DE9212924U1 - Mischeinrichtung für einen Brenner - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Mischeinrichtung für einen Brenner gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei einer aus DE 39 30 569 Al bekannten Mischeinrichtung dieser Gattung wird die Verbrennungsluft durch das die Brennerdüse koaxial umschließende Luftzufuhrrohr zugeführt und dem aus der Düse austretenden Brennstoff zugemischt. Das Luftzufuhrrohr verengt sich vor dem Austritt der Düse konisch, so daß das Brennstoff-Luft-Gemisch in einer gebündelten, gegebenenfalls zusätzlich mit einem Drall beaufschlagten Strömung in das Flammrohr eintritt, wo es gezündet wird. Eine feststehende Trennwand verschließt das Gehäuse bzw. das Flammrohr am Außenumfang des Luftzufuhrrohres. Am stromaufseitigen Ende des Flammrohres sind Eintrittsöffnungen vorgesehen, durch welche aufgrund der Injektorwirkung der Strömung des Brennstoff-Luft-Gemisches Verbrennungsgase aus dem Flammraum in das Flammrohr gesaugt werden. Dadurch ergibt

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sich eine die Verbrennung und die Flammenstabilität verbessernde Rezirkulation eines Teiles der stromabseitig aus dem Flammrohr austretenden Verbrennungsgase. Die Eintrittsöffnungen sind in der Wand des Flammrohres stromabseitig von der Trennwand angeordnet. Eine Beeinflussung der Rezirkulation ist nicht möglich.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Mischeinrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei welcher die Rezirkulation der Verbrennungsgase den Betriebsbedingungen des Brenners angepaßt werden kann.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Mischeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Einstellbarkeit des Durchtrittsquerschnittes für das rezirkulierende Gas ermöglicht vielfache Verbesserungen des Brennerbetriebes. In der einfachsten Ausführung kann bei der Installation und gegebenenfalls der Wartung des Brenners und des Kessels der Durchtrittsquerschnitt manuell auf den für den Brennerbetrieb optimalen Wert eingestellt werden. Ist eine Antriebseinrichtung für ein automatisches Verstellen des Durchtrittsquerschnitts vorgesehen, so kann die Rezirkulation in vorteilhafter Weise dem jeweiligen Betriebszustand des Brenners angepaßt werden. Beim Start des Brenners wird der Eintrittsquerschnitt für das rezirkulierende Gas verkleinert, um eine Unterkühlung der Flamme durch das noch kalte rezirkulierende Gas zu verhindern. Mit zunehmender Brenndauer und damit Erwärmung

des Heizkessels und der rezirkulierenden Gase wird der Durchtrittsquerschnitt für das rezirkulierende Gas zunehmend vergrößert. Die Steuerung der Querschnittsverstellung kann in diesem Fall z.B. durch ein Zeitglied, durch einen Temperaturfühler oder mittels eines Bimetall-Stellgliedes erfolgen. Wird die Mischeinrichtung für einen Zwei-Stufen-Brenner verwendet, so kann eine Verstellung zwischen zwei Positionen vorgesehen sein, um den Durchtrittsquerschnitt für das rezirkulierende Gas umschaltbar der jeweils eingeschalteten Leistungsstufe des Brenners anzupassen.

Die Einstellbarkeit des Durchtrittsquerschnittes und damit der Rezirkulation ermöglicht die Verwendung derselben Mischeinrichtung für Brenner unterschiedlicher Leistung und für unterschiedliche Heizkessel. Hieraus ergibt sich eine Verringerung der Typenvielfalt, was Herstellungs- und Lagerhaltungskosten senkt. Um die Vielfältigkeit der Einsatzmöglichkeiten weiter zu verbessern, weist in einer bevorzugten Ausführungsform das Gehäuse ein Adapterrohr auf, das das Luftzufuhrrohr aufnimmt und stromaufseitig axial überragt. Durch Adapterrohre unterschiedlichen Durchmessers ist eine Anpassung an unterschiedliche Brenner- bzw. Kesseltypen möglich, ohne daß eine Änderung der übrigen Bauteile der Mischeinrichtung erforderlich ist.

