DE69015328T2 - Brenner für impulsweise verbrennung. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brenner für pulsierende Verbrennung, mit einer Verbrennungskammer, die an ihrer Eingangsseite an ein Zuführrohr für Verbrennungsluft und an ein Zuführrohr für Brennstoff angeschlossen ist, und an der Ausgangsseite mit einem oder mehreren Auspuffrohren für die Abgase versehen ist, wobei das Volumen der Verbrennungskammer variabel ist, die Eingangsrohre ineinander angeordnet sind, wodurch zwischen einem Außenrohr und einem Innenrohr ein ringförmiger Raum definiert ist, der an der, der Verbrennungskammer zugewandten Seite durch eine Aufweitung begrenzt ist.
• In einem pulsierenden Brenner sind die Verbrennungkammer und die Eingangs- und Ausgangsrohre so dimensioniert, daß sie ein Resonanzrohr bilden, das dem periodischen Zünden des entzündbaren Gemisches in der Verbrennungskammer und der Eigenfrequenz der Gasmassen in solchen Rohren und der Verbrennungskammer entspricht. Als Folge der Trägheit der strömenden Gase in dem Ausgangsrohr oder den -Rohren bildet sich in der Verbrennungskammer nach der Verbrennung ein Unterdruck, so daß einerseits Brennstoff und Luft eingesaugt wird, andererseits heiße Abgase zurück in die Verbrennungskammer strömen, wodurch das neu angesaugte, entflammbare Gemisch gezündet wird. Daraus folgt, daß ein zyklischer Prozeß entsteht, der mit einer Frequenz pulsiert, die hauptsächlich von den Abmessungen der Verbrennungskammer und der Ein- und Ausgangsrohre und vom verwendeten Brennstoff abhängt. Solche Einrichtungen werden zum Heizen, Trocknen, zur Verdampfung, Anregung von Gasturbinen usw. verwendet. Sie haben den Vorteil einer hohen Wärmeübertragungsgeschwindigkeit, wodurch eine kompakte Bauweise ermöglicht wird, während gleichzeitig bei einem Verbrennungslüftüberschußkoeffizienten von 1 eine nahezu vollständige Verbrennung mit fast keinem CO-Abgas und nur wenig NOx erhalten wird.
• Für ein sauberes Funktionieren eines Impulsbrenners ist es notwendig, daß die Verbrennungskammer und die Eingangs- und Ausgangsrohre so dimensioniert sind, daß die gewünschte Resonanz auftritt.
• Aus der US-PS-4699588 ist ein Brenner bekannt, bei dem die Länge des Verbrennungsrohres verändert werden kann, wodurch eine Abstimmung ermöglicht ist.
• Ein Nachteil des bekannten Brenners ist, daß die beweglichen Teile des Brenners und/oder jener Teile, die einer Abnutzung unterliegen, beispielsweise die Zündeinrichtung und die fakultativen Ventile für die Zufuhr von Luft und/oder Brennstoff, bei der Wartung und/oder Inspektion schwierig zu erreichen sind.
• Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Brenner für pulsierende Verbrennung zu schaffen, der eine Verbrennungkammer mit einem variablen Volumen hat, aus der die beweglichen Brennerteile zusammen mit einer Bewegung herausgenommen werden können.
• Gemäß der Erfindung ist ein Brenner des vorstehend beschriebenen Typs geschaffen, bei dem die Aufweitung am inneren Rohr befestigt ist, und die ein rohrförmiges Teil aufweist, das sich in axialer Richtung erstreckt, wobei das rohrförmige Teil mit einem Kragen versehen ist, der an der Innenseite des äußeren Rohres anliegt, wobei die Aufweitung somit eine axial bewegbare Wand der Verbrennungskammer bildet, wobei wenigstens der rohrförmige Teil oder der Kragen mit Öffnungen, zum Zuführen des Mediums, welches im ringförmigen Raum zwischen den Rohren ist, in die Verbrennungskammer versehen sind;
• das innere Rohr mit Bezug auf das äußere Rohr in axialer Richtung verschiebbar ist; und
• das innere Rohr, die Aufweitung mit dem rohrförmigen Teil und der Kragen so ausgebildet sind, daß sie in einer Bewegung aus dem äußeren Rohr herausgenommen werden können.
• Wenn die Resonanz des Brenners mittels der Einstellung des Brennerkopfes eingestellt wird, ändert sich auch der Inhalt des Vorraums zwischen den Rohren. Dies kann das Verhältnis von Luft zu Brennstoff in der Verbrennungskammer beeinflussen. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache ist im Fall einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Scheibe, die mit Zuführöffnungen versehen ist, axial bewegbar im Raum zwischen den beiden Rohren vorgesehen. Auf diese Art und Weise ist es möglich, den Inhalt dieses Raums einzustellen (Vorkammer). Durch diese Einstellung ist es möglich, das Verhältnis von Luft zu Brennstoff zu verändern, und somit eine Verbrennung mit der besten Effizienz zu erzielen. In die Zuführöffnungen der Scheibe können Rückschlagventile eingepaßt sein, auf diese Art und Weise ist der Druckanstieg, der während der Verbrennung in der Verbrennungskammer auftritt, in der Vorkammer bis zur Scheibe begrenzt. Ähnlich kann eine axial verschiebbare Scheibe, die mit Zuführöffnungen versehen ist, in der Aufweitung des inneren Rohrs mit der gleichen Funktion wie die vorstehend beschriebene Scheibe installiert werden. Diese Scheibe ist an einer einstellbaren Stange im inneren Rohr befestigt und kann ebenfalls mit Rückschlagventilen versehen sein. Darüberhinaus schafft diese Scheibe eine regelmäßige Verteilung des Mediums in der Verbrennungskammer, das durch das Innere Rohr bereitgestellt wird. Die Zündkerze oder der Draht können auf dieser Scheibe installiert sein, wobei die Drähte für die elektrische Stromversorgung durch das innere Rohr geleitet werden können.
