DE1801925C3 - Brenner für flüssige und gasförmige Brennstoffe mit Kapillarwirkung - Google Patents
Brenner für flüssige und gasförmige Brennstoffe mit KapillarwirkungInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D17/00—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel
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Description
Die Erfindung betrifft Brenner entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Es ist bekannt, flüssige Brennstoffe für Heizzwecke in Dochtbrennern zu verbrennen, wobei der Docht
den Brennstoff aus einem unterhalb der Verbrennungszone angeordneten Vorratsbehälter zum Boden
der Verbrennungszone transportiert. Mit diesen Brennern wird eine gute Verbrennung mit geräuschloser
blauer Flamme erzielt. Einer derartigen Dochtbrenner der eingangs genannten Art beschreibt beispielsweise
die FR-PS 764446.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brenner der genannten Art so auszubilden, daß nicht
nur eine gute Brennstoffübertragung erreicht, sondern gleichzeitig auch die Konstruktion des Brenners vereinfacht
wird.
Diese Aufgabe soll durch die im Patentanspruch ί angegebenen Mittel gelöst werden, d. h. indem die
Verteilung des Brennstoffes unter der Trennwand frei in den Zwischenräumen zwischen den Verbrennungsluftrohren
und dann durch rings um jedes dieser Verbrennungsluftrohre gebildete ringförmige Brennstoffkanäle
in der Trennwand hindurch nach oben erfolgt.
Die den Brennstoff durch Kapillarwirkung fördernde Füllung besteht vorzugsweise aus porösem
Material und/oder aus die einzelnen Verbrennungsluftrohre jeweils mit Abstand umgebenden unglasiertcn
Keramikrohren.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielcn
und schcmalischcn Abbildungen beschrieben. Es zeigt
Fig. I perspektivisch teilweise aufgeschnitten einen Brenner gemäß einer bevorzugten Ausführungsform,
Fig. 2 einen waagerechten Schnitt durch den Bren=
ncr nach Fig. 1,
Fig. 3 einen senkrechten Schnitt durch den Brenner nach Fig. 1,
Fig. 4 eine Oberansicht eines Brenners mit Ziindflammcnleitungen, die in der Nähe des Brenncrnindes
enden,
Fig. 5 einen senkrechten Schnitt durch den in
Fig, 4 dargestellten Brenner,
Fig. 6 eine Oberansicht eines Brenners, bei dem
die Zündflammenleitungen in der Mitte des Brenners enden,
Fig. 7 einen senkrechten Schnitt durch den in Fig. 6 dargestellten Brenner,
Fig. 8 einen senkrechten Schnitt durch einen Brenner für flüssigen Brennstoff, und
Fig. 9 einen Schnitt durch einen in einen Wassererhitzer
eingebauten Brenner der in Fig. 1 bis 8 dargestellten Art.
Der in Fig. 1 bis 3 dargestellte Brenner ist ein Gasbrenner mit einer Brennstoffkammer 10, durch die
eine Vielzahl von Verbrennungsluftrohren 11 geführt ist. Die Brennstoffkammer ist in einen Brennstoffeinirittsraum
12 und einen Brennstoffaustrittsraum 13 unterteilt, der zur Erhöhung des Widerstandes gegen
die Strömung mit einem Pulver (dessen Teilchen nicht aneinander gebunden sind) gefüllt ist. Als Unterlage
für diese Füllung dient eine Trennwand 14. Jedes Verbrennungsluftrohr 11 ist durch ein Loch in der Trennwand
14 geführt, und das Loch ist so bemessen, daß ein ringförmiger Brennstoffkanal 15 rings um jedes
Verbrennungsluftrohr entsteht (Fig. 1 und 2). Fig. 3 zeigt ferner, daß die Verbrennungsluftrohre 11 gas-
und flüssigkeitsdicht in runde Löcher in einer Platte 16 der Lufteintrittszone eingesetzt sind.
Beim Betrieb des Brenners gelangt der Brennstoff durch die Brennstoffzuführungsleitung 17 in den
Brennstoffeintrittsraum 12 und strömt durch die Zwischenräume zwischen den Verbrennungsluftrohren
11. Vom Brennstoffeintrittsraum 12 strömt der Brennstoff durch den mit Pulver gefüllten Brennstoffaustrittsraum
13 in die Verbrennungszone. Da die Packung oder Füllung der Strömung des Brenngases
einen verhältnismäßig hohen Widerstand und der Zwischenraum des Brennstoffeintrittsraums 12 einen
verhältnismäßig niedrigen Widerstand bietet, begünstigt die Konstruktion eine gleichmäßige Brennstoffzufuhr
in die Verbrennungyzone.
