DE29700869U1 - Burners, especially for heating systems - Google Patents
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Description
Sulzer Chemtech AG, Postfach, CH-8401 WinterthurSulzer Chemtech AG, P.O. Box, CH-8401 Winterthur
Prof. Dr. Dr. h. c. Franz Durst, Eichenstraße 12, 91094 LangensendelbachProf. Dr. Dr. h. c. Franz Durst, Eichenstraße 12, 91094 Langensendelbach
Dr.-Ing. Dimosthenis Trimis, Heimerichstraße 14, 90419 NürnbergDr.-Ing. Dimosthenis Trimis, Heimerichstrasse 14, 90419 Nuremberg
Dipl.-Ing. Olaf Pickenäcker, Dorfbrunnenstraße 34, 91094 LangensendelbachDipl.-Ing. Olaf Pickenäcker, Dorfbrunnenstrasse 34, 91094 Langensendelbach
Brenner, insbesondere für HeizungsanlagenBurners, especially for heating systems
Die Erfindung betrifft einen Brenner, insbesondere für Heizungsanlagen, mit den im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen.The invention relates to a burner, in particular for heating systems, with the features specified in the preamble of claim 1.
Zur Minderung der bei der Verbrennung entstehenden Schadstoffe wie &Ngr;&Ogr;&khgr; oder CO sind aus dem Stand der Technik verschiedene Konzepte bekannt. Da die &Ngr;&Ogr;&khgr;-Produktion bei hohen Verbrennungstemperaturen groß ist, versucht man beispielsweise, die Flammentemperatur niedrig zu halten. Dazu wird etwa in der EP 0 256 322 B1 ein Heizkessel vorgeschlagen, in dem ein Heizgas durch die Verwendung eines Katalysators der Platingruppe bei einer Temperatur von weniger als 700 0C verbrennt, wodurch die Entstehung von Stickstoffoxiden verhindert wird. Allerdings haben solche Katalysatoren nur eine verhältnismäßig geringe Lebensdauer und sind zudem sehr kostspielig. Der wesentliche Nachteil der katalytischen Verbrennung liegt jedoch in ihrer zu geringen Flammentemperatur, die keine effektive Wärmenutzung und dadurch nur den Bau eines Brenners mit niedriger Leistungsdichte gestattet.Various concepts are known from the state of the art for reducing the pollutants produced during combustion, such as ΔN or CO. Since ΔN production is high at high combustion temperatures, attempts are made, for example, to keep the flame temperature low. For this purpose, EP 0 256 322 B1 proposes a heating boiler in which a heating gas burns at a temperature of less than 700 ° C using a platinum group catalyst, thereby preventing the formation of nitrogen oxides. However, such catalysts have a relatively short lifespan and are also very expensive. The main disadvantage of catalytic combustion is its too low flame temperature, which does not allow effective heat utilization and therefore only allows the construction of a burner with a low power density.
Daneben gibt es Brenner, die nach dem Verfahren der Abgasrezirkulation arbeiten. Hier wird ein Teil des Abgases in die Flamme zurückgeführt, wodurch eine optimierte, schadstoffreduzierte Verbrennung erreicht wird. Eine stabile Flamme entsteht bei dem Brenner-Modell „RotriX" der Firma Viessmann durch einen gezielten Wirbelzerfall eines in Rotation versetzten Brennstoff/Luft-Gemisches. Bei einer flammlosen Oxidation an einer freien Oberfläche kann die Abgasrezirkulationsrate noch weiter erhöht werden. Die flammlose Oxidation ist laut dem Fachaufsatz von J. A. Wünning und J. G. Wünning: „Brenner für die flammlose Oxidation mit geringer NO-Bildung auch bei höchster Luftvorwärmung" in GASWÄRME International, Band 41 (1992), Heft 10, S. 438-444 in Brennern mit Prozesstemperaturen über 850 0C einsetzbar. Dieses Verfahren erfordert aber einen hohen konstruktiven Aufwand beim Brenner, da z. B. für das Aufheizen des Brennstoff/Luft-Gemisches auf Zündtemperatur Hilfsbrenner benötigt werden.There are also burners that work according to the exhaust gas recirculation process. Here, part of the exhaust gas is fed back into the flame, resulting in optimized combustion with reduced pollutants. A stable flame is created in the "RotriX" burner model from Viessmann through the targeted vortex breakdown of a rotating fuel/air mixture. With flameless oxidation on a free surface, the exhaust gas recirculation rate can be increased even further. According to the specialist article by JA Wünning and JG Wünning: "Burners for flameless oxidation with low NO formation even with maximum air preheating" in GASWÄRME International, Volume 41 (1992), Issue 10, pp. 438-444, flameless oxidation can be used in burners with process temperatures above 850 0 C. However, this process requires a lot of design effort for the burner, as e.g. For example, auxiliary burners are required to heat the fuel/air mixture to ignition temperature.
