EP2584259B1

EP2584259B1 - Pilotbrenner

Info

Publication number: EP2584259B1
Application number: EP12188765.7A
Authority: EP
Inventors: Dieter Kutzner
Original assignee: Individual
Current assignee: KUTZNER, DIETER
Priority date: 2011-10-21
Filing date: 2012-10-17
Publication date: 2019-07-24
Anticipated expiration: 2032-10-17
Also published as: EP2584259A2; EP2584259A3; DE102011084950A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Pilotbrenner für industrielle Beheizungseinrichtungen wie zum Beispiel Wärmebehandlungsöfen. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren für den Betrieb eines Pilotbrenners.
Bei Gasbrennern mit hoher Wärmeleistung sorgen Zündbrenner für den Start von Hauptbrennern. Es gibt kontinuierlich brennende, alternierende und intermittierende Zündbrenner. Die vorliegende Erfindung betrifft einen kontinuierlich brennenden Zündbrenner, der also auch dann noch weiterbrennt, wenn der Hauptbrenner gezündet worden ist. Ein solcher Zündbrenner wird Pilotbrenner genannt.
Mit industriellen Beheizungseinrichtungen wie zum Beispiel Wärmebehandlungsöfen werden beispielsweise aus Metall bestehende Profile beheizt, um das eingesetzte Ausgangsmaterial auf Walztemperatur bringen zu können. Darüber hinaus kann ein Beheizen einer Warmverformung von metallischen Gegenständen dienen. Weitere Beispiele für industrielle Beheizungseinrichtungen sind Wärmeöfen für Walzwerke und Schmieden oder Schmelzöfen zum Beispiel für ein Schmelzen von Aluminium oder Nichteisenmetalle
Temperaturen in einem erfindungsgemäßen Ofen, insbesondere Wärmebehandlungsofen, betragen regelmäßig mehr als 500°C. Die Erfindung betrifft insbesondere solche industriellen Beheizungseinrichtungen mit Temperaturen unterhalb von Zündtemperaturen von Luft-Brennstoff-Gemischen, mit denen Brenner solcher Öfen betrieben werden. Regelmäßig liegen daher Temperaturen innerhalb solcher industriellen Beheizungseinrichtungen unterhalb von 900°C, bei denen der erfindungsgemäße Pilotbrenner eingesetzt wird.
Für derartige Anwendungszwecke werden üblicherweise Beheizungseinrichtungen bzw. Öfen eingesetzt, die über eine Mehrzahl von Brennern verfügen. Diese Öfen verbrauchen große Gasmengen wie zum Beispiel Erdgas für ein Beheizen, so zum Beispiel 30 Kubikmeter Gas bzw. 850 Kubikmeter Gas pro Stunde pro Brenner.
Ein Ofen, insbesondere Wärmebehandlungsofen, im Sinne der vorliegenden Erfindung kann ein Volumen von beispielsweise 20 Kubikmeter bis 1000 Kubikmeter aufweisen. Derartige Öfen benötigen grundsätzlich eine Vielzahl von (Haupt-)Brennern, denen jeweils ein Pilotbrenner zugeordnet sein kann. Aufgrund einer Vielzahl von Brennern können Bereiche in einem solchen Ofen unterschiedlich temperiert werden.
Für ein Heizen wird zuerst ein entsprechender Pilotbrenner gezündet. Brennt der Pilotbrenner, so wird Gas und Luft für den Hauptbrenner freigegeben. Anschließend zündet der Hauptbrenner.
Erlischt die Flamme des Pilotbrenners beispielsweise aufgrund einer Störung, so erlischt bei Öfen im Sinne der vorliegenden Erfindung grundsätzlich auch der Hauptbrenner aufgrund einer aus Sicherheitsgründen durchgeführten Zwangsabschaltung. So soll sichergestellt werden, dass kein unverbranntes Brenngas unkontrolliert in den Ofen gelangt und sich an unerwünschter Stelle entzündet. Dies gilt vor allem für Öfen mit Bereichen, in denen Temperaturen unterhalb von Zündtemperaturen vorliegen, so dass sich Brenngas im unverbrannten Zustand in solchen Öfen oder zumindest in entsprechend temperierten Bereichen ausdehnen kann. Fällt ein Pilotbrenner aus, so fällt damit auch der Hauptbrenner aus, was zu einer Störung der Anlage führt.
