DE69103906T2

DE69103906T2 - Brenner für pulsierende verbrennung.

Info

Publication number: DE69103906T2
Application number: DE69103906T
Authority: DE
Inventors: Wilhelmus Willems
Original assignee: STICHTING IMPULS
Current assignee: STICHTING IMPULS
Priority date: 1990-11-19
Filing date: 1991-11-19
Publication date: 1995-01-05
Anticipated expiration: 2011-11-20
Also published as: NL9002525A; US5454711A; ES2060418T3; NO931791D0; DE69103906D1; NO179686C; CA2096231A1; JPH06506052A; ATE111203T1; NO931791L; EP0557402B1; EP0557402A1; CA2096231C; DK0557402T3; AU9015691A; NO179686B; WO1992008928A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner für pulsierende Verbrennung mit einer Explosionskammer, welche an der Einlaßseite mit einem Zuführrohr für Verbrennungsluft und einem Zuführrohr für Kraftstoff verbunden ist, und an der Auslaßseite mit mindestens einem Abführrohr für die Abgase verbunden ist, wie in der niederländischen Patentanmeldung NL-A-8901416 des Anmelders beschrieben wird.
In einem derartigen Brenner sind die Explosionskammer und die Zufür- und Abführrohre, welche als Resonanzrohre dienen, derart dimensioniert, daß die Frequenz der periodischen Zündungen der brennbaren Mischung in der Explosionskammer der Eigenfrequenz der Gasmasse in diesen Rohren und in der Explosionskammer entspricht.
Aufgrund der Trägheit der in dem Abführrohr strömenden Gase entsteht nach der Verbrennung ein Unterdruck in der Explosionskammer, wodurch an der einen Seite Kraftstoff und Luft eingesogen werden und an der anderen Seite heiße Abgase zurück in die Explosionskammer strömen, welche die brennbare Mischung zünden, welche hineingeströmt ist. Hierdurch ergibt sich ein zyklischer Prozeß, welcher mit einer Frequenz pulsiert, welche im wesentlichen von den Dimensionierungen der Explosionskammer, der Zuführ- und Abführrohre und von der Eigenart des Kraftstoffes abhängt.
Derartige Vorrichtungen werden zum Heizen, Trocknen, Konzentrieren durch Ausdampfen, Antreiben von Gasturbinen, etc. eingesetzt, und haben den Vorteil eines hohen Wärmeübertragungskoeffizienten, wodurch die Vorrichtung eine kompakte Form einnehmen kann, während praktisch eine komplette Verbrennung beim Luftfaktor 1 bei fast keiner Emission von CO und nur geringer Bildung von NOx erreicht wird.
Bei nicht gedämpften Ausführungsformen erzeugt die Explosion von Kraftstoff einen hohen Geräuschpegel (zwischen 90 und 140 dB (A)), was eine Belästigung für die Umgebung erzeugt.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Brenner für pulsierende Verbrennung zu schaffen, welcher beträchtlich weniger Geräusche als die bekannten Vorrichtungen erzeugt.
In Anbetracht dieser Aufgabe ist der erfindungsgemäße Brenner dadurch gekennzeichnet, daß die Explosionskammer an der Auslaßseite mit einer Ausbauchung bzw. Erweiterung versehen ist und das oder jedes Abführrohr mit dieser Ausbauchung an oder nahe deren Umfang verbunden ist, wobei die Ausbauchung eine derartige Form aufweist, daß die Schallwellen aufeinanderfolgender Explosionen um eine halbe Phase oder eine ungerade Anzahl an Halbphasen relativ zueinander versetzt werden. Das Explosionsgeräusch wird hierdurch durch Geräuschdämpfung in Gegenphase unterdrückt. Die Verwendung der Erfindung bedingt eine Geräuschverringerung von 15-20 dB (A).
Weitere Vorteile der Erfindung liegen in der Vergrößerung der Wärmeübertragungsoberfläche in der Hochtemperaturzone, wobei eine geringere Heizoberfläche genügen kann, und es ist möglich, die Abführrohre kürzer als in bekannten Augestaltungen ohne diese Ausbauchung auszubildet.
Die Erfindung wird mit Bezug auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt eines Boilers zum Heizen einer Flüssigkeit, welcher mit einem erfindungsgemäßen Brenner versehen ist.
Fig. 2 zeigt einen Längschnitt durch einen Boiler, wobei die Auslaßrohre des Brenners einen Teil der Ausbauchung bilden und die Vorrichtung ist ferner mit Prüffenstern versehen, so daß die stattfindende explosive Verbrennung beobachtet werden kann;
