DE69315804T2

DE69315804T2 - Gasbeheiztes Gerät mit atmosphärischem Brenner

Info

Publication number: DE69315804T2
Application number: DE69315804T
Authority: DE
Inventors: Enrico Sebastiani
Original assignee: Worgas Bruciatori SRL
Current assignee: Beckett Thermal Solutions SRL
Priority date: 1992-11-02
Filing date: 1993-10-23
Publication date: 1998-07-09
Anticipated expiration: 2013-10-24
Also published as: ITMI922510A0; DE69315804D1; EP0596555A1; ITMI922510A1; HU217277B; CZ288817B6; IT1256091B; CZ233493A3; PL172493B1; HUT65726A; HU9303096D0; PL300920A1; EP0596555B1

Description

Die vorliegende Erfindung betriffi ein mit gasförmigen Brennstoff beheiztes Gerät und insbesondere ein Gasbrenner nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine typische Anwendung von mit gasförmigem Brennstoff beheizten Geräten mit atmosphärischem Brenner liegt in Boilern kleiner und mittlerer Größe, wie sie für die Raumheizung und zum Erwärmen von Brauchwasser Einsatz finden. Ein Bojier dieser Art besteht im Prinzip aus einem atmosphärischen (d.h. nach dem Prinzip des Bunsen-Brenners arbeitenden) Brenner, einer Brennkammer, einem Wärmetauscher und einem Gebläse oder dergl. Einrichtung, die in der Brennkamme einen Unterdruck erzeugt. Verbrennungsluft wird in die Vorrichtung durch Öffnungen eingelassen, die sich gewöhnlich in dem allgemeinen Bereich, in dem der Brenner sich befindet, vorgesehen sind. Ein geeigneter Brenner für derartige Anwendungen ist bspw. in der IT-Patentanmeldung Nr. 40099-A/90 der Anmeerin vom 06. Juli 1990 beschrieben, die in einer am 23. Januar 1993 als WO92/01196 veröffentlichten PCT-Anmeldung verfolgt wird. Ein Teil der Verbrennungsluft, die sogen. Primärluft, wird in den Brenner eingezogen und dem mit hoher Geschwindigkeit durch spezielle Ausgabedüsen ausgestoßenen Gas zugemischt. Das resultierende Gaslprimärluft-Gemisch, dessen Luftanteil zwischen 60 % und mehr als 100 % der für die Verbrennung erforderlichen stöchiometrischen Menge variieren kann, wie sie durch die Art des Gases und die Brennerkonstruktion vorgegeben ist, wird aus der Zulauf- und der Mischleitung durch geeignete Armaturen Diffusern zugeführt, die auf der vom Wärmetauscher abgewandten Seite der Brennkammer liegen und Öffnungen enthalten, durch die das zu verbrennende Gasgemisch ausströmt. Der Rest der für eine vollständige Verbrennung erforderlichen Luft, die sogen. Sekundärluft, wird separat von der Primärluft zur Verbrennungskammer gezogen.
In einigen Fällen und besonders bei Brennern, bei denen die Primärluftmenge im wesentlichen gleich der für die Verbrennung benötigten stöchiometrischen Menge oder größer ist als diese und bei denen daher die in die Verbrennungskammer eingezogene Sekundärluftmenge vergleichsweise klein ist, hat sich herausgestellt, daß die Verbrennung nicht homogen genug ist und daß diese mangelnde Homogenität um so mehr in Erscheinung tritt, als man die Zufuhr zum Brenner verringert, um dessen Wärmeleistung zu begrenzen. Es sei darauf hingewiesen, daß die Notwendigkeit einer Modulation der Wärmeleistung in bestimmten Anwendungen kritisch ist - bspw. wenn der Boiler zur Warmwassererzeugung für Sanitär- bzw. Hygieneanwendungen dient. In solchen Fällen kann ein Teil der aus den Diffusorlöchern austretenden Flammen zu stark oder zu wenig belüftet sein, so daß örtlich Bedingungen einer unvollständigen Verbrennung auftreten oder eine Verbrennung überhaupt ausfällt, so daß die Schadstoffemissionen ansteigen und der Wärmewirkungsgrad des Brenners sinkt.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine mit einem atmosphärischen Brenner betriebene Gasbrenneranordnung anzugeben, mit der sich die Inhomogenität der Verbrennung, die die bekannten Einrichtungen beeinträchtigt, vermeiden oder mindestens verringern läßt.
