DE4004390A1 - Atmosphaerischer brenner - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen atmosphärischen Brenner gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Aufgabe der Erfindung ist es, durch eine sinnvolle und ziel­ strebige Steuerung der Brennstoffzufuhr und der Zündung des Gemisches den Zündvorgang zu beschleunigen und dadurch das Austreten unverbrannten Brennstoffes innerhalb der Startphase des Brenners auf ein Minimum zu verringern und einer Emission dieses Schadstoffes vorzubeugen.

Erfindungsgemäß werden daher die Maßnahmen gemäß dem Kenn­ zeichen des Anspruches 1 vorgeschlagen.

Dadurch wird auf einfache Weise dafür gesorgt, daß die Über­ zündung dieser erstgezündeten Brennerkammer, die dann ihrer­ seits für eine unverzügliche Überzündung der übrigen Brenner­ kammern und somit des gesamten Brenners maßgebend ist, mög­ lichst rasch erfolgt.

Bei einem Brenner gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 2 ist das Überzünden eines solchen Brenners insofern mit gewissen Problemen behaftet, da bei einer verspäteten Zündung eine mehr oder weniger große Menge unverbrannten Gases bzw. Gemisches in den Brennraum austreten kann, bevor noch eine vollständige Überzündung des Brenners erfolgt. Bei einer solchen verspäte­ ten Zündung kann es dann gegebenenfalls zu einem Rückschlagen der Brennerflammen kommen.

Da in einem solchen Falle die Brennerflammen fallweise auch im Bereich zwischen den Mischrohren und den Mischrohrdurchführun­ gen der Brennerfrontplatte in den Bereich der Gasdüsen zurück­ schlagen, kann allenfalls auch ein Düsenbrand entstehen, der rasch zu einer Beschädigung oder Zerstörung des Brenners füh­ ren kann.

Um dies zu vermeiden ist es wesentlich dafür zu sorgen, daß die Zündung der Brennerkammern jeweils unverzüglich und syn­ chron mit dem Ausströmen des Gas-Luft-Gemisches aus den Ge­ mischaustrittsöffnungen der Brennerkammern erfolgt, so daß die Menge des in der Startphase unverbrannt ausströmenden Gases minimal bleibt, wodurch sich auch der Schadstoffausstoß in dieser Phase verringert.

Üblicherweise erstreckt sich bei bekannten derartigen Brennern beim Start eine erste Stufe des Gasdruck-Anstieges über eine Zeitspanne von etwa neun Sekunden bis zu einem Gasdruck von etwa 5 mbar und der End-Gasdruck bis zu etwa 14 mbar wird in einer zweiten Stufe erreicht.

Dies wird durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruches 2 erreicht.

Dabei kann dieses Ventil so gestaltet und bemessen werden, daß es beim Start des Brenners und Einströmen des Gases in den Verteiler erst öffnet, sobald der Gasdruck in dessen ersten Abschnitt einen bestimmten Druck-Grenzwert erreicht hat, z. B. 8 mbar. Zu diesem Zeitpunkt ist bereits eine Zündung der diesem ersten Abschnitt zugeordneten Brennkammern erfolgt. Erfolgt nun erst über das sich öffnende Ventil auch die Versorgung des zweiten Verteiler-Abschnittes mit Gas, werden die diesem zwei­ ten Abschnitt zugeordneten Teilbrennerkammern von jenen des ersten Abschnittes unverzüglich und zuverlässig überzündet. Dadurch wird das jeweils zu zündende Gasvolumen erheblich ver­ ringert und die Gefahr eines Rückschlagens der Brennerflammen vermieden.

In diesem Zusammenhang ergibt sich eine besonders einfache und kompakt gestaltete Ausführungsform durch die Merkmale des An­ spruches 3.

Dabei ist es besonders günstig, wenn die Merkmale des An­ spruches 4 eingehalten werden.

Eine konstruktiv sehr einfache Lösung für einen erfindungsge­ mäßen Brenner ergibt sich durch die Merkmale des Anspruches 5.

Weiters ist es vorteilhaft, wenn die Merkmale des Anspruches 6 eingehalten werden.

Dies bringt den Vorteil, daß die Brennerkammern über eine ge­ meinsame Brennstoffzufuhrleitung gespeist werden können, in der die die Brennstoffzufuhr zu den Brennstoffdüsen steuernden Ventile in Reihe angeordnet und in Richtung der Brennstoffzu­ fuhr nacheinander betätigbar sind.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 die schematische Draufsicht auf einen aus meh­ reren zueinander parallel verlaufenden Brenner­ kammern bestehenden Brenner,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Brenners nach der Fig. 1,

Fig. 3 in einem Diagramm den Verlauf des allmählich zunehmenden Gasdruckes in der Startphase des Brenners,

Fig. 4 eine schematische Draufsicht auf den Brenner, und

Fig. 5 einen schematischen Längsschnitt durch ein Ven­ til, das den Verteiler in Abschnitte unter­ teilt.