Ein weiteres Konzept liegt beim „Thermomax-Brenner" der Ruhrgas AG vor, der in dem Fachaufsatz von H. Berg und T. Jannemann „Entwicklung eines schadstoffarmen Vormischbrenners für den Einsatz in Haushalts-Gaskesseln mit zylindrischer Brennkammer" in GASWÄRME International, Band 38 (1989), Heft 1, S. 28-34 behandelt wird. Die Verbrennung erfolgt dort flammlos an der Oberfläche eines metallischen Lochbleches, welches die erzeugte Wärmeenergie aus der Reaktionszone hauptsächlich durch Strahlung abgibt. Durch diese Wärmeabgabe wird die Verbrennungstemperatur auf etwa 800 0C gehalten, was wiederum eine Verringerung der Schadstoffemission zur folge hat. Brenner dieser Bauart besitzen typischerweise eine thermische Flächenbelastung von 300 kW/m2.Another concept is the "Thermomax burner" from Ruhrgas AG, which is discussed in the technical article by H. Berg and T. Jannemann "Development of a low-emission premix burner for use in domestic gas boilers with a cylindrical combustion chamber" in GASWÄRME International, Volume 38 (1989), Issue 1, pp. 28-34. Combustion takes place flamelessly on the surface of a perforated metal sheet, which releases the heat energy generated from the reaction zone mainly by radiation. This heat release keeps the combustion temperature at around 800 0 C, which in turn reduces pollutant emissions. Burners of this type typically have a thermal surface load of 300 kW/m 2 .
Eine Erhöhung der Wärmebelastung auf etwa 3000 kW/m2 erzielt ein Brenner, der aus der DE 43 22 109 Al bekannt ist. Dort wird der Teil des Brennraumes, in dem sich eine Flamme ausbreitet, vollständig mit einem porösen Material gefüllt, dessen Porosität sich längs der Flussrichtung des Brenngas/Luft-Gemisches derart verändert, dass sich an einer Grenzfläche oder in einer bestimmten Zone des porösen Materials eine kritische Peclet-Zahl ergibt, ab der eine Flamme entstehen kann. Zur Peclet-Zahl ist dabei folgendes auszuführen:An increase in the heat load to around 3000 kW/m 2 is achieved by a burner known from DE 43 22 109 Al. In this burner, the part of the combustion chamber in which a flame spreads is completely filled with a porous material whose porosity changes along the flow direction of the fuel gas/air mixture in such a way that a critical Peclet number is obtained at an interface or in a certain zone of the porous material, from which a flame can develop. The following should be said about the Peclet number:
Bei einer bestimmten Porengröße des porösen Materials sind die Wärmeproduktion durch chemische Reaktionen in der Flamme und die Wärmeabfuhr durch das poröse Medium gleich groß, so dass unterhalb dieser Porengröße keine Flamme entstehen kann, darüber jedoch eine freie Entflammung stattfindet.For a certain pore size of the porous material, the heat production through chemical reactions in the flame and the heat dissipation through the porous medium are equal, so that below this pore size no flame can be formed, but above this free ignition takes place.
Diese Bedingung wird mit Hilfe der Peclet-Zahl beschrieben, die das Verhältnis von Wärmeproduktion zu Wärmeabfuhr angibt. Dadurch ergibt sich eine kritische Peclet-Zahl für die Flammenausbreitung. Durch die Anordnung einer unterkritischen und einer überkritischen Zone bezüglich der Peclet-Zahl ergibt sich eine selbststabilisierende Flamme innerhalb der überkritischen Zone.This condition is described using the Peclet number, which indicates the ratio of heat production to heat dissipation. This results in a critical Peclet number for flame propagation. The arrangement of a subcritical and a supercritical zone with respect to the Peclet number results in a self-stabilizing flame within the supercritical zone.
