DE4203668A1 - Gasbrenner - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf einen Gasbrenner, insbesonde­ re atmosphärischer Gasbrenner mit Primärluftvormischung, mit einem Gasaustrittskanäle aufweisenden Brennerring und mit ei­ nem ggf. damit einstückig ausgebildeten Brennerdeckel.

Gasbrenner für Herde sind in verschiedenen Ausführungen be­ kannt. Dabei weisen die bekannten Brenner Flammenaustritts­ öffnungen, die als Schlitze, Einfräsungen oder Bohrungen ge­ staltet sind, auf, die in der Regel von einem gedachten Bren­ nermittelpunkt aus radial nach außen gerichtet sind.

Im Zuge des Versuches, die Wirkungsgrade derartiger Brenner zu verbessern und insbesondere auch deren Umweltfreundlich­ keit, d. h. deren Schadstoffemissionen zu verringern, hat man von herkömmlichen Brennertypen abweichende Brennergestaltun­ gen entwickelt, solche Brennergestaltungen zeigt beispiels­ weise die DE-37 09 445-A1.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Lösung, mit der insbesondere bei atmosphärischen Brennern der NO_x-Gehalt im Abgas sowie der Gehalt an CO erheblich vermindert wird, und zwar über einen großen Regelbereich zwischen Klein- und Großstellung des Brenners.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Mittelachse der Gasaustrittskanäle einen von 0° abwei­ chenden Winkel zu einem der jeweiligen Austrittsöffnung zuge­ ordneten Radius aufweist.

Durch die Schrägstellung der Gasaustrittskanäle relativ zu einem gedachten zugeordneten Radius ergibt sich eine besonde­ re Verwirbelung. Das Gas-/Luftgemisch wird nach dem Austritt durch die erfindungsgemäß gestalteten Austrittskanäle schrau­ benartig, d. h. spiralartig, verwirbelt, wodurch es zu einem optimalen Abbrand kommt. Damit wird CO und NO_x vermindert.

Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, daß die Flammen bei einem aufgesetzten Topf nicht den kürzesten Weg von der Flam­ menaustrittsöffnung zum Topfrand hin sich suchen können, son­ dern sie sind gezwungen, länger unter der Topfbodenfläche zu verweilen, es ergibt sich eine Art Schraubenströmung unter­ halb des Topfbodens. Dies hat zur Folge, daß die Flammenener­ gie deutlich besser ausgenutzt werden kann, d. h. um gleiche Kochleistungen zu erzielen, kann der Brenner entweder insge­ samt kürzer in Betrieb sein oder aber bei verminderter Ein­ stellung betrieben werden, woraus sich zwangsläufig eine ins­ gesamt geringere Schadstoffbelastung der Umwelt ergibt.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Zweckmäßig ist es, beispielsweise den Gasaustrittswinkel zu den zugeordneten Radien zwischen 15 und 90° anzuordnen, wobei ein 90°-Winkel eine praktisch tangentiale Abströmung zur Folge hat. Die Schlitze können als Bohrungen gestaltet sein, sie können einen geraden oder gekrümmten Verlauf sowohl in ihrer axialen Richtung als auch in ihrer Quer­ schnittsform aufweisen, es können V-förmige Querschnitte vor­ gesehen sein als auch parallel nebeneinander angeordnete Ka­ näle jeweils unterschiedlicher Größe, was zu einer optimalen Regelung zwischen Teillast und Vollast führt. Wie an sich be­ kannt, können auch Zusatzaustrittsöffnungen zur Bildung von Hilfsflammen vorgesehen sein.

Um innerhalb des Brenners die Strömungsverhältnisse den je­ weiligen Einsätzen besser anpassen zu können, kann es zweck­ mäßig sein, den Brennerdeckel mit einem Strömungsleitkegel zu versehen und/oder mit Verwirbelungs-/Kühlrippen.

Es hat sich gezeigt, daß auch spezielle Anpassungen zwischen Außenkontur des Brennerdeckels und der Außenkontur des Bren­ nerringes relativ zu den Austrittskanten der Gasaustritte in unterschiedliches Brennverhalten ergeben, so daß die Er­ findung hier spezielle Gestaltungen je nach Einsatzzweck vor­ sieht, wie in Unteransprüchen angegeben.

Auch können die Strömungskanäle im Inneren der Brenner, ob mit oder ohne Strömungskegel, erfindungsgemäß unterschied­ lich gestaltet sein.

