EP0309838A1 - Gasbrenner - Google Patents

Abstract

Der Gasbrenner besteht im wesentlichen aus einem Mischer 12, einem daran anschließenden, konischen Übergangsstück 13, auf dem ein zylindrischer und oben von einem Brennerdeckel 6 abgeschlossener Brennermantel 5 mit Durchtrittsöffnungen 4 aufgebaut ist. Zwischen dem Brennerdeckel 6 und dem Übergangsstück 13 ist ein drosselnder Zylinder 1 eingespannt, den das überstöchiometrische Gasgemisch mit Überdruck ausfüllt. Zur Vermeidung von Brennerschwingungen weist der Zylinder 1 Drosselöffnungen 2 auf, deren Gesamtfläche 2 bis 10 % von der Gesamtfläche der Durchtrittsöffnungen 4 ausmacht. Die Drosselöffnungen 2 liegen in mehreren Kreisreihen 3 derart übereinander, daß sie sich jeweils auf einer senkrechten Linie befinden. Diesen Linien stehen senkrechte, ungelochte Abschnitte 7b des Brennermantels 5 gegenüber, so daß die Gemischstrahlen aus den Drosselöffnungen 2 nicht unmittelbar auf die Durchtrittsöffnungen 4 treffen. Der Zylinder 1 ist in einem koaxialen Abstand von 5 mm von dem Brennermantel 5 vorgesehen.

