DE19509854C2 - Heizvorrichtung zum Verbrennen von zugeführtem Brennstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Entsprechende Vorrichtungen, wie etwa Mischzündeinrichtungen mit einer Ölzerstäubungs­ vorrichtung bzw. einer Gasverbrennungseinrichtung mit einem diese Ölzerstäubungsvorrich­ tung bzw. Gasverbrennungsvorrichtung umgebenden Rohr, das als Flammrohr bezeichnet wird, sind hinlänglich bekannt. Das Flammrohr weist um seinen Umfang verlaufende ring­ förmige Einschnürungsabschnitte oder Aufweitungsabschnitte auf. Aufgrund dieser Konstruk­ tion ist die Temperaturverteilung innerhalb des Flammrohrs bezogen auf den gesamten Durch­ messer, gleich.

Aufgrund dieser bekannten, generell verwendeten Ausführung der gattungsgemäßen Vorrich­ tung bzw. des gattungsgemäßen Einsatzes treten lokal in einer Heizvorrichtung sehr hohe Temperaturen auf, die zu einem vergleichsweise sehr hohen Anteil an Stickoxiden in dem Verbrennungsgas bzw. in dem Abgas führen.

Die DE 42 31 788 A1 zeigt einen Brenner mit einem Mischrohr, einer Stauscheibe und einem zusätzlichen Ringkörper, der im Mündungsbereich der Stauscheibe angeordnet ist. Der Ring­ körper ist separat ausgebildet und ist innerhalb des Mischrohres festzulegen. Durch die Hinzu­ fügung des Ringkörpers soll eine Stufenverbrennung mit einer unterstöchiometrischen Primär­ zone mit verstärkter innerer Rezirkulation und einer überstöchiometrischen, abgasreichen Sekundärzone erreicht werden. Hierdurch soll die Bildung von Brennstoff-NO_x und thermi­ schem NO_x verringert werden.

Die DE OS 22 28 719 offenbart eine Stauscheibe, bei der eine zusätzliche Zufuhr von Luft über Schlitze in der Stauscheibe ermöglicht wird.

Demgegenüber ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Brenner gemäß der DE 42 31 788 A1 dahingehend weiter zu bilden, dass zum einen der Ausstoß an Stickoxyden weiter verringert ist und zum anderen insbesondere während der Anlaufphase des Brenners kein übermäßigen Anlaufvibrationen entstehen können.

Die DE 24 15 036 C2 offenbart eine Brennkammer für eine Gasturbine mit einem Flammrohr, das nach innen gerichtete Lamellen aufweist, die in der Brennstoffausstoßrichtung radial ein­ wärts verlaufen. Der Brennstoff wird ohne Zwischenschaltung einer Stauscheibe einem Flammbereich im Flammrohr zugeführt, die durch die Lamellen stromabwärts begrenzt wer­ den soll.

Diese Aufgabe wird durch eine Heizvorrichtung mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß der Erfindung werden durch die Unteransprüche defi­ niert.

Die gemäß der Erfindung zu erzielenden Vorteile beruhen darauf, daß das Flammrohr in Brennstoff-Ausstoßrichtung bzw. stromabwärts der Brennstoff-Ausstoßeinrichtung erstreckte Lamellen aufweist, die zumindest teilweise in unterschiedlichen Entfernungen zu der Brenn­ stoff-Ausstoßeinrichtung enden, wobei die Lamellen zur Achse der Brennstoff- Ausstoßeinrichtung hin zumindest teilweise radial einwärts ausgerichtet sind. Hierdurch wird in einem ersten Bereich eine Verengung des Querschnitts des Flammrohres erzeugt, der dazu führt, daß zugeführtes Verbrennungsgas bzw. Luft zusammen mit Heißgasen zum Flammen­ inneren geleitet wird, wodurch ein Sauerstoffmangel erzeugt wird. Durch diesen Sauerstoff­ mangel wird die Flammenkerntemperatur gesenkt und der Anteil an thermischen Stickoxiden wird wirksam verringert.

Durch eine weitere in einer größeren Entfernung zur Brennstoff-Ausstoßeinrichtung endende Lamellen gebildete zweite Zone wird ein weiterer Teil des benötigten Verbrennungsgases bzw. der benötigten Verbrennungsluft zugeführt, so daß der Flamme der erforderliche Verbrennungssauerstoff portionsweise über eine vergrößerte Strecke zugeführt wird. Folglich wird zwar die für eine vollständige und effektive Verbrennung erforderliche Luft- bzw. Sauer­ stoffmenge zugeführt, jedoch über einen mit technischen Mitteln verlängerten Bereich, so daß der Verbrennungsbereich verlängert wird. Hierdurch werden die maximal auftretenden Tem­ peraturen verringert und folglich lassen sich die anfallenden Mengen an thermischen Stick­ oxiden (NO, NO_x) verringern.

Wesentlich ist dabei auch, daß die Verjüngungen des Flammrohres nicht als geschlossene Kegel ausgebildet sind. Hierdurch würde nämlich die Flammgeschwindigkeit im Bereich der ersten Einschnürung so stark ansteigen, daß die Flammgeschwindigkeit größer wäre als die Zündgeschwindigkeit des Brennstoff-Luftgemisches. Dieses würde dazu führen, daß die Flamme von der Brennstoff-Ausstoßeinrichtung bzw. von dem erwünschten Bereich abhebt und sich die Verbrennung kaum noch in einem wünschenswerten Umfange regulieren ließe.

Durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes Flammrohr ist es möglich, die Summe der sich ergebenden Gasströmungsgeschwindigkeiten zu verkleinern, obwohl die Luftgeschwindigkeit im Bereich der durch zumindest einige der Abschnitte gebildeten ersten Einschnürung ziem­ lich hoch ist. Dies liegt daran, daß die Geschwindigkeit der Luft bzw. der Verbrennungsgase dort, wo die Lamellen Öffnungen freilassen, stark herabgesetzt ist. Damit vermag die hohe Strömungsgeschwindigkeit nicht auf die Flamme zurückzuwirken, so daß sich die Flamme in dem gewünschten und gegebenenfalls optimalen Bereich halten läßt und nicht dazu tendiert, sich von dem optimalen Bereich zu lösen.

Erfindungsgemäß sind die Lamellen in Brennstoff-Ausstoßrichtung der Brennstoff- Ausstoßeinrichtung zumindest teilweise unterschiedlich lang, wobei die betreffenden Lamellen vorzugsweise in Gruppen im wesentlichen gleich lang sind. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die jeweiligen Lamellen in zwei Stufen gleich lang sind und somit in zwei Gruppen aufgeteilt werden. Gegebenenfalls könnten auch noch weitere Gruppen, z. B. eine dritte Gruppe oder Stufe von im wesentlichen gleich ausgebildete Lamellen, vorgesehen sein, eventuell bei größeren Heizvorrichtungen.

Unterschiedlich lange Gruppen oder Stufen mit den betreffenden Lamellen lassen sich auch dadurch einstellen, daß die Lamellen zumindest teilweise unterschiedlich weit einwärts ausge­ richtet bzw. einwärts gebogen sind.

Ganz erhebliche Vorteile lassen sich dadurch erzielen, daß die in einer unterschiedlichen Ent­ fernung von der Brennstoff-Ausstoßeinrichtung endenden Lamellen über eine umlaufende ringförmige Erstreckung in Umfangsrichtung miteinander verbunden sind. Hierbei können entweder die zu vorderst endenden Lamellen mittels eines Ringes, Zylinders oder dergleichen zusammengefaßt werden oder die hinteren Lamellen können entsprechend zusammengefaßt werden.

Werden die Lamellen mittels eines derartigen Ringes oder Zylinders oder dergleichen zusam­ mengefaßt, so ergibt sich hierdurch eine Stabilisierung der Lamellen, so daß die Lamellen während des Betriebes durch thermische Einflüsse weder ausgelenkt noch in den Positionen beeinflußt werden können. Zudem wird durch diese Ausbildung erreicht, daß die Luftaustritt­ ströme getrennt werden. Dabei wird der Luftaustrittstrom, der durch die am wenigsten weit nach vorne erstreckten Lamellen erzeugt wird, nach innen gelenkt und der Luftaustrittstrom, der durch die am weitesten nach vorne gezogenen Lamellen erzeugt wird, wird nach außen gelenkt.

Eine besonders vorteilhafte Anordnung ergibt sich dadurch, daß die Erstreckung bzw. der Ring an der radial nach innen gerichteten Kante der jeweiligen Lamellen angeordnet wird. Dabei sind die Lamellen vorteilhafterweise in zwei unterschiedlich weit von der Brennstoff- Ausstoßeinrichtung endende Gruppen unterteilt.

Ist die Erstreckung bzw. der Ring auf der kürzeren Lamellengruppe angeordnet, so kann die Trennung der Luftaustrittströme noch günstiger ausfallen. Dabei kann sich die äußere Luft von den kurzen Lamellen besser mit der inneren Luft der am weitesten nach vorne erstreckten Lamellen verbinden.

Weisen sämtliche Gruppen von gleich langen Lamellen eine entsprechende Erstreckung bzw. einen entsprechenden Ring oder Zylinder auf, so lassen sich die erwähnten Vorteile für be­ stimmte Anwendungen noch verbessern.

Besonders vorteilhaft ist eine Kombination unterschiedlich langer und unterschiedlich weit einwärts ausgerichteter Lamellen, die gegebenenfalls Gruppierungen mit unterschiedlichen Stufen ergeben können.

