AT516424B1 - Device and method for operating a flame - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Betreiben einer Flamme, umfassend zumindest eine Zuleitung (2) für zumindest ein insbesondere gasförmiges Oxidationsmittel und zumindest ein brennbares Material, insbesondere ein brennbares Gas, einen Brenner zum Verbrennen desselben und eine Beschallungseinrichtung (4), mit welcher das Oxidationsmittel in Schwingung versetzbar ist. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass der Brenner zumindest einen Steuerbereich zum Führen des in Schwingung versetzten Oxidationsmittels und des brennbaren Materials zur Erzeugung einer Pilotflamme (6) und zumindest einen Hauptbereich für zumindest eine Hauptflamme (8) umfasst, wobei der Steuerbereich mit der Beschallungseinrichtung (4) verbunden ist und wobei im Hauptbereich ein weiteres Oxidationsmittel und ein weiteres brennbares Material führbar sind. Weiter betrifft die Erfindung eine Verwendung einer solchen Vorrichtung (1). Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Flamme, wobei zumindest ein insbesondere gasförmiges Oxidationsmittel und zumindest ein brennbares Material, insbesondere ein brennbares Gas, zu einem Brenner geführt werden, wobei das Oxidationsmittel von einer Beschallungseinrichtung (4) in Schwingung versetzt wird, wobei vorgesehen ist, dass das Oxidationsmittel mit dem brennbaren Material zusammengeführt und das brennbare Material verbrannt wird, wobei davon beabstandet ein weiteres brennbares Material unter Zuführung eines weiteren Oxidationsmittels verbrannt wird.The invention relates to a device (1) for operating a flame, comprising at least one feed line (2) for at least one oxidizing agent, in particular gaseous, and at least one combustible material, in particular a combustible gas, a burner for burning the same and a sound system (4) which can set the oxidizing agent in vibration. According to the invention, the burner comprises at least one control area for guiding the oxidizing agent set in vibration and the combustible material for generating a pilot flame (6) and at least one main area for at least one main flame (8), the control area with the sound system (4 ) is connected and a further oxidizing agent and a further combustible material can be carried in the main area. The invention further relates to the use of such a device (1). Furthermore, the invention relates to a method for operating a flame, wherein at least one, in particular gaseous, oxidizing agent and at least one combustible material, in particular a combustible gas, are led to a burner, the oxidizing agent being set in vibration by a sound system (4), whereby it is provided that the oxidizing agent is brought together with the combustible material and the combustible material is burned, a further combustible material being burned at a distance therefrom with the supply of a further oxidizing agent.

Description

Beschreibungdescription

VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINER FLAMME [0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben einer Flamme, umfassend zumindest eine Zuleitung für zumindest ein insbesondere gasförmiges Oxidationsmittel und zumindest ein brennbares Material, insbesondere ein brennbares Gas, einen Brenner zum Verbrennen desselben und eine Beschallungseinrichtung, mit welcher das Oxidationsmittel in Schwingung versetzbar ist.DEVICE AND METHOD FOR OPERATING A FLAME The invention relates to a device for operating a flame, comprising at least one feed line for at least one, in particular gaseous, oxidizing agent and at least one combustible material, in particular a combustible gas, a burner for burning the same and a sound system, with which the oxidizing agent can be set in vibration.

[0002] Weiter betrifft die Erfindung eine Verwendung einer solchen Vorrichtung.The invention further relates to the use of such a device.

[0003] Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Flamme, wobei zumindest ein insbesondere gasförmiges Oxidationsmittel und zumindest ein brennbares Material, insbesondere ein brennbares Gas, zu einem Brenner geführt werden, wobei das Oxidationsmittel von einer Beschallungseinrichtung in Schwingung versetzt wird.In addition, the invention relates to a method for operating a flame, wherein at least one in particular gaseous oxidizing agent and at least one combustible material, in particular a combustible gas, are led to a burner, the oxidizing agent being set in vibration by a sound system.

[0004] Bei vielen Verbrennungsprozessen in der Industrie und der Forschung wird eine energiereiche Flamme benötigt, beispielsweise beim Verbrennen von Biomasse, in Zementwerken oder in Forschungslaboren. Um eine solche Flamme zu erzeugen, ist üblicherweise viel Brennstoff notwendig, insbesondere Brennstoff mit einem hohen Brennwert. Aufgrund von ständig steigenden Brennstoffpreisen ist das Betreiben einer solchen Flamme sehr kostenaufwendig. Zudem ist eine Umweltbelastung durch hohe umweltschädliche Emissionen, insbesondere von CO₂, entsprechend groß, wobei eine Höhe der Emissionen stark von beim Verbrennen entstehenden Turbulenzen der Flamme abhängen kann. Wenn sich eine Flamme turbulent bewegt, kann ein Rußanteil dieser steigen und die Flamme leuchtet gelb. In einem solchen Zustand der Flamme ist die Emission von umweltschädlichen Gasen maximal.In many combustion processes in industry and research, a high-energy flame is required, for example when burning biomass, in cement plants or in research laboratories. To generate such a flame, a lot of fuel is usually necessary, in particular fuel with a high calorific value. Due to the constantly increasing fuel prices, operating such a flame is very expensive. In addition, the environmental impact from high environmentally harmful emissions, in particular from CO ₂ , is correspondingly high, the level of the emissions being strongly dependent on the turbulence of the flame which arises during combustion. If a flame moves turbulently, soot may rise and the flame will glow yellow. In such a state of the flame, the emission of environmentally harmful gases is maximal.

[0005] Beim Betreiben einer Flamme sollte daher darauf geachtet werden, dass diese möglichst stabil und ohne starke Schwingungen brennt, um einerseits Emissionen gering zu halten und andererseits eine möglichst gleichmäßige Wärme- bzw. Energieabgabe zu gewährleisten. Dazu kann es jedoch notwendig sein, die Brennstoffzufuhr konstant hochzuhalten, was wiederum hohe Kosten verursacht.When operating a flame, care should therefore be taken that it burns as stably and without strong vibrations, on the one hand to keep emissions low and on the other hand to ensure the most uniform possible heat or energy output. To do this, however, it may be necessary to keep the fuel supply constantly high, which in turn causes high costs.

[0006] Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen bekannt geworden, mit welchen Instabilitäten einer Flamme herabsetzbar sind. Dabei wird die Flamme bzw. ein zu verbrennendes Gasgemisch akustisch moduliert, wodurch eine Flamme kontrollierbar brennt und Turbulenzen dieser bei entsprechend gewählter Frequenz einschränkbar sind. Dadurch kann zwar eine Emission von umweltschädlichen Gasen bei geeigneter Frequenz verringert werden, ein Bedarf an kostenintensiven Brennstoff ist jedoch nach wie vor hoch.Devices are known from the prior art with which instabilities of a flame can be reduced. The flame or a gas mixture to be burned is acoustically modulated, whereby a flame burns in a controllable manner and turbulence can be restricted at a correspondingly selected frequency. Although this can reduce emissions of environmentally harmful gases at a suitable frequency, the need for expensive fuel is still high.

[0007] Beim Untersuchen von Brenneigenschaften einer bzw. mehrerer Flammen und deren Verbrennungsturbulenzen wurde im Rahmen der Erfindung zufällig entdeckt, dass eine Flamme, welche Schwingungen ausführt, benachbarte Flammen mitzieht bzw. sich deren Turbulenzen und Schwingungen auf diese übertragen.When examining the combustion properties of one or more flames and their combustion turbulence, it was discovered by chance within the scope of the invention that a flame which carries out vibrations pulls adjacent flames or their turbulence and vibrations are transmitted to them.

[0008] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit welcher eine Flamme unter Ausnutzung dieses zufällig entdeckten Effektes effizient und kostengünstig betreibbar ist.The object of the invention is to provide a device of the type mentioned, with which a flame can be operated efficiently and inexpensively using this accidentally discovered effect.

[0009] Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, eine Verwendung einer solchen Vorrichtung anzugeben.It is also an object of the invention to provide a use of such a device.

[0010] Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem eine Flamme unter Ausnutzung dieses zufällig entdeckten Effektes effizient und kostengünstig betreibbar ist.Another object of the invention is to provide a method of the type mentioned, with which a flame can be operated efficiently and inexpensively using this accidentally discovered effect.

