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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Beschreibung betrifft das Gebiet der Gasbrenner, insbesondere einen mündungsmischenden Gasbrenner.
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HINTERGRUND
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Im Bereich der Gasbrenner unterscheidet man unter anderem zwischen vormischenden Brennern und mündungsmischenden Brennern. Erstere mischen das Heizgas bereits im Bereich des Brennergebläses, vorwiegend im Ansaugbereich des Gebläses, der Verbrennungsluft zu. Bereits im Gebläse selbst und fortan auf dem Weg bis zum Brenner selbst mischt sich das Heizgas gut mit der Verbrennungsluft. Das Gas-Luftgemisch wird in der Folge durch eine fein strukturierte Oberfläche, auch Matrix genannt, geführt und hinter dieser gezündet und verbrannt. Die Matrix verhindert ein Rückbrennen des Gemisches in Richtung Gebläse, wenn die Temperatur der Luft unter der Zündtemperatur des Gases liegt. Sofern sich die Temperatur der Luft ungefähr im Bereich der normalen Umgebungstemperatur (z.B. unter 40° Celsius) befindet, sind keine Probleme zu erwarten, und daher haben sich vormischende Gasbrenner in vielen Haushaltsgeräten (z.B. Gasthermen) und Heizungen bewährt.
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Mündungsmischende Brenner führen das Heizgas und die Verbrennungsluft voneinander getrennt einer oder mehreren Mischdüsen zu, die für eine möglichst intensive und gleichmäßige Vermengung der beiden Stoffe entweder noch innerhalb der Düse oder unmittelbar dahinter sorgen. Die Zündung und die Verbrennung findet unmittelbar (in Bezug auf die Strömungsrichtung des Gases) hinter den Düsen statt.
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Der Vorteil mündungsmischender Brenner liegt darin, dass die Verbrennungsluft vorgewärmt werden kann, ohne dass es zu unerwünschten Verpuffungen kommt. Eine Luftvorwärmung wird vielfach in thermodynamischen Maschinen oder bei Härte-/Glühöfen aus Gründen der Energieeinsparung verwendet. In solchen Fällen kann man z.B. hohe Abgastemperaturen dazu nutzen, um mit der im Abgas enthaltenen Wärmeenergie in einem Wärmetauscher die Verbrennungsluft vorzuwärmen. Die Publikation
WO 9904155A1 (
US 5921764A ) zeigt beispielsweise einen mündungsmischenden Flächenbrenner zum Beheizen eines Wärmetauschers einer kalorischen Maschine, wobei in dem Brenner das Heizgas mit der Luft in mehreren kleinen Einzeldüsen vermischt wird.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann darin gesehen werden, bekannte Konstruktionen von mündungsmischenden Brennern zu verbessern, beispielsweise insofern, dass die Herstellung eines Brenners vereinfacht wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die oben genannte Aufgabe wird durch die Anlage gemäß Anspruch 1 gelöst. Verschiedene Ausführungsbeispiele und Weiterentwicklungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Im Folgenden wird eine Brennervorrichtung beschrieben. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Brennervorrichtung ein Brennergehäuse mit einem Lufteinlass und einer Vielzahl von Öffnungen auf, aus denen Luft nach außen austreten kann. Die Brennervorrichtung weist des Weiteren eine in dem Brennergehäuse angeordnete Brennstoffverteilvorrichtung auf, die einen Gaseinlass sowie eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, aus denen Gas aus der Brennstoffverteilvorrichtung in einen Zwischenraum zwischen der Brennstoffverteilvorrichtung und dem Brennergehäuse austreten kann. Jede der Öffnungen der Brennstoffverteilvorrichtung liegt einer korrespondierenden Öffnung des Brennergehäuses gegenüber liegt.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die Brennervorrichtung ein Brennergehäuse, das einen Einlass für ein erstes Gas und zumindest an einem Teil seiner Oberfläche eine Vielzahl von Öffnungen aufweist. Die Brennervorrichtung umfasst weiter einen in dem Brennergehäuse angeordneten, vom übrigen Innenraum des Brennergehäuses abgetrennten Verteilerraum mit einer Vielzahl von vom Verteilerraum abstehenden Röhren, die offene Enden haben, wobei jedem der offenen Enden der Röhren eine korrespondierende Öffnung im Brennergehäuse gegenüber liegt, sodass durch die Röhren ein zweites Gas in einen Zwischenraum zwischen den offenen Enden und den Öffnungen im Brennergehäuse geleitet werden kann. Das erste Gas kann Luft und das zweite Gas kann ein Brenngas sein oder umgekehrt.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von den in den Abbildungen dargestellten Beispielen näher erläutert. Die Darstellungen sind nicht zwangsläufig maßstabsgetreu und die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränken sich nicht nur auf die dargestellten Aspekte. Vielmehr wird Wert darauf gelegt, die den Ausführungsbeispielen zugrunde liegenden Prinzipien darzustellen. Zu den Abbildungen:
- 1 illustriert exemplarisch einen Radialbrenner gemäß einem Ausführungsbeispiel.
