WO2013178465A2 - Verfahren zur vollständigen und geräuschreduzierten verbrennung eines brennstoff-luft-gemisches sowie brenner hierzu - Google Patents

Verfahren zur vollständigen und geräuschreduzierten verbrennung eines brennstoff-luft-gemisches sowie brenner hierzu Download PDF

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Ulrich Dreizler
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    • F23D2900/00003—Fuel or fuel-air mixtures flow distribution devices upstream of the outlet

Definitions

  • the invention relates to a method for complete and noise-reduced combustion of a fuel-air mixture and a burner with a surface combustion.
  • tissue membrane which consists of a sintered porous membrane fiber plate.
  • This tissue membrane has a regular hole pattern on transverse holes occupying a passage opening of the membrane of 5 to 35% of the entire surface of the membrane.
  • Such a membrane is arranged on an outlet side of a housing of the burner, wherein the funnel-shaped transverse stub holes are arranged with the funnel side on a burner side. Also upstream of the burner side, a mixture distribution plane is arranged at a distance from the tissue membrane, which has through holes.
  • the fuel-air mixture fed into the housing via a supply line flows through the through-bores of the mixture distribution plane and flows out via the transverse holes of the tissue membrane to the exit side to form a flame field.
  • the regular arrangement of the transverse holes in the tissue membrane to the advantage of uniform emergence of the fuel-air mixture over the entire tissue membrane is achieved with only a slight pressure drop, but the risk of the occurrence of resonances in the gas stream is given, resulting in unpleasant whistling. Therefore, it is proposed according to Figures 8 and 9, to introduce a wire mesh between the mixture distribution plane and the tissue membrane to reduce the occurrence of these whistling noises.
  • the invention has for its object to provide a method for combustion of a fuel-air mixture and a burner, whereby a complete combustion at a high surface load and a noise reduction and a reduced emission is possible.
  • the flashback barrier is positioned upstream of the tissue membrane at a distance to form a free passage space or flow space for the fuel-air mixture.
  • the perforated grid of the tissue membrane and the perforated grid of the flame arrester are positioned relative to each other by rotating and / or displacing the flashback arrestor and / or the tissue membrane towards each other into an aligned position be converted into a twisted arrangement to each other.
  • the skew is 0 ° or the displacement is zero.
  • Such an arrangement further allows noise-reduced combustion due to the free passage space between the mixture distribution plane and the tissue membrane.
  • the noise between the mixture distribution plane and the sound-damping layer is reduced by the sound-damping layer introduced in the prior art, whistling noise is again generated due to the diffuse inflow of the fuel-air mixture to the tissue membrane and the resulting flow through the tissue membrane.
  • the aligned arrangement of the perforations of the tissue membrane and the flame arrester stable individual flames can be formed at the through-holes, which are assigned to the through-holes in alignment, whereby resonances are reduced.
  • the tissue screen pitch pattern and flame arrestor grid pattern can be positioned by twisting the flame arrestor or tissue membrane, or both, in a twisted relationship to each other.
  • the twisted assembly includes at least one aligned through hole of the flame arrester to a through hole of the fabric membrane, wherein the further through holes and through holes have a staggered position to each other.
  • At least one so-called flame nest can be created, that is to say that the individual flames within a flame matrix of the flame nest are not all aligned parallel to one another and extend at right angles from the surface of the tissue membrane into a burner space, but at least one central flame Main flame is directed as a single flame vertically into the burner chamber and these are provided surrounding a plurality of individual flames, which incline at a deflection angle to the main flame of this.
  • a larger inclination of the individual flames due to a larger disturbance of the flow path, which is achieved by an enlarged offset between the through hole and the through hole associated through hole. This can be a detuning to reduce the resonances occurring, whereby the noise reduction is achieved in the surface combustion.
  • a shift can also take place.
  • An advantageous embodiment of the method provides that, starting from an aligned arrangement of the hole pattern of the through holes of the tissue membrane for further noise reduction resonances occurring in the perforation grid of the tissue membrane and the Lochrast réelle the flame arrester are mutually at least slightly rotated.
  • one or more flame nests can be formed as a function of the rotation or the angle of rotation.
  • Such flame nests have a central main flame and, with increasing distance in the radial outward direction, attenuated and outwardly inclined main flames which form perturbation regions at the adjoining regions of the flame nests.
  • further noise reduction and reduction of resonances in the tissue membrane can be achieved by detuning or influencing the resonance frequency of the flame matrix or the tissue membrane.
  • This rotation can also take place starting from the twisted arrangement in an aligned arrangement.
  • a longitudinal central axis of the tissue membrane is aligned congruently with a longitudinal central axis of the non-return barrier such that the perforated grid of the flame arrester and the grid of holes of the tissue membrane are aligned with each other and the rotation of the tissue membrane or the flame arrester or both about the longitudinal central axis.
  • a controlled rotation for the targeted formation of at least one flame nest can be achieved.
  • the number of flame nests is increased by an increasing rotation of the tissue membrane to the flame arrester to each other and reduced an area of the respective flame nest.
  • the emerging in the tissue membrane outlet noise can be further reduced, the flame matrix is maintained approximately upright.
  • the tissue membrane and the flame arrester are preferably adjusted to one another with a twist angle of less than 15 °, in particular less than 10 °. Such small rotations suffice to achieve a noise reduction.
  • Another parameter for improving the noise reduction is achieved by the setting or the predetermination of the distance between the tissue membrane and the flame arrester, which are preferably arranged at a distance between 1 and 10 mm, in particular 5 to 7 mm.
  • This distance is preferably variably adjustable and can be selected as a function of the supply of the fuel-air mixture and the selection of the fuel-air mixture and in dependence on the number and / or size of the through holes or through-bore in the tissue membrane and / or the flashback become.
  • the object underlying the invention is further achieved by a burner with a surface combustion, wherein the perforated grid of the tissue membrane and the perforated grid of the flame arrester are aligned aligned with each other, wherein between the flame arrester and the tissue membrane, a free passage space is provided.
  • a burner with a surface combustion wherein the perforated grid of the tissue membrane and the perforated grid of the flame arrester are aligned aligned with each other, wherein between the flame arrester and the tissue membrane, a free passage space is provided.
  • free-jet of the fuel-air mixture can form, which reach the tissue membrane and exit via the through holes in the tissue membrane and form a single flame.
  • the porosity of the tissue membrane forms a holding flame between the individual individual flames.
  • Such a flame matrix formed from the holding flame with main flames or individual flames protruding from the holding flame has the advantage that cooling of the individual flame is achieved at the root or at the surface of the tissue membrane, which in turn results in a significantly higher surface load. This improves combustion and reduces CO and NO x emissions. At the same time can be done by the one flow space a calmed supply of the fuel-air mixture between the flame arrester and the fabric membrane, whereby a noise reduction is achieved.
  • a twisted arrangement of the fabric membrane and / or the flame arrester may be provided within the plane of extension of the burner by a twist angle.
  • a slight twist of the tissue membrane is understood to flame retardation or vice versa, so that at least the aligned arrangement of Lochrasterept is at least left slightly.
  • a noise reduction can also be achieved by such a positioning, while maintaining the advantages of the significantly higher surface load described above.
  • a preferred embodiment of the burner provides that the hole spacing of the through holes of the flame arrestor is half as large as the hole spacing of the through holes of the tissue membrane.
  • the hole diameter of the through holes in the fabric membrane and the hole diameter of the through holes in the flame arrestor are preferably equal to or in a range of +/- 20% to each other. As a result, a particularly good passage behavior of the fuel-air mixture from the flame arrestor through the tissue membrane can be made possible for the formation of large individual flames. Particularly preferably, the hole diameters of the flame arrester are larger than those of the tissue membrane.
  • the matrix of the through-hole in the flame arrester and / or the matrix of the through-holes of the fabric membrane are formed as two-dimensional Bravais grids.
  • These two-dimensional Bravais lattices may be formed as skewed lattices as well as square, rectangular, hexagonal and centered rectangular lattices, the latter being the only one not primitive.
  • a preferred embodiment of the burner provides that the through holes of the fabric membrane have a hole spacing of 2 to 10 mm and a hole diameter of the through hole of 1 to 3 mm and the through holes of the flame arrester have a hole spacing of 1.5 to 5 mm and a hole diameter of 0 , 8 to 3.6 mm. These perforations enable a particularly high surface load with a high noise reduction.
  • the burner may have a twisting device between the fabric membrane and the flame arrester, or the fabric membrane and / or the flashback are received by a twisting device, whereby a twist angle of the perforated grid of the fabric membrane and the flame arrester is adjustable.
