DE2244508A1 - Brenner - Google Patents

Description

ME-108 (193^-1117)
1A-4O1

MITSUBISHI DEFKI KABUSHIKI KAISHA, Tokyo, Japan

Brenner

Die Erfindung "betrifft einen Brenner mit einer Mischkammer zum Mischen von Verbrennungsluft und Brennstoffdampf und mit einer eine Vielzahl von Plammenlöchern aufweisenden Verbrennungsplatte zwischen der Mischkammer und der Verbrennungskammer.

Bei der Konstruktion eines Brenners ist es erforderlich, die Probleme der Plammenablösung (Löschen der Flamme), des Rückschlagens der Plamme, der Rußbildung und der Geräuschbildung zu berücksichtigen. Bei der Verbrennung nimmt die Bildung von Ruß zu wenn die Zufuhr von Primärluft abnimmt. Das,Zurückschlagen und das Ablösen der Plamme hängen vom Verhältnis von Primärluft zu Brennstoff in den Plammenlöchern ab, sowie von der Geschwindigkeit der Mischung von Brennstoff und Luft. Bei gleichbleibendem Verhältnis von Primärluft und Brennstoff kommt es zu einer Ablösung und Löschung der Plamme, wenn die Geschwindigkeit der Mischung in den.Plammenlöchern sehr groß ist, während es andererseits zu einem Zurückschlagen der Plamme kommt, wenn die Geschwindigkeit der Mischung in den Plammenlöchern sehr niedrig ist. Je höher das Verhältnis von Primärluft zu Brennstoff, umso enger ist der Geschwindigkeitsbereich der Mischung von Brennstoff und Luft, innerhalb dessen weder ein Zurückschlagen noch eine Ablösung der Plamme auftritt.

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Herkömmliche Brenner, wie z. B. Bunsenbrenner, bei denen die Primärluft und die Sekundärluft getrennt zugeführt werden, sind kompliziert aufgebaut. Brenner, welche mit einer roten Flamme arbeiten, führen zu einer großen Menge Ruß. Um nun den Aufbau des Brenners zu vereinfachen und die Rußbildung zu verhindern, wurde ein Brenner vorgeschlagen, bei dem die gesamte Verbrennungsluft als Primärluft zugeführt wurde oder bei dem ein Überschuß von Primärluft über den theoretischen Wert hinaus verwendet wurde. Dabei zeigte sich jedoch bei dem vorgeschlagenen Brenner, daß die Stabilität der Flamme abnahm und daß es zum Zurückschlagen oder zum Abheben und Auslöschen der Flamme kam. Ferner zeigten die größeren Ausführungsformen dieser Brenner erhebliche Nachteile aufgrund von Geräuschbildung.

Insbesondere bei einer vollständigen Vormischung ist der Bereich der stabilen Verbrennung sehr eng, so daß bei einer Veränderung des Ausgangswiderstandes einer dem Brenner nachgeschälteten Apparatur, wie z. B. eines Wärmeaustauschers, oder bei einer Veränderung des Luftüberschußkoeffizienten der Verbrennungsluft je nach der Umgebungstemperatur eine Fluktuation der Flammengestalt auftrat und ein Rückschlagen oder ein Ablösen der Flamme oder die Bildung von niedrigfrequenten Geräuschen.

Es wurde bereits vorgeschlagen, zur Stabilisierung der Flamme die Flammenlöcher der Verbrennungsplatte fein aufzuteilen und die Verbrennungsluft mittels einer Luftklappe zu steuern. Dabei hat die Flamme die Gestalt einer laminaren Flammenströmung (18a) gemäß Fig. 2. Demgemäß ist es dabei schwierig, zu einer vollständig stabilen Verbrennung zu kommen, wenn die Umgebungstemperatur sich verändert und wenn der Ausgangswiderstand verändert wird.