Dieses Ziel erreicht man mit einer Anordnung, wie sie im Anspruch 1 allgemein definiert und gekennzeichnet ist.
Die Erfindung wird aus der folgenden Beschreibung von zwei Ausführungsformen derselben anhand der beigefügten Zeichnungen besser verständlich; diese Ausführungsformen sind nur als die Erfndung nicht einschränkende Beispiele aufzufassen.
Fig. 1 zeigt schaubildlich einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung;
Fig. 2 zeigt anhand einer vergrößerten Perspektive einen Teil der Anordnung der Fig. 1 mit einem atmosphärischen Brenner; und
Fig. 3 zeigt schaubildlich und geschnitten eine weitere Ausführungsform der Erfindung.
Die in der Fig. 1 gezeigte Anordnung weist einen atmosphärischen Brenner 10, eine Brennkammer 11, einen Wärmetauscher 12 sowie ein Gebläse 13 auf, die alle in einem Raum 14 mit - in diesem Fall - vertikaler Ausdehnung angeordnet sind.
Wie am besten in Fig. 2 zu ersehen, weist der Brenner einen (teilweise weggeschnitten gezeigten) Kanal 15 mit Rechteckquerschnitt auf, der über einen Anschluß 16 an ein Gasverteilersystem angeschlossen ist und und eine Vielzahl von Düsen 17 trägt, die vom Kanal parallel zueinander abverlaufen. Jeder Düse 17 ist ein Metallkanal 18 in Form einer Venturi-Düse zugeordnet, dessen Einlaßöffnung in einer vorbestimmten Entfernung von und in diesem Fall koaxial mit der Düse liegt und Primärluft ansaugt, um es dem aus der Düse ausströmenden Gas zuzumischen. Jede Venturidüse 18 führt über einen Verbindungskanal 18' das Gaslprimärluft-Gemisch in ein kastenförmiges Diffusorelement 19 mit einer Vielzahl von Löchern, die über eine Schmalseite des letzteren verteilt sind.
Die Abmessungen der Venturidüsen und der Öffnungen 25 sowie - allgemeiner - alle physikalischen und Aufbauparameter der derart ausgeführten Anordnung sind so gewählt, daß die Primärluft dem Gas in unterschiedlichen Mischverhältnissen zugemischt wird, die von den individuellen Anforderungen und/oder der abgegebenen Leistung abhängen, und zwar von im wesentlichen der für die Gasverbrennung stöchiometrisch erforderlichen bis zu einer Menge, die 50 % bis 60 % größer ist als diese.
Die Venturidüsen 18, ihre zugehörigen Verbindungskanäle 18' und die Diffusoren sind, wie ersichlich, in gleichen Baugruppen in einem gegebenen Abstand seitlich nebeneinander angeordnet, wobei die die Öffnungen enthaltenden Seiten der Diffusoren 19 in der gleichen Ebene liegen, um ein waagerechtes Bett zu bilden, aus dem die Flammen austreten.
Bei einer insoweit beschriebenen und herkömmlich ausgeführten Anordnung - bspw. der in der erwähnten Patentanmeldung beschriebenen - ist ein zwischen den Düsen und den Venturis quer zu den Achsen der letzteren ein Blech angeordnet, das am Ort jeder der Düsen ein kreisrundes Loch enthält. Im Betrieb der Anordnung tritt das Gas mit hoher Geschwindigkeit aus den Düsen aus und bewirkt, daß Luft, d.h. die Primänuft, in die Venturi-Düsen eingesaugt und dem Gas zugemischt wird; das Gemisch wird dann durch die Öffnungen in den Diffusoren in die Brennkammer ausgegeben, wo es verbrennt. Die zum Vervollständigen der Verbrennung erforderliche Luft, d.h. die Sekundärluft, wird aus dem Unterteil der Anordnung, wo eine Strtmungsverbindung zur Umgebung besteht, durch den vom Gebläse erzeugten Unterdruck angesaugt und durch die Zwischenräume zwischen nebeneinanderliegenden Venturidüse-Verbindungskanal-Diffusor-Gruppen in die Brennkammer geführt.
Während der Primärluftzulauf im wesentlichen unverändert bleibt, wird erfindungsgemäß der Sekundärluftzulauf so beeinflußt, daß sie nur durch Öffnungen in die Brennkammer eingesaugt wird, die zu diesem Zweck in der Nähe der Zulauföffnungen der Zulaufkanäle 18 vorgesehen sind.