• Die Erfindung wird weiterhin anhand des Beispieles, wie es in der Fig. repräsentiert ist, erhellt, die einen Längsschnitt durch einen Brenner gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
• Der Brenner hat eine Verbrennungskammer A, die ein Teil des Luftzuführrohres B ist, jedoch von diesem durch den Brennerkopf C getrennt ist. In dem Luftzuführrohr ist der Luftventilabschnitt E so angeordnet, daß zwischen diesem Abschnitt und dem Brennerkopf eine Vorkammer D ist.
• Der Brennerkopf C besteht aus dem Brennstoff zuführrohr 1, das mit einer Aufweitung 2 an der der Verbrennungskammer zugewandten Seite versehen ist. Die Aufweitung hat einen radial nach außen liegenden Kragen 3. Dieser Kragen kann entlang der Innenfläche des Luftzuführrohres B gleiten. In der Wand der Aufweitung 2 sind Öffnungen 4 für die Zufuhr von Verbrennungsluft aus der Vorkammer D in die Verbrennungskammer A vorhanden.
• In der Aufweitung 2 ist eine axial verschiebbare Scheibe 5 durch eine Halterung, die in der Figur nicht dargestellt ist, getragen. Diese Scheibe ist mit Zuführöffnungen 6 für die Zufuhr von Brennstoff versehen. Weiterhin ist zum Zweck des Startens der Verbrennung eine Zündkerze 14 an dieser Scheibe befestigt. Diese Zündkerze ist mittels Drähten an eine Stromquelle, die in der Figur nicht dargestellt ist, angeschlossen. Diese Drähte können durch das Rohr 1 geführt sein. Der Luftventilabschnitt E besteht aus einer Gleithülse 7, einer Dichtung 8, einer Hülse 9, einem Abstandsstück 10, einer Dichtung 11 und einer Scheibe 12 mit den Luftventilen 13.
• Der Luftventilabschnitt E kann luftdicht mittels der Gleithülse 7 und der Dichtung 8 im Rohr 1 befestigt sein. Die Anordnung dieser Befestigung bestimmt den Rauminhalt der Vorkammer D. Mittels der Hülse 9, des Abstandsstückes 10 und der Dichtung 11 kann die Scheibe 12 luftdicht im Luftzuführrohr B befestigt sein. Die Anordnung dieser Befestigung bestimmt den Rauminhalt der Verbrennungskammer und auch den Gesamtinhalt des Resonsanzsystems. Auf diese Art und Weise ist es möglich, den Brenner von außen "abzustimmen", ohne daß konstruktive Maßnahmen getroffen werden müssen. Für Reparaturen oder die Inspektion wird der Verbrennungskopf C zusammen mit der Scheibe 5, der Zündkerze 14 und dem Ventilabschnitt E aus dem Rohr B herausgenommen als wären sie ein Stück. Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Beispiel begrenzt. Beispielsweise ist es möglich, den Brennstoff durch das äußere Rohr und die Verbrennungsluft durch das innere Rohr zuzuführen. Weiterhin können die Scheiben 5 und 12 anstatt mit Rückschlagventilen mit einer Anzahl von engen Öffnungen versehen sein. Wenn die Verbrennung in der Verbrennungskammer stattfindet, liefern diese Öffnungen ausreichend Widerstand, um den Druckanstieg mehr oder weniger auf die Frontscheiben zu begrenzen. Durch Erhöhen der Weite der Öffnungen kann ein ansteigender Anteil der Abgase der vorherigen Verbrennung Teil des neuen Gemisches werden. Auf diese Art und Weise ist es möglich, den Leistungsausgang zu verringern, aber auch eine Verringerung von NOx zu erzeugen.
• Die Zuführöffnungen in der Wand der Aufweitung können im Kragen sowie auch an irgendeinem anderen Teil der Umrißlinie der Aufweitung ausgeführt sein.
• Die Funktion der Zündkerze oder des Drahtes ist es, die Verbrennung zu starten. Wenn die Temperatur der zurückströmenden - oder noch in der Verbrennungskammer befindlichen -Gase hoch genug ist, das entflammbare Gemisch in dieser Kammer zu zünden, kann die Stromzufuhr für die Zündkerze oder den Draht abgeschaltet werden.
• Die beschriebene Installation arbeitet vorzugsweise mit gasförmigen oder flüssigen Brennstoffen, aber es können auch feste Brennstoffe (Pulver) verwendet werden.
Beispiel:
• der Inhalt einer Verbrennungskammer von 500 cm³ gibt einen Leistungsausgang von 30 kWatt, während in einer Verbrennungskammer mit einem Durchmesser von 40 x 300 cm ein Leistungsausgang von 10 MWatt erzeugt werden kann. Die Frequenz des Verbrennungszyklus variiert weitgehend zwischen 50 und 200 Hz.