Ein Pilotbrenner geht aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift 72257102 hervor. Dieser verfügt über einen Anschlussstutzen für Gas und Luft sowie ein Brennrohr mit einer darin koaxial angeordneten Stabelektrode zum Zünden und Überwachen der Flamme.
Ein üblicher Pilotbrenner verfügt über eine Kammer, in der brennbares Gas mit Luft gemischt wird. Dieses Gas-/Luftgemisch gelangt über ein stromabwärts angeordnetes Flammenrohr zu einer keramischen Düse. Hier befindet sich eine Elektrode, über die durch einen elektrischen Strom das Gas-/Luftgemisch gezündet werden kann. Ist das Gas-/Luftgemisch gezündet, so befindet sich eine Flamme beim Ausgang der keramischen Düse. Für ein Zünden eines Pilotbrenners wird z. B. ca. 1 Sekunde benötigt. Z. B. ca. 2 Sekunden später wird überprüft, ob der Pilotbrenner brennt. Dies geschieht in der Regel mit Hilfe der vorgenannten Elektrode durch Messen eines elektrischen Stroms zu einer Gegenelektrode, da die Flamme elektrisch leitend ist und bei Vorhandensein einer Flamme geringe Ströme von beispielsweise 10 bis 12 µA fließen können, wenn eine Spannung von beispielsweise 230 V angelegt wird.
Soweit nachfolgend nicht etwas anderes ausgesagt wird, können die vorgenannten Merkmale einzeln oder in Kombination mit den Gegenständen der Ansprüche kombiniert werden.
Problematisch bei Pilotbrennern ist regelmäßig, eine Flamme eines Pilotbrenners stabil aufrecht zu erhalten. Mangelnde Stabilität einer Flamme eines Pilotbrenners kann aus vorgenannten Gründen mit einer Störung des Betriebs eines Ofens, insbesondere Wärmebehandlungsofens, einhergehen.
Die Druckschrift US ,6,139,311 A offenbart einen Pilotbrenner mit einer Zuführung für Brenngas und einer Zuführung für Luft in einen Mischraum mit kreisrundem Querschnitt zur Erzeugung eines Brennstoff-Luftgemisches. Stromabwärts gibt es ein Flammenrohr zur Erzeugung einer Flamme. Ein statischer Mischer in einem Mischraum ist vorhanden.
Die Druckschrift JP 2 976 826 B2 offenbart einen Pilotbrenner, bei dem Luft und Gas seitlich in den Brenner einmünden und im Brenner in Richtung Mischraum strömen. Das Gas wird durch eine perforierte Platte geleitet.
Die Druckschrift US 4,955,183 zeigt einen Brenner, bei dem Luft und Gas so in den Brenner einmünden, dass Gas und Luft im Brenner parallel strömen und zwar in Richtung einer kreisrunden Scheibe.
Die Druckschrift US 2010/0310998 A1 zeigt einen Mischer, bei dem Luft und Gas parallel in den Brenner einmünden. Das Gas-Luftgemisch wird in Richtung eines statischen Mischers geleitet, der eine Vielzahl von Komponenten umfasst.
Die Druckschrift US 2009/0003127 A1 betrifft einen Mischer, bei der ein Gas unter einem Winkel von 45° relativ zu einem anderen Gas 2 in einen Mischraum mit einem darin befindlichen statischen Mischer einmündet. Die Druckschriften JP 2006 118725 A und JP 2002 177751 A offenbaren Mischeinrichtungen zur Erzeugung eines Gasgemisches mit einem statischen Mischer.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen zuverlässig funktionierenden und dennoch kompakten Pilotbrenner bereitzustellen sowie ein Verfahren für den Betrieb anzugeben
Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Pilotbrenner mit den Merkmalen des ersten Anspruchs gelöst. Zur Lösung der Aufgabe umfasst ein Verfahren die Merkmale des Nebenanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Ein Pilotbrenner umfasst zur Lösung der Aufgabe eine Zuführung für Brenngas und eine Zuführung für Luft in einen Mischraum hinein, der der Erzeugung eines Brennstoff-Luftgemisches dient. Stromabwärts vom Mischraum aus gesehen gibt es ein Flammenrohr zur Erzeugung einer Flamme. In dem Mischraum befindet sich ein statischer Mischer. Der Mischraum ist grundsätzlich der Raum, in dem Brenngas und Luft zusammengeführt werden. Ein statischer Mischer vermischt nur durch die Fließbewegung und besitzt selbst keine bewegten Teile.