Die einzelnen Lamellen können kontinuierlich und/oder diskontinuierlich gleichermaßen oder unterschiedlich geformt bzw. einwärts ausgerichtet sein. Erfindungsgemäß ist im Bereich des Flammrohres vor der bzw. im Verlauf der Brennstoff-Ausstoßeinrichtung, nachfolgend Öl- bzw. Gaseinspritzdüse, kurz "Düse" genannt, mindestens ein Staukörper angeordnet. Dieser Staukörper weist vorteilhafterweise in Fortsetzung der Brennstoff-Ausstoßeinrichtung der Düse eine im wesentlichen mittige Öffnung auf, durch die der Brennstoff bzw. eine diesem entsprechende Flamme hindurchtreten kann. Durch diesen auch als Stauscheibe zu bezeich­ nenden Staukörper wird dafür gesorgt, daß im Bereich vor der Stauscheibe eine Druckerhö­ hung, und im Bereich hinter der Stauscheibe eine Druckerniedrigung auftritt, die in Verbin­ dung mit der Erfindung dazu führt, den Verbrennungsbereich noch weiter auseinanderzuzie­ hen, indem durch den zusätzlichen Unterdruck, der auch dazu geeignet ist, die Flamme an einem vorgegebenen Punkt zu halten, der Verbrennungsbereich noch weiter auseinandergezo­ gen wird, wodurch die maximal auftretenden Temperaturen weiter gesenkt werden können, was die Erzeugung von Stickoxiden weiter verringern kann.

Dabei muß zwischen dem Staukörper und dem Flammrohr vorteilhafterweise ein hinrei­ chender Abstand bleiben, um für die Zufuhr einer hinreichenden Menge an Verbrennungsgas bzw. Verbrennungsluft dienen zu können.

Der Staukörper kann vorteilhafterweise einen in Brennstoff-Ausstoßrichtung bzw. in Längs­ erstreckungsrichtung der Brennstoff-Ausstoßeinrichtung erstreckten zylinderförmigen bzw. konischen oder trichterartigen, sich vorzugsweise erweiternden Bereich aufweisen. Hierdurch läßt sich die besagte Unterdruckzone stärker ausprägen, was dazu führt, daß die Flamme im Bereich des Staukörpers bzw. der Stauscheibe festgehalten wird. Die genannten Effekte lassen sich noch dadurch verstärken, daß der zylinderförmige bzw. konische oder trichterartige Be­ reich sich zumindest teilweise in Brennstoff-Ausstoßrichtung unterschiedlich weit erstreckende Teilbereiche aufweist. Weitere Verbesserungen lassen sich beispielsweise dadurch erzielen, daß der Staukörper um die im wesentlichen mittige Öffnung herum gegebenenfalls mit dieser mittigen Öffnung verbundene Ausnehmungen aufweist.

Durch die genannten Ausgestaltungen des Staukörpers, die in einer bestimmten, jedoch belie­ bigen Kombination zur Anwendung kommen können, lassen sich einerseits die Flamme an einem bestimmten Punkt im Brennraum fixieren und andererseits derart auseinanderziehen, daß die Spitzentemperatur in der Flamme gesenkt wird, wodurch der Anteil an Stickoxid im Abgas gesenkt werden kann.

Anstelle eines erfindungsgemäß ausgebildeten Flammrohres können auch mehrere Flammroh­ re, die ähnlich oder gleichermaßen ausgebildet sind, zum Einsatz gelangen. Dabei kann ein Flammrohr das andere Flammrohr umgeben bzw. kann ein Flammrohr von mehreren anderen Flammrohre umgeben werden. Auch ist es zu bevorzugen, wenn zwischen den einzelnen Einsätzen Freiräume bzw. Kanäle verbleiben, über die Verbrennungsgas bzw. Verbrennungs­ luft zugeführt werden kann.

Versuche haben gezeigt, daß es besonders vorteilhaft ist, wenn die Lamellen des erfindungs­ gemäß ausgebildeten Flammrohre in wenigstens zwei Stufen aufgeteilt sind, und die den je­ weiligen Stufen zugeordneten Lamellen im wesentlichen gleich ausgebildet sind. So kann eine erste Stufe aus kürzeren, in einem vorgegebenen Maße nach innen gebogenen Lamellen beste­ hen, während die zweite Stufe aus längeren, ebenfalls nach innen gebogenen Lamellen beste­ hen kann. Hierdurch wird der Bereich, über den hinweg der Flamme Verbrennungsluft zuge­ führt wird, erstreckt. Außerdem wird, wie bereits darauf hingewiesen wurde, ein erster Be­ reich mit einer Sauerstoffunterversorgung erzeugt, was dazu führt, daß die Spitzentemperatu­ ren in der Flamme gesenkt werden, wodurch bei der Verbrennung weniger Stickoxide erzeugt werden.

Versuche haben gezeigt, daß es besonders vorteilhaft ist, wenn der Abstand zwischen der hintersten Vorderkante des Staukörpers in Brennstoff-Ausstoßrichtung der Brennstoff- Ausstoßeinrichtung, und dem stromabwärtig vordersten Ende jeweilig vergleichbar ausgebil­ deter Lamellen oder jeweiligen Stufen, etwa gleich dem 0 bis etwa 0,5-fachen des Durchmes­ ser D des Flammrohres ist.

Ferner haben umfangreiche Versuche gezeigt, daß der Durchmesser des in Brennstoff- Ausstoßrichtung der Brennstoff-Ausstoßeinrichtung vorderen Endes der Lamellen, die jeweils in etwa gleich ausgebildet sind, bzw. der Lamellen der ersten Stufe, etwa gleich dem 0,7- bis etwa 1,3-fachen des Durchmessers des Staukörpers betragen sollte. Der entsprechende vor­ teilhafte Abmessungsbereich der zweiten Stufe liegt zwischen dem 0,7- bis 1,7-fachen des Durchmessers des Staukörpers.