Durch die aus der DE 43 22 109 Al angegebenen Anordnung wird das Problem der Stabilität einer in einem porösen Medium brennenden Ramme unter der Nebenbedingung einer niedrigen Temperatur und damit geringer Schadstoffemission gelöst. Als poröse Materialien werden beispielsweise Keramikschäume oder Kugelschüttungen vorgeschlagen. Diese Materialien besitzen jedoch eine relativ geringe Porosität, wodurch Brennraum verschenkt und dem Gas/Luft-Gemisch ein hoher Strömungswiderstand entgegengesetzt wird. Außerdem hemmen diese Materialien aufgrund ihrer geringen optischen Durchlässigkeit den Energietransport auf der Basis des im vorliegenden Temperaturbereich dominierenden Wärmetransportmechanismus der Wärmestrahlung, was ab einer bestimmten Baugröße eines solchen Brenners dazu führt, dass die erzeugte Wärme aus dem Innenbereich des Brennraumes nicht gut genug nach außen abgeführt werden kann. Die Folgen der dadurch bedingten lokalen Überhitzung im porösen Material sind Materialschäden durch thermische Spannungen und ein erhöhter Ausstoß an Schadstoffen.The arrangement specified in DE 43 22 109 Al solves the problem of the stability of a ram burning in a porous medium under the secondary condition of a low temperature and thus low pollutant emissions. Ceramic foams or pebble beds are suggested as porous materials. However, these materials have a relatively low porosity, which means that combustion space is wasted and the gas/air mixture is subject to high flow resistance. In addition, due to their low optical permeability, these materials inhibit the energy transport based on the heat transport mechanism of thermal radiation, which is dominant in the temperature range in question. This means that, from a certain size of such a burner, the heat generated cannot be dissipated sufficiently from the interior of the combustion chamber to the outside. The consequences of the resulting local overheating in the porous material are material damage due to thermal stresses and increased emissions of pollutants.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für einen Brenner ein poröses Medium anzugeben, das eine hohe Porosität und damit eine hohe optische Durchlässigkeit besitzt sowie unempfindlich gegenüber thermischen Spannungen ist. Darüber hinaus soll das poröse Medium fertigungstechnisch einfach, kostengünstig und mit gleichbleibender Präzision hergestellt werden können.The invention is therefore based on the object of specifying a porous medium for a burner that has a high porosity and thus a high optical permeability and is insensitive to thermal stresses. In addition, the porous medium should be easy to manufacture, inexpensive and with consistent precision.
Diese Aufgabe wird durch einen Brenner gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Demnach ist der Brennraum des Brenners zumindest teilweise mit einer räumlichen, zusammenhängende Hohlräume aufweisenden geordneten Packung aus hitzebeständigem Keramik-, Folien- oder Blechmaterial zur Bildung einer definierten Flammenzone ausgefüllt.This object is achieved by a burner according to claim 1. Accordingly, the combustion chamber of the burner is at least partially filled with a spatial, connected cavities-containing ordered packing of heat-resistant ceramic, foil or sheet material to form a defined flame zone.
Derartige geordnete Packungen lassen sich grundsätzlich mit der geforderten hohen Porosität von bis zu etwa 99 % herstellen und bieten daher einen größeren Brennraum als beispielsweise Keramikschäume oder Schüttungen aus Keramikfüllkörpern. Aufgrund der hohen optischen Durchlässigkeit solcher Packungen wird der Wärmetransport durch Wärmestrahlung nicht blockiert, so dass eine schnelle und effektive Wärmeabfuhr zum Wärmeübertrager gewährleistet ist. Ferner weisen diese Packungen aufgrund der offenen Struktur einen geringen Strömungswiderstand auf.Such ordered packings can generally be produced with the required high porosity of up to about 99% and therefore offer a larger combustion chamber than, for example, ceramic foams or beds of ceramic packings. Due to the high optical permeability of such packings, the heat transport by thermal radiation is not blocked, so that rapid and effective heat dissipation to the heat exchanger is guaranteed. Furthermore, these packings have a low flow resistance due to their open structure.