Ein statischer Mischer im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere ein eigenständiges Bauteil, welches in einem Mischraum montiert wird.
Ein Mischer im Sinne der vorliegenden Erfindung ist in einer Ausführungsform der Erfindung so in den dem Mischraum platziert und so dimensioniert, dass durch diesen ein vorbeiströmendes Gas und zwar insbesondere vorbeiströmende Luft hohe Strömungsdruckverluste erleidet, die vorzugsweise mehr als 80%, besonders bevorzugt mehr als 90%, ganz besonders bevorzugt mehr als 95% betragen. Durch den Mischer kann ein Strömungsdruckverlust in einer Ausführungsform nahezu 100 % betragen. Es hat sich herausgestellt, dass durch einen statischen Mischer, der derart hohe Strömungsdruckverluste bewirkt, die Aufgabe der Erfindung besonders gut gelöst wird.
Der Mischer ist scheibenförmig oder flügelförmig. Der Mischer weist eine elliptische Grundfläche auf. Die Scheibe ist relativ zu einer Strömung, die den Mischer passiert, insbesondere relativ zur Luftströmung schräg gestellt. Vorteilhaft schließt die Schrägstellung der Scheibe mit der Durchführung für Luft durch den Mischraum hindurch einen spitzen Winkel von 20°-40°, bevorzugt von 25° bis 35° ein. Insbesondere die Seite eines solchen Mischers, die von Brenngas angeströmt wird, schließt mit der benachbarten Wandung der Durchführung den vorgenannten spitzen Winkel ein. Regelmäßig ist ein solcher spitzer Winkel besonders geeignet. Die Ellipsenform der Grundfläche ermöglicht es, in dem Mischraum mit kreisrundem Querschnitt besonders geeignete Schrägstellungen mit spitzem Winkel vorzusehen und dennoch hohe Strömungsdruckverluste zu erhalten.
Um ein vollständiges Verschließen eines Mischraums mit kreisrundem Querschnitt zuverlässig zu vermeiden, ist die Ellipsenform der Grundfläche vorteilhaft so gewählt, dass es keine Schrägstellung des Mischers im Mischraum geben kann, die ein vollständiges Verschließen zur Folge haben könnte.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Seite des scheibenförmigen Mischers mit Brenngas angeströmt und zwar derart, dass der Mischer das Brenngas umlenkt und zwar in Richtung Flammenrohr. Insbesondere wird Brenngas durch den Mischer um 90° umgelenkt und strömt im Anschluss an die Umlenkung zusammen mit Luft bzw. Sauerstoff in Richtung Flammenrohr, in das Flammenrohr hinein, von hier aus in Richtung freies Ende einer vorzugsweise drahtförmigen Elektrode, die sich stromabwärts hinter einer Düse, insbesondere keramischen Düse befindet. Entsprechend ist die Zuführung für Brenngas angeordnet und relativ zum Mischer gerichtet. Die Zuführung ist insbesondere derart angeordnet, dass das Brenngas einem mittleren oder hinteren Bereich des scheibenförmigen Mischers zugeführt wird. Der hintere Bereich meint einen Bereich, der von dem Flammenrohr abgewandt ist. Auch diese Ausführungsform trägt zur Lösung weiter verbessert bei.
Der statische Mischer ist insbesondere flügelartig oder flügelförmig und gleicht also vom Aufbau und Funktion einer Tragfläche eines Flugzeugs, um die Aufgabe verbessert zu lösen. Durch Beeinflussung der den Flügel umströmenden Luft bzw. des Gases wird eine Kraft senkrecht zur Anströmrichtung erzeugt und zwar insbesondere senkrecht zur Anströmrichtung von zugeführter Luft, da die Menge an zugeführter Luft grundsätzlich die Menge an Brenngas um ein Mehrfaches übersteigt. Der Flügel ist entsprechend in der Strömung angeordnet, dass eine solche senkrechte Kraft erzeugt wird. Der Flügel ist daher insbesondere relativ zum Luftstrom schräg gestellt und weist grundsätzlich eine nach außen gewölbte Oberseite und/ oder eine vorzugsweise ebene Unterseite auf. Vorzugsweise wird die Unterseite dann von Brenngas angeströmt. Die Unterseite kann aber auch gewölbt sein.
