DE69731240T2 - Verbrennungsvorrichtung - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verbrennungsvorrichtung, in der ein Brennstoffeinspritzabschnitt von einem gasdurchlässigen Festkörper aus rückwärts (stromauf vom Festkörper, wenn in der Luftströmungsrichtung gesehen) angeordnet ist, sowie auf eine mit der Verbrennungsvorrichtung versehene thermische Anlage.
  • In einem herkömmlichen Brenner (zum Beispiel WO 95/15462, EP 0 657 696 ) ist ein Brennstoffeinspritzabschnitt so angeordnet, dass er einer Verbrennungskammer zugewandt ist. Im Ergebnis erfolgt die Verbrennung nahe dem Brennstoffeinspritzabschnitt des Brenners, so dass die Temperatur des Brennstoffeinspritzabschnitts hoch ist. Insbesondere befindet sich in Brennern vom Typ der regenerativen Verbrennung der Brennstoffeinspritzabschnitt bei einer sehr hohen Temperatur, da sich der Brennstoffeinspritzabschnitt von einem Wärmespeicherelement aus vorwärts (auf der Seite der Verbrennungskammer) befindet.
  • Ferner offenbart die Japanische Gebrauchsmuster-Offenlegung SHO 62-118 925 als speziellen Fall ein Strahlungsrohr, in dem eine Brennstoffeinspritzdüse von einem Wärmespeicherelement aus rückwärts so angeordnet ist, dass die Spitze der Düse das Wärmespeicherelement berührt.
  • Die oben beschriebenen, herkömmlichen Vorrichtungen weisen aber die folgenden Probleme auf:
  • Bei dem Brenner, bei dem der Brennstoffeinspritzabschnitt der Verbrennungskammer zugewandt ist, verkürzt sich die Lebensdauer des Brenners, da sich der Brennstoffeinspritzabschnitt bei einer hohen Temperatur befindet. Wenn der Brennstoffeinspritzabschnitt aus einem hitzebeständigen Werkstoff besteht, erhöht sich der Preis, und die maschinelle Bearbeitung ist erschwert. Des Weiteren unterliegt der Brenneraufbau verschiedenen Beschränkungen, weil ein Hochtemperaturteil nicht mit einem komplizierten Mechanismus versehen werden kann.
  • Bei dem Brenner, in dem der Brennstoffeinspritzabschnitt vom Wärmespeicherelement aus rückwärts angeordnet ist, wie in der Japanischen Gebrauchsmuster-Offenlegung SHO 62-118 925, wurde ausgeführten Versuchen zufolge beobachtet, dass wegen ungenügender Durchmischung von Brennstoff und Luft keine Flamme gebildet wurde.
  • Wenn der Brennstoffeinspritzabschnitt in einem gewissen Abstand vom Wärmespeicherelement angeordnet wurde, um Brennstoff und Luft vorzumischen, entzündete sich das Brennstoff-Luft-Gemisch von selbst, wenn Abgas durch das Wärmespeicherelement strömte, um es auf eine hohe Temperatur aufzuheizen, und verbrannte innerhalb des Wärmespeicherelements, so dass dieses schmolz. Daher konnte der Brenner, bei dem sich der Brennstoffeinspritzabschnitt vom Wärmespeicherelement aus rückwärts befand, nicht wirklich verwendet werden.
  • Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Verbrennungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, bei der ein Brennstoffeinspritzabschnitt in einem Bereich verhältnismässig niedriger Temperatur der Vorrichtung angeordnet werden kann.
  • Eine Verbrennungsvorrichtung oder thermische Anlage gemäss vorliegender Erfindung besitzt die folgenden Strukturen:
  • Die Verbrennungsvorrichtung, die mit zumindest einem Brenner versehen ist, schliesst einen gasdurchlässigen Festkörper in sich ein. Eine Brennstoffeinspritzdüse ist rückwärts vom gasdurchlässigen Festkörper (stromauf vom gasdurchlässigen Festkörper, wenn in der Luftströmungsrichtung gesehen) angeordnet. Eine Vormischzone zur Vorvermischung von Brennstoff und Verbrennungsluft ist zwischen dem am weitesten strömungsabwärts gelegenen Abschnitt des gasdurchlässigen Festkörpers und der Brennstoffeinspritzdüse vorgesehen.
  • In einer solchen Verbrennungsvorrichtung wird die Lebensdauer eines Mechanismus, der die Brennstoffeinspritzdüse einschliesst, verbessert, da diese Düse auf einer Rückseite des gasdurchlässigen Festkörpers angeordnet ist, d. h. in einem Bereich der Vorrichtung mit verhältnismässig niedriger Temperatur. Des Weiteren kann der mechanische Teil maschinell bearbeitet werden, da er nicht aus hitzebeständigem Werkstoff hergestellt werden muss. Durch Verwendung eines gasdurchlässigen Festkörpers vom Gleichrichtertyp ist es ferner möglich, eine stabile Flamme mit laminarer Grenzflächendiffusion zu bilden, wodurch eine stabile, träge Verbrennung erreicht wird. Durch die träge Verbrennung können eine Unterdrückung der NOx-Erzeugung, eine Verlängerung der Flamme, eine Abflachung des Wärmeflusses, die Verhinderung lokaler Überhitzung des Ofens, eine Verbesserung der Lebensdauer des Ofens, die Bildung einer hellen Flamme und eine Verbesserung der strahlenden Wärmeübertragungseigenschaften erreicht werden.
  • Die obigen und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden klarer ersichtlich und leichter verständlich aus der folgenden eingehenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung, in der:
  • 1 eine Querschnittsansicht einer ersten Verbrennungsvorrichtung ist;
  • 2 ist eine Querschnittsansicht einer zweiten Verbrennungsvorrichtung;
  • 3 ist eine Querschnittsansicht einer dritten Verbrennungsvorrichtung;
  • 4 ist eine Querschnittsansicht einer vierten Verbrennungsvorrichtung;
  • 5 ist eine Querschnittsansicht einer fünften Verbrennungsvorrichtung;
  • 6 ist eine Querschnittsansicht einer sechsten Verbrennungsvorrichtung;
  • 7 ist eine Aufrissansicht der sechsten Verbrennungsvorrichtung;
  • 8 ist eine Querschnittsansicht einer siebenten Verbrennungsvorrichtung;
  • 9 ist eine Querschnittsansicht einer achten Verbrennungsvorrichtung, wobei die Vorrichtung eine Einlassöffnung hoher Geschwindigkeit besitzt;
  • 10 ist eine Querschnittsansicht der achten Verbrennungsvorrichtung, wobei die Vorrichtung eine Wirbel erzeugende Einlassöffnung besitzt;
  • 11 ist eine Querschnittsansicht der achten Verbrennungsvorrichtung, wobei die Vorrichtung eine Einlassöffnung mit niedrigem Druckverlust besitzt;
  • 12 ist eine Querschnittsansicht einer neunten Verbrennungsvorrichtung;
  • 13 ist eine Querschnittsansicht einer zehnten Verbrennungsvorrichtung;
  • 14 ist eine Querschnittsansicht einer elften Verbrennungsvorrichtung;
  • 15 ist eine Seitenrissansicht der elften Verbrennungsvorrichtung;
  • 16 ist eine Querschnittsansicht einer zwölften Verbrennungsvorrichtung;
  • 17 ist eine Seitenrissansicht der zwölften Verbrennungsvorrichtung;
  • 18 ist eine Querschnittsansicht einer dreizehnten Verbrennungsvorrichtung;
  • 19 ist eine Querschnittsansicht einer vierzehnten Verbrennungsvorrichtung;
  • 20 ist eine Querschnittsansicht einer fünfzehnten Verbrennungsvorrichtung;
  • 21 ist eine Seitenrissansicht der fünfzehnten Verbrennungsvorrichtung;
  • 22 ist eine Querschnittsansicht einer Verbrennungsvorrichtung gemäss einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 23 ist eine Seitenrissansicht einer Verbrennungsvorrichtung gemäss der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 24 ist eine Querschnittsansicht einer Verbrennungsvorrichtung gemäss einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 25 ist eine Querschnittsansicht einer sechzehnten Verbrennungsvorrichtung;
  • 26 ist eine Aufriss-Vorderansicht der sechzehnten Verbrennungsvorrichtung eines Wabentyps;
  • 27 ist eine Querschnittsansicht einer siebzehnten Verbrennungsvorrichtung.
