NL1017021C2 - Verbrandingsinrichting omvattende een koeling. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Verbrandingsinrichting omvattende een koeling.

De uitvinding heeft betrekking op een verbrandingsinrichting voor het verbranden van een mengsel van gas en lucht, omvattende: een in een verbrandingsruimte opgestelde brander met twee uiteinden; een menginrichting voor het mengen van het gas en 5 de lucht; een eerste toevoerkanaal voor het toevoeren van het gas aan de menginrichting; een tweede toevoerkanaal voor het toevoeren van de lucht aan de menginrichting; en een derde toevoerkanaal voor het toevoeren van het mengsel van gas en lucht van de menginrichting aan de brander.

10 Verbrandingsinrichtingen, zoals verwarmingsinrichtingen, dienen aan hoge eisen te voldoen. De afmetingen dienen klein te zijn, het rendement hoog, de kosten bij de vervaardiging uit concurrentieoogpunt laag en de betrouwbaarheid en onderhoudsvriendelijkheid hoog. Daarnaast zijn de toegestane waarden 15 op het gebied van geluidsproductie en emissie van schadelijke stoffen laag en dienen de grondstoffen die bij de vervaardiging van de verbrandingsinrichting zijn gebruikt na afloop van de gebruiksduur van de verbrandingsinrichting zo veel mogelijk herwonnen te kunnen worden. Om deze eisen zo goed mogelijk te verwezenlijken worden 20 verbrandingsinrichtingen veelvuldig voorzien van een centraal geplaatste brander, waarbij een warmtewisselaar, die bijvoorbeeld uit een schroeflijnvormige buis is opgebouwd, rondom de brander geplaatst is. Deze opstelling maakt een compact geheel mogelijk dat bijvoorbeeld hangend aan een wand gemonteerd kan worden. Dergelijke 25 verbrandingsinrichtingen zijn veelal voorzien van een verdringerlichaam dat, aan een uiteinde van de brander, de stroom van rookgassen dicht langs of door de warmtewisselaar leidt, alvorens de rookgassen naar de rookgasafvoer vloeien. Dit bewerkstelligt dat de warmte van de rookgassen goed aan de warmtewisselaar wordt 30 overgedragen hetgeen een positieve invloed heeft op het rendement van de verbrandingsinrichting.

Een probleem is dat een aantal onderdelen in dergelijke verbrandingsinrichtingen aan rookgassen met zeer hoge temperaturen blootgesteld wordt. Met name het verdringerlichaam, dat zich aan een 35 uiteinde van de brander bevindt, wordt althans lokaal zeer sterk verhit aangezien de nog niet of nauwelijks afgekoelde rookgassen er

Md .· , m - 2 - zeer dicht langs stromen. Daarnaast treedt dit probleem ook op aan het andere uiteinde van de brander, waar een afsluitelement, dat de verbrandingsruimte tussen de brander en de warmtewisselaar aan dit uiteinde afsluit, eveneens aan rookgassen met zeer hoge temperaturen 5 blootgesteld wordt.

Een bekende oplossing voor het bovenomschreven probleem is om de aan sterke verhitting blootstaande onderdelen te voorzien van een laag isolatiemateriaal. Isolatiemateriaal dat in verbrandingsinrichtingen wordt toegepast heeft echter een 10 vezelachtige structuur. Gezien de steeds stringentere wettelijke vereisten die aan de toepassing van dergelijke materialen gesteld worden, kan de toepassing daarvan de komende jaren door aanscherping van de wettelijke vereisten verder aan banden gelegd worden. Een tweede nadeel van de toepassing van isolatiemateriaal is dat de 15 vrijheid in de vormgeving daarvan beperkt is. Voor een zo hoog mogelijk energetisch rendement van de verbrandingsinrichting dienen de rookgassen op voordelige wijze naar de warmtewisselaar geleid te worden, om de ove-rdraoht van warmte - van de hete rookgassen naar de warmtewisselaar te optimaliseren. Door toepassing van een laag 20 isolatiemateriaal op onder meer het verdringerlichaam wordt de vrijheid in vormgeving daarvan enigszins ingeperkt, waardoor de stroming van de rookgassen naar de warmtewisselaar niet op zo optimaal mogelijke wijze kan plaatsvinden. Een ander nadeel is dat de kosten bij de vervaardiging van de verbrandingsinrichting toenemen, 25 aangezien meer onderdelen moeten worden geplaatst. Voorts een nadeel is dat de onderhoudsvriendelijkheid afneemt, aangezien het uiteen nemen van de verbrandingsinrichting voor bijvoorbeeld reiniging tijdrovender wordt en de toegankelijkheid van diverse onderdelen, door aanwezigheid van de isolatie, afneemt. Voorts zijn 30 isolatiematerialen in het algemeen mechanisch veel minder belastbaar dan andere in de brander of aangrenzende onderdelen toegepaste materialen, zoals metalen.