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Somit ist BS Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Brenner der genannten Art zu schaffen, mit dem die Geschwindigkeit der Gasmischung aus Brennstoff und luft und die Verbrennungsreaktionsgesehwindigkeit leicht gesteuert werden können und bei dem die Verbrennung stabil gehalten werden kann und bei dem schließlich die Menge an Primärluft erhöht und die. Rußbildung vermindert werden 'kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Brenner gelöst, welcher durch ein Strömungshindernis über einem Teil der Flammenlö.cher der Verbrennungsplatte gekennzeichnet ist, so daß durch die Verbrennungsplatte hindurch tretende Gasmischung mit dem Strömungshindernis kollidiert oder welcher durch Flammenlöcher gekennzeichnet ist, welche aus einem ersten Bereich mit der Länge I₁ und dem äquivalenten Innendurchmesser d... und aus einem zweiten Bereich mit der länge I₂ und dem äquivalenten Innendurchmesser d„ an der Oberfläche bestehen, wobei d„ im wesentlichen gleich I₂ ist und die Beziehungen d„)i,5 i und O 2 i gelten, wobei der erste Bereich sich an der rückwärtigen Oberfläche öffnet und der zweite Bereich mit dem ersten Bereich in Verbindung steht und wobei auf der Verbrennungsplatte ein Drahtnetz mit mehr als 10 Maschen/2,5 cm vorgesehen ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brenners teilweise im Schnitt;

Fig. 2 eine schematische Ansicht der Gestalt der bei einem herkömmlichen Brenner gebildeten Flammen;

Fig. 3 eine schematische Ansicht der bei dem erfindungsge- ' mäßen Brenner gebildeten Flammen und

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_4 -

Fig. 4 und 5 Teilansichten des erfindungsgemäßen Brenners im Schnitt.

Fig. 1 umfaßt eine Verbrennungskammer 1 zum Verbrennen einer Gasmischung aus verdampftem Brennstoff und Verbrennungsluft, eine Heizkammer 1a für die Verbrennungsluft, welche um die Verbrennungskammer herum angeordnet ist, mit einer Wandung 2 der Verbrennungskammer 1 mit Wärmespeichervermögen, welche die Verbrennungskammer 1 bildet, mit einem Verdampfungsrohr 3 zur Verdampfung des flüssigen Brennstoffs aufgrund der gespeicherten Wärme, mit einem Heizelement 4 um der V/and 2 der Verbrennungskammer bei Beginn des Betriebs Wärme zuzuführen, mit einem Mischelement 5 in einer Mischkammer zum Mischen des verdampften Brennstoffs, welcher aus einer Sprühdüse 6 eingesprüht wird und der Verbrennungsluft, welche durch die Heizkammer 1a zum Aufheizen der Verbrennungsluft strömt, mit einer Gasmischungsleitung 7 zum Leiten der in der Mischkammer 5 gebildeten Gasmischung, mit einem Einlaß 8 zur Verbindung der Mischkammer 5 mit der Gasmischungsleitung 7, mit einem Innenzylinder 9, welcher einen Gasmischungsspeicher 10 am Boden der Verbrennungskammer 1 bildet, mit unteren Regellöchern 9a am Boden des Innenzylinders 9, welche die Gasmischungsleitung 7 mit dem Gasmischungsspeicher 10 verbinden.

Die Mischkammer umfaßt ein Mischglied 5, die Gasmischungsleitung 7 und den Gasmischungsspeicher 10. Das Bezugszeichen 11 bezeichnet einen Außenzylinder zur Trennung der Verbrennungsluftheizkaminer 1a, welche um die Verbrennungskammer 1 herum ausgebildet ist, von der Gasmischungsleitung 7. Das Bezugszeichen 12 bezeichnet eine Verbrennungsplatte mit einer Vielzahl von Flammenlöchern 12a, welche den Gasmischungsspeicher 10 von der Verbrennungskammer 1 trennt.