Eine praktische Methode hierfür ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Erfindungsgemäß befindet der untere Teil des Brenners 10 sich in einer kastenartigen Konstruktion 23, die teilweise weggebrochen in der Fig. 2 gezeigt ist; ihre Seitenflächen sind an die Wandungen der Brennkammer 11 angefügt, wobei dabei eine Wand 24 vorgesehen ist, die zusätzlich zu Primärluftöffnungen (vergl. 25) entsprechend der oben beschriebenen bekannten Anordnung weitere Öffnungen 28 neben ihnen enthält. Diese zusätzlichen Öffnungen 26 sind außerhalb den den Zulauföffnungen der Venturidüsen 18 zugewandten Bereichen, aber auf jeden Fall nahe denjenigen Bereichen angeordnet, in denen der Mitnahmeeffekt auf die aus den Düsen 17 austretenden Gasströme und die begleitende Luftzufuhr zu den Venturidüsen auftritt. Die Sekundärluft kann also nur durch solche zusätzlichen Öffnungen in die Brennkamrner eingesaugt werden. Der Primär- und der Sekundärluftstrorn AP bzw. AS (vergl. die Pfeile in der Zeichnung) strömen also parallel in die kastenartige Konstruktion 23 ein.
In der Ausführungsform nach Fig. 3, in der denen der Fig. 1 entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind, weist jeder der nebeneinanderliegenden Sätze, die gemeinsam den Brenner bilden, zwei Ventun-Düsen - bei 18a und 18b gezeigt - auf, die unter 90º zueinander angeordnet und an einen gemeinsamen Diffusor 19' angeschlossen sind. Ein Gaszulaufkanal 15' mit im wesentlichen dreieckigem Querschnitt weist zwei Sätze von Düsen 17a, 17b auf, die den Zulauföffnungen der Venturidüsen zugewandt sind. In diesem Beispiel liegen die Düsen mit geringfügig abwärts versetzten Achsen parallel zu den Achsen ihrer zugehörigen Venturidüsen, lassen sich aber mit ihren Achsen mit einem Neigungswinkel auf den Venturiachsen anordnen. Die baulichen Einzelheiten und die Vorteile dieser Anordnung sind in der IT-Patentanmeldnung Nr. 19294-A/87 (Worgas Bruciatori s.r.l.) beschrieben.
Ein kastenartiger Aufbau 23' umschließt die nebeneinanderliegenden Brennersätze und ist mit den Seitenwänden an die der Brennkammer 11 angefügt. Die Anordnung ist so konfiguriert, daß eine winklig abgebogene Wand zwischen den Zulauföffnungen der Venturidüsen 18a, 18b und deren zugehörigen Düsen 17a, 17b liegt. Die beiden - mit 24a, 24b bezeichneten - Teile dieser Wand enthalten Primärluftöffnungen 25a, 25, die den Zulauföffnungen der Venturidüsen 18a, 18b zugewandt sind, sowie Sekundärluftöffnungen 26a, 26b nahe den Primärluftöffnungen, wie es oben analog anhand der Anordnung nach Fig. 1 und 2 beschrieben ist.
In dieser Ausführungsform verlaufen die durch die Öffnungen in den Teilen 24a, 24b der winkligen Wandung geführten Primär- und Sekundärluftströme APa, APb bzw. ASa, ASb natürlich parallel zueinander.
Die erfindungsgemäße Lösung ist äußerst einfach aufgebaut und erweist sich darüberhinaus als sehr vorteilhaft, da sie eine homogene Verbrennung auch dann erbringt, wenn der Brenner mit niedrigster Leistung betrieben wird.
Damit die Anordnung einwandfrei arbeitet, sollten die zuätzlichen Öffnungen 26 offensichtlich so bemessen sein, daß die Strömungsstärke der Sekundärluft ausreicht, um unter allen Bedingungen eine vollständige Verbrennung des Gases zu gewährleisten. Bei einer Anordnung, in der der Unterdruck mit einem Gebläse erzeugt wird, läßt die Sekundärluftströmung sich problemlos durch geeignete Einstellung der Abmessungen der Öffnungen 26 steuern. Bei vorbestimmten, verhältnismäßig niedrigen Unterdrücken, wie man sie bspw. durch einen Abzugsschacht erhält, reichen die zusätzlichen Öffnungen in der die Primärluftöffnungen enthaltenden Wand u.U. nicht aus, so daß die Sekundärluft die erforderliche Strömungsstärke nicht erreicht. In diesem Fall lassen sich offenbar weitere Öffnungen in den anderen Wandungen des kastenförmigen Aufbaus vorsehen, bis die Strömungsstärke den Sollwert erreicht.

