DE2232639A1 - Brenner - Google Patents

Description

Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E. Assmann 2232639 Dr. R. Koenlgsberger - Dlpl.-Phys. R. Holzbauer - Dr. F. Zumstein jun.

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Brenner.

Die Erfindung "betrifft Brenner für flüssige oder gasförmige Brennstoffe.

Ein Brennerelement, das zusammen mit einem Brennstoff-Fluid verwandt wird, kann Verbrennungsluft-Durchlässe aufv/eisen, die sich durch einen Tunnel zur Brennstoffzufuhr erstrecken, so daß das Ausströmen des Brennstoffes in die Verbrennung sz one¹ des Brennerelementes so erfolgen kann, daß die Verbrennungsluft mitgerissen wird.

Bei einem so konstruierten Brennerelement wird der Tunnel zur Brennstoffzufuhr zwischen zwei platten-oder streifenförmigen Teilen gebildet, die übereinander im Abstand voneinander angeordnet sind. Die Verbrennungsluft-Durohlässe werden dadurch ge-

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bildet, daß entsprechende Öffnungspaare in den zwei platten- oder streifenförmigen Teilen ausgebildet werden, und daß das Material, das wenigstens eine der Öffnungen jedes Paares von Öffnungen umgibt, zu einem rohrförmigen Vorsprung ausgebildet wird, der so angeordnet ist, daß eine Verbindung entweder mit der anderen Öffnung des Öffnungspaares oder einem rohrförmigen Vorsprung aus dem Material, das die andere Öffnung des Öffnungspaares umgibt, hergestellt ist. Brennstoffauslaß-Durchlässe sind in dem Tunnel zur Brennstoffzufuhr vorgesehen, so daß der Brennstoff von dem Tunnel in den durch die Verbrennungsluft-Durchlässe strömenden Luftstrom fließen kann. Derartige Brennerelemente sind aus der deutschen Patentanmeldung P 20 34 352.6 (britische Patentanmeldung No. 34,934/69, 34,936/69, 09,209/70, 09,211/70, 09 212/70, 23,071/70, 25,107/70 sowie 43,703/70 und 3,768/71) bekannt.

Beim Betrieb der oben beschriebenen Brennerelemente kann es notwendig sein, die Wärmeabgabe des Elementes zu begrenzen, um ein "Abheben" der Flammen zu vermeiden. Die Erscheinung des "Abhebens" tritt dann auf, wenn die Geschwindigkeit des aus dem Element strömenden Gases die Flammengeschwindigkeit des Gases übersteigt, was zur Folge hat, daß der untere Teil der Flammen von der Oberfläche des Elementes emporsteigt, so daß die Flamme instabil wird und demzufolge sich selbst auslöscht.

Andererseits kann es notwendig sein, die Wärmeabgabe des Brennerelementes zu begrenzen, um eine übermäßige Erwärmung des Materials des Elementes zu vermeiden.

Ob es die Erscheinung des "Abhebens" oder die übermäßige Erwärmung des Elementes ist, die die Wärmeabgabe des Brennerelementes begrenzt, hängt von der Art des* verwandten Brennstoffs und den konstruktiven Merkmalen des Elementes ab.

Erfindungsgemäß wurde ein Brennerelement für flüssige oder gasförmige Brennstoffe entwickelt.

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Das erfindungsgemäße Brennerelement für fluidförmige Brennstoffe umfaßt einen Tunnel zur Brennstoffzufuhr, der mit einer Vielzahl von rohrförmigen, sich durch den Tunnel erstreckenden Verbrennungsluft-Durchlässen versehen ist, wobei der Tunnel zur Brennstoffzufuhr eine Anzahl von Brennstoffauslaß-Durchlässen und ein Oberflächenteil in Form einer Platte aus Metall aufweist, das so angebracht ist, daß es sich nahe dem einen Ende der Verbrennungsluft-Durchlässe erstreckt und mit einer Vielzahl von sich vom Element nach außen erstreckenden, rohrförmigen VorSprüngen versehen ist, die der Vielzahl von Verbrennungsluft-Durchlässen entspricht.

Das Oberflächenteil kann nahe den unteren oder Einlaßenderi der Verbrennungsluft-DurchXässe angeordnet sein, um die Temperatur des Elementes durch die Verbesserung der Wärmeübertragung zwischen dem Element und der Verbrennungsluft, die in die Verbrennungsluft-Durchlässe strömt, zu verringern. Andererseits kann das Oberflächenteil nahe den oberen oder Auslaßenden der Verbrennungsluft-Durchlässe angeordnet sein, um die Plammenstabilität des Elementes zu verbessern, und die Wärmeabgabe zu erhöhen, bei der das Brennerelement ohne das Auftreten des "Abhebens" arbeiten kann. Falls gewünscht, kann ein Oberflächenteil nahe beiden Enden der Verbrennungsluft-Durchlässe vorgesehen werden, um die mit beiden Anordnungen verbundenen Vorteile zu erhalten.