  • the twisting device is designed such that the tissue membrane and the flame arrester are arranged congruent with respect to their longitudinal central axes and the tissue membrane and / or the flame arrester are rotatable about the respective longitudinal central axis. As a result, a targeted detuning of the resonance frequencies and the formation of flame nests can be achieved.
  • Such twisting devices may preferably be provided in flat burners with a round, square, rectangular or polygonal tissue membrane and / or flame arrester.
  • the tissue membrane or flashback barrier may be provided to provide a twisted arrangement of the tissue membrane or flashback barrier or both to each other by their edge trim outside of the grid of holes, thereby providing a twisted arrangement of the tissue membrane for flashback given is.
  • edge trimming can also be done on site to take into account the other parameters of the burner design and / or the burner air mixture in the noise reduction.
  • the tissue membrane and / or the flame arrester or both may be fastened to each other twisted in the housing of the burner. This represents, starting from an initially aligned arrangement of the hole patterns a simple setting.
  • a further alternative embodiment of the burner provides that in a strip burner with a strip-shaped tissue membrane and a strip-shaped flame arrester by a one-dimensional displacement of the hole grid along the longitudinal axis of the housing strip burner noise reduction is adjustable. By such a shift, which may also be two-dimensional, a noise reduction to the twisted arrangement is made possible analogously.
  • the aligned or twisted arrangement of the perforated grid of the tissue membrane and the flame arrester to each other can be provided both in flat burners, cylinder burners and ingot burners.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view through a burner head with an associated burner fan of a burner
  • FIG. 2 shows a schematic plan view of a tissue membrane of the burner according to FIG. 1,
  • FIG. 3 is a diagrammatically enlarged side view of a fabric membrane and associated flame arrester.
  • FIG. 4 shows a schematic top view of FIG. 3 with a matrix of mutually arranged through-holes of the tissue membrane to through-holes of the flame arrestor barrier
  • FIG. 5 shows a schematic top view of FIG. 3 of an alternative embodiment to FIG. 4, FIG.
  • FIG. 6 shows a schematic view of a fabric membrane, at least with a flame arrestor block arranged twisted thereto,
  • FIG. 7 shows a schematic side view of FIG. 6,
  • FIG. 8 shows an alternative arrangement of the fabric membrane for the flashback arrestor according to FIG. 6,
  • FIG. 9 shows a schematic side view of FIG. 8,
  • Figure 10 is another view from above of a twisted arrangement of the tissue membrane for flame arrestor and
  • Figures 11a and b are schematic views of a strip-shaped fabric membrane for flame arrestor.
  • FIG. 1 schematically shows a burner 11 with a burner head 12.
  • This comprises a housing 14, which receives a tissue membrane 16 on its outlet side.
  • a flame arrester 17 is arranged in the housing 14 at a distance from the tissue membrane 16.
  • an air supply line 23 the supply of air.
  • the fuel-air mixture generated by the fan 19 is supplied via the supply line 18 to the burner head 12 so that it flows through the flame arrestor 17 and formed between the flame arrestor 17 and the tissue membrane 16 flow space 26 and after emerging from the tissue membrane 16 forms a flame matrix 27 on the burner side.
  • This flame matrix 27 comprises individual flames 28 and holding flames 29 arranged between them, the individual flames 28 protruding from the holding flame 29.
  • the flame matrix 27 points, for example, into a combustion chamber of a boiler.
  • the burner can be operated on gas appliances in accordance with EN 676 "Gas fan burners", and operation in accordance with EN 746-2 on thermal processing plants is also possible in the industrial and commercial sectors.
  • FIG. 2 shows a schematic view of the tissue membrane 16 of the burner head 12 according to FIG.
  • This tissue membrane 16 has at the edge holes 31, which serve as mounting holes on the burner head 12 and housing 14.
  • the tissue membrane 16 also has a plurality of through holes 32 which include a grid of holes and allow passage of the fuel-air mixture.
  • the construction of such a membrane is evident from DE 10 2010 051 415.2, to which reference is made in its entirety and is the subject of this application.
  • This burner tissue or this tissue membrane 16 make possible a combustion process which is described in DE 10 2010 051 414.4, to which reference is also made in its entirety and is the subject of this application.
  • the tissue membrane 16 comprises a perforated grid in which the individual through-holes are spaced apart on a surface of, for example, 200 ⁇ 200 mm with, for example, a hole spacing of between 4 and 10 mm.
  • the hole diameters of the through holes 32 are, for example, 0.5 to 3 mm.
  • FIG. 3 shows a schematically enlarged view of the tissue membrane 16 and the flame arrester block 17 associated therewith in the burner head 12 according to FIG.
  • FIG. 4 shows a plan view of FIG. 3.
  • the flame arrester 17 comprises a perforated grid with through-holes 33, which preferably have half the distance between the through-holes of the fabric membrane 16, so that they comprise a distance of 1.5 to 5 mm.
  • the same hole diameter of the through hole 39 is provided as with the through holes 32 or with a deviation in a range of +/- 20%.
  • the perforations of the fabric membrane 16 and the flame arrester 17 are aligned with each other, that is, maximum coverage of the through holes 32 and through-holes 33 is provided.
  • each second through-hole 33 along the lines L1, L2, L3, etc. and every other through-hole 33 along the lines Z1, Z2, Z3, etc. form a straight passage between the through-hole 33 and the through-hole 32.
  • a rectangular-centered, two-dimensional Bravais grid is formed.
  • the intermediate through hole 33 - ie every second through hole 33 - is covered by a surface portion of the fabric membrane 16.
  • a free jet 35 for the holding flame 29 blowing on the tissue membrane 16 is formed.
  • a continuous free jet 34 forming the individual flame 28 Adjacent to this, a continuous free jet 34 forming the individual flame 28 is formed.
  • a flame matrix 27, as shown schematically in FIG. 3, is formed, wherein the single flame 28 is formed by the aligned through holes 33 and through holes 32 because of the continuous free jets 34 and the retaining flame 29 is supported by the concealed through holes 33 because of the blowing free jets 35 becomes.
  • This is achieved in particular by the porosity of the tissue membrane 16 and causes a cooling of the flame root of the individual flame 28 and a cooling of the burner surface of the tissue membrane 16. This allows a high surface load.
  • a noise reduction and reduction of CO and NO x emissions can be achieved by this ordered flame matrix 27.
  • Another parameter for adjusting this flame matrix 27 may be the distance between the tissue membrane 16 and the flame arrestor 17.
  • a distance in the above-described Lochrasttation from 2 to 10 mm, in particular 5 to 7 mm, given.
  • the free flow space 26 is formed, that is, no further materials or the flow obstructing objects or objects are provided thereon, so that the flows formed by the through hole 33 of the flame arrester 17 undisturbed on the fabric material 16th can strike or pass through the aligned through holes 23 therethrough.
  • the pitch pattern of the tissue membrane 16 and the pitch of the flame arrester 17 may be formed identically.
  • the through holes 32 and through holes 33 are arranged in alignment with each other.
  • FIG. 5 shows an alternative embodiment of a matrix of the through-holes 32 of the fabric membrane 16 and the through-holes 33 of the flame arrester 17.
  • This matrix is designed as a two-dimensional hexagonal Bravais lattice.
  • each second through-hole 32 of the fabric membrane 36 is congruent with the through-hole 32 of the flame arrester 17.
  • the pitch of the lines Z1, Z2, Z3 is twice as large relative to the lines L1, L2, L3.
  • FIG 6 an arrangement of the tissue membrane 16 and the flame arrester 17 is shown, if a further noise reduction is required.
  • a rotation of the perforated grid of the tissue membrane 16 and the perforated grid of the flashback catch 17 from the aligned alignment or a twisted positioning takes place to each other.
  • This twisted arrangement or positioning is to be understood in that the flame arrester 17 and the fabric membrane 16 initially maintained the same distance and also remain aligned in parallel.
  • the rotation takes place about an axis aligned perpendicular to the plane of extent of the tissue membrane or the flame arrester, in particular the longitudinal central axis, or in that a displacement in the X and / or Y direction of the plane of extension of the tissue membrane 16 and / or the flame arrester 17 takes place.
  • the tissue membrane 16 has been rotated about its longitudinal central axis 38, which is congruent with the longitudinal center axis 39 of the flame arrester block 17, for example by 1 °. Due to the rotation of the perforated rasters to each other, the hole pattern shown results in the plan view, wherein the upper membrane 16 is shown transparent to illustrate the effect.
