen Außenumfang definiert den Außenmantel (18), beide sind rohrförmige Verkleidungen. Erfindungsgemäß wird also die Wandung des Flammrohrs nicht aus einem in einem Wasserkasten getauchten Innenmantel getaucht, sondern eine Vielzahl von Elementen (10) gestalten selbst das Flammrohr und sichern eine kontrollierte Führung des Flusses von Stoffen/Medien mit unterschiedlichen Aggregatzuständen. Die Elemente (10) sind nebeneinander auf einem Kreisbogen angeordnet.
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Der Innen- (16) sowie der Außenmantel (18) der Wand des Flammrohrs (20) ist aus einem hohe Temperaturen verkraftenden Metallwerkstoff, z. B. Alloy oder andere feste Materialien, wie z. B. Keramik gebildet. Zwischen diesen beiden Mänteln des Flammrohres (20) sind die Elemente (10) als Führungen mit flüssigem Stoff/Medium, z. B. Heizwasser gebildet. Das durchströmende Heizwasser dieser Elemente ist mit dem Rücklauf aus dem Heizsystem angeschlossen und hat Eintrittstemperaturen zum Flammrohr zwischen ca. 30 und 60 Grad Celsius und Austrittstemperaturen unterhalb der Siedetemperatur, d. h. weniger als 100 Grad Celsius. Das Heizwasser wirkt in diesem Bereich als Kühlung des Flammrohrs (20) und – wie Versuche bestätigt haben – erreicht an keiner Stelle der Wand des Flammrohres Siedetemperaturen. Gleichzeitig wird das durchströmende Heizwasser erwärmt.
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Analog erfolgt es, wenn in einigen der Elementen (10) Frischwasser zum Erwärmen als sog. Warmwasser fließt.
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Die Elemente (10) mit identischer Funktion können unterschiedliche Konturen und Abmessungen haben, wobei bei einer Anordnung Elemente nebeneinander, bei einer anderen Elemente in dem zwischen den einen Elementen verbleibenden, zipfelförmigen, von dem Innen (16) – und/oder Außenumfang (18) des Flammrohres (20) gebildeten Raum angeordnet sind
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In einer Ausführungsform sind durch die Wandung des Flammrohrs Kanäle mit unterschiedlichen Durchmesser bzw. Abmessungen gebildet. Zwischen den den Innenraum (16) oder dessen Außenumfang (18) definierenden rohrförmigen Verkleidungen des Flammrohrs sind eine Vielzahl die Rohrwandung bildende mehrkant- und/oder rohrförmig ausgebildete metallische parallel zueinander angeordnete und miteinander verbundene Elemente (10) an denen entlang Stoffe in unterschiedlichen Aggregatzuständen, z. B. Heizwasser (12) und Feuerungsabgase (11), fließen.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass wenn dies zur Erhöhung der Energieefizienz sinnvoll ist, die flüssigen und/oder gasförmigen Teile des Flammrohres (20) in unterschiedlichen Richtungen dieses durchströmen und somit längere Zeit im Flammrohr (20) verbleiben. Die Energieeffizienz wird erhöht, wenn sich die Fließrichtung ändert und somit das Stoff/Medium in den Elementen (10) mehrmals den senkrechten Schnitt entlang der Achse des Flammrohrs (20) durchläuft. Es kann sich darüber hinaus empfehlen, dass die Achsen der Elemente zu der Achse des Flammrohres (20) einen Winkel bilden, die Elemente (10) also mit einem Drall versehen sind, was bewirken kann, dass somit ebenfalls z. B. die Verweildauer des Stoff/Mediums in den Elementen (10) verlängert wird.
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Das erfindungsgemäß gebildete Flammrohr (20) wird bei einer Ausführungsform in den Feuerungsraum bzw. den Heizkessel eingebracht. In einer weiteren Ausführungsform wird die Wand des Flammrohrs (20) der Feuerungsaufgabe entsprechend soweit groß und mit mehreren Elementen (10) dimensioniert werden, d. h. seine Wand verstärkt werden, dass das Flammrohr alleine die gesamte ansonsten vom Kessel aufzunehmende Heizwassermenge aufnimmt. Das Flammrohr (20) übernimmt somit vollständig die Kesselaufgabe, der Kessel entfällt bzw. Flammrohr (20) und bei ihm integrierter Kessel sind als eine Einheit ausgebildet.
