DE2318658A1

DE2318658A1 - Gasbrenner

Info

Publication number: DE2318658A1
Application number: DE2318658A
Authority: DE
Inventors: Alfred Longworth
Original assignee: RADIATION Ltd LONDON; Radiation Ltd
Current assignee: Hepworth Heating Ltd
Priority date: 1972-04-17
Filing date: 1973-04-13
Publication date: 1973-10-25
Also published as: US3897198A; ES413765A1; NL7305234A; NL168605B; FR2199853A5; DE2318658C2; IT980235B; NL168605C; JPS5332540B2; JPS4920727A

Description

~ -^- «*T»csrvrx tDitäSBIBOKF,

DIPL.-ING. H. MAKaCtL mndemannstrassb si

DIPL.-ING. K. SPARING pos! fach 4047

PATENTANWlLTE

1/597

Beschreibung
zum Patentgesuch

Radiation Limited

Radiation House, North Circular Road London WWlO OJP / England

betreffend:
"Gasbrenner"

Die Erfindung bezieht sich auf Gasbrenner, d.h. Brenner,in denen der Brennstoff in Gasform verbrannt wird, V7obei der Brennstoff selbst jedoch in flüssiger oder gasförmiger Form gespeichert sein kann. Die Erfindung bezieht sich insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich, auf Gasbrenner für gasbeheizte Wassererhitzer, wobei unter diesem Ausdruck auch Durchlauferhitzer und Heizeinheiten verstanden werden sollen, die gewöhnlich als Boiler bezeichnet v/erden, und solche, die in gasgefeuerte Zentralheizungssysteme eingebaut sind.

Einer der Faktoren, welcher die Gesamthöhe eines gasbeheizten Wassererhitzers bestimmen, ist die Flammenhöhe der Brennerflammen in der Apparatur. Eine Herabsetzung der Flammenhöhe bringt gewöhnlich eine erhöhte Anzahl der Brennerflammen mit sich, um den thermischen Umsatz des Brenners

3Q9843/092Ü

aufrecht zu erhalten, und dies führt zu einer Vergrößerung der Grundfläche des Brenners. Wenn man versucht, die Grundrißfläche zu verringern, indem man den Abstand zwischen den einzelnen Flammen verringert, ergeben sich Luftzufuhrprobleme und außerdem besteht die Tendenz, daß der Brennerkörper überhitzt wird und dies führt zur Entwicklung von hohem Rückdruck, hohem Abbrand und der erhöhten Möglichkeit der Rückzündung. Das Luftzufuhrproblem kann gelöst werden durch Erhöhung der Zufuhr von Primärluft, doch die anderen Probleme bleiben dabei ungelöst und werden akut, wenn die Fläche des Brennergrunarisses verringert wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen

Gasbrenner zu schaffen, bei dem die erwähnten Probleme weniger bedeutsam sind. ' ·

Bei einem Gasbrenner mit einer Leitung, die ein brennbares Gasgemisch zu einem Brennerauslaß führt, der einen Gemisch-Diffusor-Kopf aufweist, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Diffusorkopf eine Kühlfluid-Durchflußstrecke aufweist.

Der Diffusorkopf ist so angepaßt, daß sich die große Anzahl von Flammenöffnungen ergibt, die erforderlich ist, um eine gewünschte Flammenhöhe bei einem vorgegebenen thermischen Umsatz aufrecht zu erhalten. Der Diffusorkopf kann eine Baugruppe von gerippten Rohren umfassen, wobei die Zwischenräume zwischen den Rippen und den Rohren die Flammenöffnungen bilden. Alternativ kann der Brennerkopf eine poröse Metallstruktur umfassen, durch v/elche Leitungen führen, um das Kühlfluid hindurchzufordern. Die Struktur weist eine Mehrzahl von Öffnungen auf, welche die Flammenöffnungen bilden. Der Diffusorkopf kann eine doppelwan-. dige Struktur aufweisen mit einer VMzahl von Querbrennstoffdurchlässen, wobei das Kühlmittel zwischen den Doppelwandungen geführt wird.