Uit NL 1009884 is een opstelling bekend waarin de toevoer van het gas-luchtmengsel en de afvoer van rookgassen zich beide aan een 35 zelfde uiteinde van de langwerpige brander bevinden, en waarin een verdringerlichaam zich aan dit uiteinde bevindt. Kennelijk wordt het verdringerlichaam gekoeld met behulp van een in het inwendige daarvan stromend gas-luchtmengsel waardoor het plaatsen van isolatiemateriaal aldaar onnodig lijkt. Een nadeel is dat aan het andere uiteinde van 40 de brander een andere oplossing, zoals het plaatsen van isolatie met - 3 - de voornoemde nadelen, toegepast moet worden. Een ander nadeel is dat, indien het verdringerlichaam van een dergelijke koeling wordt \ voorzien, zowel de toevoer van het gas-luchtmengsel als de rookgasafvoer zich aan een zelfde zijde van de langwerpige brander 5 dienen te bevinden, hetgeen de vrijheid en technische keuzemogelijkheden van de constructeur bij het ontwerp van de verbrandingsinrichting beperkt.

De uitvinding beoogt een verbrandingsinrichting te verschaffen die de constructeur van de verbrandingsinrichting meer technische 10 vrijheidsgraden biedt om de eerdergenoemde eisen die aan een verbrandingsinrichting gesteld worden op een meer optimale wijze op elkaar af te stemmen. Teneinde deze en andere doelen te bereiken is de verbrandingsinrichting volgens de uitvinding daardoor gekenmerkt, dat ten minste een van de toevoerkanalen van een van de uiteinden van 15 de brander, via ten minste een holte in de brander, naar het andere uiteinde van de brander loopt en zich in ten minste een nabij de brander gelegen onderdeel uitstrekt voor het koelen van ten minste een naar de verbrandingsruimte gekeerd gedeelte van het ten minste ene onderdeel. Door ten minste een van de toevoerkanalen via ten 20 minste een langwerpige holte in de brander door de brander heen te leiden, is het mogelijk het in het ten minste ene toevoerkanaal stromende, relatief koele fluïdum aan de uiteinden van de brander voor koeling van ten minste een zich nabij de brander bevindend onderdeel in te zetten. Aangezien aldus in de verbrandingsruimte geen 25 isolatiematerialen behoeven te worden gebruikt, wordt op eventuele toekomstige aanscherping van de wettelijke vereisten voor de toepassing van vezelhoudende materialen geanticipeerd. Verder neemt, door het ontbreken van isolatiemateriaal, de vrijheid van vormgeving van het ten minste ene nabij de brander gelegen onderdeel toe, 30 waardoor dit een voordelige vorm kan aannemen zodat de rookgassen op voordelige wijze van de brander naar de warmtewisselaar geleid kunnen worden. Een ander voordeel is dat de kosten van de vervaardiging van de verbrandingsinrichting lager zijn, aangezien minder onderdelen behoeven te worden gemonteerd. Nog een ander voordeel is dat de 35 vrijheidsgraden voor de constructeur van de verbrandingsinrichting vergroot worden, aangezien het aantal keuzemogelijkheden voor plaatsing van de toevoerkanalen voor het gas, de lucht en het gas-luchtmengsel toeneemt, daar de uitvinding het mogelijk maakt dat de ingang van het ten minste ene toevoerkanaal, dat door de holte in de 40 brander loopt, zich aan het ene dan wel aan het andere uiteinde van "Cl 70 21* - 4 - de brander bevindt. Weer een ander voordeel is dat het nabij de brander gelegen onderdeel, door ontbreken van isolatie, uit minder verschillende grondstoffen bestaat, hetgeen de herwinning van grondstoffen bij de sloop van de verbrandingsinrichting 5 vereenvoudigt. Ook is een voordeel dat het rendement verbetert aangezien een gedeelte van de warmte van de rookgassen via het fluïdum in het ten minste ene toevoerkanaal dat zich in het ten minste ene onderdeel bevindt, naar de verbrandingsruimte wordt teruggeleid.