[0011] Die erste Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art der Brenner zumindest einen Steuerbereich zum Führen des in Schwingung versetzten Oxidationsmittels und des brennbaren Materials zur Erzeugung einer /15The first object is achieved according to the invention in that, in a device of the type mentioned at the outset, the burner has at least one control area for guiding the oxidizing agent which is set in vibration and the combustible material for producing a / 15

AT 516 424 B1 2020-04-15 österreichisches patentamtAT 516 424 B1 2020-04-15 Austrian patent office

Pilotflamme und zumindest einen Hauptbereich für zumindest eine Hauptflamme umfasst, wobei der Steuerbereich mit der Beschallungseinrichtung verbunden ist und wobei im Hauptbereich weiteres Oxidationsmittel und ein weiteres brennbares Material führbar sind.Pilot flame and at least one main area for at least one main flame, wherein the control area is connected to the sound system and wherein further oxidizing agent and a further combustible material can be guided in the main area.

[0012] Ein mit der Erfindung erzielter Vorteil ist insbesondere darin zu sehen, dass durch eine räumliche Trennung des Steuerbereiches vom Hauptbereich nur dieser Teil des Oxidationsmittels in Schwingung versetzbar ist, welcher die Pilotflamme erzeugt. Dabei brennt die durch eine Verbrennung des brennbaren Materials erzeugte Pilotflamme ruhig, räumlich eng und möglichst ohne ungewollte bzw. unkontrollierbare Turbulenzen. Die gepulste Pilotflamme weist weiter eine hohe Energiedichte und hohe Reaktionsrate auf, wodurch ein Brennverfahren beschleunigt ist. Im Steuerbereich ist hierbei nur wenig brennbares Material geführt, wodurch Kosten herabsetzbar sind. Auch kann die Beschallungseinrichtung im Vergleich zum Stand der Technik kleiner ausgebildet sein, wodurch weitere Kosten einsparbar sind. Durch die räumliche Trennung des Steuerbereiches vom Hauptbereich ist es in der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, jeweils ein anderes brennbares Material und/oder jeweils ein anderes Oxidationsmittel zu führen. In der Regel ist im Steuerbereich und im Hauptbereich jedoch dasselbe Oxidationsmittel geführt, beispielsweise Luft. Erfindungsgemäß können aber auch jeweils unterschiedliche Oxidationsmittel vorgesehen sein. Durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung, insbesondere durch das in Schwingung versetzte Oxidationsmittel, ist eine Vermischung der Reaktanten optimiert. Gemäß der Erfindung werden die Schwingungen der Pilotflamme bzw. Stützflamme an die zumindest eine Hauptflamme übertragen, sodass auch diese stabil und möglichst ohne ungewollte Turbulenzen brennt. Die Pilotflamme kann dabei bevorzugt etwa mit einem Zehntel der Leistung der Hauptflamme betrieben werden.An advantage achieved with the invention can be seen in particular in the fact that, by spatially separating the control area from the main area, only this part of the oxidizing agent which generates the pilot flame can be set in vibration. The pilot flame generated by burning the combustible material burns quietly, spatially closely and, if possible, without unwanted or uncontrollable turbulence. The pulsed pilot flame also has a high energy density and high reaction rate, which accelerates a combustion process. Only little combustible material is carried in the control area, which means that costs can be reduced. The public address system can also be made smaller in comparison to the prior art, as a result of which further costs can be saved. Due to the spatial separation of the control area from the main area, it is possible in the device according to the invention to carry a different combustible material and / or a different oxidizing agent. As a rule, however, the same oxidizing agent is carried in the control area and in the main area, for example air. According to the invention, however, different oxidizing agents can also be provided in each case. Mixing of the reactants is optimized by a device according to the invention, in particular by the oxidizing agent set in vibration. According to the invention, the vibrations of the pilot flame or support flame are transmitted to the at least one main flame, so that this too burns stably and as far as possible without unwanted turbulence. The pilot flame can preferably be operated at about a tenth of the power of the main flame.

[0013] Mit Vorteil ist dabei die Beschallungseinrichtung derart ausgebildet, dass mit dieser eine Frequenz und/oder eine Amplitude des in Schwingung versetzten Oxidationsmittels festlegbar ist und diese bei einer Verbrennung des brennbaren Materials vom Oxidationsmittel an die dabei entstehende Pilotflamme übertragbar sind. Die Frequenz und/oder Amplitude ist dabei entsprechend einer gewünschten Pulsation der Flammen einstellbar. Dabei können sich mehrere Frequenzen oder ein Frequenzbereich als günstig erweisen. Die Beschallungseinrichtung kann dabei als Sirene ausgebildet sein, welche in einem Gehäuse gelagert ist, welches hohen Drücken standhält, z.B. bis zu 10 bar und mehr. Die Sirene kann erfindungsgemäß ein Zahnrad umfassen, welches über einen Elektromotor durch eine Welle antreibbar ist. Das Oxidationsmittel strömt dabei über eine Überschalldüse zum Zahnrad, welches das insbesondere gasförmige Oxidationsmittel schneidet und diesem dadurch eine Frequenz und/oder eine Amplitude induziert. Durch eine Variation einer Anzahl der Zähne des Zahnrades, einer Größe und/oder einer Geschwindigkeit des Zahnrades sind dabei die Frequenz und/oder die Amplitude des Oxidationsmittels festlegbar. Somit ist das Oxidationsmittel mit Schall beaufschlagt und schwingt mit einer vorgegebenen Frequenz und/oder Amplitude. Eine derartig ausgebildete Sirene hat den Vorteil, dass diese auch unter hohen Druck- bzw. Temperaturbedingungen einwandfrei funktioniert. Darüber hinaus ist diese auch resistent gegenüber Verschmutzungen und Korrosion, weshalb auch aggressive Gase durch diese führbar sind. Bei einer Verbrennung des brennbaren Materials ist diese Frequenz und/oder Amplitude an die dabei entstehende Pilotflamme übertragbar, wobei es durch die Beschallungseinrichtung möglich ist, unverzüglich auf etwaige auftretende Turbulenzen der Flamme zu reagieren. Insbesondere die Frequenz ist dabei so gewählt, dass ein gepulstes und gleichmäßiges Brennen der Pilotflamme ermöglicht ist, wobei die Frequenz auch von einem Volumen der verschiedenen Bereiche der Vorrichtung abhängig ist. Alternativ zur Sirene kann die Beschallungseinrichtung auch als Lautsprecher oder anderes Beschallungsmittel ausgebildet sein, wobei sich aufgrund der oben genannten Vorteile für industrielle Anwendungen eine Sirene besonders gut eignet.Advantageously, the sound system is designed such that a frequency and / or an amplitude of the oscillating oxidizing agent can be determined with this and these can be transferred to the resulting pilot flame when the combustible material is burned by the oxidizing agent. The frequency and / or amplitude can be set in accordance with a desired pulsation of the flames. Several frequencies or a frequency range can prove to be favorable. The sound system can be designed as a siren, which is mounted in a housing that can withstand high pressures, e.g. up to 10 bar and more. According to the invention, the siren can comprise a gearwheel which can be driven by a shaft via an electric motor. The oxidizing agent flows through a supersonic nozzle to the gearwheel, which cuts the oxidizing agent, which is in particular gaseous, and thereby induces a frequency and / or an amplitude. The frequency and / or the amplitude of the oxidizing agent can be determined by varying a number of the teeth of the gear, a size and / or a speed of the gear. The oxidizing agent is thus subjected to sound and vibrates with a predetermined frequency and / or amplitude. A siren designed in this way has the advantage that it works perfectly even under high pressure or temperature conditions. In addition, it is also resistant to dirt and corrosion, which is why aggressive gases can also be passed through it. When the combustible material is burned, this frequency and / or amplitude can be transmitted to the pilot flame which arises, it being possible for the sound system to react immediately to any turbulence in the flame that may occur. In particular, the frequency is chosen so that a pulsed and uniform burning of the pilot flame is made possible, the frequency also being dependent on a volume of the different areas of the device. As an alternative to the siren, the sonication device can also be designed as a loudspeaker or other sonication means, a siren being particularly well suited for industrial applications due to the advantages mentioned above.

