DE1551767A1

DE1551767A1 - Brenner fuer stroemende Brennstoffe

Info

Publication number: DE1551767A1
Application number: DE19671551767
Authority: DE
Inventors: Desty Denis Henry; Whitehead David Montagu
Original assignee: BP PLC
Current assignee: BP PLC
Priority date: 1967-01-10
Filing date: 1967-12-30
Publication date: 1970-05-21
Also published as: DE1551767B2; NO121352B; NL6800344A; US3504994A; AT289344B; SE337878B; BE709159A; NL154588B; FR1582020A; DE1551767C3; CH476261A

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner für strömende Brennstoffe, d.h. einen Brenner, der für die Verwendung mit flüssigen und gasförmigen Brennstoffen geeignet ist.

Für die Hersteller von Brenner enthaltenden Anlagen ist es zweckmäßig, eine Art eines Brenners zur Verfügung zu haben, der ermöglicht, daß eine große Anzahl von Brennstoffen in Brennern von ähnlicher Konstruktion und Größe, sowie mit ähnlichen Wärmeabgaben verbrannt werden können. Es ist insbesondere zweckmäßig, einen Gasbrenner zur Verfügung zu haben, welcher ohne Abänderung Gase von hoher und niedriger Geschwindigkeit verbrennen kann, wie z.B. Methan und Wasserstoff.

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Gegenstand der Erfindung ist daher ein Brenner für strömende Brennstoffe, der eine Vielzahl von Verbrennungsluftrohren aufweist, welche durch eine Brennstoffkammer mit Brennstoffauslaßdurchlässen hindurchgehen, wobei die Teile derart angeordnet sind, daß beim Gebrauch des Brenners die■Verbrennungsluftrohre Luft und die Brennstoffauslaßdurchlässe Brennstoff in eine Verbrennungszone fördern, um eine Diffusionsflamme aufrechtzuerhalten.

In einer Diffusionsflamme erfolgt die Anfang sr eOa^t ion durch einen Diffusionsprozeß, der Luft und Brennstoff mischt, und es ist erforderlich, daß die Diffusionswege genügend klein sind. Um dies zu erreichen, ist es notwendig, eine genügend große Zahl von Rohren zu haben, d.h. daß die Bohrungen der Rohre angrenzend an die Verbrennungszone einen genügend großen Prozentsatz der Brenneroberfläche einnehmen und daß die Querschnittsfläche jedes Rohres genügend klein ist. Es wurde gefunden, daß eine zufriedenstellende Verbrennung stattfindet, wenn die Bohrung jedes Rohres an der Mündung in die Verbren-

p nungszone eine Querschnittsfläche von 1 cm oder weniger

aufweist und wenn die Bohrungen der Rohre angrenzend an die Verbrennungszone wenigstens 25/6* vorzugsweise wenigstens 50$, der Brenneroberfläche einnehmen.

Die Brenner gemäß der Erfindung sind besonders für die Verwendung mit natürlichem Zug geeignet, weil die Verbrennungsluftrohre der Luftströmung einen geringen Widerstand entgegensetzen. Aus diesem Grunde soll die Querschnittsfläche der Verbrennungsluftrohre nicht zu klein sein, beispielsweise soll die Bohrung jedes Rohres an der Mündung in die Verbrennungszone und vorzugsweise über seine ganze Länge eine

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Querschnittsfläche von 0,01 cm oder mehr aufweisen.

Gegenstand der Erfindung ist ein Brenner für strömende Brennstoffe, der eine Vielzahl von Verbrennungsluftrohren

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aufweist, welche durch eine Brennstoffkammer mit Brennstoffauslaßdurehlässen hindurchgehen, wobei die Teile derart angeordnet sind, daß beim Gebrauch des Brenners die Verbrennungsluftrohre Luft und die Brennstoffauslaßdurchlässe Brennstoff in eine Verbrennungszone fördern, um die Verbrennung aufrechtzuerhalten. Dieser Brenner ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung

jedes Verbrennungsluftrohres an der Mündung in die

ρ Verbrennungszone eine Querschnittsfläche von 0,01 - 1 cm aufweist und daß die Bohrungen der Verbrennungsluftrohre angrenzend an die Verbrennungszone wenigstens 25$ » vorzugs

weise wenigstens 5P^i einnehmen.

der~Brenneroberflache

Die Achsen der Verbrennungsluftrohre sind vorzugsweise parallel zueinander angeordnet. Als Verbrennungsluftrohre sind besonders geeignet zylindrische Rohre oder zylindrische Rohre, die an einem «der beiden Enden in der nachstehend beschriebenen Weise abgeändert sind.

Bei dem vorstehend beschriebenen Brenner bilden die Verbrennungsluftrohre einen Durchlaß geringen Widerstandes für die Verbrennungsluft und ihre Zwischenräume bilden einen Durchlaß"geringen Widerstandes für den Brennstoff. Die Zwischenräume bieten insbesondere der Brennstoffströmung einen geringen Widerstand quer zum Querschnitt der Brennstoffkammer, wodurch eine gleichmäßige Brennstoffverteilung ermöglicht wird.

