Brenner für die flammenlose Verbrennung von gasförmigen, mit Verbrennungsluft
gemischten Brennstoffen Die Erfindung bezieht sich auf einen Brenner für die flammenlose
Verbrennung von gasförmiLgen, mit Verbrennungsluft gemischten Brennstoffen mit einer
eine Vielzahl von in StrÖmungsrichtung der Gase verlaufenden Kanäle enthaltenden
Brennerplatte aus insbesondere keramischem Material.Burners for the flameless combustion of gaseous, with combustion air
mixed fuels The invention relates to a burner for the flameless
Combustion of gaseous fuels mixed with combustion air with a
containing a plurality of channels extending in the direction of flow of the gases
Burner plate made in particular of ceramic material.
Bei einem bekannten Brenner dieser Art sind in einer keramischen Platte
zahlreiche zylindrische Kanäle eingearbeitet, die einander so weit wie möglich genähert
sind, so daß der verbleibende 1--laterialquerschnitt des Brennerabschlusses außerordentlicH
klein wird im Verhältnis zu seiner Gnesamtoberfläche. Auf diese- Weise kommt man
einerseits zu einer großen Gesamtkühlflache durch die Vielzahl der Kanalwandungen
und andererseits zu kleinen Wärmeleitquerschnitten des 1,zeramischen Materials,
so (la_P) an der Eintrittsseite- in die Brennerplatte eine genngend tiefe Gemischtemperatur
gewährleistet ist, um ein Zurückschlagen der Flamme zu vermeiden. Die Verbrennung
ist dabei in die Ger-nischwege'selbst verlegt, so daß die Oberfläche
der
Platte zum Glühen kommt. Diese Brenner sind jedoch nur für begrenzte Abstrahlungsleistungen
einzusetzen, weil die eigentliche strahlende Oberfläche der Brennerplatte, die nach
Abzug der freien Lochquerschnitte verbleibt, verhältnismäßig klein ist. Da die abgestrahlte
Warm,--menge dieser Fläche proportinal ist, wird tatsächlich umso weniger Warme,
abgestrahlt, je mehr die einzelnen Gemischkanäle einander genähert sind,
was jedoch zur Herabsetzung der Wärmeleitquerschnitte und Vergrößerung der Kühlflächen
bei diesem Brenner erforderlich ist. Die Lage der Verbrennungszone in den Gemischkanälen
verändert sich dabei je nach der temperaturabhängi-en Zündgeschwindigkeit
und der Strömungsgeschwindigkeit. Da lediglich die Strömungsgeschwindigkeit beeinflußt
werden kann, muß man hierbei weiterhin den Gemischdruck besonders sorgfältig einstellen.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen Brenner der einleitend
beschriebenen Art zu schaffen, der eine wesentlich größere Wärmemenge abzustrahlen
vermag und gegen Gemischdruckschwankungen gleichzeitig, wesentlich unelhpfindlicher
ist. Insbesondere soll dabei auch eine größere Beaufschlagung mit einem brennfähigen
Gas möglich sein, so daß auch die für die Abstrahlungsleistung noch wesentlichere
Temperatur der außenseitige Brennerplatte erhebl:#h gesteigert werden kann. Dies
wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch erreicht, daß sich die in der Drennerplatte
vorgesehenen KancIle in ihren
austrittsseitigen Al)sc'#'lrlitten allmählich zunehmend er#"yeitern.
Dabei. ist es besonders vorteilhaft, wenn die Kanalerweiterung
in Form eines ii-eai,ativen Rotationsparaboloides ausgeführt
sind.
InsFesamt haben die Kanäle hierbei also einen lang.-estreckten
zylindrischen Verlauf, an clensich der erweiterte Abschnitt
anschließt. Durch die Art der Trweiterung-, wird. dabei erreicht,
dan es zu einem etwa lineareng kontinuierlichen Druckabfall
Koinnt. Die Flamme verbrennt dabei nicht, wie bei den bel<annten
Ausfilinrungen, in de.- zylindrischen Yanalabschnitt, sondern
in
dessen --ich allmällilich erweiternden ALscAnitt. Zugleich
ergibt
sich schon als Folge dieser Erveiterungen, daß die einzelnen
-c auch einen erlieblich -i,i#ßereri Abstand im Vers-leich
zu
een bell-annteri qrcnnerri 1-..esitzen. Dadurcii wird die abstrahlende
't-"Lriifl-#2c-rie der L) '3re-nnerpl#-#itte einscliließlich
der auf sie
Wandfl:Ichen der Lrweiterungen gleichfalls erheb-
lich y-r,'IP,er, sc daß' eine erhebliche, dieser Gesa-r.itfl21c1-ic
j,rorortinncilc! junahine der Abstrahlung orfollg t. Da andererseits
z-lindrischen 4"'"inalabgcl#mitte nicht mehr mit der l'aßgabe
milssen, daß sich dic Verbrennungen in ihnen
vollzieht, besteht ve-iterhin die die Drennstoffbe-
-ii.ifselil-c-ic#ung erhe#I,1ich züi str.,i7c-rn', so daß auch
die Tem-
,-#2ratur der "tii-nfl"iclie we.sentlich ar-:31#,er Prewahlt
.,terden -kann.