30 9843/0920

Vorzugsweise befindet sich in der Leitung eine
Mischeinrichtung mit einem hohlen Kessel mit einem offenen Ende mit einer Längsachse und einer Anordnung mit einer oder mehreren öffnungen für ein brennbares Gas, wobei die oder jede Öffnung so positioniert ist, daß der Eintritt von Gas in den Kessel ermöglicht wird zwischen dessen offenen Enden und wobei die Anordnung so getroffen ist, daß das Gas um die Längsachse eine schraubenlinienförmige Bewegung ausführt mit einer Bewegungskomponente in Richtung des Brennerauslasses; die schraubenlinienförmige Bewegung ergibt einen Wirbel innerhalb des Kessels mit einer Niederdruckzone in der Nähe der Achse und diese Zone ermöglicht das Eindringen von Luft in den Kessel für die innige Durchmischung mit dem brennbaren Gas.

Der Mischer kann eine Anordnung umfassen mit einer Anzahl von Brennstoffzufuhrrohren, von denen jedes
durch die Wandung des Kessels in diesen hineinragt und jedes Rohr hat mindestens eine der Öffnungen in sich ausgebildet.

Eine andere Form eines Mischers umfaßt zwei Teile mit aneinanderpaßenden Flächen, wobei die Öffnungen in den Flächen ausgebildet sind. In einer solchen Konstruktion
kann ein weiteres nachgiebiges Teil vorhanden sein, das
zwischen den beiden Teilen angeordnet ist und zwar derart, daß die Durchflußrate des Brennstoffs durch die öffnungen bestimmt wird durch den Grad der Kopression dieses weiteren Teils und wobei die beiden Teile in ihrer Position relativ zueinander einstellbar sind, um den Zusammendrttückgrad des genannten weiteren Teils zu verändern.

Die innere Kontur des Kessels kann Venturiform auf- X-? eisen, wobei die Längsachse des Kessels der des Venturi-

309843/0920

innres entspricht. Die öffnungen können am Auslaß des Venturirohres angeordnet sein.

Der Gasbrenner kann einen Brennerkopf aufweisen mit einem Einlaß zur Aufnahme des Mischerauslasses derart relativ zu jenem angeordnet, daß weitere Luft in den Ausgang des Mischers eingeführt wird, wenn das abgegebene Gemisch in den Brennerkopfeinlaß eintritt.

Der Brenner kann verschiedene solche Einlasse aufweisen, die jeweils von einem besonderen Mischer gespeist werden.

Alternativ kann die Leitung mit einem. Mischer verbunden sein, in welchem brennbares Gas mit Luft gemischt wird, die von einem Gebläse zugeführt wird oder einer anderen kraftgetriebenen Einrichtung, oder die Leitung kann mit einem Mischer verbunden sein, in dem die Luftströmung mittels eines Absaugegebläses oder dergleichen induziert wird.

Es versteht sich, daß der Brennerkopf einen Wärmetauscher bildet, wobei die Wärme aus dem Diffusorkopf durch das Fluid, beispielsweise Wasser, extrahiert wird, das hindurch zirkuliert.

Der Zirkulationspfad kann verbunden sein mit einem weiteren Wärmetauscher oberhalb des Brenners.

In einer besonderen Ausführungsform kann der Brenner den Teil einer Wärmetauscherbaugruppe für einen gasbeheizten Wassererhitzer bilden, wobei die Baugruppe den weiteren Wärmetauscher umfaßt, der sehr nahe oberhalb des Diffusorkopfes positioniert ist, derart, daß er mit jenem mindestens teilweise eine Gas-Brennstoffgemisch-Verbrennungszone ausbildet.

309843/0920

Im Falle eines Wassererhitzers ist der Diffusorkopf wassergekühlt und die Durchflußstrecke bildet einen Teil des Wassererhitzerkreislaufs für den Wassererhitzer.

Gemäß der Erfindung wird auch ein Mischer vorgeschlagen mit einer zylindrischen Mischkammer mit offenem Ende und Mitteln an dem oder nahe dem Ende der Kammer für das Einspeisen eines Fluids in die Kammer, welche Mittel einen Sammler für das andere Fluid umfassen; der Sammler ist von im allgemeinen ringförmiger Gestalt mit einer Oberfläche koaxial zur Längsachse der Kammer und dem anderen Ende der Ι-ί-ischkammer zugekehrt und einer Serie von Öffnungen in der Oberfläche in Kommunikation mit dem Inneren des Sammlers, wobei die öffnungen so angeordnet sind, daß im Betrieb in die Kammer eindringendes Fluid aus den Öffnungen eine schraubenlinienförmige Bewegung um die Längsachse aufgezwungen erhält, die in Richtung des andern Kammerendes gerichtet ist, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß im Betrieb das eine Fluid in die Kammer durch und außerhalb des Einspeisungssammlers gesaugt wird.