- 2 ist eine Querschnittsdarstellung des Brenners gemäß 1 .
- 3 illustriert Beispiele alternativer geometrischer Formen des Brenners aus 1.
- 4 illustriert einen Radialbrenner gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
- 5 illustriert einen Brenner, der ähnlich wie der Brenner aus 4 konstruiert, jedoch eben ausgeführt ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele betreffen mündungsmischende Matrixbrenner, welche eine Vielzahl von kleinen Einzeldüsen aufweisen, an denen die Vermischung von Brennstoff (Gas) und Luft stattfindet. Die Aufteilung des gesamten Brenners in viele Einzeldüsen bewirkt, dass sich nach jeder Einzeldüse lediglich eine sehr kurze Flamme bildet. Das bewirkt, dass schon nach einem geringen Abstand von der Brenneroberfläche das Brennstoff-Luftgemisch vollständig ausgebrannt ist. Damit einhergehend sinkt die Verweilzeit der heißen Heizgase, die unmittelbar nach der Ausbrandzone beispielsweise in einem Wärmetauscher gekühlt werden können. Die Folge ist eine reduzierte NOx Bildung bei geringer CO-Emission.
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Eine typische Anwendung einer derartigen Brennervorrichtung ist beispielsweise die Befeuerung einer Stirlingmaschine. Da der von der Brennervorrichtung erhitzte Wärmetauscher zu Gunsten eines hohen thermodynamischen Wirkungsgrades der Maschine Temperaturen von bis zu 750 Grad erreichen soll, können die Temperaturen der vom Wärmetauscher abströmenden Rauchgase noch bis zu 800 Grad Celsius betragen. Um den Gesamtwirkungsgrad zu steigern, wird die vergleichsweise hohe Restwärme der Abgase über einen sogenannten Luftvorwärmer zu einem großen Teil an die Verbrennungsluft übertragen, die schließlich mit bis zu 600 Grad Celsius oder mehr dem Brenner zugeführt wird. Dabei kühlen die Rauchgase auf bis zu 100 Grad ab und können problemlos einem Rauchabzug zugeführt werden.
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1 illustriert ein Ausführungsbeispiel der hier beschriebenen Brennervorrichtung. Demnach weist die Brennervorrichtung ein Brennergehäuse 1 mit einer darin angeordneten Brennstoffverteilvorrichtung auf, die mehrere Verteilerrohre 2 für die Verteilung des Brennstoffes umfasst. Das Brennergehäuse 1 weist an seiner Oberfläche Lochreihen auf, wobei die einzelnen Löcher 1.2 durch die äußere Wand des Brennergehäuses hindurch gehen. Entlang jeder dieser Lochreihen mit den Löchern 1.2 ist ein Brennstoff-Verteilerrohr 2 im Inneren des Brennergehäuses angeordnet, welches eine Lochreihe mit Löchern 2.3 aufweist. Die Löcher 2.3 der Lochreihe in einem Brennstoff-Verteilerrohr 2 korrespondieren mit den Löchern 1.2 der benachbarten Lochreihe im Brennergehäuse. Das heißt, jeder Bohrung 1.2 im Brennergehäuse 1 kann eine gegenüberliegende Bohrung 2.3 im Brennstoff-Verteilerrohr 2 zugeordnet werden. Zueinander korrespondierende Bohrungen 1.2 und 2.3 können im Wesentlichen koaxial sein. Die Brennstoff-Verteilerrohre 2 sind mit einem Brennstoffverteilerraum 2 verbunden, aus dem Brennstoff in die Verteilerrohre 2 gelangen kann. Dieser Brennstoffverteilerraum 2 ist in dem in 1 dargestellten Beispiel innerhalb des Brennergehäuses 1 und an dessen Rand angeordnet. An ihrer dem Brennstoffverteilerraum 2 abgewandten Seite sind die Verteilerrohre 2 verschlossen.
