EP0657693A2 - Gasbrenner - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
- F23D14/62—Mixing devices; Mixing tubes
- F23D14/64—Mixing devices; Mixing tubes with injectors
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
- F23D2900/14—Special features of gas burners
- F23D2900/14642—Special features of gas burners with jet mixers with more than one gas injection nozzles or orifices for a single mixing tube
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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- F23N2235/00—Valves, nozzles or pumps
- F23N2235/12—Fuel valves
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- F23N2235/12—Fuel valves
- F23N2235/24—Valve details
Definitions
- the invention relates to a gas burner with an injector and a gas nozzle arranged in front of the injector and having a main nozzle bore directed against the injector.
- the gas is blown into the injector, which entrains all of the combustion air or only a portion of the primary air.
- the burners are usually operated in two power levels, namely one with nominal power and one with power reduced to around 50%. Switching takes place by lowering the gas pressure.
- the burners are designed so that they operate at the lower limit of the permissible air ratio at low gas pressure. The result is that the air ratio increases significantly at full power, which reduces the efficiency of the burner. There is also poor ignition behavior at low temperatures.
- the ratio of the low power level to the nominal power which requires a gas pressure ratio of 1: 4, cannot be reduced below 50%.
- the invention has for its object to provide a gas burner of the type mentioned with improved controllability.
- the gas burner according to the invention is characterized in that the gas nozzle has at least one secondary nozzle bore directed against the injector, which is aligned at an angle to the axis of the injector and has a cross section which is preferably smaller than that of the main nozzle bore, and in that the main nozzle bore is assigned a movable closure element between an open and a closed position.
- the main nozzle bore is open so that the gas flows from both nozzle bores into the injector. If you want to switch to the lower power level, the main nozzle bore is closed. Now only a smaller amount of gas gets into the injector, namely that which emerges from the secondary nozzle bore. The impulse, however, that although reduced, it is still much too high since the gas pressure is not reduced. However, the air ratio does not increase excessively because the secondary nozzle bore is oriented at an angle to the axis of the injector. The gas jet from the secondary nozzle bore does not therefore enter the injector axially, but strikes the side of the inner wall of the injector and consequently pulls less air into the injector.
- This effect can be increased by an air screen that covers the edge of the injector inlet opening in a ring.
- Another important advantage of the invention is to emphasize that the pressure that is the same for both power levels can be kept at a relatively low level, namely approximately at the level at which the low power level of the known injector burner controlled by gas pressure operates.
- the control range which is determined by the cross sections of the nozzle bores, can easily go from 100% to about 40%, with the same cross sections up to about 50%.
- the air ratio of the lower stage is determined by the inclination of the secondary nozzle bore. The burner's efficiency remains almost constant over the entire control range.
- the closure element can be moved back and forth in a clocked manner between the open and the closed position. This opens up the possibility of setting any power level between the nominal power and the reduced power specified by the secondary nozzle bore by selecting the clock frequency.
- the air ratio will always remain in the range that is determined on the one hand by the maximum and on the other hand by the minimum power level.
- the closure element is arranged in the interior of the gas nozzle and is designed as a pin which sits on a guide body provided with gas passage openings.
- the guide body is used to align the spigot with the main nozzle bore.
- the gas passage openings are effective regardless of whether the main nozzle bore is open or closed.
- the guide body can preferably be moved into the closed position of the pin by an electromagnet arranged on the outside of the gas nozzle against the action of a return spring.
- This control is simple and effective. Above all, it is particularly suitable for intermittent operation.
- a burner tube 2 which merges into an injector 3.
- a gas nozzle 4 In front of the injector is a gas nozzle 4, from which the gas is blown into the injector, taking at least part of the combustion air with it.
- the gas nozzle 4 then has a main nozzle bore 5 which directs an axial gas jet into the injector 3. Furthermore, an auxiliary nozzle bore 6 is provided, which is inclined at an angle ⁇ to the axis of the injector 3 and has a cross section that is smaller than that of the main nozzle bore 5.
- a closure element 7 which consists of a pin 8 and a guide body 9.
- the latter centers the pin 8 on the main nozzle bore 5.
- the guide body 9 has gas passage openings 10, which provide an adequate supply of the two nozzle bores guarantee.