  • the through-holes 33 With the center near the longitudinal center axes 36, 37, there is provided an alignment of the through-holes 33 with the through-holes 32, but with further radially outward traveling, the offset between the through-holes 33 to the through-holes 32 becomes larger.
  • Such an illustrated arrangement of the through holes 33 to the through holes 32 is referred to as a flame nest 40, wherein in the core at least one aligned through hole 33 and through hole 32 and outwardly offset from each other through holes 33 and through holes 32 are provided. This results in a flame matrix 27 according to FIG. 7.
  • the free-jet effect is undisturbed as a fuel-air mixture, so that a free-jet vector 41 can emerge unhindered in the exit direction and corresponds to the resulting vector 43.
  • an interfering vector 42 overlaps the free jet vector 41 so that a resulting vector 43 is formed and the individual flame 28 with respect to the longitudinal central axis 38 in the adjacent radially outwardly offset hole pair of the throughbore 33 to the through-hole 32 , 39 is inclined at an angle ⁇ 1 .
  • the noise vector 42 becomes larger, so that the resulting vector 43 is aligned at a larger angle ⁇ 1 , ⁇ 2 , ⁇ 3 to the longitudinal central axis 38, 39 and at the same time the free jet vector 41 is reduced ,
  • different exit frequencies are generated, which in turn enable a detuning, so that a further noise reduction at high Surface load is given.
  • the same or similar frequencies and resulting interference are reduced in a plurality of through holes 32 with the same or very similar exit noise.
  • FIG. 1 a plan view of the fabric membrane 16 and the flame arrester 17 it can be seen that at this angle of rotation of 4 ° seven flame nests 40 and in the corner regions have formed four half flame nests.
  • FIG. 9 shows a side view to FIG. 8.
  • a further disturbance in the adjacent areas of the flame nests 40 is achieved, which in turn leads to a further detuning and thus to a change in frequency of the exit noises lead to a resonance reduction.
  • the tissue membrane 16 can be rotated relative to the non-return baffle 17 or the non-return baffle 17 relative to the tissue membrane 16 or both relative to one another.
  • FIG. 11a shows a schematic view of a strip-shaped tissue membrane
  • FIG. 11b shows a side view of the strip-shaped tissue membrane according to FIG. 11a and a corresponding flame arrestor barrier.
  • tissue membrane 16 and flame arrester 17 are used for example in a inguinal burner, whose length comprises a multiple of the width.
  • a single-row hole patterning of the through holes 32 and corresponding through holes 33 is provided.
  • Figure 11b which corresponds for example to the line Z1 in Figure 4, so that reference is made.
  • a two- or three-row perforation grid is provided in the case of tissue membranes 16 and flame arrester blocks 17, reference can be made to an arrangement according to lines Z1, Z2 and Z3 in FIG.
  • a twisted arrangement analogous to Figures 6, 8 and 10 for this purpose, for example, the strip-shaped tissue membrane 16 is divided into short sections, so that the respective sections of the tissue membrane 16 in a twisted arrangement to the flame arrester 17 are positionable.
  • Such an arrangement can also be provided in the case of a single-row perforated grid according to FIG. 11a.
  • a reduction of the noise can also be effected by an at least slight offset of the perforation pattern of the tissue membrane 16 for perforating the flashback barrier 17 by a longitudinal displacement along the longitudinal axis of the strip-shaped strip burner or the longitudinal axis of the tissue membrane 16 and the flashback barrier 17.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur vollständigen und geräuschreduzierten Verbrennung eines Brennstoff-Luft-Gemischs, mit einem Brenner (11), der stromauf einer Brennerseite in einem Gehäuse (14) eine Zuführleitung (18) für das Brennstoff-Luft-Gemisch aufweist und stromab an einer Austrittsseite des Gehäuses (14) eine Gewebemembran (16) aufnimmt, und stromauf der Gewebemembran (16) eine Flammenrückschlagsperre (17) aufweist, wobei die Gewebemembran (16) Durchgangslöcher (32) aufweist, die in einer Lochrasterung zueinander angeordnet sind, welche in einer Erstreckungsebene der Gewebemembran (16) in zumindest einer X- oder einer Y-Richtung regelmäßige Abstände zueinander aufweisen, und wobei die Flammenrückschlagsperre (17) Durchgangsbohrungen (33) aufweist, die in einer Lochrasterung zueinander angeordnet sind, welche in einer Erstreckungsebene in zumindest einer X- oder in einer Y-Richtung regelmäßige Abstände zueinander aufweisen, wobei die Flammenrückschlagsperre (17) stromauf der Gewebemembran (16) mit Abstand positioniert und ein freier Durchströmungsraum (26) gebildet wird und zur Bildung einer Flammenmatrix (27) aus Einzelflammen (28) und Halteflammen (29) stromab der Gewebemembran (16) die Lochrasterung der Gewebemembran (16) und die Lochrasterung der Flammenrückschlagsperre (17) derart zueinander positioniert werden, dass die Lochrasterung der Gewebemembran (16) und die Lochrasterung der Flammenrückschlagsperre (17) durch eine Verdrehung und/oder Verschiebung der Flammenrückschlagsperre (17) und/oder der Gewebemembran (16) in eine fluchtende Position oder in eine verdrehte Anordnung zueinander übergeführt werden.

Description

Verfahren zur vollständigen und geräuschreduzierten
Verbrennung eines Brennstoff-Luft-Gemisches
sowie Brenner hierzu
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur vollständigen und geräuschreduzierten Verbrennung eines Brennstoff-Luft-Gemisches sowie einen Brenner mit einer Oberflächenverbrennung.
Aus der EP 0 628 146 B1 ist ein Verbrennungsverfahren mittels einer Gewebemembran bekannt, welche aus einer gesinterten porösen Membranfaserplatte besteht. Diese Gewebemembran weist ein regelmäßiges Lochmuster an Querlöchern auf, die eine Durchlassöffnung der Membran von 5 bis 35 % der gesamten Oberfläche der Membran einnehmen. Eine solche Membran wird an einer Austrittseite eines Gehäuses des Brenners angeordnet, wobei die trichterförmig ausgebildeten Querstanzlöcher mit deren Trichterseite auf einer Brennerseite angeordnet sind. Ebenfalls stromauf an der Brennerseite ist eine Gemischverteilungsebene mit Abstand zur Gewebemembran angeordnet, welche Durchgangsbohrungen aufweist. Das über eine Zuführleitung in das Gehäuse zugeführte Brennstoff-Luft-Gemisch durchströmt die Durchgangsbohrungen der Gemischverteilungsebene und strömt über die Querlöcher der Gewebemembran zur Austrittseite unter Bildung eines Flammenfeldes aus. Durch die regelmäßige Anordnung der Querlöcher in der Gewebemembran soll zwar der Vorteil eines gleichmäßigen Austritts des Brennstoff-Luft-Gemisches über der gesamten Gewebemembran bei nur geringem Druckabfall erzielt werden, jedoch ist die Gefahr des Auftretens von Resonanzen im Gasstrom gegeben, woraus unangenehme Pfeifgeräusche resultieren. Deshalb wird gemäß den Figuren 8 und 9 vorgeschlagen, zwischen der Gemischverteilungsebene und der Gewebemembran ein Drahtnetz einzubringen, um das Auftreten von diesen Pfeifgeräuschen zu reduzieren. Alternativ wird vorgeschlagen, anstelle eines Drahtnetzes eine akustische Schalldämpfschicht aus einer porösen Masse von Fasern, wie beispielsweise Mineralfasern, einzusetzen. Solche eingesetzten Schalldämpfschichten weisen jedoch den Nachteil auf, dass sich brennerseitig im Flammenfeld ein Flammenfuß nur bedingt oder gar nicht hält. Dies führt zu einer heißeren Flamme und somit zu einer schlechteren Emission.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verbrennung eines Brennstoff-Luft-Gemisches sowie einen Brenner vorzuschlagen, wodurch eine vollständige Brennung bei einer hohen Oberflächenbelastung und einer Geräuschreduktion sowie einer reduzierten Emission ermöglicht ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Flammenrückschlagsperre stromauf der Gewebemembran mit Abstand unter Bildung eines freien Durchgangsraumes oder Durchströmungsraumes für das Brennstoff-Luft-Gemisch positioniert. Zur Bildung einer Flammenmatrix aus Einzelflammen und einer Halteflamme an einer Austrittsseite der Gewebemembran werden die Lochrasterung der Gewebemembran und die Lochrasterung der Flammenrückschlagsperre derart zueinander positioniert, dass diese durch eine Verdrehung und/oder Verschieben der Flammenrückschlagsperre und/oder der Gewebemembran zueinander in eine fluchtende Position oder in eine verdrehte Anordnung zueinander übergeführt werden. Sofern die Lochrasterung der Flammenrückschlagsperre und die Lochrasterung der Gewebemembran bereits in einer fluchtenden Position angeordnet sind, versteht sich, dass die Verdrehung gleich 0° ist oder die Verschiebung einen Weg von null umfasst. Durch die fluchtende Anordnung von zumindest einem Teil der Durchgangsbohrungen der Flammenrückschlagsperre zu den Durchgangslöchern der Gewebemembran wird eine stabile und stehende Einzelflamme ausgebildet, wobei gleichzeitig dazwischen liegend eine Halteflamme ausgebildet wird. Dies ermöglicht eine gute Strömungskühlung der Gewebemembran und gleichzeitig eine Kühlung der Flammenwurzel der Einzelflammen. Dadurch kann eine erhöhte Oberflächenbelastung als dies bisher der Fall war, erzielt werden, das heißt, dass eine Leistungssteigerung gegenüber bisherigen Brennerleistungen von beispielsweise von 4 bis 6 MW/m² nunmehr von 16 bis 20 MW/m² erzielt werden kann. Eine solche Anordnung ermöglicht des Weiteren aufgrund des freien Durchgangsraumes zwischen der Gemischverteilungsebene und der Gewebemembran eine geräuschreduzierte Verbrennung. Durch die im Stand der Technik eingebrachte Schalldämmschicht wird zwar der Schall zwischen der Gemischverteilungsebene und der Schalldämpfungsschicht reduziert, jedoch aufgrund der diffusen Zuströmung des Brennstoff-Luft-Gemischs zur Gewebemembran und der daraus resultierenden Durchströmung durch die Gewebemembran wiederum Pfeifgeräusch generiert. Durch die fluchtende Anordnung der Lochrasterungen der Gewebemembran und der Flammenrückschlagsperre können an den Durchgangslöchern, denen die Durchgangsbohrungen fluchtend zugeordnet sind, stabile Einzelflammen ausgebildet werden, wodurch Resonanzen reduziert werden.