Damit kann der Druckverlust der Gasströmung beim Durchströmen des Brennraumes herabgesetzt werden, was den erforderlichen Energieeintrag senkt. Die bekannten Herstellungsverfahren für solche Packungen ermöglichen ferner deren fertigungstechnisch einfache und kostengünstige Produktion mit gleichbleibender Präzision hinsichtlich der Dimensionierung der Hohlräume. Letztere können dabei in ihrer Größe ohne großen Aufwand variiert werden. Die Packungen haben aufgrund ihrer räumlichen Struktur den weiteren Vorteil, elastisch auf thermische oder mechanische Beanspruchung zu reagieren, wodurch die Gefahr von Bruchstellen, wie sie beispielsweise bei den im Stand der Technik verwendeten schaumartigen Keramikteilen besteht, beseitigt wird.This allows the pressure loss of the gas flow as it flows through the combustion chamber to be reduced, which reduces the energy input required. The known manufacturing processes for such packings also enable them to be produced in a simple and cost-effective manner with consistent precision in terms of the dimensions of the cavities. The size of the cavities can be varied without great effort. Due to their spatial structure, the packings have the additional advantage of reacting elastically to thermal or mechanical stress, which eliminates the risk of breakage, as is the case with the foam-like ceramic parts used in the prior art.
Da die erfindungsgemäßen Packungen mit gegenüber dem Stand der Technik weitaus höheren Porositätsgraden gefertigt werden können, ist der Materialanteil bezogen auf das Gesamtvolumen sehr gering. Dies führt zu einer erheblichen Verkürzung der Ansprechzeiten des Brenners im Vergleich zu den bisher bekannten porösen Medien. Darüber hinaus können solche Packungen variabel bezüglich Durchmesser, Länge, hydraulischem Durchmesser usw. konfektioniert werden, wodurch eine optimale strömungsmechanische Auslegung erzielbar ist.Since the packings according to the invention can be manufactured with much higher degrees of porosity than the state of the art, the proportion of material in relation to the total volume is very low. This leads to a significant reduction in the burner's response times compared to the previously known porous media. In addition, such packings can be made variable in terms of diameter, length, hydraulic diameter, etc., which enables an optimal fluid mechanical design to be achieved.
Geordnete Packungen, die auch als statische Mischer eingesetzt werden, weisen neben einem kleinen Druckabfall und optischer Durchlässigkeit noch andere Eigenschaften auf, die positiv zum Tragen kommen. Die ausgeprägte Quermischung führt zu homogenen Konzentrations- und Temperaturprofilen der Verbrennungsgase, was den Verbrennungsvorgang günstig beeinflusst und die Schadstoffproduktion weiter reduziert, da keine kalten Stellen und keine sogenannten Hot Spots auftreten. Wegen der geringen Rückmischung werden stagnierende Zonen sowie Durchbrüche des Strömungsmediums verhindert und die Verbrennungszone zusätzlich in Strömungsrichtung stabilisiert.Ordered packings, which are also used as static mixers, have a small pressure drop and optical permeability as well as other properties that have a positive effect. The pronounced cross-mixing leads to homogeneous concentration and temperature profiles of the combustion gases, which has a positive effect on the combustion process and further reduces the production of pollutants, as no cold spots or so-called hot spots occur. Due to the low level of backmixing, stagnant zones and breakthroughs in the flow medium are prevented and the combustion zone is additionally stabilized in the direction of flow.
Eine andere Art geordneter Packung ist aus Stegen gebildet, die sich kreuzweise schneiden und dieselben Merkmale aufweisen wie Packungen, die aus gewellten Lamellen gebildet sind.Another type of ordered packing is formed from cross-intersecting webs and has the same characteristics as packings formed from corrugated lamellae.
Ferner kann es von Vorteil sein, zwei oder mehrere Packungselemente verdreht zueinander angeordnet zu verwenden. Damit ist eine homogene Verteilung von Konzentration, Temperatur und Strömungsgeschwindigkeit über den gesamten Strömungsquerschnitt gewährleistet.It can also be advantageous to use two or more packing elements arranged in a twisted manner relative to one another. This ensures a homogeneous distribution of concentration, temperature and flow velocity across the entire flow cross-section.
Die vorstehenden Vorteile werden insbesondere von einer Packung erzielt, die aus einem Material besteht, das bei Temperaturen im Bereich zwischen 1200 0C und 2000 0C beständig ist (Anspruch 2).The above advantages are achieved in particular by a packing consisting of a material which is stable at temperatures in the range between 1200 0 C and 2000 0 C (claim 2).