10 Op zich is een door een buisstomp gevormde holte in een gedeelte van de brander, deel uitmakend van het derde toevoerkanaal en in de brander uitmondend, bekend. De functie van dit, vanaf het eerste uiteinde gedeeltelijk in de brander stekende en in de brander uitmondende kanaal is echter om de geluidsproductie van de brander, 15 onder meer veroorzaakt door de stromende fluïda in de toevoerkanalen, te verminderen.

In een voorkeursuitvoeringsvorm is het via de holte in de brander lopende toevoerkanaal het derde toevoerkanaal^ Een- voordeel is dat dit eenvoudig te realiseren is, aangezien het mengsel van gas 20 en lucht toch al ten behoeve van de verbranding aan de brander wordt toegevoerd. Op verrassende wijze i-s daarbij echter gebleken, dat de geluidsproductie van de verbrandingsinrichting afneemt, aangezien de holte in de brander waar het gas-lucht mengel doorheen stroomt, welke holte bijvoorbeeld de vorm van een buis heeft, door de aanzienlijk 25 grotere lengte daarvan de voornoemde funktie van akoustische impedantie op betere wijze vervult en daarmee de geluiden in de brander verder vermindert. Tevens is op verrassende wijze gebleken dat een voordelige, gelijkmatige stroming van het gas-iucntmengseï in de brander optreedt. Dit wordt veroorzaakt door de grotere lengte van 30 de holte in de brander waar het gas-luchtmengsel doorheen stroomt, zodat deze holte aan een uiteinde van de brander uitmondt. Hierdoor kan de uitstroming van het gas-luchtmengsel, en daarmee de verbranding, op voordelige wijze over het oppervlak van de brander verdeeld worden, waarmee bijvoorbeeld een gelijkmatige 35 warmtebelasting van het branderoppervlak of een andere gunstige verdeling kan worden bereikt.

In voorkeursuitvoeringsvormen omvat het ten minste ene naar de verbrandingsruimte gekeerde gedeelte een wand, is de wand dun, heeft de wand een goede thermische geleiding, is de wand aan de van de 40 rookgassen afgekeerde zijde voorzien van ribben en is tenminste een - 5 - geleidingsschot aangebracht aan of langs de wand aan de van de rookgassen afgekeerde zijde daarvan. Een voordeel is dat de warmteoverdracht naar het toevoer kanaal, dat zich in het te koelen onderdeel uitstrekt, groot is, hetgeen de temperatuur van de wand 5 aanzienlijk verlaagt.

In een voorkeursuitvoeringsvorm omvat het ten minste ene onderdeel een verdringerlichaam dat zich aan een van de uiteinden van de brander bevindt, waarbij rookgassen stromen langs een wand van het verdringerlichaam. Het verdringerlichaam behoort tot de onderdelen 10 van de verbrandingsinrichting die thermisch het zwaarst belast worden, waardoor de voornoemde voordelen aanmerkelijk zijn. Daarnaast wordt de mogelijkheid verschaft de brander en het verdringerlichaam als een geheel te vervaardigen, waardoor het uiteennemen en reinigen van de verbrandingsinrichting eenvoudiger wordt aangezien de brander 15 en het verdringerlichaam als een geheel kunnen worden gehanteerd.