Die Zuführung für Brenngas verläuft im Wesentlichen senkrecht in die Zuführung von Luft hinein. Brenngas wird also aufgrund einer entsprechenden Einmündung senkrecht oder zumindest im Wesentlichen senkrecht in die Luftzuführung hinein geleitet. Der statische Mischer ist angrenzend an die Einmündung der Zuführung für Brenngas in die Luftzuführung angeordnet. Der statische Mischer ist vorzugsweise lang gestreckt und erstreckt sich im Wesentlichen entlang der Strömung und zwar insbesondere der Luftströmung. Der statische Mischer weist vorzugsweise eine ebene Unterseite auf, die vorteilhaft der Einmündung der Brenngaszufuhr gegenüberliegt. Der statische Mischer weist insbesondere eine nach außen ausgebuchtete, bevorzugt im Schnitt winkelförmige Oberseite auf. Die Zufuhr für Brenngas mündet derart in den Mischraum ein, dass das Brenngas durch den statischen Mischer in Richtung Flammenrohr umgelenkt wird und zwar vorzugsweise um 90°. Der Mischer ist vorteilhaft derart angeordnet ist, dass der Mischer eine Strömung und zwar vorzugsweise den Luftstrom zu teilen vermag. Der Mischer vermag in einer Ausgestaltung eine zugeführte Strömung und zwar vorzugsweise einen zugeführten Luftstrom in einen größeren und in einen kleineren Strom zu teilen. Der größere Strom ist in einer weiteren Verbesserung durch den Mischer von der Einmündung für Brenngas in die Luftzuführung hinein getrennt. Durch ein oder mehrere der vorgenannten Merkmale gelingt es, die Aufgabe der Erfindung weiter verbessert zu lösen.
Die Durchmesser von Mischraum und Flammenrohr betragen typischerweise wenige mm, so zum Beispiel regelmäßig 10 mm bis 25 mm, bevorzugt 16 mm bis 20 mm. Es ist aufgrund der kleinen Dimensionen sehr schwierig, einen schräg gestellten, scheibenförmigen, gut funktionierenden statischen Mischer geeignet einzubauen. In einer Ausführungsform wird daher eine relativ kurze Hülse vorgesehen, in die der Mischer eingebaut wird. Die Hülse wiederum wird zusammen mit dem eingebauten statischen Mischer in den Mischraum des Pilotbrenners eingesetzt. Da die Hülse relativ kurz ist, gelingt es, einen schräg gestellten statischen Mischer geeignet in die Hülse einzubauen. Im Anschluss daran kann die Hülse in einen Mischraum gebracht werden.
Um den Mischer in der Hülse geeignet befestigen zu können, gibt es in der Wand der Hülse ein oder mehrere Gewindegänge, durch die hindurch Schrauben in Richtung Mischer geschraubt werden können, umso schließlich den Mischer zu fixieren. Durch die Hülse kann weiter eine Achse hindurch führen, die der drehbaren Lagerung des Mischers dient. Mit durch die Hülse hindurchführenden Schrauben kann die Stellung des Mischers dann fixiert werden. Da die Hülse in ein Rohr eingesetzt werden soll, werden Dichtigkeitsprobleme aufgrund von Gewindedurchführungen durch Wände der Hülse hindurch vermieden.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird der Mischraum durch ein Rohr gebildet, welches aus zwei Rohrabschnitten besteht. Der Innendurchmesser der beiden Rohrabschnitte ist so gestaltet, dass in einen oder in beide Rohrabschnitte die vorgenannte Hülse eingesetzt und im Anschluss daran die beiden Rohrabschnitte gasdicht verbunden werden können, so zum Beispiel mit Hilfe einer Dichtung zwischen beiden Rohrabschnitten und mit Hilfe von ein oder mehreren Schraubverbindungen. Vorteilhaft gibt es eine Ausrichtungseinheit, die bewirkt, dass die Hülse nur in zutreffend angeordneter Weise eingesetzt werden kann. Die Ausrichtungseinheit kann beispielsweise eine Nase und eine Nut umfassen, wobei die Nase sich in der Nut befindet, wenn die Hülse relativ zum betreffenden Rohrabschnitt zutreffend eingesetzt und ausgerichtet worden ist.
