DE29602512U1 - Gebläseloser Brenner für Boiler, Durchlauferhitzer und gasbeheizte Warmwasserbereiter - Google Patents
Gebläseloser Brenner für Boiler, Durchlauferhitzer und gasbeheizte WarmwasserbereiterInfo
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Description
HERRMANN - TRENTEPiOWL ·'*;·": EkJR^EAN PATENT ATTORNEYS
KIRSOHNER ■ GROS^«,,! * :..:.*.!. PAJENJANWÄLTE
BOOKHORNI 8c PARTNER MÜNCHEN ■ HERNE ■ LEIPZIG
W. Herrmann-Trentepohi, D!pl.-lng., Herne
Klaus D. Klrschner, Dipl.-Phys., München
Wolfgang Gross©, Dlpl.-lng., München Josef Bockhornl. Dlpi.-lng., München
Dr, Christian Thiel, Dipl.-Chem., Herne Johannes Dieterle, Dlpl.-lng., Leipzig
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M ü &eegr; c hen 12. Februar 1996 B 70053 DE
(BO/Hienzsch/SD)
Gebläseloser Brenner für Boiler, Durchlauferhitzer und
gasbeheizte Warmwasser
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die zur Ausrüstung gasbeheizter Warmwasserbereiter vorgesehen ist. Insbesondere
ist sie auf Brenner gerichtet, mit denen Boiler, Durchlauferhitzer und gasbeheizte Warmwasserbereiter versehen sind und
in welchen in einer Kammer ein Verbrennungsvorgang stattfindet, der natürlich oder von einem Vorgemisch
unterstützt ist, das aus einem Sauerstoffträger, insbesondere
Luft, und einem Brennstoff, insbesondere einem Gas, besteht.
Mit dem erfindungsgemäßen Brenner soll gleichzeitig eine doppelte
Aufgabe erfüllt werden, und zwar einerseits die Verringerung der Schadstoffemissionen der Flammen und andererseits
deren Stabilisierung, wobei die optimalen physikalischen und mechanischen Bedingungen des Verbrennungsvorgangs eingehalten
werden. So muß der gebläselose Brenner mit seiner Auslegung
Deutsche Bank, Herne (BLZ 430 700 61) Kontonumroer* &ohacgr;.£}5*&ogr;&Iacgr;&iacgr; '. BaJ-er. Vereinsbank Manchen* (BLZ 700 202 70) Kontonummer: 46 505
PthkMQh-(BLZ70O1PO 8VlXt9r&i£ZZt&2 - 805
eine optimale Strömung und einen optimalen Transport der
gasförmigen Stoffe Sauerstoffträger und Brennstoff sicherstellen,
die hydraulischen Druckverluste verringern und
den relativen Anteil des Primärsauerstoffträgers erhöhen.
Die bekannten Brennervorrichtungen umfassen im allgemeinen eine Reihe von Düsen, die durch Tiefziehen eines Metallblechs
erhalten sind und an deren oberem Ende die Verbrennung des Brennstoffs, insbesondere eines Gases, in einem
Sauerstoffträger, insbesondere Luft, durchgeführt wird.
Nichtsdestotrotz besitzen diese Brenneranordnungen einen Grundaufbau, wie eine Abfolge gerader Rohrleitungen, durch
deren Profil der Wirkungsgrad der Verbrennung wegen des Zutritts von Sekundärluft zu dem Gemisch, das aus dem
Brennstoff und der Primärluft besteht, in keiner Weise begünstigt wird. Außerdem ist diese Anordnung für die Führung
des Verbrennungsvorgangs und hauptsächlich für die Stabilität der Flamme und ihre Gleichmäßigkeit nicht optimal.
Deshalb liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beheben, indem eine derartige Brennervorrichtung
vorgeschlagen wird, daß die zur vollständigen Verbrennung notwendige Sekundärluft ganz oder teilweise mit dem am
Brennerausgang vorhandenen Volumen an Luft innig vermischt
wird, die aus einem entsprechenden Anteil des zu verbrennenden Brennstoffs und primärer Verbrennungsluft
besteht, die mit ihm vermischt ist, wodurch es möglich wird, die Flammen am Brennerausgang zu stabilisieren und nicht
abreißen zu lassen.