  • Teile, die allen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gemein oder ähnlich sind, werden bei allen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung durchwegs mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet.
  • Zuerst werden Teile, die allen Verbrennungsvorrichtungen gemein oder ähnlich sind, unter Bezugnahme beispielsweise auf 1 erklärt.
  • Wie in 1 veranschaulicht, ist eine Verbrennungsvorrichtung mit zumindest einem Brenner 1 versehen. Die Vorrichtung einschliesslich des Brenners 1 enthält einen Gasdurchlass 2, einen gasdurchlässigen Festkörper 3, der im Gasdurchlass 2 angeordnet ist, sowie eine Brennstoffeinspritzdüse (Brennstoffzufuhrdüse) 4. Der gasdurchlässige Festkörper 3 besitzt ein erstes Ende und ein zweites, entgegengesetztes Ende sowie eine erste Seite und eine zweite, gegenüberliegende Seite, die dem ersten bzw. dem zweiten Ende entsprechen. Von der ersten Seite her tritt Verbrennungsluft 5 in den Festkörper 3 ein, an der zweiten Seite wird die Flamme 7 gebildet. Die Brennstoffeinspritzdüse 4 ist an der ersten Seite des Festkörpers 3 angeordnet. Eine Vormischzone 8 zur Vorvermischung von Brennstoff 6 und Verbrennungsluft 5 ist zwischen dem ersten Ende des Festkörpers 3 und der Brennstoffeinspritzdüse 4 ausgebildet.
  • Die Brennstoffeinspritzdüse 4 tritt durch ein Gehäuse 9 hindurch und liefert von der ersten Seite des Festkörpers 3 aus Brennstoff 6 zum Festkörper 3. Ein Gemisch aus Brennstoff und Verbrennungsluft wird durch eine Zündvorrichtung (in 1 nicht gezeigt, und aus einem hitzebeständigen Metall oder einer elektrisch leitenden Keramik bestehend) gezündet, so dass eine Flamme 7 an der zweiten oder Vorderseite des Festkörpers 3 gebildet wird.
  • In Verbrennungsvorrichtungen der oben beschriebenen Strukturen ist die Lebensdauer der Vorrichtung einschliesslich des Brenners 1 verbessert, und der Freiraum für die Auslegung in einer Hochtemperaturumgebung ist ebenfalls verbessert, weil der mecha nische Teil einschliesslich der Brennstoffeinspritzdüse 4 in einem Bereich der Vorrichtung von verhältnismässig niedriger Temperatur angeordnet ist.
  • In 1 kann der Festkörper 3 der Verbrennungsvorrichtung einschliesslich des Brenners 1 vom Gleichrichtertyp oder vom Diffusionstyp sein. 1 zeigt, dass der Festkörper 3 aus einem Werkstoff des Diffusionstyps hergestellt ist. In Fällen, in denen der Festkörper 3 vom Diffusionstyp ist, schliesst die Vormischzone 8 einen zwischen dem Festkörper 3 und der Brennstoffeinspritzdüse 4 definierten Raum ein.
  • In Fällen, in denen der Festkörper 3 vom Diffusionstyp ist, vermischt sich der Brennstoff 6, während er innerhalb des Festkörpers 3 strömt, mit Luft und diffundiert über den gesamten Querschnitt des Festkörpers 3 hinweg. Im Ergebnis bildet sich die Flamme 7 an der gesamten Vorderseite des stromabwärtigen Endes des Festkörpers 3. Da der Brennstoff und die Verbrennungsluft, die eine niedrige Temperatur besitzen, innerhalb des Festkörpers 3 strömen, bleibt der Festkörper 3 bei einer verhältnismässig niedrigen Temperatur, und zwar mit Ausnahme des am weitesten strömungsabwärts gelegenen Teils des Festkörpers 3, der durch Strahlung erwärmt wird, so dass es möglich ist, den Werkstoff für den Festkörper 3 frei auszuwählen.
  • In 2 ist der gasdurchlässige Festkörper 3 der Vorrichtung einschliesslich des Brenners 1 vom Gleichrichtertyp. In diesem Beispiel ist ein Festkörper des Gleichrichtertyps als ein Festkörper definiert, der eine Anzahl von im Wesentlichen voneinander unabhängigen Durchlässen enthält, die sich axial erstrecken und die Strömung der Verbrennungsluft gerade richten, während diese innerhalb des Festkörpers 3 strömt.
  • Der Festkörper vom Gleichrichtertyp kann jede Struktur besitzen, solange diese eine Anzahl sich axial erstreckender Durchlässe hat. Zum Beispiel kann der Festkörper des Gleichrichtertyps eine Wabenstruktur, die Struktur eines Bündels fester Stäbe mit einer Anzahl von Durchlässen zwischen den Stäben, die Struktur eines Bündels von Röhren, jede mit einem kleinen Durchmesser, eine Struktur, die entsteht, wenn gewellte und flache Platten abwechselnd übereinandergelegt werden, oder eine Struktur aufweisen, die entsteht, wenn eine gewellte Platte und eine flache Platte übereinandergelegt und die übereinandergelegten Platten dann zu einer Rolle aufgewickelt werden. Der Festkörper kann aus jedem Werkstoff gefertigt werden, solange dieser die erforderliche Hitzebeständigkeit, Stossfestigkeit und chemische Beständigkeit besitzt. Zum Beispiel wird der Festkörper aus Keramik oder aus einem Metall hergestellt.
  • Um den Festkörper 3 leicht zu formen und die in ihm entstehenden Wärmespannungen zu verringern, kann er in seiner Axialrichtung wie auch in seiner Radialrichtung in eine Mehrzahl von Sektionen unterteilt werden.
  • In Fällen, in denen der Festkörper 3 vom Gleichrichtertyp ist, vermischt sich der Brennstoff mit der Verbrennungsluft in einem peripheren Bereich der Brennstoffströmung, wenn der Brennstoff in die Vormischzone 8 einströmt und dann in den gasdurchlässigen Festkörper 3 eintritt. Im Festkörper 3 strömen die Brennstoffströmung, die Strömung des Gemischs um die Brennstoffströmung herum sowie die Luftströmung um die Strömung des Gemischs herum unabhängig voneinander und ohne sich miteinander zu vermischen, und strömen dann aus dem strömungsabwärtigen Ende des Festkörpers in Gestalt einer laminaren zylindrischen Strömung heraus. Unmittelbar nach seinem Herausströmen aus dem Festkörper 3 wird das Brennstoff-Verbrennungsluft-Gemisch durch eine (in 2 nicht gezeigte) Zündvorrichtung gezündet. Die Brenngasströmung diffundiert träge zur zylindrischen Verbrennungsgasgemischschicht, um sich mit dieser zu vermischen, so dass eine träge Selbstverbrennung erfolgt, die zur Bildung einer sich allmählich ausbreitenden Flamme führt. Da die Verbrennung träge erfolgt, ist die Flamme in der Axialrichtung langgestreckt, so dass der Brennstoff in der verlängerten Verbrennung vollständiger verbrannt wird. In der Verbrennung in Gestalt einer laminaren zylindrischen Strömung verbrennt der durch Zersetzung des Brennstoffs gebildete Wasserstoff selektiv, ehe der Kohlenstoff verbrennt, und der verbleibende Kohlenstoff bildet eine langgestreckte, hell leuchtende Flamme (von gelber Farbe), wenn träge verbrennend.