Fig. 1 zeigt zunächst einen aus drei Brennerkammern 1 und 2, 2 bestehenden Brenner, insbesondere einen Gasbrenner. Die Ge­ mischaustrittsöffnungen 3 dieser Brennerkammern 1, 2 werden über Mischrohre 4 aus Brennstoffdüsen 5, die mit einem Abstand von den Einlässen der Mischrohre 4 angeordnet sind, mit einem Brennstoff-Luft-Gemisch gespeist. Diese Brennstoffdüsen 5 be­ finden sich an den mit Brennstoff versorgten Verteilern 6, 7.

Zwei (oder auch mehr) Brennerkammern 2 werden über einen ge­ meinsamen Verteiler 6 gespeist, dessen Brennstoffdüsen 5 ne­ beneinander angeordnet sind und zu denen die Brennstoffzufuhr über ein gemeinsames Ventil 10 gesteuert wird.

Der in der Fig. 1 rechts außen angeordneten Brennerkammer 1 sind hingegen eigene, gesonderte Brennstoffdüsen 5 eines ge­ sonderten Verteilers 7 zugeordnet und die Brennstoffzufuhr zu dieser, der Überzündung des Brenners dienenden Brennerkammer 1 wird von einem eigenen, gesonderten Ventil 9 gesteuert.

Diese der Überzündung dienende Brennerkammer 1 ist durch eine Trennwand 11 in zwei Teil-Brennerkammern 12 und 13 unterteilt, die in Richtung der Gemischzufuhr hintereinander angeordnet sind. Diese beiden Teil-Brennerkammern 12 und 13 sind mit ge­ sonderten Zündeinrichtungen 14 und 15 ausgestattet und diesen Teil-Brennerkammern 12 und 13 sind auch gesonderte, übereinan­ der angeordnete Brennstoffdüsen 5 (Fig. 2) und gesonderte Mischrohre 4 zugeordnet. Alle diese Maßnahmen dienen der Be­ schleunigung der Überzündung dieser Zünd-Brennerkammer 1.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden die beiden Brennstoffdüsen dieser Teil-Brennerkammern 12 und 13 aus einem gemeinsamen Verteiler 7 mit Brennstoff gespeist und die Brenn­ stoffzufuhr zu diesen Brennstoffdüsen 5 wird über das gemein­ same Ventil 9 gesteuert, erfolgt also gleichzeitig. Man könnte aber im Rahmen der Erfindung die Gemischzufuhr zu diesen bei­ den Teil-Brennerkammern 12 und 13 auch gesondert ausbilden und im Sinne der Erfindung aufeinanderfolgend steuern.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Funktion des Gasbrenners wie folgt optimal steuerbar:

Zunächst wird den beiden Teil-Brennerkammern 12, 13 der Bren­ nerkammer 1 über das Magnet-Ventil 9 und die Brennstoffdüsen 5 des Verteilers 7 Brennstoff und somit über die Mischkammern 4 dieser Brennerkammer 1 ein Brennstoff-Luft-Gemisch zugeführt. Dieses aus den Brennstoffaustrittsöffnungen 3 nur der Brenner­ kammer 1 austretende Gemisch wird mittels der beiden Zündein­ richtungen 14 und 15 gemeinsam und gleichzeitig gezündet. Die Überzündung dieser Brennerkammer 1 erfolgt also überaus rasch.

Erst nach Ausbildung der Flammen an den Gemischaustrittsöff­ nungen 3 dieser unterteilten Brennerkammer 1 wird das Magnet- Ventil 10 geöffnet, über das die Brennstoffdüsen 5 der übrigen Brennerkammern 2 mit einem Gemisch versorgt werden. Die erfor­ derliche Zündenergie liefert für diese übrigen Brennerkammern 2 die bereits in Betrieb befindliche Brennerkammer 1.

Durch die Unterteilung dieser Brennerkammer 1 in zwei eigen­ ständige versorgte und gezündete Teil-Brennerkammern 12 und 13 wird die Dauer der Überzündung und damit die Emission umwelt­ schädlicher Kohlenwasserstoffe erheblich verringert. Die nach Zündung dieser Brennerkammer 1 zur Verfügung stehende Zünd­ energie begünstigt und erleichtert dann in weiterer Folge auch das Überzünden der übrigen Brennerkammern 2 und vermindert also auch diesbezüglich die Schadstoffemission in der Start­ phase des Brenners.

Im Diagramm der Fig. 3 ist in der Abszisse der Zeitablauf t in Fünf-Sekunden-Intervallen bezeichnet und in der Ordinate der jeweilige Gasdruck p in Intervallen von 5 mbar.

Im Diagramm der Fig. A erstreckt sich der Abschnitt A über eine Zeitspanne von etwa 9 sec und der Gasdruck erreicht bis zum Ende dieses Abschnittes eine Höhe von etwa 5 mbar. Sobald der Gasdruck eine Höhe von beispielsweise 9 mbar überschritten hat, beginnt der Abschnitt B, innerhalb dessen der Gasdruck seinen maximalen Sollwert, z. B. 14 mbar, erreicht.