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2 ist eine Darstellung des Querschnitts des Brenners aus 1. Wie man in 2 sehen kann, ist das Brennergehäuse 1 zylindrisch (runder Querschnitt) und die Bohrungen 1.2 der Lochreihen im Brennergehäuse sowie die korrespondierenden Bohrungen 2.3 in den Brennstoff-Verteilerrohren 2 verlaufen in radialer Richtung. Die Verteilerrohre 2 sind in diesem Beispiel im Inneren des Brennergehäuses 1 entlang eines Kreises angeordnet, der koaxial zur Längsachse des zylindrischen Brennergehäuses 1 liegt. Zwischen den Öffnungen 2.3 der Brennstoffverteilvorrichtung (Verteilerrohre 2) und den diesen gegenüber liegenden Öffnungen 1.2 im Brennergehäuse befindet sich ein Spalt mit der Spaltbreite t, der letztlich die effektive Querschnittsfläche (Querschnitt) der Luftströmung zu einer Öffnung 1.2 hin und damit die Luftmenge definiert (siehe 1, Detail D1). Dieser Spalt definiert wie erwähnt den Querschnitt, den die Luft durchströmen muss, um aus der jeweiligen Öffnung 1.2 (zusammen mit dem Gas) austreten zu können. Dieser Querschnitt ist in 1, Detail D1, grau schattiert dargestellt und hätte in einer räumlichen Darstellung annähernd die Form eines Zylindermantels.
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Der Brennerbetrieb erfolgt in der Art, dass zunächst beispielsweise von einem Gebläse (nicht dargestellt) Brennerluft über den Lufteinlass 1.1 in das Brennergehäuse 1 geleitet wird. Die Brennerluft strömt außen an den Verteilerrohren 2 vorbei und verteilt sich infolge des vom Gebläse bewirkten Überdruckes (gegenüber dem Umgebungsdruck außerhalb des Brennergehäuses 1) gleichmäßig auf alle Spalten (Spaltbreite t) und infolgedessen auch auf die Bohrungen 1.2 der Lochreihe, die als Austrittsdüsen wirken. An den Bohrungen 1.2 kann die Luft aus dem Brennergehäuse 1 ausströmen, wobei lokal im Bereich der Spalte zwischen den Verteilerrohren 2 und den Bohrungen 1.2 eine höhere Strömungsgeschwindigkeit und folglich ein entsprechender Unterdruck bewirkt wird (entsprechend dem Bernoulli-Prinzip). Das Brenngas wird über den Gaseinlass 2.1 in den Verteilerraum 2.2 und von dort aus weiter zu den Bohrungen 2.3 der Verteilerrohre 2 geleitet. Das Brenngas strömt in definierter Menge, die durch die Querschnittsfläche der Öffnungen 2.3 und den Druck des Brenngases auf einen gewünschten Wert eingestellt werden kann, durch die Bohrungen 2.3 aus den jeweiligen Verteilerrohren 2 heraus und befindet sich dann in unmittelbarer Nähe der Bohrungen 1.2 der zum jeweiligen Verteilerrohr 2 gehörigen Lochreihe des Brennergehäuses. Aufgrund des erwähnten durch die Luftströmung bewirkten Unterdrucks wird das Brenngas beim Austreten durch die Bohrungen 1.2 intensiv mit der Verbrennungsluft gemischt. Eine hier nicht näher dargestellte Zündeinrichtung zündet das Gas-Luftgemisch außerhalb des Brennergehäuses 1, und infolge der nah aneinandergereihten Bohrungen 1.2 breitet sich die Zündung rasch auf alle Einzeldüsen aus und es entwickelt sich unmittelbar nach der Zündung ein homogener Flammenteppich (eine Vielzahl kleiner, in einer Ebene angeordneter Flammen), der eine qualitativ hochwertige Verbrennung mit niedrigen Schadstoffwerten gewährleistet.