- an electromagnet 11 is provided on the outside of the gas nozzle 4.
- the closure element moves against the action of a return spring 12 to the right in Fig. 2 that the pin 8 closes the main nozzle bore 5.
- both nozzle holes are open.
- the closure element 7 is actuated via the electromagnet 11, so that the pin 8 closes the main nozzle bore 5. Gas can now only enter the injector from the thinner secondary nozzle bore 6. However, this happens at almost undiminished speed and a correspondingly high momentum, since the gas pressure is kept constant.
- a comparatively low gas pressure can be used.
- Another significant advantage can be achieved in that the movement of the closure element 7 is clocked. This offers the possibility of setting any power level between the nominal power and the reduced power defined by the secondary nozzle bore 6 by selecting the clock frequency, and without having a negative influence on the air ratio.
- the gas nozzle 4 can also be equipped with a plurality of main nozzle bores 5, each of which is independent be opened and closed from each other to enable several control levels if you do not want to work in cyclical mode.
- the locking mechanism shown for the main nozzle bore is also only one embodiment, albeit a particularly advantageous one.
- the secondary nozzle bore can also have a cross section which is larger than that of the main nozzle bore. The burner then works with a shortened control range, but otherwise achieves the advantages according to the invention.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft einen Gasbrenner mit einem Injektor und einer vor dem Injektor angeordneten Gasdüse, die eine gegen den Injektor gerichtete Hauptdüsenbohrung aufweist.
- Bei derartigen atmosphärischen Brennern, wie sie aus der Praxis bekannt sind, wird das Gas in den Injektor eingeblasen, wobei es die gesamte Verbrennungsluft oder aber auch nur einen Primärluftanteil mitreißt. Die Brenner werden in der Regel in zwei Leistungsstufen betrieben, nämlich einmal bei Nennleistung und einmal bei auf etwa 50% reduzierter Leistung. Das Umschalten erfolgt durch Absenken des Gasdrucks. Die Brenner werden so ausgelegt, daß sie bei niedrigem Gasdruck gerade an der unteren Grenze der zulässigen Luftzahl arbeiten. Die Folge ist, daß die Luftzahl bei voller Leistung erheblich ansteigt, wodurch der Wirkungsgrad des Brenners sinkt. Auch ergibt sich ein schlechtes Zündverhalten bei niedrigen Temperaturen. Das Verhältnis der niedrigen Leistungsstufe zur Nennleistung, das ein Gasdruckverhältnis von 1:4 voraussetzt, läßt sich nicht unter 50% absenken.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gasbrenner der eingangs genannten Art mit verbesserter Regelbarkeit zu schaffen.
- Zur Lösung dieser Aufgabe ist der Gasbrenner nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Gasdüse mindestens eine gegen den Injektor gerichtete Nebendüsenbohrung aufweist, die im Winkel zur Achse des Injektors ausgerichtet ist und einen Querschnitt hat, der vorzugsweise kleiner als der der Hauptdüsenbohrung ist, und daß der Hauptdüsenbohrung ein zwischen einer Öffnungs- und einer Schließstellung bewegbares Verschlußelement zugeordnet ist.
- Beim Vollastbetrieb ist die Hauptdüsenbohrung geöffnet, so daß das Gas aus beiden Düsenbohrungen in den Injektor strömt. Soll auf die niedrigere Leistungsstufe umgeschaltet werden, so wird die Hauptdüsenbohrung geschlossen. Nun gelangt nur noch eine geringere Gasmenge in den Injektor, nämlich diejenige, die aus der Nebendüsenbohrung austritt. Der Impuls allerdings, der sich zwar verringert, ist aber nach wie vor viel zu hoch, da der Gasdruck nicht reduziert wird. Allerdings kommt es dennoch nicht zu einer übermäßigen Erhöhung der Luftzahl, weil die Nebendüsenbohrung im Winkel zur Achse des Injektors ausgerichtet ist. Der Gasstrahl aus der Nebendüsenbohrung tritt also nicht axial in den Injektor ein, sondern trifft seitlich auf die Innenwand des Injektors und reißt folglich weniger Luft mit sich in den Injektor hinein.