Erfindungsgemäß umfaßt ein Brennerelement für fluidförmige Brennstoffe ein oberes und unteres Plattenteil, die im Abstand voneinander übereinander angeordnet und an ihren Kanten abgedichtet sind, so daß sie einen Tunnel zur'Brennstoffzufuhr dazwischen bilden, wobei die Teile mit einer Vielzahl von paarweise angeordneten Öffnungen versehen sind, von denen jedes Paar aus einer Öffnung in jedem Teil besteht, die übereinander angeordnet sind, wobei wenigstens .ein Teil aus Metallblech besteht, und das eine Öffnung jedes Paares umgebende Metallblech sich.

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als rohrförmiger Vorsprung in Verbindung mit dem Material, das die andere Öffnung des Öffnungspaares umgibt, erstreckt, wodurch eine Vielzahl von Verbrennungsluft-Durchlässen gebildet ist, die sich durch den Tunnel erstrecken, und wobei die Flächen um .die- Öffnungen von v?enigstens einem Teil den Brennstoff vom Tunnel zur Brennstoffzufuhr durchlassen, und ein Oberflächenteil aus Metallblech, das nahe einem Plattenteil angeordnet ist und mit einer Vielzahl von rohrförmigen VorSprüngen versehen ist, die den Verbrennungsluftdurchlässen entsprechen und sich vom Brennerelement nach außen erstrecken.

Im folgenden v/erden anhand der zugehörigen Zeichnung drei Beispiele für Ausführungsforcien der Erfindung näher erläutert.

Pig. 1 und 2 zeigen Querschnitte durch erfindungsgemäße Brennerelemente.

Pig. 3 ist eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes, rundes, rosettförmiges Brennerelement.

Pig. 4 ist ein Querschnitt längs der Linie X-X in Pig. 3.

Bei der in Pig. 1 gezeigten ersten Ausführungsform der Erfindung umfaßt ein Brennerelement ein oberes Metallblechteil 1 und ein unteres Metallblechteil 2, die im Abstand voneinander übereinander angeordnet und längs ihrer Kanten aneinander abgedichtet sind, so daß dazwischen ein Tunnel 3 zur Brennstoffzufuhr gebildet ist. Ein Oberflächenteil 4 ist über dem oberen Blechteil 1 liegend befestigt.

Eine Brennstoffeinlaßleitung 5 ist mit dem Tunnel zur Brennstoffzufuhr verbunden, und Brennstoffauslaß-Durchlässe 6 sind längs des Randes eines jeden der Vielzahl von Verbrennungsluft-Durchlässen 7, die sich durch den Brennstoffzufuhrtunnel zwischen dem oberen und dem unteren Blechteil erstrecken, vorgesehen.

Jeder Verbrennungsluft-Durchlaß wird dadurch gebildet, daß eine Vielzahl von Öffnungspaaren in den Blechteilen ausgebildet wird,

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eine Öffnung jedes Paares in jedem Blechteil, und dann das Material, das die Öffnungen in dem unteren Blechteil umgibt, zu rohrförmigen Vorsprüngen 8 verformt wird, die sich von dem unteren Teil auf das obere Blechteil zu erstrecken und mit entsprechenden rohrförmigen Yorsprüngen 9 aus dem Material, das die Öffnungen in dem oberen Blechteil umgibt, in Verbindung stehen, die einen etwas größeren Durchmesser haben und auf das untere Blechteil zu verlaufen.

Sich axial erstreckende Hüten 6 sind in die in radialer Richtung inneren Plächen jedes rohrförmigen Vorsprungs 9 des oberen Blechteils gezogen oder auf andere V/eise ausgebildet, so daß sie kleine Brennstoffauslaß-Durchlässe, zusammen mit den Vorsprüngen, die von dem unteren Blechteil ausgehen, bilden, wenn die Vorsprünge am oberen und unteren Bleohteil in Verbindung miteinander gebracht sind. Daher ist jeder Verbrennungsluft-Durchlaß mit einer Anzahl von Brennstoffauslaß-Durchlässen im Abstand voneinander an seinem Rand versehen, durch die der Brennstoff aus dem Tunnel während des Betriebes des Brenners in den Luftstrom fließen kann, der durch die Verbrennungsluft-Durchlässe strömt.