Fig. 3 zeigt eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Boilers;
Fig. 4 zeigt einen Brennerkopf im Querschnitt; und
Fig. 5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel eines Brennerkopfes im Querschnitt.
Für ein besseres Verständnis sind funktional äquivalente Komponenten soweit als möglich in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Die in den Figuren 1 und 2 dargestellten Boiler 17 bzw. 18 enthalten eine Explosionskammer 1, welche einen Teil eines Luftzuführrohres 2 bildet, aber von dieser durch einen Brennerkopf 3 getrennt ist. Neben dem Luftzuführrohr 2 ist ein schematisch dargestellter Absperrventilabschnitt 4 angeordnet. Das Luftzuführrohr 2 ist mit einer Luftkammer 5 verbunden, welcher Verbrennungsluft durch eine Öffnung 6 zugeführt wird. Kraftstoff wird der Explosionskammer durch ein Rohr 7 zugeführt, welches zentral in dem Luftzuführrohr 2 angeordnet ist. Das Rohr 7 ist mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Kraftstoffversorgung verbunden. Die Explosionskammer 1 ist an der Auslaßseite mit einer Ausbauchung 8 versehen, in welcher sich im wesentlichen senkrecht zur Mittellinie der Explosionskammer erstreckt, so daß die Explosionskammer 1, 8 pilzförmig ausgestaltet ist. Die Ausbauchung ist nahe dem Außenumfang mit vier Abführrohren 10 verbunden.
Die Verbrennung findet in der Explosionskammer 1 und der Ausbauchung 8 statt, von welcher die Verbrennungsgase durch die Ausbauchung 8 und die Abführrohre 10, welche spiralförmig in einem Flüssigkeitsmantel 11 verlaufen, zu einer Entkopplungskammer 12 strömen.
Die Entkopplungskammer 12 hat die Funktion, das Resonanzsystem 1, 8 akustisch von jedem anderen Rohr (Auslaßsysteme und dergleichen) zu entkoppeln, welche mit der Vorrichtung koppelbar sind. Jedwedes Kondensat, welches mitgetragen wird, kann in der Entkopplungskammer 12 abgezogen werden. Die Abgase strömen dann zur Außenseite mittels eines Abzugrohres 13. Die zu heizende Flüssigkeit 11 strömt durch eine Öffnung 14 in den Flüssigkeitsmantel 11 und verläßt diese am Oberteil durch eine Öffnung 15.
In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel 17 ist die Ausbauchung 8 linsenförmig. Die Form der Ausbauchung 8 kann jedoch beliebig innerhalb bestimmter Grenzen ausgewählt werden. Der Durchmesser der Ausbauchung 8 ist so groß, daß die Schallwelle, welche nach der Kollision mit der Umfangswand zurückkehrt, um eine halbe Phase oder eine ungerade Halbphasenzahl relativ zur Wellenfront der Explosionswelle verschoben ist.
Das Durchmesser\Höhenverhältnis der Ausbauchung 8 ist am bevorzugtesten derart, daß die Schallwellen zwischen den Wänden der Ausbauchung zurück und vor reflektiert werden. Ein Teil der Schallenergie wird hierbei absorbiert.
Bei Verwendung einer einstellbaren Brennerkammer kann, wie in der niederländischen Patentanmeldung NL-A-8901416 der Anmelderin beschrieben, kann die Frequenz auf einfache Weise angepaßt werden, wodurch die Schallwellen aufeinanderfolgender Explosionen um eine halbe Phase oder eine ungerade Anzahl an Halbphasen relativ zueinander in einfacher Weise ohne notwendige konstruktive Verfahren versetzt werden können.
In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Ausbauchung 8 eine kastenähnliche Form auf und die Abführrohre 10 sind einstückig mit der Ausbauchung 8 ausgebildet. Sicht- bzw. Prüffenster 16 sind ferner in der Wand der Ausbauchung 8 und dem Flüssigkeitsmantel 11 angeordnet, so daß die Verbrennung beobachtet werden kann.
Dies ist möglich, da die Abführrohre 10 am Umfangsrand der Ausbauchung 8 mit der Explosionskammer 1 verbunden sind.
Fig. 3 zeigt einen Boiler 19. Die technische Ausführungsform entspricht im wesentlichen der des Boilers 17 gemäß Fig. 1. Es ist ersichtlich, daß dieser Boiler 19 vier Abführrohre 10 umfaßt, welche mit kleinem Abstand schraubenförmig eingeschichtet sind. Dies gewährleistet eine große Wärmeaustauschoberfläche in dem Flüssigkeitsmantel 11.