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Die Detaildarstellung im unteren Teil der 2 illustriert das Mischen von Brenngas und Luft, wobei durch den erwähnten Unterdruck, der durch die Luftströmung entsteht, das Mischen des Brenngases mit der Luft unmittelbar hinter den Öffnungen 2.3 beginnt und beim gleichzeitigen Durchströmen von Brenngas und Luft durch die Öffnung 1.2 (im bereits teilweise vermischten Zustand) fortgesetzt wird. Entsprechend der Flammenausbreitungsgeschwindigkeit findet in dem Bereich des Spaltes noch keine Zündung bzw. Oxidation statt, sondern erst unmittelbar nach dem Austritt des Gemisches aus der Öffnung 1.2 in den Brennraum. Die Austrittsgeschwindigkeit des Gas-Luftgemischs beim Austritt aus den Öffnungen 1.2 ist daher höher als die Flammenausbreitungsgeschwindigkeit. Die Richtung der Strömung ist in den Abbildungen mittels Stromlinien und Pfeilen skizziert.
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Das Brennergehäuse 1 kann unterschiedliche geometrische Formen aufweisen. Es kann - wie in dem Beispiel aus 1 und 2 - rohrförmig zylindrisch mit kreisrundem Querschnitt oder als Kegelstumpf ausgebildet sein. Weitere Formen sind als quaderförmiges Gehäuse mit rechteckigem Querschnitt darstellbar (siehe oberes Diagramm in 3), wobei die Lochreihen mit den Löchern 1.2 einseitig, zweiseitig gegenüberliegend, dreiseitig oder vierseitig parallel zur Quader-Mittelachse angeordnet sind. Auch konkave Formen sind darstellbar, wenn beispielsweise eine konvexe Oberfläche beheizt werden sollte. 3 zeigt jeweils einen Ausschnitt aus einer flachen und konkaven Brenneroberfläche. Die geometrische Ausgestaltung des Brennergehäuses kann theoretisch beliebig sein und einer zu beheizenden Oberfläche angepasst sein. Die Verteilerrohre 2 verlaufen im Inneren des Brennergehäuses 1 im Wesentlichen parallel zu dessen innenseitiger Oberfläche, sodass die Abstände t zwischen den Löchern 2.3 in den Verteilerrohren 2 und den korrespondierenden Löchern 1.2 im Brennergehäuse 1 im Wesentlichen gleich sind.
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Die Brennstoffverteilerrohre 2 müssen auch nicht notwendigerweise einen runden Querschnitt haben, sondern können auch andere Querschnitte aufweisen. Sie können beispielsweise mit ovalem Querschnitt derart ausgebildet sein, dass die Bohrungen 2.3 auf der längeren Mittelachse des Ovals liegen. Diese Gestaltung ergibt mehr Freiraum für die Verbrennungsluft, die an den Verteilerrohren 2 vorbei strömen muss.
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Die Querschnittsflächen der Öffnungen 2.3 in den Brennstoff-Verteilerrohren 2 sowie die Querschnittsflächen der Öffnungen 1.2 im Brennergehäuse sind abhängig von der jeweiligen Anwendung und werden insbesondere dem gewünschten Massenstrom des Brenngases angepasst. Nimmt man - als illustratives Beispiel - für ein bestimmtes Brenngas und für eine optimale Oxidation ein Gas-Luft-Mischungsverhältnis von 1:9 an, können für einen zufriedenstellenden Brennerbetrieb in guter Approximation folgende Querschnitte gewählt werden (die Angaben sind auf den Querschnitt der Öffnungen 2.3 normiert und daher dimensionslos):
- - Querschnitt der Öffnungen 2.3: 1
- - Querschnitt im Spalt t: 9
- - Querschnitt der Öffnungen 1.2: >10
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Die oben angegebenen Zahlenwerte sind lediglich als illustratives Beispiel zu verstehen und basieren auf der Annahme, dass Luft- und Gasdruck ungefähr gleich sind. Die Werte können abhängig vom Energiegehalt des Gases und von darin enthaltenen Beimengungen (wie z.B. bei rezirkulierenden Gasen) sowie abhängig von Luft- und Gasdruck sehr stark differieren. Letztlich bestimmen - bei gegebenen Druckverhältnissen (Gasdruck, Luftdruck) - die Flächen (Querschnitte) der Öffnung 2.3 sowie der durch die Spaltbreite t definierte effektive Querschnitt der Luftströmung im Spalt das Mischungsverhältnis zwischen Gas und Luft. Die Öffnung 1.2 soll groß genug sein, um einen nennenswerten Staudruck zu verhindern.