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Die sicherheitstechnische Anforderung, dass das Flammrohr (20) bei jeglicher Brenneranforderung kein Glühen auftreten darf (und somit die unkontrollierte Verbrennung von Restbrennstoffen ausgeschlossen wird) wird dadurch erfüllt, dass die Kühlung des Flammrohrs (20) durch die durch seine Wandung durchfließende Stoffe/Medien, wie z. B. Heizwasserflüssigkeit, Verbrennungsabgase usw. soweit vollflächig erreicht wird, dass an allen Stellen des Flammrohres (20) und auch während des gesamten Verbrennungsvorganges Temperaturen unterhalb der Glühtemperatur des festen Materials des Flammrohres (z. B. bei Metallen weniger als 800 Grad Celsius) (20) eingehalten werden.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dient wenigstens eines der Elemente (10) zur Aufnahme von Sensoren zur Datenerfassung und -übertragung mittels einer Datenleitung oder drahhtlos, z. B. per Funk. Dies ist insbesondere zur Erhöhung der Energieeffizienz sinnvoll, da Parameter der Verbrennung, insbesondere bei den in ihrer Leistung modulierend arbeitenden Brennern, diverse Daten u. a. zur Regelung der Flammqualität oder für die Fließgeschwindigkeit der Stoffe mit Sensoren gemessene in situ Messwerte wie die Temperatur und den Druck an die Heizsystemregelung zu übertragen.
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Durch den vorliegenden Vorschlag wird ein Flammrohr (20) geschaffen, das bei kompakter Ausführung und geringem Gewicht überraschend gute die Flamme stabilisierende Funktion hat und exzellente Abgaswerte aus der Verbrennung aufweist.
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Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren ausführlich erläutert.
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Es zeigen:
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1 zeigt das Flammrohr (20) in einem Kessel eingebracht sowie den Querschnitt des Flammrohres (20) mit durch einige Elemente (10) und durch das Flammrohr (20) selbst durchströmende Stoffe/Medien in den unterschiedlichen zwei Aggregatzuständen. Durch die Elemente (10) mit sie durchfließenden flüssigen Stoffen/Medien können wiederum unterschiedliche Flüssigkeiten fließen, z. B. Heiz- und Warmwasser.
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2 zeigt ebenfalls einen Querschnitt eines Flammrohres (20) gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung mit einem Innen- (16) sowie einem Außenmantel (18) und zwischen diesen beiden Mänteln Elemente (10) mit sie durchfließenden flüssigen (12) und gasförmigen (11) Stoffen/Medien.
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3 zeigt eine gegenüber 2 weitere Zuordnung der Aggregatzustände der Stoffe/Medien in für ein Flammrohr (20), bei dem die Anzahl der Elemente (10) so dimensioniert ist, dass die Fließrichtung durch sie unterschiedlich ist und somit der/das jeweilige Stoff/Medium mehrmals den in dieser Figur dargestellten Schnitt durch die Achse des Flammrohrs (20) durchläuft.
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4 zeigt eine gegenüber 2 und 3 weitere Zuordnung der Aggregatzustände des Flammrohrs (20), bei dem die Elemente (10) mit sie durchfließenden flüssigen (12) und die Elemente mit sie durchfließenden gasförmigen (11) Stoffen/Medien so angeordnet sind, dass der sie verbindende Zwischenraum (13) aus festem Stoff ausgebildet ist.
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5 zeigt den Längsschnitt einer Ausgestaltung eines Flammrohrs (20) mit diversen Elementen (10), das soweit dimensioniert ist, um die gesamte ansonsten von Kesseln aufzunehmende Heizwassermenge aufweist. Bei dieser 5 sind auch die wiederkehrenden Stoffe/Medien entlang der Achse des Flammrohrs (20) aufgezeigt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010050477 B3 [0006]
- DE 4209734 C2 [0007, 0007, 0007]