Als besonders geeignet haben sich dabei geordnete Packungen wie z. B. statische Mischer, die aus Lagen von wellenförmigen oder zickzackartig gefalteten, Kanäle bildenden Lamellen aufgebaut sind, wobei die Kanäle benachbarter Lagen sich kreuzen und die Lamellen aus metallischen und/oder keramischen Werkstoffen bestehen, wobei die Packung monolitisch ausgebildet sein kann (Anspruch 3).Ordered packings such as static mixers have proven to be particularly suitable, which are constructed from layers of wavy or zigzag-folded lamellae that form channels, with the channels of adjacent layers crossing each other and the lamellae consisting of metallic and/or ceramic materials, whereby the packing can be monolithic (claim 3).
Nach Anspruch 4 können die Lamellen locker nebeneinander angeordnete Folien oder Bleche sein, die eine Vielzahl von Perforationen aufweisen.According to claim 4, the slats can be films or sheets arranged loosely next to one another, which have a plurality of perforations.
Nach Anspruch 5 kann die Packung aus Lagen von sich kreuzenden Stegen aufgebaut sein und aus metallischen und/oder keramischen Werkstoffen bestehen.According to claim 5, the packing can be constructed from layers of intersecting webs and consist of metallic and/or ceramic materials.
Nach Anspruch 6 kann die Packung aus keramischen Werkstoffen mit den Hauptbestandteilen Al2O3, ZrO2 oder SiC bestehen. Diese Werkstoffe haben Vorteile hinsichtlich Temperatur- und Korrosionsbeständigkeit.According to claim 6, the packing can consist of ceramic materials with the main components Al 2 O 3 , ZrO 2 or SiC. These materials have advantages in terms of temperature and corrosion resistance.
Die aufgeführten Vorteile werden insbesondere von einer Packung erzielt, die einen Hohlraumanteil, d. h. eine Porosität, von mindestens 70 % aufweist und eine Wellhöhe der Lagen beziehungsweise eine Stegbreite zwischen 3 mm bis 15 mm hat (Anspruch 7). Mit diesen Geometriedaten lassen sich geringe Druckverluste und Schadstoffemissionen realisieren.The advantages listed are achieved in particular by a packing that has a void content, i.e. a porosity, of at least 70% and a corrugation height of the layers or a web width of between 3 mm and 15 mm (claim 7). With these geometric data, low pressure losses and pollutant emissions can be achieved.
Gemäß Anspruch 8 kann die Packung im Brennraum katalytisch beschichtet oder aus einem katalytisch wirksamen Material gefertigt sein, d. h. sie ist selbst katalytisch aktiv. Dadurch werden sehr geringe Schadstoffemissionswerte erreicht.According to claim 8, the packing in the combustion chamber can be catalytically coated or made of a catalytically active material, i.e. it is itself catalytically active. This achieves very low pollutant emission values.
Am Einlassbereich der geordneten Packung ist nach Anspruch 9 ein poröser Körper vorgelagert, der als Flammenhalter oder Flammensperre fungiert, indem gewährleistet wird, dass die dort vorliegende Peclet-Zahl unterkritisch, vorzugsweise kleiner als 65 ist. Dieser poröse Körper kann als geordneten Packung ausgebildet sein (Anspruch 10).According to claim 9, a porous body is arranged in front of the inlet area of the ordered packing, which acts as a flame holder or flame barrier by ensuring that the Peclet number present there is subcritical, preferably less than 65. This porous body can be designed as an ordered packing (claim 10).
Die Ansprüche 9 bis 10 kennzeichnen Maßnahmen zur definierten Eingrenzung der Flammenzone des Brenners, wobei nach Anspruch 9 mit einem an sich aus dem Stand der Technik bekannten Flammenhalter in konventioneller Bauweise gearbeitet wird; gleichzeitig wird durch den feinporigen Körper die Vermischung zwischen dem gas- bzw. dampfförmigen Brennstoff und der Luft intensiviert. Dadurch lassen sich konventionelle Brenner mit freier Flammbildung, die üblicherweise solche Flammenhalter aufweisen, mit erfindungsgemäßen Packungen nachrüsten, wodurch eine kostengünstige Möglichkeit zur Schadstoffreduzierung bei bereits im Einsatz befindlichen Brennern gegeben ist.Claims 9 to 10 identify measures for the defined limitation of the flame zone of the burner, whereby according to claim 9 a flame holder of conventional design known from the prior art is used; at the same time, the fine-pored body intensifies the mixing between the gaseous or vaporous fuel and the air. As a result, conventional burners with free flame formation, which usually have such flame holders, can be retrofitted with packings according to the invention, which provides a cost-effective option for reducing pollutants in burners already in use.