Die Verstellung des Durchtrittsquerschnitts des Eintritts für die rezirkulierenden Gase in das Flammrohr kann mechanisch auf unterschiedlichste Weise gelöst werden. Im Interesse einer einfachen Konstruktion wird bevorzugt, die Verstellung des Durchtrittsquerschnitts durch ein gegenüber dem Flammrohr axial verschiebbares Element zu bewirken. Durch die axiale Verschiebung dieses Elements kann der

Durchtrittsquerschnitt des Eintritts für die rezirkulierenden Gase kontinuierlich geöffnet und verschlossen werden. Der Eintritt kann dabei durch Öffnungen in der Wand des Flammrohrs gebildet sein, die durch das axial verschiebbare Element mehr oder weniger stark abgedeckt werden. In einer anderen Variante kann der Durchtrittsquerschnitt durch einen Ringspalt an dem stromaufseitigen Rand des Flammrohres gebildet sein, dessen axiale Breite durch das axial verschiebbare Element verändert wird.

Zweckmäßigerweise ist das Luftzufuhrrohr mit der in diesem angeordneten Düse axial gegenüber dem Flammrohr verschiebbar und das den Durchtrittsquerschnitt für die rezirkulierenden Gase bestimmende Element ist starr mit diesem Luftzufuhrrohr verbunden. Das Luftzufuhrrohr ist in dieser Ausführung vorzugsweise axial verschiebbar in einem Gehäuse geführt, das sich an das Flammrohr anschließt. Vorzugsweise ist dabei das Flammrohr dicht und fest mit dem Gehäuse verbunden und das Luftzufuhrrohr ist abgedichtet in dem Gehäuse verschiebbar. Die Abdichtung zwischen Gehäuse und Flammrohr am Außenumfang des Luftzufuhrrohrs kann damit in einem stromaufseitig von dem heißen Flammrohr entfernten Bereich angeordnet werden, so daß das Dichtungsmaterial keiner hohen Temperaturbeanspruchung ausgesetzt ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 einen Axialschnitt durch eine Mischein

richtung in einer bevorzugten Ausführung und

Figuren 2-6 Detaildarstellungen verschiedener Varianten des Eintritts mit verstellbarem Durchtrittsquerschnitt .

Die in Figur 1 dargestellte Mischeinrichtung weist eine Halterung 10 für den nicht dargestellten Schaft der Düse, beispielsweise einer Ölzerstäuberdüse, auf. Die Halterung 10 ist mittels radialer Flügel 12 abgestützt koaxial in einem Luftzufuhrrohr 14 angeordnet. Stromabseitig vor der Austrittsöffnung der nicht dargestellten Düse verengt sich das Luftzufuhrrohr 14 konisch. An dem stromaufseitigen (in der Zeichnung rechten) Ende des Luftzufuhrrohres 14 ist ein Rohrstutzen 16 als axiale Verlängerung des Luftzufuhrrohres 14 angeordnet. Der Rohrstutzen 16 weist einen größeren Durchmesser auf als das Luftzufuhrrohr 14. In die geschlossene Ringfläche, mit welcher das Luftzufuhrrohr 14 in den Rohrstutzen 16 übergeht, sind einerseits ein Zündelektrodenpaar 18 und andererseits ein Rohrkanal 20 für eine optische Überwachung der Flamme eingesetzt. Unmittelbar anschließend an die konische Verengung des stromabseitigen Endes des Luftzufuhrrohres 14 ist auf dessen Außenumfang eine als Ringscheibe ausgebildete Trennwand 22 durch Punktschweißen befestigt.

Weiter weist die Mischeinrichtung ein Gehäuse auf, welches aus einem Führungsrohr 24 und einem Adapterrohr 2 6 besteht. Das Führungsrohr 24 ist in seinem stromaufseitigen Teil zylindrisch ausgebildet. In diesem zylindrischen Teil des Führungsrohres 24 ist axial verschiebbar der Rohrstutzen 16 des Luftzufuhrrohres 14 geführt. Zur Abdichtung zwischen Außenumfang des Rohrstutzens 16 und Innenumfang des Füh-

rungsrohres 2 4 dient ein Dichtungsring 28, aus einem hitzebeständigen Kunststoff, z.B. aus Polytetrafluoräthylen (Teflon), der in einer vertieften Umfangssicke des Rohrstutzens 16 liegt. Das Adapterrohr 26 umschließt den zylindrischen Teil des Führungsrohres 24 koaxial und ist an seinem stromabseitigen Ende abdichtend mit dem Außenumfang des Führungsrohres 24 verschweißt. Das Adapterrohr 26 weist einen größeren Durchmesser als das Führungsrohr 24 auf und ist über dessen stromaufseitiges Ende hinaus axial verlängert. Durch Wahl eines Adapterrohres 26 geeigneten Durchmessers kann die Mischeinrichtung an den jeweiligen Heizkessel bzw. Brenner angepaßt werden, ohne daß die übrigen Teile der Mischeinrichtung geändert werden müssen.