In voorkeursuitvoeringsvormen is het verdringerlichaam in hoofdzaak afgeknot kegelvormig dan wel is het oppervlak van het naar de verbrandingsruimte gekeerde gedeelte van het verdringerlichaam bolvormig. Het ontbreken van een isolatielaag op het 20 verdringerlichaam verschaft de mogelijkheid om de wand van het verdringerlichaam, waar de hete rookgassen langs stromen en die bijvoorbeeld uit branderstaal vervaardigd kan zijn, een voordelige vorm, zoals een afgeknotte kegel of een bolvorm, te verschaffen. Door deze vorm wordt bewerkstelligd, dat de hete rookgassen op uiterst 25 effectieve en geleidelijke wijze van de verbrandingsruimte naar een aangrenzende warmtewisselaar worden geleid, waardoor de overdracht van warmte van de rookgassen aan de warmtewisselaar zeer goed is en de thermische belasting gelijkmatig en gespreid over de warmtewisselaar wordt verdeeld. Hiermee wordt bereikt dat het 30 energetisch rendement van de verbrandingsinrichting hoog is en daarmee het verbruik van gas ten behoeve van de verbranding laag is.

In een voorkeursuitvoeringsvorm omvat het ten minste ene onderdeel een afsluitelement, dat de verbrandingsruimte aan een uiteinde van de brander afsluit. Een voordeel is dat de 35 onderhoudsvriendelijkheid nog verder wordt vergroot, aangezien de brander, samen met het verdringerlichaam en het afsluitelement als een geheel uit de verbrandingsinrichting kunnen worden verwijderd zowel als daarin gemonteerd, waarbij het afsluitelement een grote opening naar de verbrandingsruimte kan vrijgeven, hetgeen de 40 toegankelijkheid en reinigbaarheid van de brander en de - 6 - verbrandingsinrichting als geheel, zowel als de snelheid van monteren en demonteren, verder vergroot.

De uitvinding zal verder worden toegelicht aan de hand van de bijgaande tekening die een niet beperkend uitvoeringsvoorbeeld toont, 5 waarin:

Fig. 1 een langsdoorsnede van een brander en een verdringerlichaam volgens de uitvinding toont;

Fig. 2 een langsdoorsnede van een andere brander en een verdringerlichaam volgens de uitvinding toont; 10 Fig. 3 een langsdoorsnede van een gedeelte van nog een andere brander volgens de uitvinding toont; en

Fig. 4 een langsdoorsnede van een gedeelte van weer een andere brander en verdringerlichaam volgens de uitvinding toont.

Fig. 1 toont een cylindervormige, langwerpige brander 1 en een 15 met de brander 1 verbonden verdringerlichaam 4. De brander 1 omvat een kokervormige wand 3 die bestaat uit een buitenste wand 3a en een binnenste wand 3b die beiden van een groot aantal niet getoonde perforaties zijn voorzien. Het gas-luehtmengsel stroomt via een ringvormige ruimte 2 in het inwendige van de brander naar de wand 3 20 van de brander 1 om via de perforaties in de wand 3 gelijkmatig en verdeeld over de wand 3 in de verbrandingsruimte 6 te stromen waar de verbranding van het mengsel plaatsvindt. Het verdringerlichaam 4 omvat een buitenwand 7 waarlangs de rookgassen naar een niet getoonde rookgasafvoer stromen. Voorts is in de brander 1, van het bovenste 25 uiteinde naar het onderste uiteinde een toevoerkanaal 5 geplaatst dat aan het onderste uiteinde tot in het verdringerlichaam 4 doorloopt en in een holte 8 in het verdringerlichaam 4 uitmondt. De holte 8 is aan de onderzijde afgesloten door een wand 9 en staat in verbinding met de ringvormige ruimte 2 van de brander 1. Op deze wijze is een 30 doorlopend kanaal gevormd waar vanaf de bovenzijde van de brander 1, door het bovenste, open uiteinde van het toevoerkanaal 5, een gasluchtmengsel naar de andere zijde van de brander 1, door de holte 8 in het verdringerlichaam 4, en vervolgens door de ringvormige ruimte 2 naar de wand 3 van de brander 1 stroomt. De wand 7 van het 35 verdringerlichaam 4, waar aan de buitenzijde de hete rookgassen langsstromen, wordt nu gekoeld door het gas-luchtmengsel, dat een lage temperatuur heeft, en dat langs de binnenzijde van de wand 7 stroomt. Verder zorgt de grote lengte van het kanaal 5 er voor, dat de geluidsproductie van de brander laag is, aangezien de akoustische 40 impedantie groot is door de grote lengte van het kanaal 5.