Bei der im Anspruch 10 angegebenen Alternative ist in Durchflussrichtung des Gas/Luft-Gemisches der durch die Packung definierten Flammenzone ein feinporöses Material vorgeordnet, in dem sich aufgrund dessen unterkritischer Peclet-Zahl keine Flamme ausbilden kann. Damit ist das aus der DE 43 22 109 Al bekannte Konzept zur Flammenstabilisierung mit der vorliegenden Erfindung kombinierbar.In the alternative specified in claim 10, a fine-porous material is arranged in front of the flame zone defined by the packing in the flow direction of the gas/air mixture, in which no flame can form due to its subcritical Peclet number. The concept for flame stabilization known from DE 43 22 109 A1 can therefore be combined with the present invention.
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Das feinporige Material, das problemlos als geordnete Packung mit einer Porosität herstellbar ist, deren Peclet-Zahl insbesondere kleiner als 65 ist, kann - wie die eigentliche geordnete Packung im Brennraum - aus temperaturbeständigem Keramik-, Folien- oder Blechmaterial in analoger Weise hergestellt werden.The fine-pored material, which can be easily produced as an ordered packing with a porosity whose Peclet number is in particular less than 65, can - like the actual ordered packing in the combustion chamber - be produced in an analogous manner from temperature-resistant ceramic, foil or sheet material.
Dabei soll diese feinporige Packung nicht nur zur Flammenstabilisierung dienen, sondern aufgrund der Quermischungseigenschaften werden die Brenngase, wie z. B. Erdgas, Methan oder Heizöldampf, mit Luft vor dem eigentlichen Brennraum homogen vermischt, was dem Verbrennungsprozess, insbesondere hinsichtlich der Schadstoffemissionen, zusätzlich günstig beeinflusst.This fine-pored packing is not only intended to stabilize the flame, but due to the cross-mixing properties, the combustion gases, such as natural gas, methane or heating oil vapor, are homogeneously mixed with air in front of the actual combustion chamber, which has an additional positive effect on the combustion process, particularly with regard to pollutant emissions.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:Further features, details and advantages of the invention emerge from the following description, in which embodiments of the subject matter of the invention are explained in more detail with reference to the accompanying drawings. They show:
• Fig. 1 eine geordnete Packung aus Keramik,• Fig. 1 an ordered packing of ceramic,
• Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch einen Brenner in einer ersten Ausführungsform,• Fig. 2 shows a schematic longitudinal section through a burner in a first embodiment,
• Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt durch einen Brenner in einer zweiten Ausführungsform• Fig. 3 shows a schematic longitudinal section through a burner in a second embodiment
• Fig. 4 einen typischen axialen Temperaturverlauf innerhalb des Brenners.• Fig. 4 shows a typical axial temperature curve inside the burner.
Die in Fig. 1 dargestellte geordnete Packung ist aus mehreren gewellten Keramikplatten zusammengesetzt. Diese Keramikplatten sind so angeordnet, dass die Wellen zweier benachbarter gewellter Platten einen Winkel von 60° bilden. Dadurch ergeben sich offene, sich kreuzende Kanäle.The ordered packing shown in Fig. 1 is composed of several corrugated ceramic plates. These ceramic plates are arranged in such a way that the corrugations of two adjacent corrugated plates form an angle of 60°. This results in open, intersecting channels.