Dieser Mischer ist nicht beschränkt auf die Verwendung in Verbindung mit Gasbrennern und kann benutzt werden für die Mischung von anderen Fluiden als gasförmigem Brennstoff und Luft.

Der Einspeisungssammler kann koaxial innehalb der Mischkammer angeordnet sein, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß sich ein ringförmiger Durchlaß zwischen dem Sammler und der Kammer ergibt als Einlaß in die letztere für das Fluid, das außerhalb des Sammlers angesaugt wird.

30 9843/0920

,Alternativ kann der Einspeisungssammler in einem Ende der IIisenkammer aufgenommen sein, wobei die gekrümmte Wandung der Kammer einen Schlitz oder Löcher aufweist an Positionen nahe den öffnungen, damit der Einlaß in die ldztere gewährleistet ist für das Fluid, das außerhalb des Sammlers angesaugt wird.

Der Einspeisungssammler kann innere und äußere ineinander angeordnete rohrförmige Glieder umfassen, die gemeinsam den Sammler hilaen. An einem Ende der Glieder haben diese Oberflächen, die zusammenwirken, zur Ausbildung der Öffnungen in der Endfläche. Entweder das innere oder äußere Glied kann mit einer Schulter versehen sein, die an der äußeren bzw. inneren Seite genutet ist und . zusammenwirkt mit einer ebenen Fläche am anderen Glied, um so die Öffnungen auszubilden.

Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen sollen nachstehend Ausführungsformen des Gegenstandes der Erfindung näher erläutert werden, nämlich Brenner für gasförmigen Brennstoff und 2-Iischer für die Verwendung mit

r diesem, sowie eine Wärmetauscherbauguppe mit aem Brenner, die für gasgefeuerte Wassererhitzer geeignet ist.

Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch eine ßrenner-Jlischer-Baugruppe,

Fig. 2 zeigt die Wärmetauscherbaugrüppa mit dem Brenner diagrammartig und teilweise geschnitten,

- Fig. 3 ist ein Schnitt nach Linie 3-3 der Fig. 2,

Fig. 4 ist ein Horizontalquerschnitt durch eine

abweichende Ausfuhrungsform eines Mischers,

309843/0920

231§658

Fig. 5 zeigt in Diagrammform einen Teil eines andern Gasbrenners gemäß der Erfindung,

Fig. 6 ist eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform eines Mischers,

Fig. 7 ist ein Schnitt nach Linie VII-VII der Fig. 6,

Fig. 8 ist eine Draufsicht auf eine Komponente der Ausführungsform nach Fig. 6,

Fig. 9 ist ein Schnitt nach Linie IX-IX der Fig. 8,

Fig. IO ist eine Draufsicht auf eine v/eitere Ausführungsform eines Mischers,

Fig. 11 ist ein Schnitt nach Linie XI-XI der Fig. 10,

Fig. 12 ist eine Draufsicht auf eine alternative Ausführungsform einer der Komponenten des Mischers,

Fig. 13 ist ein Schnitt nach Linie XIII-XIII der Fig. 12, und

Fig. 14 und 15 sind Seitenansichten weiterer Ausführungsformen von Gasbrennern gemäß der Erfindung mit zugehörigen Mischern.

Die Brenner-Mischer-Baugruppe nach Fig. 1 weist einen Gas/Luftmischer 1 auf mit einem Auslaßglied 2 und einem Einlaßglied 3. Die Bohrung des Gliedes 2 besitzt einen di-

309843/0920

vergierenden Auslaßabschnitt 4 und einen zylindrischen Abschnitt 5. Der Abschnitt 5 liegt innerhalb eines zylindrischen Halteelements 6 mit einer runden öffnung 7 in' seiner gebogenen Wandung und ist innen bei 8 verschraubt mit dem Einlaßglied 3, das ein entsprechendes Schraubgewinde aufweist. Das, Einlaßglied 3 besitzt eine Bohrung 9, die sich nach außen und unten öffnet, wie dargestellt.

Der zylindrische Bohrungsabschnitt 5 weist eine ab— gefaste Kante 10 auf und das Einlaßglied besitzt eine dazu passende abgefaste Kante 11. Die abgefaste Kante 11 ist mit Nuten 12 versehen. Jede Nut weist eine Wandung auf, die sich längs einer Linie erstreckt, die tangential zum Abschnitt 5 verläuft, während die andere Wandung unter einem Winkel von etwa 15° zu der tangentialen Wandung verläuft. Zusätzlich ist die abgefaste Fläche 10 aufwärts geneigt unter einem Winkel von etwa 50° gegen die Horizontale.