Schließlich kann es zweckmäßig sein, im Steckaufsatz für zu­ sätzliche Austrittsöffnungen zu sorgen, aus denen Sekundär­ luft aus dem Muldenraum unterhalb des Brenners zur Flammen­ kühlung ansaugbar ist, wie dies in weiterer Ausgestaltung der Erfindung ebenfalls vorgesehen ist. Diese Maßnahme der Flammenkühlung dient auch der optimalen Brennstoffausnutzung einerseits bei Reduzierung der Schadstoffemissionen anderer­ seits.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispiels­ weise näher erläutert. Diese zeigt in Fig. 1 eine Seitenansicht teilweise geschnitten durch einen erfindungsgemäßen Brenner mit ei­ ner Teilaufsicht auf eine Gestaltung der Gas­ austrittskanäle in Fig. 1a,

Fig. 2 bis 4 Schnitte durch Brennervarianten nach der Er­ findung,

Fig. 5a und 5b Teilschnitte durch Brennerdeckelgestaltungen,

Fig. 6 eine Aufsicht auf einen erfindungsgemäßen Brennerring mit angedeuteten Flammen mit gera­ den Gasaustrittskanälen,

Fig. 7 eine Teilaufsicht auf ein abgewandeltes Bei­ spiel eines Brennerringes mit gekrümmten Gas­ austrittskanälen,

Fig. 8a und 8b Gestaltungen des Strömungskegels,

Fig. 9 Querschnittgestaltungen von Gasaustrittskanä­ len,

Fig. 10 einen Teilschnitt im Bereich des Strömungske­ gels,

Fig. 11 bis 15 unterschiedliche Randgestaltungen von Bren­ nerdeckel und Brennerring im Bereich der Gas­ austrittsöffnungen sowie in den

Fig. 16 bis 19 unterschiedliche Teilquerschnitte durch Bren­ ner mit verschiedenen Gasführungen im Inneren des Brenners mit Hilfsflammenbildung bei Voll­ brand.

Der in Fig. 1, 1a zum Teil geschnitten wiedergegebene, allge­ mein mit 1 bezeichnete Gasbrenner hat den folgenden Aufbau:

Von unten durchsetzt ein Brennerstativ 2, eine andeutungswei­ se wiedergegebene Gasmulde 3. Den über die Gasmulde 3 hinaus­ ragenden Bereich des Brennerstativs umgibt ein Injektor 4, auf den ein Brennerring 5 gelagert ist, der in Fig. 1 teil­ weise in Aufsicht wiedergegeben ist. Abgeschlossen wird nach oben der Brenner von einem Brennerdeckel 6, der im in Fig. 1 dargestellten Beispiel zentrisch mit einem nach innen weisen­ den Strömungskegel 7 ausgerüstet ist.

Erkennbar ist der Brennerring 5 mit einer Vielzahl von Gas­ austrittskanälen 8 ausgerüstet, deren in Fig. 1a mit einem Pfeil 9 angegebene Mittelachse in einem von 0° abweichenden Winkel zu dem entsprechenden, mit 10 bezeichneten Radius steht, der Winkel ist in Fig. 1a mit α bezeichnet. Das freie Austrittsende der Gasaustrittskanäle 8 trägt das Be­ zugszeichen 8a.

In Fig. 6 ist, ähnlich wie in Fig. 1a, in Aufsicht der Bren­ nerring 5 dargestellt mit angedeuteten Flammen 11, die er­ kennbar nicht radial nach außen gerichtet sind, sondern ei­ nen Winkel zur Radialströmung aufweisen, derart, daß sich ei­ ne Wirbelbildung ergibt. Die in Fig. 6 bzw. 1a dargestellten Kanäle 8 sind dort in Aufsicht gerade ausgebildet, in Fig. 7 ist die Möglichkeit dargestellt, diese Kanäle bogenförmig zu gestalten. Die dort wiedergegebenen Kanäle tragen das Bezugs­ zeichen 8′, die gebildeten Flammen das Bezugszeichen 11′.