An dem stromabseitigen (in der Zeichnung linken) Ende ist das Führungsrohr 24 auf einen größeren Durchmesser erweitert. In dieses erweiterte Ende ist ein Flammrohr 30 eingesetzt und mit dem Führungsrohr 24 verschweißt. Das stromaufseitige offene Ende des Flammrohres 30 ist konisch verengt und bildet einen Rand, dessen Durchmesser dem Außendurchmesser der Trennwand 22 entspricht. Wird das Luftzufuhrrohr 14 in dem Führungsrohr 24 axial in der Zeichnung nach links verschoben, so kommt in der Endstellung die Trennwand 22 zur Anlage an dem Rand des Flammrohres 30 und dichtet dessen Eintrittsstirnfläche im Bereich außerhalb des Luftzufuhrrohres 14 ab. Wird das Luftzufuhrrohr 14 axial stromaufwärts, d.h. in der Zeichnung nach rechts, verschoben, so wird zwischen dem Rand des Flammrohres 30 und der Trennwand 22 ein zunehmend breiter werdender Ringspalt 32 freigegeben.

In dem im Durchmesser erweiterten stromabseitigen Bereich

des Führungsrohres 24 sind Öffnungen 34 vorgesehen, die durch axiales Schlitzen und Ausbiegen des Mantels des Führungsrohres 24 gebildet sind. Die schlitzförmigen Öffnungen 34 münden in einen Ringraum 36, der von dem sich konisch verengenden stromaufseitigen Ende des Flammrohres 30 und dem Bereich des Führungsrohres 24 gebildet wird, in welchem sich das Führungsrohr 24 von dem weiteren auf den engeren Durchmesser verengt. Der Ringspalt 32 zwischen dem Rand des Flammrohres 30 und der Trennwand 22 befindet sich im Bereich dieses Ringraumes 36. Im Betrieb des Brenners erzeugt das aus dem Luftzufuhrrohr 14 in das Flammrohr 30 strömende Brennstoff-Luft-Gemisch und die in das Flammrohr 30 brennende Flamme eine Injektorwirkung. Durch diese Injektorwirkung kann Gas aus dem Flammraum des Heizkessels von der Außenseite des Flammrohres 30 über die Öffnungen 34, den Ringraum 36 und den Ringspalt 32 in das Flammrohr 30 gesaugt werden. Die Volumenmenge dieses rezirkulierenden Gases wird durch die axiale Breite des Ringspaltes 32 bestimmt und kann dementsprechend durch die axiale Verschiebung des Luftzufuhrrohres 14 eingestellt werden.

Die Figuren 2 bis 6 zeigen in einer Detaildarstellung im Axialschnitt verschiedene weitere Varianten für die Realisierung eines Eintrittes für das rezirkulierende Gas mit veränderlichem Durchtrittsquerschnitt.

In Figur 2 weist das Flammrohr 30 ringförmig auf seinem Umfang verteilte Öffnungen 38 in seiner Wand auf. Das konische Ende des abgedichtet axial verschiebbar in dem Gehäuse 24 geführten Luftzufuhrrohres 14 bildet mit einem stromabseitig von den Öffnungen 38 an der Innenseite des Flammrohres 30 angeordneten Leitblech 40 einen düsenförmigen Ein-

tritt 42. Dieser düsenförmige Eintritt 42 schließt sich innen an die Öffnungen 38 an und ist in die aus dem Luftzufuhrrohr 14 austretende Strömung des Brennstoff-Luft-Gemischs gerichtet. Durch die axiale Verschiebung des Luftzufuhrrohres 14 kann der Durchtrittsquerschnitt des Eintritts 42 eingestellt werden.

In Figur 3 weist das Flammrohr ringförmig auf seinem Umfang verteilte Öffnungen 38 auf, die so in die Wandung des Flammrohres 30 eingedrückt sind, daß ihre Öffnungsfläche gegen die Strömungsrichtung angestellt ist. Der in dem Gehäuse 24 abgedichtet axial verschiebbare Rohrstutzen 16, der das Luftzufuhrrohr 14 aufnimmt, geht an seiner stromabseitigen Vorderkante in die radiale abdichtende Trennwand 22 über. Die Übergangskante von dem Rohrstutzen 16 zur Trennwand 22 regelt bei axialer Verschiebung des Rohrstutzens 16 den Durchtrittsquerschnitt von den Öffnungen 38 in das Flammrohr 30.

In Figur 4 sind die Öffnungen 38 in der Wand des Flammrohres 30 ausgebildet. Der axial verschiebbare Rohrstutzen 16 deckt mit seiner Übergangskante zu der Trennwand 22 die Öffnungen 38 entsprechend seiner Axialstellung mehr oder weniger weit ab, um dadurch den Durchtrittsquerschnitt der Öffnungen 38 zu verändern.