Der zylindrische Bohrungsabschnitt 5 ist mit einer Ausnehmung versehen zur Aufnahme eines Ringes 13, der scharf abgefaste Enden aufweist und in Längsrichtung etwas Übermaß aufweist, so daß beim Einschrauben des Einlaßgliedes 3 in das Auslaßglied 2 eine leichte Deformation des Ringes 13 erfolgt und fluiddichte Verbindungen zwischen dem Ring 12 und den Einlaß- und Auslaßgliedern 3,2 erzielt werden. Die Nuten 12 sind so tief, daß sichergestellt wird, dafj&ie Deformation des Ringes nicht zu einer störenden Blockierung der Nuten führt.

In die öffnung 7 wird ein Zufuhrrohr 14 eingesetzt, dessen Funktion später erläutert wird.

Das Auslaßglied 2 sitzt teleskopartig in dem zylindrischen Fortsatz 15 eines Diffusorkonus 16, welcher die Bren-

309843/0920

nermündung bildet und bei 17 eingebettet ist zur Aufnahme eines Diffusorkopfes 18, durch den ein Durchlaß 19 führt mit einem Einlaß 20 und einem Auslaß 21 und der Teil eines Zirkulationspfades für ein Kühlfluid bildet.

Der Diffusorkopf kann ein poröser Stopfen mit einer Vielzahl von Durchlässen sein, die jeweils eine Flammenöffnung in der Außenfläche des Diffusorkopfes bilden.

Im Betrieb wird die Leitung 14 mit einer Quelle verbrennbaren Gases verbunden, während das Einlaßglied 3 mit der Atmosphäre kommuniziert. Das in das Rohr 14 eintretende Gas strömt durch die Nuten 12, welche den durch sie hindurchströmenden nassen eine schraubenlinienförmige Bewegung verleihen, welche innerhalb der Bohrung des Auslaßgliedes 2 einen Wirbel verursachen mit einer Aufwärtskomponente der Bewegung in Richtung zum Diffusorkopf 18. Die Erzeugung des Wibels hat einen Unterdruckbereich nahe der Achse des Wirbels zur Folge und dies induziert die Strömung von Luft in den bischer durch das offene Ende des Einlaßgliedes 3. Die Luft wird einem Antrieb unterworfen mit den Strömen des Gases, welche über die Nuten 12 eintreten und wird mit diesen gründlich gemischt. Auch wird innerhalb der Bohrung eine gewisse Turbulenz hervorgerufen, die zu wirksamer Mischung beiträgt.

Das brennbare Gas-Luftgemisch gelangt in den Konus 16 und verteilt sich, indem es der Kontur des Konus folgt, und nach Durchtritt durch den Diffusorkopf 18 wird es gezündet, so daß es an dessen Oberfläche mit einer Vielzahl von Flammen sehr niedrigen Profils abbrennt.

- 10 309843/0920

,Die Abmessungen des Mischers 1 und der Gasdruck sind so gewählt, daß die Volumen von Luft und Gas mindestens in stöchiometrischera Verhältnis stehen, so daß genügend Luft für wirksame Verbrennung zur Verfügung steht.

Die Kühlung des Diffusorkopfes eliminiert die Übertragung von Wärme von den Brennerflammen auf den Konus 16 und irgendwelche naheliegende Bauteile wie auch auf den gasförmigen Brennstoff, der innerhalb des Diffusbrs nach oben steigt, und die Temperatur des Brennstoffs wira einen Wert begrenzt, bei dem eine Rückzündung nicht erfolgt. Zusätzlich wird der Rückdruck herabgesetzt und das Abbrennen wird eliminiert. Die Reduzierung des Rückdrucks ermöglicht, eine entsprechende Luftzufuhr des Gases aufrechtzuerhalten.

Es versteht sich, daß die für wirksame Verbrennung erforderliche Luft insgesamt als Primärluft zugeführt wird und keine Sekundärbelüftung der Flammen erforderlich ist. Dies bringt es mit sich, daß die Flammenhöhe auf einem Minimum gehalten werden kann und es keinen Flammenmantel gibt. Eine kleine Flammenhöhe erleichtert das Durchzünden bei dem Anfeuern und verringert auch das Zündgeräusch.

Fig. 2 zeigt einen Brenner gemäß der Erfindung in einem Wärmetauscher für einen gasbeheizten Wassererhitzer.