Die Brenner gemäß der Erfindung können über einen großen Bereich mit überschüssiger Luft arbeiten. Sie können daher unter stöchiometrischen Bedingungen arbeiten, um in dem austretenden Gas eine hohe Temperatur zu erzeugen, oder mit einem großen Luftüberschuß für Anlagen, bei denen Warmluft erforderlich ist. Außerdem können sie unter entsprechenden

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Bedingungen die ganze Luft, sowohl die Verbrennungsluft als auch die überschüssige Luft, durch die Verbrennungsluftrohre ansaugen, obwohl ein Gebläse benötigt werden kann, wenn eine genügend große Menge überschüssiger Luft erforderlich ist.

Bei einem Brenner für gasförmige Brennstoffe sind schmale Brennstoffauslaßdurchlässe wünschenswert, weil dieselben einen Auslaßwiderstand bilden, der im Vergleich zum inneren Widerstand gegen die Strömung quer zur Brennstoffkammer hoch ist. Dadurch wird eine gleichmäßige Gaszuführung in die Verbrennungszone ermöglicht. Bei einem Brenner, der mit flüssigem Brennstoff betrieben werden soll, wird die Zuführung des Brennstoffs in die Verbrennungszone durch die Geschwindigkeit geregelt, mit welcher die Flüssigkeit in der Brennstoffkammer verdampft. Unter diesen Umständen ist es nicht erforderlich, einen hohen Auslaßwiderstand für den Brennstoff vorzusehen und es ist gewöhnlich zweckmäßiger, eine Konstruktion mit breiteren Brennstoffauslaßdurchlässen zu verwenden.

Die Verbrennungsluftrohre enden zweckmäßig an einem Abschnitt der Wand der Brennstoff kammer, der nachstehend als Auslaßzone bezeichnet wird. Für die Auslaßzone sind die folgenden Konstruktionen besonders geeignet:

Konstruktion 1

Die Verbrennungsluftrohre sind in Löchern einer Auslaßzonenplatte befestigt, welche eine Wand der Brennstoffkammer bildet und welche mit Brennstofföffnungen versehen ist, aus denen beim Gebrauch des Brenners Gasstrahlen austreten, deren Bewegung die Ansaugung des Brenners unterstützt.

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Konstruktion 2

Die Verbrennungsluftrohre stehen mit Löchern in einer Auslaßzonenplatte in Eingriff, die eine Wand der Brennstoffkammer bildet. Die Löcher haben eine solche Größe, daß durch das Zusammenwirken der Löcher und der Wände der Verbrennungsluftrohre Brennstoffauslaßdurchlässe gebildet werden. Die Auslaßzonenplatte 1st vorzugsweise derart angeordnet, daß sie während des Gebrauchs des Brenners den ausströmenden Brennstoff in die aus den Verbrennungsluftrohren austretende Verbrennungsluft lenkt. (Es können sowohl die Merkmale der Konstruktion 1 als auch der Konstruktion 2 vorgesehen werden.)

Konstruktion ^

Die Wände der Verbrennungsluftrohre wirken zusammen, um die Brennstoffauslaßdurchlässe zu bilden. Für Brennstoffauslaßdurchlässe geringen Widerstandes (z.B. bei Brennern für flüssigen Brennstoff) werden Verbrennungsluftrohre bevorzugt, welche in der Auslaßzone, sowie im Inneren der Brennstoffkammer die gleiche Querschnittsfläche aufweisen. Für Brennstoffauslaßdurchlässe hohen Widerstandes (z.B. bei Brennern für gasförmigen Brennstoff) werden Verbrennungs luftrohre bevorzugt, deren Querschnittsfläche sich in der Auslaßzone erweitert, um schmale Brennstoffauslaßdurchlässe zu bilden. Konforme Vielecke, wie z.B. gleichmäßige.Dreiecke, Vierecke und regelmäßige Sechsecke, sind besonders geeignete Querschnittsformen zur Bildung von Brennstoffauslaßdurchlässen hohen Widerstandes.

Die Brennstoffströmung aus einem Brenner, der die Konstruktion J5 aufweist, trachtet mit der Luftströmung aus den Verbrennungsluftrohren ausgerichtet zu werden.

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Dies ergibt eine zufriedenstellende Verbrennung. Wenn jedoch sehr hohe Strömungsgeschwindigkeiten des Brennstoffs erforderlich sind, kann eine bessere Verbrennung erzielt werden, wenn die Brennstoffströmung in die aus den Verbrennungsluftrohren austretende Verbrennungsluft abgelenkt wird. Falls dies erforderlich ist, kann der Brenner eine Prallwand aufweisen, die über den Brennstoffdurchlässen angeordnet ist, oder auch eine Prallwand, die über den Verbrennungsluftrohren angeordnet ist.

Zweckmäßig beginnen die Verbrennungsluftrohre an einem anderen Abschnitt der Wand der Brennstoffkammer, der nachstehend als Lufteinlaßzone bezeichnet wird. Für diese sind zwei Konstruktionen besonders geeignet:

Konstruktion A

Die Verbrennungsluftrohre sind flüssigkeitsdicht in Löchern einer Lufteinlaßzonenpla^te befestigt, welche eine Wand der Brennstoffkammer bildet.

Konstruktion B

Der Querschnitt der Verbrennungsluftrohre erweitert sich in der Auslaßzone, so daß sich ihre Wände in flüssigkeitsdichter Weise berühren. Konforme Vielecke, wie z.B. gleichseitige Dreiecke, Vierecke oder regelmäßige Sechsecke, sind besonders geeignete Querschnittsformen.