Claims

1. Gasbeheiztes Gerät mit einem Brenner vom atmosphärischen Typ, einer Verbrennungskammer (11) und einer Einrichtung (13) zum Erzeugen eines Vakuums in der Brennkammer, wobei der Brenner (10)

eine Vielzahl von Gasauslaßdüsen (17) umfaßt, sowie

eine entsprechende Vielzahl von Einlaß- und Mischkanälen (18) mit Einlässen, die ihren entsprechenden Düsen gegenüberstehen, um einen Strom von Brenngas aus den entsprechenden Düsen einzuziehen und mit Primärluft zu mischen, und

eine Vielzahl von Diffusoren (19, 20), die in Verbindung mit den Kanälen (18) stehen, wodurch verursacht wird, daß das Gas-/Primärluftgemisch in die Verbrennungskammer strömt;

wobei das Gerät dadurch gekennzeichnet ist, daß es weiterhin eine kastenförmige Struktur (23) aufweist, deren Seiten mit den Wänden der Verbrennungskammer (11) verbunden sind und die Einlaß- und Mischkanäle (18) umfaßt sowie eine Wand (24), die zwischen den Düsen (17) und den Kanälen (18) quer zu den Achsen der Kanäle angeordnet ist und die am Ort jeder Düse (17) eine Einlaßöffnung (25) zum Ansaugen von Primärluft (AP) in ihren entsprechenden Kanal aufweist sowie Öffnungen (26), die benachbart zur Öffnung (25) für die Primärluft im wesentlichen außerhalb des dem Einlaß des Kanals (18) gegenüberliegenden Abschnitts angeordnet sind.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die physikalischen und die Größenparameter des Gerätes so ausgewählt sind, daß die Primärluft (AP) dem Gas in einer Menge beigemischt wird, die mindestens gleich der Menge ist, die erforderlich ist zur stöchiometrischen Verbrennung des Gases.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (17a, 17b) in zwei Gruppen von ausgerichteten Düsen angeordnet sind, wobei die Achsen der Düsen der einen Gruppe in einem Winkel zu den Achsen der Düsen der anderen Gruppe liegen, daß die Einlaß- und Mischkanäle (18a, 18b) paarweise einem Diffusor (19') zugeordnet sind, und daß die zwischen den Düsen angeordnete Wand zwei geneigte Abschnitte (24a, 24b) aufweist, die im gleichen Winkel geneigt sind, der von den Achsen der Düsen in den zwei Gruppen gebildet wird, und von denen jeder die Öffnungen für die Primärluft (APa, APb) und die Sekundärluft (ASa, ASb) enthält.