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Wie erwähnt herrscht im Bereich des durch den Spalt mit Spaltbreite t definierten Querschnitts der Luftströmung (in den hier beschriebenen Beispielen ist das eine Querschnittsfläche in der Art eines Zylindermantels unterhalb einer Öffnung 1.2) die höchste Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsluft. Der erwähnte Unterdruck bewirkt im Spalt eine gute Vermischung des in den Ringspalt ausströmenden Brenngases mit der Luft, die an dieser Stelle das Brenngas gut aufnimmt. Um einen Staudruck innerhalb des Brenners zu vermeiden, ist gemäß einem Ausführungsbeispiel der Querschnitt der Bohrungen 1.2 etwas grösser als der durch den Spalt t definierte Querschnitt der Luftströmung, in dem oben angegebenen Beispiel sogar größer als die Summe des durch den Spalt t definierten Querschnitts und des Querschnitts der jeweiligen Bohrung 2.3. Die Oxidation (Verbrennung) erfolgt jedoch erst nach den Öffnungen 1.2, da Austrittsgeschwindigkeit des Gasgemisches aus den Öffnungen 1.2 größer ist als die Flammenausbreitungsgeschwindigkeit.
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4 zeigt ein Beispiel einer alternativen Gestaltung zu den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen. Die Brennervorrichtung gemäß 4 weist ein Brennergehäuse 1 auf, das ähnlich gestaltet sein kann wie in dem Beispiel aus 1. Das heißt, das Brennergehäuse 1 weist mehrere Lochreihen mit einer Vielzahl von Löchern/Bohrungen 1.2 auf. Über den Lufteinlass 1.1 wird die Verbrennungsluft in das Brennergehäuse 1 gefördert, beispielsweise mittels eines Gebläses (nicht dargestellt). Innerhalb des Brennergehäuses befindet sich ein Brennstoff-Verteilerraum 2.4 in Form eines zentralen Verteilerrohres, welches über den Gaseinlass 2.1 mit dem Brenngas versorgt wird. An der zylindrischen Außenseite des Verteilerraums bzw. -rohrs 2.4 sind von diesem radial abstehend kurze Röhren 2.5 angeordnet, die den Brennstoff jeweils zu den Löchern 1.2 führen. Jede der Röhren 2.5 führt zu einer ihr zugeordneten Öffnung/Bohrung 1.2 im Brennergehäuse 1. Die Röhren 2.5 enden kurz vor den korrespondierenden Öffnungen 1.2. Im dadurch gebildeten Spalt t zwischen den offenen Enden an den Stirnseiten der Röhren 2.5 und den korrespondierenden Öffnungen 1.2 wird der Brennstoff mit der Verbrennungsluft gemischt. Die Mischung von Luft und Gas erfolgt in der gleichen Weise wie bei dem Beispiel aus 1. D.h. die Strömungsgeschwindigkeit steigt im Bereich des Spaltes (Spaltbreite t) an, es wird lokal ein Unterdruck erzeugt und das Gas wird nach dem Austreten aus den Röhren 2.5 mit der Verbrennungsluft gemischt. Die stirnseitigen Enden der Rohre 2.5 haben im Wesentlichen die gleiche Funktion wie die Öffnungen/Bohrungen 2.3 in dem Beispiel aus 1.
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Ähnlich wie in den 3 beschriebenen Ausführungen kann diese Anordnung auch in anderen geometrischen Formen als rohrförmig ausgebildet werden. Flache, rechteckige Formen oder ovale, ellipsenförmige Gehäuse sind genauso ausführbar wie konvexe oder konkave Gestaltungen des Brennergehäuses 1. Die in Bezug auf die Beispiele aus 1 bis 3 angegebenen Richtlinien für die Dimensionierung der Öffnungen 2.3 und 1.2 sowie der Spaltquerschnitt, der sich durch die Spaltbreite t ergibt, gelten auch für das Beispiel aus 4.