Besonders vorteilhaft ist es darüber hinaus, wenn die erfindungsgemäße Heizvorrichtung mit mindestens einer Gebläseeinrichtung ausgestattet ist, die dem Brennraum ein Verbrennungsgas bzw. Verbrennungsluft zuführt. Dabei wird durch die Luftströmung bevorzugt vor der Stau­ scheibe ein Überdruck erzeugt, während hinter der Stauscheibe ein Unterdruck erzeugt wird. Das Flammrohr mit seinen vorzugsweise in Gruppen wenigstens im wesentlichen gleicherma­ ßen ausgebildeten Lamellen sorgt für eine stromabwärtig verteilte Zuführung der Verbren­ nungsluft, mit den oben aufgeführten vorteilhaften Konsequenzen. Dabei steht die für die Verbrennung erforderliche Luft mit einem Druck von etwa 4 bis 30, vorzugsweise 6 bis 20 Millibar, an dem Staukörper bzw. der Stauscheibe an. Für kleinere Brennerleistungen reicht ein geringerer Überdruck aus, während für größere Brennerleistungen ein höherer Überdruck bzw. der daraus resultierende Unterdruck zu bevorzugen ist, um die Flamme in dem er­ wünschten, vorgegebenen Bereich festzuhalten.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert, wobei weitere Vorteile und Merk­ male gemäß der Erfindung offenbart werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine aufgeschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäß ausgestalteten Flammroh­ res;

Fig. 2 eine Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Flamm­ rohres in einer Frontalansicht;

Fig. 3 eine Fig. 1 entsprechende Ansicht, wobei anstelle einer Öleinspritzdüse (Fig. 1) eine Gaszuführeinrichtung angeordnet ist;

Fig. 4 ein Flammrohr mit einem alternativ ausgebildeten Staukörper in einer aufgeschnit­ tenen Seitenansicht;

Fig. 5 ein erfindungsgemäßes Flammrohr in einer Frontansicht, wobei diese Figur auf Abmessungsverhältnisse gerichtet ist;

Fig. 6 in einer aufgeschnittenen Seitenansicht eine Ausführungsform eines Flammrohres mit einer zusätzlichen Rezirkulationseinrichtung;

Fig. 7 eine aufgeschnittene Seitenansicht einer Ausführungsform eines Flammrohres mit einem Stabilisationsring;

Fig. 8 eine aufgeschnittene Seitenansicht einer Ausführungsform eines Flammrohres mit einem unterschiedlich angeordneten Stabilisationsring; und

Fig. 9 eine aufgeschnittene Seitenansicht einer Ausführungsform eines Flammrohres mit mehreren Stabilisationsringen.

In den Figuren sind funktionsgleiche bzw. in ihrer Funktion zumindest im wesentlichen über­ einstimmende Bestandteile in der Regel mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

In Fig. 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Flamm­ rohres mit der Bezugsziffer 1 gekennzeichnet. Das Flammrohr 1 umgibt eine Stauscheibe 2, eine Ölzerstäubungsdüse 4 und eine Zündeinrichtung 3.

Das erfindungsgemäße Flammrohr 1 weist zwei Gruppen von wenigstens im wesentlichen gleich ausgebildeten Lamellen 10, 12 auf, die von einem Grundkörper 11 ausgehen. Die La­ mellen 10 sind stromabwärtig zu der Ölzerstäubungsdüse 4 kürzer als die Lamellen 12 der zweiten Gruppe bzw. zweiten Stufe des erfindungsgemäß ausgebildeten Flammrohres 1.

Die Lamellen 10 weisen einen ersten aus der Wandung des Flammrohres 1 abgewinkelten Abschnitt 10a auf, der über eine kontinuierliche Rundung in einen zweiten, weiter nach innen gebogenen Abschnitt 10b übergeht. Die Lamellen 10 enden an ihrem in Längserstreckungs­ richtung der Ölzerstäubungseinrichtung bzw. Düse 4 vorderen Ende 10c. Die von hinten zuge­ führte Luft wird über die Lamellen 10 in das Innere eines Brennraumes geführt, in dem dieses Flammrohr 1 angeordnet ist. Dabei sind die Lamellen 10 so ausgebildet, daß nicht hinreichend viel Luft nach innen geleitet wird, um die zu der zugeführten Menge an Brennstoff passende Menge an Verbrennungsluft zuzuführen, wodurch in einem definierten Bereich ein Sauer­ stoffmangel entsteht, der dazu führt, daß der zugeführte Brennstoff dort, wo er ansonsten, falls eine hinreichende Luftzufuhr vorhanden wäre, nicht vollständig verbrannt wird. Hier­ durch werden die Verbrennungstemperaturen gesenkt und es werden weniger Stickoxide er­ zeugt.