- Dieser Effekt kann noch durch eine Luftblende erhöht werden, die den Rand der Injektor-Einlaßöffnung ringförmig abdeckt.
- Als weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung ist hervorzuheben, daß der für beide Leistungsstufen gleiche Druck auf relativ niedrigem Niveau gehalten werden kann, nämlich ungefähr auf demjenigen Niveau, auf dem die niedrige Leistungsstufe des bekannten, über den Gasdruck gesteuerten Injektorbrenners arbeitet. Der Regelbereich, der durch die Querschnitte der Düsenbohrungen bestimmt wird, kann ohne weiteres von 100% bis etwa 40% gehen, bei gleichen Querschnitten bis ca. 50%. Die Luftzahl der unteren Stufe wird durch die Neigung der Nebendüsenbohrung bestimmt. Der Wirkungsgrad des Brenners bleibt über dem gesamten Regelbereich annähernd konstant.
- In wesentlicher Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das Verschlußelement zwischen der Öffnungs- und der Schließstellung getaktet hin und her bewegbar ist. Dadurch wird die Möglichkeit eröffnet, durch die Wahl der Taktfrequenz jede beliebige Leistungsstufe zwischen der Nennleistung und der durch die Nebendüsenbohrung vorgegebenen reduzierten Leistung einzustellen. Dabei wird sich die Luftzahl immer in demjenigen Bereich halten, der einerseits durch die maximale und andererseits durch die minimale Leistungsstufe bestimmt ist.
- Bei einer konstruktiv besonders vorteilhaften Ausführungsform des Gasbrenners ist das Verschlußelement im Inneren der Gasdüse angeordnet und als Zapfen ausgebildet, der an einem mit Gasdurchtrittsöffnungen versehenen Führungskörper sitzt. Der Führungskörper dient dazu, den Zapfen auf die Hauptdüsenbohrung auszurichten. Die Gasdurchtrittsöffnungen sind unabhängig davon wirksam, ob die Hauptdüsenbohrung geöffnet oder geschlossen ist.
- Vorzugsweise ist der Führungskörper von einem außen auf der Gasdüse angeordneten Elektromagneten gegen die Wirkung einer Rückstellfeder in die Schließstellung des Zapfens bewegbar. Diese Steuerung ist einfach und effektiv. Vor allen Dingen eignet sie sich besonders gut für den Taktbetrieb.
- Als erfindungswesentlich offenbart gelten auch solche Kombinationen der erfindungsgemäßen Merkmale, die von den vorstehend diskutierten Verknüpfungen abweichen.
- Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung eines atmosphärischen Gasbrenners nach der Erfindung;
- Fig. 2
- in vergrößertem Maßstab einen axialen Schnitt durch einen Teil von Fig. 1.
- Der Gasbrenner nach Fig. 1 weist ein Brennerrohr 2 auf, welches in einen Injektor 3 übergeht. Vor dem Injektor befindet sich eine Gasdüse 4, aus der das Gas unter Mitnahme mindestens eines Teils der Verbrennungsluft in den Injektor eingeblasen wird.
- Fig. 2 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Schnitt durch den Injektorbereich des Brenners. Danach weist die Gasdüse 4 eine Hauptdüsenbohrung 5 auf, die einen axialen Gasstrahl in den Injektor 3 richtet. Ferner ist eine Nebendüsenbohrung 6 vorgesehen, die unter einem Winkel α zur Achse des Injektors 3 geneigt ist und einen Querschnitt hat, der kleiner als der der Hauptdüsenbohrung 5 ist.
- Im Inneren der Gasdüse 4 befindet sich ein Verschlußelement 7, das aus einem Zapfen 8 und einem Führungskörper 9 besteht. Letzterer zentriert den Zapfen 8 auf die Hauptdüsenbohrung 5. Außerdem weist der Führungskörper 9 Gasdurchtrittsöffnungen 10 auf, die eine ausreichende Versorgung der beiden Düsenbohrungen gewährleisten.