Ein Brenner der beschriebenen Art wurde im Laboratorium unter einem 20,3-cm-Kamin erprobt, wobei
in getrennten Versuchen Methan und Stadtgas als Brennstoffe verwendet wurden. (Stadtgas hat eine unterschiedliche
Zusammensetzung, jedoch enthält es immer einen wesentlichen Wasserstoffanteil von gewöhnlich
über 50 Vol.-%.) Der Brenner enthielt 38 Verbrennungsluftrohre 11 von 4,72 mm Außendurchmesser
und 4,445 mm Innendurchmesser mit einem dreieckigen Zwischenraum von 0,55 mm Abstand
zwischen den Mittelpunkten. Der Brenner hatte eine Baugröße von 45,7 x 25,4 mm und eine Tiefe
von 19,05 mm. Im Abstand von 9,5 mm von der Verbrennungszone
war er mit der Trennwand 14 versehen. Jedes Verbrennungsrohr 11 war durch ein Loch
in der Trennwand 14 geführt. Die Löcher (ausgenommen die Löcher am Rand) hatten einen Durchmesser
von 5 mm, d. h. es war ein Ringraum von 0,15 mm vorhanden, wenn die Löcher gleichmäßig waren. Die
Löcher am Rand hatten einen Durchmesser von 4,8 mm, d. h. einen Ringraum von 0,04 mm bei
gleichmäßiger Ausführung. Diese Beschränkung an den Rändern beseitigte eine Neigung zur fetten Verbrennung
an den Rändern der Verbrennungszone. Der Raum zwischen der Trennwand 14 und der Verbrennungszone
war mit geschmolzenem Aluminiumoxyd gefüllt, das zu einem Pulver gemahlen war. das
eine solche Teilchengröße hatte, daß es ein Sieb einer
Maschenweite von 0,6 bis 1 mm passierte.
Der Brenner war zwar für die Verbrennung von gasförmigen Brennstoffen ausgebildet, jedoch konnte
er auch Kerosin verbrennen (unter einem 43,2-cm-Kamin). Die folgenden maximalen Wärmeleistungen
(d, h. ohne Flammen, die sich im Falle von Methan und Stadtgas vom Brenner entfernten) wurden erreicht:
Brennstoff Druckabfall, Pa Wärme-
Xuft Brennstoff leistung,
kJ/m2/Stunde
Methan
Stadtgas
Kerosin
1,25
1,25
2,49
1,25
2,49
49,83
174,62
174,62
3.310.712 3.762.782 3.310.712
in
Bei dem im Versuch verwendeten Brenner war der Brennstoffaustrittsraum 13 zur Verbrennungszone
hin direkt offen, und der Brennstoff strömte mit der Verbrennungsluft in einer Richtung. Es erwies sich
als möglich, die maximale Wärmeleistung, die mit Methan erzielt wurde, zu steigern, indem ein Leitblech
(in den Abbildungen nicht dargestellt) eingesetzt wurde, das die Brennstoffströmung in die Luftströmung
ablenkte. Das Leitblech bestand aus einer perforierten Platte, die die Oberseite des Brennstoffaustrittsraums
13 bedeckte und die Verbrennungsluftrohre 11 frei ließ. Wenn das Leitblech mit dem
Brennstoffaustrittsraum in Berührung gebracht wurde, wurde die maximale Wärmeleistung mit Methan
von 3271984 (siehe Tabelle) auf 4089980 so
kJ/nr/Stunde gesteigert.
(Die Füllung bestand aus einem »rieselfähigen« Pulver, das jedoch infolge der Form und Größe seiner
Teilchen im Brennstoffaustrittsraum 13 blieb, wenn der Brenner auf die Seite gestellt wurde. Es ist möglieh,
daß durch die Hitze der Flamme eine teilweise Sinterung durch Hitze eintritt, wodurch eine besondere
mechanische Stabilität erzeugt wird.)
Der in Fig. 4 und 5 dargestellte Brenner «1 dem
in Fig. 1 bis 3 dargestellten Brenner ähnlich, jedoch war er außerdem mit einer Zündflammenleitung 18
versehen, die sich gabelt und in Austrittsleitungen 18a und 18b endet, die am Rande des gepackten Brennstoffaustrittsraumes
13 unmittelbar über der Trennwand 14 angeordnet sind.
