DE3826279A1 - Gasbrenner - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasbrenner mit über eine Gas­ zufuhrleitung und ein Regelventil gespeisten Gasaustrittsöff­ nungen zumindest einer Brennerkammer.

Aufgabe der Erfindung ist es, dafür zu sorgen, daß ein solcher Gasbrenner eine weitestgehend schadstofffreie Verbrennung ermöglicht, indem den Gasaustrittsöffnungen des Brenners inner­ halb des Brennraumes, also im Flammenbereich, zusätzlich Gas bzw. ein Gas-Luft-Gemisch in einer optimal dosierten Menge zu­ geführt wird.

Durch Zugabe von Gas zur Sekundär-Verbrennungsluft kann gemäß einem nicht zum Stand der Technik gehörenden Vorschlag eine erhebliche Reduktion der NO_x-Emission erzielt werden. Pro­ blematisch ist jedoch eine solche Dosierung über den gesamten Leistungsbereich des Brenners, etwa durch Anzapfen der zum Brenner führenden Gaszufuhrleitung.

Die zuströmende Sekundärluftmenge bleibt nämlich über einen weiten Bereich im wesentlichen konstant, wogegen der Gasdruck zwangsläufig erheblich variiert. Somit würde bei normaler Druck­ einstellung der Prozentsatz des zusätzlich zugeführten Gases vom Optimalwert abweichen und dies könnte im Extremfall zur Er­ zeugung eines zündfähigen und damit rückzündfähigen Gemisches führen.

Ziel der Erfindung ist es deshalb, den Anteil des zusätzlich zugeführten Gases in Abhängigkeit von der variablen Brenner­ leistung in einer für eine schadstofffreie Verbrennung optimalen Höhe zu erhalten.

Erfindungsgemäß wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß in den Bereich der Gasaustrittsöffnungen innerhalb des Brennraumes eine Führung für zusätzliches Gas mündet, deren Durchsatz über zumindest ein gesondertes Regelventil regelbar ist.

Mit Hilfe eines solchen Regelventiles kann dann die Menge des zugeführten zusätzlichen Gases den Leistungsschwankungen des Brenners folgend stets auf den für eine optimale Verbrennung erforderlichen Sollwert geregelt werden.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegen­ standes ist der Durchsatz der Führung für das zusätzliche Gas proportional in Abhängigkeit von der über die Brennerkammer erfolgenden Gaszufuhr zu den Gasaustrittsöffnungen, z. B. vom Gasdruck in der Gaszufuhrleitung, abhängig. Diese Lösung erweist sich insofern als vorteilhaft, als sie sich sowohl mit Hilfe von Steuerdruckleitungen als auch mit mechanisch verbundenen Ventilen verwirklichen läßt.

Ferner kann der Durchsatz in Abhängigkeit von der Leistung des der Luftzufuhr zum Brenner dienenden Gebläses regelbar sein. Auch diese Lösung läßt sich mechanisch vergleichsweise einfach verwirklichen.

Schließlich kann im Rahmen der Erfindung der Durchsatz in dieser Führung darüber hinaus auch in einer zeitlichen Ab­ hängigkeit von der Inbetriebnahme bzw. der Abschaltung der Gaszufuhr zu den Gasaustrittsöffnungen steuerbar sein.

Dies trägt insofern zu einer weiteren Verringerung der Schadstoffemission, O_xH_y unverbrannte Kohlenwasserstoffe, bei, als eine Verzögerung der Zufuhr des zusätzlichen Gases beim Einschalten des Brenners ebenso wie eine vorzeitige Beendigung dieser Zufuhr beim Abschalten des Brenners verhindern, daß unverbranntes Gas über den Brennraum in die Atmosphäre gelangt.

Die Führung für das zusätzliche Gas kann nach einer bevor­ zugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes von einem die Brennerkammer ummantelnden Hüllrohr gebildet sein, das zwecks Vermischung dieses Gases mit Verbrennungsluft im Abstand von dem die Gasaustrittsöffnungen aufweisenden Brennerkopf endet. Mit Hilfe dieser Ausbildung der Führung kann also das zusätzliche Gas bei einem Gebläsebrenner den Brennerflammen gemeinsam mit der Sekundärluft zuströmen.