  • Wegen der trägen Verbrennung wird die Erzeugung von NOx (Stickstoffoxiden) unterdrückt, so dass die Menge von NOx, die in den aus der Verbrennungsvorrichtung zur Atmosphäre ausgestossenen Verbrennungsgasen enthalten ist, herabgesetzt ist. Dies bedeutet, dass die Verbrennung sauber und umweltfreundlich ist. Durch die träge Verbrennung und die Schaffung einer zylindrischen Luftschicht niedriger Temperatur, die die brennende zylindrische Gemischschicht umgibt, wird des Weiteren verhindert, dass ein Teil der Vorrichtung (Ofen oder Rohr) in Nachbarschaft zum strömungsabwärtigen Ende des Festkörpers lokal überhitzt wird, wodurch die Lebensdauer der Vorrichtung verbessert wird. Weiter wird wegen der trägen Verbrennung und langgestreckten Flamme die Wärmeströmung in der Axialrichtung der Vorrichtung flach, so dass die Erwärmung einheitlich ist und die Innentemperatur des Ofens oder des Rohres in allen Teilen des Ofens oder Rohres bis zu einer erlaubten Grenze gesteigert werden kann, was zu einer Verbesserung der Wärmeübertragungsleistung führt.
  • In 3 ist der gasdurchlässige Festkörper 3 vom Gleichrichtertyp, und die Vormischzone 8 ist innerhalb des gasdurchlässigen Festkörpers 3 ausgebildet. In der Verbrennungsvorrichtung der 3 ist eine weitere Vormischzone 8A zwischen dem strömungsaufwärtigen Ende des Festkörpers 3 und der Brennstoffeinspritzdüse 4 ausgebildet.
  • Auf Grund dieser Struktur werden ein Anteil des Brenngases 6 und ein Anteil der Verbrennungsluft 5 miteinander in der Vormischzone 8 vorvermischt, um ein Gemisch zu bilden. Im Ergebnis bildet sich strömungsabwärts vom Festkörper 3 eine laminare zylindrische Strömung mit der Brenngasschicht 10, der Vorgemischschicht 11 ausserhalb der Schicht 10 und der Luftschicht 12 ausserhalb der Schicht 11. Wenn die Vorgemischschicht 11 gezündet wird, erfolgt die Verbrennung wie in der zweiten Verbrennungsvorrichtung erklärt.
  • In der vierten Verbrennungsvorrichtung, wie in 4 veranschaulicht, ist der gasdurchlässige Festkörper 3 vom Gleichrichtertyp, und die Vormischzone 8' ist von einem gasdurchlässigen Typ, der durch einen gasdurchlässigen Festkörper (mit einer Dicke t) vom Diffusionstyp gebildet wird, der zwischen dem strömungsaufwärtigen Ende des gasdurchlässigen Festkörpers 3 und der Spitze der Brennstoffeinspritzdüse 4 angeordnet ist. Die Spitze der Brennstoffeinspritzdüse 4 kann mit dem gasdurchlässigen Festkörper vom Diffusionstyp in Berührung stehen.
  • Auf Grund dieser Struktur werden ein Anteil des Brenngases 6 und ein Anteil der Verbrennungsluft 5 miteinander in der Vormischzone 8' vorvermischt, um ein Gemisch zu bilden. Im Ergebnis bildet sich strömungsabwärts vom Festkörper 3 eine laminare zylindrische Strömung mit der Brenngasschicht 10, der Vorgemischschicht 11 ausserhalb der Schicht 10 und der Luftschicht 12 ausserhalb der Schicht 11. Wenn die Vorgemischschicht 11 gezündet wird, erfolgt die Verbrennung wie in der zweiten Verbrennungsvorrichtung erklärt.
  • In der fünften Verbrennungsvorrichtung, wie in 5 veranschaulicht, ist der gasdurchlässige Festkörper 3 vom Gleichrichtertyp, und die Vormischzone 8 schliesst einen Raum (mit einer Dicke t) ein, der zwischen dem strömungsaufwärtigen Ende des gasdurchlässigen Festkörpers 3 und der Spitze der Brennstoffeinspritzdüse 4 definiert ist.
  • Obwohl 5 die Brennstoffeinspritzdüse in Gestalt eines Rohres veranschaulicht, kann die Gestalt der Düse variieren. In diesem Beispiel sind die Dicke der Wandung des Rohrendes, dessen Durchmesser und die Konfiguration Faktoren für die Steuerung der Vorgemischeigenschaften. Wenn die Rohrwandung dick ist, wird in der Nähe des Rohrendes Turbulenz erzeugt, so dass die Vorvermischung befördert wird. Wenn der Unterschied zwischen den Geschwindigkeiten der Luft und des Brennstoffs vergrössert wird, indem der Rohrdurchmesser verändert wird, wird die an der Grenze zwischen der Luftschicht und der Brennstoffschicht erzeugte Turbulenz stark, so dass die Vorvermischung befördert wird. Die Vorvermischung wird weiter befördert, indem des Weiteren am Rohrende eine Endplatte vorgesehen und in der Endplatte eine Mehrzahl von Löchern ausgebildet wird oder indem ein Loch an einer Seite des Rohres gebildet wird.
  • Auf Grund dieser Struktur vermischen sich ein Anteil des Brenngases 6 und ein Anteil der Verbrennungsluft 5 miteinander in der Vormischzone 8, um ein Gemisch zu bilden. Im Ergebnis bildet sich strömungsabwärts vom Festkörper 3 eine laminare zylindrische Strömung mit der Brenngasschicht 10, der Vorgemischschicht 11 ausserhalb der Schicht 10 und der Luftschicht 12 ausserhalb der Schicht 11. Wenn die Vorgemischschicht 11 gezündet wird, erfolgt die Verbrennung wie in der zweiten Verbrennungsvorrichtung erklärt.
  • In der sechsten Verbrennungsvorrichtung, wie in 6 und 7 veranschaulicht, umfasst die Verbrennungsvorrichtung einschliesslich des Brenners 1 weiter ein Gehäuse 9, das den gasdurchlässigen Festkörper 3 in sich hält, einen Luftsammler 13, der an das Gehäuse 9 angeschlossen ist und einen Teil des Gasdurchlasses 2 darin definiert, eine Zündvorrichtung 14 sowie einen Detektor 15 zur Erkennung einer Flamme. Der gasdurchlässige Festkörper 3, die Brennstoffeinspritzdüse 4, das Gehäuse 9, die Zündvorrichtung 14 und der Flammendetektor 15 sind zu einem Paket zusammengefasst. Dieses Paket ist lösbar mit dem Ofen (oder dem Rohr) verbunden.
  • Was die Zündvorrichtung 14 betrifft, so ist es möglich, das Gemisch zu zünden, indem eine elektrische Entladung zwischen dem Gehäuse 9, das elektrisch leitend ist, und einem Zündstab 16 gebildet wird, der in den gasdurchlässigen Festkörper 3 eindringt. Den Flammendetektor 15 betreffend, ist es ferner möglich, eine Flamme zu erkennen, indem ein Flammenstab verwendet wird, der in den gasdurchlässigen Festkörper 3 eindringt, oder indem in Fällen, in denen Licht den Festkörper 3 durchdringen kann, ein optischer Flammendetektor verwendet wird.
  • Auf Grund der paketartigen Struktur ist es leicht, den Brenner vom Ofen oder Rohr abzunehmen und zu warten.