Bei den bevorzugten Brennern ist die Konstruktion 5 mit der Konstruktion A kombiniert. Dies läßt es zweckmäßig erscheinen, bei Brennern für flüssigen Brennstoff "als Verbrennungsluftrohre zylindrische Rohre mit gleichbleibenden Querschnitt zu verwenden und bei Brennern für gasförmige Brennstoffe zylindrische Rohre mit gleichbleibendem Querschnitt, mit Ausnahme der Auslaßzone.

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Während des Gebrauchs wird Hitze durch die Wände der Verbrennungsluftrohre in die Brennstoffkammer geleitet und diese Hitze wird in nützlicher Weise zum Vorwärmen der Verbrennungsluft und des Brennstoffs verwendet, im Falle eines flüssigen Brennstoffs vorzugsweise auf den Verdampfungspunkt. Bei der Ausbildung des Brenners kann diese Hitzerückgewinnung durch die Auswahl des Materials geregelt werden, aus dem die Rohre hergestellt sind, z.B. durch die Auswahl des Wärmeleitungskoeffizienten, sowie durch die Dicke der Wand des Rohres. Pur flüssige Brennstoffe Qaben sich Materialien mit sehr geringer Wärmeleitfähigkeit, wie z.B. Glas oder keramisches Material, als zweckmäßig erwiesen.

GewUnschtenfalls können zusätzliche Zonen hohen Widerstandes in das Innere der Brennstoffkammer eingesetzt werden. Diese Zonen hohen Widerstandes können in analoger Weise wie die Konstruktionen 1, 2 und 5 der Auslaßzone ausgebildet werden. Diese Abänderung sieht in der Richtung der Brennstoffströmung eine Folge von Zonen niedrigen und hohen Drucks vor und unterstützt eine gleichmäßigere Brennstoffverteilung. Es wurde gefunden, daß in den meisten Fällen eine genügend gleichmäßige Brennstoffverteilung mit einer Zone hohen Widerstandes erzielt werden kann, nämlich mit der Auslaßzone.

Die vorstehend beschriebenen Brenner brennen mit einer auffallend kompakten Diffusionsflamme, welche der Form der Brennstoffauslaßdurchlässe folgt. Bei hohen Wärmeabgaben beträgt die Höhe der Flamme gewöhnlich weniger als 10 mm und häufig weniger als 5 ram·

Die Erfindung umfaßt auch eine Verbrennungsanlage, welche einen Brenner der vorstehend beschriebenen Art enthält, der in einer Verbrennungskammer angeordnet ist, die mit einem Schornstein verbunden werden kann. Im Falle einer Verbrennungsvorrichtung, die zum Erhitzen eines Mediums bestimmt

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ist, wie z.B. einen Zentralheizungskessel, enthält die Verbrennungsanlage auch einen Wärmetauscher, der so angeordnet ist, daß derselbe die heißen Gase aufnimmt, die vom Brenner erzeugt werden, wenn derselbe entzündet ist.

Verbrennungsvorrichtungen, die mit flüssigem Brennstoff betrieben werden sollen, können auch eine Vorrichtung konstanter Strömung oder konstanten Niveaus zur Regelung der Wärmeabgabe enthalten. Zusätzlich oder alternativ kann die Wärmeabgabe auch mittels eines Schiebers geregelt werden, der mit der Auslaßzone in veränderlichen Eingriff kommt, um einen veränderlichen Teil der Luft- und Brennstoffströmung abzusperren.

Die Erfindung umfaßt ferner auch einen Warmlufterhitzer, der ein Gebläse enthält, wekches kalte Luft (mehr als für die Verbrennung erforderlich ist) aus einer entsprechenden Quelle aufnimmt, und dieselbe über einen Brenner der vorstehend beschriebenen Art einer gewünschten Stelle zuführt.

Nachstehend werden beispielsweise Ausführungsformen des Brenners gemäß der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in welchen zeigt:

Fig. 1 schematisch eine schaubildliche Ansicht mit weggeschnittenen Teilen eines Brenners gemäß der Erfindung, Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Gasbrenner, Fig. J5 einen Längsschnitt durch einen Kerosinbrenner, Fig. 4 eine schaubildliche Ansicht mit weggeschnittenen Teilen eines Prototyps eines Laboratoriumsbrenners, Fig. 5 schematisch eineyi Schnitt ansicht eines Bränners gemäß Fig. 1, der in einem Wassererhitzer angeordnet ist, Fig. 6 eine schematische Ansicht eines Warmwassererhitzers, der einen Brenner gemäß^der Erfindung enthält,

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Fig. 7 schematisch eine Draufsicht auf einen Brenner mit einer Auslaßaonenplatte, welche mit den Verbrennungsluftrohren zusammenwirkt, um Brennstoffauslaßdurchlässe zu bilden,

Fig. 8 einen Querschnitt nach der Linie 8-8 der Fig. 7» Fig. 9 schematisch eine Draufsicht auf einen Brenner mit einer Auslaßzonsnplatte, welche mit Brennstoffauslaßöffnungen versehen ist.