hann 10 01 0 C ZU.)er den hei den bisherigen
Brennern
aus den erw#Ii-nten Cründen hz -renzten Temperatur liegen
und 7,.lj.
',is zu 1500 CI (#rr(--iclien. DeriZegeni#I'-,er kemmt
es weg-en dier
a-cer nur züi einer Sen-
hung des feuerungstechnisc11-len #lirIzun7#-s##rades.
Die St,'Irke der 'Brennerplatte wird im 011-ripen so
sich in Richtung, auf ihre Lintrittsfläche ein c#enügend #-,roßer
Temperaturabfall erFibt und die Zündtemperatur des
« gen
ne-misches von der Eintrittsfl-Mche nicht erreicht wird. Die
voli
den zylindrischen KanalaLsehnitten gebildeten freien Lochauer-
Gchnitte sind so bemessen, daß das Verbrennungsgemisch in ihnen
mit einer üLer se-iner 1'"*lndg(-,scli#-iin(11.F-1-1-eit liegenden
-esci-ix,.,indigkeit strörmt, -,jc'Ilirend die Karalerweiterunzen
am Aus-
trittsende aus der j-irennerrlatte einen Querschnitt besitzen,
in dem die kleiner als die
schwindigkeit ist. Die Verbrennungszone ist auf diese
',leise
iT.,imer fixiert und dabei auch weitgehend unabhangig
Druckschwankungen des Verbrennung ,sgemisches.
Die Erfindung sei weiterhin anhand der sich auf ein AusfMirungs-
beispiel beziehenden iieichnungen veranschaulicht. Darin zeigen:
Fig. 1 den neuen Brenner in seiner Gesamtanordnung,
x.?,*ilirend
FiF :,.. la ein abgewandeltes Strahlgitter und Fir.
2 und
Fig. 3 Draufsicht und Querschnitt durch die eigentliche
Brennerplatte darstellen.
Nach Fig. 1 besteht der neue rrenner aus einem Celi:luse
1" in
das ein Anschlußstutzen 2 einmilndet, der von einer mit 5jul(#i-
tungen 3 und lk f#Ir (Ias und Luft versehenen
Gemischlzammer 5
ausgeht. Im Gehäuse ist zunachst ein Verteilungssystem
6 vorgesellen, das die gleichmäßige Verteilung des Chemisches über die gesamte
Brennerfläche gewährleistet und hierzu in unter' schiedlicher Weise ausgeführt sein
kann. In die Vorderseite des Gehäuses ist die Brennerplatte 7 eingesetzt,
an die sich noch ein 4ußeres Strahlgitter 71 anschließt. Letzteres ist vor
allen Dingen für Erdgas besonders wichtig, während es aber auch bei Stadtgas durch
Steigerung der Reflektion angebracht sein kann. Die aus Fig. 2 und Fig.
3 zu erkennende Brennerplatte zeigt der Einfachheit halber nur einen Teil
der Kanäle 8" von denen :#rJer aus dem zylindrischen Abschnitt 9 und dem
Erweiterungsabschnitt 10 besteht. Infolge des verhältnismäßig großen Abstandes
der einzelnen Kanäle 8 voneinander beträgt der freie Lochquerschnitt der
zylindrischen Kanalabschnitte 9 etwa nur ein Zehntel des Wertes der bekannten
Brenner. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wurden hervorragende Abstrahlungsleistungen
bei einem günstigen Wirkungsgrad erzielt, indem der größte Durchmesser des Erweiterungsabschnittes
5,5 mm betrug, während der Durchmesser des zylindrischen Abschnittes
1 mm und die Gesamtstarke der Erennerplatte 25 mm groß waren. Mit
Rücksicht auf die hohen Temperaturen des neuen Brenners wird das Strahlgitter
71 aus einer entsprechend hochfeuerfesten Stahllegierung, oder vorteilhaft
aus einem keramischen Material mit großem Strahlungskoeffizienten hergestellt, das
jedoch keinen nennenswerten pneumatischen Widerstand bietet.