Der in Fig. 2 gezeigte Brenner weist ein Gehäuse (1) mit einem zylindrischen Hauptteil (2) und einem kegelstumpfförmigen oberen Abschlussteil (3) auf. Letzteres weist an seiner Oberseite einen Einlass (4) für ein Gas/Luft-Gemisch als brennbares Gasgemisch auf. In Durchströmungsrichtung D des Gas/Luft-Gemisches folgt der vom AbschlussteilThe burner shown in Fig. 2 has a housing (1) with a cylindrical main part (2) and a truncated cone-shaped upper end part (3). The latter has on its top an inlet (4) for a gas/air mixture as a combustible gas mixture. In the flow direction D of the gas/air mixture, the
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(3) gebildeten Vorkammer (5) ein konventioneller Flammenhalter oder eine Lockplatte (6), der durch den das Gas/Luft-Gemisch in den nachfolgenden Brennraum (7) eintritt. Dieser ist mit einer geordneten Packung (8) ausgefüllt, die beispielsweise folgende Spezifikationen aufweist:(3) formed pre-chamber (5) is a conventional flame holder or a decoy plate (6) through which the gas/air mixture enters the subsequent combustion chamber (7). This is filled with an ordered packing (8) which, for example, has the following specifications:
Durchmesser: 70 mmDiameter: 70mm
Höhe: 90 mmHeight: 90mm
Porosität: ca. 95 %Porosity: approx. 95%
Wellhöhe: 8 mmWave height: 8 mm
Werkstoff: hitzebeständige KeramikMaterial: heat-resistant ceramic
Das in die geordnete Packung (8) eintretende Gas/Luft-Gemisch wird durch eine in Höhe des Brennraumes (7) seitlich im Gehäuse (1) sitzende Zündeinrichtung (9) gezündet und verbrennt unter Ausbildung einer definierten Hammenzone innerhalb der geordneten Packung (8) unter Erzeugung von Wärmeenergie. Letztere fällt zu einem großen Teil als Wärmestrahlung an, die den Gehäusehauptteil (2) erwärmt. Der Hauptteil (2) ist von einem Wärmeübertragermantel (10) umgeben, in dem schraubenlinienförmig verlaufende Kanäle (11) vorgesehen sind. Durch diese fließt ein Wärmeträgermedium, wie beispielsweise Wasser, das durch eine Heizungsanlage zirkuliert.The gas/air mixture entering the ordered packing (8) is ignited by an ignition device (9) located at the side of the housing (1) at the height of the combustion chamber (7) and burns to form a defined heat zone within the ordered packing (8) and generate heat energy. The latter is largely generated as heat radiation, which heats the main housing part (2). The main part (2) is surrounded by a heat exchanger jacket (10) in which helical channels (11) are provided. A heat transfer medium, such as water, flows through these, which circulates through a heating system.
Dem Brennraum in Durchströmungsrichtung D nachgeordnet ist ferner ein Abgasraum (12), in dem Temperaturen zwischen 700 0C und 1300 0C am Einlass dieser Zone und zwischen 35 0C und 150 0C am Auslass dieser Region herrschen. Der Abgasraum (12) dient als Kühlzone, wobei die Kühlwendel aus Edelstahl (14) dem Abgas Wärme entzieht, die als Nutzwärme einsetzbar ist. Die Kühl wendel (14) wird durch die Durchströmung mit dem Wärmeträgermedium auf Temperaturen unterhalb von 200 0C gehalten, so dass auch andere Werkstoffe, insbesondere Aluminium, Messing oder Kupfer, möglich sind. Der Abgasraum (12) mündet in den Abgasauslass (13) des Brenners.Downstream of the combustion chamber in the flow direction D there is also an exhaust gas chamber (12) in which temperatures of between 700 0 C and 1300 0 C prevail at the inlet of this zone and between 35 0 C and 150 0 C at the outlet of this region. The exhaust gas chamber (12) serves as a cooling zone, with the stainless steel cooling coil (14) extracting heat from the exhaust gas, which can be used as useful heat. The cooling coil (14) is kept at temperatures below 200 0 C by the flow of the heat transfer medium, so that other materials, in particular aluminum, brass or copper, are also possible. The exhaust gas chamber (12) opens into the exhaust gas outlet (13) of the burner.
Der in Fig. 3 gezeigte Brenner unterscheidet sich von dem Brenner gemäß Fig. 2 nur in zwei Details. Insofern sind ansonsten übereinstimmende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 2 versehen und bedürfen keiner nochmaligen Erörterung.The burner shown in Fig. 3 differs from the burner according to Fig. 2 in only two details. In this respect, otherwise identical components are provided with the same reference numerals as in Fig. 2 and do not require further discussion.