Fig. 1 veranschaulicht einen Brenner, in welchem die Konstruktion 5 (Ausführungsform mit hohem Widerstand, z.B. für einen Gasbrenner, und Ausführungsform mit geringem Widerstand, z.B. für einen Brenner für flüssigen Brennstoff) mit der Konstruktion B kombiniert ist. Ein betriebsfähiger Brenner wird gewöhnlich nicht beide Ausführungsformen verwenden und dieselben sind in der gleichen Figur nur der Einfachheit halber dargestellt.

Der Brenner weist eine Brennstoffkammer 10 auf, durch welche eine Vielzahl von Verbrennungsluftrohren 11 hindurchgeht. Der Brennstoff wird der Brennstoffkammer 10 durch die Zuführungsleitung 12 zugeführt und der Brennstoff ist in der Kammer in den Zwischenräumen 1J> zwischen den Verbrennungsluftrohren 11 enthalten.

Im Falle eines Oasbrenners weisen die Verbrennungsluftrohre 11 in der Auslaßzone sechseckige öffnungen 14 auf.. Dieee Anordnung, ergibt asfainale schlitzartige Durchlässe 15, welche einen hohen Austrittswiderstand bilden, der für einen gasförmigen Brennstoff wünschenswert 1st,

Im Falle eines Brenners, der für die Verwendung mit einem flüssigen Brennstoff bestimmt 1st, wie z.B. Kerosin, weisen die Verbrennungsluftrohre 11 in der Auslaßzone kreisförmige

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öffnungen 16 auf. Die Zwischenräume zwischen den Verbrennungs· luftrohren 11 bilden Durchlässe, durch welche Kerosindampf (der durch die Verdampfung flüssigen Kerosins innerhalb der Brennstoffkammer 10 erzeugt wird) in den Verbrennungsraum gelangen kann. Diese Anordnung ist zweckmäßig,_twenn es nicht erforderlich ist, einen hohen Austrittswiderstand vorzusehen.

Die Anordnung eines Gasbrenners, in welchem die Konstruktion 3 mit der Konstruktion B kombiniert ist, ist außerdem in Fig. 2 veranschaulicht, aus welcher ersichtlich ist, daß die Verbrennungsluftrohre 11 in der Mitte eine kleinere Querschnittsfläche als an den Enden aufweisen, wodurch genügend große Zwischenräume 13 gebildet werden, um für die Bewegung des Brennstoffs innerhalb der Brennstoffkammer einen geringen Widerstand vorzusehen. Fig. 2 zeigt ferner, daß die Ausbildung in der Einlaßzone jener in der Auslaßzone ähnlich ist mit der Ausnahme, daß die Wände der Rohre miteinander verlötet sind, um ein Lecken des Brennstoffs zu verhindern.

Fig. 3 entspricht Eig. 2 und zeigt bei einem Brenner für flüssigen Brennstoff die Kombination der Konstruktion 3 mit der Konstruktion A. In diesem Falle weisen die Brennstoffauslaßdurchlässe 17 in der Auslaßzone solche Abmessungen auf, daß es möglich ist, Rohre mit gleichbleibendem Querschnitt zu verwenden. Die Zwischenräume 13 weisen noch immer eine ausreichende Größe auf, um eine genügend gleichmäßige Verteilung des Brennstoffs zu ermöglichen, so daß Kerosindampf allen Bereichen der Verbrennungszone zugeführt wird. Die Verbrennungsluftrohre 11 sind an Löcher in einer Lufteinlaßzonenplatte 18 angelötet, um eine fltissigkeitsdichte Einlaßzone zu bilden.· Gewünschtenfalls können die Einlaßzonen der Fig. 2 und 3 vertauscht werden. Diese Ausführungsformen sind aber nicht besonders dargestellt.

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Ein Brenner von der in Fig. 1 dargestellten Art mit einer Breite von 200 mm, einer Länge von 250 mm und einer Höhe von 90 nun wird bei einem Zug von 0,125 mm Wassersäule eine Heizkapazität von 252000 kcal/h liefern.

Ein Brenner, der mit flüssigem Brennstoff, wie z.B. Kerosin, betrieben wird, ist so ausgebildet, daß der Brennstoff innerhalb der Brennstoffkammer 10 mittels der von den Flammen übertragenen Hitze verdampft wird. Ein großer Teil dieser Hitze wird durch Leitung längs der Wände der Rohre 16 nach unten übertragen. Je niedriger daher das Niveau des flüssigen Kerosins in der Brennstoffkammer 10 ist, desto geringer ist die Hitzeübertragung auf das flüssige Kerosin und desto geringer ist demgemäß die Menge des verdampften Kerosins. Diese Einrichtung bildet daher die Basis für die Kontrolle der Hitzeabgabe und kann verwendet werden entweder mjt einer einstellbaren Vorrichtung konstanten Niveaus oder mit einer einstellbaren Vorrichtung konstanter Strömung. Verbrennungsluftrohre mit geringer Wärmeleitfähigkeit, z.B. aus keramischem Material, ergeben einen höheren thermischen Gradienten, welcher diese Kontrolle erleichtern kann.

Bei einer Vorrichtung konstanten Niveaus ist die auf das Kerosin übertragene Hitze umso geringer, je niedriger das Niveau ist und demgemäß sind auch die Verdampfung und die Hitzeabgabe umso geringer.