Anderseits besteht aber auch die Möglichkeit, die Führung zwecks Zufuhr puren, unvermischten Gases unmittelbar im Bereich der Gasaustrittsöffnungen der Brennerkammer enden zu lassen, um dadurch die Menge dieses zusätzlich zugeführten Gases exakt in diesem Bereich verteilen zu können.

Vorteilhafterweise ist zwischen der Mündung des Hüllrohrs und den Gasaustrittsöffnungen der Brennerkammer eine mit Schlitzen od. dgl. Ausnehmungen ausgebildete Scheibe angeordnet, die den Brennraum von einem den ummantelten Teil der Brenner­ kammer aufnehmenden Teil eines Gehäuses abgrenzt. Dank dieser Maßnahme bildet der Gasbrenner eine raumsparende und sehr kompakte Baueinheit.

Zwischen dem Rand dieser Scheibe und der Innenseite dieses Gehäuses kann ein Spalt für den Durchtritt von Luft bzw. eines Gas-Luft-Gemisches vorgesehen sein, wobei dieser Spalt für eine günstige zentralsymmetrische und somit sehr gleichmäßige Verteilung dieser Verbrennungsluft bzw. des zusätzlich zuströmenden Gases zu sorgen vermag.

Der die Brennerkammer aufnehmende Teil des Gehäuses kann, gegebenenfalls über eine einstellbare Blende, mit einem über eine Gebläse mit Verbrennungsluft versorgten Ringraum verbunden sein, der sich problemlos an das Gehäuse anfügen läßt.

Bevorzugt ist sowohl in der Führung des zusätzlichen Gases als auch in der Zufuhrleitung zur Brennerkammer je ein Regel­ ventil angeordnet und diese beiden Ventile sind in einem Steuerungssystem miteinander verknüpft, sei es über Steuer­ druckleitungen oder in mechanischem Verbund.

Einzelheiten solcher Steuerungssysteme sind der besseren Ver­ ständlichkeit wegen nachstehend an Hand der Zeichungen erläutert, die Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes darstellen.

Im einzelnen zeigen

Fig. 1 das Prinzip der Erfindung schematisch,

Fig. 2 einen Schnitt nach II-II der Fig. 1,

Fig. 3 ein Steuerungssystem gleichfalls schematisch,

Fig. 4 ein Detail der Gasversorgung im Längsschnitt,

Fig. 5 eine Ausführungsform im Axialschnitt,

Fig. 6 und 7 zwei weitere Ausführungsformen in schematischen Axialschnitten mit einem Steuerungsschaltbild,

Fig. 8 eine Ausführungsvariante eines Schaltschemas.

Fig. 1 und 2 betreffen eine Ausführungsform eines Gebläse­ brenners, derzufolge eine zylindrische Brennerkammer 1 über ein nicht dargestelltes Gaszufuhrventil und eine Gaszufuhrleitung 2 mit Gas gespeist wird. Diese Brennerkammer 1 weist an ihrer der Gaszufuhrleitung 2 gegenüberliegenden Stirnseite in einem Brennerkopf eine Schar radial gerichteter Gasaustrittsöffnungen 3 auf. Gemäß Fig. 1 ist die Brennerkammer 1 bis in die Nähe des Bereiches der Gasaustrittsöffnungen 3 von einem Hüllrohr 4 ummantelt und dieser Mantel bildet eine Führung 5 für Gas, das zwecks Herbeiführung einer vollkommenen, schadstofffreien Verbrennung dem Brennraum 14 im Bereich der Austrittsöffnungen 3 über eine Zufuhrleitung 6 in einem optimal dosierten Maße zugeführt werden kann, wobei es auf dem Weg vom Ende des Hüllrohres 4 bis zu den Gemischaustrittsöffnungen 3 mit Verbrennungsluft vermischt wird.