Die Länge der Mischstrecke zwischen Mischraum und Flammenrohr beträgt bevorzugt wenigstens das Fünffache des Durchmessers des Mischraums. Weist der Mischraum also einen Durchmesser von beispielsweise 16 mm auf, so ist die Strecke, die sich stromabwärts an den Misch Raum in Richtung Flammenrohr einschließt, wenigstens 5 × 16 mm lang, ehe das Brennstoff - Luftgemisch das Flammenrohr erreicht. Eine derart lang gewählte Mischstrecke trägt weiter verbessert zur Lösung der Aufgabe bei. Eine übermäßig lange Mischstrecke gilt es aber zu vermeiden, da dann der Pilotbrenner entsprechend lang gestreckt ist. Daher sollte die Mischstrecke nicht mehr als das Zehnfache des Durchmessers des Mischers betragen.
Durch die Erfindung wird eine sehr stabile Flamme erhalten. Beispielsweise wurde bei Vorliegen der Flamme bei einem Pilotbrenner mit einem Durchmesser des Flammenrohrs von 16 mm ein elektrischer Strom mit 16 µA gemessen, der keinerlei messbare Schwankungen aufwies. Bei einem Flammenrohr mit größerem Durchmesser von 20 mm wurde ein sehr stabiler elektrischer Strom von ca. 20 µA gemessen. Es wurde also eine äußerst hohe Stabilität des Pilotbrenners erzielt und zwar unabhängig vom Durchmesser des Flammenrohres. Ein Erlöschen der Flamme war in beiden Fällen praktisch nicht mehr zu befürchten. Damit wurde eine sehr hohe Ausfallsicherheit erreicht.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung befindet sich ein Flammenrohr, welches typischerweise einen Durchmesser von 16-20 mm aufweist, in einem weiteren Rohr, in welches das vom Mischraum stammende Brennstoff - Luftgemisch eingeleitet wird. Es wird dann ein Brennstoff - Luftgemisch zwischen die beiden Wände der beiden Rohre eingeleitet. Die Wand des Flammenrohrs ist bei dieser Ausführungsform mit insbesondere einer Mehrzahl von Bohrungen oder Durchgängen und zwar insbesondere mit mehr als zwei Bohrungen bzw. Durchgängen versehen, die beispielsweise einen Durchmesser von 2-15 mm, so zum Beispiel einen Durchmesser von 6, 8 und/oder 10 mm aufweisen können.
Bevorzugt sind derartige Bohrungen oder Durchgänge über die stromabwärts gesehen erste Hälfte des Flammenrohrs verteilt angeordnet. Insbesondere beim freien Ende des Flammenrohrs, also im Bereich der Düse gibt es bevorzugt einen Auslass für das Brennstoff-Luftgemisch, durch den hindurch das Brennstoff - Luftgemisch strömen kann, welches zwischen die beiden Rohre hineingeleitet worden ist. Dieser Auslass ist insbesondere so gestaltet, dass das austretende Brennstoff - Luftgemisch weiter verwirbelt bzw. verdrallt wird. Zu diesem Zweck wird ein Rotationskörper zwischen dem inneren Flammenrohr und dem weiteren äußeren Rohr vorgesehen, der mit schräg verlaufenden Schlitzen so versehen ist, dass diese der Strömung einen Drall verleiht. Ein im Prinzip gleich aufgebauter Rotationskörper kann bei der Düse innerhalb des inneren Fiammenrohrs dem austretenden Luft-Gasgemisch einen vorzugsweise gleich gerichteten Drall verleihen. Es kann dann ein Brennstoff - Luftgemisch, welches sich innerhalb des weiteren Rohrs befindet - aber außerhalb des Flammenrohrs - durch die Bohrungen hindurch in das Flammenrohr hinein gelangen und außerdem durch den Auslass hindurch zum freien Ende des Flammenrohrs gelangen, um hier verbrannt zu werden. Das freie Ende des Flammenrohrs endet vorteilhaft innerhalb des weiteren Rohrs. Es hat sich gezeigt, dass hierdurch die Aufgabe weiter verbessert gelöst werden kann.