Die Lamellen 12 sind in dem Bereich, in dem die Lamellen 10 bereits einwärts in Richtung auf eine Symmetrieachse des Flammrohres gebogen sind, noch unverändert in Erstreckungs­ richtung des Grundkörpers des Flammrohres 1 ausgerichtet. Mit anderen Worten, ein Teilab­ schnitt 12a einer jeden Lamelle 12 läßt den Luftstrom der zugeführten Verbrennungsluft in einem Bereich, in dem die Lamellen 10 bereits wirksam sind, im wesentlichen noch un­ beeinflußt. Später, in einem Lamellenbereich 12b, sorgen die Lamellen 12 dafür, daß ein weiterer Anteil der Verbrennungsluft nach innen abgelenkt wird. Endabschnitte 12c der La­ mellen 12 sorgen letztendlich dafür, daß der weitere Anteil der Verbrennungsluft ebenfalls nach innen geleitet wird, wodurch die noch für die wenigstens im wesentlichen vollständige Verbrennung des zugeführten Brennstoffes erforderliche Verbrennungsluft zugeführt wird, wodurch die noch nicht verbrannten Anteile des Brennstoffes nachverbrannt werden können.

Vorteilhaft ist es, soweit zwischen den ersten Lamellen 10 und zweiten Lamellen 12 Schlitze (s. Fig. 1) vorhanden sind, diese zu verschließen oder bei der Herstellung der Lamellen dafür zu sorgen, daß sich keine Schlitze bilden. Bestehende Schlitze können z. B. durch Anschwei­ ßen von Blechen verschlossen werden. Schlitze können ansonsten durch geeignete plastische Verformung der Flammrohrwand vermieden werden.

Würde die Gruppe der ersten Lamellen 10 und die Gruppe der zweiten Lamellen 12 jeweils als geschlossene Trichter bzw. Kegel ausgebildet werden, so würde die Flammengeschwin­ digkeit im Bereich der Einschnürung so stark steigen, daß die Flammengeschwindigkeit grö­ ßer wäre als die Zündgeschwindigkeit des Öl-Luft-Gemisches bzw. eines Gas-Luft-Gemisches (siehe Fig. 3). Dies würde zum Abheben der Flamme führen, was undefinierte Bedingungen hervorrufen würde.

Die Stauscheibe 2 weist ein wenigstens in etwa mittiges Loch bzw. eine mittige Öffnung 2a auf, durch die Brennstoff hindurchtreten kann. Ein Abschnitt 2b dient als Hindernis für einen von hinten kommenden Strom der Verbrennungsluft. Dieser kann im wesentlichen senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Düse 4 oder stromabwärts stark konisch aufgeweitet bzw. nach außen hin etwas zurückweichend ausgebildet sein. Das heißt, der Abschnitt 2b ist aus der Radialebene von der Öffnung 2a ausgehend mit einem Winkel oberhalb von 0°, vorzugsweise ca. 5° bis 15° oder 20° ausgelenkt. Auch größere Winkel bis zu 35° und darüber hinaus sind verwendbar. Der an den Abschnitt 2b anschließende Abschnitt 2c weist zur Radialebene vor­ zugsweise einen Winkel von etwa 50° bis 90° auf. An diesen Abschnitt 2b schließt sich bei etwa 2/3 des Radius des Flammrohres 1 ein weitere Abschnitt 2c an. Dieser ist in Erstre­ ckungsrichtung der Düse 4 stromabwärts leicht konisch aufgeweitet und von etwa derselben Länge wie der Abschnitt 2b. Zwischen dem aufgeweiteten Ende des Abschnitts 2c und der Innenseite des Flammrohres 1 besteht ein Abstand von vorzugsweise etwa 1/12 des Innen­ durchmessers des Flammrohres 1, wobei dieser Abstand in etwa zwischen 1/10 und 1/14 des Innendurchmessers dieses Flammrohres 1 liegen kann. Die Abschnitte 2c des Staukörpers bzw. der Stauscheibe 2 sorgen dafür, daß die an der Stauscheibe vorbeigeleiteten Anteile der Verbrennungsluft in den Wirkbereich der Lamellen 10, 12 gelangen.

Die von hinten, beispielsweise mittels eines Ventilators zugeführte Verbrennungsluft, steht an dem Abschnitt 2b der Stauscheibe 2 an. Hier entsteht in der Brennstoff-Ausstoßrichtung vor der Stauscheibe eine Überdruckzone, in der ein Überdruck vorzugsweise zwischen 6 und 20 Millibar herrschen kann. Ein Teil der Luft wird durch die Öffnung 2a der Stauscheibe 2 ge­ leitet, während die verbleibenden Mengen der Verbrennungsluft durch den Zwischenraum zwischen der Stauscheibe 2 und dem Flammrohres 1 hindurchgeleitet werden. In der Brenn­ stoff-Ausstoßrichtung hinter der Stauscheibe 2 bzw. hinter dem Abschnitt 2b entsteht eine Unterdruckzone, die dazu führt, daß die Flamme an einem vorgegebenen Punkt festgehalten werden kann. Dementsprechend wird die Stauscheibe auch als Flammenhalter bezeichnet. Der durch die Stauscheibe 2 entstehende Unterdruck wird in einem erstreckten Bereich durch die geteilte Zufuhr von Verbrennungsluft über die Lamellen 10, 12 ausgeglichen, und der Raum, in dem ansonsten die Verbrennung des Brennstoffes ablaufen würde, ist in Längserstreckungs­ richtung über einen größeren Bereich erstreckt, wobei die Verbrennungstemperaturen und damit der Anteil an Stickoxiden stark reduziert wird.

