EP1988337B1 - Brennkammer mit einer vorrichtung zur vermeidung selbsterregter verbrennungsschwingungen - Google Patents

Brennkammer mit einer vorrichtung zur vermeidung selbsterregter verbrennungsschwingungen Download PDF

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EP1988337B1
EP1988337B1 EP08007820.7A EP08007820A EP1988337B1 EP 1988337 B1 EP1988337 B1 EP 1988337B1 EP 08007820 A EP08007820 A EP 08007820A EP 1988337 B1 EP1988337 B1 EP 1988337B1
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combustion
burner
cylindrical
excited
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Janine Vahrenholt
Gordon Folkerts
Ralph Edenhofer
Heinrich Köhne
Klaus Lucka
Antònio Medeiros
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Vaillant GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M9/00—Baffles or deflectors for air or combustion products; Flame shields
    • F23M9/06—Baffles or deflectors for air or combustion products; Flame shields in fire-boxes

Definitions

  • the invention relates to a device for avoiding self-excited combustion oscillations in substantially cylindrical combustion chambers.
  • US 5699756 A discloses a water heater with a cylindrical combustion chamber in a water-filled storage tank.
  • the exhaust gases of a tumble burner are first led down in the combustion chamber and then, after a deflection in a plurality of vertical tubes, guided upwards through the reservoir, in order to emit thermal energy to the water in the storage tank.
  • a line for the discharge of condensate is arranged at the lower end of the diversion.
  • the invention is therefore based on the object to achieve a device for preventing self-excited combustion oscillations in cylindrical combustion chambers, which is characterized by simple construction and the avoidance of increased flow resistance.
  • the cylindrical tube has a diameter of 40% to 60% of the diameter of the Combustion chamber and a height of 30% to 50% of the height of the combustion chamber has.
  • the cylindrical tube has a diameter of 100% to 160% of the diameter of the burner and a height of 90% to 200% of the height of the burner.
  • spacers between the tube and the combustion chamber can provide for a firm positioning of the tube. If there are recesses at the lower end of the cylindrical tube, condensate can flow through them.
  • FIG. 1 shows a cylindrical combustion chamber 2, which is located in a water jacket 9.
  • the combustion chamber 2 has an axis of symmetry 4.
  • a burner 3 which is also arranged around the same axis of symmetry 4.
  • the burner 3 is supplied via a blower 7 with air and fuel.
  • From the combustion chamber 2 open two exhaust gas inlets 11 in spiral exhaust pipes 10, which pass through the water jacket 9 and then into an exhaust manifold 8, which is followed by an exhaust pipe, not shown, open.
  • a condensate drain 12 At the lowest end of the cylindrical combustion chamber 2 is a condensate drain 12, which also opens into the exhaust manifold 8 with integrated siphon.
  • a cylindrical tube 1 In the lower region of the cylindrical combustion chamber 2 opposite to the burner 3 is a cylindrical tube 1, which is arranged by spacers 5 positioned from the walls of the cylindrical combustion chamber 2. In the lower part of the cylindrical tube 1 are recesses 6.
  • a fuel gas-air mixture flows through the fan 7 in the burner 3.
  • On the outer surface of the burner 3 burns the fuel gas-air mixture within the combustion chamber 2.
  • the exhaust gases flow through the exhaust gas inlet 11 into the exhaust pipes 10 and give off thermal energy to the water jacket 9.
  • the cooled exhaust gases of the burner 3 are discharged via the exhaust manifold 8 and the subsequent exhaust pipe into the environment. If the dew point of the exhaust gas falls below within the combustion chamber 2, condensate is formed which flows downwards on the walls of the combustion chamber 2. Through the recesses 6 in the cylindrical tube 2, this condensate flows to the condensate drain 12 in the siphon of the exhaust manifold 8 and from there into a sewer.
  • the cylindrical tube 1 prevents the formation of standing acoustic waves in the combustion chamber 2, which lead to self-excited combustion oscillations.

