DE3702415C1 - Brenner - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches.

Ein Brenner der gattungsgemäßen Art ist aus der DE-PS 35 26 482 bekannt und dient der Verbrennung von flüssi­ gem Brennstoff. Bei diesem Brenner wird in dem Spalt ein Luftstrom hoher Geschwindigkeit erzeugt, der den in den Spalt eintretenden Brennstoff in feinste Tropfen zerstäubt und homogen mit der Verbrennungsluft vermischt. Auf diese Weise werden die Voraussetzungen geschaffen, unter denen die Verbrennung des flüssigen Brennstoffes ausschließlich über gasförmige Zwischenprodukte und damit ohne Rußbildung und bei einer kurzen Flamme erfolgen kann. Der Brenner kann daher zur Beheizung von Heizkesseln für Niedertemperatur­ heizungen eingesetzt werden.

Aus der DE-PS 30 38 063 ist ein im Aufbau ähnlicher Öl­ brenner bekannt. Bei diesem ist zwischen konischen Mantel­ flächen des Leitkörpers und des Abschlußkörpers ein Strö­ mungsweg für die Verbrennungsluft gebildet. Dabei weist die Konsusspitze zur Brennstoffleitung. Auf diese Weise wird die Luft in einer Rückströmung zur Brennstoffleitung geführt. Darüber hinaus ist der Leitkörper auf seiner Außenseite mit Leitschaufeln versehen, die dem Luftstrom einen Drall aufzwingen. Dieser Drall erzeugt in dem Brennstoff-Luft- Gemisch eine Wirbelbewegung, die eine Rezirkulationsbewegung der Reaktionspartner bewirkt, dabei aber die Brennstoff­ tropfen nach außen drängt. Die durch die Gestaltung des be­ kannten Brenners beabsichtigte Wirkung einer Verringerung der Rußbildung kann sich nur unzureichend einstellen, da kein absolut homogenes Gemisch entsteht.

Bei bekannten Gebläse-Gasbrennern (DE-PS 15 51 797) erfolgt die Vermischung von Verbrennungsluft und Brenn­ stoff nach einem Turbulator, was zu einer bestimmten, der Leistung zugeordneten Flammenlänge führt, da die Durchmischung erst allmählich erfolgt. Gleichzeitig bil­ det sich durch Aufoxidation Stickoxid in der Größenord­ nung von 80 bis 140 ppm im Abgas. Schadstoffausstoß könnte durch eine Verbrennung unter gleichzeitiger Kühlung der Flamme verringert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsge­ mäßen Brenner derart zu gestalten, daß er für die Verbren­ nung von gasförmigem Brennstoff mit stabiler Flamme geeig­ net ist.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Brenner erfin­ dungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patent­ anspruches gelöst.

Unter Beibehaltung des Strömungsprinzipes des gattungsge­ mäßen Brenners wird das Problem der Einspeisung des unter einem geringen Druck von 10 bis 15 mbar stehenden gasför­ migen Brennstoffes dadurch gelöst, daß der im Rotationszen­ trum des Luftwirbels herrschende geringere Druck für die Gaseinleitung genutzt wird, wobei der Luftwirbel entgegen der Strömungsrichtung verschlossen ist. Die Gasstrahlen treten durch die seitlichen Austrittsöffnungen senkrecht in die Luftströmung ein, wodurch die Vermischung verbessert wird. Durch die Erweiterung des ersten Abschnittes der Durchtrittsöffnung bleibt die Geschwindigkeit des Luft-Gas- Gemisches erhalten. Schließlich sorgt der Flammenhalter für eine Stabilisierung der Flammenwurzel. Insgesamt wird eine so intensive Vermischung von Luft und gasförmigem Brennstoff erreicht, daß sich eine extrem kurze Flamme ergibt, die ohne Nachteil unmittelbar gekühlt werden kann.

Der Stickoxidanteil sinkt dabei auf einen Wert um 30 ppm, und bei einem Luftüberschuß von etwa 1% ist das Abgas frei von Kohlenmonoxid.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.

Die Zeichnung stellt einen Längsschnitt durch einen Brenner gemäß der Erfindung dar.

Der Brenner enthält ein Führungsrohr 1, das mit einem An­ schluß 2 für die Zuführung von Verbrennungsluft versehen ist. Das Führungsrohr 1 ist am hinteren Ende durch einen Deckel 3 und am vorderen Ende durch einen Abschlußkörper 4 verschlossen, der eine Durchtrittsöffnung 5 aufweist. Der Abschlußkörper 4 enthält einen Flansch, an den der gekühlte Flammraum 6 eines Heizungskessels anschließt.

Innerhalb des Führungsrohres 1 ist ein Leitkörper 7 ange­ ordnet. Der Leitkörper 7 weist eine ebene Bodenfläche 8 auf, die der Stirnfläche 9 des Abschlußkörpers 4 in einem gerin­ gen Abstand gegenübersteht, so daß ein planparalleler Spalt 10 gebildet wird, der senkrecht zur Achse des Füh­ rungsrohrs 1 verläuft.