Der Fig. 2 ist zu entnehmen, daß die Lamellen 10 weiter nach innen gebogen sind, während die Lamellen 12 auf einem größeren Durchmesser angeordnet sind. Je nach Art der Heizein­ richtung, bei der das erfindungsgemäße Flammrohres verwendet werden soll, können die Lamellen 10, d. h. die kürzeren Lamellen, auch weniger weit nach innen gebogen sein, insbe­ sondere weniger weit als die längeren Lamellen 12.

Im Inneren, zwischen den Lamellen 10, 12 des Flammrohres 1, ist der Staukörper bzw. die Stauscheibe 2 zu erkennen. Zwischen dem Rand 2d der Stauscheibe 2 und dem durch die La­ mellen 10 vorgegebenen Durchmesser ist in der Draufsicht noch ein geringer Abstand verblie­ ben. Jedoch können die Lamellen 10 auch weiter nach innen gebogen sein, so daß hier in der Draufsicht der Freiraum zwischen dem Flammrohres 1 und der Stauscheibe 2 nicht mehr zu erkennen ist. Entsprechendes kann auch für die Lamellen 12 gelten.

In dem Fall der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 und 2 sind die Lamellen 10, 12 gleich groß. Es ist jedoch auch ohne weiteres möglich, die Lamellen 10 größer oder kleiner auszu­ bilden als die Lamellen 12, um bestimmte Effekte bei der Steuerung der Strömung der Verbrennungsluft zu erzielen.

Die Stauscheibe 2 weist mehrere Ausnehmungen 2e auf, über deren Dimensionierung der hinter der Stauscheibe entstehende Unterdruck bzw. der vor der Stauscheibe entstehende Ü­ berdruck, wie auch die hinter der Stauscheibe zur Verfügung stehende Menge an Verbren­ nungsluft, zusätzlich einstellbar sind.

In der Fig. 3 sind prinzipiell das Flammrohr 1 bzw. die Stauscheibe 2 gleichermaßen ausge­ bildet, wie die betreffenden Teile gemäß den Fig. 1 und 2.

Anstelle der Ölzerstäubungsdüse 4 ist jedoch eine Gasdüse 5 mit einer Vielzahl von Öffnungen vorgesehen. Ein Teil der Öffnungen ist noch vor der Stauscheibe angeordnet, während ein Teil dieser Öffnungen, durch die der gasförmige Brennstoff hindurchtreten kann, hinter der Stauscheibe 2 liegt. Es ist jedoch auch möglich, sämtliche Öffnungen der Düse 5 hinter der Stauscheibe 2 anzuordnen, oder die Öffnungen der Düse 5 in einer anderen Art und Weise vor oder hinter der Stauscheibe anzuordnen. Es ist lediglich erforderlich, die Luftzufuhr in einer entsprechenden Art und Weise zu steuern, indem beispielsweise die Öffnung 2a oder andere Bestandteile der Stauscheibe 2 anders dimensioniert werden, oder der Freiraum zwischen der Stauscheibe 2 und dem Flammrohr 1 anders dimensioniert wird. Dementsprechend können auch die Lamellen 10 und 12 derart dimensioniert werden, daß eine andere Anordnung der Düse 5 möglich wird. Entsprechendes gilt auch für die Ausführungsform gemäß den Fig. 1 und 2 bzw. die Düse 4.

In der Fig. 4 ist abweichend von der Ausführungsform gemäß Fig. 1 eine Stauscheibe 2 mit zylinderförmigen Seitenwänden 2c vorgesehen. Die zylinderförmigen Seitenwände 2c verlau­ fen in einem rechten Winkel zu dem Abschnitt 2b der Stauscheibe 2. Der Abschnitt 2c der Stauscheibe weist erstreckte Abschnitte 2f auf, so daß das Ende 2d der Stauscheibe 2 in der Brennstoff-Ausstoßrichtung einmal weiter erstreckt ist und einmal eine geringere Erstreckung aufweist. Hierdurch läßt sich die Strömung der Verbrennungsluft zusätzlich beeinflussen und damit der Unterdruckbereich jenseits der Stauscheibe 2 einstellen.

Wie zu erkennen ist, beginnen die einzelnen Lamellen 10, 12 allesamt entlang der gleichen Ursprungslinie 14. Sofern die Lamellen durch Ausschneiden oder Herausstanzen aus dem Material des Grundkörpers des Flammrohres 1 hergestellt werden, ist dieses zu bevorzugen. Sofern jedoch das Material gezogen wird, kann die Ursprungslinie der Lamellen 10 gegenüber der Ursprungslinie der Lamellen 12 auch in Längserstreckungsrichtung, d. h. stromabwärtig, versetzt sein.

Der Abstand zwischen der hinteren Endlinie 2d der Stauscheibe 2 und dem vorderen Ende 10c der Lamellen 10 kann erfahrungsgemäß bevorzugt ungefähr 0 bis 0,5 mal dem Durchmesser des Flammrohres 1 betragen.

