NL9000883A - Keramische brander. - Google Patents

Description

Keramische brander.

De uitvinding heeft betrekking op een brander vervaardigd van een keramisch materiaal.

Keramische branders worden reeds veelvuldig toegepast voor verwarmingsdoeleinden. Deze branders vertonen ten opzichte van conventionele stalen branders een zeer schone verbranding. Met name de uitstoot van stikstofoxide (NOx) wordt bij toepassing van een keramische brander sterk gereduceerd. Dit is een gevolg van de isolerende werking van het keramische materiaal, waardoor een relatief lage verbran-dingstemperatuur gehandhaafd blijft. Het handhaven van een lage verbrandingstemperatuur, in de grootte-orde van 1000-1100eC, is van belang omdat bij verbranding bij een zodanig lage temperatuur minder stikstofoxide gevormd wordt dan bij hogere verbrandingstemperaturen. De isolerende werking van het keramisch materiaal heeft verder tot gevolg, dat het gas-luchtmengsel in de toevoerleiding van de brander niet voorverwarmd wordt. Dit is van belang, omdat bij voorverwar-ming al in de toevoerleiding dissociatie van het mengsel, en derhalve vorming van stikstofoxide plaats heeft.

Keramische branders hebben echter als nadeel dat zij slechts binnen een klein belastingsgebied regelbaar zijn. Vooral bij toepassing van keramische branders voor verwarmingsdoeleinden is dit een groot bezwaar, omdat daar een goede regelbaarheid over een groot gebied van deelbelastin-gen noodzakelijk is. Bij toepassing in verwarmingsinstalla-ties moeten bekende keramische branders voor het binnen een bepaald bereik handhaven van een temperatuur met grote regelmaat in- en uitgeschakeld worden. Dit heeft niet alleen een beperking van het comfort voor de gebruiker tot gevolg, maar resulteert ook in snelle slijtage van de verwarmingsinstallatie. Bovendien komen bij het inschakelen van de brander telkens voor mens en milieu schadelijke stoffen vrij.

De onderhavige uitvinding beoogt derhalve te voor- zien in een keramische brander met een t.o.v. bekende branders verbeterde regelbaarheid, waarin bovendien over het totale belastingsgebied een relatief lage verbrandingstempe-ratuur gehandhaafd wordt. Dit wordt volgens de uitvinding bereikt door een keramische brander omvattende: een primai re leiding voor het toevoeren van een mengsel van brandbaar gas en lucht; ten minste één primaire mengselkamer, welke ten minste één met de primaire mengseltoevoerleiding verbonden instroomopening vertoont, de doorsnede waarvan van dezelfde grootte-orde is als die van de primaire mengseltoevoerleiding, alsmede ten minste één primaire uitstroomope-ning, welke uitmondt in de de brander omringende ruimte, en de doorsnede waarvan klein is t.o.v. de doorsnede van de primaire mengseltoevoerleiding; en ten minste één secondaire mengselkamer, welke over ten minste één secondaire mengseltoevoerleiding verbonden is met de primaire mengseltoevoerleiding, en over ten minste één in de nabijheid van de primaire uitstroomopening uitmondende secondaire uitstroom-opening verbonden is met de de brander omringende ruimte, waarbij de doorsnede van de secondaire mengseltoevoerleiding en van de secondaire uitstroomopening klein zijn t.o.v. de doorsnede van de primaire mengseltoevoerleiding. Door naast een primaire mengselkamer ook een secondaire mengselkamer toe te passen, waarvan de uitstroomopening in de nabijheid van die van de primaire mengselkamer gelegen is, kan over een groot belastingbereik een stabiele verbranding in stand gehouden worden, welke ook buiten de brander plaats kan hebben. Door de t.o.v. de doorsnede van de primaire mengseltoevoerleiding kleine doorsnede van de primaire uitstroomopening ontstaat daarin bij grote belastingen een hoge stromingssnelheid van het te verbranden mengsel. Hierdoor vormt zich een waaiervormig vlamfront, met een grote oppervlakte waardoor de verbrandingstemperatuur relatief laag blijft, en de verbranding derhalve schoon.