- Zur Betätigung des Verschlußelementes 7 ist außen auf der Gasdüse 4 ein Elektromagnet 11 vorgesehen. Bei dessen Erregung wandert das Verschlußelement gegen die Wirkung einer Rückstellfeder 12 soweit nach rechts in Fig. 2, daß der Zapfen 8 die Hauptdüsenbohrung 5 verschließt. Wenn der Gasbrenner mit voller Leistung betrieben wird, sind beide Düsenbohrungen offen. Beim Umschalten auf reduzierte Leistung wird über den Elektromagneten 11 das Verschlußelement 7 betätigt, so daß der Zapfen 8 die Hauptdüsenbohrung 5 verschließt. Gas kann nun nur noch aus der dünneren Nebendüsenbohrung 6 in den Injektor eintreten. Dies geschieht allerdings mit fast unverminderter Geschwindigkeit und entsprechend hohem Impuls, da der Gasdruck konstant gehalten wird. Ein übermäßiges Ansteigen der Luftzahl tritt dennoch nicht auf, weil der aus der Nebendüsenbohrung 6 kommende Gasstrahl nicht axial in den Injektor 3 gelangt, sondern zu dessen Achse um den Winkel α geneigt ist. Der Gasstrahl trifft daher auf die Innenwand des Injektors, so daß er nur eine verminderte Luftmenge in diesen eintragen kann. Dieser Effekt wird unterstützt durch eine Luftblende 13, die den Rand der Einlaßöffnung des Injektors 3 ringförmig abdeckt.
- Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung der Düsenbohrungen kann mit vergleichsweise niedrigem Gasdruck gearbeitet werden. Ein weiterer wesentlicher Vorteil läßt sich dadurch erzielen, daß die Bewegung des Verschlußelementes 7 getaktet wird. Dies bietet die Möglichkeit, durch Wahl der Taktfrequenz jede beliebige Leistungsstufe zwischen der Nennleistung und der durch die Nebendüsenbohrung 6 definierten reduzierten Leistung einzustellen, und zwar ohne negativen Einfluß auf die Luftzahl.
- Im Rahmen der Erfindung sind durchaus Abwandlungsmöglichkeiten gegeben. So können ohne weiteres mehrere Nebendüsenbohrungen 6 vorgesehen werden, wobei deren Winkel gegenüber der Injektorachse unterschiedlich sein kann. Auch läßt sich die Gasdüse 4 mit mehreren Hauptdüsenbohrungen 5 ausrüsten, die jeweils unabhängig voneinander geöffnet und geschlossen werden, um mehrere Regelstufen zu ermöglichen, falls nicht im Taktbetrieb gearbeitet werden soll. Auch der dargestellte Verschlußmechanismus für die Hauptdüsenbohrung stellt lediglich ein Ausführungsbeispiel dar, wenn auch ein besonders vorteilhaftes. Ggf. kann die Nebendüsenbohrung auch einen Querschnitt aufweisen, der größer als der der Hauptdüsenbohrung ist. Der Brenner arbeitet dann mit verkürztem Regelbereich, im übrigen aber unter Erzielung der erfindungsgemäßen Vorteile.
Claims (5)
- Gasbrenner (1) mit einem Injektor (3) und einer vor dem Injektor angeordneten Gasdüse (4), die eine gegen den Injektor gerichtete Hauptdüsenbohrung (5) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gasdüse (4) mindestens eine gegen den Injektor (3) gerichtete Nebendüsenbohrung (6) aufweist, die im Winkel (α) zur Achse des Injektors ausgerichtet ist und einen Querschnitt hat, der vorzugsweise kleiner als der der Hauptdüsenbohrung (5) ist, und daß der Hauptdüsenbohrung ein zwischen einer Öffnungs- und einer Schließstellung bewegbares Verschlußelement (7) zugeordnet ist. - Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Injektor (3) eine Luftblende (13) aufweist, die den Rand seiner Einlaßöffnung ringförmig abdeckt.
- Gasbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußelement (7) zwischen der Öffnungs- und der Schließstellung getaktet hin und her bewegbar ist.
- Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußelement (7) im Inneren der Gasdüse (4) angeordnet ist und einen Zapfen (7) aufweist, der an einem mit Gasdurchtrittsöffnungen (10) versehenen Führungskörper (9) sitzt.
- Gasbrenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungskörper (9) von einem außen auf der Gasdüse (4) angeordneten Elektromagneten (11) gegen die Wirkung einer Rückstellfeder (12) in die Schließstellung des Zapfens (7) bewegbar ist.
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