Alternativ können zur Geräuschreduzierung die Lochrasterung der Gewebemembran und die Lochrasterung der Flammenrückschlagsperre durch eine Verdrehung der Flammenrückschlagsperre oder der Gewebemembran oder beiden in einer verdrehten Anordnung zueinander positioniert werden. Die verdrehte Anordnung umfasst zumindest eine fluchtende Durchgangsbohrung der Flammenrückschlagsperre zu einem Durchgangsloch der Gewebemembran, wobei die weiteren Durchgangsbohrungen und Durchgangslöcher eine versetzte Position zueinander aufweisen. Durch die verdrehte Anordnung der Lochrasterungen kann zumindest ein sogenanntes Flammennest geschaffen werden, das heißt, dass die Einzelflammen innerhalb einer Flammenmatrix des Flammennestes nicht alle parallel zueinander ausgerichtet sind und sich rechtwinklig von der Oberfläche der Gewebemembran aus in einen Brennerraum erstrecken, sondern dass zumindest eine zentrale Hauptflamme als Einzelflamme senkrecht in den Brennerraum gerichtet ist und diese umgebend mehrere Einzelflammen vorgesehen sind, die sich unter einem Ablenkungswinkel zur Hauptflamme von dieser weg neigen. Mit zunehmendem Abstand nach außen erfolgt eine größere Neigung der Einzelflammen aufgrund einer größeren Störung des Strömungsweges, der durch einen vergrößerten Versatz zwischen der Durchgangsbohrung und dem der Durchgangsbohrung zugeordneten Durchgangsloch erzielt wird. Dadurch kann eine Verstimmung zur Reduzierung der auftretenden Resonanzen gegeben sein, wodurch die Geräuschreduzierung bei der Oberflächenverbrennung erzielt wird. Des Weiteren kann alternativ zu einer Verdrehung auch eine Verschiebung erfolgen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass ausgehend von einer fluchtenden Anordnung der Lochrasterung der Durchgangslöcher der Gewebemembran zur weiteren Geräuschreduzierung bei auftretenden Resonanzen die Lochrasterung der Gewebemembran und die Lochrasterung der Flammenrückschlagsperre zueinander zumindest geringfügig verdreht werden. Dadurch können ein oder mehrere Flammennester in Abhängigkeit der Verdrehung beziehungsweise des Drehwinkels ausgebildet werden. Solche Flammennester weisen eine zentrale Hauptflamme und mit zunehmendem Abstand in radialer Richtung nach außen dazu abgeschwächte und in der Richtung nach außen geneigte Hauptflammen auf, die an den aneinander grenzenden Bereichen der Flammennester Störungsbereiche bilden. Dadurch kann eine weitere Geräuschreduzierung und Verringerung von Resonanzen in der Gewebemembran durch eine Verstimmung beziehungsweise Beeinflussung der Resonanzfrequenz der Flammenmatrix oder der Gewebemembran erzielt werden. Diese Verdrehung kann auch ausgehend von der verdrehten Anordnung in eine fluchtende Anordnung erfolgen.
Bevorzugt ist eine Längsmittelachse der Gewebemembran an eine Längsmittelachse der Rückschlagsperre derart deckungsgleich ausgerichtet, dass die Lochrasterung der Flammenrückschlagsperre und die Lochrasterung der Gewebemembran miteinander fluchten und die Verdrehung der Gewebemembran oder der Flammenrückschlagsperre oder von beiden um deren Längsmittelachse erfolgt. Dadurch kann eine kontrollierte Verdrehung zur gezielten Bildung von zumindest einem Flammennest erzielt werden.
Zur Geräuschreduzierung wird durch eine zunehmende Verdrehung der Gewebemembran zur Flammenrückschlagsperre zueinander die Anzahl der Flammennester vergrößert und eine Fläche des jeweiligen Flammennestes verkleinert. Dadurch können die in der Gewebemembran entstehenden Austrittsgeräusche weiter reduziert werden, wobei die Flammenmatrix annähernd aufrecht erhalten bleibt.
Zur vollständigen und geräuschreduzierten Verbrennung werden bevorzugt die Gewebemembran und die Flammenrückschlagsperre zueinander mit einem Verdrehwinkel von weniger als 15°, insbesondere weniger als 10°, eingestellt. Solche geringe Verdrehungen zueinander genügen, um eine Geräuschreduzierung zu erzielen.
Bei einer Verdrehung der deckungsgleich angeordneten Lochrasterung der Gewebemembran und der Flammenrückschlagsperre mit einem Verdrehwinkel von 1° zueinander, insbesondere bei einer Fläche der Lochrasterung in der Gewebemembran von 200 x 200 mm mit einem Lochabstand von 4 bis 10 mm, wird ein einzelnes Flammennest gebildet. Dadurch kann eine erste Änderung einer Resonanzfrequenz der Gewebemembran erzielt werden.
Bei einer weiteren Verdrehung der Gewebemembran zur Flammenrückschlagsperre um einen Verdrehwinkel von beispielsweise 4° können insbesondere bei dieser vorbeschriebenen Lochrasterung der Gewebemembran und der Flammenrückschlagsperre sieben ganze und vier halbe Flammennester gebildet werden. Dadurch wird offensichtlich, dass eine weitere Änderung der Resonanzfrequenz des Brenners erzielt wird.