Das Bezugszeichen 13 bezeichnet ein Drahtnetz über der Verbrennungsplatte 12 und das Bezugszeichen 14 bezeichnet

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dreidimensionale Strömungshindernisse auf dem Drahtnetz. Die Verbrennungsplatte 12, das Drahtnetz 13 und die Strömungshindernisse 14 "bilden den eigentlichen Brenner. Das Bezugszeichen 15 bezeichnet einen Zünder und das Bezugszeichen 16 "bezeichnet ein Einlaßrohr zur Zufuhr des verdampften Brennstoffs aus dem Verdampfungsrohr 3 zur Sprühdüse 6 und das Bezugszeichen 17 "bezeichnet ein Einlaßrohr zur Zufuhr der Verbrennungsluft durch ein nicht-dargestelltes Gebläse zur Heizkammer 1a.

Im folgenden soll die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Brenners beschrieben werden. Während einer spezifischen Zeitspanne vor Beginn der Verbrennung werden ein Heizelement 4, eine nicht-dargestellte Ölpumpe und ein nicht-dargestelltes Gebläse in Betrieb gesetzt, so daß die Wandung 2 der Verbrennungskammer mittels des Heizelementes 4 aufgeheizt wird und der Verdampfer 3 erhitzt wird. Der flüssige Brennstoff wird dem Verbrennungsrohr 3 mittels der Ölpumpe zugeführt und verdampft dort aufgrund der gebildeten Wärme.

Andererseits wird die Verbrennungsluft vom Einlaß 17 zur Verbrennungsluftheizkammer 1a geleitet, wo sie erhitzt wird, worauf die Verbrennungsluft mit dem verdampften Brennstoff vermischt wird. Der Brennstoff wird durch die Sprühdüse 6 eingesprüht, wobei eine Gasmischung entsteht. Die Gasmischung wird durch den Einlaß 8 geleitet, welcher die Mischkammer 5 mit der Gasmischüngsleitung 7 verbindet, worauf die Gasmischung durch die Gasmischungsleitung 7 und die Strömungssteuerlöcher 9a zum Gasmischungsspeicher 10 gelangt. Danach wird die Gasmischung durch die Flanmenlöcher 12a der Verbrennungsplatte 12 sowie durch das Drahtnetz 13 aufgeteilt und mittels des Zünders 15 gezündet, wobei die Verbrennung in der Verbrennungskammer 1 einsetzt.

Ein Teil der Gasmischung,welcher durch die Flammenlöcher 12a der Verbrennungsplatte 12 strömt, kollidiert mit den Strömungs-

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hindernissen 14 gemäß Pig. 3, wo "bei eine turbulente Flammenströmung 18 entsteht.

Mit dem erfindungsgemäßen Brenner erreicht man eine stabile Verbrennung, obgleich das Luftüberschußverhältnis über dem theoretischen Wert der Verbrennungsluft 1,0 beträgt, während das Luftüberschußverhältnis bei herkömmlichen Vorrichtungen 1,4 beträgt. Während des Betriebs kollidiert die Gasmischung mit den Strömungshindernissen 14, wobei um die Strömungshindernisse 14 herum ein Bereich negativen Drucks ausgebildet wird, wodurch die Gasmischung angesaugt wird und zu einer turbulenten Strömung um die Strömung und die Flamme durch chemische Reaktion führt, gemäß den Pfeillinien. Die Konzentration an Ionen wird erhöht und die Geschwindigkeit der durch die Flammenlöcher 12a erfolgenden Strömung und die Geschwindigkeit der Verbrennungsreaktion werden gesteuert.

Die Figuren 4 und 5 zeigen Querschnitte des Brenners einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Die Flammenlöcher der Verbrennungsplatte 120 bestehen aus ersten Bereichen 41 und aus zweiten Bereichen 42. Die ersten Flammenlochbereiche 41 öffnen sich zur rückwärtigen Seite der Verbrennungsplatte 120 hin und jeder der ersten Flammenlochbereiche hat eine Tiefe I₁ und einen Innendurchmesser dp. Die zweiten Flammenlochbereiche 42 öffnen sich zur Vorderseite der Verbrennungsplatte 120 hin und jeder zweite Flammenlochbereich hat eine Länge 1« und einen Innendurchmesser d_?.