Genoemde en andere kenmerken van de brander en de werkwijze volgens de uitvinding worden verder toegelicht aan de hand van een voorbeeld, waarbij verwezen wordt naar de bijgevoegde tekening, waarin overeenkomstige onderdelen aangeduid worden met overeenkomstige verwijzingscijfers, en waarin: fig. 1 een gedeeltelijk weggebroken perspectivisch aanzicht toont van een keramische brander volgens de uitvinding; fig. 2 in een gedetailleerd aanzicht volgens de pijl II de verbranding weergeeft bij een lage belasting; fig. 3 en 4 in een met fig. 2 overeenkomend aanzicht de verbranding weergegeven bij toenemende belasting; fig. 5 een uit modules opgebouwde brander volgens de uitvinding weergeeft met een grote verwarmingscapaciteit; en fig. 6 een alternatieve uitvoeringsvorm van een brander volgens de uitvinding weergeeft.

Een keramische brander 1 (fig. 1) omvat een primaire mengseltoevoerleiding 2, waaromheen een ringvormige secondaire mengselkamer 3 aangebracht is, welke over in omtreks-richting verdeeld aangebrachte, radiale secondaire mengsel-toevoerleidingen 4 met de primaire mengseltoevoerleiding 2 in verbinding staat. De secondaire mengselkamer 3 staat over een secondaire uitstroomopening 5 in verbinding met een de brander omringende ruimte. De primaire mengseltoevoerleiding 2 mondt uit in een cilindrische primaire mengselkamer 6, welke over een aantal in omtreksrichting verdeeld aangebrachte, radiale primaire uitstroomopeningen 7 in verbinding staat met de de brander 1 omringende ruimte.

De primaire en secondaire mengselkamers 6,3 worden gevormd door een tweetal stapelbare, concentrische ringvormige elementen 9,10. Door meerdere van deze elementen 9,10 op de in de fig. aangegeven wijze te stapelen, kan op eenvoudige wijze een brander samengesteld worden met de benodigde verwarmingscapaciteit.

Een gas-luchtmengsel dat wordt aangevoerd door de primaire mengseltoevoerleiding 2 (fig. 2,3 en 4) verdeelt zich over de secondaire mengselkamer 3 (zoals aangegeven door de pijlen S) en de primaire mengselkamer 6 (aangegeven door de pijlen P). Bij lage belastingen (fig. 2) is de stromingssnelheid van het mengsel relatief gering, en vindt de verbranding van de primaire mengselstroom P plaats in de primaire uitstroomopeningen 7. Het vlamfront 11 is in dit geval boogvormig. De keramische brander fungeert nu als bron van warmtestraling, doordat het de primaire uitstroomopeningen 7 omringende keramische materiaal gloeit.

Wordt nu de belasting opgevoerd (fig. 3), dan neemt de stromingssnelheid van het mengsel toe, en verplaatst de verbranding zich, omdat de verbrandingssnelheid van het mengsel niet verandert, naar buiten de brander 1. De vlam-fronten 11 staan nu op de buitenrand van de brander 1 en zijn nog steeds boogvormig.

Bij nog verder toenemende belasting (fig. 4) neemt de stromingssnelheid van het mengsel nog sterker toe, en wordt zoveel groter dan de verbrandingssnelheid van het mengsel, dat de vlam uitgeblazen zou worden. Door de aanwezigheid echter van de uit de secondaire mengselkamer 3 stromende secondaire mengselstroom S, wordt de primaire mengselstroom P voorverwarmd, waardoor de verbrandingssnelheid van de primaire mengselstroom P toeneemt en gelijk wordt aan de uitstroomsnelheid daarvan, zodat een stabiele vlam ontstaat. Door de hoge stromingssnelheid van de primaire mengselstroom P in primaire uitstroomopeningen 7 nemen de vlamfronten 11 een waaiervorm aan. Doordat een dergelijk waaiervormig vlamfront 11 een groter oppervlak heeft dan een vergelijkbaar boogvormig vlamfront, en de verbranding derhalve over een groter oppervlak verspreid wordt, is de verbrandingstemperatuur lager dan bij een vergelijkbaar boogvormig vlamfront, waardoor de vorming van stikstofoxiden sterk gereduceerd wordt.