Die Figuren 4 und 5 zeigen Brennerköpfe 20 bzw. 21.
Gasförmiger Kraftstoff wird durch eine Gaszuführleitung 22 zugeführt. Diese verbindet einen zylindergehäuseförmigen Pufferraum 23, welcher durch eine ringförmige Anordnung von Öffnungen 24, mit einem zentralen Rohr 25 verbunden ist, in welchem ein Rückschlagventilabschnitt 26 positioniert ist. Dieser Letztgenannte verhindert ein Zurückströmen von Gas oder Abgas, welches aus der Verbrennung resultiert, die in der Explosionskammer stattfindet.
Durch den Rückschlagventilabschnitt 4 kann Verbrennungsluft in eine Mischkammer 27 eintreten, welche zu diesem Zweck mit einer ringförmigen Anordnung von Luftzuführöffnungen versehen ist. In diesem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 sind die Öffnungen 28 an der Unterseite der Mischkammer 27 angeordnet, während in der Ausführungsform von Fig. 5 sie höher angeordnet sind. Der Kraftstoff wird in die Mischkammer 27 durch die jeweiligen Kraftstoffzuführöffnungen 30 (Fig. 4) und 31 (Fig. 5) eingelassen.
Eine Zündkerze 32, welche Spannung von einer externen Verbindung 33 empfängt, ist in der Mischkammer 27 zum Zünden der Verbrennung angeordnet.
Die Brennerköpfe 20, 21 sind dichtend in dem Luftzuführrohr 2, wie in Fig. 1 dargestellt, aufgenommen, und sind somit mit einem Dichtring 34 versehen.
Die Aufmerksamkeit wird auf die Tatsache gelenkt, daß die Geräuschverringerung, welche mit der Erfindung erzielt wird, stark von der Dimensionierung des Boilers abhängt.
Die Brennerköpfe gemäß den Figuren 4 und 5 sind sehr leicht austauschbar. Dies ist von größer Wichtigkeit, da aufgrund der Eigenart der erfindungsgemäßen Boiler Reparaturen durch spezialisiertes Personal ausgeführt werden müssen.
Der erfindungsgemäße Aufbau bietet eine sehr beträchtliche Geräuschverringerung aufgrund der Entkopplungskammer 12 und des Abzugrohrs 13 (siehe Fig. 1), welche zusammen ein geeignetes Resonanzsystem bilden können, welches derart getunt ist, daß eine zusätzliche Geräuschverringerung zudem erzielt wird. Die Luftkammer 5 steuert zudem auch als Einlaßpuffer bei der Verringerung der Geräuscherzeugung bei.
Falls erwünscht, kann auch die Verwendung von an sich bekannten akustischen Dämpfmaterials gemacht werden.
In an sich bekannter Weise kann zum Beispiel aus der Motortechnik von Abgasdämpfsystemen Verwendung gemacht werden, welche auf Geräuschunterdrückung durch destruktive Indifferenzen basieren können, Dämpfung, welche akustisches Dämpfmaterial verwendet oder Kombinationen daraus.

Claims

1. Brenner für pulsierende Verbrennung mit einer Explosionskammer (1), welche an der Einlaßseite mit einem Zuführrohr (2) für Verbrennungsluft und einem Zuführrohr (7) für Kraftstoff verbunden ist, und an der Auslaßseite mit mindestens einem Abführrohr (10) für Abgase verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Explosionskammer an der Auslaßseite mit einer Ausbauchung versehen ist und das oder jedes Abführrohr mit dieser Ausbauchung (8) an oder nahe deren Umfang verbunden ist, wobei die Ausbauchung eine derartige Form aufweist, daß Schallwellen aufeinanderfolgender Explosionen um eine halbe Phase oder eine ungerade Anzahl an Halbphasen relativ zueinander versetzt werden.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ausbauchung im wesentlichen senkrecht zur Mittellinie der Explosionskammer erstreckt.

3. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das oder jedes Abführrohr (10) einstückig mit der Ausbauchung der Explosionskammer ausgebildet ist.

4. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Prüffenster (16) in der Stirnwand der Ausbauchung angeordnet ist.

5. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abführen der Verbrennungsgase durch einen Entkopplungsraum (12) stattfindet.

6. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansaugen von Verbrennungs1uft durch einen Entkopplungsraum (5) stattfindet.