[0014] Vorteilhaft ist weiter im Steuerbereich zumindest eine Düse angeordnet, durch welche eine Mischung aus dem Oxidationsmittel und dem brennbaren Material führbar ist, um das brennbare Material im Bereich der Düse als Pilotflamme zu verbrennen, wobei die Düse derart ausgebildet ist, dass eine Geschwindigkeit der Mischung an einem Ausgang dieser mindestens doppelt so schnell ist wie an einem Eingang derselben, insbesondere mehr als viermal soAdvantageously, at least one nozzle is further arranged in the control area, through which a mixture of the oxidizing agent and the combustible material can be passed in order to burn the combustible material in the area of the nozzle as a pilot flame, the nozzle being designed such that a speed the mixture at an outlet is at least twice as fast as at an inlet thereof, in particular more than four times as fast

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AT 516 424 B1 2020-04-15 österreichisches patentamt schnell. Die Düse kann dabei derart ausgebildet sein, dass ein Durchmesser dieser in einem Querschnitt am Eingang größer ist als am Ausgang. Günstig kann es dabei sein, wenn dieser etwa zweimal so groß ist, um einen Rückschlag der Pilotflamme bzw. Hauptflamme zu vermeiden. Die Düse ist somit ähnlich einer Venturidüse ausgebildet und ein Druckverlust der Mischung ist so gering wie möglich gehalten. Die Düse ist akustisch transparent ausgebildet, das heißt, Schallwellen gelangen möglichst ohne Abschwächung durch diese hindurch und auch die Düse selbst verursacht kaum Lärm. Die Pilotflamme brennt dabei im Bereich dieser Düse und schwingt mit der Frequenz und/oder der Amplitude, welche dem Oxidationsmittel induziert wird. Darüber hinaus kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Düse mit einem Wirbelgenerator ausgebildet ist, sodass der Mischung durch die Düse ein Drehimpuls induziert wird, um die Flamme von der Düse beabstandet zu erzeugen. Dabei wird wenig Wärme auf die Düse bzw. eine Platte übertragen, auf welcher die Düse angeordnet ist, wodurch eine thermische Belastung der Düse gering gehalten und eine Lebensdauer dieser verlängert wird. Auch ist durch die Beabstandung der Flamme von der Düse erreicht, dass diese robuster brennt und sich nicht leicht löschen lässt. Weiter hat der beabstandete Betrieb der Flamme den Vorteil, dass eine Flammenfront flach ausgebildet und eine Modulation dieser konstant und gleichmäßig ist. Durch eine entsprechende Düse ist sichergestellt, dass ein Verhältnis zwischen Strömungsrichtung und Strömungsgeschwindigkeit der Mischung durch die Düse optimiert ist. Durch die gleichzeitige Ausbildung der Düse als Venturidüse und Wirbelgenerator ist diese sehr effizient und zugleich kostengünstig in der Herstellung.AT 516 424 B1 2020-04-15 Austrian patent office quickly. The nozzle can be designed such that its cross-section is larger at the entrance than at the exit. It can be advantageous if this is approximately twice as large in order to avoid kickback of the pilot flame or main flame. The nozzle is thus designed similar to a Venturi nozzle and a pressure loss of the mixture is kept as low as possible. The nozzle is designed to be acoustically transparent, which means that sound waves pass through them without any attenuation, and the nozzle itself causes hardly any noise. The pilot flame burns in the area of this nozzle and vibrates with the frequency and / or the amplitude which is induced by the oxidizing agent. In addition, it can be provided according to the invention that the nozzle is designed with a vortex generator, so that an angular momentum is induced in the mixture by the nozzle in order to generate the flame at a distance from the nozzle. Little heat is transferred to the nozzle or a plate on which the nozzle is arranged, as a result of which thermal stress on the nozzle is kept low and its service life is extended. The spacing of the flame from the nozzle also ensures that it burns more robustly and cannot be easily extinguished. Furthermore, the spaced-apart operation of the flame has the advantage that a flame front is flat and its modulation is constant and uniform. A corresponding nozzle ensures that a ratio between the direction of flow and the flow velocity of the mixture through the nozzle is optimized. The simultaneous design of the nozzle as a Venturi nozzle and vortex generator makes it very efficient and at the same time inexpensive to manufacture.

[0015] Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass im Hauptbereich zumindest eine weitere Düse angeordnet ist, durch welche eine Mischung des weiteren brennbaren Materials und weiteren Oxidationsmittels führbar ist, um das weitere brennbare Material im Bereich der zumindest einen weiteren Düse als eine, insbesondere mehrere, Hauptflammen zu verbrennen. Bevorzugt können dabei mehrere Düsen vorgesehen sein, welche um die Düse des Steuerbereiches herum angeordnet sind. Insbesondere können dabei neun oder mehr rasterförmig angeordnete Düsen vorgesehen sein, wobei die Düse des Steuerbereiches mittig angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist es dabei von Vorteil, wenn die Düsen des Hauptbereiches baugleich mit der Düse des Steuerbereiches ausgebildet sind.It is preferably provided that at least one further nozzle is arranged in the main area, through which a mixture of the further combustible material and further oxidizing agent can be passed to the further combustible material in the area of the at least one further nozzle as one, in particular several, Burn main flames. A plurality of nozzles can preferably be provided, which are arranged around the nozzle of the control area. In particular, nine or more nozzles arranged in a grid can be provided, the nozzle of the control region being arranged in the center. According to the invention, it is advantageous if the nozzles of the main area are constructed identically to the nozzle of the control area.

[0016] Dabei kann es günstig sein, wenn die Düsen an einem Ende des Brenners mit einem vorbestimmten Maximalabstand beabstandet voneinander angeordnet sind, um eine Übertragung der Frequenz und/oder der Amplitude der Pilotflamme auf die zumindest eine Hauptflamme zu ermöglichen. Der Abstand der Düsen ist dabei davon abhängig, wie viele Düsen angeordnet sind und wie groß die bei einer Verbrennung entstehende Flamme sein soll. Das im Bereich der Düsen des Hauptbereiches verbrennende Material kann dabei ein Gas mit niedrigem Brennwert sein, z.B. Biogas bei einer Biogasverbrennung zur Entsorgung desselben. Eine Frequenz und/oder eine Amplitude der Pilotflamme bzw. Stützflamme wird bei entsprechend gewähltem Abstand der Düsen von der Pilotflamme auf die Hauptflammen übertragen und ermöglicht somit ein Verbrennen eines Gases mit sehr niedrigem Brennwert und in weiterer Folge eine effektive Erzeugung einer Flamme, welche unter geringem Verbrauch von Brennstoff mit hohem Brennwert stabil und möglichst ohne ungewollte Turbulenzen brennt. Dadurch sind einerseits die Kosten gesenkt und andererseits umweltschädliche Emissionen herabgesetzt. Darüber hinaus kann im Hauptbereich auch ein herkömmliches Gas wie Methan oder Butan geführt werden. Durch die Pulsation der Pilotflamme und der zumindest einen Hauptflamme wird ein Wirkungsgrad einer Flamme erhöht bzw. ist mit weniger Gaszufuhr eine gleiche Temperatur einer Flamme erreichbar. Unabhängig vom geführten brennbaren Material sind die Düsen so angeordnet, dass durch die Pilotflamme eine Verbrennung bzw. eine Existenz der zumindest einen Hauptflamme gewährleistet ist.It may be advantageous if the nozzles are arranged at a distance from one another at a predetermined maximum distance at one end of the burner in order to enable the frequency and / or the amplitude of the pilot flame to be transmitted to the at least one main flame. The distance between the nozzles depends on how many nozzles are arranged and how large the flame that is to be produced during combustion should be. The material burning in the area of the nozzles of the main area can be a gas with a low calorific value, e.g. Biogas in a biogas combustion for disposal of the same. A frequency and / or an amplitude of the pilot flame or supporting flame is transmitted to the main flames with a correspondingly selected distance of the nozzles from the pilot flame and thus enables a gas with a very low calorific value to be burned and subsequently an effective generation of a flame which is low Consumption of fuel with a high calorific value is stable and burns without any unwanted turbulence if possible. This reduces costs on the one hand and reduces emissions that are harmful to the environment on the other. In addition, a conventional gas such as methane or butane can be carried in the main area. The pulsation of the pilot flame and the at least one main flame increases the efficiency of a flame or the same temperature of a flame can be achieved with less gas supply. Regardless of the combustible material being guided, the nozzles are arranged in such a way that the pilot flame ensures combustion or the existence of at least one main flame.

[0017] Eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt mit Vorteil beim Verbrennen eines Gases mit niedrigem Brennwert.A device according to the invention is advantageously used when burning a gas with a low calorific value.

[0018] Die weitere Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einem Verfahren der eingangs genannten Art das Oxidationsmittel mit dem brennbaren Material zusammengeführt und das brennbare Material verbrannt wird, wobei davon beabstandet ein weiteres brennThe further object is achieved in that in a method of the type mentioned, the oxidizing agent is combined with the combustible material and the combustible material is burned, with a further burning spaced therefrom

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AT 516 424 B1 2020-04-15 österreichisches patentamt bares Material unter Zuführung von Oxidationsmittel verbrannt wird.AT 516 424 B1 2020-04-15 Austrian patent office burnable material with the addition of oxidizing agent.