Claims (5)

1. Brenner für pulsierende Verbrennung, mit einer Verbrennungskammer (A), die an ihrer Eingangsseite an ein Versorgungsrohr (B) für Verbrennungsluft und ein Zuführrohr (1) für Brennstoff und an der Ausgangsseite mit einem oder mehreren Auspuffrohren für die Abgase versehen ist, wobei das Volumen der Verbrennungskammer (A) variabel ist, und wobei die Eingangsrohre (B,1) ineinander angeordnet sind, wodurch zwischen dem äußeren Rohr (B) und dem inneren Rohr (1) ein ringförmiger Raum (D) definiert wird, der an der der Verbrennungskammer (A) zugewandten Seite durch eine Aufweitung (2) begrenzt ist; dadurch gekennzeichnet, daß

die Aufweitung (2) am inneren Rohr (1) befestigt ist und einen rohrförmigen Teil aufweist, der sich in axialer Richtung erstreckt, wobei der rohrförmige Teil mit einem Kragen (3) versehen ist, der an der Innenseite des äußeren Rohres B anliegt, die Aufweitung (2) somit eine axial verschiebbare Wand der Verbrennungskammer (A) bildet, wobei wenigstens der rohrförmige Teil oder der Kragen (3) mit Öffnungen (4) versehen sind, um das Medium, welches im ringförmigen Raum (D) zwischen den Rohren (1;B) vorhanden ist, in die Verbrennungskammer (A) zu leiten;

das innere Rohr (1) in axialer Richtung mit Bezug auf das äußere Rohr (B) bewegbar ist; und

das innerer Rohr (1), die Aufweitung (2) mit dem rohrförmigen Teil, und der Kragen (3) so ausgebildet sind, daß sie aus dem äußeren Rohr (3) in einer Bewegung herausgenommen werden können.

2. Brenner nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des ringförmigen Raumes durch eine axial verschiebbare Scheibe zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr unabhängig variabel ist.

3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem rohrförmigen Teil der Aufweitung (2) eine axial verschiebbare Scheibe (5) vorgesehen ist.

4. Brenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (5) mit einer Zündkerze (14) oder einem Heizfaden versehen ist

5. Brenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Drähte (15) für die Stromversorgung der Zündkerze (14) oder des Heizfaden im inneren Zuführrohr (1) aufgenommen sind.