  • In der siebenten Verbrennungsvorrichtung, wie in 8 veranschaulicht, umfasst die mit dem Brenner 1 ausgerüstete Verbrennungsvorrichtung weiter einen Hauptluftzufuhrdurchlass 2A für die Zufuhr der Hauptverbrennungsluft 5A sowie einen Zündluftzufuhrdurchlass 2B für die Zufuhr der Verbrennungszündluft 5B. Die Summe der Mengen von Hauptluft 5A und Zündluft 5B ergibt die Menge von Verbrennungsluft. Der Zündluftzufuhrdurchlass 2B und der Hauptluftzufuhrdurchlass 2A sind voneinander unabhängig. Die Brennstoffeinspritzdüse 4, die innerhalb des Zündluftzufuhrdurchlasses 2B angeordnet ist, steht mit dem gasdurchlässigen Festkörper 3 darin in Berührung. Die Spitze der Brennstoffeinspritzdüse 4 ist von der Oberfläche des Festkörpers, durch die die Verbrennungsluft in den Festkörper 3 eintritt, so beabstandet, dass ein Raum, der zwischen der Spitze der Brennstoffeinspritzdüse 4 und dieser Oberfläche des Festkörpers definiert wird, die Vormischzone 8 definiert.
  • Um die Brennstoffeinspritzdüse 4 innerhalb des Zündluftzufuhrdurchlasses 2B stabil zu halten, sind die beiden Rohre (das Rohr, das den Zündluftzufuhrdurchlass 2B darin definiert, und die Brennstoffeinspritzdüse 4) so miteinander nuten- oder zahngekoppelt, dass Luft durch den Kopplungsbereich hindurchgelassen wird, obwohl die Haltestruktur nicht auf diese Kopplungsstruktur beschränkt ist. Die Spitze des Rohres, das den Zündluftzufuhrdurchlass darin definiert, berührt den Festkörper 3, damit der Bereich, in dem die Zündluft strömt, deutlich von dem Bereich abgegrenzt wird, in dem die Hauptluft in den gasdurchlässigen Festkörper 3 einströmt. Wenn erforderlich, kann eine Dichtung zwischen die Spitze des Rohres und den Festkörper eingesetzt werden, oder die Spitze des Rohres, das den Zündluftzufuhrdurchlass darin definiert, kann in einen Zwischenabschnitt des gasdurchlässigen Festkörpers vom Gleichrichtertyp eingesetzt werden.
  • Durch Trennung des Zündluftströmungsbereichs vom Hauptluftströmungsbereich wird, wenn die Vorrichtung für einen Brenner eines regenerativen Verbrennungssystems verwendet wird (bei dem, wenn das Abgas durch den gasdurchlässigen Festkörper 3 strömt, der Festkörper die Wärme des Abgases speichert, und wenn die Verbrennungsluft durch den Festkörper strömt, dieser die Wärme, die er gespeichert hat, an die Luft abgibt), im Festkörper eine zylindrische Zone niedriger Temperatur gebildet, die einen Kernbereich umgibt, in dem der Brennstoff und das Brennstoff-Luft-Gemisch strömen, wodurch der Kernbereich von einem peripheren Bereich getrennt wird, der durch das durch den peripheren Bereich strömende Abgas auf eine Temperatur von über etwa 700°C erwärmt wird. Im Ergebnis kann verhindert werden, dass der Brennstoff und das Brennstoff-Luft-Gemisch so brennen, dass der Festkörper 3 schmilzt. Auf Grund dieser Struktur zur Trennung des Zündluftströmungsbereiches vom Hauptluftströmungsbereich wird es praktisch möglich, die Vorrichtung für einen regenerativen Verbrennungsbrenner einzusetzen.
  • In der achten Verbrennungsvorrichtung, wie in 9, 10 und 11 veranschaulicht, umfasst die mit dem Brenner 1 ausgerüstete Vorrichtung weiter ein eine Öffnung definierendes Element 18A, 18B oder 18C, das an der Flammenbildungsseite des gasdurchlässigen Festkörpers 3 angeordnet ist.
  • Das eine Öffnung definierende Element 18A der 9 hat einen in seinem Querschnitt verengten Ausgang, um die Gasgeschwindigkeit zu erhöhen. Diese Öffnung kann Hochgeschwindigkeitsöffnung genannt werden. Das eine Öffnung definierende Element 18B der 10 enthält eine Schaufel zur Erzeugung einer Wirbelströmung. Das eine Öffnung definierende Element 18C ist in der Gestalt eines Venturis ausgebildet und wird eine Öffnung niedrigen Druckverlusts genannt.
  • Durch die Wahl der Art der Öffnung wird eine wünschenswerte Strömungseigenschaft der Öffnung erhalten.
  • In der neunten Verbrennungsvorrichtung, wie in 12 veranschaulicht, enthält die mit dem Brenner 1 ausgerüstete Vorrichtung ein Gehäuse 9, das den gasdurchlässigen Festkörper 3 beherbergt. Das Gehäuse 9 enthält einen eine Öffnung definierenden Abschnitt 9A, um eine Öffnung der wünschenswerten Konfiguration zu bilden. Zumindest ein Teil des Gehäuses 9 (in der gezeigten Ausführungsform das ganze Gehäuse) besteht aus hitzebeständigem Werkstoff. Der eine Öffnung definierende Abschnitt 9A ist eine Hochgeschwindigkeitsöffnung mit einem in seinem Durchmesser verengten Ausgang. Der hitzebeständige Werkstoff ist zum Beispiel Keramik. In diesem Beispiel kann ein örtlicher leitender Abschnitt (Zündstab), der an der strömungsabwärtigen Seite des Luftdurchlasses angeordnet werden soll, aus hitzebeständigem Metall bestehen, oder das ganze Gehäuse kann aus Keramik gefertigt werden, indem elektrisch leitfähige Keramikwerkstoffe verwendet werden, so dass das Gehäuse eine höhere Temperatur aushalten kann.
  • Wenn das Gehäuse 9 aus hitzebeständigem Werkstoff besteht und im Ofen angeordnet wird, kann die Hitzebeständigkeit der Verbrennungsvorrichtung verbessert werden.
  • In der zehnten Verbrennungsvorrichtung, wie in 13 veranschaulicht, umfasst der Brenner 1 ein Gehäuse 9, das den gasdurchlässigen Festkörper 3 darin hält. Im Gehäuse 9 ist eine Gaseinlassöffnung 20 ausgebildet, damit Verbrennungsgase auf Grund eines Unterdrucks, der innerhalb des Gehäuses 9 durch die vom strömungsabwärtigen Ende des gasdurchlässigen Festkörpers 3 ausgestossene Luft erzeugt wird, durch die Öffnung 20 zur Verbrennungsluft innerhalb des Gehäuses 9 hindurchgehen.
  • Auf Grund dieser Struktur vermischen sich die Verbrennungsluft und das Abgas im Ofen miteinander, so dass die Verbrennung träge verläuft und die Erzeugung von NOx unterdrückt wird.
  • Indem weiter sowohl die Gaseinlassöffnung 20 als auch die Hochgeschwindigkeitsöffnung verwendet werden, erfolgt selbst in der Flammenbildungszone ein starker Selbstrücklauf des Abgases im Ofen, so dass die Erzeugung von NOx weiter unterdrückt wird.
  • In der elften Verbrennungsvorrichtung, wie in 14 und 15 veranschaulicht, umfasst die mit dem Brenner 1 ausgerüstete Vorrichtung weiter einen Hauptluftzufuhrdurchlass 2A für die Zufuhr der Hauptverbrennungsluft 5A sowie einen Zündluftzufuhrdurchlass 2B für die Zufuhr der Verbrennungszündluft 5B. Der Zündluftzufuhrdurchlass 2B und der Hauptluftzufuhrdurchlass 2A sind voneinander unabhängig. Die Brennstoffeinspritzdüse 4 ist innerhalb des Zündluftzufuhrdurchlasses 2B angeordnet. Eine Spitze des Rohres, das den Zündluftzufuhrdurchlass 2B definiert, steht mit dem gasdurchlässigen Festkörper 3 in Berührung. Die Spitze der Brennstoffeinspritzdüse 4 ist von der Oberfläche des Festkörpers, durch die die Verbrennungsluft in den Festkörper 3 eintritt, so beabstandet, dass ein Raum, der zwischen der Spitze der Brennstoffeinspritzdüse 4 und dieser Oberfläche des Festkörpers definiert wird, die Vormischzone 8 definiert.