[0019] Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird nur ein Teil des Oxidationsmittels mit Schall beaufschlagt, mit dem brennbaren Material zusammengeführt und das brennbare Material verbrannt. Das weitere brennbare Material und das weitere Oxidationsmittel werden dabei von dem mit Schall beaufschlagten Oxidationsmittel beabstandet geführt und gleichzeitig verbrannt. Das Oxidationsmittel wird dabei bevorzugt von einer als Sirene ausgebildeten Beschallungseinrichtung in Schwingung versetzt und weiterer Folge mit dem brennbaren Material zusammengeführt, welches verbrannt wird. Eine erfindungsgemäße beabstandete Anordnung von zwei brennbaren Materialien erlaubt somit ein Führen von zwei verschiedenen brennbaren Materialien, beispielsweise von einem brennbaren Gas mit hohem Brennwert und einem mit niedrigem Brennwert. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass jeweils dasselbe brennbare Material geführt wird. In der Regel wird dabei jeweils dasselbe Oxidationsmittel geführt bzw. verwendet, z. B. Luft. Es können jedoch auch zwei unterschiedliche Oxidationsmittel geführt werden.In a method according to the invention, only a part of the oxidizing agent is subjected to sound, brought together with the combustible material and the combustible material is burned. The further combustible material and the further oxidizing agent are guided at a distance from the oxidizing agent subjected to sound and are burned at the same time. The oxidizing agent is preferably set in motion by a sonication device designed as a siren and further combined with the combustible material which is burned. A spaced arrangement of two combustible materials according to the invention thus allows two different combustible materials to be carried, for example one combustible gas with a high calorific value and one with a low calorific value. However, it can also be provided that the same combustible material is carried in each case. As a rule, the same oxidizing agent is carried or used, for. B. air. However, two different oxidizing agents can also be used.

[0020] Vorteilhaft ist dabei vorgesehen, dass Mischungen aus Oxidationsmitteln und brennbaren Materialien über Düsen nach außen geführt werden, wobei ein brennbares Material in zumindest einem Steuerbereich im Bereich einer Düse als Pilotflamme und ein weiteres brennbares Material in zumindest einem Hauptbereich im Bereich von zumindest einer, insbesondere mehrerer, weiteren Düsen als Hauptflamme verbrannt wird. Die Pilotflamme kann dabei bevorzugt etwa mit einem Zehntel der Leistung der Hauptflamme betrieben werden, wodurch Energie eingespart wird. Erfindungsgemäß kann dabei vorgesehen sein, dass im Steuerbereich herkömmliches brennbares Material verbrannt wird wie beispielsweise Methan oder Butan. Im Gegensatz dazu kann vorgesehen sein, dass im Hauptbereich ein Gas mit geringem Brennwert verbrannt wird. Ein Gas mit geringem Brennwert ist kostengünstiger als ein herkömmliches brennbares Gas und verringert somit die bei einem Verfahren zur Erzeugung einer Flamme auftretenden Kosten. Es kann jedoch auch im Hauptbereich ein herkömmliches Gas geführt werden. Bei einer dadurch entstehenden Hauptflamme kann eine zum Erreichen einer gewünschten Temperatur der Hauptflamme notwendige Energiezufuhr bedingt durch die Pulsation dieser im Vergleich zum Stand der Technik herabgesetzt werden.It is advantageously provided that mixtures of oxidizing agents and combustible materials are led to the outside via nozzles, with a combustible material in at least one control area in the area of a nozzle as a pilot flame and another combustible material in at least one main area in the area of at least one , in particular several, further nozzles is burned as the main flame. The pilot flame can preferably be operated at about a tenth of the power of the main flame, which saves energy. According to the invention, it can be provided that conventional combustible material is burned in the control area, such as methane or butane. In contrast, it can be provided that a gas with a low calorific value is burned in the main area. A gas with a low calorific value is less expensive than a conventional combustible gas and thus reduces the costs involved in a method for producing a flame. However, a conventional gas can also be conducted in the main area. In the case of a main flame which arises as a result, an energy supply necessary to achieve a desired temperature of the main flame can be reduced due to the pulsation thereof in comparison with the prior art.

[0021] Günstig ist es dabei, wenn eine Frequenz und/oder eine Amplitude der Beschallungseinrichtung von der Mischung im Steuerbereich aufgenommen und an die Pilotflamme und von dieser an die Hauptflamme übertragen werden. Die Frequenz und/oder Amplitude kann dabei entsprechend der gewünschten Pulsation der Flammen gewählt werden. Dabei können sich mehrere Frequenzen oder auch ein Frequenzbereich als günstig erweisen. Allgemein kann dabei gelten, dass je niedriger eine Frequenz ist, umso turbulenter ist die Verbrennung. Zur Erzeugung der zumindest einen Hauptflamme kann ein Gas mit einem niedrigen Brennwert verbrannt werden, wodurch die aufzuwendende Energie herabgesetzt wird. Durch die Beschallung der Pilotflamme und die Übertragung dieser Frequenz und/oder Amplitude an die Hauptflamme kann ein Gas mit niedrigem Brennwert ohne Weiteres verbrannt und eine robuste Flamme erzeugt werden, welche resistent gegen ein Auslöschen derselben ist. Die Düsen können dazu bevorzugt beabstandet voneinander angeordnet werden, wobei der Abstand derart vorgegeben ist, dass die Schwingungen der Pilotflamme von der oder den Hauptflammen aufgenommen werden.It is advantageous if a frequency and / or an amplitude of the sound system are recorded by the mixture in the control area and transmitted to the pilot flame and from there to the main flame. The frequency and / or amplitude can be selected in accordance with the desired pulsation of the flames. Several frequencies or even a frequency range can prove to be favorable. In general, the lower the frequency, the more turbulent the combustion. To generate the at least one main flame, a gas with a low calorific value can be burned, as a result of which the energy to be expended is reduced. By sonicating the pilot flame and transmitting this frequency and / or amplitude to the main flame, a gas with a low calorific value can easily be burned and a robust flame can be generated which is resistant to its extinguishing. For this purpose, the nozzles can preferably be arranged at a distance from one another, the distance being predetermined such that the vibrations of the pilot flame are absorbed by the main flame or flames.

[0022] Mit Vorteil kann dabei weiter vorgesehen sein, dass der Flamme durch die Düsen ein Drehimpuls induziert wird, wobei die Flamme aus der Pilotflamme und zumindest einer Hauptflamme zusammengesetzt wird. Durch den induzierten Drehimpuls werden die Pilotflamme und die zumindest eine Hauptflamme beabstandet von den jeweiligen Düsen erzeugt, damit eine Wärmeleitung bzw. ein Wärmeübertrag auf die Düsen bzw. eine Platte, auf welcher die Düsen angeordnet werden können, unter Kontrolle gehalten wird. Darüber hinaus wird dabei eine Flamme mit einer flachen Flammenfront erzeugt. Die Modulation des Oxidationsmittels ist dabei möglichst ohne Verluste auf die Pilotflamme und in weiterer Folge auf die Hauptflamme übertragbar, da die Düsen akustisch transparent ausgebildet sind.Advantageously, it can further be provided that the flame is induced by the nozzles an angular momentum, the flame being composed of the pilot flame and at least one main flame. The pilot flame and the at least one main flame spaced apart from the respective nozzles are generated by the induced angular momentum, so that heat conduction or heat transfer to the nozzles or a plate on which the nozzles can be arranged is kept under control. In addition, a flame with a flat flame front is generated. The modulation of the oxidizing agent can be transferred to the pilot flame as far as possible and subsequently to the main flame, since the nozzles are acoustically transparent.

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AT 516 424 B1 2020-04-15 österreichisches patentamt [0023] Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen ergeben sich aus den nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen. In den Zeichnungen, auf welche dabei Bezug genommen wird, zeigen:AT 516 424 B1 2020-04-15 Austrian Patent Office [0023] Further features, advantages and effects result from the exemplary embodiments presented below. In the drawings, to which reference is made, show:

[0024] Fig. 1 [0025] Fig. 2 [0026] Fig. 3 [0027] Fig. 4 [0028] Fig. 5 [0029] Fig. 6 [0030] Fig. 7 [0031] Fig. 8 [0032] Fig. 9 [0033] Fig. 10 eine erfindungsgemäße Vorrichtung;Figure 1, Figure 2, Figure 3, Figure 4, Figure 5, Figure 6, Figure 7, Figure 8, and Figure 8 9 [0033] FIG. 10 shows a device according to the invention;

einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Fig. 1 entlang der Linie ll-ll;a section through an inventive device according to Figure 1 along the line II-ll.

eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung;another device according to the invention;

eine Düse;a nozzle;

eine Schnitt durch die Düse entlang der Linie V-V in Fig. 4;a section through the nozzle along the line V-V in Fig. 4;

eine untere Ansicht einer Düse;a bottom view of a nozzle;

einen Brenner mit Düsen in Draufsicht;a burner with nozzles in plan view;

einen weiteren Brenner in Draufsicht;another burner in plan view;

eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen Verfahrens;a schematic representation of a device according to the invention for explaining a method according to the invention;

eine schematische Darstellung einer Düse zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.is a schematic representation of a nozzle to explain a method according to the invention.