Bei einer Vorrichtung konstanter Strömung wird die^Strömung auf den Hitzebedarf (innerhalb der Kapazität des Brenners) eingestellt. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit die Verdampfungsgeschwindigkeit übersteigt, wird das Niveau ansteigen, wodurch die Verdampfungsgeschwindigkeit vergrößert wird, bis ein Gleichgewicht erreicht ist.

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Ein Prototyp eines Laboratoriums^ mvSf Kerosinbrenners, bei welchem die Konstruktion 3 mit der Konstruktion B kombiniert ist, ist in Fig. 4 dargestellt. Ein Prototyp eines Laboratoriums-Gasbrenners, der Fig. 4 ähnlich ist, aber in der Auslaßzone eine Anordnung von regelmäßigen Sechsecken aufweist, wurde ebenfalls hergestellt. Bei diesem Brenner sind die Verbrennungsluftrohre in der in Fig. 2 gezeigten Weise angeordnet. Weitere konstruktive Einzelheiten dieser Brenner sind die folgenden:

Beide Brenner weisen eine sechseckige Anordnung von 19 Kupfer-Nickelrohren auf, welche in der Einlaßzone in sechseckige Paßstücke eingesetzt sind, mit welchen die Wände verlötet sind, um eine flüssigkeitsdichte Endfläche zu erhalten. Der zylindrische Teil jedes Rohres hat einen Innendurchmesser von 4,8 mm und einen Außendurchmesser von 5,3 mm. Der gesamte Querschnitt jeder Matrize beträgt

ungefähr 5*4 cm .

Der Sasbreimer hat eine Höhe von 70 mm und die Rohre sind in der Auslaßzone in eine sechseckige Schablone eingesetzt, um Gasdurchlässe mit einer Breite von ungefähr 0,5 mm vorzusehen, die sich von der Auslaßfläche ungefähr 7 mm nach unten erstrecken. Die Bohrungen der Verbrennungsluftrohre nehmen angrenzend an die Verbrennungszone 79$ des Oberflächenbereichs des Brenners ein.

Beim Kerosinbrenner hat die Matrize eine Höhe von 55 mm und die Verbrennungsluftrohre haben in der mittleren Zone und in der ganzen Auslaßzone einen gleichbleibenden Querschnitt, so daß die Bohrungen der Verbrennungsluftrohre angrenzend an die Verbrennungszone 64$ des Oberflächenbereichs des Brenners einnehmen.

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Beide Brenner wurden unter Laboratoriumsbedingungen mit natürlichem Zug betrieben, wofür ein zylindrischer Schornstein aus Glas mit 50 cm Höhe und 5 cm Innendurchmesser verwendet wurde. Es wurde auch erzwungener Zug verwendet (indem Luft aus einem Laboratoriumsvorrat durch die Verbrennungsluftrohre geblasen wurde), um Schornsteine von anöerer Höhe vorzutäuschen.

In der nachstehenden Tabelle sind die Ergebnisse der Versuche angegeben, bei welchen Kerosin im Kerosinbrenner und Methan im Gasbrenner verbrannt wurde.

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Tabelle

Zug	Brennstoff	Kerosin	Wärme abgabe kcal/h/m²	Druck abfall mm Wassersäule	Verhältnis von Luft zu Brennstoff	Methan	Wärme abgabe kcal/h/m²	Druckabfall' mm Wassersäule	Verhältnis von Luft zu Brennstoff	*	•
Maximum erzwungen Minimum	722887 281340	0,2 0,050	2,0 4,5	132855 234450	) 0,25 0,025	1,0 1,2
Maximum natürlich Minimum	468900	0,075	3,0	566587 234450	0,075 0,025	1,06 1,2

Aus der vorstehenden Tabelle ergibt sich:

Das "Verhältnis von Luft zu Brennstoff" gibt die Luftmengen an, die in Bezeichnungen der stöchiometrischen Menge gemessen sind.

Das "Maximum" bezeichnet die größte Wärmeabgabe, die unter den angegebenen Bedingungen erzielt werden konnte.

Das "Minimum" bezeichnet die geringste Wärmeabgabe, die erzielt weiden konnte, ohne daß der Brenner erlosch.

Für Kerosin unter natürlichem Zug war nur eine Wärmeabgabe (weder Maximum, noch Minimum) verfügbar.

Fig. 5 veranschaulicht einen gasbeheizten Wassererhitzer, der für die Verwendung als Zentralheizungsanlage geeignet ist und der einen Brenner 20 enthält.

Der Brenner 20, welcher in der in Fig. 1 gezeigten Weise ausgebildet ist, ist am Boden eines Verbrennungsraumes 21 angeordnet, der auch einen Wärmetauscher 25 enthält. Das (in der Zeichnung nicht dargestellte) Hitzeregelsystem ist das für Gasanlagen übliche. Es enthält in der Wasserauslaßleitung 24 einen Thermostaten, welcher ein Gasabsperrventil in der erforderliehen Weise betätigt. Eine Zündflamme ist

entzündung für die Wiedergewinnung vorgesehen.

Während des Gebrauchs ist der Brenner 20 über eine Vorrichtung 26 konstanten Drucks mit einem Brennstoffgasvorrat verbunden und der Verbrennungsraum 21 ist durch seinen Auslaß 29 mit einem Schornstein verbunden. Der Brenner erhält seine Verbrennungsluft aus einer Luftkammer 22 und

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die heißen Gase werden aurcft aas von aer Verbrennungswärme erhitzte Wasser erzeugt, das in den Leitungen 24 und 25 umläuft.