  • Das Verhältnis des von der Brennstoffeinspritzdüse 4 zugeführten Brennstoffs 6 zu der vom Hauptluftzufuhrdurchlass 2A und vom Zündluftzufuhrdurchlass 2B zugeführten Verbrennungsluft ist absichtlich so gewählt, dass ein Brennstoffüberschuss vorliegt.
  • Die Vorrichtung enthält weiter einen dritten Luftdurchlass 2C, um Verbrennungsluft unabhängig vom Hauptluftdurchlass 2A und vom Zündluftdurchlass 2B zu einem [Bereich] strömungsabwärts vom gasdurchlässigen Festkörper zu liefern.
  • Der Brenner 1 ist ein Multiport-Brenner mit einer zentralen Öffnung sowie einer Mehrzahl von die zentrale Öffnung umgebenden Öffnungen. Die umgebenden Öffnungen bilden den dritten Luftdurchlass 2C. Luft kann durch einen durch die Zündflammenströmung erzeugten Unterdruck, durch ein einen Saugventilator nutzendes natürliches Luftzufuhrsystem oder durch ein Gebläse zur zwangsweisen Verbrennungsluftzufuhr durch den Durchlass 2C zugeführt werden.
  • Durch die oben beschriebene Struktur wirkt, indem die Verbrennung absichtlich unter der Bedingung eines Brennstoffüberschusses erfolgt, die Brennstoffzone als eine Zündflamme, und der überschüssige Brennstoff bildet durch Zusammenwirken mit der durch den dritten Luftzufuhrdurchlass 2C gelieferten Luft eine Hauptflamme.
  • In der zwölften Verbrennungsvorrichtung, wie in 16 und 17 veranschaulicht, umfasst die mit dem Brenner 1 ausgerüstete Vorrichtung weiter einen Hauptluftzufuhrdurchlass 2A für die Zufuhr der Hauptverbrennungsluft 5A sowie einen Zündluftzufuhrdurchlass 2B für die Zufuhr der Verbrennungszündluft 5B. Der Zündluftzufuhrdurchlass 2B und der Hauptluftzufuhrdurchlass 2A sind voneinander unabhängig. Die Brennstoffeinspritzdüse 4 ist innerhalb des Zündluftzufuhrdurchlasses 2B angeordnet. Eine Spitze des Rohres, das den Zündluftzufuhrdurchlass 2B definiert, steht mit dem gasdurchlässigen Festkörper 3 in Berührung. Die Spitze der Brennstoffeinspritzdüse 4 ist von der Oberfläche des Festkörpers, durch die die Verbrennungsluft in den Festkörper 3 eintritt, so beabstandet, dass ein Raum, der zwischen der Spitze der Brennstoffeinspritzdüse 4 und dieser Oberfläche des Festkörpers definiert wird, die Vormischzone 8 definiert.
  • Das Verhältnis des von der Brennstoffeinspritzdüse 4 zugeführten Brennstoffs 6 zu der vom Hauptluftzufuhrdurchlass 2A und vom Zündluftzufuhrdurchlass 2B zugeführten Verbrennungsluft ist absichtlich so gewählt, dass ein Luftüberschuss vorliegt.
  • Die Vorrichtung enthält weiter einen zweiten Brennstoffdurchlass 4A, um unabhängig von der Brennstoffeinspritzdüse 4 sekundären Brennstoff 6A (der entweder die gleiche Art von Brennstoff wie der von der Brennstoffeinspritzdüse 4 zugeführte Brennstoff oder eine andere Art von Brennstoff oder aber ein geeignet zerstäubter flüssiger oder pulverförmiger Brennstoff sein kann) zu einem [Bereich] strömungsabwärts vom gasdurchlässigen Festkörper zu liefern.
  • Durch die oben beschriebene Struktur wirkt, indem die Verbrennung absichtlich unter der Bedingung eines Luftüberschusses erfolgt, die Brennstoffzone als eine Zünd flamme, und überschüssige Luft bildet durch Zusammenwirken mit dem durch den zweiten Brennstoffzufuhrdurchlass 4A gelieferten Brennstoff eine Hauptflamme.
  • In der dreizehnten Verbrennungsvorrichtung, wie in 18 veranschaulicht, sind zwei Brenner 1 vorgesehen, die die gleiche Struktur besitzen, wie in der siebenten Verbrennungsvorrichtung erklärt. Die zwei Brenner sind gepaart und stehen in einer derartigen wechselseitigen Beziehung, dass, wenn in einem der beiden Brenner Verbrennung erfolgt, die Verbrennung im anderen der beiden Brenner angehalten wird, und dass Abgas durch den Brenner mit angehaltener Verbrennung läuft, wodurch die Wärme des Abgases in einem gasdurchlässigen Festkörper 3 des Brenners mit angehaltener Verbrennung gespeichert wird, während Verbrennungsluft durch den Brenner mit laufender Verbrennung läuft, wodurch an die Verbrennungsluft die Wärme freigesetzt wird, die ein gasdurchlässiger Festkörper 3 des Brenners mit laufender Verbrennung gespeichert hatte. Ein Umschaltmechanismus 21 zum Vertauschen von Luftzufuhr und Abgasabfuhr steht ausserhalb der beiden Brenner 1 zur Verfügung. Der Umschaltmechanismus ist zum Beispiel ein Vierwege-Ventil. Zwei einander gegenüberliegende Öffnungen des Ventils sind mit den entsprechenden Luftzufuhröffnungen der beiden Brenner 1 verbunden, während eine der verbleibenden zwei Öffnungen mit einer Luftquelle, die andere der verbleibenden zwei Öffnungen mit einem Absaugventilator verbunden ist.
  • Durch diese Struktur bilden die beiden Brenner 1 ein Doppelbrennersystem vom Typ der regenerativen Verbrennungsumschaltung. Der gasdurchlässige Festkörper 3 im System ist vom Gleichrichtertyp und wirkt als ein Wärmespeicherelement.
  • Durch die oben beschriebene Struktur werden die gleiche Wirkung und der gleiche Vorteil erhalten, wie in der zweiten Verbrennungsvorrichtung erklärt. Genauer erfolgt träge Verbrennung innerhalb der zylindrischen Abgasschicht. Wegen der laminaren Strömung ist die Flamme axial gestreckt, und Verbrennung ist träge. Des Weiteren ist die Flamme hell leuchtend, was nur bei der Verbrennung von Kohlenstoff vorkommt.
  • Wegen der trägen Verbrennung wird die Erzeugung von NOx unterdrückt, so dass die Menge von NOx, die in den aus der Verbrennungsvorrichtung zur Atmosphäre ausgestossenen Verbrennungsgasen enthalten ist, herabgesetzt ist. Dies bedeutet, dass die Verbrennung sauber und umweltfreundlich ist. Durch die träge Verbrennung und die Schaffung einer zylindrischen Luftschicht niedriger Temperatur, die die brennende zylindrische Gemischschicht umgibt, wird des Weiteren verhindert, dass ein Teil der Vorrich tung in Nachbarschaft zum strömungsabwärtigen Ende des Festkörpers lokal überhitzt wird, wodurch die Lebensdauer der Vorrichtung verbessert wird. Weiter wird wegen der trägen Verbrennung und langgestreckten Flamme die Wärmeströmung in der Axialrichtung der Vorrichtung flach, so dass die Erwärmung einheitlich ist und die Innentemperatur des Ofens oder des Rohres in allen Teilen des Ofens oder Rohres bis zu einer erlaubten Grenze gesteigert werden kann, was zu einer Verbesserung der Wärmeübertragungsleistung führt.