Die Baugruppe umfaßt einen Gasbrenner mit einem Mischer 22 der oben beschriebenen Konstruktion, der über ein Mundstück 22a mit einem Diffusorkonus 23 verbunden ist, welcher den Brennerauslaß bildet und eine Kontur bei 24 aufweist zur Aufnahme eines Diffusorkopfes, der in diesem Falle die Form einer Gruppe von Rippenrohren aufweist, von denen das eine 25 in der Zeichnung erkennbar ist. Die Rohre liegen

- 11 3098 4 3/0920

parallel seitlich nebeneinander in einer gemeinsamen Ebene. Die Rohre haben Rippen, die nicht sehr weit von der Rohroberfläche abstehen. Auf diese Weise liegen die Rohre nahe beieinander und die maximale Rippentemperatur ist niemals sehr viel größer als die Temperatur des kühlenden Fluidwassers, das durch die Rohre strömt, wenn der Brenner in Betrieb ist. Die Enden der Rohre münden in Sammlern 26,27, wobei ein Auslaß 28 vom Sammler 27 vorgesehen ist und ein Verbindungsstück 29, das den Sammler 26 mit einem Ende eines Rippenrohres 30 verbindet. Das Rohr 30 ist eines aus einer Serie von parallelen, nebeneinanderliegenden Rohren, die gemeinsam den Wärmetauscher 31 der Baugruppe bilden. Die zweite Serie von Rohren liegt oberhalb und sehr nahe an den Rohren in der Brennermündung in einem Abstand 32 von den Rohren des letzteren, welcher die Verbrennungszone bildet. Die zweite Serie von Rohren hat einen Wassereinlaß

Oberhalb des Wärmetauschers 31 befindet sich ein Abluftkonus 34, durch den die Verbrennungsprodukte in die Atmosphäre ausgetragen werden.

Die insoweit beschriebene Konstruktion arbeitet wie folgt. Verbrennungsgas wird in den Mischer 22 über ein Einlaßrohr 35 in der oben beschriebenen Weise eingeführt und das erzeugte Luft-Gasgemisch gelangt- durch den Diffusorkopf und über die Flammenöffnungen zwischen den Rippen und Rohren des Diffusorkopfes und brennt in der Verbrennungszone 32 mit extrem kurzen Flammen ab. Die Rippenrohre 25 extrahieren Wärme teilweise durch Strahlung und teilweise durch Wärmeleitung von den nahe dabei befindlichen Flammen, die tatsächlich auf den Rippen der Rohre aufsitzen.

- 12 309843/0920

Der Wärmetauscher 31 extrahiert Wärme aus den Verbrennungsprodukten, welche durch den Raum zwischen den Rippenrohren strömen, und wird ebenfalls durch. Strahlung erhitzt von den nahebei befindlichen Flämmen.

Der Bereich der Kühloberfläche in dem Wärmetauscher 31 und seinem Diffusorkopf ist so, daß die Kondensation von Verbrennungsprodukten und die davon herrührende schädliche Korrosion vermieden werden.

Die Wärmetauscherbaugruppe ermöglicht, daß ein größerer Anteil an Strahlungswärme absorbiert wird als in konventionellen Wassererhitzern und dies verringert die Lufttemperatur nahe der Verbrennungszone und die Temperatur der Strukturen nahe dieser Zone und demgemäß ist auch die Rückstrahlung von solchen Strukturen sehr klein. Alle diese Faktoren tragen zu einer Verringerung des Problems der thermischen Isolation des Gehäuses für den Wärmetauscher bei und für andere Komponenten und es ist viel Spielraum ■ gelassen für die Positionierung der HeizerSteuerungen.

Es versteht sich, daß die Baugruppe nach Fig. 2 eine geringe Höhenabmessung aufweist verglichen mit einem äquivalenten Gerät in konventionellen Wassererhitzern. Das NichtVorhandensein einer Verbrennungskammer als solche trägt im wesentlichen zu diesem Erfolg bei.

Die oben beschriebenen Komponenten werden zu einer starren Baugruppe zusammengefügt und damit wird die Ausfluchtung der Wärmetauscherrohre mit jenen des Diffusors sichergestellt wie auch mit den Zuleitungen für den gasförmigen Brennstoff.

3098 43/0920

Es ist nicht wesentlich, daß der Mischer im allgemeinen zylindrisch ist, -wie im Falle des.Mischers 1, der oben beschrieben wurde. Der Querschnitt des Mischers quer zu seiner Länge kann elliptisch oder von anderer Form sein, vorausgesetzt, daß dies nicht den Aufbau eines Wirbels, wie oben beschrieben, verhindert.