Die Zündflammendüsen liefern etwa 1 bis 2% der maximal verbrauchten Brenngasmenge. Wenn die
Hauptbrennstoffzufuhr abgesperrt wird, strömt der Brennstoff aus der Zündflammenleitung 18 nach oben
durch den Brennstoffa»sstrittsraum 13 und verbrennt in der Verbrennungszone. Die Flamme liegt zwar an
einem Rand der Verbrennungszone, jedoch ermöglicht sie eine einwandfreie erneute Zündung, wenn die
Hauptbrennstoffzufuhr wieder geöffnet wird.
Bei dem in Fig. 6 und 7 dargestellten Brenner sind zwei Zündflammenleitungen 18c und I8d unmittelbar
unterderTrennwand 14 durch den Brennstoffeintrittsraum 12 geführt. In der Mitte des Brenners sind
die Leitungen aufwärts gebogen, um im Brennstoffaustrittsraum 13 unmittelbar über der Trennwand 14 ho
zu enden.
Die Zündflamme brennt in der gleichen Weise, wie im Zusammenhang in Fig. 4 und 5 beschrieben, ermöglicht
jedoch eine schnellere erneute Zündung. Dies ist ein Vorteil bei Brennern mit einer großen <,·-,
Querschnittsfläche.
Die Zündflammen in Brennern der in Fig. 5 bis 7 dargestellten Art brennen nicht in Kontakt mit feinen
Zündflammendüsen, so daß diese Düsen sich nicht durch Verrußen zusetzen können.
Fig, 8 zeigt einen Brenner für flüssigen Brennstoff (ähnlich dem in Fig. 1 bis 3 dargestellten Brenner),
dereine nicht poröse Füllung in Form von unglasierten Keramikrohren 19 enthält, von denen jeweils eines
um jedes Verbrennungsluftrohr 11 angeordnet ist und auf Vorsprüngen 20 ruht, (Fig. 8 zeigt die Anordnung
für zwei benachbarte Verbrennungsluftrohre 11 in der Ebene ihrer Achsen.)
Der Brenner enthielt 47 Verbrennungsluftrohre 11 mit einem Außendurchmesser von je 4,72 mm, einem
Innendurchmesser von 4,445 mm und einer Höhe von 31,8 mm. Die Verbrennungsluftrohre waren in Dreiecksanordnung
mit Abständen von 6,2 mm zwischen den Mittelpunkten eingesetzt.
Jedes Verbrennungsluftrohr 11 war mit einem unglasierten Keramikrohr 19 versehen, das einen Innendurchmesser
von 4,98 mm, einen Außendurchmesser von 6,1 rran und eine Höhe von 25,4 mm hatte und
auf einem Vorsprung 20 im Absund von 6,35 mm
vom Eintrittsende des Verbrennun^sluftrohrs 11 ruhte. Hierdurch ergibt sich ein Ringraum zwischen
dem Verbrennungsluftrohr und dem Keramikrohr von 0,13 mm bei gleichmäßiger Ausführung.
Der Brenner wurde mit Kerosin als Brennstoff betrieben, das durch einen auf 16 mm unter dem Überlauf
eingestellten Slandregler zugeführt wurde. Durch die Kapillarwirkung stieg der Brennstoff zum oberen
Ende der Verbrennungsluftrohre 11 ohne Gefahr überzulaufen. Die Wärmeleistung betrug
1471912kJ/m2/Stunde (der gleiche Brenner mit ausgebauten
Keramikrohren hatte eine Wärmeleistung von 818101 kJ/m2/Stunde bei Einstellung des Brennstoffstandes
auf 6 mm unter dem Überlauf).
Fig. 9 stellt einen Wassererhitzer dar, der sich für eine Zentralheizung eignet und mit einem Brenner
30 der in Fig. 1 bis 8 dargestellten Art versehen ist. Der Brenner 30 ist am Fuß des Verbrerinung*raums
31 installiert, der mit einem Kamin am Austritt 32 verbunden ist. Während des Betriebs erhält der Brenne»
seine Verbrennungsluft aus dem Luftraum 33, und die durch die Verbrennung gebildeten heißen Gase
strömen über eine Seite des Wärmeaustauschers 34, der das durch die Rohre 35 und 36 umgewälzte Wasser
erhitzt. Der Brenner erhält seinen Brennstoff über einen Regler 37.
Im Falle eines Gasreglers ist der Regler 37 ein Gleichdruckregler, und die Wärmeleistung wird durch
Unterbrechen der Gaszufuhr nach Bedarf geregelt. Die in Fig. 4 bis 7 dargestellten Brenner sind mit
Zündflammen versehen. Andernfalls ist eine Zünddüse 38 vorhanden.