[0034] Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Betreiben einer Flamme. Die Vorrichtung 1 umfasst zumindest eine Zuleitung 2 für zumindest ein insbesondere gasförmiges Oxidationsmittel und zumindest ein brennbares Material, insbesondere ein brennbares Gas. Über eine in Fig. 1 nicht dargestellte Zuleitung 2 sind das Oxidationsmittel und das Gas einem Brenner 3 zuführbar, wobei diesem vorgeschaltet eine Beschallungseinrichtung 4 vorgesehen ist, mit welcher das Oxidationsmittel vor einem Zuführen zum Brenner 3 in Schwingung versetzbar ist. Die Beschallungseinrichtung 4 kann dabei als Sirene ausgebildet sein, welche in einem Gehäuse gelagert ist, welches hohen Drücken standhält. Die Sirene kann erfindungsgemäß ein Zahnrad umfassen, welches durch einen Elektromotor mit einer Welle angetrieben wird. Das gasförmige Oxidationsmittel strömt dabei über eine kritische Düse bzw. Lavaldüse zum Zahnrad, welches dieses schneidet und diesem dadurch eine Frequenz und/oder eine Amplitude induziert. Durch eine Variation einer Größe, einer Anzahl der Zähne des Zahnrades und/oder einer Geschwindigkeit des Zahnrades sind dabei die Frequenz und/oder die Amplitude des Oxidationsmittels festlegbar. Alternativ zur Sirene kann die Beschallungseinrichtung 4 auch als Lautsprecher oder anderes Beschallungsmittel ausgebildet sein.1 shows a device 1 according to the invention for operating a flame. The device 1 comprises at least one feed line 2 for at least one oxidizing agent, in particular gaseous, and at least one combustible material, in particular a combustible gas. The oxidizing agent and the gas can be fed to a burner 3 via a feed line 2 (not shown in FIG. 1), a sound system 4 being provided upstream of this, with which the oxidizing agent can be set in motion before being fed to the burner 3. The sound system 4 can be designed as a siren, which is mounted in a housing that can withstand high pressures. According to the invention, the siren can comprise a gearwheel which is driven by an electric motor with a shaft. The gaseous oxidizing agent flows through a critical nozzle or Laval nozzle to the gearwheel, which cuts it and thereby induces a frequency and / or an amplitude. The frequency and / or the amplitude of the oxidizing agent can be determined by varying a size, a number of teeth of the gear wheel and / or a speed of the gear wheel. As an alternative to the siren, the sound system 4 can also be designed as a loudspeaker or other sound system.

[0035] Für das erste Oxidationsmittel und das brennbare Material ist ein Steuerbereich 5 vorgesehen, in welchem das brennbare Material unter Freisetzung einer Pilotflamme 6 verbrennt. Die Pilotflamme 6 ist in Fig. 1 nicht dargestellt, da diese erfindungsgemäß aus sicherheitsrelevanten Gründen innerhalb einer Schutzabdeckung 10 angeordnet sein kann. Über zumindest eine weitere Zuleitung 2 sind weiteres Oxidationsmittel und ein weiteres Gas schwingungsfrei dem Brenner 3 zuführbar. Dabei ist ein Hauptbereich 7 vorgesehen, in welchem das weitere Gas durch Zusammenführung mit dem weiteren Oxidationsmittel als zumindest eine, bevorzugt mehrere Hauptflammen 8 verbrennbar ist. Die Hauptflammen 8 sind dabei beabstandet von der Pilotflamme 6 ebenfalls innerhalb der Schutzabdeckung 10 angeordnet und demnach in Fig. 1 nicht dargestellt. Die Schutzabdeckung 10 kann dabei zumindest ein Fenster zum Beobachten der Flamme umfassen, wobei das Fenster z. B. aus Quarzglas und die Schutzabdeckung 10 z. B. aus einem Stahl ausgebildet sein kann.A control area 5 is provided for the first oxidizing agent and the combustible material, in which the combustible material burns with the release of a pilot flame 6. The pilot flame 6 is not shown in FIG. 1, since this can be arranged within a protective cover 10 for safety-related reasons. Further oxidizing agent and a further gas can be fed to the burner 3 in a vibration-free manner via at least one further feed line 2. A main area 7 is provided in which the further gas can be combusted as at least one, preferably a plurality of, main flames 8 by being combined with the further oxidizing agent. The main flames 8 are also spaced apart from the pilot flame 6 within the protective cover 10 and are therefore not shown in FIG. 1. The protective cover 10 can include at least one window for observing the flame, the window z. B. of quartz glass and the protective cover 10 z. B. can be formed from a steel.

[0036] Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 gemäß Fig. 1 entlang der Linie ll-ll. Hierin sind nun die Pilotflamme 6 und Hauptflammen 8 sowie der Steuerbereich 5 und der Hauptbereich 7 dargestellt. Der Steuerbereich 5 ist dabei etwa mittig im Brenner 3 angeordnet und der Hauptbereich 7 um diesen herum. Im Steuerbereich 5 ist das mit Schall beaufschlagte Oxidationsmittel mit dem Gas zusammenführbar und das Gas verbrennbar, wobei die Beschallungseinrichtung 4 nicht dargestellt ist. Der Teil der in Fig. 2 dargestelltenFIG. 2 shows a section through a device 1 according to the invention according to FIG. 1 along the line II-II. The pilot flame 6 and main flames 8 as well as the control area 5 and the main area 7 are now shown here. The control area 5 is arranged approximately centrally in the burner 3 and the main area 7 around it. In the control area 5, the oxidizing agent to which sound is applied can be combined with the gas and the gas can be combusted, the sound system 4 not being shown. The part of that shown in Fig. 2

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Vorrichtung 1 umfasst drei Resonanzkörper 11a, 11b, 11c, mit welchen mehrere Resonanzmoden anregbar sind, wobei die Resonanzkörper 11a, 11b, 11c wie Helmholtzresonatoren funktionieren können.Device 1 comprises three resonance bodies 11a, 11b, 11c, with which several resonance modes can be excited, wherein the resonance bodies 11a, 11b, 11c can function like Helmholtz resonators.

[0037] Fig. 3 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ohne Schutzabdeckung 10. Dabei ist die Pilotflamme 6 an einem oberen Ende des Brenners 3 angeordnet und von acht Hauptflammen 8 umgeben. Die jeweiligen Mischungen aus Oxidationsmittel und Gas sind über Düsen 9 nach außen führbar und das Gas verbrennt im Bereich der Düsen 9, wobei die Düsen 9 an einer Platte 12 angeordnet sind. Der Brenner 3 ist hierbei durch den Steuerbereich 5 und den Hauptbereich 7 als zweistufiger Brenner 3 ausgeführt. Erfindungsgemäß kann jedoch auch ein Brenner 3 vorgesehen sein, welcher drei, vier oder mehr Stufen umfasst.Fig. 3 shows a further device 1 according to the invention without a protective cover 10. The pilot flame 6 is arranged at an upper end of the burner 3 and surrounded by eight main flames 8. The respective mixtures of oxidizing agent and gas can be led to the outside via nozzles 9 and the gas burns in the area of the nozzles 9, the nozzles 9 being arranged on a plate 12. The burner 3 is designed as a two-stage burner 3 by the control area 5 and the main area 7. According to the invention, however, a burner 3 can also be provided, which comprises three, four or more stages.