Fig. 3 stellt die Anordnung zweier mit Magnetventilen 9 und 10 gekoppelter Regler 7 und 8 dar, von denen der Regler 7 die Höhe des Druckes in der Führung 5 für das dem Brennraum 14 zusätzlich zugeführte Gas regelt und der Regler 8 den Druck in der Gaszu­ fuhrleitung 2 zur Brennerkammer 1. Der Regler 7 regelt den Druck in der Führung 5 erfindungsgemäß in einer proportionalen Abhän­ gigkeit vom Luftdruck im Raum 15.

Zur Verringerung der Schadstoffemission kann im Rahmen der Erfindung überdies vorgesehen sein, daß die Einschaltung des vom Regler 7 gesteuerten Magnetventiles 9 über ein Zeitglied oder Steuerelement beim Start des Brenners verzögert und beim Abschalten des Brenners das Schließen dieses Ventiles 9 vorgezogen wird, um den Austritt unverbrannten Gases in die Atmosphäre zu verhindern.

Fig. 4 veranschaulicht, daß das für die zusätzliche Ver­ sorgung des Brenners erforderliche Gas der Gasversorgungslei­ tung 25 zur Führung 5 über die Zufuhrleitung 6 mittels eines steuerbaren Ventiles 13 in dosierten, regelbaren Mengen, die auf die jeweilige Leistung des Brenners proportional abgestimmt sind, entnommen werden kann.

Gemäß der Fig. 3 und 5 befindet sich der Gasbrenner inner­ halb eines Gehäuses 11 und eine von radialen Schlitzen od. dgl. Ausnehmungen durchsetzte Scheibe 12 grenzt den Brennraum 14 vom Teil 15 des Gehäuses 11 ab, dem über eine einstellbare Blende 16 und eine dem Gehäuse 11 anfügbare Ringkammer 17 aus einer Gebläseluftführung 18 Verbrennungsluft zugeführt wird, die sich mit dem aus dem offenen Ende der Führung 5 austretenden Gas vermischt und durch die Schlitze der Scheibe 12 und den an ihrem Rand mit der Innenseite des Gehäuses 11 gebildeten peripheren Ringspalt 19 in den Bereich der Gasaustrittsöffnungen 3 der Brennerkammer 1 gelangt.

In diesen Bereich ragen auch ein Zündelement 20 und ein als Flammenwächter dienendes Ionisationselement 21.

Fig. 6 zeigt das Schaltbild einer Steuerung eines solchen Gasbrenners. Der Zustrom der Gebläseluft in der Führung 18 wird mittels eines Drosselelementes 22 eingestellt. Die Steuerung der Druckregler 7 und 8 mit ihren Magnetventilen 9 und 10 erfolgt über eine Regelelektronik 23, der ein Soll­ wertgeber 24 zugeordnet ist.

Die Versorgung der zur Brennerkammer 1 und den Gasaustritts­ öffnungen 3 führenden Gaszufuhrleitung 2 und der in die Führung 5 mündenden Gaszufuhrleitung 6 erfolgt aus einer gemeinsamen Gasversorgunsleitung 25. Das zusätzlich zugeführte Sekundärgas vermischt sich nach dem Austritt aus der Führung 5 mit der aus der Führung 18 geförderten Verbrennungsluft und gelangt dann über die Schlitze der Scheibe 12 und den Spalt 19 in den Brennraum 14 zu den Gasaustrittsöffnungen 3.

Fig. 7 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform, derzufolge diese Führung 5 nicht vor der Scheibe 12 endet, sondern unmittelbar an die von den Schlitzen durchsetzte Scheibe 12 anschließt und pures, unvermischtes Gas zu den Gasaustrittsöffnungen 3 gelangen läßt.

Fig. 8 ist die Draufsicht auf das oberseitig mit Gasaustritts­ öffnungen versehene Ende eines mit Gas oder einem Gas-Luft-Gemisch über eine Düse gespeisten, eine Brennerkammer 1 einschließenden Brennerstabes, der von zwei Führungen 5 für zusätzlich zuzuführen­ des Gas flankiert ist.