Ein weiterer Parameter zur Verbesserung der Geräuschreduktion wird durch die Einstellung oder die Vorbestimmung des Abstandes zwischen der Gewebemembran und der Flammenrückschlagsperre erzielt, welche vorzugsweise in einem Abstand zwischen 1 und 10 mm, insbesondere 5 bis 7 mm, angeordnet werden. Dieser Abstand ist bevorzugt variabel einstellbar und kann in Abhängigkeit der Zuführung des Brennstoff-Luft-Gemisches als auch der Auswahl des Brennstoff- Luft-Gemisches sowie in Abhängigkeit der Anzahl und/oder Größe der Durchgangslöcher beziehungsweise Durchgangsbohrung in der Gewebemembran und/oder der Flammenrückschlagsperre ausgewählt werden.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird des Weiteren durch einen Brenner mit einer Oberflächenverbrennung gelöst, bei welchem die Lochrasterung der Gewebemembran und die Lochrasterung der Flammenrückschlagsperre fluchtend zueinander ausgerichtet angeordnet sind, wobei zwischen der Flammenrückschlagsperre und der Gewebemembran ein freier Durchgangsraum vorgesehen ist. Nach dem Hindurchströmen des Brennstoff-Luft-Gemisches durch die Flammenrückschlagsperre können sich Freistrahle des Brennstoff-Luft-Gemisches bilden, die zur Gewebemembran gelangen und über die Durchgangslöcher in der Gewebemembran austreten und eine Einzelflamme bilden. Durch die Porosität der Gewebemembran bildet sich zwischen den einzelnen Einzelflammen eine Halteflamme. Eine solche aus der Halteflamme mit gegenüber der Halteflamme hervortretenden Hauptflammen oder Einzelflammen gebildete Flammenmatrix weist den Vorteil auf, dass eine Kühlung der Einzelflamme an der Wurzel beziehungsweise an der Oberfläche der Gewebemembran erzielt wird, wodurch wiederum eine wesentlich höhere Oberflächenbelastung einhergeht. Dadurch wird die Verbrennung verbessert und die CO- und NOx-Emission reduziert. Gleichzeitig kann durch den einen Durchströmungsraum eine beruhigte Zuführung des Brennstoff-Luft-Gemisches zwischen der Flammenrückschlagsperre und der Gewebemembran erfolgen, wodurch auch eine Geräuschreduzierung erzielbar ist.
Alternativ kann zur fluchtenden Anordnung der Lochrasterungen der Durchgangsbohrung der Flammenrückschlagsperre und der Lochrasterung der Durchgangslöcher der Gewebemembran zur Geräuschreduzierung eine verdrehte Anordnung der Gewebemembran und/oder der Flammenrückschlagsperre innerhalb deren Erstreckungsebene im Gehäuse des Brenners um einen Verdrehwinkel vorgesehen sein. Unter der verdrehten Anordnung wird beispielsweise eine geringe Verdrehung der Gewebemembran zur Flammenrückschlagsperre oder umgekehrt verstanden, so dass zumindest die fluchtende Anordnung der Lochrasterungen wenigstens geringfügig verlassen ist. In Abhängigkeit der Ausführungsform des Brenners kann auch durch eine solche Positionierung eine Geräuschreduzierung erzielt werden, wobei die vorbeschriebenen Vorteile der wesentlich höheren Oberflächenbelastung beibehalten bleiben.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Brenners sieht vor, dass der Lochabstand der Durchgangslöcher der Flammenrückschlagsperre halb so groß ist wie der Lochabstand der Durchgangsbohrungen der Gewebemembran. Dies hat zur Folge, dass bei der deckungsgleichen Anordnung der Lochrasterung der Flammenrückschlagsperre und der Lochrasterung der Gewebemembran jede zweite Durchgangsbohrung der Flammenrückschlagsperre mit den Durchgangslöchern der Gewebemembran fluchtet und die dazwischen liegenden Durchgangsbohrungen der Flammenrückschlagsperre Freistrahle ausbilden, die an der Rückseite der Gewebemembran, also stromauf der Brennerseite, auftreffen, wodurch die Gewebemembran gekühlt und die Halteflamme unterstützt wird. Dadurch kann eine geordnete, hoch belastbare Flammenmatrix erzielt werden. Gleichzeitig geht dadurch eine Geräuschreduzierung einher.
Der Lochdurchmesser der Durchgangslöcher in der Gewebemembran und der Lochdurchmesser der Durchgangsbohrungen in der Flammenrückschlagsperre sind bevorzugt gleich groß oder liegen in einem Bereich von +/- 20 % zueinander. Dadurch kann ein besonders gutes Durchtrittsverhalten des Brennstoff-Luft-Gemisches von der Flammenrückschlagsperre durch die Gewebemembran zur Bildung von großen Einzelflammen ermöglicht sein. Besonders bevorzugt sind die Lochdurchmesser der Flammenrückschlagsperre größer als die der Gewebemembran.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Matrix der Durchgangsbohrung in der Flammenrückschlagsperre und/oder die Matrix der Durchgangslöcher der Gewebemembran als zweidimensionale Bravais-Gitter ausgebildet. Diese zweidimensionalen Bravais-Gitter können als schiefwinkliges Gitter sowie als quadratisches, rechteckiges, hexagonales sowie zentriert rechteckiges Gitter ausgebildet sein, wobei Letzteres als einziges nicht primitiv ist.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des Brenners sieht vor, dass die Durchgangslöcher der Gewebemembran einen Lochabstand von 2 bis 10 mm und einen Lochdurchmesser des Durchgangsloches von 1 bis 3 mm aufweisen und die Durchgangsbohrungen der Flammenrückschlagsperre einen Lochabstand von 1,5 bis 5 mm sowie einen Lochdurchmesser von 0,8 bis 3,6 mm aufweisen. Diese Lochrasterungen ermöglichen eine besonders hohe Oberflächenbelastung bei einer hohen Geräuschreduzierung.
Der Brenner kann zwischen der Gewebemembran und der Flammenrückschlagsperre eine Verdrehvorrichtung aufweisen oder die Gewebemembran und/oder die Rückschlagsperre sind durch eine Verdrehvorrichtung aufgenommen, wodurch ein Verdrehwinkel der Lochrasterung der Gewebemembran und der Flammenrückschlagsperre einstellbar ist. Dies ermöglicht eine einfache Einstellung des Brenners vor Ort, so dass in Abhängigkeit von weiteren Parametern eine Optimierung in der Geräuschreduzierung erzielbar ist. Die Verdrehvorrichtung ist dabei derart ausgebildet, dass die Gewebemembran und die Flammenrückschlagsperre bezüglich deren Längsmittelachsen deckungsgleich angeordnet sind und die Gewebemembran und/oder die Flammenrückschlagsperre um deren jeweilige Längsmittelachse verdrehbar sind. Dadurch kann eine gezielte Verstimmung der Resonanzfrequenzen und die Bildung von Flammennestern erzielt werden. Solche Verdrehvorrichtungen können bevorzugt bei Flachbrennern mit einer runden, quadratischen, rechteckigen oder mehreckförmigen Gewebemembran und/oder Flammenrückschlagsperre vorgesehen sein.
Alternativ kann bei einem Flachbrenner mit einer quadratischen, rechteckigen oder mehreckigen Grundfläche der Gewebemembran oder der Flammenrückschlagsperre vorgesehen sein, dass eine verdrehte Anordnung der Gewebemembran oder Flammenrückschlagsperre oder beiden zueinander durch deren Randbeschnitt außerhalb der Lochrasterung erfolgt, so dass dadurch eine verdrehte Anordnung der Gewebemembran zur Flammenrückschlagsperre gegeben ist. Ein solcher Randbeschnitt kann ebenfalls vor Ort vorgenommen werden, um die weiteren Parameter der Brennerausgestaltung und/oder des Brennerluftgemisches bei der Geräuschreduzierung zu berücksichtigen.
Alternativ können bei einem Flachbrenner mit einer runden Grundfläche der Gewebemembran und/oder Flammenrückschlagsperre die Gewebemembran und/oder die Flammenrückschlagsperre oder beide zueinander verdreht im Gehäuse des Brenners befestigbar sein. Dies stellt ausgehend von einer zunächst fluchtenden Anordnung der Lochrasterungen eine einfache Einstellung dar.
Eine weitere alternative Ausgestaltung des Brenners sieht vor, dass bei einem Leistenbrenner mit einer streifenförmigen Gewebemembran und einer streifenförmigen Flammenrückschlagsperre durch eine eindimensionale Verschiebung der Lochrasterung entlang der Längsachse des Gehäuseleistenbrenners eine Geräuschreduzierung einstellbar ist. Durch eine solche Verschiebung, die auch zweidimensional sein kann, wird in Analogie eine Geräuschreduzierung zur verdrehten Anordnung ermöglicht.
Die fluchtende oder verdrehte Anordnung der Lochrasterung der Gewebemembran und der Flammenrückschlagsperre zueinander kann sowohl bei Flachbrennern, Zylinderbrennern als auch Leistenbrennern vorgesehen sein.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung durch einen Brennerkopf mit einem dazugehörigen Brennergebläse eines Brenners,
Figur 2 eine schematische Draufsicht auf eine Gewebemembran des Brenners gemäß Figur 1,
Figur 3 eine schematisch vergrößerte Seitenansicht einer Gewebemembran und dieser zugeordneten Flammenrückschlagsperre ,
Figur 4 eine schematische Ansicht von oben auf Figur 3 mit einer Matrix von zueinander angeordneten Durchgangslöchern der Gewebemembran zu Durchgangsbohrungen der Flammenrückschlagsperre,
Figur 5 eine schematische Ansicht von oben auf Figur 3 von einer alternativen Ausführungsform zu Figur 4,
Figur 6 eine schematische Ansicht auf eine Gewebemembran zumindest mit einer verdreht dazu angeordneten Flammenrückschlagsperre,
Figur 7 eine schematische Seitenansicht zu Figur 6,
Figur 8 eine alternative Anordnung der Gewebemembran zur Flammenrückschlagsperre gemäß Figur 6,
Figur 9 eine schematische Seitenansicht der Figur 8,
Figur 10 eine weitere Ansicht von oben auf eine verdrehte Anordnung der Gewebemembran zur Flammenrückschlagsperre und
Figuren 11a und b schematische Ansichten einer streifenförmigen Gewebemembran zur Flammenrückschlagsperre.