[0038] Fig. 4, 5 und 6 zeigen drei Ansichten einer Düse 9 wie diese in einer Vorrichtung 1 zum Einsatz kommt, insbesondere im Steuerbereich 5. Fig. 5 zeigt dabei einen Schnitt entlang der Linie V-V der Düse 9 aus Fig. 4. Fig. 6 zeigt eine untere Ansicht einer Düse 9 bzw. eine Düse 9 in Durchflussrichtung einer Mischung aus Oxidationsmittel und brennbarem Material. Eine untere Querschnittsfläche der Düse 9 ist größer, bevorzugt viermal so groß, wie eine obere Querschnittsfläche ausgebildet, um eine Austrittsgeschwindigkeit der Mischung zu erhöhen. Das brennbare Material bzw. Gas ist über ein Rohr 13 dem Oxidationsmittel zuführbar. Das Rohr 13 ist dabei etwa mittig in der Düse angeordnet und von insbesondere drei Befestigungsmitteln wie Schrauben in Position gehalten. Um eine hohe Geschwindigkeit des darin geführten Materials zu maximieren, kann das Rohr 13 mit einem kleinen freien Durchmesser ausgebildet sein, bevorzugt kleiner als 1,5 mm, insbesondere etwa 0,8 mm. Durch die in Fig. 4 und 5 ersichtliche Verengung 14 der Düse 9 funktioniert diese wie eine Venturidüse; ein dynamischer Druck wird maximal und ein statischer Druck minimal. Die Abmessungen der Düse 9 können dabei an eine Art und Menge des brennbaren Materials angepasst sein und somit beispielsweise für eine Führung eines Gases mit niedrigem Brennwert deutlich größer dimensioniert sein, als oben angegeben. Günstig kann es hierzu sein, dass die Düse 9 so dimensioniert ist, dass eine Geschwindigkeit des brennbaren Materials deutlich höher ist als eine entsprechende des Oxidationsmittels. Im Allgemeinen scheint der freie Durchmesser des Rohres 13 bei einer Anpassung der Düse 9 an die Art bzw. Menge des zu verbrennenden Gases wesentlich zu sein. Die übrigen Abmessungen werden entsprechend diesem skaliert. Fig. 6 zeigt weiter, dass ein oberes Teilstück 15 der Düse 9 entlang dessen Längsachse bis zu einem vorbestimmten Punkt durchgeschnitten ist und die beiden dadurch entstehenden Teile versetzt zueinander angeordnet sind. Das obere Ende der Düse 9 ist dabei nicht durchgeschnitten. Die beiden Teile des oberen Teilstückes 15 der Düse 9 können erfindungsgemäß bevorzugt derart versetzt zueinander angeordnet sein, dass jeweilige Enden in einer Mitte eines jeweiligen Durchmesser angeordnet sind. Dadurch ist ein Wirbelgenerator bzw. Vortexgenerator erzeugt, durch welchen der entstehenden Flamme ein Drehimpuls induzierbar ist und mit welchem ein Druckverlust des zu verbrennenden Gases so gering wie möglich gehalten ist. Das Rohr 13 ist bei einem Beginn der Verengung 14 bzw. bei einer Querschnittsänderung dieser mittig am oberen Teilstück 15 beabstandet davon angeordnet, wobei ein Abstand zwischen Rohr 13 und oberem Teilstück 15 etwa 3 mm bis 6 mm, bevorzugt 4mm bis 5mm betragen kann. Der Abstand ist dabei wiederum von einer Art und Menge des brennbaren Materials und somit von einer Größe der Düse 9 bzw. des Brenners 3 abhängig und kann demnach auch deutlich größer oder kleiner sein. Allgemein kann dieser etwa dem halben freien Durchmessers des Rohres 13 entsprechen. Eine Konstruktion bzw. Herstellung einer solchen Düse 9 ist im Vergleich zur Herstellung einer konventionellen Düse kostengünstig. Darüber hinaus ist diese durch deren gleichzeitige Ausbildung als Venturidüse und Wirbelgenerator sehr effizient.4, 5 and 6 show three views of a nozzle 9 as used in a device 1, in particular in the control area 5. FIG. 5 shows a section along the line VV of the nozzle 9 from FIG. 4. FIG. 6 shows a bottom view of a nozzle 9 or a nozzle 9 in the direction of flow of a mixture of oxidizing agent and combustible material. A lower cross-sectional area of the nozzle 9 is larger, preferably four times as large as an upper cross-sectional area, in order to increase an exit velocity of the mixture. The combustible material or gas can be supplied to the oxidizing agent via a pipe 13. The tube 13 is arranged approximately in the middle of the nozzle and held in position by in particular three fastening means such as screws. In order to maximize the high speed of the material guided therein, the tube 13 can be designed with a small free diameter, preferably less than 1.5 mm, in particular approximately 0.8 mm. 4 and 5, the constriction 14 of the nozzle 9 functions like a Venturi nozzle; dynamic pressure becomes maximum and static pressure minimum. The dimensions of the nozzle 9 can be adapted to a type and amount of the combustible material and can thus be dimensioned significantly larger than indicated above, for example for guiding a gas with a low calorific value. It can be favorable for this that the nozzle 9 is dimensioned such that a speed of the combustible material is significantly higher than a corresponding one of the oxidizing agent. In general, the free diameter of the tube 13 appears to be essential when adapting the nozzle 9 to the type or amount of the gas to be burned. The remaining dimensions are scaled accordingly. FIG. 6 further shows that an upper section 15 of the nozzle 9 is cut through along its longitudinal axis to a predetermined point and the two parts resulting from this are arranged offset to one another. The upper end of the nozzle 9 is not cut through. According to the invention, the two parts of the upper section 15 of the nozzle 9 can preferably be arranged offset from one another such that respective ends are arranged in the middle of a respective diameter. This produces a vortex generator or vortex generator, by means of which an angular momentum can be induced in the resulting flame and with which a pressure loss of the gas to be burned is kept as low as possible. The tube 13 is arranged at the beginning of the constriction 14 or when the cross-section changes, spaced apart in the middle of the upper section 15, a distance between the tube 13 and the upper section 15 being approximately 3 mm to 6 mm, preferably 4 mm to 5 mm. The distance is in turn dependent on the type and amount of the combustible material and thus on the size of the nozzle 9 or the burner 3 and can therefore also be significantly larger or smaller. In general, this can correspond to approximately half the free diameter of the tube 13. A construction or manufacture of such a nozzle 9 is inexpensive compared to the manufacture of a conventional nozzle. In addition, this is very efficient due to its simultaneous training as a Venturi nozzle and vortex generator.

[0039] Fig. 7 und 8 zeigen jeweils eine Variante eines Brenners 3 bzw. die Platte 12 mit den darauf angeordneten Düsen 9 in Draufsicht. In Fig. 7 sind neun Düsen 9 versetzt zueinander etwa bündig an der Platte 12 abschließend angeordnet. Ein Abstand der einzelnen Düsen 9 ist dabei von einer Größe des Brenners 3 und den Düsen 9 selbst abhängig. Erfindungsgemäß wird ein Abstand der Düsen 9 so gewählt, dass Schwingungen der Pilotflamme 6 auf die Hauptflamme 8 übertragbar ist. Es kann vorgesehen sein, dass alle Düsen 9 entsprechend Fig. 4, 57 and 8 each show a variant of a burner 3 or the plate 12 with the nozzles 9 arranged thereon in a top view. In Fig. 7, nine nozzles 9 are offset from one another approximately flush with the plate 12. A distance between the individual nozzles 9 is dependent on the size of the burner 3 and the nozzles 9 themselves. According to the invention, a distance between the nozzles 9 is selected such that vibrations of the pilot flame 6 can be transferred to the main flame 8. It can be provided that all the nozzles 9 correspond to FIGS. 4, 5

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AT 516 424 B1 2020-04-15 österreichisches patentamt und 6 baugleich ausgebildet sind. Alternativ können die Düsen 9 des Hauptbereiches 7 auch als Rohr mit offenem Ende ausgebildet sein. In Fig. 8 ist eine zentrale Düse 9 im Steuerbereich 5 für die Pilotflamme 6 mittig auf der Platte 12 angeordnet. Um diese Düse 9 herum sind im Hauptbereich 7 Schlitzöffnungen 16 für die Hauptflamme 8 vorgesehen. Auch dabei ist ein Abstand der Düse 9 zu den Schlitzöffnungen 16 vorgegeben, um eine Übertragung der Schwingungen von der Pilotflamme 6 auf die Hauptflamme 8 zu gewährleisten.AT 516 424 B1 2020-04-15 Austrian patent office and 6 of identical construction. Alternatively, the nozzles 9 of the main area 7 can also be designed as a tube with an open end. 8, a central nozzle 9 in the control area 5 for the pilot flame 6 is arranged centrally on the plate 12. Around this nozzle 9 in the main area 7 slot openings 16 are provided for the main flame 8. Here, too, a distance between the nozzle 9 and the slot openings 16 is predetermined in order to ensure transmission of the vibrations from the pilot flame 6 to the main flame 8.