Diese Führungen 5 weisen aufwärts gerichtete Gasaustritts­ öffnungen 26 auf, über die dem oberhalb der Austrittsöffnungen 3 der Brennerkammer 1 gelegenen Bereich seitwärts zusätzliches Gas zugeführt wird.

Die zugehörige Steuerung entspricht jener nach Fig. 6, wobei die Möglichkeiten bestehen, sie mittels die Druckregler 7 und 8 verbindender Steuerleitungen oder durch mechanische Verbindung (Verbundregler) dieser Druckregler durchzuführen.

Claims (10)

1. Gasbrenner mit über eine Gaszufuhrleitung und ein Regel­ ventil gespeisten Gasaustrittsöffnungen zumindest einer Brennerkam­ mer, dadurch gekennzeichnet, daß in den Bereich dieser Gasaustritts­ öffnungen (3) innerhalb des Brennraumes (14) eine Führung (5) für zusätzliches Gas mündet, deren Durchsatz über zumindest ein gesondertes Regelventil (9 bzw. 13) regelbar ist.

2. Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchsatz dieser Führung (5) proportional in Abhängigkeit von der über die Brennerkammer (1) erfolgenden Gaszufuhr zu den Gemischaustrittsöffnungen (3) dieser Brennerkammer (1), z. B. abhängig vom Gasdruck in der Gaszufuhrleitung (2), regelbar ist.

3. Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchsatz dieser Führung (5) in Abhängigkeit von der Leistung eines der Luftzufuhr zum Brenner dienenden Gebläses regelbar ist.

4. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchsatz in dieser Führung (5) in zeitlicher Abhängigkeit von der Inbetriebnahme des Brenners bzw. der Abschaltung der Gaszufuhr zu den Gasaustrittsöffnungen (3) der Brennerkammer (1) verzögert bzw. vorgezogen steuerbar ist.

5. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (5) für das zusätzliche Gas von einem die Brennerkammer (1) ummantelnden Hüllrohr (4) gebildet wird, das zwecks Vermischung des Gases mit Verbrennungsluft in einem Abstand von dem Gasaustrittsöffnungen (3) aufweisenden Bereich der Brennerkammer (1) endet (Fig. 1, 3, 5, 6).

6. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung zwecks Zufuhr puren, unvermischten Gases unmittelbar im Bereich der Gasaustrittsöffnungen (3) der Brennerkammer (1) endet (Fig. 7).

7. Gasbrenner nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Mündung des Hüllrohres (4) und den Gasaustritts­ öffnungen (3) der Brennerkammer (1) eine mit Schlitzen od. dgl. Ausnehmungen versehene Scheibe (12) angeordnet ist, die den Brennraum (14) von einem den ummantelten Teil der Brennerkammer (1) aufnehmenden Teil (15) eines gemeinsamen Gehäuses (11) abgrenzt (Fig. 5).

8. Gasbrenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Rand der Scheibe (12) und der Innenseite des Gehäuses (11) ein Spalt (19) für den Durchtritt von Verbrennungsluft bzw. eines Gas-Luft-Gemisches vorgesehen ist (Fig. 5).

9. Gasbrenner nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der die Brennerkammer (1) aufnehmende Teil (15) des Gehäuses (11) über eine, gegebenenfalls einstellbare, Blende (16) mit einem über ein Gebläse mit Verbrennungsluft versorgten, dem Gehäuse (11) angefügten Ringraum (17) verbunden ist (Fig. 5).

10. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeich­ net durch je ein in der zur Führung des zusätzlichen Gases dienen­ den Gaszufuhrleitung (6) und in der Zufuhrleitung (2) zur Brenner­ kammer angeordnetes Regelventil (9 bzw. 10), die in einem gemein­ samen Steuerungssystem miteinander verknüpft sind (Fig. 6 und 8).