De verwarmingscapaciteit van een keramische brander volgens de uitvinding kan nog vergroot worden door meerdere stapels ringvormige elementen 9,10 aan te sluiten op een gemeenschappelijke hoofdaanvoerleiding 12 (fig. 5). De hoofdaanvoerleiding 12 wordt van een gas-luchtmengsel voorzien door een ejecteur 13, waardoor het gas G met een dusdanig grote snelheid in de hoofdaanvoerleiding 12 wordt gespo- ten, dat lucht A mee aangezogen wordt.

Wanneer de verwarmingscapaciteit niet gevarieerd hoeft te worden, en een modulaire opbouw van het verwar-mingssysteem derhalve niet gevraagd wordt, kan volstaan worden met een keramische brander zoals weergegeven in fig. 6. Door het wigvormig verloop van de hoofdaanvoerleiding 12 wordt bij deze brander 1 een gelijkmatige verdeling van het gas-luchtmengsel over de spieetvormige primaire mengseltoe-voerleiding 2 gewaarborgd.

Claims (4)

1. Brander (1), vervaardigd van een keramisch materiaal , en omvattende; - een primaire leiding (2) voor het toevoeren van een mengsel van brandbaar gas en lucht? - ten minste één primaire mengselkamer (6), welke ten minste één met de primaire mengseltoevoerleiding (2) verbonden instroomopening vertoont, de doorsnede waarvan van dezelfde grootte-orde is als die van de primaire mengseltoevoerleiding (2), alsmede ten minste één primaire uitstroom-opening (7), welke uitmondt in de de brander (1) omringende ruimte, en de doorsnede waarvan klein is t.o.v. de doorsnede van de primaire mengseltoevoerleiding (2); en - ten minste één secondaire mengselkamer (3), welke over ten minste één secondaire mengseltoevoerleiding (4) verbonden is met de primaire mengseltoevoerleiding (2), en over ten minste één in de nabijheid van de primaire uit-stroomopening (7) uitmondende secondaire uitstroomopening (5) verbonden is met de de brander (1) omringende ruimte, waarbij de doorsnede van de secondaire mengseltoevoerleiding (4) en van de secondaire uitstroomopening (5) klein zijn t.o.v. de doorsnede van de primaire mengseltoevoerleiding (2).

2. Keramische brander volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de secondaire mengselkamer (3) ringvormig is, rondom de primaire mengseltoevoerleiding (2) aangebracht is, en meerdere in de omtreksrichting verdeeld aangebrachte, radiale secondaire mengseltoevoerleidingen (4) vertoont, en dat de primaire mengselkamer (6) stroomafwaarts van de secondaire mengseltoevoerleidingen (4) gelegen is, de gedaante heeft van een met de primaire mengseltoevoerleiding (2) concentrische cilinder, en meerdere in de omtreksrichting verdeeld aangebrachte, radiale primaire uitstroomope-ningen (7) vertoont.

3. Keramische brander volgens conclusie 2, gekenmerkt door een aantal in serie geplaatste primaire en secondaire mengselkamers (6,3), waarbij elke in stromingsrichting tussen opvolgende secondaire mengselkamers (3) gelegen primaire mengselkamer (6) een tegenover zijn instroomopening aangebrachte doorstroomopening vertoont.

4. Keramische brander volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de primaire mengseltoevoerleiding (2) spieetvormig is, aan ten minste één zijde van de toevoerleiding (2) een langwerpige secondaire mengselkamer (3) aangebracht is, welke meerdere op onderlinge afstand aangebrachte secondaire mengseltoevoerleidingen (4) vertoont, en dat de primaire mengselkamer (6) stroomafwaarts van de secondaire mengseltoevoerleidingen (4) gelegen is, langwerpig van vorm is en meerdere op onderlinge afstand aangebrachte primaire uitstroomopeningen (7) vertoont.