DE9205481U1 - Gasbrenner - Google Patents

Description

■j. April 1992

Joh. Vaillant GmbH u. Co.
GM 1042

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gasbrenner mit mindestens einem mit einem Injektorrohr versehenen Brennerstab, dem eine mit einer Gasversorgungsleitung verbindbaren Gasdüse zugeordnet ist.

Bei solchen bekannten Brennern mit atmosphärischen Injektionssystemen wird mittels einer Düse ein Brenngasgemisch mit hoher Impulsenergie erzeugt. Der Brenngasstrom reißt dabei beim Einströmen in den Brennerstab Luft in diesen mit, wobei sich das Brenngas mit dieser Primärluft vermischt. Dabei ergeben sich bei den bekannten Brennern, bei denen die Düsen kontinuierlich mit Brenngas beaufschlagt sind, Primärluftzahlen von 0.4 bis 0,7.

Bei solchen Primärluftzahlen ergibt sich jedoch ein merkbarer Schadstoffausstoß.

Es hat sich gezeigt, daß sich bei der Verbrennung eines uberstochimetrisch vorgemischten Brenngas-Luft-Gemisches nur geringe Schadstoffemissionen von &Ngr;0_&khgr; und CO ergeben.

Ziel der Erfindung ist es, einen Brenner der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei dem unter normalen Einsatzbe-

dingungen ein überstochimetrisches Brenngas-Luft-Gemisch erreichbar ist.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß zwischen der Gasversorgungsleitung und der Gasdüse ein Ventil angeordnet ist, das über eine Steuerung intermittierend ansteuerbar ist und intermittierend öffnet und schließt.

Beim Öffnen des Ventiles tritt das Brenngas mit hoher Impulsenergie aus der Düse aus. Dabei treten zwei Effekte auf:

1. Der Brenngasstrom schiebt innerhalb des Injektorrohres ein Luftvolumen vor sich her in den Brennerstab.

2. Der Brenngasstrom reißt Luft aus der Umgebung mit in das Inj ektorrohr.

Aufgrund dieser beiden Effekte kommt es zu einer Zufuhr von Primärluft.

Ein dritter Effekt tritt auf, wenn der Brenngasstrom möglichst schnell seinen Nennvolumenstrom erreicht, was bei einer stellen Öffnungscharakteristik des Ventiles sichergestellt werden kann.

Bei den herkömmlichen Brennern stellt sich kurz nach dem Öffnen des Ventiles ein konstanter Brenngasstrom ein.

Das plötzliche Einströmen des Brenngases in das Injektorrohr führt zu einer Druckwelle in diesem, diese Druckwelle wird am Ende des Injektorrohres vor dem Eintreten in den voluminösen Brennerstab als Unterdruckwelle reflektiert. Wenn diese Unterdruckwelle nun wieder den Mischrohreintritt erreicht, wird durch den dort herrschenden Unterdruck zusätzliche Luft angesaugt.

Dieser Nachladeeffekt tritt bei den herkömmlichen Brennern mit kontinuierlicher Beaufschlagung der Düse nur unmittelbar nach dem Einschalten der Gasversorgung ein.

Aufgrund der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahme, das Ventil entsprechend rasch zu öffnen und zu schließen, wird der Nachladeeffekt wiederholt ausgenutzt, wodurch die Primärluftzahl steigt.

Dabei kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen sein, daß die Ansteuerfrequenz des Ventiles in Abhängigkeit von der folgenden Beziehung gewählt ist:

2~~X~T

wobei f_G die Schaltfrequenz des Ventiles in Hz, 1 die Länge des Injektorrohres in m und a die Schallgeschwindigkeit des Gas-Luft-Gemisches in m/sec bedeuten.

Durch diese Maßnahmen ergibt sich der Vorteil einer optimalen Ausnutzung des durch die reflektierte Druckwelle bedingten Nachladeeffektes. Dadurch ist es möglich, bei integraler Betrachtung Primärluftzahlen größer als 1 zu erreichen, wodurch eine besonders schadstoffarme Verbrennung des Brenngases erzielt werden kann.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert.

Dabei zeigen:

Fig. 1 schematisch einen erfindungsgemäßen Brenner und

Fig. 2 Diagramme, die den zeitlichen Verlauf der Druckwelle über die Länge des Mischrohres 1 beim Öffnen des Ventiles zeigen.

In der Verbindung von einer Gasversorgungsleitung 1 zu einer Düse 2 ist ein Ventil 3 in Serie zu einem vorzugsweise vorhandenen, von einem Feuerungsautomaten oder dergleichen überwachten weiteren Ventil angeordnet, das über eine nicht dargestellte Ansteuerschaltung intermittierend öffnet und schließt, wenn das weitere Ventil geöffnet ist.

Die Düse 2 ist in üblicher Weise zentrisch auf das Injektorrohr 4 eines Brennerstabes 5 gerichtet.

Wie aus der Figur 2 zu ersehen ist, bildet sich beim kurzzeitigen Öffnen des Ventiles 3 am Eingang des Injektorrohres 4 eine Druckwelle 6 aus, die durch das Injektorrohr 4 wandert.

Am Ausgang des Injektorrohres 4 wird die Druckwelle 6 als Unterdruckwelle 6' reflektiert und wandert gegen den Einlaß des Injektorrohres 4. Dort angelangt bewirkt diese Unterdruckwelle 6' ein Ansaugen von Luft aus der Umgebung. Danach wird das Ventil 3 wieder geöffnet und der Ablauf wiederholt sich.

Die Laufzeit der Druckwelle 6 ergibt sich aus der folgenden Beziehung:

2x1
a

wobei t die Laufzeit der Welle in see, 1 die Länge des Injektorrohres in m, und a die Schallgeschwindigkeit in m/sec bedeuten.

Aus dem Reziprokwert der der Laufzeit t der Druckwelle läßt sich die optimale Ansteuerfrequenz des Ventiles 3 errechnen.

Beispiel

Länge des Injektorrohres 1 = 0,145m

Schallgeschwindigkeit a ca. 340m/sec

Nach der oben angegebenen Beziehung ergibt sich dabei eine Laufzeit von t = 0,00085 see.

Aus dieser Laufzeit ergibt sich eine Ansteuerfrequenz für das Ventil von f_G = 1.172 Hz.

Das Ventil 3 kann daher zweckmäßigerweise mit einer Frequenz von ca. 1.200 Hz angesteuert werden, um eine hohe Primärluftzahl des sich ausbildenden Gemisches zu erreichen.

Claims (2)

"j; IQQ? Joh. Vaillant GmbH u. Co. GM 1042 ANSPRÜCHE

1. Gasbrenner mit mindestens einem mit einem Injektorrohr versehenen Brennerstab, dem eine mit einer Gasversorgungsleitung verbindbaren Gasdüse zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Gasversorgungsleitung (1) und der Gasdüse (2) ein Ventil (3) angeordnet ist, das über eine Steuerung intermittierend steuerbar ist und intermittierend öffnet und schließt.

2. Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerfrequenz des Ventiles (3) in Abhängigkeit von der folgenden Beziehung gewählt ist

&Ggr;&khgr;~&idigr;

wobei f_G die Schaltfrequenz des Ventiles in Hz, 1 die Länge des Injektorrohres, a die Schallgeschwindigkeit des Gas-Luft-Gemisches in m/sec bedeuten.