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  • Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)
  • Combustion Of Fluid Fuel (AREA)
  • Gas Burners (AREA)

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Vermeidung selbsterregter Verbrennungsschwingungen bei im Wesentlichen zylindrischen Brennkammern.
  • Der aus der Druckschrift US 2007/0051359 A1 ist ein Gebläsebrenner bekannt, dessen offene Flamme vor der Gebläsemündung in einer Brennkammer brennt. Die Abgase durchströmen einen Wasser gefüllten Kessel.
  • Bei vollvormischenden Verbrennungssystemen können selbsterregte Verbrennungsschwingungen auftreten, die mit unangenehmen Geräuschen verbunden sind. Die Frequenzen ergeben sich aus der Geometrie der Verbrennungsvorrichtung. Da die selbsterregten Verbrennungsschwingungen durch die Stoffströme, deren Temperatur als auch die Geometrie des Systems bedingt sind, lässt sich das System beispielsweise dadurch verstimmen und somit das unangenehme Geräusch beseitigen, indem die Verbrennungsparameter verändert werden. Da Gasbrenner zumeist mit einem bestimmten Luftüberschuss betrieben werden, ist es möglich, dass Brenngas-Luft-Verhältnis durch die Zugabe oder Verminderung des Luftanteils zu verändern und hierdurch eine akustische Verstimmung zu erreichen. Dies setzt einen automatischen oder manuellen Eingriff in die Gemischregelung voraus. Es sind auch Maßnahmen bekannt, bei denen durch den Einsatz von Drosseln stehende Wellen gebrochen werden. Dies hat jedoch den Nachteil, dass das System über einen erhöhten Strömungswiderstand verfügt und somit die benötigte elektrische Leistung für das Verbrennungsgebläse erhöht wird.
  • Aus DE 3517859 A1 sind diverse Helmholtzresonatoren zur Schalldämmung, Schalldämpfung und Resonanzverschiebung bekannt. Bei diesen Helmholtzresonatoren handelt es sich stets um strömungstechnischen Sackgassen.
  • US 5699756 A offenbart einen Wasserheizer mit einer zylindrischen Brennkammer in wassergefüllten Speicherbehälter. Die Abgase eines Sturzbrenners werden zunächst in der Brennkammer nach unten geführt und dann nach einer Umlenkung in einer Vielzahl von senkrechten Rohren wider durch den Speicher nach oben geführt, um dabei thermische Energie an das Wasser im Speicherbehälter abzugeben. Am unteren Ende der Umlenkung ist eine Leitung zur Abführung von Kondensat angeordnet.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Vermeidung selbsterregter Verbrennungsschwingungen bei zylindrischen Brennkammern zu erreichen, welche sich durch einfachen Aufbau und die Vermeidung erhöhter Strömungswiderstände auszeichnet.
  • Diese Aufgabe wird gemäß den Ansprüchen des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs 1 dadurch gelöst, dass in der zylindrischen Brennkammer ein zylindrisches Rohr gegenüber dem Brenner angeordnet wird. Hierbei sind die Brennkammer und das zylindrische Rohr zumindest annähernd um die gleiche Symmetrieachse angeordnet.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Vorrichtungsansprüche. So ist es als besonders vorteilhaft anzusehen, wenn das zylindrische Rohr einen Durchmesser von 40% bis 60% des Durchmessers der Brennkammer sowie eine Höhe von 30% bis 50% der Höhe der Brennkammer besitzt. Bezogen auf den Brenner ist es vorteilhaft, wenn das zylindrische Rohr einen Durchmesser von 100% bis 160% des Durchmessers des Brenners sowie eine Höhe von 90% bis 200% der Höhe des Brenners besitzt. Optional können Abstandshalter zwischen dem Rohr und der Brennkammer für eine feste Positionierung des Rohres sorgen. Befinden sich am unteren Ende des zylindrischen Rohres Aussparungen, so kann Kondensat durch diese hindurchfließen.
  • Die Erfindung wird nun anhand der Figuren detailliert erläutert. Hierbei zeigen
    • Fig. 1
    einen Querschnitt durch ein Heizgerät mit zylindrischer Brennkammer sowie
    Fig. 2
    einen Horizontalschnitt durch dieselbe Vorrichtung.
  • Figur 1 zeigt eine zylindrische Brennkammer 2, welche sich in einem Wassermantel 9 befindet. Die Brennkammer 2 verfügt über eine Symmetrieachse 4. Am oberen Ende der zylindrischen Brennkammer 2 befindet sich ein Brenner 3, der ebenfalls um die gleiche Symmetrieachse 4 angeordnet ist. Der Brenner 3 wird über ein Gebläse 7 mit Luft und Brennstoff versorgt. Von der Brennkammer 2 münden zwei Abgaseintritte 11 in spiralförmige Abgasrohre 10, welche den Wassermantel 9 durchziehen und anschließend in einen Abgassammler 8, dem sich eine nicht dargestellt Abgasleitung anschließt, münden. Am untersten Ende der zylindrischen Brennkammer 2 befindet sich ein Kondensatablauf 12, welcher ebenfalls in den Abgassammler 8 mit integriertem Siphon mündet. Im unteren Bereich der zylindrischen Brennkammer 2 gegenüber des Brenners 3 befindet sich ein zylindrisches Rohr 1, welches durch Abstandshalter 5 von den Wänden der zylindrischen Brennkammer 2 positioniert angeordnet ist. Im unteren Bereich des zylindrischen Rohres 1 befinden sich Aussparungen 6.
  • Beim Betrieb der Vorrichtung strömt ein Brenngas-Luft-Gemisch über das Gebläse 7 in den Brenner 3. An der Außenoberfläche des Brenners 3 verbrennt das Brenngas-Luft-Gemisch innerhalb der Brennkammer 2. Die Abgase strömen durch den Abgaseintritt 11 in die Abgasrohre 10 und geben dabei thermische Energie auf den Wassermantel 9 ab. Die abgekühlten Abgase des Brenners 3 werden über den Abgassammler 8 und die sich anschließende Abgasleitung in die Umgebung abgeführt. Wird innerhalb der Brennkammer 2 der Taupunkt des Abgases unterschritten, so entsteht Kondensat, welches an den Wänden der Brennkammer 2 nach unten fließt. Durch die Aussparungen 6 im zylindrischen Rohr 2 strömt dieses Kondensat zum Kondensatablauf 12 in den Siphon des Abgassammlers 8 und von dort in einen Abwasserkanal.
  • Das zylindrische Rohr 1 verhindert die Entstehung stehender akustischer Wellen in der Brennkammer 2, welche zu selbsterregten Verbrennungsschwingungen führen.