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5 illustriert einen Brenner, der ähnlich wie der Brenner aus 4 mit vom Brennstoff-Verteilerraum 2.4 abstehenden Röhren 2.5 konstruiert, jedoch eben ausgeführt ist. Die Röhren 2.5 können nur an einer Seite des Brennstoff-Verteilerraums 2.4 oder alternativ an zwei gegenüberliegenden Seiten angeordnet sein.
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Demnach weist das Brennergehäuse 1 (auf einer oder auf zwei gegenüber liegenden Seiten) mehrere Lochreihen mit einer Vielzahl von Löchern/Bohrungen 1.2 auf. Über den Lufteinlass (nicht explizit dargestellt) kann die Verbrennungsluft in das Brennergehäuse 1 gefördert werden. Innerhalb des Brennergehäuses befindet sich ein Brennstoff-Verteilerraum 2.4, der im dargestellten Beispiel die Form eines flachen Zylinders aufweist (Scheibenform), und der über den Gaseinlass (nicht explizit dargestellt) mit dem Brenngas versorgt wird. An der oberen Deckfläche des Verteilerraums 2.4 sind von diesem abstehend kurze Röhren 2.5 angeordnet, die den Brennstoff jeweils zu den Löchern 1.2 führen. Jede der Röhren 2.5 führt zu einer ihr zugeordneten Öffnung/Bohrung 1.2 im Brennergehäuse 1. Die Röhren 2.5 enden kurz vor den korrespondierenden Öffnungen 1.2. Im dadurch gebildeten Spalt zwischen den offenen Enden 2.3 an den Stirnseiten der Röhren 2.5 und den korrespondierenden Öffnungen 1.2 wird der Brennstoff mit der Verbrennungsluft gemischt. Die Mischung von Luft und Gas erfolgt in der gleichen Weise wie bei dem Beispiel aus 4. D.h. die Strömungsgeschwindigkeit steigt im Bereich des Spaltes (Spaltbreite t) an, es wird lokal ein Unterdruck erzeugt und das Gas wird nach dem Austreten aus den Röhren 2.5 mit der Verbrennungsluft gemischt. Der Brenner kann auch insofern symmetrisch ausgeführt sein, als die Röhren 2.5 nach oben und nach unten abstehen können und das Brennergehäuse 1 sowohl an der oberen als auch der unteren Oberfläche Öffnungen 1.2 zum Austritt der Flammen aufweist (in den Fig. nicht dargestellt).
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Die Brenneroberfläche mit den Öffnungen 1.2 kann in ihrer geometrischen Form völlig frei gestaltet werden, beispielsweise kreisrund, oval, quadratisch, rechteckig oder andere Formen. Auch Abweichungen von der dargestellten flachen Form kann in manchen Einsatzfällen Vorteile bringen, insbesondere wenn es sich um eine konkav oder konvex ausgebildete Oberfläche handelt, die in der Lage ist, thermische Spannungen besser auszugleichen als eine völlig flache Form.
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Die Vorteile des flachen Brenners gemäß 5 liegen insbesondere in der Flexibilität der Einsatzmöglichkeiten. Die Vorrichtung besteht im Wesentlichen aus zwei Teilen. Die Brenneroberfläche wird durch eine Lochplatte 1' (mit Öffnungen/Löcher 1.2) gebildet, die als Teil des Gehäuses 1 angesehen werden kann und die mittels eines Flanschs oder ähnlichem mit dem übrigen Teil des Gehäuses 1 verbunden ist. Das Brennergehäuse 1 besteht aus einem Verteilerraum 2.4 für das Gas, an dem die Düsenröhrchen 2.5 befestigt sind, die das Gas bis unter die Lochplatte 1' leiten. In diesem Bereich befindet sich der Verteilerraum 2.2 für die Brennerluft, die in der schon beschriebenen Weise im Bereich der Austrittsöffnungen 1.2 der Lochplatte 1' mit dem Gas vermischt wird. Aus der Zeichnung in 5 ist ersichtlich, dass mittels unterschiedlicher Flanschbeilagen 3, 3' (Beilagscheiben) zwischen Brennerplatte 1' und dem Gehäuse 1 einstellbare Querschnitte für die Luftzufuhr zu den Düsen erzielt werden können (durch unterschiedliche Spaltbreiten a bzw. a'). Damit kann beispielsweise ein optimales Verhältnis der Verbrennungsluftmenge zur Brenngasmenge eingestellt werden.