In Figur 5 ist die den Rohrstutzen 16 an dessen stromabseitigem Ende abschließende Trennwand 22 in einem größeren axialen Abstand von den Öffnungen 38 in der Wand des Flammrohres 30 angeordnet. An dem Rohrstutzen 16 bzw. der Trennwand 22 ist über Stege 44 ein zylindrischer Ring 46 angebracht, der innen an der Wand des Flammrohres 30 anliegt.

Bei der axialen Verschiebung des Rohrstutzens 16 verschließt der Ring 46 veränderlich den Durchtrittsquerschnitt der Öffnungen 38.

In Figur 6 ist der Rohrstutzen 16 stromabseitig über die Trennwand 22 hinaus verlängert und verschließt entsprechend seiner axialen Verschiebungsstellung mit diesem stromabseitig überstehenden Rand die Öffnungen 38 in der Wand des Flammrohres 30 veränderlich.

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Claims (1)

1. Mischeinrichtung für einen Brenner, mit einer Düse, durch welche ein gasförmiger oder zerstäubter fossiler Brennstoff austritt, mit einem die Düse koaxial aufnehmenden Luftzufuhrrohr, durch welches Verbrennungsluft zugeführt und dem aus der Düse austretenden Brennstoff zugemischt wird, mit einem Flammrohr, in dessen stromaufseitige Stirnfläche das Luftzufuhrrohr und die Düse münden, und mit einem Eintritt des Flammrohres, der ein Einströmen von Gasen von der Außenseite des Flammrohres in den stromaufseitigen Endbereich des Flammrohres ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchtrittsquerschnitt des Eintritts (32) verstellbar ist.

2. Mischeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchtrittsquerschnitt des Eintritts (32) mittels eines in Bezug auf das Flammrohr (30) axial verschiebbaren Elementes verstellbar ist.

Mischeinrichtung nach Anspruch 2, mit einem die Düse und das Luftzufuhrrohr koaxial aufnehmenden Gehäuse, das sich axial an das Flammrohr anschließt, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftzufuhrrohr (14) mit der Düse axial verschiebbar in dem Gehäuse (Führungsrohr 24) angeordnet ist und daß das axial verschiebbare Element mit dem Luftzufuhrrohr (14) starr verbunden ist.

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4. Mischeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintritt durch eine oder mehrere Öffnungen (38) in der Wand des Flammrohres (30) gebildet ist, die durch das axial verschiebbare Element mit verstellbarem Durchtrittsquerschnitt verschließbar sind.

5. Mischeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintritt durch einen axialen Ringspalt (32) am stromaufseitigen offenen Ende des Flammrohres (30) gebildet ist, dessen axiale Breite durch das axial verschiebbare Element verstellbar ist.

6. Mischeinrichtung nach den Ansprüchen 3 und 5, mit einer die stromaufseitige Stirnfläche des Flammrohres rings um das Luftzufuhrrohr verschließenden Trennwand, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftzufuhrrohr (14) mit der an dessen Außenumfang fest angebrachten Trennwand (22) axial verschiebbar in dem Gehäuse (Führungsrohr 24) angeordnet ist und daß der Ringspalt (32) zwischen der Trennwand (22) und dem stromaufseitigen Rand des Flammrohrs (30) gebildet ist.

7. Mischeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Flammrohr (30) fest und dicht mit dem Gehäuse (Führungsrohr 24) verbunden ist und daß das Luftzufuhrrohr (14, 16) abgedichtet axial in dem Gehäuse (Führungsrohr 24) geführt ist.

8. Mischeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich-

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net, daß das Flammrohr (30) im Bereich seines stromausseitigen Endes Öffnungen (34) in seinem Umfang aufweist, die zu dem Ringspalt (32) führen.

9. Mischeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftzufuhrrohr (Rohrstutzen 16) abgedichtet axial in einem Führungsrohr (24) des Gehäuses geführt und durch einen Dichtungsring (28) abgedichtet ist, der in einer vertieften Umfangssicke des Luftzufuhrrohres (Rohrstutzen 16) liegt.

10. Mischeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftzufuhrrohr (14, 16) an seinem stromaufseitigen Ende einen Rohrstutzen (16) größeren Durchmessers aufweist, der in dem Führungsrohr (24) geführt ist.

11. Mischeinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsrohr (24) in einem stromauf seitig axial überragenden Adapterrohr (26) des Gehäuses angeordnet ist.