Description

• Die Erfindung betrifft einen gebläseunterstützten, überstöchiome­trisch vormischenden Gasbrenner mit einer zwischen einem Brennraum und einem Gemischraum angeordneten Trennwand, die Durchtrittsöff­nungen für das Gemisch aufweist, und mit einer im Gemischraum stromauf der Trennwand angeordneten Drossel.
• Ein derartiger Gasbrenner ist aus der EP-PS 0 092 838 bekannt. Dort ist als Trennwand eine Brennerplatte vorgesehen. Stromauf dieser Platte ist ein Stück gekrümmtes Blech in den Gemischkanal angeord­net, um Brennerschwingungen durch Drosselwirkung zu unterdrücken. Das bloße Vorsehen dieses Bleches ist allerdings von der Wirkung her noch nicht voll befriedigend. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Gasbrenner der eingangs genannten Art der­art weiterzuentwickeln, daß die Drossel ihrer Bestimmung voll ge­recht werden kann.
• Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach langwierigen Untersuchungen über Ursache und Beseitigung der aufgetretenen Brennerschwingungen darin, daß die Drossel zur schwingungsmäßigen Abkopplung des Brenn­raumes vom Gemischraum mindestens eine Drosselöffnung mit einem Gesamtquerschnitt definiert, der 2 bis 10 %, vorzugsweise 2 bis 5 %, des Gesamtquerschnitts der Durchtrittsöffnungen der Trennwand beträgt. Diese Regel stellt eine nachhaltige Abhilfemaßnahme dar, indem die Drossel einen hohen Druckverlust des mit Überdruck geför­derten Gas-Luftgemisches hervorruft und dadurch die schwingungs­mäßige Trennung des Gemischraumes vom Brennraum in verstärktem Maße bewirkt.
• Überraschenderweise bewirken die erfindungsgemäßen Merkmale, die inzwischen mit Erfolg erprobt wurden, die reproduzierbare Unter­drückung der Brennerschwingungen praktisch über den gesamten Luft­zahl- und Leistungsbereich bei beliebiger Brennerkonstruktion. Pfeiff- und Heultöne verschwinden dabei gänzlich. Auch eine deut­liche Verbesserung der Gemischverteilung tritt ein, so daß auf entsprechende Verteileinbauten verzichtet werden kann. Besonders vorteilhaft ist, daß die Pressung üblicher Gebläse für eine ein­wandfreie Funktion des Gasbrenners voll ausreicht und somit nach erfolgter Mischung des Brenngases mit der Luft noch genug Druck übrig bleibt, um den durch die Drosselung hervorgerufenen Druck­verlust störungsfrei verkraften zu können.
• Diese Vorteile treten betont hervor, wenn die Drossel in einem Ab­stand von ca. 5 bis 30 mm zur Trennwand angeordnet ist.
• Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform für die Verwendung in Gasheizkesseln mit zylindrischer Brennkammer besteht darin, daß die Trennwand und die Drossel als zylindrische Bauteile ausgebildet sind, die an ihrem einen Ende von einem mischerseitigen Übergangs­stück gehalten werden und an ihrem anderen Ende an einen Brenner­deckel angeschlossen sind. Eines der zylindrischen Bauteile ist sowohl mit dem Übergangsstück als auch mit dem Brennerdeckel fest verbunden, während das andere zylindrische Bauteil mit mindestens einem Ende längsverschieblich in eine Führung des Übergangsstücks bzw. des Brennerdeckels eingreift. Durch diese Anordnung können sich die Bauteile bei den vorkommenden starken Temperatur-Wechsel­beanspruchungen ungehindert ausdehnen. Dadurch werden Schäden durch Wärmespannungen vermieden.
• Die Trennwand ist beidseitig mit Rückschlagsicherungen zu versehen. Hierzu können vorteilhafterweise feuerbeständige weiche Dichtungen in die Führungen eingelegt werden.
• Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Trennwand dasjenige zylin­drische Bauteil darstellt, welches sowohl mit dem Übergangsstück als auch mit dem Brennerdeckel fest verbunden ist.
• Eine weitere Verbesserung der Gemischverteilung wird erreicht, wenn man den hohen Gemischaustrittsimpulsen Hindernisse entgegensetzt, so daß die Gemischstrahlen nicht unmittelbar auf die Durchtritts­öffnungen der Trennwand treffen. Diesbezüglich ist es zweckmäßig, der Drosselöffnung stromab ein Prallelement gegenüberzustellen. Dieses kann vorteilhafterweise als gesondertes Bauteil zwischen der Drossel und der Trennwand angeordnet sein.
• Erfindungsgemäß weist das Prallelement Durchlaßöffnungen auf, die relativ zu den Drosselöffnungen der Drossel versetzt angeordnet sind.
• Versuche haben gezeigt, daß es besonders günstig ist, wenn die Durchlaßöffnungen des Prallelements einen Gesamtquerschnitt von mindestens 30 %, vorzugsweise 40 bis 70 % des Gesamtquerschnitts der Durchtrittsöffnungen der Trennwand aufweisen.
• Vorteilhafterweise ist als Prallelement mindestens ein zylindri­sches Bauteil vorgesehen.
• Eine bevorzugte Ausführungsform besteht darin, daß das als zylin­drisches Bauteil ausgebildete Prallelement an seinem einen Ende von dem Übergangsstück gehalten wird und an seinem anderen Ende an den Brennerdeckel angeschlossen ist, wobei das Prallelement mit minde­stens einem Ende längsverschieblich in eine Führung des Übergangs­stücks bzw. des Brennerdeckels eingreift. Auf diese Weise werden auch bei diesem Bauteil Schäden durch Wärmespannungen vermieden.
• Eine Alternativausführung besteht darin, daß man unter Weglassung des gesonderten Blechzylinders als Prallelement den Brennermantel selbst wirken läßt, indem man ungelochte Abschnitte an dem Bren­nermantel bestehen läßt.