Wie aus der Fig. 5 zu erkennen ist, kann die Teilung der Lamellen des Flammrohres bzw. der jeweiligen Gruppen bzw. Stufen von Lamellen von 4 bis 24 oder sogar darüber hinausgehen. Der Innendurchmesser der längeren Lamellen 12 kann zwischen dem 0,5- und dem 1,5-fachen des Durchmessers der Stauscheibe 2 liegen. Der bevorzugte Bereich liegt zwischen dem 0,7- und dem 1,3-fachen des Durchmessers der Stauscheibe 2. Der Innendurchmesser, der durch die Lamellen 12 gebildet wird, kann etwa von dem 0,5- bis zu dem 2-fachen des Durchmes­ sers der Stauscheibe 2 angelegt sein, wobei jedoch ein Bereich vom 0,7- bis 1,7-fachen des Durchmessers der Stauscheibe 2 bevorzugt wird.

Der Fig. 6 ist zusätzlich noch ein Überrohr 20 zu entnehmen, das dazu dient, die in der Brennkammer vorhandenen Gase aufgrund der Flammengeschwindigkeit bzw. des durch die Flamme bewirkten Gasstroms rezirkulieren zu lassen. Diese Maßnahme kann zu einer zusätz­ lichen Nachverbrennung von Brennstoffresten führen. Das Überrohr 20 kann dabei in etwa den gleichen Durchmesser wie das Flammrohr 1 aufweisen oder aber einen etwas größeren Durchmesser als der Grundkörper des Flammrohres 1 aufweist. Auch ein etwas kleinerer Durchmesser könnte durchaus als zweckmäßig angesehen werden, wobei auch das Überrohr 20 mit den Lamellen 10, 12 entsprechenden Lamellen versehen sein könnte.

Während bei den vorstehenden Ausführungsformen nur jeweils zwei Gruppen von Lamellen 10, 12 beschrieben worden sind, ist es auch ohne weiteres möglich, eine dritte oder weitere Gruppen von wenigstens im wesentlichen gleich ausgebildeten Lamellen mit einer unter­ schiedlichen Längserstreckung vorzusehen.

Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung aus dem Flammrohres 1, der Stauscheibe 2 und der Düse 4 bzw. 5, die auch als Verbrennungskopf bezeichnet werden könnte, ist unter anderem in einer ganz wesentlichen Reduzierung des Anteils an Stickoxiden zu sehen.

Der für ein erfindungsgemäßes Flammrohr bzw. einen erfindungsgemäßen Verbrennungskopf zu veranschlagende Aufwand ist demgegenüber verhältnismäßig gering, so daß eine Kos­ ten/Nutzenanalyse ganz eindeutig zugunsten des Nutzens ausfällt. Das erfindungsgemäße Flammrohr läßt sich in sehr wirtschaftlicher Weise auch bei herkömmlichen Heizbrennern einsetzen. Die Umbauarbeiten, die hierfür erforderlich sind, sind nur sehr gering und lassen sich gegebenenfalls durch eine entsprechende Modifikation des erfindungsgemäß ausgebildeten Flammrohres in der Regel zum größten Teil erledigen.

In Fig. 7 ist eine Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, die hin­ sichtlich der Anordnung und Ausführung des Flammrohres 1, der Stauscheibe 2 und der Zündeinrichtung 3 bzw. der Brennstoffdüse 4 vergleichbar ausgebildet ist, wie die Ausfüh­ rungsform gemäß Fig. 1. Anstelle der Ausführungsform gemäß Fig. 1 können natürlich auch entsprechende Ausbildungen gemäß den Fig. 3, 4 oder 6 herangezogen werden, um die im folgenden erörterte wesentliche technische Änderung vorzusehen.

Gemäß Fig. 7 ist auf den länger erstreckten Lamellen 12 an der vorderen, einwärts gerichteten Kante 12d der Lamellen 12 ein Ring 28 vorgesehen, der im wesentlichen starr mit jeder der Lamellen 12 dieser Lamellengruppe verbunden ist. Der Ring 28 wirkt sowohl auf die Luft­ ströme als auch auf die Flamme und die mechanische Stabilität des Flammrohres 1 selbst sta­ bilisierend. Dabei ist der Ring 28 vorzugsweise geschlossen ausgebildet.

Durch diese sehr vorteilhafte Ausbildung ist es möglich, einerseits den Bereich, in dem die Verbrennung auftritt, zu strecken, wodurch eine perfektere Verbrennung erzielt wird, und andererseits ist es möglich, in einem durch den Ring 28 vorgegebenen Bereich eine besonders strikte Führung der Flamme zur Verfügung zu stellen, die aber durch die axialen Zwischen­ räume zwischen den kürzeren Lamellen 10 und den längeren Lamellen 12 zumindest be­ reichsweise wieder aufgelöst werden kann.

Bei der in Fig. 8 dargestellten Ausführungsform ist ein dem Ring 28 entsprechender Ring 26 an den kürzeren Lamellen 10 festgelegt. Auch hierdurch werden die in Verbindung mit Fig. 7 erörterten und auch in der Beschreibungseinleitung dargelegten Vorteile erzielt.

Bei der in Fig. 9 dargestellten Ausführungsform sind beide Gruppen von Lamellen 10, 12 mit entsprechenden Ringen 26, 28 ausgestattet, so daß die erörterten Wirkungen verstärkt werden können bzw. kombiniert werden können.