Können die Kanäle 8 bzw. 8′ in Aufsicht gerade oder gekrümmt ausgebildet sein, so können sie die unterschiedlichsten Quer­ schnittsformen aufweisen, eine Auswahl dieser Querschnitts­ formen ist in Fig. 9 angedeutet. Neben querschnittlich U-, V- oder I-förmigen Kanälen können auch Kanäle kreisförmigen Querschnitts vorgesehen sein, dies ist in Fig. 9 mit 8 an­ gegeben, oder nebeneinanderliegende mit unterschiedlicher Querschnittsgröße, dies ist in Fig. 9 mit 8′′′ angegeben.

Wie an sich bekannt, können unterhalb der Gasaustrittskanäle weitere Gasaustrittsschlitze oder Bohrungen, in Fig. 2 mit 11 bezeichnet, vorgesehen sein, um z. B. bei Vollast Hilfs­ flammen zu bilden, was in Fig. 2 mit einem Pfeil 12 angedeu­ tet ist, während der Gasströmungsverlauf durch die Gasaus­ trittskanäle 8 mit 13 bezeichnet ist.

In Fig. 3 ist dabei zusätzlich wiedergegeben, daß Zusatzöff­ nungen 14 vorgesehen sein können, um von unterhalb der Mulde 3 Sekundärluft anzusaugen, die der Flammenkühlung dient, der Strömungsweg dieser Sekundärluft ist in Fig. 3 mit 15 be­ zeichnet.

Soweit wie möglich, tragen in den unterschiedlichen Zeichnun­ gen funktionell gleiche Bauteile auch das gleiche Bezugszei­ chen. So ist der Brennerdeckel beispielsweise durchgängig mit 6 bezeichnet, selbst wenn er eine zu anderen Darstellun­ gen abweichende Querschnittsform oder Randgestaltung auf­ weist.

Der Strömungskegel 7, auch dieses Bezugszeichen ist in allen Figuren durchgängig benutzt, kann querschnittsmäßig einen ge­ krümmten oder auch einen geraden Verlauf aufweisen, wie dies in Fig. 8 bzw. 8b dargestellt ist. Hier ist der Einfachheit halber der gekrümmte Strömungskegel mit 7 bezeichnet (Fig. 8a) und mit 7′ im geraden Verlauf im Falle der Fig. 8b. Zu­ sätzlich können neben dem Strömungskegel z. B. im Deckel 6 auch Kühlrippen 16 vorgesehen sein, die etwa zur Vorverwirbe­ lung einen spiralförmigen Verlauf aufweisen können oder aber auch den Strömungskegel konzentrisch umgeben können, unter­ schiedliche Querschnittsformen sind in Fig. 5a und 5b wieder­ gegeben.

In Fig. 10 sind Strömungsverläufe bei unterschiedlichen Last­ bereichen mit Pfeilen angegeben.

Die Fig. 11 bis 15 zeigen unterschiedliche Gestaltungen des jeweiligen Verlaufes der Gasaustrittskanäle 8 relativ zur freien Vorderkante 6a des Brennerdeckels einerseits und 5a des Brennerringes andererseits relativ zur Austrittsöffnung 8a.

In Fig. 11 ist dabei eine Gestaltung dargestellt, bei der diese drei Elemente, d. h. freie Außenkante 6a des Brenner­ deckels 6, Austrittsöffnung 8a der Strömungskanäle 8 und Au­ ßenkante 5a des Brennerringes 5, genau miteinander fluchten.

Fig. 12 zeige eine Gestaltung, bei der die freie Außenkante 6a des Brennerdeckels 6 sowohl die Gasaustrittsöffnung 8a als auch die freie Außenkante 5a des Brennerringes 5 über­ ragt. In Fig. 13 überragen die freien Kanten 6a und 5a die Gasaustrittsöffnungen 8a. In Fig. 14 ist eine der Fig. 13 ähnliche Gestaltung wiedergegeben, allerdings sind hier die Übergangsbereiche zu den freien Außenkanten 6a bzw. 5a diver­ gierend wiedergegeben, in Fig. 15 ergibt sich ein konvergie­ render Verlauf.

Alle Gestaltungen der Gasaustrittskanäle 8 und der Geome­ trien an den Gasaustrittsöffnungen 8a führen zu unterschied­ lichen Brennverhalten und damit unterschiedlichen Schadstoff­ emissionen, wobei hier sowohl als Parameter das eingesetzte Gas, der Gasdruck, die Umgebungstemperatur u. dgl. eingeht. Je nach Gassorte bieten sich entsprechend unterschiedlich ge­ staltete Geometrien an.