Das Oberflächenteil 4, das im wesentlichen mit dem oberen Blechteil identisch'ist, ?,ußer daß die rohrförmigen Vorsprünge 12 ohne Nuten ausgebildet sind, ist an dem oberen Blechteil punktgeschweißt oder auf andere Weise befestigt, so daß die rohrförmigen Vorsprünge des Oberflächenteils den Verbrennungsluft-Durchlässen entsprechen und sich vom Brennerelement nach außen-erstrecken.

Geeignete Verfahren zum Bilden der rohrförmigen Vorsprünge in die oberen und unteren Blechteile und Oberflächenteile und zum Ausbilden der Nuten in den Vorsprüngen, die sich von dem oberen Blechteil aus erstrecken, werden in der deutschen Patentanmeldung P 20 34 352.6 (der britischen Patentanmeldungen 34,939/69, 34,936/69, 09,209/70, 09,211/70, 09,212/70, 23,071/70 und 25,107/70) beschrieben.

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Beim Betrieb des Brennerelements strömt das Gas oder der Dampf des flüssigen Brennstoffes aus den schmalen Brennstoffauslaß-Durchlässen und reißt Verbrennungsluft aus dem zugehörigen Verbrennungsluft-Durchlaß mit. Das Brennstoffluftgemisch brennt mit einer Diffusionsflamme in einer Verbrennungszone über dem Oberflächenteil, und die rohrförmigen Vorsprünge des Oberflächenteils unterstützen die Stabilisierung der Diffusionsflamme.

Die Wärmeabgabe eines Brenners der oben beschriebenen Art wird durch die Höhe des Druckes bestimmt, der innerhalb des Brennstoff tunnels herrscht. Je höher der Wert dieses Innendruckes ist, umso höher ist die Geschwindigkeit des aus den Brennstoffauslaß-Durchlässen strömenden Brennstoffes, und umso höher ist die mögliche Wärmeabgabe des Brenners.

Wie im Vorhergehenden beschrieben, tritt bei Gasen mit geringer i'lammengeschwindigkeit, wie Naturgas, ein Abheben auf, wenn die Geschwindigkeit des Gases, das aus dem Brennerelement strömt, die FLammengeschwindigkeit des Gases übersteigt. Durch die Anordnung der Länge der Vorsprünge, die sich vom Oberflächenteil aus erstrecken, um die Verbrennung zu verzögern, bis die Geschwindigkeit des ausströmenden Gases auf einen Wert gefallen ist, bei dem die Verbrennung ohne ein Abheben erfolgen kann, kann ein erfindungsgeaäßes Brennerelement für einen Betrieb bei höheren Innendruckwerten, als bei einem vergleichbaren Brennerelement, das nicht mit einem Oberflächenteil versehen ist, verwandt werden.

Bei der in Pig. 2 gezeigten zweiten Ausführungsforra der Erfindung umfaßt ein Brennerelement im wesentlichen wie oben beschrieben, ein oberes und unteres Blechteil 1 und 2, die im Abstand voneinander übereinander angeordnet sind, so daß sie einen Brennstoffzufuhrtunnel 3 dazwischen bilden, und ein Oberflächenteil 10, das das untere Plattenteil überdeckt und daran befestigt ist.

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Das Oberflächenteil ist mit rohrförmigen Yorsprüngen 11 versehen, die sich vom Brennerelement nach, außen (d.h. nach unten) erstrecken. Das Oberflächenteil ist im wesentlichen mit dem unteren Blechteil identisch,·die rohrförmigen Vorsprünge 11 des Oberflächenteils sind ohne Muten ausgebildet und weisen im wesentlichen den gleichen Durchmesser, wie die rohrförmigen Yorsprünge des unteren Blechteils auf. Eine Brennstoffeinlaßleitung 5 ist mit dem Tunnel, wie bei der vorhergehenden Ausführungsform, verbunden.

Beim Betrieb des Brennerlementes strömt Gas oder der Dampf eines flüssigen Brennstoffes aus jedem der schmalen Brennstoffauslaß-Durchlässe β und reißt auf dieselbe Weise, wie es in Verbindung mit der vorhergehenden Ausführungsform beschrieben wurde, Verbrennungsluft mit, um eine Diffusionsflamme in einer Verbrennungszone über dem Oberflächenteil zu unterhalten. Die rohrförmigen Vorsprünge des Oberflächenteils unterstützen die Wärmeleitung vom Element zur Luft, die durch die Verbrennungsluft-Durchlässe strömt, wodurch die Temperatur des Brennerelement es verringert wird. Eine weitere Eigenschaft des Oberflächenteils ist die, daß die rohrförmigen Vorsprünge Turbulenzen im Luftstrom durch die Verbrennungsluft-Durchlässe erzeugen, wodurch die Gleichförmigkeit der Mischung zwischen Brennstoff und Luft verbessert und die Elammenstabilität erhöht wird.