Bezugszeichenliste

1

Flammrohr

2

Staukörper, Stauscheibe

2

a mittige Stauscheibenöffnung

2

b Hindernisabschnitt der Stauscheibe

2

2

c Abschnitt der Stauscheibe

2

, zylindrische Seitenwand

2

d Rand der Stauscheibe

2

, Endlinie

2

e Ausnehmungen

2

f Erstreckte Abschnitte der Stauscheibe

2

3

Zündeinrichtung

4

Ölzerstäubungsdüse

5

Düse, Gasdüse

10

,

12

Lamellen

11

Grundkörper

10

a abgewinkelter Lamellenabschnitt, Abschnitt einer Lamelle

10

10

b gebogener Lamellenabschnitt, Abschnitt einer Lamelle

10

10

c vordere, einwärts gerichtete Kante einer Lamelle

10

12

a Teilabschnitt einer Lamelle

12

12

b Lamellenbereich einer Lamelle

12

12

c Endabschnitt einer Lamelle

12

12

d vordere, einwärts gerichtete Kante einer Lamelle

12

14

Ursprungslinie

20

Überrohr

26

Ring

28

Ring

Claims (16)

1. Heizvorrichtung zum Verbrennen von zugeführtem Brennstoff, mit einem Staukörper (2),
mit einem Flammrohr (1)
mit einem vorzugsweise zylindrischen Grundkörper (11) und
mit dem Grundkörper (11) zugeordneten Lamellen (10, 12),
dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die Lamellen (10, 12) aus dem Grundkörper (11) in der Brennstoff-Ausstoßrichtung herauslaufen, wobei diese Lamellen (10, 12) stromabwärtig einer Brennstoff- Ausstoßvorrichtung am Flammrohr (1) und zumindest teilweise in unterschiedlichen Entfernungen von einer Brennstoff-Ausstoßvorrichtung (4, 5) enden, und
• b) in der Brennstoff-Ausstoßrichtung der Brennstoff-Ausstoßvorrichtung zumindest teilweise unterschiedlich lang erstreckt sind, und
• c) an ihren stromabwärtigen Enden zumindest teilweise radial einwärts verlaufen.

2. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (10, 12) zumindest teilweise unterschiedlich weit einwärts in Richtung auf die Mittelachse und/oder Symmetrieachse des Grundkörpers (11) des Flammrohrs (1) ausgerichtet sind.

3. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (10, 12) kontinuierlich und/oder diskontinuierlich radial einwärts ausgerichtet sind.

4. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (10, 12) gleichermaßen oder unterschiedlich geformt radial einwärts ausgerichtet sind.

5. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die stromaufwärtigen und/oder stromabwärtigen Lamellen (10, 12) über eine umlaufende ringförmige Einrichtung (26, 28) in Umfangsrichtung miteinander verbunden sind.

6. Heizvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Einrichtung(en) (26, 28) als Ring bzw. als radial und/oder axial zum Grundkörper (11) erstreckter Zylinder ausgebildet ist.

7. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Einrichtung (26, 28) an der radial nach innen gerichteten Kante (10c, 12d) der jeweiligen Lamellen (10, 12) angeordnet sind.

8. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Staukörper insbesondere eine Stauscheibe (2) im Bereich des Flammrohrs (1) stromabwärts der Brennstoff-Ausstoßvorrichtung (4) angeordnet ist.

9. Heizvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Staukörper (2) und dem Flammrohr (1) ein Freiraum angeordnet ist.

10. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Staukörper (2) einen in der Brennstoff-Ausstoßrichtung der Brennstoff-Ausstoßvorrichtung (4, 5) erstreckten zylinderförmigen und/oder konischen oder trichterartigen, sich vorzugsweise stromabwärtig erweiternden Bereich (2c) aufweist.

11. Heizvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich (2c) in der Brennstoff-Ausstoßrichtung der Brennstoff-Ausstoßeinrichtung (4, 5) sich unterschiedlich weit stromabwärtig erstreckende Teilbereiche (2f) aufweist.

12. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Staukörper (2) mit um die im wesentlichen mittige Öffnung (2a) herum angeordneten, in diese hineinlaufende Ausnehmungen (2e) versehen ist.

13. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in Fortsetzung des Grundkörpers des Flammrohrs (1), vorzugsweise teilweise überdeckend, ein Überrohr (20) vorgesehen ist.

14. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der stromabwärtigen Kante (2d) des Staukörpers (2) und dem in Längserstreckungsrichtung vorgesehenen Ende (10c) der Lamellen (10), etwa 0 bis etwa 0,5mal dem Durchmesser D des Flammrohrs (1) beträgt.

15. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser, insbesondere der radial inneren Enden (10c) der Lamellen, die durch die kürzeren Lamellen (10) gebildet sind, in etwa gleich dem 0,7- bis 1,3-fachen des Durch­ messers des Staukörpers (2) ist.

16. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser, der durch die radial inneren Enden der längeren Lamellen (12) gebildet ist, etwa gleich dem 0,7- bis 1,7-fachen des Durchmessers des Staukörpers (2) ist.