Dazu ist der erfindungsgemäße gebläselose Brenner dadurch gekennzeichnet,
daß er aus wenigstens einer vorzugsweise geneigten Venturi-Düse besteht, durch die wenigstens eine
Kammer mit einem Gas-Luft-Vorgemisch versorgt wird, wobei die
— 3 —
Neigung und die Abmessungen der Venturi-Düse derart gewählt sind, daß der Anteil der zugeführten Primärluft etwa gleich
der Stöchiometrie und vorzugsweise über etwa 0,8 ist und am
Brennerausgang ein gleichmäßiges Durchsatzprofil
sichergestellt wird.
Auf Grund der Eigenschaften des zuvor definierten erfindungsgemäßen
Brenners wird es möglich, den NOx-Anteil beträchtlich
zu senken.
Weitere erfindungsgemäße Merkmale und Vorteile werden an Hand
der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die im Anhang befindlichen Zeichnungen erläutert, die ein den Erfindungsumfang
nicht begrenzendes Ausführungsbeispiel darstellen, wobei
Figur 1 eine vordere Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Brenners,
- Figur 2 eine vordere Schnittansicht einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Brenners,
- Figur 3 eine perspektivische Ansicht eines Flammenaustritts,
der den erfindungsgemäßen Brenner bedeckt,
- Figur 4 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des Flammenaustritts, der den
erfindungsgemäßen Brenner bedeckt,
- Figur 5 eine Schnittansicht von oben eines erfindungsgemäßen
Brenners und
- Figur 6 eine seitliche-Schnittansicht eines erfindungsgemäßen
Brenners
zeigt.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Brenners umfaßt er eine Venturi-Düse 1,
erhalten durch die Verbindung zweier Halbschalen 2, 3, die durch Tiefziehen einer Metalltafel, insbesondere eines
aluminierten und eines hitzebeständigen nichtrostenden Bleches, oder aus Keramik hergestellt sind. Die Venturi-Düse
hat eine komplexe Form und ist auf folgende Weise aufgebaut aus:
im unteren Teil 4 einem sich verjüngenden ringförmigen
Abschnitt 5, der über dem Zufuhrverteiler anzuordnen ist,
dabei schließt sich dieser Abschnitt 5 an einen ersten Rohrteil 6 an, der zylindrisch oder leicht kegelförmig
ist und sich ebenfalls verjüngt, wobei sich in diesem Ausführungsbeispiel der Teil 6 etwa über die halbe Länge
des gesamten Rohrteils erstreckt, und
einem zweiten Rohrteil 7, der sich in diesem Ausführungsbeispiel an den vorhergehenden mit einer etwa gleichen
Länge anschließt und kegelförmig, aber sich erweiternd ist und sich
im oberen Teil 8 an einen viel aufgeweiteteren Abschnitt anschließt, der die Mischkammer 9 bildet und dessen Querschnitt
im wesentlichen rechteckig ist.
Vorzugsweise werden die Längen der verschiedenen Brennerbestandteile
entlang der Strömungslinie des Gas-Luft-Vorgemischs
entsprechend folgender Verteilung bemessen:
- oberer Teil 8 (Mischkammer 9): 35 bis 45 %,
- zweiter Rohrteil 7: 35 bis 45 %,
- erster Rohrteil 6: 5 bis 25 % und
- unterer Teil 4: 5 %.
— s —
Der obere Teil dieser Mischkammer ist vorgesehen, vorzugsweise relativ dicht und insbesondere durch Aufstecken,
eine mit Öffnungen 11 versehene Abdeckung 10 aufzunehmen, die aus einem hitzebeständigen Material hergestellt ist, das dem
der Venturi-Diise ähnlich sein kann. Diese Abdeckung 10 bildet den Flammenaustritt und weist eine obere Fläche 12 auf, deren
Profil gemäß einer ersten Ausführungsform eben oder gemäß
einer zweiten Ausführungsform kegelförmig oder
kegelstumpfförmig ist.
Erfindungsgemäß wird vorzugsweise ein kegelförmiger oder kegelstumpf
förmiger Flammenaustritt verwendet, da er eine "abgelöste" stabile Flamme ermöglicht, die somit beim Strömen
des Gas-Luft-Gemischs einen geringen Druckverlust und eine niedrige Temperatur erzeugt, wodurch der NOx-Anteil
verringert wird.