Eine Anlage der beschriebenen Art (mit einem Brenner von 27 cm Länge, 4 cm Breite und 7 cm Höhe) wurde erprobt, wobei Methan und Stadtgas als Brennstoff verwendet wurde. Das Stadtgas weist eine veränderliche Zusammensetzung auf, enthält aber stets einen hohen Prozentsatz Wasserstoff, gewöhnlich mehr als 50 Volumj^i-#. Infolge seines hohen Wasserstoffgehalts hat das Stadtgas eine hohe Flammengeschwindigkeit. Methan hat eine niedrige Plammengeschwindigkeit aber ungefähr den doppelten Heizwert von Wasserstoff.

Die Anlage wurde (zu verschiedenen Zeiten) sowohl mit Methan als auch mit Stajtfdtgas unter einem konstanten Druck von 50 mm Wassersäule betrieben. Pur beide Brennstoffe wurden der gleiche Brenner und die gleiche Vorrichtung konstanten Drucks ohne irgendwelche Neueinstellung derselben verwendet. Zwecks Anpassung an die verschiedenen Heizwerte wurde eine (in der Zeichnung nicht dargestellte) mit einer öffnung versehene Scheibe zwischen die Vorrichtung 26 konstanten Drucks und den Brenner 20 eingesetzt. Dies⁹ wurde von einer großen öffnung bei der Verwendung von Stadtgas auf eine öffnung mit der halben Querschnittsfläche bei der Verwendung von Methan verändert. Abgesehen von dieser geringfügigen Abänderung arbeitete der Brenner mit beiden Brennstoffen gleich gut und es wurde eine Wärmeabgabe von ungefähr 10080 kcal/h erzielt, von denen ungefähr 7660 kcal/h auf das Wasser übertragen wurden. Dieser Versuch Veranschaulicht die Tatsache, daß der gleiche Brenner in gleicher Weise mit beiden gasförmigen Brennstoffen wirkdam arbeitet, die eine hohe Plammengeschwindigkeit und eine niedrige Plammengeschwindigkeit aufweisen. In beiden Fällen arbeitete der Brenner während des Betriebs lautlos.

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Schieber wird _mlt_tels einer Zurüoteieheinriohtung 28

^BrennStoffs *> *« Brennstoff*™^ tragen

Eine ^ ««*-.

der "Erfindung ist In Fig. 6 dargestellt. Bei dieser Vorrichtung wird kalte Luft durch den elektrisch angetriebenen Ventilator 30 aus einem biegsamen Rohr 31 angesaugt und einer Heizeinheit 32 zugeführt. Die Heizeinheit 32 enthält einen Brenner 33 der vorstehend beschriebenen Art. Dieser Brenner ist derart angeordnet, daß die durch den Ventilator 30 zugeführte Luftströmung durchjidie Verbrennungsluftrohre des Brenners 33 hindurchgeht. Die Brennstoffkammer des Brenners 33 ist mit einem Brennstoffgasvorrat, z.B. der Propangasflasche 34 verbunden. Wenn das Gas aus den Brennstoff durchlassen austritt, wird dasselbe in der zugeführten Luft verbrannt. In dieser Anlage wird eine große Menge überschüssiger Luft verwendet, so daß das Ergebnis.der Verbrennung die Zuführung warmer Luft ist, die durch das biegsame Rohr 35 der gewünschten Verwendungsstelle zugeführt wird. In dieser Anlage können auch Brenner für flüssigen Brennstoff verwendet werden, vorausgesetzt, daß die Achsen der Verbrennungsluftrohre senkrecht gehalten werden.

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Ein Brenner der in Pig. 1 gezeigten Art wurde auch in einer (in der Zeichnung nicht dargestellten) Strahlungshitze abgebenden Anlage erprobt. Diese war in der üblichen Weise ausgebildet, bei welcher der Brenner unterhalb von Elementen aus keramischem Material angeordnet ist, die während des Gebrauchs auf Rotglut erhitzt werden. Der Brenner gemäß der Erfindung zeigte sowohl mit Stadtgas, als auch mit Methan eine zufriedenstellende Leistung.

Bei dem in den Fig. 7 und 8 (in größerem Maßstab als in den übrigen Figuren) dargefetellten Gasbrenner ist die Konstruktion 2 mit der Konstruktion A kombiniert. Die Ausbildung des Brenners ist ähnlich jener des Kerosinbrenners gemäß Fig. 3 (d.h. mit zylindrischen Verbrennungsluftrohren 11 von gleichbleibendem Querschnitt, die in Löchern einer Lufteinlaßzonenplatte befestigt sind). Es ist eine Auslaßzonenplatte 40 hinzugefügt, welche mit den Verbrennungsluftrohren 11 zusammenwirkt, um Brennstoffauslaßdurchlässe 41 zu bilden, welche die Brennstoffströmung in die Luftströmung lenken. Wie Fig. 7 zeigt, ist die AuslaßBonenplatte 40 mit Löchern versehen, wellehe eine ähnliche Größe aufweisen und in der gleichen Weise angeprdnet sind, wie die Bohrungen der Verbrennungsluftrohre