101 7 v 2 1 iS

- 7 -

Het in fig. 1 getoonde samenstel van brander 1 en verdringerlichaam 4 kan op voordelige wijze geheel uit hittebestendig branderstaal vervaardigd worden. Hierdoor is de stroming van de rookgassen zeer goed gedefinieerd. Tevens is het mogelijk, doordat de 5 brander 1 en het verdringerlichaam 4 als een geheel vervaardigd zijn, bij het verrichten van onderhouds- of reparatiewerkzaamheden aan de verbrandingsinrichting, de brander tezamen met het verdringerlichaam 4 als een geheel uit de verbrandingsruimte 6 te verwijderen. Tevens maakt het feit dat het verdringerlichaam 4 uit branderstaal 10 vervaardigd is, met het feit dat isolatie op het verdringerlichaam 4 ontbreekt, het mogelijk om het verdringerlichaam 4 een voordelige vorm, zoals de in fig. 1 getoonde afgeknotte kegelvorm te verschaffen. Hierdoor wordt bewerkstelligd, dat de hete rookgassen geleidelijk van de verbrandingsruimte 6 naar een niet getoonde 15 warmtewisselaar worden geleid, waardoor de thermische belasting goed over de warmtewisselaar wordt verdeeld.

Fig. 2 toont een brander 21 met een verdringerlichaam 24, waarbij de brander 21 evenals de brander die is getoond in fig. 1 een cylindervormige wand 23 omvat met een van een groot aantal niet 20 getoonde perforaties voorziene binnenwand 23a en buitenwand 23b. Het gas-lucht mengsel wordt door een ringvormige ruimte 22 naar de wand 23 geleid. Het in fig. 2 getoonde verdringerlichaam 24 omvat een holte 28 die zich direkt achter een wand 27 bevindt waar de hete rookgassen langsstromen. De holte 28 is verbonden met een 25 toevoerkanaal 25 dat door de brander 21 loopt en met een toevoerkanaal 30. Door nu het gas en/of de lucht die benodigd zijn voor de verbranding vanaf de onderzijde van de verbrandingsinrichting via het toevoerkanaal 30, via de holte 28 in het verdringerlichaam 24 en via het toevoerkanaal 25 te voeren, wordt bereikt dat het gas of 30 de lucht de wand 27 van het verdringerlichaam 24 koelt. Om de koelende werking te vergroten is het verdringerlichaam 4 uitgerust met een geleidingslichaam 29, dat de stroom gas of lucht dicht langs de wand 27 leidt. Naast de bij fig. 1 genoemde voordelen heeft het samenstel van brander en verdringerlichaam getoond in fig. 2 het 35 voordeel, dat het aantal vrijheidsgraden bij het ontwerp van de verbrandingsinrichting vergroot worden, aangezien het in fig. 2 getoonde samenstel de mogelijkheid biedt om naar keuze het gas en/of de lucht benodigd voor de verbranding vanaf de onderzijde van de verbrandingsinrichting aan te voeren.

40 Fig. 3 toont een brander 41 met een ringvormige ruimte 42, - 8 - welke brander verbonden is met een afsluitelement 43 met een wand 47 welk afsluitelement 43 een verbrandingsruimte 48 aan de bovenzijde daarvan afsluit. Het afsluitelement 43 is voorzien van een holte 44 die zich achter de wand 47 bevindt. Het gas, de lucht of het gas-5 luchtmengsel dat door een toevoerkanaal 45 binnen in de brander 41 van het ene uiteinde van de brander 41 naar het andere uiteinde van de brander 41 stroomt, stroomt eveneens door de holte 44 in het afsluitelement 43 om de wand 47 daarvan te koelen. Om het gas, de lucht of het gas-luchtmengsel dicht langs de van de 10 verbrandingsruimte 48 gekeerde zijde van de wand 47 te leiden is het afsluitelement 43 voorzien van een geleidingslichaam 49, dat met niet getoonde bevestigingselementen aan het afsluitelement 43 bevestigd is. De brander 41 kan, tezamen met het hiermee verbonden afsluitelement 43 en een eventueel hiermee verbonden, in fig. 3 niet 15 getoond verdringerlichaam, als een geheel, bijvoorbeeld naar de bovenzijde uit de verbrandingsruimte 48 worden verwijderd, waarbij de door het afsluitelement 43 vrijgegeven opening een grote opening naar de verbrandingsruimte· 48 vrijgeeft. .........-