Entsprechend einem vorteilhaften erfindungsgemäßen Merkmal bestehen die Öffnungen 11, die gleichmäßig auf dem ebenen
oder kegelförmigen Flammenaustritt 10 angeordnet sind, aus Schlitzen 13, die quer zur Längachse des Flammenaustritts
stehen und/oder Löchern 14. Erfindungsgemäß werden die
geometrische Form, die Verteilung und die Abmessungen der Schlitze 13 und der Löcher 14 entsprechend den Anforderungen
an die Flammenstabilität eingerichtet.
Durch die Form einer Venturi-Düse 1, die mit einem wie zuvor
beschriebenen kegelförmigen, kegeistumpfförmigen oder ebenen
Flammenaustritt 10 versehen ist, wird sichergestellt, daß der Anteil der zugeführten Primärluft etwa gleich der Stöchiometrie
und vorzugsweise über etwa 0,8 ist.
Der erfindungsgemäße Brenner wird durch die Nebeneinanderanordnung
mehrerer Bauelemente 15 erhalten, die aus wenigstens einer Venturi-Düse bestehen, wobei das Aneinanderfügen über
Dichtflächen 16 erfolgt, die bei der Verbindung der zwei Halbschalen 2, 3 gebildet werden.
So kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ein Bauelement
15 aus einer Venturi-Düse 1 oder gemäß einer anderen Ausführungsform aus zwei Venturi-Düsen bestehen, die mit
einem Winkel umgekehrt geneigt sind, der in bezug auf die Zufuhröffnungen divergiert, die im unteren Teil des Brenners
angeordnet sind.
Gemäß einer ersten Ausführungsform (siehe Figur 1) behält jedes
mit einer Venturi-Düse versehene einfache Bauelement 15 seine eigene Mischkammer 9 und seinen eigenen ebenen, kegelförmigen
oder kegelstumpfförmigen Flammenaustritt 10 und werden
gemäß einer zweiten Ausführungsform (siehe Figur 2) in
einer aus einem doppelten Bauelement bestehenden Vorrichtung die jeweiligen Mischkammern 9 der beiden Venturi-Düsen 1 im
oberen Teil in der nahe der zentralen Symmetrieachse 17 befindlichen Zone zusammengeführt, wobei die Flammenaustritte
10 ebenfalls derart vereinigt werden, daß sie eine einzige Abdeckung bilden und auch ein ebenes, kegelförmiges oder
kegelstumpfförmiges Profil aufweisen.
Entsprechend einem anderen vorteilhaften erfindungsgemäßen Merkmal werden die Venturi-Düsen 1 der einfachen oder doppelten
Bauelemente in einem Winkel &agr; angeordnet, der zwischen 0 und 30° und vorzugsweise mit etwa 15°, bezogen auf die Symmetrieachse
17, divergiert.
Die zuvor beschriebene Erfindung bietet zahlreiche Vorteile wie insbesondere die Erzeugung einer primären Brennflamme von
etwa der Stöchiometrie, deren Kontaktzone mit der Oberfläche des Austritts klein und deshalb zum Erhitzen wenig geeignet
ist, und einer überstöchiömetrischen sekundären Brennflamme, in welcher die Oxidation der Produkte durchgeführt wird, die
aus der primären Verbrennung stammen.
Es ist selbstverständlich, daß die Erfindung nicht auf die zuvor beschriebenen und veranschaulichten
Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern sämtliche Ausfuhrungsformen umfaßt. So kann der zweite Rohrteil 7 des
Brenners gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel in die Mischkammer 9 integriert sein, wodurch eine kegelförmige
Zone mit elliptischem Querschnitt und veränderlicher Oberfläche gebildet wird. In diesem Fall besitzt diese
kegelförmige Zone mit elliptischem Querschnitt und veränderlicher Oberfläche eine Länge, die 70 % der gesamten
Brennerlänge, gemessen entlang der Strömungslinie des Gas-Luft-Gemischs, ausmacht.
Claims (15)
1. Gebläseloser Brenner für Boiler, Durchlauferhitzer und gasbeheizte Warmwasserbereiter, dadurch gekennzeichnet,
daß er aus wenigstens einer vorzugsweise geneigten Venturi-Düse (1) besteht, durch die wenigstens eine Kammer
(9) mit einem Gas-Luft-Vorgemisch versorgt wird, wobei die Neigung und die Abmessungen der Venturi-Düse derart
gewählt sind, daß der Anteil der zugeführten Primärluft etwa gleich der Stöchiometrie und vorzugsweise über
etwa 0,8 ist und am Brennerausgang ein gleichmäßiges Durchsatzprofil sichergestellt wird.