In den Fig. 16 bis 19 sind Variationen der inneren Gasströ­ mungswege dargestellt So zeigt Fig. 16 einen sich bauchig erweiternden, mit 17 bezeichneten Anströmraum für das Gas vor Eintritt in die Gasaustrittskanäle 8. Fig. 17 zeigt ei­ nen im wesentlichen parallel geführten Gasströmungsweg 17′. Fig. 18 zeigt einen sich von innen nach außen erweiternden Bereich 17′′, der durch einen Gasleit- bzw. -umlenkkörper 18 im Brennerinneren bewirkt wird. Schließlich ist in Fig. 19 ein weiterer Schikaneeinsatz 18′ dargestellt, der insbesonde­ re die Sekundärflammenbildung optimiert.

Natürlich sind die beschriebenen Ausführungsbeispiele der Er­ findung noch in vielfacher Hinsicht abzuändern, ohne den Grundgedanken zu verlassen. So stellen gerade die zuletzt ge­ nannten Schikane- und Leitkörper in ihren Querschnittsformen ebenso Beispiele dar, wie die Gestaltungen etwa der Strö­ mungsleitkegel 7, der Kühlrippen 16 oder der speziellen Quer­ schnitts- und Verlaufsformen der Kanäle 8.

Claims (15)

1. Gasbrenner, insbesondere atmosphärischer Gasbrenner mit Pri­ märluftvormischung, mit einem Gasaustrittskanäle aufweisen­ den Brennerring und mit einem ggf. damit einstückig ausgebil­ deten Brennerdeckel, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachse (9) der Gasaustrittskanäle (8) einen von 0° abweichenden Winkel (α) zu einem der jeweiligen Aus­ trittsöffnung (8a) zugeordneten Radius (10) aufweist.

2. Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der wirksame Austrittswinkel (α) an der äußeren Gasaus­ trittsöffnung (8a) der Kanäle (8) zwischen 15 und 90° liegt.

3. Gasbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasaustrittskanäle (8) als Schlitze und/oder Bohrun­ gen (8′′) ausgebildet sind.

4. Gasbrenner nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasaustrittskanäle einen geraden (8) oder gekrümmten (8′) Verlauf aufweisen.

5. Gasbrenner nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (1), wie an sich bekannt, neben den Gasaus­ trittsschlitzen/-bohrungen (8) mit in Schwerkraftrichtung darunterliegenden Zusatzaustrittsöffnungen (11) zur Bildung von Hilfsflammen (12) ausgerüstet ist.

6. Gasbrenner nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennerdeckel (6) mit wenigstens einem Strömungsleit­ kegel (7) im in Richtung auf das Brennerstativ (2) zuweisen­ den Zentrum versehen ist.

7. Gasbrenner nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennerdeckel (6) mit den Strömungskegel (7) konzen­ trisch umgebenden Verwirbelungs-/Kühlrippen (16) versehen ist.

8. Gasbrenner nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die freie Außenkante (6a) des Brennerdeckels (6) mit der freien Außenkante (5a) des Brennerringes (5) und mit den Gas­ austrittsöffnungen (8a) fluchtet.

9. Gasbrenner nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennerdeckel (6) im Bereich der Gasaustrittsöffnun­ gen (8a) die freie Kontur des Brennerringes überragt.

10. Gasbrenner nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennerring (5) im unteren Bereich der Gasaustritts­ öffnungen (8a) deren äußere Randkante überragend ausgebildet ist.

11. Gasbrenner nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasaustrittskanäle (8) sich von innen nach außen er­ weiternd oder gleichbleibend oder verjüngend ausgebildet sind.

12. Gasbrenner nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß neben oder an Stelle des Strömungskegels (7) im Brenner­ inneren Gasleit- oder Umlenkkörper (18) vorgesehen sind.

13. Gasbrenner nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasleit- oder Umlenkkörper (18′) relativ zur Gasströ­ mung mit einer parallelen oder konvexen oder konkaven Ober­ fläche ausgebildet sind.

14. Gasbrenner nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Brennerinneren zuweisende Leitfläche des Brenner­ deckels (6) konvex, konkav oder parallel zur wirksamen Gas­ strömung ausgebildet ist.

15. Gasbrenner nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Steckaufsatzes (4) zur Ansaugung zusätzli­ cher Sekundärluft aus dem Muldenraum zur Flammenkühlung An­ saugöffnungen (14) vorgesehen sind.