Der Durchmesser eines Mischraums mit kreisförmigem Querschnitt kann 10-30 mm betragen. Die Länge eines statischen Mischers kann zwischen 20 mm und 40 mm liegen. Die Höhe eines statischen Mischers kann zwischen 8 mm und 15 mm liegen. Die Breite eines statischen Mischers kann 8-15 mm betragen. Ist die Grundfläche des statischen Mischers elliptisch, so ist die Länge der Ellipse also 20-40 mm und die Breite 8-15 mm.
Es zeigen

Figur 1:: Schnitt durch einen Pilotbrenner
Figur 2:: Pilotbrenner
Figur 3:: Flammenrohr mit umhüllendem weiteren Rohr

In der Figur 1 wird ein Pilotbrenner 1 mit einer kanalartigen Zuführung 2 für Brenngas in einen Rohrabschnitt 3 hinein gezeigt, welcher der Zuführung von Luft dient. Die Zuführung 2 für Brenngas verfügt über einen Anschluss 4, an den beispielsweise ein Durchmessgerät angeschlossen werden kann, um den Brenngasdruck messen und kontrollieren zu können. Im Mischraum des Pilotbrenners 1 befindet sich ein statischer Mischer 5, der Flügel förmig ist. Der statische Mischer 5 ist vorzugsweise drehbar gelagert und kann in einer Ausgestaltung um eine Achse 6 gedreht werden. Der flügelförmige statische Mischer 5 kann bevorzugt um seine Achse 6 verstellt werden, um eine Flügelausrichtung optimieren zu können. Der Mischer 5 verfügt über eine ebene Unterseite 7 und eine winkelförmig nach außen ausgebuchte Oberseite 8. Die Zuführung 2 für Brenngas mündet in Richtung Unterseite 7 des Mischers 5 in den Rohrabschnitt 3 ein und zwar derart, dass Brenngas in etwa mittig auf die Unterseite 7 des Mischers auftrifft. Die Unterseite 7 lenkt das Brenngas um und zwar um 90° in Richtung eines Flammrohrs 15, welches stromabwärts senkrecht von dem Rohrabschnitt 3 senkrecht abzweigt.
Über eine am Rohrabschnitt 3 stromaufwärts angeordnete Luftzufuhr 10 strömt Luft in Richtung statischer Mischer 5. Der statische Mischer 5 teilt diesen Luftstrom in einen Hauptstrom, der an der Ausbuchtung 8 vorbei strömt und in einen Nebenstrom, der in Richtung Einmündung 2 für Brenngas entlang der Unterseite 7 des Mischers vorbeiströmt. Die Durchtrittsfläche beim Mischer für den Hauptstrom ist größer als die Durchtrittsfläche für den Nebenstrom, so dass Luft aufgrund des geringeren Strömungswiderstands überwiegend entlang der Ausbuchtung 8 strömt.
In einer Ausführungsform umfasst der Pilotbrenner 1 eine Hülse 11, in die der Mischer 5 eingesetzt ist. Beispielsweise mit Hilfe von seitlichen Schrauben, die durch die Hülse hindurchführen, wird die Stellung des Mischers 5 fixiert, wenn der Mischer 5 drehbar gelagert ist. Der Mischer kann im eingebauten Zustand der Hülse von außen nicht mehr verstellt werden. Die Hülse 11 ist in einen Rohrabschnitt 16 eingesetzt, der mit einem weiteren Rohrabschnitt 17 durch gestrichelt dargestellte Schrauben 18 gasdicht verbunden ist. Zwischen den beiden Rohrabschnitten 16 und 17 befindet sich ein Dichtring 20, der für eine gasdichte Verbindung zwischen beiden Rohrabschnitten 16 und 17 Sorge trägt.
Die Mischer 5 ist in Aufsicht auf die Unterseite 7 in einer Ausgestaltung elliptisch gestaltet. Die Unterseite des Mischers 5 gleicht also einer elliptischen Scheibe, die an der gegenüber liegenden Oberseite 8 nach außen gewölbt ist.