• Ein besonders einfacher und kostengünstiger Aufbau des Gasbrenners ergibt sich, wenn zur Bildung der Trennwand ein zylindrischer Bren­nermantel mit vorzugsweise 0,5 bis 1,3 mm Stärke vorgesehen ist, der sich an den Mischer mit einem rotationssymmetrischen Übergangs­stück anschließt, an seinem Ende von einem Brennerdeckel verschlos­sen ist und mit den Durchtrittsöffnungen, die einen hydraulischen Durchmesser von 0,8 bis 1,5 mm aufweisen, in Hexagonalanordnung versehen ist, wobei als Drossel ein innerhalb des Brennermantels zwischen dem Übergangsstück und dem Brennerdeckel angeordneter Zy­linder dient, der die Drosselöffnungen in Kreisreihen aufweist.
• Im folgenden wird die Erfindung anhand von in den Zeichnungen sche­matisch dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert.
• Es zeigen
• Figur 1 einen zylindrischen Gasbrenner im Schnitt durch die Zy­linderachse,
• Figur 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Figur 1,
• Figur 3 eine weitere Ausführungsform des zylindrischen Gasbren­ners im der Figur 1 entsprechenden Schnitt,
• Figur 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Figur 3,
• Figur 5 eine dritte Ausführungsform des zylindrischen Gasbrenners im der Figur 1 entsprechenden Schnitt,
• Figur 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI der Figur 5 und
• Figur 7 eine vierte Ausführungsform des zylindrischen Gasbrenners im der Figur 1 entsprechenden Schnitt.
• Figur 8 eine fünfte Ausführungsform des zylindrischen Gasbrenners in der Figur 3 entsprechendem Schnitt.
• In den Figuren 1 bis 6 verdeutlichen zifferlose Pfeile den Strö­mungsverlauf eines überstöchiometrischen Gas-Luftgemisches, das mit Überdruck im Sinne der Zeichnung von unten in einen Zylinder 1 ein­tritt, dessen Drosselöffnungen 2 durchsetzt, die in Kreisreihen 3 übereinander angeordnet sind, und zuletzt im wesentlichen radial aus Durchtrittsöffnungen 4 eines zylindrischen Brennermantels 5 austritt und dort gleichmäßig verbrennt, wie dies teilweise in den Figuren 2, 4 und 6 mit Pfeilköpfen dargestellt ist. Der Zylinder 1 und der Brennermantel 5 sind oben durch einen gemeinsamen Brenner­deckel 6 abgeschlossen.
• In den Figuren 1 bis 4 ist eine derartige Anordnung getroffen, daß der drosselnde Zylinder 1 einen koaxialen Abstand bis zu 30 mm von dem Brennermantel 5 hält und der Gesamtquerschnitt der Drosselöff­nungen 2 2 bis 10 %, vorzugsweise 2 bis 5 %, von dem Gesamtquer­schnitt der Durchtrittsöffnungen 4 ausmacht, um Brennerschwingungen vorzubeugen. Damit die Gemischstrahlen in ihren Impulsen gehemmt werden, die sie bei der hochgradigen Drosselung erhalten, ist zwi­schen dem Zylinder 1 und dem Brennermantel 5 ein Prallelement vor­gesehen. Dieses besteht nach den Figuren 3 und 4 aus einem einzi­gen, an den Enden abgefangenen Blechzylinder 7 mit Durchlaßöffnun­gen 8, die sowohl in der Höhe als auch in der Umfangsrichtung ver­setzt zu den Drosselöffnungen 2 angeordnet sind. Die Durchlaßöff­nungen 8 weisen einen Gesamtquerschnitt von mindestens 30 %, vor­zugsweise 40 bis 70 % des Gesamtquerschnitts der Durchtrittsöff­nungen 4, der Trennwand 5 auf. Nach den Figuren 1 und 2 besteht das Prallelement aus mehreren Blechzylindern 7a, die ringförmig jeweils eine Kreisreihe 3 der Drosselöffnungen 2 abdecken und durch Ab­standshalter 9 an dem Zylinder 1 befestigt sind.
• Zur Vorbeugung von Brennerschwingungen ist die Konstruktion nach den Figuren 5 und 6 ähnlich aufgebaut wie die vorbeschriebenen Aus­führungen. Der drosselnde Zylinder 1 ist allerdings diesmal in ei­nem Abstand von nur 5 mm von dem Brennermantel 5 vorgesehen. Als Prallelement dienen ungelochte senkrechte Abschnitte 7b des Bren­nermantels 5, die den übereinanderliegenden Drosselöffnungen 2 ge­genüberstehen.
• Entsprechend den Figuren 7 und 8 strömt das Brenngas durch die Gas­düse 10 in eine Kammer 11 eines als Lochmischer ausgebildeten Mi­schers 12. Die Verbrennungsluft wird mit Hilfe eines nicht darge­stellten Gebläses der Kammer 11 zugefügt. Das Gemisch strömt durch Bohrungen 12a (nur eine dargestellt) und ein sich konisch erwei­terndes Übergangsstück 13 in den Zylinder 1, der innerhalb des Brennermantels 5 im Sinne der Figur 5 angeordnet ist. Die Stärke des Brennermantels 5 liegt zwischen 0,5 und 2 mm. Der Brennerman­tel 5 weist die Durchtrittsöffnungen 4 in Hexagonalanordnung auf, deren hydraulischer Durchmesser 0,8 bis 1,5 mm beträgt. Durch die hexagonale Anordnung dieser Öffnungen wird ein hoher Perforations­grad und damit eine niedrige Austrittsflächenbelastung bei hoher Gesamtflächenbelastung erreicht.
• Figur 8 unterscheidet sich von Figur 7 nur dadurch, daß als Prall­element der Blechzylinder 7 dient und durch die Art der Halterung der drei zylindrischen Elemente 1, 5 und 7. Der Brennerdeckel 6 bzw. das Übergangsstück 13 weisen Führungen 14 auf, in die der Brennermantel 5, der Blechzylinder 7 und der Zylinder 1 eingreifen. Die Führungen sind zur besseren Darstellung brennerdeckelseitig ohne die zylindrischen Elemente 1 und 7 dargestellt. Der Brenner­mantel 5 ist mit dem Brennerdeckel 6 und dem Übergangsstück 13 rückschlagsicher verschraubt. Der Zylinder 1 und der Blechzylinder 7 werden längsverschieblich in den Führungen 14 gehalten.
• Die in den Zeichnungen dargestellten Brenner können je nach Ver­wendungszweck sowohl hängend, d. h. mit dem Brennerdeckel nach unten weisend, als auch stehend, d. h. mit dem Brennerdeckel nach oben weisend, eingebaut werden.
• Die hängende Einbauweise ist besonders vorteilhaft für Gasheizkes­sel mit Abgaskondensation, da das Kondensat abtropfen kann, ohne dabei den Brenner zu tangieren.