  • Des Weiteren werden die gleiche Wirkung und der gleiche Vorteil erzielt, wie in der siebenten Verbrennungsvorrichtung erklärt. Insbesondere wird durch Trennung des Zündluftströmungsbereichs vom Hauptluftströmungsbereich, wenn die Vorrichtung für einen Brenner eines regenerativen Verbrennungssystems verwendet wird, im Festkörper eine zylindrische Zone niedriger Temperatur gebildet, die einen Kernbereich umgibt, in dem der Brennstoff und das Brennstoff-Luft-Gemisch strömen, wodurch der Kernbereich von einem peripheren Bereich getrennt wird, der durch das durch den peripheren Bereich strömende Abgas auf eine Temperatur von über etwa 700°C erwärmt wird. Im Ergebnis kann verhindert werden, dass der Brennstoff und das Brennstoff-Luft-Gemisch so brennen, dass der Festkörper 3 schmilzt. Auf Grund dieser Struktur zur Trennung des Zündluftströmungsbereiches vom Hauptluftströmungsbereich wird es praktisch möglich, die Vorrichtung für einen regenerativen Verbrennungsbrenner (einschliesslich eines Strahlungsrohrbrenners) einzusetzen.
  • In der vierzehnten Verbrennungsvorrichtung, wie in 19 veranschaulicht, ist zwischen den beiden Brennern 1 der dreizehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verbindungskanal 22 vorgesehen, um es einem Teil des Abgases zu ermöglichen, von einem Brenner mit angehaltener Verbrennung zu einem Brenner mit laufender Verbrennung zurückzuströmen. Die Gasrückströmung erfolgt, indem ein Unterdruck genutzt wird, der um den gasdurchlässigen Festkörper 3 herum erzeugt und durch die aus dem strömungsabwärtigen Ende des Festkörpers ausströmende Luft induziert wird.
  • Auf Grund dieser Struktur strömt ein Teil der Verbrennungsgase im Ofen oder Rohr zum Brenner zurück, um sich mit der Verbrennungsluft zu vermischen und dadurch die Verbrennung noch träger zu machen.
  • In der fünfzehnten Verbrennungsvorrichtung, wie in 20 und 21 veranschaulicht, enthält jeder der Brenner 1 der in der dreizehnten Verbrennungsvorrichtung beschriebenen Vorrichtung einen Multiport-Brenner mit mehreren (zum Beispiel sieben) Öffnungen 23. Jede Öffnung 23 ist in einem Block 24 von hexagonalem Querschnitt aus hitzebeständigem Material ausgebildet. Der gasdurchlässige Festkörper 3 ist in allen Öffnungen angeordnet, während die Brennstoffeinspritzdüse 4 nur im Bereich einiger oder eines aus der Mehrzahl von Öffnungen (zum Beispiel nur der zentralen Öffnung) vorgesehen ist.
  • Auf Grund dieser Struktur ist durch die Kombination einer Mehrzahl der hexagonalen Blöcke 24 aus hitzebeständigem Material eine Vergrösserung zu einem verhältnismässig grossen System möglich. Durch Anbringen eines Rohres 25 im Luftsammler ist es ferner möglich, die Luftströmung in allen Öffnungen einheitlich zu gestalten.
  • Bei einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie sie in 22 und 23 veranschaulicht wird, ist die Vorrichtung mit einem einzelnen Brenner 1 versehen. Der Einzelbrenner enthält Multiport-Brenner mit einer Mehrzahl von (zum Beispiel sieben) Öffnungen 23. Jede Öffnung 23 ist im Block 24 von hexagonalem Querschnitt aus hitzebeständigem Material ausgebildet. Der gasdurchlässige Festkörper 3 ist in jeder der Mehrzahl von Öffnungen 23 des Einzelbrenners 1 angeordnet. Die Brennstoffeinspritzdüse 4 ist in zumindest einer, jedoch nicht in allen der Mehrzahl von Öffnungen 23 des Einzelbrenners 1 angeordnet. Die Brennstoffeinspritzdüse 4 ist zum Beispiel nur im zentralen Block angeordnet. Die Öffnungen des Einzelbrenners 1 sind mit Ausnahme der zumindest einen Öffnung, in der die Brennstoffeinspritzdüse 4 angeordnet ist, durch eine Trennwand 28 in zwei Gruppen 26 und 27 eingeteilt, die miteinander so in Wechselbeziehung stehen, dass, wenn Verbrennungsluft durch die Öffnungen einer der beiden Gruppen strömt, Abgas durch die Öffnungen der anderen der beiden Gruppen strömt. Ausserdem veranlassen die Öffnungen der anderen Gruppe, dass Abgas durchläuft, wodurch die Wärme des Abgases in einem gasdurchlässigen Festkörper 3 in jeder der Öffnungen der anderen Gruppe gespeichert wird, während die Öffnungen der ersten Gruppe der beiden Brenner veranlassen, dass Verbrennungsluft durchläuft, wodurch der Verbrennungsluft die Wärme abgegeben wird, die der gasdurchlässige Festkörper 3 jeder der Öffnungen der ersten der beiden Gruppen gespeichert hatte.
  • Die Verbrennungsvorrichtung enthält weiter einen Umschaltmechanismus (nicht gezeigt, aber dem Umschaltmechanismus 21 der 18 ähnlich), um die Luftzufuhr zu und die Abgasabfuhr von den beiden Gruppen 26 und 27 zu vertauschen. Der Umschaltmechanismus ist ausserhalb des Einzelbrenners 1 vorgesehen.
  • Diese Struktur bildet einen Multiport-Einzelbrenner mit regenerativer Verbrennung vom Typ der wechselweisen Umschaltung.
  • Auf Grund dieser Struktur liegt die Absaugöffnung in Nachbarschaft zu den Auslassöffnungen für Verbrennungsluft, so dass eine stärkere Rückführung des Abgases zur Verbrennungsluft im Ofen erfolgt als in herkömmlichen, gepaarten Brennern für die regenerative Verbrennung. Im Ergebnis ist die Erzeugung von NOx stärker unterdrückt.
  • Bei einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie sie in 24 veranschaulicht wird, ist die Vorrichtung mit einem einzelnen Brenner 1 versehen. Der Einzelbrenner enthält einen Multiport-Brenner mit einer Mehrzahl von (zum Beispiel sieben) Öffnungen 23. Jede Öffnung 23 ist im Block 24 von hexagonalem Querschnitt aus hitzebeständigem Material ausgebildet. Der gasdurchlässige Festkörper 3 ist in jeder der Mehrzahl von Öffnungen 23 des Einzelbrenners 1 angeordnet. Die Brennstoffeinspritzdüse 4 ist in zumindest einer, jedoch nicht in allen der Mehrzahl von Öffnungen 23 des Einzelbrenners 1 angeordnet. Die Brennstoffeinspritzdüse 4 ist zum Beispiel nur im zentralen Block angeordnet.
  • Die Öffnungen des Einzelbrenners 1 sind mit Ausnahme der zumindest einen Öffnung, in der die Brennstoffeinspritzdüse 4 angeordnet ist, in zwei Gruppen 29 und 30 eingeteilt, die miteinander so in Wechselbeziehung stehen, dass, wenn Verbrennnungsluft durch die Öffnungen einer der beiden Gruppen strömt, Abgas durch die Öffnungen der anderen der beiden Gruppen strömt, so dass die Öffnungen in der anderen Gruppe veranlassen, dass Abgas durchläuft, wodurch die Wärme des Abgases in einem gasdurchlässigen Festkörper 3 in jeder der Öffnungen der anderen Gruppe gespeichert wird, während die Öffnungen der ersten Gruppe der beiden Brenner veranlassen, dass Verbrennungsluft durchläuft, wodurch der Verbrennungsluft die Wärme abgegeben wird, die der gasdurchlässige Festkörper 3 jeder der Öffnungen der ersten der beiden Gruppen gespeichert hatte.
  • Die Verbrennungsvorrichtung enthält weiter einen Umschaltmechanismus 31 vom rotierenden Typ, um die Luftzufuhr zu und die Abgasabfuhr von den beiden Gruppen 29 und 30 zu vertauschen. Der Umschaltmechanismus 31 ist innerhalb des Einzelbrenners 1 angeordnet.