Um
die Brennerfläche so weitgehend wie möglich für die Lösung der erfindungsgemäßen
Aufgabe zu nutzen, können die Erweiterungsabschnitte 10 so ausgeführt werden,
daß sie peripher aneinandergrenzen. Die Zwischenstege, deren Erwärmung durch Leitung
sonst erst mehr oder weniger lange nach Zündung erfolgt, werden somit so klein wie
möglich, so daß der Warmeübergang durch Strahlung steigt. Die Rückzündung wird bei
dem erfindungsgemIßen Brenner insbesondere dadurch gewährleistet, daß das vorteilhaft
aus Tonerde bestehende Strahlgitter eine etwa wabenförmige Struktur besitzt, wobei
die Anzahl der Wabenzellen etwa mit der Anzahl der Kanäle übereinstimmt. Auf diese
Weise ist gewährleistet, daß etwa jeder Kanal bzw. seine Erweiterung unter dem Strahlungseinfluß
einer Wabenzellenwand liegt, so daß auch ein teilweises Erlöschen der Flammen bei
z.B. Erdgasbeheizung, verhindert wird. Es ist,sehr zweckmäßig, wenn die ungefahr
senkrecht zur Ebene der Brennerfläche stehenden Wabenzellenwände so dünn wie möglic-h
ausgeführt werden. Es kommt nämlich lediglich darauf an, daß sie eine gute Strahlungswirkung
entwickeln können, was in der Praxis dazu geführt hat, daß die genannten Lamellen
bevorzugt weniger als etwa 1/4 mm gewählt werden. Dabei ist selbstverständlichg
wie schon dargestellt wurdeg auch der pneumatische Widerstand des Strahlgitters
äußerst gering. In Fig. la ist ein derartiges Strahlgitter, das anstelle des bereits
beschriebenen Strahlgitteis 71 verwendet werden kann, mit 7't bezeichnet.In a known burner of this type, numerous cylindrical channels are worked into a ceramic plate, which are as close as possible to each other, so that the remaining material cross-section of the burner end is extremely small in relation to its total surface. In this way, on the one hand, a large total cooling surface is achieved through the large number of duct walls and, on the other hand, small heat-conducting cross-sections of the ceramic material, so (la_P) on the entry side into the burner plate, a sufficiently low mixture temperature is guaranteed to prevent the flame from flashing back to avoid. The combustion is relocated to the Gernischweg's itself, so that the surface of the plate comes to glow. However, these burners can only be used for limited radiant power because the actual radiant surface of the burner plate, which remains after subtracting the free hole cross-sections, is relatively small. Since the amount of heat emitted is proportional to this area, the closer the individual mixture channels are to each other, the less heat is emitted, which is, however, necessary to reduce the heat conduction cross-sections and increase the cooling surfaces of this burner. The position of the combustion zone in the mixture channels changes depending on the temperature-dependent ignition speed and the flow speed. Since only the flow rate can be influenced, the mixture pressure must continue to be set particularly carefully. In contrast, the invention is based on the object of creating a burner of the type described in the introduction which is able to radiate a significantly larger amount of heat and at the same time is significantly less sensitive to fluctuations in the mixture pressure. In particular, greater exposure to a combustible gas should also be possible, so that the temperature of the external burner plate, which is even more important for the radiation output, can be increased significantly. According to the invention, this is essentially achieved in that the channels provided in the drill plate are in their Exit-side Al) sc '#' suffered gradually and increasingly.
Included. it is particularly advantageous when the channel expansion
are designed in the form of a ii-eai, active paraboloid of revolution.