Der Stellung des Mischers 5 ist bevorzugt so gewählt, dass die Durchtrittsfläche, über die Luft zur Unterseite 7 strömen kann, klein ist im Vergleich zur Durchtrittsfläche, über die Luft zur Oberseite 8 strömen kann, um eine besonders stabile Flamme des Pilotbrenners zu erhalten. Hierdurch wird auch erreicht, dass Gas so gegen die Fläche 7 strömt, dass dieses vollständig umgelenkt wird. Insgesamt sind die Durchlässe für die Luftströmung im Mischraum derart gering, dass der Luftströmungsdruck nahezu auf Null reduziert wird.
Der Pilotbrenner 1 kann eine Stauscheibe 12 umfassen, um die Luftzufuhr in den Mischraum hinein zu begrenzen. Die Brenngaszufuhr 2 umfasst ein Bauelement 13 mit einem sehr geringen Strömungsquerschnitt mit einem Durchmesser von vorzugsweise 1 bis 2 mm. Durch Vorsehen eines entsprechend hohen Strömungsdrucks wird erreicht, dass Brenngas mit sehr hoher Geschwindigkeit in den Mischraum hineinströmt, was weiter verbessert zur Lösung der Aufgabe beiträgt. Insbesondere beträgt die so erzielte Strömungsgeschwindigkeit durch den vorgenannten Strömungsquerschnitt des Bauelements 13 hindurch wenigstens 100 m/s, vorzugsweise wenigsten 150 m/s. Durch die hohe Geschwindigkeit des Brenngases wird ein hoher Impuls als Produkt aus Masse und Geschwindigkeit erhalten, der vorteilhaft zumindest halb so groß, bevorzugt wenigstens 2/3 so groß ist wie der Impuls der Luft, die durch die Stauscheibe hindurch in den Mischraum hineinströmt. Angestrebt wird ein Impulsverhältnis zwischen Luft und Brenngas von eins zu eins, um die Aufgabe der Erfindung besonders gut zu lösen.
Brenngas mündet in die Luftzuführung wie dargestellt senkrecht, da so auf technisch einfache Weise ein geeignetes Verhältnis von Luft zu Gas zu erreicht werden kann. In der Regel wird im Fall von Erdgas die zehnfache Menge an Luft zugeführt. Wird allerdings ein höherer konstruktiver Aufwand in Kauf genommen, so kann auch umgekehrt eine Zufuhr für Luft in eine Zufuhr für Gas einmünden. Das Brenngas trifft zumindest überwiegend auf die hintere Hälfte der Unterseite 7 des Mischers 5, die vom Flammenrohr 15 abgewandt ist, auf.
Das aus einem warmfesten Metall bestehende Flammenrohr 15 mündet ausgangsseitig in eine Düse, insbesondere keramische Düse 14 ein. Mithilfe einer Elektrode 9 kann am offenen Ende der Elektrode, welches vorteilhaft in Richtung Gegenelektrode zwecks Verringerung des Abstands gebogen ist, ein Gas - Luft - Gemisch gezündet werden. Als Gegenelektrode kann das Flammenrohr 15 dienen. Die beiden Elektroden 9 und 15 können auch dazu genutzt werden, um einen Strom zu messen, der signalisiert, ob eine Flamme brennt.
Der Rohrabschnitt 3 mündet bevorzugt senkrecht in das Flammenrohr 9 ein, umso den konstruktiven Aufwand gering zu halten.
Die Unterseite 7 des statischen Mischers 5 schließt mit der benachbarten Wand des Mischraums einen spitzen Winkel 21 von 30° ein.
Die Figur 2 zeigt eine dreidimensionale Darstellung des Pilotbrenners 1 mit elektrischen Anschlüssen 22 und 23, um das Flammenrohr 15 sowie die in der Figur 1 dargestellte Elektrode 9 elektrisch zu kontaktieren.