  • Diese Struktur bildet einen Multiport-Einzelbrenner mit regenerativer Verbrennung vom Typ der rotierenden Umschaltung.
  • Auf Grund dieser Struktur liegt die Absaugöffnung in Nachbarschaft zu den Auslassöffnungen für Verbrennungsluft, so dass eine stärkere Rückführung des Abgases zur Verbrennungsluft im Ofen erfolgt als in herkömmlichen, gepaarten Brennern für die regenerative Verbrennung. Im Ergebnis ist die Erzeugung von NOx stärker unterdrückt.
  • In der sechzehnten Verbrennungsvorrichtung, wie in 25 veranschaulicht, ist die Verbrennungsvorrichtung mit zwei Brennern 1 versehen. Einer der beiden Brenner ist an dem einen Ende eines Strahlungsrohrs 32 angeordnet und definiert darin eine Verbrennungskammer, während der andere der beiden Brenner am anderen Ende des Strahlungsrohrs 32 angeordnet ist.
  • Die zwei Brenner 1 stehen in einer derartigen wechselseitigen Beziehung, dass, wenn in einem der beiden Brenner Verbrennung erfolgt, die Verbrennung im anderen der beiden Brenner angehalten wird, und dass Abgas durch den Brenner mit angehaltener Verbrennung läuft, wodurch die Wärme des Abgases in einem gasdurchlässigen Festkörper 3 des Brenners mit angehaltener Verbrennung gespeichert wird, während Verbrennungsluft durch den Brenner mit laufender Verbrennung läuft, wodurch an die Verbrennungsluft die Wärme freigesetzt wird, die der gasdurchlässige Festkörper 3 des Brenners mit laufender Verbrennung gespeichert hatte. Die beiden Brenner enthalten weiter einen Umschaltmechanismus 21 zum Vertauschen der an die beiden Brenner angeschlossenen Luftzufuhr und Abgasabfuhr.
  • Die mit dem Brenner 1 ausgestattete Verbrennungsvorrichtung enthält weiter, wie in der siebenten Verbrennungsvorrichtung beschrieben, einen Hauptluftzufuhrdurchlass 2A für die Zufuhr der Hauptverbrennungsluft 5A sowie einen Zündluftzufuhrdurchlass 2B für die Zufuhr der Verbrennungszündluft 5B. Der Zündluftzufuhrdurchlass 2B und der Hauptluftzufuhrdurchlass 2A sind voneinander unabhängig. Die Brennstoffeinspritzdüse 4 ist innerhalb des Zündluftzufuhrdurchlasses 2B angeordnet. Eine Spitze des Rohres, das den Zündluftzufuhrdurchlass 2B definiert, steht mit dem gasdurchlässigen Festkörper 3 in Berührung. Die Spitze der Brennstoffeinspritzdüse 4 ist von der Oberfläche des Festkörpers, durch die die Verbrennungsluft in den Festkörper 3 eintritt, so beabstandet, dass ein Raum, der zwischen der Spitze der Brennstoffeinspritzdüse 4 und dieser Oberfläche des Festkörpers definiert wird, die Vormischzone 8 definiert. Der gasdurchlässige Festkörper 3 ist vom Gleichrichtertyp.
  • Die oben beschriebene Struktur bildet einen Strahlungsrohrbrenner mit regenerativer Verbrennung vom Typ der wechselweisen Umschaltung.
  • Das Material des Strahlungsrohrs 32 kann jedes Material sein, solange es hitze- und stossfest sowie stabil gegenüber Chemikalien ist, zum Beispiel Metalle und Keramikwerkstoffe. Das Strahlungsrohr kann eine Konfiguration in Gestalt eines Buchstabens U, I oder W haben oder spiralförmig sein. Die Gestalt des Querschnitts des Strahlungsrohres 32 kann kreisrund, oval oder rechteckig sein. Des Weiteren ist das Rohr nicht auf eine Röhre beschränkt, sondern kann ein Kanal sein, der durch Unterteilung des Inneren eines Kastens gebildet wird, wie in 26 gezeigt.
  • Verfahren der Verbrennungsluftzufuhr können vom Typ der Lufteinspeisung sein, wobei eine Luftquelle mit einer Luftzufuhröffnung eines Umschaltmechanismus (eines Vierwege-Ventils) 21 verbunden wird, oder vom Typ der Luftansaugung, wobei ein Saugventilator mit einer Gasauslassöffnung des Umschaltmechanismus verbunden wird.
  • 25 veranschaulicht einen Fall, bei dem ein Vierwege-Ventil als Umschaltmechanismus 21 verwendet wird. Zwei einander gegenüberliegende Öffnungen des Vierwege-Ventils sind mit den Luftzufuhröffnungen der beiden Brenner verbunden. Eine der verbleibenden zwei Öffnungen ist mit einer Luftquelle, die andere der verbleibenden Öffnungen mit einem Absaugventilator verbunden.
  • Auf Grund der oben beschriebenen Struktur werden die gleiche Wirkung und der gleiche Vorteil erzielt, wie in der zweiten Verbrennungsvorrichtung erklärt. Insbesondere erfolgt die Verbrennung träge, und die Flamme ist in der Axialrichtung gestreckt. Bei der Verbrennung ist die Flamme hell leuchtend und gestreckt.
  • Wegen der trägen Verbrennung wird die Erzeugung von NOx unterdrückt, so dass die Menge von NOx, die in den aus der Verbrennungsvorrichtung zur Atmosphäre ausgestossenen Verbrennungsgasen enthalten ist, herabgesetzt ist. Dies bedeutet, dass die Verbrennung sauber und umweltfreundlich ist. Durch die träge Verbrennung und die Schaffung einer zylindrischen Luftschicht niedriger Temperatur, die die brennende zylindrische Gemischschicht umgibt, wird des Weiteren verhindert, dass ein Teil des Rohres in Nachbarschaft zum strömungsabwärtigen Ende des Festkörpers lokal überhitzt wird, wodurch die Lebensdauer des Rohres verbessert wird. Weiter wird wegen der trägen Ver brennung und gestreckten Flamme die Wärmeströmung in der Axialrichtung des Rohres 32 flach, so dass die Erwärmung einheitlich ist und die Innentemperatur des Rohres 32 in allen Teilen des Rohres bis zu einer erlaubten Grenze gesteigert werden kann, was zu einer Verbesserung der Wärmeübertragungsleistung fuhrt.
  • Des Weiteren werden die gleiche Wirkung und der gleiche Vorteil erzielt, wie in der siebenten Verbrennungsvorrichtung beschrieben. Insbesondere wird durch Trennung des Zündluftströmungsbereichs vom Hauptluftströmungsbereich im Festkörper eine zylindrische Zone niedriger Temperatur gebildet, die einen Kernbereich umgibt, in dem der Brennstoff und das Brennstoff-Luft-Gemisch strömen, wodurch der Kernbereich von einem peripheren Bereich getrennt wird, der durch das durch den peripheren Bereich strömende Abgas auf eine Temperatur von über etwa 700°C erwärmt wird. Im Ergebnis kann verhindert werden, dass der Brennstoff und das Brennstoff-Luft-Gemisch so brennen dass der Festkörper 3 schmilzt.
  • Bei der siebzehnten Verbrennungsvorrichtung, wie sie in 27 veranschaulicht wird, ist die Verbrennungsvorrichtung wie in der sechzehnten Verbrennungsvorrichtung mit zwei Brennern versehen. Ein Verbindungskanal 22 ist zwischen den beiden Brennern 1 vorgesehen, der es einem Teil des Abgases ermöglicht, von einem Brenner mit angehaltener Verbrennung zu einem Brenner mit laufender Verbrennung zurückzuströmen. Die Gasrückströmung erfolgt, indem ein Unterdruck genutzt wird, der um den gasdurchlässigen Festkörper 3 herum erzeugt wird, wenn er durch die aus dem strömungsabwärtigen Ende des Festkörpers ausströmende Luft induziert wird.