All in all, the channels have a long stretch
cylindrical course, at clensich the extended section
connects. By the nature of the expansion, will. achieved thereby
then there is an approximately linear, continuous pressure drop
Can. The flame does not burn, as with the bel <ants
Ausfilinrungen, in de.- cylindrical Yanal section, but in
its - gradually expanding ALscA section. At the same time results
as a consequence of these expansions that the individual
-c also an erlieblich -i, i # ßereri spacing in the verse too
een bell-annteri qrcnnerri 1 - .. sit down. Dadurcii becomes the radiating one
't- "Lriifl- # 2c-rie der L) ' 3re-nnerpl # - # itte including the one on them
Wall surfaces of the enlargements likewise
lich yr, 'IP, er, sc that' a considerable, this Gesa-r.itfl21c1-ic
j, rorortinncilc! junahine of radiation orfollg t. There on the other hand
z-Lindrian 4 "'" inalabgcl # middle no longer with the l'assgabe
need to get the burns in them
carries out, there is still the fuel
-ii.ifselil-c-ic # ung erhe # I, 1ich züi str., i7c-rn ', so that the tem-
, - # 2rature of the "tii-nfl" iclie wisely ar-: 31 #, he Prewahlt., Terden - can.
hann 10 01 0 C ZU.) he used the previous burners
from the erw # Ii-nth Cründen hz -renzten temperature and 7, .lj.
', is to 1500 CI (#rr (- iclien. DeriZegeni # I' -, he knocks it off
a-cer only for one transmitter
hung of the firing technology c11-len # lirIzun7 # -s ## wheel.
The St, 'Irke der' burner plate is like this in the 011-ripen
in the direction of your stepping surface a c # sufficient # -, larger
Temperature drop and the ignition temperature of the
« Gen
ne-mix from the entry area is not reached. The voli
free Lochauer-
Sections are sized so that the combustion mixture in them
with a üLer se-iner 1 '"* lndg (-, scli # -iin (11.F-1-1-eit lying
-esci-ix,., indigkeit flows, -, jc'Ilirend the karal extension ounces on the
the end of the j-bar has a cross-section,
in which the smaller than the
speed is. The combustion zone is on this ', quietly
iT., always fixed and at the same time largely independent
Pressure fluctuations in the combustion mixture.
The invention is further based on the reference to an execution
Example referring drawings illustrated. Show in it:
Fig. 1 the new burner in its overall arrangement, x.?,*ilirend
FiF:, .. la a modified beam grating and Fir. 2 and
Fig. 3 plan view and cross section through the actual
Represent burner plate.
According to Fig. 1 , the new racer consists of a Celi: luse 1 " in
that a connecting piece 2 merges into, which is connected by one with 5jul (# i-
lines 3 and lk f # Ir (Ias and air-provided mixture chamber 5
goes out. A distribution system 6 is first provided in the housing, which ensures the uniform distribution of the chemical over the entire burner surface and can be designed in different ways for this purpose. The burner plate 7 is inserted into the front of the housing, to which an outer jet grille 71 is connected. The latter is particularly important for natural gas, while it can also be appropriate for town gas by increasing the reflection. For the sake of simplicity, the burner plate which can be seen in FIGS. 2 and 3 shows only a part of the channels 8 ″ of which: #rJer consists of the cylindrical section 9 and the extension section 10. As a result of the relatively large distance between the individual channels 8 from one another the free hole cross-section of the cylindrical channel sections 9 is only about a tenth of the value of the known burners. In the illustrated embodiment, excellent radiation performances were achieved with a favorable efficiency, in that the largest diameter of the extension section was 5.5 mm, while the diameter of the cylindrical section was 1 mm and the overall thickness of the antenna plate was 25 mm. In view of the high temperatures of the new burner, the jet grille 71 is made of a correspondingly highly refractory steel alloy or, advantageously, of a ceramic material with a high radiation coefficient, which, however, does not have any appreciable pneuma offers resistance. In order to utilize the burner surface as extensively as possible for the solution of the object according to the invention, the extension sections 10 can be designed in such a way that they adjoin one another peripherally. The intermediate webs, whose heating by conduction otherwise takes place more or less long after ignition, are thus as small as possible, so that the heat transfer through radiation increases. In the case of the burner according to the invention, re-ignition is ensured in particular by the fact that the beam grating, which advantageously consists of alumina, has an approximately honeycomb structure, the number of honeycomb cells roughly corresponding to the number of channels. In this way it is ensured that approximately every channel or its enlargement is under the radiation influence of a honeycomb cell wall, so that a partial extinction of the flames, for example when heating with natural gas, is prevented. It is very useful if the honeycomb cell walls, which are approximately perpendicular to the plane of the burner surface, are made as thin as possible. It is only important that they can develop a good radiation effect, which in practice has led to the fact that the lamellas mentioned are preferably chosen to be less than about 1/4 mm. Of course, as already shown, the pneumatic resistance of the beam grille is extremely low. In FIG. La, such a beam grating, which can be used instead of the beam grating 71 already described, is denoted by 7't.