In-. Falle eines Brenners für flüssige Brennstoffe kann der Regler 37 entweder ein Mengenregler oder
Standreglcr sein, der die Brennstoffzufuhr nach dem Wärmebedarf regelt.
Die in den Beispielen beschriebenen Brenner ergaben eine Verbrennung mit ruhiger blauer Flamme mit
Hilfe eines Diffusionsmechanismus. In allen Fällen ragten die Flammen um weniger als etwa 5 mm über
den Brenner hinaus.
Als Verbrennungsluftrohre sind zylindrische Rohre besonders gut geeignet, die am zweckmäßigsten so angeordnet
werden, i'aß ihre Achsen parallel verlaufen.
Die Strömung des Brennstoffs aus einem Brenner der vorstehend beschriebenen Art pflegt in gleicher
Richtung wie die Strömung der Luft aus den Veibren-
nungsluftrohren zu erfolgen. Hierdurch wird eine einwandfreie
Verbrennung erzielt.
Wenn jedoch sehr hohe Strömungsgeschwindigkeiten des Brennstoffs erforderlich sind, kann eine bessere
Verbrennung nach dem vorstehend beschriebe- ' nen erreicht werden, wenn die Brennstoffströmung in
die aus den Verbrennungsluftrohren 11 ausströmende Luft abgelenkt wird. Wenn dies erforderlich ist, kann
der Brenner mit dem Leitblech versehen werden, das über dem Brennstoffaustrittsraum 13 vorgesehen ist. h>
Die folgenden beiden Konstruktionen sind besonders gut für die Verwendung am Eintrittsende der
Verbrennungsluft rohre geeignet:
Konstruktion A ,,
[Diu Verbreiinungsluftrohre U sind gas- und flüssigkeitsdicht
in die Löcher in der Platte 16 der Lufteintrittszone eingesetzt, die eine Wand des Brcnn-
Konstruktion B
Die Verbreiinungsluftrohre 11 haben einen anpassungsfähigen
mehreckigen Querschnitt, z. B. in Form von gleichseitigen Dreiecken. Quadraten oder regelmäßigen
Sechsecken, und die Wände der Mehrecke sind gas- und flüssigkeitsdicht aneinander befestigt.
Im Falle von Brennern für gasförmige Brennstoffe bieten die gepackten Brennstoffräume der Brennstoffströmung
einen verhältnismäßig hohen Widerstand, und die Kombination von niedrigem und hohem
Widerstand begünstigt eine gleichmäßige Brennstoffverteilung. Die Packung besteht vorzugsweise aus einem
porösen Material, z. B. einem feinteiligen Material,
beispielsweise einem Pulver, dessen Teilchengröße und Teilchendichte so gewählt sind, daß der
erforderliche hohe Widerstand gegenüber der Brennstoffströmung erzielt wird. Die Teilchen können miteinander
verbunden werden, beispielsweise durch Drucksintern. Sintern unter Hitzeeinwirkung. Verwendung
eines Bindemittels oder eine beliebige Kornbination dieser Maßnahmen.
Es können bei gasförmigen Brennstoffen und Brennern der vorstehend beschriebenen Art außerdem
eine oder mehrere im Brennstoffaustrittsraum 13 endende Zündflammenleitungen 18c und 18r/ vorgesehen
sein, die so bemessen sind, daß sie während des Gebrauchs genügend Brennstoff für die Unterhaltung
einer Zündflamme zur erneuten Zündung zuführen.
Die Zündflammenleitung oder, wenn mehrere Zündflammenleitungen 18c. 18</ verwendet werden.
jede Zündflamrrenleitung. endet in der Nähe der Grenze zwischen dem Brennstoffaustrittsraum und
der benachbarten ungepackten Zone.
Für die Herstellung eines Brenners ist es zweckmäßig, daß die Zündflammenleitung oder, wenn mehrere
Zündflammenleitungen verwendet werden, jede Zündflammenleitung, in der Nähe der Kante des
Brenners endet. Wenn eine Zündflammenleitung in der Mitte des Brenners enden soll, kann sie durch eine
ungepackte Zone geführt werden, vorausgesetzt, daß sie in der gepackten Austrittszone endet.