Das Phänomen des Ablösens und Auslöschens der Flamme und des Zurückschiagens der Flamme wurde oben diskutiert. Gemäß Figuren 4 und 5 wird die Gasmischung durch die ersten Flammenlochbereiche 41 mit dem Durchmesser d.. getrieben und kollidiert mit dem Drahtnetz 13 und wird durch dieses

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Drahtnetz 13 fein aufgeteilt, so daß feine Flammen mit geringeren Verbrennungsgeräuschen stromab vom Drahtnetz 13 gebildet werden. Wenn ein derartiger Brenner verwendet wird, so hängt die Rückschlaggrenze von dem Innendurchmesser d. des ersten Flammenlochbereiches 41 ab. Die Grenze des Ablösens der flamme kann durch die Wirkung des Drahtnetzes 13 über den durch die Innendurchmesser d. und dp der ersten und zweiten Flammenlochbereiche 41, 42 gesetzten Grenzwert heraufgesetzt werden. Die zweiten Flammenlochbereiche 42 dienen als Raum zum Entspannen der Strömung der Gasmischung durch die ersten Flammenlochbereiche 41. Bei der Ausführungsform gemäß den Figuren 4 und 5 gelingt es unter der Bedingung dp ^1,5 d.. den Rückschlagsbereich der Gasmischung mit theoretischem Mischungsverhältnis auf etwa 1/3 herabzusetzen. Wenn die Bedingung 1. £ 2 d. gilt, so kann eine unstabile Verbrennung aufgrund einer Veränderung des Verbrennungsdrucks oder Zünddrucks oder dergleichen vermieden werden, so daß eine vollständig stabile Verbrennung erreicht wird. Es wurde festgestellt, daß die Wirkung des Drahtnetzes sehr groß ist, wenn dieses mehr als 10 Maschen/2,5 cm aufweist.

Bei obiger Ausführungsform wurde angenommen, daß der Querschnitt der Flammenlö'cher 40 der Verbrennungsplatte 120 kreisrund ist. Es ist jedoch nicht erforderlich, daß diese eine runde Form haben. Wenn der Querschnitt der Flammenlöcher nicht kreisrund ist, so werden die Innendurchmesser d. und dp als äquivalente Durchmesser angenommen.

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Claims (2)

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   - 8 PATENTANSPRÜCHE

   ■ 1.1 Brenner mit einer Mischkammer zum Mischen von Verbren-V_y nungsluft und Brennstoffdampf, mit einer Verbrennungskammer und mit einer eine Vielzahl von Flammenlöchern aufweisenden Verbrennungsplatte zwischen der Mischkammer und der Verbrennungskammer, gekennzeichnet durch ein Strömungshindernis (14), welches einen Teil der Plammenlöcher (12a) der Verbrennungsplatte (12) Überdeckt, so daß die durch die Verbrennungsplatte (12) hindurch tretende Gasmischung mit den Strömungshindernissen (12) kollidiert oder durch Plammenlöcher (40), bestehend aus ersten Bereichen (41) der Länge I₄. und des äquivalenten Innendurchmessers cL und aus zweiten Bereichen (42) der Länge I₂ und des äquivalenten Innendurchmessers d« an der Oberfläche, wobei dp im wesentlichen gleich I₂ ist und wobei die Beziehungen d₂ > 1,5 d. und I₂ ) 2 d. gelten und wobei die ersten Bereiche (41) sich zur rliokwärtigen Seite hin öffnen und die zweiten Bereiche (42) mit den ersten Bereichen (41) verbunden sind und wobei auf der Verbrennungsplatte (120) ein Drahtnetz (13) mit mehr als 10 Maschen/2,5 cm vorgesehen ist.
2. 2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungshindemis (14) einen Teil eines Drahtnetzes (13) bedeckt, welches auf der der Verbrennungskammer (1) zugewandten Seite der Verbrennungsplatte (12) angeordnet ist.

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