Claims (12)

1. Gebläseunterstützter, überstöchiometrisch vormischender Gas­brenner mit einer zwischen einem Brennraum und einem Gemisch­raum angeordneten Trennwand (5), die Durchtrittsöffnungen (4) für das Gemisch aufweist, und mit einer im Gemischraum strom­auf der Trennwand angeordneten Drossel (1), dadurch gekenn­zeichnet, daß die Drossel (1) zur schwingungsmäßigen Abkopp­lung des Brennraumes vom Gemischraum mindestens eine Drossel­öffnung (2) mit einem Gesamtquerschnitt definiert, der 2 bis 10 %, vorzugsweise 2 bis 5 %, des Gesamtquerschnittes der Durchtrittsöffnungen (4) der Trennwand (5) beträgt.

2. Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (1) in einem Abstand von ca. 5 bis 30 mm zur Trenn­wand (5) angeordnet ist.

3. Gasbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (5) und die Drossel (1) als zylindrische Bautei­le ausgebildet sind, die an ihrem einen Ende von einem mischer­seitigen Übergangsstück (13) gehalten werden und an ihrem an­deren Ende an einen Brennerdeckel (6) angeschlossen sind, wo­bei eines der zylindrischen Bauteile (1 oder 5) sowohl mit dem Übergangsstück (13) als auch mit dem Brennerdeckel (6) fest verbunden ist, während das andere zylindrische Bauteil (1 oder 5) mit mindestens einem Ende längsverschieblich in eine Führung (14) des Übergangsstück (13) bzw. des Brenner­deckels (6) eingreift.

4. Gasbrenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (5) dasjenige zylindrische Bauteil darstellt, wel­ches sowohl mit dem Übergangsstück (13) als auch mit dem Bren­nerdeckel (6) fest verbunden ist.

5. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Drosselöffnung (2) stromab ein Prallelement (7, 7a) gegenübersteht.

6. Gasbrenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Prallelement ein gesondertes Bauteil zwischen der Drossel (1) und der Trennwand (5) angeordnet ist.

7. Gasbrenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Prallelement (7) Durchlaßöffnungen (8) aufweist, die relativ zu den Drosselöffnungen (2) der Drossel (1) versetzt angeord­net sind.

8. Gasbrenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaßöffnungen (8) einen Gesamtquerschnitt von mindestens 30 %, vorzugsweise 40 bis 70 % des Gesamtquerschnitts der Durchtrittsöffnungen (4) der Trennwand (5) aufweisen.

9. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekenn­zeichnet, daß als Prallelement mindestens ein zylindrisches Bauteil (7, 7a) vorgesehen ist.

10. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekenn­zeichnet, daß das als zylindrisches Bauteil (7) ausgebildete Prallelement an seinem einen Ende von dem Übergangsstück (13) gehalten wird und an seinem anderen Ende an den Brennerde­ckel (6) angeschlossen ist, wobei das Prallelement mit min­ destens einem Ende längsverschieblich in eine Führung (14) des Übergangsstücks (13) bzw. des Brennerdeckels (6) eingreift.

11. Gasbrenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein ungelochter Abschnitt (7b) der Trennwand (5) das Prallelement darstellt.

12. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn­zeichnet, daß zur Bildung der Trennwand ein zylindrischer Brennermantel (5) mit zwischen 0,5 und 2,0 mm, vorzugsweise zwischen 0,5 und 1,3 mm, liegender Stärke vorgesehen ist, der sich an den Mischer (12) mit einem rotationssymmetrischen Übergangsstück (13) anschließt, an seinem Ende von einem Bren­nerdeckel (6) verschlossen ist und mit den Durchtrittsöffnun­gen (4), die einen hydraulischen Durchmesser von 0,8 bis 1,5 mm aufweisen, in Hexagonalanordnung versehen ist, wobei als Drossel ein innerhalb des Brennermantels zwischen dem Übergangsstück und dem Brennerdeckel angeordneter Zylinder (1) dient, der die Drosselöffnungen (2) in Kreisreihen (3) auf­weist.

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