Eine der Auslaßzonenplatte 4o ähnliche Prallwand kann in Verbindung mit der in Fig. 2 gezeigten sechseckigen Anordnung verwendet werden, wobei die Löcher in der Platte sechseckig statt kreisförmig sind. Obwohl die beiden Konstruktionen einander ähnlich sind, besteht ein ^richtiger Unterschied zwischen der Funktion der Auslaßzonenplatte 40 und der Prallwand. Die Auslaßzonenplatte 40 wirkt mit den Verbrennungsluftrohren 11 zusammen, um die Brennstoffauslaßdurchlässe 4l zu begrenzen und die Abmessungen dieser Durchlässe regeln die Strömungsgeschwindigkeit des Brennstoffs und den Druckabfall. Bei der Prallwand hingegen

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werden die Brennstoffauslaßdurchlässe 15 durch das Zusammenwirken der Wände der Verbrennungsluftrohre begrenzt und deren Abmessungen regeln den Druckabfall und die Strömungsgeschwindigkeit des Brennstoffs. Die Prallwand hat keinen wesentlichen Einfluß auf diese Strömungsparameter und dient lediglich dazu, die Brennstoffströmung abzulenken, so daß sich dieselbe mit der aus den Verbrennungsluftrohren austretende^uft mischt.

Bei dem in Fig. 9 gezeigten Brenner ist die Konstruktion mit der Konstruktion A kombiniert. Der Brenner weist eine Auslaßzonenplatte 40 auf, in welcher die Verbrennungsluftrohre 11 in flüssigkeitsdichter Weise abgedichtet sind, d.h. die Ausbilkdung der Auslaßzone ist ähnlich jener, der Lufteinlaßzone. Die Brennstoffauslaßdurchlässe haben die Form von öffnungen 42, d.h. sie bestehen aus kleinen Löchern, welche in die Auslaßzonenplatte gebohrt und in einem sechseckigen Muster zwischen den Verbrennungsluftrohren angeordnet sind. Beim Gebrauch des Brenners treten Brennstoffstrahlen mit verhältnismäßig großer Geschwindigkeit aus den öffnungen 42 aus und diese Bewegung veranlaßt das Gas in der Vebr^nn-iingszone, sich vom Brenner weg zu bewegen, wodurch das Ansaugen unterstützt wird.

Ein Prototyp eines Laboratoriumsbrenners der in Fig. 9 dargestellten Art wurde unterhalb eines Schornsteins von 125 mm Höhe erprobt, wobei in zwei getrennten Versuchen Methan und Stadtgas als Brennstoff verwendet wurde. Der Brenner bestand aus J8 zylindrischen Rohren von gleichbleibendem Querschnitt, deren Innendurchmesser 4,5 mm betrug. Die Rohre waren in abwechselnden Reihen von 8 und 7 Rohren angeordnet, um einen rechteckigen Brenner von 26 mm Breite, 45 nun Länge und 19 mm Höhe zu erhalten. In die Auslaßzonenplatte waren 60 Löcher gebohrt, von denen jedes einen

x) und deren Außendurchmesser 5 mm 009821 /0049

Durchmesser von 0,5 mm aufwies und die in einem sechseckigen Muster zwischen den Verbrennungsluftrohren angeordnet
waren, wie in Fig. 9 gezeigt ist. Unterhalb eines Schornsteins von 150 mm Höhe lieferte der Brenner seine maximale Wärmeabgabe mit einem Druckabfall von 0,05 mm Wassersäule quer zu den Verbrennungsluftrohren. Für Methan betrug die maximale Wärmeabgabe

664*75 kcal/h/m*,

für ρ

Stadtgas 701500 kcal/h/πΤ

Die vorstehend beschriebenen Brenner sind kompakt, d.h. sie weisen eine gute Wärmeabgabefläche auf, sie wirken mit einem niedrigen Luftdruckabfall quer zur Matrize und sie können mit einer großen Zahl von Brennstoffen und mit Mengen überschüssiger Luft betrieben werden. Außerdem können sie in einer großen Zahl von Formen hergestellt werden.

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Claims

RA.74D 539-38.1Z67

Ansprüche

1. Brenner für strömende Brennstoffe, der eine Vielzahl von Verbrennungsluftrohren aufweist, welche durch eine Brennstoffkammer mit Brennstoffauslaßdurchlässen hindurchgehen, wobei die Teile derart angeordnet sind, daß beim Gebrauch des Brenners die Verbrennungsluftrohre Luft und die Brennstoffauslaßdurchlässe Brennstoff in eine Verbrennungs· zone fördern, um die Verbrennung aufrechtzuerhalten, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung jedes Verbrennungsluftrohres an der Mündung in die Verbrennungszone eine

ρ Querschnittsfläche von 0,01 - 1 cm aufweist und daß die

Bohrungen der Verbrennungsluftrohre angrenzend an die Verbrennungszone wenigstens 25$ der Brenneroberfläche einnehmen.