In der Figur 3 wird ein Flammenrohr 15 eines Pilotbrenners gezeigt, welches sich in einem weiteren Rohr 24 befindet. Das Flammenrohr 15 ist in einer hinteren Wand des übrigen Teils des Pilotbrenners eingeschraubt und das weitere Rohr 24 in einer vorderen Wand. Auf diese Weise ist es möglich, dass über die Zuführung 3 ein Luft - Gasgemisch zunächst in den Rohrbereich hinein gelangt, der sich zwischen dem Flammenrohr 15 und dem weiteren Rohr 24 befindet. Durch Bohrungen 27 hindurch, die sich in der ersten Hälfte des Flammenrohres 15 befinden, kann das Luft - Gasgemisch in das Flammenrohr 15 hinein gelangen. Das stromabwärts gelegene offene Ende des Flammenrohrs 15 wird von einem Rotationskörper 26 umgeben, der mit derartigen Schlitzen versehen ist, dass ein Luftgasgemisch einen Drall erhält, welches durch diesen Rotationskörper 26 hindurch geleitet wird. In gleicher Weise ist zweckmäßigerweise die in der Figur 1 gezeigte Düse 14 ausgestaltet, durch die hindurch ein Luft - Gasgemisch aus dem Flammenrohr 15 nach außen zum Zündbereich gelangt. Aus einem elektrischen Isolatormaterial bestehende Abstandshalter 25 sichern einen gleichbleibenden Abstand zwischen der Elektrode 9 und dem elektrisch leitenden Flammenrohr 15.

Claims

Pilotbrenner mit einer Zuführung (2) für Brenngas und einer Zuführung (10) für Luft in einen Mischraum mit kreisrundem Querschnitt zur Erzeugung eines Brennstoff-Luftgemisches, einem stromabwärts an den Mischraum angeschlossenen Flammenrohr (15) zur Erzeugung einer Flamme und einem statischen Mischer (5) in dem Mischraum, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung (2) für Brenngas im Wesentlichen senkrecht in die Zuführung (10) von Luft einmündet, der statische Mischer eine elliptische Grundfläche aufweist und die Zufuhr (2) für Brenngas derart in den Mischraum einmündet, dass das Brenngas durch den statischen Mischer (5) in Richtung Flammenrohr (15) umgelenkt wird,
wobei der statische Mischer (5) scheibenförmig und/ oder flügelförmig ist,
wobei der statische Mischer (5) angrenzend an die Einmündung der Zuführung für Brenngas in die Luftzuführung (10) angeordnet ist, wobei der statische Mischer (5) relativ zu einer Strömung, die den statischen Mischer (5) passieren kann, schräg gestellt ist und wobei die Seite des scheibenförmigen Mischers, die der Einmündung der Brenngaszufuhr gegenüberliegt, derart mit Brenngas angeströmt werden kann, dass der Mischer das Brenngas in Richtung Flammenrohr umlenkt.
Pilotbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der statische Mischer (5) lang gestreckt ist und sich entlang der Luftzuführung (10) erstreckt.
Pilotbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der statische Mischer (5) eine ebene Unterseite (9) aufweist und zwar vorzugsweise der Einmündung der Brenngaszufuhr gegenüberliegend, und eine nach außen ausgebuchtete, insbesondere winkelförmige Oberseite (8).
Pilotbrenner nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr (2) für Brenngas derart in den Mischraum einmündet, dass das Brenngas durch den statischen Mischer (5) in Richtung Flammenrohr (15) um 90° umgelenkt wird.
Pilotbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer (5) derart angeordnet ist, dass der Mischer (5) einen zugeführten Luftstrom zu teilen vermag.
Pilotbrenner nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer (5) einen zugeführten Luftstrom in einen größeren und in einen kleineren Luftstrom zu teilen vermag und der größere Luftstrom durch den Mischer (5) von der Einmündung für Brenngas in die Luftzuführung hinein getrennt ist.
Pilotbrenner nach einem der vorgehenden Ansprüche, bei dem der statische Mischer (5) in einer Hülse (11) eingebaut ist, die in den Pilotbrenner eingesetzt ist und zwar insbesondere in zwei Rohrabschnitte (16, 17) des Pilotbrenners.
Pilotbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flammenrohr (15) durch ein weiteres Rohr umhüllt ist, wobei ein Brennstoff - Luftgemisch vom Mischraum auch in den Bereich zwischen Flammenrohr (15) und dem weiteren Rohr gelangen kann.
Ofen, insbesondere Wärmebehandlungsofen mit einem Pilotbrenner (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren für das Betreiben eines Pilotbrenners nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Mischer (5) den Strömungsdruck der Luft, die durch die Zuführung (10) in den Mischraum geleitet wird, um wenigstens 80%, vorzugsweise um wenigstens 90% reduziert wird.