2. Gebläseloser Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,,
daß die Venturi-Düse (1) umfaßt:
im unteren Teil (4) einen sich verjüngenden ringförmigen Abschnitt (5), der über dem
Zufuhrverteiler anzuordnen ist,
dabei schließt sich dieser Abschnitt (5) an einen ersten Rohrteil (6) an, der zylindrisch oder leicht
kegelförmig ist und sich ebenfalls verjüngt, und
einen zweiten Rohrteil (7), der sich an den vorhergehenden anschließt und kegelförmig, aber sich
erweiternd ist und sich
- im oberen Teil {8) an einen viel auf geweiteteren Abschnitt
anschließt, der die Mischkammer (9) bildet und dessen Querschnitt im wesentlichen rechteckig ist.
3. Gebläseloser Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Längen der verschiedenen Brennerbestandteile entlang der Strömungslinie des Gas-Luft-Vorgemischs
entsprechend folgender Verteilung bemessen werden:
- oberer Teil (8) {Mischkammer (9)): 35 bis 45 %,
- zweiter Rohrteil (7): 35 bis 45 %,
- erster Rohrteil (6): 5 bis 25 % und
- unterer Teil (4): 5 %.
4. Gebläseloser Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der zweite Rohrteil (7) in die Mischkammer (9) integriert ist, wodurch eine
kegelförmige Zone mit elliptischem Querschnitt und veränderlicher Oberfläche gebildet wird.
5. Gebläseloser Brenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die kegelförmige Zone mit elliptischem
Querschnitt und veränderlicher Oberfläche eine Länge besitzt, die 70 % der gesamten Brennerlänge, gemessen
entlang der Strömungslinie des Gas-Luft-Gemischs, ausmacht.
6. Gebläseloser Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der obere Teil der Mischkammer vorgesehen ist, insbesondere durch
Aufstecken eine mit Öffnungen (11) versehene Abdeckung (10) aufzunehmen, die den Flammenaustritt bildet.
7. Gebläseloser Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Flammenaustritt (10) eine obere Fläche aufweist, deren Profil
eben ist.
8. Gebläseloser Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Flammenaustritt (10) eine obere Fläche aufweist, deren Profil kegelförmig
oder kegelstumpfförmig ist.
9. Gebläseloser Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der ebene,
- &iacgr;&ogr; -
kegelförmige oder kegelstumpfförmige Flammenaustritt (10) aus Schlitzen (13), die quer zur
Längachse des Flammenaustritts (10) stehen und/oder Löchern (14) besteht.
10. Gebläseloser Brenner nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die geometrische Form, die
Verteilung und die Abmessungen der Schlitze (13) und der Löcher (14) entsprechend den Anforderungen an die
Flammenstabilität eingerichtet werden.
11. Gebläseloser Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er durch die
Nebeneinanderanordnung mehrerer Bauelemente (15) erhalten ist, die aus wenigstens einer Venturi-Düse (1)
bestehen, wobei das Aneinanderfügen über Dichtflächen (16) erfolgt, die bei der Verbindung der zwei
Halbschalen (2, 3) gebildet werden.
12. Gebläseloser Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Bauelement zwei Venturi-Düsen enthält, die mit einem Winkel &agr;
umgekehrt geneigt sind, der in bezug auf die Zufuhröffnungen divergiert, die im unteren Teil des
Brenners angeordnet sind.
13. Gebläseloser Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß jedes mit einer Venturi-Düse (1) versehene einfache Bauelement (15)
seine eigene Mischkammer und seinen eigenen ebenen, kegelförmigen oder kegelstumpfförmigen Flammenaustritt
behält.
14. Gebläseloser Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einer
Anordnung, die aus einer Aneinanderfügung eines doppelten Bauelements besteht, die jeweiligen
- 11 -
Mischkammern (9) der beiden Venturi-Düsen (1) im oberen Teil in der nahe der zentralen Symmetrieachse (17)
befindlichen Zone zusammengeführt werden, wobei die Flammenaustritte (10) gegebenenfalls derart vereinigt
werden, daß sie eine einzige Abdeckung bilden und ein ebenes, kegelförmiges oder kegelstumpfförmiges Profil
aufweisen.
15. Gebläseloser Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Venturi-Düsen (1) der einfachen oder doppelten Bauelemente (15) in
einem Winkel &agr; angeordnet sind, der zwischen 0 und 30° und vorzugsweise mit etwa 15°, bezogen auf die
Symmetrieachse (17), divergiert.
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