Claims (6)

  1. Brennkammer (2) mit einem Wassermantel (9) und mit einer Vorrichtung zur Vermeidung selbsterregter Verbrennungsschwingungen, wobei die Brennkammer (2) zumindest annähernd zylindrisch geformt ist, und wobei die Brennkammer (2) sich in dem Wassermantel (9) befindet, einem zylindrischen Brenner (3) am oberen Ende der Brennkammer (2), wobei der Brenner zumindest annähernd zentrisch um die Symmetrieachse (4) der zylindrischen Brennkammer (2) an einer Seite der Brennkammer (2) angeordnet ist, wobei radial um den Brenner (2) angeordnete Abgaseintritte (11) von der Brennkammer (2) in den Wassermantel (9) durchziehende Abgasrohre (10) münden, einem Kondensatablauf (12) am unteren Ende der Btrennkammer (2), wobei die Vorrichtung zur Vermeidung selbsterregter Verbrennungsschwingungen aus einem zylindrischen Rohr (1) besteht, welches auf der dem Brenner (2) gegenüberliegenden Seite der Brennkammer (2) zumindest annähernd zentrisch um die Symmetrieachse (4) der zylindrischen Brennkammer (2) im Totwassergebiet der Abgase angeordnet ist, wobei das zylindrische Rohr (1) über Aussparungen (6) am unteren Ende verfügt, wobei die Aussparungen so ausgeführt sind, dass Kondensat durch diese hindurchfliessen kann.
  2. Brennkammer (2) mit einer Vorrichtung zur Vermeidung selbsterregter Verbrennungsschwingungen (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zylindrische Rohr (1) einen Durchmesser von 40 bis 60 % des Durchmessers der Brennkammer (2) besitzt.
  3. Brennkammer (2) mit einer Vorrichtung zur Vermeidung selbsterregter Verbrennungsschwingungen bei einer zumindest annähernd zylindrischen Brennkammer (2) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zylindrische Rohr (1) eine Höhe von 30 bis 50 % der Höhe der Brennkammer (2) besitzt.
  4. Brennkammer (2) mit einer Vorrichtung zur Vermeidung selbsterregter Verbrennungsschwingungen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zylindrische Rohr (1) einen Durchmesser von 100 bis 160 % des Durchmessers des Brenners (3) besitzt.
  5. Brennkammer (2) mit einer Vorrichtung zur Vermeidung selbsterregter Verbrennungsschwingungen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zylindrische Rohr (1) eine Höhe von 90 bis 200 % der Höhe des Brenners (3) besitzt.
  6. Brennkammer (2) mit einer Vorrichtung zur Vermeidung selbsterregter Verbrennungsschwingungen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zylindrischen Rohr (1) und der Brennkammer (2) Abstandshalter (5) angeordnet sind.
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