Die Grenze zwischen den Abschnitten A und B bestimmt das die Gaszufuhr zum Verteiler 21 steuernde Magnetventil. Der in der Fig. 4 dargestellte atmosphärische Gasbrenner umfaßt eine An­ zahl parallel zueinander angeordneter, über einen mit einzel­ nen Gasdüsen 22 bestückten gemeinsamen Verteiler 21 und ein­ zelne Mischrohre 23 mit einem Gas-Luft-Gemisch gespeister Brennerkammer 24, deren Wandung an ihrer Oberseite von Ge­ mischaustrittsöffnungen 25 durchsetzt ist.

Der Verteiler 21 wird in seinem Längsverlauf durch ein Ven­ til 26 in zwei Abschnitte x und y unterteilt, wobei der Ab­ schnitt x in der mit dem Pfeil 27 bezeichneten Strömungsrich­ tung des Gases dem Abschnitt y vorgeordnet ist.

Das Gas strömt über den Gaseinlaß 28 zunächst in den Ab­ schnitt x des Verteilers 21 ein, der durch das Ventil 26 gegen den Abschnitt y gesperrt ist.

Das Ventil 26 besteht aus einem bei Überschreitung eines Druck-Grenzwertes gegen den Druck einer sich an der Zwischen­ wand 32 abstützenden Feder 29 öffnenden Ventilkörper 30 gemäß Fig. 5 mit dem von einer Zwischenwand 31 des Verteilers 21 ge­ bildeten Ventilsitz.

Von der im Abschnitt x angeordneten Zündelektrode 33 werden zunächst die dem Abschnitt x zugehörigen Brennerkammern 24 ge­ zündet und erst nach Erreichen des Druckgrenzwertes erfolgt mittels dieser bereits gezündeten Brennerkammern auch eine Zündung der Brennerkammern 24 des Abschnittes y. Dadurch wird der Austritt unverbrannten Gases auf ein Minimum reduziert.

Der Druckgrenzwert, bei dem der Ventilkörper 30 vom Ventil­ sitz 31 abhebt, entspricht etwa einem Drittel des im Ab­ schnitt y auftretenden End-Gas-Druckes.

Claims (7)

1. Atmosphärischer Brenner mit mehreren, über Brennstoffdüsen und Mischrohre mit einem Brennstoff-Luft-Gemisch ge­ speisten, nebeneinander angeordneten Brennerkammern, deren Oberseite von Gemischaustrittsöffnungen durchsetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine bei einem Start des Bren­ ners erstgezündete Brennerkammer (1) in Teilbrennerkam­ mern (12, 13) unterteilt ist, die über gesonderte Brenn­ stoffdüsen (5) und gesonderten Mischrohre (4) gespeist und mit gesonderten Zündvorrichtungen (14, 15) ausgestattet sind.

2. Brenner nach Anspruch 1, mit einer Anzahl parallel zuein­ ander angeordneter, über einen in seinem Längsverlauf mit einzelnen Gasdüsen bestückten gemeinsamen Verteiler und einzelnen, diesen Gasdüsen zugeordneten Mischrohren, da­ durch gekennzeichnet, daß der Verteiler (21) in seinem Längsverlauf durch ein Ventil (26) in zumindest zwei Ab­ schnitten (x und y) unterteilt ist, die bei einem Anstieg des Gasdruckes in der Startphase stufenweise nacheinander mit Gas beschickbar ist, wobei Mischrohre (23) an ver­ schiedenen Abschnitten des Verteilers (21) angeschlossen sind.

3. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Ventil (26) als Überdruckventil mit einem bei Über­ schreitung eines Druckgrenzwertes, z. B. gegen den Druck einer Feder (29), öffnenden Ventilkörper (30) ausgebildet ist.

4. Brenner nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckgrenzwert etwa einem Drittel des in der zwei­ ten Stufe auftretenden End-Gasdruckes entspricht.

5. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Teil-Brennkammern (12, 13) in Richtung der Gemischzufuhr hintereinander und die diese Teil-Bren­ nerkammern mit Gemisch versorgenden Brennstoffdüsen (5) übereinander angeordnet sind, wobei die Gemischführung zu einer in Richtung der Gemischzufuhr nachfolgende Kam­ mer (13) jeweils unterhalb der vorhergehenden Kammer (12) verläuft.

6. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Brennstoffzufuhrleitung (28) zu der die erstgezündete Brennerkammer (1) mit Brennstoff versorgen­ den Brennstoffdüse (5) von der Brennstoffzufuhr zu den übrigen Brennerkammern (2) gesondert und mit einem eigenen die Brennstoffzufuhr steuernden Ventil (9) ausgestattet ist.

7. Brenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennerkammern (1, 2) über eine gemeinsame Brennstoffzu­ fuhrleitung (8) gespeist sind, in der die die Brennstoff­ zufuhr zu den Brennstoffdüsen (5) steuernden Ventile (9, 10) in Reihe angeordnet und in Richtung der Brennstoffzu­ fuhr nacheinander betätigbar sind.