In Figur 1 ist schematisch ein Brenner 11 mit einem Brennerkopf 12 dargestellt. Dieser umfasst ein Gehäuse 14, welches auf dessen Austrittsseite eine Gewebemembran 16 aufnimmt. In dem Gehäuse 14 ist mit Abstand zur Gewebemembran 16 eine Flammenrückschlagsperre 17 angeordnet. Über eine Zuführleitung 18, welche in das Gehäuse 14 mündet, wird dem Brennerkopf 12 ein Brennstoff-Luft-Gemisch über eine Brennstoffleitung 21 zugeführt. Diese führt über ein Magnetventil 22 eine bestimmte Menge an Brennstoff einem Gebläse 25 mit einem Ventilatorrad 24 zu. Gleichzeitig erfolgt über eine Luftzuführleitung 23 die Zuführung von Luft. Das durch das Gebläse 19 erzeugte Brennstoff-Luft-Gemisch wird über die Zuführleitung 18 dem Brennerkopf 12 zugeführt, so dass dieses durch die Flammenrückschlagsperre 17 und einem zwischen der Flammenrückschlagsperre 17 und der Gewebemembran 16 gebildeten Durchströmungsraum 26 hindurch strömt und nach dem Austreten aus der Gewebemembran 16 eine Flammenmatrix 27 brennerseitig bildet. Diese Flammenmatrix 27 umfasst Einzelflammen 28 sowie dazwischen angeordnete Halteflammen 29, wobei die Einzelflammen 28 gegenüber der Halteflamme 29 hervortreten. Die Flammenmatrix 27 weist beispielsweise in einen Feuerraum eines Kessels. Hierbei kann der Brenner gemäß EN 676 „Gasgebläsebrenner“ an Gasgeräten betrieben werden, ebenso ist ein Betrieb gemäß EN 746-2 an Thermoprozessanlagen möglich im Bereich Industrie und Gewerbe.
In Figur 2 ist eine schematische Ansicht auf die Gewebemembran 16 des Brennerkopfs 12 gemäß Figur 1 dargestellt. Diese Gewebemembran 16 weist am Rand Löcher 31 auf, die als Befestigungslöcher am Brennerkopf 12 beziehungsweise Gehäuse 14 dienen. Die Gewebemembran 16 weist darüber hinaus eine Vielzahl von Durchgangslöchern 32 auf, die eine Lochrasterung umfassen und ein Durchströmen des Brennstoff-Luft-Gemisches ermöglichen. Der Aufbau einer solchen Membran geht aus der DE 10 2010 051 415.2 hervor, auf welche vollumfänglich Bezug genommen wird und Gegenstand dieser Anmeldung ist. Dieses Brennergewebe beziehungsweise diese Gewebemembran 16 ermöglichen ein Verbrennungsverfahren, welches in der DE 10 2010 051 414.4 beschrieben ist, auf welches ebenfalls vollumfänglich Bezug genommen wird und Gegenstand dieser Anmeldung ist.
Die Gewebemembran 16 umfasst eine Lochrasterung, bei welcher die einzelnen Durchgangslöcher auf einer Fläche von beispielsweise 200 x 200 mm mit beispielsweise einem Lochabstand zwischen 4 bis 10 mm zueinander beabstandet sind. Die Lochdurchmesser der Durchgangslöcher 32 betragen beispielsweise 0,5 bis 3 mm. In Figur 3 ist eine schematisch vergrößerte Ansicht der Gewebemembran 16 und der dieser zugeordneten Flammenrückschlagsperre 17 im Brennerkopf 12 gemäß Figur 1 dargestellt. Figur 4 zeigt eine Draufsicht auf Figur 3.
Die Flammenrückschlagsperre 17 umfasst eine Lochrasterung mit Durchgangsbohrungen 33, welche bevorzugt den halben Abstand der Durchgangslöcher der Gewebemembran 16 aufweisen, so dass diese einen Abstand von 1,5 bis 5 mm umfassen. Bevorzugt ist derselbe Lochdurchmesser der Durchgangsbohrung 39 wie bei den Durchgangslöchern 32 vorgesehen oder mit einer Abweichung in einem Bereich von +/- 20 %.
Gemäß der dargestellten Ausführungsform sind die Lochrasterungen der Gewebemembran 16 und der Flammenrückschlagsperre 17 fluchtend zueinander angeordnet, das heißt, dass eine maximale Deckung der Durchgangslöcher 32 und Durchgangsbohrung 33 gegeben ist. Dies hat zur Folge, dass jede zweite Durchgangsbohrung 33 entlang den Linien L1, L2, L3 usw. sowie jede zweite Durchgangsbohrung 33 entlang der Zeilen Z1, Z2, Z3 usw. einen geradlinigen Durchgang zwischen der Durchgangsbohrung 33 und dem Durchgangsloch 32 bilden. Dadurch wird beispielsweise ein rechtwinklig-zentriertes, zweidimensionales Bravais-Gitter gebildet. Die dazwischen liegende Durchgangsbohrung 33 – also jede zweite Durchgangsbohrung 33 - wird von einem Flächenabschnitt der Gewebemembran 16 überdeckt. Dadurch wird ein die Gewebemembran 16 anblasender Freistrahl 35 für die Halteflamme 29 gebildet. Benachbart dazu ist ein die Einzelflamme 28 bildender durchgehender Freistrahl 34 gebildet. Dadurch wird eine Flammenmatrix 27, wie in Figur 3 schematisch dargestellt ist, ausgebildet, wobei durch die fluchtend angeordneten Durchgangsbohrungen 33 und Durchgangslöcher 32 wegen der durchgehenden Freistrahlen 34 die Einzelflamme 28 gebildet und durch die verdeckten Durchgangsbohrungen 33 wegen der anblasenden Freistrahlen 35 die Halteflamme 29 unterstützt wird. Dies wird insbesondere durch die Porosität der Gewebemembran 16 erzielt und bewirkt eine Kühlung der Flammenwurzel der Einzelflamme 28 sowie eine Kühlung der Brenneroberfläche der Gewebemembran 16. Dadurch wird eine hohe Oberflächenbelastung ermöglicht. Gleichzeitig kann durch diese geordnete Flammenmatrix 27 eine Geräuschreduzierung und Reduzierung der CO- und NOx-Emission erzielt werden.
Ein weiterer Parameter zur Einstellung dieser Flammenmatrix 27 kann der Abstand zwischen der Gewebemembran 16 und der Flammenrückschlagsperre 17 sein. Bevorzugt ist ein Abstand bei der vorbeschriebenen Lochrasterung von 2 bis 10 mm, insbesondere 5 bis 7 mm, gegeben.
Zwischen der Gewebemembran 16 und der Flammenrückschlagsperre 17 ist der freie Durchströmungsraum 26 ausgebildet, das heißt, dass keine weiteren Materialien oder die Strömung behindernde Gegenstände oder Objekte daran vorgesehen sind, so dass die durch die Durchgangsbohrung 33 der Flammenrückschlagsperre 17 gebildeten Strömungen ungestört auf das Gewebematerial 16 auftreffen oder durch die fluchtenden Durchgangslöcher 23 hindurch treten können.
Alternativ können die Lochrasterung der Gewebemembran 16 und die Lochrasterung der Flammenrückschlagsperre 17 identisch ausgebildet sein. In diesem Fall sind bei einer fluchtenden Anordnung die Durchgangslöcher 32 und Durchgangsbohrungen 33 fluchtend zueinander angeordnet.