Im Unterschied zu Fig. 2 weist der Brenner gemäß Fig. 3 keinen konventionellen Flammenhalter auf. Vielmehr ist der geordneten Packung (8) in Durchströmungsrichtung D des Gas/Luft-Gemisches gesehen eine feinporige Packung (15) vorgeordnet, die ebenfalls aus einer geordneten Packung gebildet ist. Letzteres weist eine geringere Porengröße und Porosität als die geordnete Packung (8) auf, so dass seine Peclet-Zahl kleiner als 65 und somit unterkritisch ist. Dies bedeutet, dass sich in der geordneten Packung (15) keine Flamme ausbilden kann. Die geordnete Packung (8) ist so spezifiziert, dass die Peclet-Zahl überkritisch ist, so dass sich dort eine Flamme in definierter Weise ausbilden kann.In contrast to Fig. 2, the burner according to Fig. 3 does not have a conventional flame holder. Rather, the ordered packing (8) is preceded by a fine-pored packing (15) in the flow direction D of the gas/air mixture, which is also made of an ordered packing. The latter has a smaller pore size and porosity than the ordered packing (8), so that its Peclet number is less than 65 and thus subcritical. This means that no flame can form in the ordered packing (15). The ordered packing (8) is specified in such a way that the Peclet number is supercritical, so that a flame can form there in a defined manner.
Zudem sind dem Brenner zwei statische Mischer (16) vorgeschaltet (Anspruch 11). Er bewirkt ein sehr homogenes Gas/Luft-Gemisch.In addition, two static mixers (16) are installed upstream of the burner (claim 11). It creates a very homogeneous gas/air mixture.
Der in Fig. 4 gezeigte Temperaturverlauf in einem 6-kW-Erdgasbrenner bei einer Leistung von 3 kW und einer Luftzahl von 1,2 zeigt, dass die Maximaltemperaturen kurz nach dem Übergang zwischen der feinporigen Zone A und der grobporigen Region C auftreten und im Bereich von etwa 1400 0C bis 1500 0C liegen können. In der sich daran anschließenden Zone D liegen die Temperaturen bei rund 1100 0C im Eintritt und sinken zum Austritt hin auf Temperaturen, die in der Größenordnung des Wärmeträgermediums sind.The temperature curve shown in Fig. 4 in a 6 kW natural gas burner with an output of 3 kW and an air ratio of 1.2 shows that the maximum temperatures occur shortly after the transition between the fine-pored zone A and the coarse-pored region C and can be in the range of about 1400 0 C to 1500 0 C. In the adjoining zone D, the temperatures are around 1100 0 C at the inlet and drop towards the outlet to temperatures that are in the order of magnitude of the heat transfer medium.
Der gasförmige Brennstoff kann beispielsweise auch verdampftes Heiz- oder Dieselöl sein.The gaseous fuel can also be, for example, vaporized heating oil or diesel oil.
Außerdem ist darauf hinzuweisen, dass sich in der durch die geordnete Packung (8) definierten Flammenzone die durch die Entzündung des Gas/Luft-Gemisches bildende Flamme in Abhängigkeit des Verhältnisses von Gas zu Luft sowie deren Mengen ausbreitet. Insofern ist die Leistung des Brenners über die Menge des Gases sowie des Gas/Luft-Gemisches regelbar.It should also be noted that in the flame zone defined by the ordered packing (8), the flame formed by the ignition of the gas/air mixture spreads depending on the ratio of gas to air and their quantities. In this respect, the output of the burner can be regulated by the quantity of gas and the gas/air mixture.
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29700869U DE29700869U1 (en) | 1997-01-21 | 1997-01-21 | Burners, especially for heating systems |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| DE29700869U DE29700869U1 (en) | 1997-01-21 | 1997-01-21 | Burners, especially for heating systems |
Publications (1)
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|---|---|
| DE29700869U1 true DE29700869U1 (en) | 1997-05-28 |
Family
ID=8034763
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE29700869U Expired - Lifetime DE29700869U1 (en) | 1997-01-21 | 1997-01-21 | Burners, especially for heating systems |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE29700869U1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2016026716A1 (en) * | 2014-08-19 | 2016-02-25 | Schunk Kohlenstofftechnik Gmbh | Static mixer with a pore structure formed in a pore element, and method for producing a pore element |
-
1997
- 1997-01-21 DE DE29700869U patent/DE29700869U1/en not_active Expired - Lifetime
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 19970710 |
|
| R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20000310 |
|
| R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
Effective date: 20030204 |
|
| R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |
Effective date: 20050204 |
|
| R071 | Expiry of right |