[0040] Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Flamme wird wie in Fig. 9 gezeigt das erste Oxidationsmittel über die Zuleitung 2 durch die Beschallungseinrichtung 4 geführt und dadurch in Schwingung versetzt. Anschließend wird das Oxidationsmittel im Steuerbereich 5 mit dem zu verbrennenden Gas zusammengeführt, auf welches eine Frequenz und/oder eine Amplitude des Oxidationsmittels übertragen werden. Die Zuführung des zu verbrennenden Gases ist in Fig. 9 als Pfeil im Steuerbereich 5 dargestellt. Diese dabei entstehende Mischung wird durch die Düse 9 des Steuerbereiches 5 geführt und das Gas wird im Bereich dieser als Pilotflamme 6 verbrannt. Eine Auswahl der Frequenz bzw. der Amplitude wird dabei so gewählt, dass ein gleichmäßiges Schwingen der Pilotflamme 6 ermöglicht wird. Die Frequenz bzw. Amplitude der Mischung wird auf die Pilotflamme 6 übertragen und diese schwingt. Als Gas kann dabei beispielsweise Methan oder Butan verbrannt werden. Die Düse 9 ist dabei, wie in Fig. 10 gezeigt, derart ausgebildet, dass eine Geschwindigkeit der Mischung am Ende dieser bevorzugt zumindest viermal so schnell ist wie am Anfang. Dazu kann ein endseitiger Durchmesser der Düse 9 kleiner ausgebildet sein als ein eingangsseitiger Durchmesser, insbesondere kann ein eingangsseitiger Durchmesser im Querschnitt etwa zweimal so groß sein wie ein endseitiger. Dadurch wird ein Rückschlag der Pilotflamme 6 und der Hauptflamme 8 verhindert, weil diese drallstabilisiert sind. Das zu verbrennende Gas wird über das Rohr 13 in die Düse 9 geleitet, während das Oxidationsmittel außerhalb des Rohres 13 in diese geleitet wird. Die Zuführung und ein weiterer Führungsverlauf des zu verbrennenden Gases sind in Fig. 10 durch Pfeile dargestellt. Durch die Ausbildung der Düse 9 als Venturidüse bzw. durch die Verengung 14 kommt es endseitig der Düse 9 außerhalb des oberen Teilstückes 15 zu einem Stau, wodurch das zu verbrennende Gas gezwungen wird, in das obere Teilstück 15 der Düse 9 einzutreten und sich mit dem Oxidationsmittel zu vermischen. Somit bleibt ein Druckverlust innerhalb der Düse 9 möglichst gering und es kommt zu keiner Sperrung der Strömung. Darüber hinaus wird bei einer unreinen Strömung eine Ablagerung weitgehend vermieden. Auch ist die Düse 9 dadurch akustisch transparent ausgebildet, wodurch im gesamten Brenner 3 weder Schallwellen absorbiert noch verursacht werden. Weiter ist die Düse 9 derart ausgebildet, dass der Pilotflamme 6 ein Drehimpuls induziert wird, um die Pilotflamme 6 von der Düse 9 bzw. der Platte 12 zu beabstanden. Dazu wird das zu verbrennende Gas im oberen Teilstück 15 mit dem Oxidationsmittel zusammengeführt. Durch dieses als Wirbelgenerator ausgebildete obere Teilstück 15 ist eine entstehende Flamme von der Düse 9 abgehoben. Im Steuerbereich 5 wird das zu verbrennende Material üblicherweise schon vor Zuführung zur Düse 9 mit dem Oxidationsmittel vermischt, wie in Fig. 9 dargestellt.In a method according to the invention for operating a flame, as shown in FIG. 9, the first oxidizing agent is passed through the sound system 4 via the feed line 2 and thereby caused to vibrate. The oxidizing agent is then brought together in the control region 5 with the gas to be burned, to which a frequency and / or an amplitude of the oxidizing agent are transmitted. The supply of the gas to be burned is shown in FIG. 9 as an arrow in the control area 5. This resulting mixture is passed through the nozzle 9 of the control area 5 and the gas is burned in the area of this as a pilot flame 6. A selection of the frequency or the amplitude is chosen in such a way that the pilot flame 6 can oscillate evenly. The frequency or amplitude of the mixture is transmitted to the pilot flame 6 and this oscillates. For example, methane or butane can be burned as gas. As shown in FIG. 10, the nozzle 9 is designed such that a speed of the mixture at the end of the mixture is preferably at least four times as fast as at the beginning. For this purpose, an end-side diameter of the nozzle 9 can be made smaller than an inlet-side diameter, in particular an inlet-side diameter can be approximately twice as large in cross-section as an end-side diameter. This prevents the pilot flame 6 and the main flame 8 from kicking back because they are spin-stabilized. The gas to be burned is fed via the pipe 13 into the nozzle 9, while the oxidizing agent is fed into the pipe 13 outside the latter. The supply and a further guide course of the gas to be burned are represented by arrows in FIG. 10. By designing the nozzle 9 as a Venturi nozzle or through the constriction 14, there is a jam at the end of the nozzle 9 outside the upper section 15, as a result of which the gas to be burned is forced to enter the upper section 15 of the nozzle 9 and to deal with it Mix oxidizing agent. Thus, a pressure loss within the nozzle 9 remains as low as possible and the flow is not blocked. In addition, deposits are largely avoided in the case of an impure flow. This also makes the nozzle 9 acoustically transparent, as a result of which sound waves are neither absorbed nor caused in the entire burner 3. Furthermore, the nozzle 9 is designed such that an angular momentum is induced to the pilot flame 6 in order to space the pilot flame 6 from the nozzle 9 or the plate 12. For this purpose, the gas to be burned is brought together with the oxidizing agent in the upper section 15. This upper section 15, which is designed as a vortex generator, lifts a flame that is produced from the nozzle 9. In the control area 5, the material to be burned is usually mixed with the oxidizing agent before being fed to the nozzle 9, as shown in FIG. 9.

[0041] Über zumindest eine weitere Zuleitung 2 sind ein weiteres Oxidationsmittel zum in Fig. 9 nicht dargestellten Brenner 3 führbar. Das weitere Oxidationsmittel wird dabei direkt in ein Plenum 17 geführt, ohne die Beschallungseinrichtung 4 zu durchlaufen. Das Plenum 17 kann dabei als Resonanzkörper 11c genutzt werden. Dieses wird im in Fig. 9 nicht dargestellten Hauptbereich 7 mit einem weiteren brennbaren Material zusammengeführt, welches als bevorzugt mehrere Hauptflammen 8 verbrannt wird. Die Zuführung des weiteren brennbaren Materials ist in Fig. 9 dabei ebenfalls mit zwei Pfeilen angedeutet, welche außerhalb des Steuerbereiches 5 angeordnet sind. Auch dieses Gemisch wird über Düsen 9 nach außen geführt. Die Düsen 9 können dabei bevorzugt baugleich wie die Düse 9 des Steuerbereiches 5 ausgebildet sein, deren Funktionsweise anhand Fig. 10 erklärt ist. Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Düsen 9 beabstandet voneinander angeordnet sind, sodass die Frequenz und/oder die Amplitude der Pilotflamme 6 auf die zumindest eine Hauptflamme 8 übertragen werden. Alternativ kann die weitere Mischung anstatt über die Düsen 9 über die Schlitzöffnungen 16 in der Platte 12 nach außen geführt und das Gas verbrannt werden. Die Hauptflammen 8 nehmen somit die Schwingung der Pilotflamme 6 auf und schwingen mit derselben Frequenz und/oderA further oxidizing agent can be passed to the burner 3 (not shown in FIG. 9) via at least one additional feed line 2. The further oxidizing agent is fed directly into a plenum 17 without passing through the sound system 4. The plenum 17 can be used as a resonance body 11c. This is brought together in main area 7, not shown in FIG. 9, with a further combustible material, which is preferably burned as a plurality of main flames 8. The supply of the further combustible material is also indicated in FIG. 9 with two arrows, which are arranged outside the control area 5. This mixture is also led to the outside via nozzles 9. The nozzles 9 can preferably be constructed identically to the nozzle 9 of the control area 5, the functioning of which is explained with reference to FIG. 10. According to the invention, it can be provided that the nozzles 9 are arranged at a distance from one another, so that the frequency and / or the amplitude of the pilot flame 6 are transmitted to the at least one main flame 8. As an alternative, the further mixture can be passed out through the slot openings 16 in the plate 12 instead of via the nozzles 9 and the gas can be burned. The main flames 8 thus absorb the vibration of the pilot flame 6 and vibrate at the same frequency and / or

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Amplitude wie diese.Amplitude like this.