In Figur 5 ist eine alternative Ausführungsform einer Matrix von den Durchgangslöchern 32 der Gewebemembran 16 und den Durchgangsbohrungen 33 der Flammenrückschlagsperre 17 dargestellt. Diese Matrix ist als zweidimensionales hexagonales Bravais-Gitter ausgebildet. In jede benachbarte Richtung ist jedes zweites Durchgangsloch 32 der Gewebemembran 36 deckungsgleich mit der Durchgangsbohrung 32 der Flammenrückschlagsperre 17. Bei dieser Anordnung ist der Abstand der Zeilen Z1, Z2, Z3 im Verhältnis zu den Linien L1, L2, L3 doppelt so groß. Im Übrigen gelten die vorgenannten Alternativen zu Figur 4.
In Figur 6 ist eine Anordnung der Gewebemembran 16 und der Flammenrückschlagsperre 17 gezeigt, sofern eine weitergehende Geräuschreduzierung erforderlich wird. Dafür ist vorgesehen, dass eine Verdrehung der Lochrasterung der Gewebemembran 16 und der Lochrasterung der Flammenrückschlagsperre 17 aus der fluchtenden Ausrichtung oder eine verdrehte Positionierung zueinander erfolgt. Diese verdrehte Anordnung oder Positionierung ist dahingehend zu verstehen, dass die Flammenrückschlagsperre 17 und die Gewebemembran 16 zunächst den gleichen Abstand beibehalten und auch parallel ausgerichtet bleiben. Die Verdrehung erfolgt um eine senkrecht zur Erstreckungsebene der Gewebemembran oder der Flammenrückschlagsperre ausgerichtete Achse, insbesondere Längsmittelachse, oder dadurch, dass eine Verschiebung in X- und/oder Y-Richtung der Erstreckungsebene der Gewebemembran 16 und/oder der Flammenrückschlagsperre 17 erfolgt.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6 ist die Gewebemembran 16 um deren Längsmittelachse 38, welche deckungsgleich mit der Längsmittelachse 39 der Flammenrückschlagsperre 17 ist, um beispielsweise 1° verdreht worden. Durch die Verdrehung der Lochrasterungen zueinander ergibt sich das dargestellte Lochbild in der Draufsicht, wobei die oben liegende Membran 16 zur Verdeutlichung des Effektes transparent dargestellt ist. Im Zentrum nahe der Längsmittelachsen 36, 37 ist eine fluchtende Anordnung der Durchgangsbohrungen 33 zu den Durchgangslöchern 32 gegeben, jedoch wird bei einem weiteren radial nach außen Wandern der Versatz zwischen den Durchgangsbohrungen 33 zu den Durchgangslöchern 32 größer. Eine solche dargestellte Anordnung der Durchgangsbohrungen 33 zu den Durchgangslöchern 32 wird als Flammennest 40 bezeichnet, bei dem im Kern zumindest eine miteinander fluchtende Durchgangsbohrung 33 und Durchgangsloch 32 sowie nach außen hin versetzt zueinander angeordnete Durchgangsbohrungen 33 und Durchgangslöcher 32 vorgesehen sind. Daraus resultiert eine Flammenmatrix 27 gemäß Figur 7.
Durch die in der Längsmittelachse 38, 39 angeordneten Durchgangslöcher 32, 33 ist die Freistrahlwirkung als Brennstoff-Luft-Gemisch ungestört, so dass ein Freistrahlvektor 41 ungehindert in Austrittsrichtung austreten kann und dem resultierenden Vektor 43 entspricht. Beim benachbarten radialen, nach außen versetzten Lochpaar der Durchgangsbohrung 33 zum Durchgangsloch 32 tritt aufgrund des Versatzes der Durchgangsbohrung 33 zum Durchgangsloch 32 ein Störvektor 42 auf, welcher den Freistrahlvektor 41 überlagert, so dass ein resultierender Vektor 43 entsteht und die Einzelflamme 28 gegenüber der Längsmittelachse 38, 39 in einem Winkel α1 geneigt ist. Durch einen zunehmenden Versatz zwischen den Durchgangsbohrungen 33 und Durchgangslöchern 32 wird der Störvektor 42 größer, so dass der resultierende Vektor 43 in einem größeren Winkel α1, α2, α3 zur Längsmittelachse 38, 39 ausgerichtet wird und gleichzeitig auch der Freistrahlvektor 41 reduziert ist. Somit ergibt sich ein Flammenbild 45 gemäß Figur 7 für das Flammennest 40 gemäß Figur 6. Aufgrund der verschiedenen Austrittsgeschwindigkeiten des Brennstoff-Luft-Gemisches gemäß den resultierenden Vektoren 43 werden unterschiedliche Austrittsfrequenzen erzeugt, die wiederum eine Verstimmung ermöglichen, so dass eine weitere Geräuschreduzierung bei hoher Oberflächenbelastung gegeben ist. Dadurch werden bei einer Vielzahl von Durchgangslöchern 32 mit gleichen oder sehr ähnlichen Austrittsgeräuschen gleiche oder ähnliche Frequenzen und resultierende Interferenzen reduziert.
Eine weitere Geräuschreduzierung kann dadurch erzielt werden, indem die Gewebemembran 16 zur Flammenrückschlagsperre 17 weiter verdreht wird, beispielsweise 4°, wie dies in Figur 8 dargestellt ist. Bei einer Draufsicht auf die Gewebemembran 16 und die Flammenrückschlagsperre 17 wird ersichtlich, dass sich bei diesem Verdrehwinkel von 4° sieben Flammennester 40 und in den Eckbereichen vier halbe Flammennester gebildet haben.
In Figur 9 ist eine Seitenansicht zu Figur 8 dargestellt. Neben der Verstimmung durch die unterschiedlichen Austrittsgeschwindigkeiten der Einzelflammen 28 innerhalb eines Flammennestes 40 wird bei dieser Ausführungsform gemäß den Figuren 8 und 9 des Weiteren eine Störung in den angrenzenden Bereichen der Flammennester 40 erzielt, die wiederum zu einer weiteren Verstimmung und somit durch Frequenzänderung der Austrittsgeräusche zu einer Resonanzreduzierung führen.
Bei einer weiteren Verdrehung der Gewebemembran 16 und der Flammenrückschlagsperre 17 zueinander, um beispielsweise 8°, ergibt sich die Ansicht gemäß Figur 10, woraus ersichtlich ist, dass wenigstens eine Verdopplung oder eine Verdreifachung der Flammennester 40 gegenüber Figur 8 erzielt wurde.
Bei den vorbeschriebenen Ausführungsformen gemäß den Figuren 6 bis 10 kann die Gewebemembran 16 gegenüber der Rückschlagsperre 17 oder die Rückschlagsperre 17 gegenüber der Gewebemembran 16 oder beide im Verhältnis relativ zueinander verdreht werden.
In Figur 11a ist eine schematische Ansicht auf eine streifenförmige Gewebemembran und in Figur 11b eine Seitenansicht auf die streifenförmige Gewebemembran gemäß Figur 11a und eine entsprechende Flammenrückschlagsperre dargestellt. Solche Gewebemembrane 16 und Flammenrückschlagsperren 17 sind beispielsweise bei einem Leistenbrenner eingesetzt, dessen Länge ein Vielfaches der Breite umfasst. Bei solchen Leistenbrennern wird eine nur einreihige Lochrasterung der Durchgangslöcher 32 und dementsprechende Durchgangsbohrungen 33 vorgesehen. Ein solcher Fall ist dargestellt. Bei einer fluchtenden Anordnung der Lochrasterungen in Analogie zu den Figuren 3 und 4 ergibt sich eine Anordnung gemäß Figur 11b, die beispielsweise der Zeile Z1 in Figur 4 entspricht, so dass darauf Bezug genommen wird. Sofern eine zwei- oder dreireihige Lochrasterung bei Gewebemembranen 16 und Flammenrückschlagsperren 17 vorgesehen ist, kann auf eine Anordnung gemäß den Zeilen Z1, Z2 und Z3 in Figur 4 Bezug genommen werden.
Bei einer solchen zwei- oder dreireihigen Lochrasterung kann zur Geräuschreduzierung eine verdrehte Anordnung in Analogie zu den Figuren 6, 8 und 10 vorgesehen sein, wobei hierfür die beispielsweise streifenförmige Gewebemembran 16 in kurze Abschnitte unterteilt ist, so dass die jeweiligen Abschnitte der Gewebemembran 16 in einer verdrehten Anordnung zu der Flammenrückschlagsperre 17 positionierbar sind.