Auf der Außenseite ist der Leitkörper 7 mit Drallschaufeln 11 versehen. Die Drallschaufeln 11 zwingen der eintretenden Verbrennungsluft einen Drall auf, wobei die verdrallte Luft innerhalb des engen Spalts 10 beschleunigt wird. Es ent­ steht damit innerhalb der Durchtrittsöffnung 5 des Abschluß­ körpers 4 ein schnell rotierender Luftwirbel, der entgegen der Strömungsrichtung der Luft durch den Leitkörper 7 ver­ schlossen ist. In dem Rotationszentrum dieses Luftwirbels herrscht ein statischer Druck, der geringer ist als die zur Erzeugung des Luftwirbels erforderliche Pressung der eintretenden Luft von 100 bis 120 mbar.

Durch das Führungsrohr 1 und den Leitkörper 7 ist zentral eine Brennstoffleitung 12 für gasförmigen Brennstoff ge­ führt. An dem aus dem Deckel 3 herausragenden Ende der Brennstoffleitung 12 ist eine Mutter 13 zur Einstellung der optimalen Eindringtiefe der Brennstoffleitung 12 in den Brenner vorgesehen. Die Brennstoffleitung 12 weist seit­ liche Austrittsöffnungen 14 auf. Die Brennstoffleitung 12 ist soweit in die Durchtrittsöffnung 5 des Abschlußkörpers 4 hineingeschoben, daß die seitlichen Austrittsöffnungen 14 innerhalb des Rotationszentrums des sich in der Durchtritts­ öffnung 5 bildenden Luftwirbels liegen. Der an dieser Stelle herrschende statische Druck ist geringer als der verfügbare Gasdruck von 10 bis 15 mbar, mit dem der gasförmige Brenn­ stoff zugeführt wird, so daß der Brennstoff in den Luft­ wirbel eintreten kann.

Die Durchtrittsöffnung 5 des Abschlußkörpers 4 weist einen ersten Abschnitt 15 und einen zweiten Abschnitt 16 auf. Der erste Abschnitt 15 ist derart bemessen, daß sich eine Strömungsgeschwindigkeit des Luft-Gas-Gemisches einstellt, die mindestens der dreifachen Zündgeschwindigkeit entspricht. Der erste Abschnitt 15 erweitert sich konisch in dem Maße, wie das Volumen des Gemisches durch die Zuführung des gasförmigen Brennstoffes zunimmt. Im dargestellten Fall beträgt der Winkel, den die Seitenwand des ersten Abschnittes 15 mit der Längsachse des Führungsrohres 1 bildet etwa 10 Grad. Der zweite Abschnitt 16 der Durchtrittsöffnung 5 erweitert sich glockenförmig, wobei der größte Durchmesser dieses zweiten Abschnittes 16 so bemessen ist, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Luft-Gas-Gemisches unter die Zündgeschwindigkeit absinkt.

Unmittelbar hinter dem zweiten Abschnitt 16 der Durchtritts­ öffnung 5 ist ein scheibenförmiger Flammhalter 17 vorge­ sehen, der über eine Stange 18 an der Brennstoffleitung 12 befestigt ist. In den Flammraum 6 ragt eine Hochspannungs­ zündung 19 und eine Ionisationssonde 20 hinein.

Claims (1)

1. Brenner mit einer zentralen Brennstoffleitung (12) und einem diese umgebenden Führungsrohr (1) für Verbrennungs­ luft, das am stromab gelegenen Ende durch einen eine zentrale Durchtrittsöffnung (5) aufweisenden Abschluß­ körper (4) geschlossen ist und in dem ein Leitkörper (7) für über seine Außenseite zuströmende Verbrennungsluft angeordnet ist, der stromab stirnseitig mit dem Abschluß­ körper (4) einen senkrecht zur Achse des Führungsrohres (1) verlaufenden radialen Spalt (10) bildet, wobei die Durch­ trittsöffnung (5) des Abschlußkörpers (4) für mit dem Brennstoff vermischte Verbrennungsluft einen ersten Ab­ schnitt (15) aufweist, der derart bemessen ist, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Gemisches mindestens der drei­ fachen Zündgeschwindigkeit entspricht, und sich daran ein zweiter, sich stromab erweiternder Abschnitt (16) anschließt, dessen größter Durchmesser derart bemessen ist, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Gemisches am Ende dieses Ab­ schnittes (16) kleiner ist als die Zündgeschwindigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitkörper (7) außenseitig mit Drallschaufeln (11) zur Erzeugung eines schnell rotierenden Luftwirbels innerhalb der Durchtritts­ öffnung (5) versehen ist, daß die einen gasförmigen Brenn­ stoff führende Brennstoffleitung (12) seitliche Austritts­ öffnungen (14) aufweist, die in der sich im ersten Abschnitt (15) der Durchtrittsöffnung (5) einstellenden Unterdruck­ zone des Luftwirbels angeordnet sind, daß sich der erste Abschnitt (15) stromab konisch in dem Maße der Volumenzu­ nahme durch den Eintritt des gasförmigen Brennstoffes erwei­ tert und daß hinter dem zweiten Abschnitt (16) ein Flammen­ halter (17) angeordnet ist.