[0042] Es kann vorgesehen sein, dass im Hauptbereich 7 ein Gas mit einem niedrigen Brennwert geführt wird. Durch das Beaufschlagen der Pilotflamme 6 mit Schall und die Übertragung dieser Pulsation auf die Hauptflammen 8 können Gase mit niedrigem Brennwert verbrannt werden und die dabei entstehende Flamme kann stabil gehalten werden, ohne zu erlöschen. Anstatt des Gases mit niedrigem Brennwert kann erfindungsgemäß im Hauptbereich 7 auch ein herkömmliches Gas wie Methan oder Butan geführt werden. Bei einer Verbrennung eines solchen Gases wird durch die Pulsation ein thermischer Wirkungsgrad der Verbrennung erhöht.It can be provided that a gas with a low calorific value is guided in the main area 7. By impinging sound on the pilot flame 6 and transmitting this pulsation to the main flames 8, gases with a low calorific value can be burned and the resulting flame can be kept stable without extinguishing. Instead of the gas with a low calorific value, a conventional gas such as methane or butane can also be conducted in the main area 7 according to the invention. When such a gas is burned, the pulsation increases the thermal efficiency of the combustion.

[0043] Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 bzw. das erfindungsgemäße Verfahren kann also unter anderem beim Verbrennen von Biogas, zur Energieerzeugung oder auch zum Brennschneiden von z. B. Stahl verwendet bzw. angewendet werden.The device 1 according to the invention and the method according to the invention can thus, among other things, when burning biogas, for energy generation or also for flame cutting of z. B. steel are used or applied.

Claims (8)

PatentansprücheClaims 1. Vorrichtung (1) zum Betreiben einer Flamme, umfassend zumindest eine Zuleitung (2) für zumindest ein insbesondere gasförmiges Oxidationsmittel und zumindest ein brennbares Material, insbesondere ein brennbares Gas, einen Brenner (3) zum Verbrennen desselben und eine Beschallungseinrichtung (4), mit welcher das Oxidationsmittel in Schwingung versetzbar ist, wobei der Brenner (3) zumindest einen Steuerbereich (5) zum Führen des in Schwingung versetzten Oxidationsmittels und des brennbaren Materials zur Erzeugung einer Pilotflamme (6) und zumindest einen Hauptbereich (7) für zumindest eine Hauptflamme (8) umfasst, wobei der Steuerbereich (5) mit der Beschallungseinrichtung (4) verbunden ist und wobei im Hauptbereich (7) weiteres Oxidationsmittel und ein weiteres brennbares Material führbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass im Steuerbereich (5) zumindest eine Düse (9) angeordnet ist, durch welche eine Mischung aus dem Oxidationsmittel und dem brennbaren Material führbar ist, um das brennbare Material im Bereich der Düse (9) als Pilotflamme (6) zu verbrennen, wobei die Düse (9) derart ausgebildet ist, dass eine Geschwindigkeit der Mischung an einem Ausgang dieser mindestens doppelt so schnell ist wie an einem Eingang derselben, insbesondere mehr als viermal so schnell.1. A device (1) for operating a flame, comprising at least one feed line (2) for at least one in particular gaseous oxidizing agent and at least one combustible material, in particular a combustible gas, a burner (3) for burning the same and a sound system (4), with which the oxidizing agent can be vibrated, the burner (3) having at least one control area (5) for guiding the oxidizing agent which has been vibrated and the combustible material for producing a pilot flame (6) and at least one main area (7) for at least one main flame (8), wherein the control area (5) is connected to the sound system (4) and wherein further oxidizing agent and another combustible material can be carried in the main area (7), characterized in that at least one nozzle (9 ) is arranged, through which a mixture of the oxidizing agent and the combustible material can be passed to to burn the combustible material in the area of the nozzle (9) as a pilot flame (6), the nozzle (9) being designed in such a way that the speed of the mixture at an outlet thereof is at least twice as fast as at an inlet thereof, in particular more than four times as fast. 2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschallungseinrichtung (4) derart ausgebildet ist, dass mit dieser eine Frequenz und/oder eine Amplitude des in Schwingung versetzten Oxidationsmittels festlegbar ist und diese bei einer Verbrennung des brennbaren Materials vom Oxidationsmittel an die dabei entstehende Pilotflamme (6) übertragbar sind.2. Device (1) according to claim 1, characterized in that the sound system (4) is designed such that with it a frequency and / or an amplitude of the vibrating oxidizing agent can be determined and this when the combustible material is burned by the oxidizing agent can be transferred to the resulting pilot flame (6). 3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Hauptbereich (7) zumindest eine weitere Düse (9) angeordnet ist, durch welche eine Mischung des weiteren brennbaren Materials und weiteren Oxidationsmittels führbar ist, um das weitere brennbare Material im Bereich der zumindest einen weiteren Düse (9) als eine, insbesondere mehrere, Hauptflammen (8) zu verbrennen.3. Device (1) according to claim 1 or 2, characterized in that in the main area (7) at least one further nozzle (9) is arranged, through which a mixture of the further combustible material and further oxidizing agent can be passed to the further combustible material to burn as one, in particular several, main flames (8) in the area of the at least one further nozzle (9). 4. Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (9) an einem Ende des Brenners (3) mit einem vorbestimmten Maximalabstand beabstandet voneinander angeordnet sind, um eine Übertragung der Frequenz und/oder der Amplitude der Pilotflamme (6) auf die zumindest eine Hauptflamme (8) zu ermöglichen.4. The device (1) according to claim 3, characterized in that the nozzles (9) are arranged at one end of the burner (3) at a predetermined maximum distance from one another in order to transmit the frequency and / or the amplitude of the pilot flame (6 ) on the at least one main flame (8). 5. Verwendung einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zum Verbrennen eines Gases mit niedrigem Brennwert wie Biogas.5. Use of a device (1) according to one of claims 1 to 4 for burning a gas with a low calorific value such as biogas. 6. Verfahren zum Betreiben einer Flamme, wobei zumindest ein insbesondere gasförmiges Oxidationsmittel und zumindest ein brennbares Material, insbesondere ein brennbares Gas, zu einem Brenner (3) geführt werden, wobei das Oxidationsmittel von einer Beschallungseinrichtung (4) in Schwingung versetzt wird, wobei das Oxidationsmittel mit dem brennbaren Material zusammengeführt und das brennbare Material verbrannt wird, wobei davon beabstandet ein weiteres brennbares Material unter Zuführung von Oxidationsmittel verbrannt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Mischungen aus Oxidationsmittel und brennbaren Materialien über Düsen (9) nach außen geführt werden, wobei ein brennbares Material in zumindest einem Steuerbereich (5) im Bereich einer Düse (9) als Pilotflamme (6) und ein weiteres brennbares Material in zumindest einem Hauptbereich (7) im Bereich von zumindest einer, insbesondere mehrerer, weiteren Düsen (9) als Hauptflamme (8) verbrannt wird.6. A method of operating a flame, wherein at least one in particular gaseous oxidizing agent and at least one combustible material, in particular a combustible gas, are led to a burner (3), the oxidizing agent being set in vibration by a sound system (4), the Oxidizing agent merged with the combustible material and the combustible material is burned, a further combustible material being burned at a distance from the supply of oxidizing agent, characterized in that mixtures of oxidizing agent and combustible materials are led outside via nozzles (9), a combustible one Material in at least one control area (5) in the area of a nozzle (9) as a pilot flame (6) and a further combustible material in at least one main area (7) in the area of at least one, in particular several, further nozzles (9) as the main flame (8 ) is burned. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Frequenz und/oder eine Amplitude der Beschallungseinrichtung (4) von der Mischung im Steuerbereich (5) aufgenommen und an die Pilotflamme (6) und von dieser an die Hauptflamme (8) übertragen werden.7. The method according to claim 6, characterized in that a frequency and / or an amplitude of the sound system (4) from the mixture in the control area (5) is recorded and transmitted to the pilot flame (6) and from there to the main flame (8) . 9/159/15 AT 516 424 B1 2020-04-15 österreichisches patentamtAT 516 424 B1 2020-04-15 Austrian patent office 8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Flamme durch die Düsen (9) ein Drehimpuls induziert wird, wobei die Flamme aus der Pilotflamme (6) und zumindest einer Hauptflamme (8) zusammengesetzt wird.8. The method according to claim 6 or 7, characterized in that the flame is induced by the nozzles (9) an angular momentum, the flame being composed of the pilot flame (6) and at least one main flame (8).