2. Brenner für strömende Brennstoffe, der eine Vielzahl von Verbrennungsluftrohren aufweist, welche durch eine Brennstoffkammer mit Brennstoffauslaßdurchlässen hindurchgehen, wobei die Teile derart angeordnet sind, daß beim Gebrauch des Brenners die Verbrennungsluftrohre Luft und die Brennstoffauslaßdurchlässe Brennstoff in eine Verbrennungs zone fördern, um eine Diffusionsflamme aufrechtzuerhalten, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung jedes Verbrennungsluftrohres an der Mündung in die Verbrennungszone eine

2 Querschnittsfläche von 0,01 - 1 cm aufweist und daß die

Bohrungen der Verbrennungsluftrohre angrenzend an die Verbrennungszone wenigstens 25$ der Brenneroberfläche einnehmen.

j5. Brenner für strömende Brennstoffe, der eine Vielzahl von Verbrennungsluftrohren aufweist, welche durch eine Brennstoffkammer mit Brennstoffauslaßdurchlässen hindurchgehen, wobei die Teile derart angeordnet sind, daß beim

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Gebrauch des Brenners die Verbrennungsluftrohre Luft und

die Brennstoffauslaßdurchlässe Brennstoff in eine Verbrennungs-

zone fördern, um eine Diffusionsflamme aufrechtzuerhalten.

4. Brenner nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der mittlere Teil ,jedes Verbrennungsffuftrohres zylindrisch ist.

5. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Verbrennungsluftrohre parallel zueinander angeordnet sind.

6. Brenner für gasförmige Brennstoffe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsluftrohre in Löchern einer Auslaßzonenplatte befestigt sind, welche eine Wand der Brennstoffkammer bildet und welche mit Brennstofföffnungen versehen ist, durch die beim Gebrauch des Brenners Gasstrahlen austreten, deren Bewegung die Ansaugung des Brenners unterstützt.

7. Brenner für gasförmige Brennstoffe nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet:, daß die Verbrennungsluftrohre mit Löchern in einer Auslaßaonenplatte in Eingriff stehen, welche eine Wand der Brennstoffkammer bildet,

wobei die Löcher eine solche Größe aufweisen, daß durch

das Zusammenwirken der Löcher und der Wände der Verbrennungs-

luftrohre Brennstoffauslaßdurchlässe gebildet werden.

8. Brenner nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßzonenplatte derart angeordnet ist, daß dieselbe während des Gebrauchs des Brenners den ausströmenden Brennstoff in die aus den Verbrennungsluftrohren austretende Verbrennungsluft lenkt.

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9. Brenner nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßzonenplatte mit Brennstofföffnungen versehen ist, durch die beim Gebrauch des Brenners Gasstrahlen austreten, deren Bewegung die Ansaugung des Brenners unterstützt,

10. Brenner nach einem der Ansprüche 1-5* dadurch gekennzeichnet, daß die Wände der Verbrennungsluftrohre zusammenwirken, um die Brennstoffauslaßdurchlässe zu bilden.

11. Brenner für gasförmige Brennstoffe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Querschnittsfläche jedes Verbrennungsluftrohres in der Auslaßzone erweitert, um schmale Brennstoffauslaßdurchlässe zu bilden.

12. Brenner nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche der Verbrennungsluftrohre in der Auslaßzone konformen Vielecken entspricht.

15. Brenner nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielecke aus gleichseitigen Dreiecken, Vierecken und regelmäßigen Sechleken bestehen.

14. Brenner für flüsslgeji Brennstoffe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsluftrohre in der Auslaßzone und im Inneren der Brennstoffkammer die gleiche Querschnittsfläche aufweisen.

15. Brenner für flüssige Brennstoffe nach einem der Ansprüche 1 - 5", 10 oder l4, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner aus keramischem Material hergestellt ist.

16. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsluftrohre flüssigkeitsdicht in Löchern einer Lufteinlaßzonenplatfee befestigt sind, welche eine Wand der Brennstoffkammer bildet,

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17. Brenner nach einem der Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichneti,. daß sich der Querschnitt Jedes Verbrennungsluftrohres in der Lufteinlaßzone erweitert, so daß sich ihre Wände in flüssigkeitsdichter Weise berühren.

18. Brenner für flüssige Brennstoffe nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsluftrohre aus Zylindern gleichbleibenden Querschnitts bestehen, welche flüssigkeitsdicht in Löchern einer Lufteinlaßzonenplatte befestigt sind, die eine Wand der Brennstoffkammer bildet, wobei die Zwischenräume zwischen den Verbrennungsluftrohren die Brennstoffauslaßdurchlässe bilden.

19. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner mit einer Prallwand versehen ist, welche oberhalb der Brennstoffdurchlässe angeordnet ist und die Brennstoffströmung in die Strömung der Verbrennungsluft ablenkt, oder mit einer Prallwand, welche oberhalb der Verbrennungsluftrohre angeordnet ist und die Strömung der Verbrennungsluft in die Brennstoffströmung ablenkt.

20. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen der Verbrennungsluftrohre angrenzend an die Verbrennungszone wenigstens 50$ der Brenneroberfläche einnehmen.

21. Verbrennungsanlage, welche einen Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche enthält, der in einer Verbrennungskammer angeordnet ist, welche mit einem Schornstein verbunden werden kann.

22. Verbrennungsanlage nach Anspruch 21, welche auch einen Wärmetauscher enthält, der so angeordnet ist, daß derselbe die heißen Oase aufnimmt, die vom Brenner erzeugt werden, wenn derselbe entzündet ist.

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25. Warmlufterhitzer, der ein Gebläse enthält, das kalte Luft aus einer entsprechenden Quelle aufnimmt und dieselbe über einen Brenner nach einem der Ansprüche 1-20 einer gewünschten Stelle zuführt.

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