Im Falle von Brennern für flüssige Brennstoffe (bei denen ein hoher Widerstand gegenüber der Brennstoffströmung
nicht wichtig ist) überträgt die Packung im Brennstoffaustrittsraum 13 den Brennstoff durch
Oberflächenspannung (d. h. die Packung entwickelt eine Dochtwirkung). Essoll /wischen zwei Mechanismen
der Brennstoffübertragung unterschieden werden. Beim ersten Mechanismus bildet die Packung
(die nicht porös zu sein braucht, aber eine Kapillarwirkung haben muli) Kanäle von Kapillargröße, beispielsweise
zwischen verschiedenen Packungselcmcnten und/oder zwischen der Packung und den
Verbrennungsluftrohren. Beim zweiten Mechanismus ist die Packung porös, und der Brennstofftransport
wird in der Weise erreicht, in der ein Schwamm Wasser aufsaugt. Beide Mechanismen können gleichzeitig
wirksam sein. Bezüglich des Brennstofftransports sind alle Packungen, die sich für Brenner für gasförmige
Brennstoffe eignen, auch für den Brennstoffaustriltsrauin
»on Brennern für flüssige Brennstoffe geeignet.
Verbesserter Betrieb wird jedoch erreicht, wenn die Packung im Brennstoffaustrittsraum zum Wa'rme-Γ· Kor.χι η η ·ι>ιΓ ,1«,, H r,>
„ ric I/iff Koilr.r,) n.yl lijorjlirj-h
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die Verdampfung des Brennstoffs in die Verbrennungszone verbessert. Es ist somit zweckmäßig,
nicht-fcinteilige Packungen oder feinteilige Packungen
mit gutem Wärmekontakt zwischen den Teilchen zu verwenden, z. B. solche (die vorstehend im Zusammenhang
mit Gasbrennern genannt wurden), in denen die Teilchen beispielsweise durch Drucksintern. Sintern
unter Hitzeeinwirkung oder Verwendung eines Bindcrr!.MeIs miteinander verbunden sind.
Zur Erzielung optimaler Leistung der vorstehend beschriebenen Brenner sind die Querschnittsfläche
und die Dichte der Anordnung der Verbrennungsluftrohre besonders wichtig. Die Querschnittsfläche der
Verbrennungsluftrohre beeinflußt ihren Widerstand gegen die Luftströmung. Durch eine Verkleinerung
dieser Fläche wird der Widerstand erhöht. Die Dichte der Anordnung bestimmt die Längen der Diffusionswege, wobei kurze Wege die Vermischung von Brennstoff
und Sauerstoff begünstigen. Die Querschnittsfläche ist ferner insofern wichtig, als sie die Zahl der
Verbrennungsluftrohre 11 begrenzt, die in eine gegebene Fläche eingesetzt werden können. Es wurde festgestellt,
daß optimale Abmessungen erreicht werden, wenn die Bohrung jedes Verbrennungsluftrohrcs 11
an der Stelle, in der es sich in die Verbrennungszone öffnet. 0.01 bis 1.0 cm- beträgt und die Bohrungen
der Verbrennungsluftrohre 11 wenigstens 25ri. insbesondere
wenigstens 50% der Oberfläche des der Verbrennungszone benachbarten Brennstoffaustrittsraums
13 ausmachen.
Der beschriebene Brenner kann beispielsweise bei einem Verbrennungsapparat für Strahiungs.-.ärme
verwendet werden, der mit einem Element aus Keramikstoff versehen ist, das in der Verbrennungszone
so angeordnet ist, daß das Element während des Betriebs der Vorrichtung durch die Verbrennung erhitzt
wird. Diese Kombination eignet sich besonders gut für Ofenkonstruktionen, d. h. die Strahlungselemente
bilden Seiten und/oder den Boden und/oder die Oberseite des Heizraums. Es ist zweckmäßig, den
Heizraum in drei Dimensionen mit Strahlungselementen zu umgeben, jedoch ist es notwendig, eine
Öffnung für die Rauchgase und eine Tür vorzusehen. Die Tür könnte gegebenenfalls die Form von beweglichen
Kombinationen aus Brenner und Elementen haben.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
- Patentansprüche:1, Brenner für flüssige und gasförmige Brennstoffe mit einer Vielzahl von senkrechten Verbrennungsluftrohren, die durch eine Trennwand führen, über der zwischen den Verbrennungsluftrohren eine den Brennstoff durch Kapillarwirkung fördernde Füllung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilung des Brennstoffes unter der Trennwand (14) frei in den Zwischenräumen zwischen den Verbrennungsluftrohren (11) und dann durch rings um jedes dieser Verbrennungsluftrohre (11) gebildete ringförmige Brennstoff kanäle (15) in der Trennwand (14) hindurch nach oben erfolgt.
- 2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung aus porösem Material und/oder aus die einzelnen Verbrennungsluftrohre (11) jeweils mit Abstand umgebenden unglasierten Keramikrohren (19) besteht.
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Also Published As
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Legal Events
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