[Berichtigt gemäß Regel 91 06.06.2013]
Eine solche Anordnung kann auch bei einer einreihigen Lochrasterung gemäß Figur 11a vorgesehen sein. Alternativ kann eine Reduzierung der Geräusche auch durch einen zumindest geringfügigen Versatz der Lochrasterung der Gewebemembran 16 zur Lochrasterung der Flammenrückschlagsperre 17 durch eine Längsverschiebung entlang der Längsachse des streifenförmigen Leistenbrenners beziehungsweise der Längsachse der Gewebemembran 16 und der Flammenrückschlagsperre 17 erfolgen. Dadurch kann mittels der Verschiebung in einer Raumrichtung dieselbe Wirkung wie durch eine Verdrehung erfolgen, so dass unter der Verdrehung sowohl eine eindimensionale Verschiebung als auch eine zweidimensionale Verschiebung oder eine Rotation um eine Längsachse der Gewebemembran 16 und/oder Flammenrückschlagsperre 17 zu verstehen ist.

Claims (16)

  1. Verfahren zur vollständigen und geräuschreduzierten Verbrennung eines Brennstoff-Luft-Gemischs, mit einem Brenner (11), der stromauf einer Brennerseite in einem Gehäuse (14) eine Zuführleitung (18) für das Brennstoff-Luft-Gemisch aufweist und stromab an einer Austrittsseite des Gehäuses (14) eine Gewebemembran (16) aufnimmt, und stromauf der Gewebemembran (16) eine Flammenrückschlagsperre (17) aufweist, wobei die Gewebemembran (16) Durchgangslöcher (32) aufweist, die in einer Lochrasterung zueinander angeordnet sind, welche in einer Erstreckungsebene der Gewebemembran (16) in zumindest einer X- oder einer Y-Richtung regelmäßige Abstände zueinander aufweisen, und wobei die Flammenrückschlagsperre (17) Durchgangsbohrungen (33) aufweist, die in einer Lochrasterung zueinander angeordnet sind, welche in einer Erstreckungsebene in zumindest einer X- oder in einer Y-Richtung regelmäßige Abstände zueinander aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Flammenrückschlagsperre (17) stromauf der Gewebemembran (16) mit Abstand positioniert und ein freier Durchströmungsraum (26) gebildet wird und dass zur Bildung einer Flammenmatrix (27) aus Einzelflammen (28) und Halteflammen (29) stromab der Gewebemembran (16) die Lochrasterung der Gewebemembran (16) und die Lochrasterung der Flammenrückschlagsperre (17) derart zueinander positioniert werden, dass die Lochrasterung der Gewebemembran (16) und die Lochrasterung der Flammenrückschlagsperre (17) durch eine Verdrehung und/oder Verschiebung der Flammenrückschlagsperre (17) und/oder der Gewebemembran (16) in eine fluchtende Position oder in eine verdrehte Anordnung zueinander übergeführt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lochrasterung der Gewebemembran (16) und die Lochrasterung der Flammenrückschlagsperre (17) aus einer fluchtenden Position in eine verdrehte Anordnung der Lochrasterung der Gewebemembran (16) und der Lochrasterung der Flammenrückschlagsperre (17) oder umgekehrt übergeführt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Längsmittelachse (38) der Gewebemembran (16) und eine Längsmittelachse (39) der Flammenrückschlagsperre (17) deckungsgleich angeordnet werden und dass die Gewebemembran (16) oder die Flammenrückschlagsperre oder beide um die Längsmittelachse (38, 39) zur Bildung von zumindest einem Flammennest (40) verdreht werden.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit zunehmender Verdrehung der Gewebemembran (16) zur Flammenrückschlagsperre (17) die Anzahl der Flammennester (40) vergrößert und um eine Fläche des jeweiligen Flammennestes (40) verkleinert wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewebemembran (16) zur Flammenrückschlagsperre (17) mit einem Verdrehwinkel von weniger als 15°, insbesondere weniger als 10°, verdreht wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Verdrehung der Gewebemembran (16) zur Flammenrückschlagsperre ausgehend von der deckungsgleichen Anordnung der Lochrasterung der Gewebemembran (16) und Flammenrückschlagsperre (17) mit einem Verdrehwinkel von 1°, insbesondere bei einer Lochrasterung auf einer Fläche von 200 x 200 mm, ein einzelnes Flammennest (40) ausgebildet ist und vorzugsweise bei einer Verdrehung mit einem Verdrehwinkel um 4° sieben ganze und vier halbe Flammennester (40) ausgebildet werden.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand zwischen der Gewebemembran (16) und der Flammenrückschlagsperre (17) zwischen 1 und 10 mm, insbesondere 3 bis 7 mm, ausgewählt wird.
  8. Brenner mit einer Oberflächenverbrennung, der einen Brennerkopf (12) mit einem Gehäuse (14) umfasst, welches stromauf einer Brennerseite eine Zuführleitung (18) zu einem Brennstoff-Luft-Gemisch und stromab an einer Austrittsseite des Gehäuses (14) eine Gewebemembran (16) aufweist, welche porös ausgebildet und für das Brenner-Luft-Gemisch durchlässig ist und zusätzlich Durchgangslöcher (32) aufweist, die sich von der Zuführseite zur Brennerseite erstrecken, wobei die Durchgangslöcher (32) in einer Lochrasterung angeordnet sind, welche in einer Erstreckungsebene in zumindest einer X- und in einer Y-Richtung regelmäßig beab­standet zueinander angeordnet sind, mit einer Flammenrückschlagsperre (17), die im Gehäuse (14) stromauf der Gewebemembran (16) angeordnet ist, welche Durchgangsbohrungen (33) aufweist, wobei die Durchgangsbohrungen (33) in einer Lochrasterung angeordnet sind, welche in einer Erstreckungsebene in zumindest einer X- oder in einer Y-Richtung regelmäßige Abstände zueinander aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Flammenrückschlagsperre (17) mit deren Durchgangsbohrungen (33) und die Gewebemembran (16) mit deren Durchgangslöcher (32) fluchtend oder innerhalb deren Erstreckungsebene verdreht zueinander ausgerichtet sind und dass zwischen der Gewebemembran (16) und der Flammenrückschlagsperre (17) ein freier Durchströmungsraum (26) für das Brennstoff-Luft-Gemisch vorgesehen ist.
  9. Brenner nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Lochabstand der Durchgangsbohrungen (33) der Flammenrückschlagsperre (17) halb so groß ist wie der Lochabstand der Durchgangslöcher (32) der Gewebemembran (16).
  10. Brenner nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Lochdurchmesser der Durchgangslöcher (32) der Gewebemembran (16) dem Lochdurchmesser der Durchgangsbohrungen (33) der Flammenrückschlagsperre (17) entspricht oder in einem Bereich von +/- 20 % voneinander abweicht.
  11. Brenner nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Matrix der Durchgangsbohrungen (33) der Flammenrückschlagsperre (12) und der Durchgangslöcher (32) der Gewebemembran (16) nach einem zweidimensionalen Bravais-Gitter ausgebildet ist.
  12. Brenner nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangslöcher (32) der Gewebemembran (16) einen Lochabstand von 2 bis 10 mm und einen Lochdurchmesser von 1,5 bis 3 mm und die Durchgangsbohrungen (33) der Flammenrückschlagsperre (17) einen Lochabstand von 1,5 bis 5 mm und einen Lochdurchmesser von 0,8 bis 3,6 mm aufweisen.
  13. Brenner nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Gewebemembran (16) und der Flammenrückschlagsperre (17) eine Verdrehvorrichtung vorgesehen ist oder die Gewebemembran (16) und/oder die Flammenrückschlagsperre (17) durch eine Verdrehvorrichtung aufgenommen sind, durch welche ein Verdrehwinkel der Lochrasterung der Gewebemembran (16) zur Lochrasterung der Flammenrückschlagsperre (17) einstellbar ist.
  14. Brenner nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Flachbrenner mit einer quadratischen, rechteckigen oder mehreckigen Gewebemembran (16) eine verdrehte Anordnung der Gewebemembran (16) oder der Flammenrückschlagsperre (17) oder beiden zueinander durch deren Randbeschnitt außerhalb der Lochrasterung vorgesehen ist, durch welchen die Lochrasterung um die vorgegebene Gradzahl verdreht zum Gehäuse (14) positionierbar ist.
  15. Brenner nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Flachbrenner mit einer runden Gewebemembran (16) oder runden Flammenrückschlagsperre (17) oder beidem durch eine zueinander verdrehte Ausrichtung eine Verdrehung der Lochrasterungen zueinander einstellbar ist.
  16. Brenner nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Leistenbrenner mit einer streifenförmigen Gewebemembran (16) und einer streifenförmigen Flammenrückschlagsperre (17) durch eine Verschiebung entlang der Längsachse des Gehäuses des Leistenbrenners eine Geräuschreduzierung einstellbar ist.
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