Wenn der Brenner mit einem Gas hoher Plammengeschwindigkeit,. wie z.B. einem zusammengesetzten Gas, das einen Wasserstoffgehalt von z.B. 30^ oder mehr aufweist, neigt die Flamme dazu, auf der Oberfläche des oberen Blechteils nahe der Verbrennungszone zu sitzen, es sei.denn, daß mit sehr hohen Innendrucken zusammen mit einer Wärmeabgabe gearbeitet wird, die weit in dem Bereich liegt, der eine Überhitzung des Elementes zur Folge hat. Daher erreicht im allgemeinen das Element eine höhere Temperatur, als wenn es mit einem Gas geringer !Flammengeschwindigkeit bei einer bestimmten Wärmeabgabe betrieben wird. Die Anordnung eines

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Oberflächenteils nahe dem unteren Blechteil verbessert die Geschwindigkeit, mit der die Wärme vom oberen Blechteil abgeleitet wird, indem die Temperatur des unteren Blechteils,dem die Wärme von dem oberen Blechteil zugeleitet wird, verringert wird. Das Oberflächenteil wird durch die Luft gekühlt, die in die Yerbrennungsluft-Durchlässe strömt, wodurch das untere Blechteil durch Wärmeleitung gekühlt wird.

Die im Vorhergehenden beschriebenen Anordnungen ermöglichen es, das Elemente ohne ein Überhitzen bei einer höheren Wärmeabgabe zu betreiben, als es ohne ein Oberflächenteil der Pail wäre.

Bei einer dritten Ausführungsform der Erfindung, die in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, umfaßt ein rosettförmiges Brennerelement ein Paar von kreisrunden Metallblechteilen 1 und 2, die aneinander im Abstand voneinander und übereinander befestigt, und an ihren Kanten abgedichtet sind, um - wie im Vorhergehenden beschrieben - einen Brennstoffzufuhrtunnel 3 dazwischen zu bilden. Verbrennungsluft-Durchlässe 7 erstrecken sich durch den Brennstoffzufuhrtunnel und sind jeweils mit einer Vielzahl von sich axial erstreckenden Brennstoffversorgungs-Durchlässen 6 der im Vorhergehenden beschriebenen Art versehen. Kreisrunde Oberflächenteile 4 und 10 aus Metallblech, die den in Zusammenhang mit den zwei vorhergehenden Ausführungsformen beschriebenen und ähnlich numerierten Oberflächenteilen entsprechen, sind an den oberen und unteren Blechteilen befestigt,und eine Brennst of feinlaßleitung 5 ist an dem Rand des Brennstoffzufuhrtunnels angebracht.

Die vier kreisrunden Metallblechteile sind jeweils mit einem zentralen, rohrförmigen Vorsprung versehen und sechs rohrförmige Randvorsprünge sind symmetrisch im Umkreis um den zentralen Vorsprung angebracht.

Jedes Oberflächenteil ist an einem Blechteil des Brennstoffzu-

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furhtunnels durch Punktschweißen oder auf eine andere Weise "befestigt, und die Vorsprünge jedes Oberflächenteils weisen denselben Durchmesser, wie die Vorsprünge des angrenzenden Blechteils auf.

Beim Betrieb des Brennerelements strömt Gas oder der Dampf eines flüssigen Brennstoffes aus jedem der schmalen Brennotoffauslaß-Durchlässe und reißt Verbrennungsluft auf dieselbe Weise, wie es in Verbindung mit der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, mit, um eine Diffusionsflamme in einer Verbrennungszone über dem Oberflächenteil zu unterhalten. Die rohrförmigen Vorsprünge des oberen Oberflächenteils unterstützen die Stabilisierung der Diffusionsflamme und erhöhen die Wärmeabgabe, mit der das Brennerelement, wie im Vorhergehenden im Hinblick auf die erste Ausführungsform beschrieben wurde, ohne Abheben betrieben werden kann, und die ro.hrförmigen Vorsprünge des unteren Oberflächenteils haben die im Hinblick auf die zweite Ausführungsform beschriebene Wirkung, daß die Temperatur des Brennerelements verringert wird, und Turbulenzen im Luftstrom erzeugt werden, um die Durchmischung von Brennstoff und Luft zu verbessern.