  • Auf Grund dieser Struktur wird ein Teil des Verbrennungsgases im Strahlungsrohr zum Brenner 1 zurückgeführt, um sich mit der Verbrennungsluft zu vermischen, so dass die Verbrennung träge ist.
  • Die mit dem Brenner 1 gemäss der dreizehnten bis fünfzehnten Verbrennungsvorrichtung sowie gemäss der ersten und zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgerüstete Vorrichtung wird an verschiedene Arten von Öfen 100 (siehe 18), einen Kessel und chemische Reaktionsbehälter oder -gefässe angeschlossen, um thermische Anlagen 200 des direkt beheizten Typs zu bilden.
  • Die mit dem Brenner 1 gemäss der sechzehnten und siebzehnten Verbrennungsvorrichtung ausgerüstete Vorrichtung wird an verschiedene Arten von Öfen 100 (siehe
  • 25), einen Kessel und chemische Reaktionsbehälter oder -gefässe angeschlossen, um thermische Anlagen 201 des indirekt beheizten Typs zu bilden.
  • Zu den oben beschriebenen, verschiedenen Arten von Öfen 100 gehören unter anderem ein Schmelzofen, ein Sinterofen, ein Vorwärmeofen, ein Tiefofen, ein Schmiedeofen, ein Heizofen, ein Glühofen, ein Lösungsglühofen, ein Ofen für Metallüberzüge, ein Trockenofen, ein Heissbearbeitungsofen, ein Heizofen für das Abschrecken, ein Temperofen, ein Oxidations- und Reduktionsofen, ein Schachtofen, ein Backofen, ein Röstofen, ein Warmhalteofen für geschmolzenes Metall, ein Vorherd, ein Tiegelofen, ein Homogenisierofen, ein Alterungsofen, ein Reaktionsofen, ein Destillierofen, ein trockener Vorheizofen für Giesspfannen, ein Vorwärmofen für Gussformen, ein Normalisierofen, ein Lötofen, ein Aufkohlungsofen, ein Lacktrockenofen, ein Warmhalteofen, ein Nitrierofen, ein Salzbadofen, ein Glasschmelzofen, Kessel wie diejenigen für Stromerzeugung, Verbrennungsöfen einschliesslich eines Müllverbrennungsofens sowie ein Heisswasserversorgungsgerät.
  • Der vorliegenden Erfindung zufolge werden die folgenden technischen Vorteile erlangt:
  • Erstens kann, da die Brennstoffeinspritzdüse vom gasdurchlässigen Festkörper aus rückwärts angeordnet ist, der mechanische Teil einschliesslich der Brennstoffeinspritzdüse in einem Bereich der Vorrichtung mit niedriger Temperatur angeordnet werden. Im Ergebnis wird die Lebensdauer der Vorrichtung verbessert.
  • Zweitens erfolgt in Fällen, wenn der gasdurchlässige Festkörper vom Gleichrichtertyp ist, eine laminare Verbrennung. Im Ergebnis ist die Verbrennung träge, und die Flamme wird verlängert. Weiter wird die Erzeugung von NOx unterdrückt, und die Temperaturverteilung ist flach, so dass eine lokale Überhitzung des Ofens oder Rohres verhindert und der Wärmeübertragungswirkungsgrad verbessert wird.
  • Drittens bildet sich in Fällen mit Vormischzonen eine zylindrische Gemischschicht vor dem strömungsabwärtigen Ende des gasdurchlässigen Festkörpers, eine laminare Grenzschichtverbrennung erfolgt und die Zündung verläuft glatt.
  • Viertens ist es in Fällen, in denen die Elemente zu einem Paket zusammengefügt sind, leicht, die Vorrichtung an den Ofen oder das Rohr anzukoppeln oder davon abzukoppeln.
  • Fünftens wird in Fällen, in denen der Hauptluftdurchlass und der Zündluftdurchlass voneinander unabhängig sind, ein zylindrischer Zündluftströmungsbereich mit niedriger Temperatur um den Brenngasströmungsbereich herum gebildet. Im Ergebnis wird der Brenngasströmungsbereich durch die Zündluftströmung vom heissen Abgas getrennt, so dass eine Selbstentzündung des Brennstoffs und des Brennstoff-Luft-Gemischs und ein Schmelzen des gasdurchlässigen Festkörpers verhindert werden.
  • Sechstens kann eine erwünschte Konfiguration der Öffnung ausgewählt werden.
  • Siebentens wird die Lebensdauer der Vorrichtung verbessert, indem das Gehäuse aus hitzebeständigem Werkstoff hergestellt wird.
  • Achtens wird die Erzeugung von NOx unterdrückt, indem ein Anteil des Abgases im Kreis geführt wird.
  • Neuntens kann die Vorrichtung selbst auf grosse Anlagen angewendet werden, indem eine Multiport-Struktur gewählt wird.

Claims (3)

  1. Verbrennungsvorrichtung, mit zumindest einem Brenner (1) versehen, die Vorrichtung umfassend: einen Gasdurchlass (2); einen in diesem Gasdurchlass (2) angeordneten gasdurchlässigen Festkörper (3), wobei der gasdurchlässige Festkörper (3) ein erstes Ende, ein entgegengesetztes zweites Ende, eine erste Seite und eine gegenüberliegende zweite Seite besitzt, das erste Ende und das zweite Ende der ersten Seite bzw. der zweiten Seite entspricht, Verbrennungsluft (5) von der ersten Seite in den gasdurchlässigen Festkörper (3) eintritt und eine Flamme (7) an der zweiten Seite gebildet wird; eine Brennstoffeinspritzdüse (4); dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffeinspritzdüse an der ersten Seite des gasdurchlässigen Festkörpers (3) angeordnet ist und eine Vormischzone (8) zum Vorvermischen von Brennstoff (6) und Verbrennungsluft (5) zwischen dem zweiten Ende des Festkörpers (3) und der Brennstoffeinspritzdüse (4) bildet; und dadurch, dass diese Vorrichtung weiter einen Umschaltmechanismus (21; 31) zum Vertauschen von Luftzufuhr und Gasabfuhr umfasst, wobei ein Einzelbrenner (1) vorgesehen wird und dieser Einzelbrenner (1) einen Multiport-Brenner mit einer Mehrzahl von Öffnungen (23) einschliesst, während der gasdurchlässige Festkörper (3) in jeder der Mehrzahl von Öffnungen (23) des Einzelbrenners angeordnet ist, die Brennstoffeinspritzdüse (4) in zumindest einer, aber nicht in allen aus der Mehrzahl von Öffnungen (23) des Einzelbrenners (1) angeordnet ist, und wobei diese Mehrzahl von Öffnungen (23) des Einzelbrenners (1) unter Ausschluss der zumindest einen Öffnung, in der die Brennstoffeinspritzdüse (4) angeordnet ist, in zwei Gruppen (26, 27; 29, 30) unterteilt ist, die derart miteinander in Beziehung stehen, dass, wenn Verbrennungsluft durch erste Öffnungen in der einen der beiden Gruppen (26, 27; 29, 30) fliesst, Abgas durch zweite Öffnungen in der anderen der beiden Gruppen (26, 27) fliesst, die zweiten Öffnungen bewirken, dass Abgas durchfliesst, wodurch Wärme des Abgases in einem gasdurchlässigen Festkörper (3) jeder der zweiten Öffnungen gespeichert wird, und die ersten Öffnungen bewirken, dass Verbrennungsluft durchfliesst, wodurch Wärme, die der gasdurchlässige Festkörper (3) jeder der ersten Öffnungen gespeichert hatte, an die Verbrennungsluft abgegeben wird.
  2. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Umschaltmechanismus (21) ausserhalb des Einzelbrenners (1) vorgesehen ist.
  3. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Umschaltmechanismus (31) innerhalb des Einzelbrenners (1) vorgesehen ist und dieser Umschaltmechanismus (31) vom rotierenden Typ ist.
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