Fig. 4 toont een cylindervormige brander 61 met een 20 verdringerlichaam 64, waarbij het gas-luchtmengsel door een ringvormige ruimte 62 aan een branderoppervlak 63 wordt toegevoerd en het branderoppervlak 63 een buitenoppervlak 63a en een binnenoppervlak 63b omvat die beide van niet getoonde perforaties zijn voorzien. Analoog aan de in fig. 1 getoonde uitvoeringsvorm 25 wordt het gas-luchtmengsel door een toevoerkanaal 65 toegevoerd dat in een holte 68 in het verdringerlichaam 64 uitmondt, van waaruit het gas-luchtmengsel naar de ringvormige ruimte 62 stroomt. In het verdringerlichaam 64 stroomt het gas-luchtmengsel langs een wand 67 voor het koelen daarvan. Het verdringerlichaam 64 heeft een bolvorm 30 om aldus de rookgassen op uiterst effectieve wijze naar een niet getoonde warmtewisselaar te leiden. Dit zorgt voor een zeer goede omstroming of doorstroming van de warmtewisselaar met rookgassen, waardoor de overdracht van warmte van de rookgassen naar de warmtewisselaar zeer goed is.

35

Claims (11)

1. Verbrandingsinrichting voor het verbranden van een mengsel van gas en lucht, omvattende: een in een verbrandingsruimte opgestelde brander met twee uiteinden; 5 een menginrichting voor het mengen van het gas en de lucht; een eerste toevoerkanaal voor het toevoeren van het gas aan de menginrichting; een tweede toevoerkanaal voor het toevoeren van de lucht aan de menginrichting; en 10 een derde toevoerkanaal voor het toevoeren van het mengsel van gas en lucht van de menginrichting aan de brander, met het kenmerk, dat ten minste een van de toevoerkanalen van een van de uiteinden van de brander, via ten minste een holte in de brander, naar het andere uiteinde van de brander 15 loopt en zich in ten minste een nabij de brander gelegen onderdeel uitstrekt voor het koelen van ten minste een naar de verbrandingsruimte gekeerd gedeelte van het ten minste ene onderdeel.

2. Verbrandingsinrichting volgens conclusie 1, met het 20 kenmerk, dat het via de holte in de brander lopende toevoerkanaal het derde toevoerkanaal is.

3. Verbrandingsinrichting volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het ten minste ene naar de verbrandingsruimte gekeerde gedeelte een wand omvat.

4. Verbrandingsinrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de wand dun is.

5. Verbrandingsinrichting volgens conclusies 3 of 4, met het kenmerk, dat de wand een goede thermische geleiding heeft.

6. Verbrandingsinrichting volgens een van de conclusies 3 - 5, met het kenmerk, dat de wand aan de van de rookgassen afgekeerde zijde voorzien is van ribben.

7. Verbrandingsinrichting volgens een van de conclusies 3 - 6, met het kenmerk, dat tenminste een geleidingsschot of 35 geleidingslichaam is aangebracht aan of langs de wand aan de van de rookgassen afgekeerde zijde daarvan. • » - 10 -

8. Verbrandingsinrichting volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het ten minste ene onderdeel een verdringerlichaam omvat, dat zich aan een van de uiteinden van de brander bevindt, waarbij rookgassen 5 stromen langs een wand van het verdringerlichaam.

9· Verbrandingsinrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat het verdringerlichaam in hoofdzaak afgeknot kegelvormig is.

10. Verbrandingsinrichting volgens conclusie 8 of 9, met 10 het kenmerk, dat het naar de verbrandingsruimte gekeerde gedeelte van het verdringerlichaam bolvormig is.

11. Verbrandingsinrichting volgens een van de conclusies 1 - 7, met het kenmerk, dat het ten minste ene onderdeel een afsluitelelement omvat, dat de verbrandingsruimte aan een 15 uiteinde van de brander afsluit. ιοί ·, i'*