Ein Brennerlement vom Rosett-Typ der beschriebenen Art ist in dor Lage, eine hohe Wärmeabgabe, verglichen mit bekannten Brennerelementen mit äquivalenten Oberflächen zu liefern und besonders für die Verwendung als Bauteil geeignet. Damit können mehrere Brennerelemente dieser Art leicht dadurch kombiniert werden, daß z.B. jedes einer gemeinsamen Gasversorgung angeschlossen wird, um ein zusammengesetztes Element zu bilden, das in der Lage ist, einen ausgedehnten Bereich mit den gewünschten Wärmeabgabewerten zu liefern.

Brennereiomen te der im Vorhergehenden beschric?benon Art sind billig und im Aufbau einfach und können zur Verwendung mit gasförmigen Brennstoffen oder dem Dampf eines flüssigen Brenn-

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stoffes angeordnet werden.

Obwohl bei den im Obigen beschriebenen verschiedenen Aufbaufornien beide Blechteile, die den Brennstoffzufuhrtunnel bilden, aus Metallblech gebildet sind, kann - falls gewünscht - das obere Blechteil gänzlich oder zum Teil aus porösem Metallschaum hergestellt sein. Ähnlich "können die Muten, die die Brennstoffauslaß-Durchlässe in den oben beschriebenen Aufbaufornien bilden, durch einen Ring aus porösem Metallschaum ersetzt werden, der die Verbrennungsluft-Durchlässe umgibt und durch den der Brennstoff von dem Brennstoffzufuhrtunnel strömen kann. Beispiele für Brennerelemente, bei denen ein oberes Plattenteil, das aus einen Metallschaum gebildet ist, und Metallschaumringe, die die Verbrennungsluft-Durchlässe umgeben, verwandt werden, sind in der deutschen Patentanmeldung P 20 34 352.6 (der britischen Patentanmeldung 34,934/69, 34,936/69, 09,209/70, 09,211/70, 09,212/70, 23,071/70 und 25,107/70) beschrieben.

Obwohl in den oben beschriebenen Aufbauformen die rohrförmigen Vorsprünge der Oberflächenteile so beschrieben wurden, daß sis dieselbe Querschnittogcstalt und im wesentlichen dieselbe Größe, wie die rohrförmigen Vorsprünge ihrer jeweils benachbarten Blochteile aufweisen, ist eine solche Ausführung nicht wesentlich. In der Querschnittsgestalt und der relativen Größe der Vorsprünge der Oberflächenteile und ihrer jeweils zugehörigen Blechteile können zahlreiche Änderungen vorgenommen werden.

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Claims (4)

7232639 Patentansprüche

1.) Brennerelement für fluidförmige Brennstoffe mit einem oberen und einem unteren Plattenteil, die im Abstand voneinander übereinander angeordnet und an ihren Kanten abgedichtet sind, so daß sie einen Brennstoffzufuhrtunnel dazwischen bilden, und die mit einer Vielzahl von paarweisen Öffnungen versehen sind, von denen jedes Paar eine Öffnung in jedem Teil aufweist,und die Öffnungen jedes Paares übereinander liegen, wobei wenigstens ein Teil aus Metallblech besteht und das Metallblech, das eine Öffnung jedes Paares umgibt, sich als rohrförmiger Torsprung in Verbindung mit dem Material, das die andere Öffnung dieses Öffnungspaares umgibt, erstreckt und damit eine Vielzahl von Verbrennungsluft-Durchlässen bildet, die sich durch -den Tunnel erstrecken, und wobei die Flächen wenigstes eines Teiles um die Öffnungen so ausgebildet sind,daß sie den Durchgang des Brennstoffs vom Brennstoff zufuhr teunnel erlauben, dadurch gekennzeichnet"","' ' daß ein Oberflächenteil (4) aus Metallblech nahe einem Plattenteil (1) angeordnet ist, und mit einer Vielzahl von rohrförmigen Vorsprüngen (12) versehen ist, die den Verbrennungsluft-Durchlässen (7) entsprechen und so angeordnet sind, daß sie sich vom Element nach außen erstrecken.

2. Brennerelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberflächenteil nahe dem oberen Plattenteil verläuft.

3'. Brennerelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberflächenteil nahe dem unteren Plattenteil verläuft.

4. Brenner element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

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zwei Oberflächenteile vorgesehen sind, von denen eines so angeordnet ist, daß es sich nahe dem oberen Plattenteil erstreckt, und das andere so angeordnet ist, daß es sich nahe dem unteren Plattenteil erstreckt.

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