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Eine Variante der Einsatzmöglichkeit besteht insbesondere darin, dass in dem bisher beschriebenen Verteilerraum 2.4 für das Brenngas die Brennerluft eingeführt und verteilt wird. Das Brenngas wird somit in den bisher als Verteiler für die Brennerluft bezeichneten Raum 2.2 zugeführt und die Vermischung findet in der bekannten Weise an den Austrittsöffnungen der Brennerplatte statt. In anderen Worten, die Funktion der Verteilerräume 2.2 und 2.4 für Luft und Gas kann vertauscht werden. Eine solche Ausgestaltung des Brenners kann bei Verwendung von unterschiedlichen Gaszusammensetzungen von großem Vorteil sein. Während beispielsweise Erdgas fast 100% brennbares Methan enthält, sind Biogase aus landwirtschaftlichen Gärprozessen oder Deponiegase bekannt, die lediglich ca. 50% energiehaltiges Methan beinhalten. Der Rest ist inertes Gas, beispielsweise CO2. Bei Nutzung solcher als Schwachgas bezeichneter Brennstoffe muss daher bei gegebener Brennerleistung die doppelte Gasmasse durch den Brenner geschleust werden als bei Verwendung von Erdgas. Insofern ist die Verstellbarkeit des Mischungsquerschnittes für das Brenngas von erheblichem Vorteil, da ein gegebenes Brennerdesign lediglich durch Wahl unterschiedlicher Flanschbeilagen für unterschiedliche Gaskonzentrationen einsetzbar ist.
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Ein Brenner gemäß den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen ist modulierbar, indem der Druck der Verbrennungsluft einhergehend mit dem Gasdruck verändert wird. Die optimale Verbrennungsqualität kann durch Einstellen des Verhältnisses von Luftmenge zu Gasmenge infolge einer Einstellung der einzelnen Drücke in an sich bekannter Weise erreicht werden. Ein Brenner gemäß den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen erlaubt den Betrieb mit vorgewärmter Verbrennungsluft in den Grenzen der thermischen Belastbarkeit der verwendeten Werkstoffe (in der Regel hitze- und zunderbeständiger Stahl).
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Die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele ermöglichen eine vergleichsweise einfache Herstellung von mündungsmischenden Brennervorrichtungen. Insbesondere wird eine einfache und kostengünstige Vorrichtunge mit sehr vielen Einzeldüsen (Öffnungen 1.2) geschaffen. Bei den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen kann infolge der geringen Gasmassen pro Düse der Brennstoff schon beim Düsenaustritt gut mit der Verbrennungsluft durchmischt werden, was eine vergleichsweise gute Verbrennung (d.h. mit sehr geringer Erzeugung von Schadstoffen wie z.B. Kohlenmonoxid) bewirkt. Die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele ermöglichen auch NOx-senkende Maßnahmen, beispielsweise die Verbrennung mit Luftüberschuss, mit Rauchgasrezirkulation oder durch Flammenkühlung gemäß an sich bekannten Methoden. Infolge der Verteilung des Gases auf viele Einzeldüsen (Öffnungen 1.2) ist ein relativ geringer Druck zum Vermischen von Brenngas und Luft erforderlich. Praktische Untersuchungen haben gezeigt, dass lediglich einige wenige Millibar sowohl bei der Verbrennungsluft als auch beim Brenngas erforderlich sind, um eine gute Vermischung und Verbrennung zu erreichen. Das erspart insbesondere Druckerhöhungsgebläse beim Brenngas, weil der üblicherweise vorhandene Netzdruck sowohl in Erdgasnetzen als auch bei Biogasanlagen ohne weiteres zum Betrieb des erfindungsgemäßen Brenners ausreicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 9904155 A1 [0004]
- US 5921764 A [0004]