In einer alternativen Ausführungsform des Mischers, die geeignet ist für die Verwendung zusammen mit einem Gasbrenner, wird das Gas an einem Punkt oder an Punkten innerhalb des Mischers zugeführt. Beispielsweise führt eine Gaszuleitung mit einer Mehrzahl von Öffnungen an ihrem Ende in dia Einlaßkammer 3 des Mischers 1, wie oben beschrieben, und das Gas wird eingeführt über die Leitung und die öffnungen anstatt über die Nuten 12. Die Öffnungen können in einer Endwandung der Leitung ausgebildet sein oder in einem Kopf an der Leitung. Jede Öffnung entläßt einen Strom von Gas und infolge der Orientierung der öffnungen sind die Strömungen tangential zu einem Kreis um die Längsachse des Mischers und in Richtung des oberen Endes schräggestellt, so' daß sich die oben erwähnte Wirbelkonfiguration ausbildet. Die Öffnungen sind so innerhalb des Mischers angeordnet, daß ein Gasaustritt vom unteren Ende des Mischers her nicht eintritt. Die tatsächliche Lage der öffnungen in Richtung der Mischerachse wird bewirkt durch den Wirbelwinkel, den Innenquerschnitt des Mischers und die Geschwindigkeit, mit der das Gas in den Mischer eintritt.

Fig. 4 zeigt eine alternative Anordnung für die Einführung des Gases.

Gemäß Fig. 4 umfaßt der Mischer ein zylindrisches Rohr 36 und, wie in der einen Ausführungsform dargestellt,

- 14 309843/0 9 20

eine Serie von Rohren 37, die sich radial in das Rohr 36 erwstrecken. Jedes Rohr 37 hat ein geschlossenes Ende 38 und nahe diesem geschlossenen Ende eine öffnung 39, die so orientiert ist, daß das Gas in das Rohr 36 tangential bezüglich eines Kreises 40 einströmt, der innerhalb des Rohres 36 liegt,und mit einer Neigung in Richtung des oberen Endes des Rohres,durch welches das Gas-Luftgemisch den Brenner verläßt. Die Rohre 37 brauchen nicht in diametral einander gegenüberliegender Position angeordnet zu sein, wie in Fig. 4 dargestellt, doch ist im allgemeinen der gleiche Abstand der Rohre zueinander vorteilhaft. Eine größere oder kMnere Anzahl von Rohren 37 kann verwendet xverden und sie können öffnungen haben tangential bezüglich Kreisen unterschiedlicher Radien und die Öffnungen können unterschiedliche Positionen in Richtung der Mischerachse einnehmen.

In Fig. 4 ist ferner in strichpunktierten Linien eine andere mögliche Position für die Rohre angedeutet. In diesem Falle ist nur ein Rohr dargestellt und es erstreckt sich durch die Wandung, des Rohres 36 längs einer Sehne desselben und ragt etwas in das Rohr 36 hinein. An seinem Ende weist das Rohr 41 eine öffnung 42in seiner Endwandung auf und die öffnung ist so orientiert, daß sie tangential bezüglich des Kreises 40 oder irgendeinem anderen Kreis innerhalb der Röhre 36 liegt, und ferner hat die öffnung die erforderliche Neigung in Richtung des betreffenden Endes der Röhre 36. Verschiedene solcher Rohre 41 werden normalerweise verwendet und sie können das Fluid tangenital bezüglich Kreisen mit unterschiedlichen Radien einführen. Alternativ können die Rohre 41 ihrerseits bezüglich der Achse der Röhre 36 geneigt sein. Es versteht sich, daß die Rohre 41 sich nicht durch die Wanduna der Röhre 36 zu er-

- 15 309843/0920

strecken brauchen und bis in das Innere derselben, sondern an der Wandung enden könnten, wobei die öffnungen dann eigentlich in der Innenfläche der Wandung lägen. Durch den Abstand der öffnungen erfolgt jedoch eine Verbesserung der Mischung von Gas und Luft.

Es versteht sich, daß eine Kombination von Rohren 37 und 41 verwendet werden kann in unterschiedlichen Positionen in Richtung der Röhrenlängsachse.

Es ist nicht erforderlich, daß der Brennerkopf und der Mischer teleskopartig im Preßsitz angeordnet sind, wie bei der Ausführungsform, welche oben unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert wurde. Eine Stoßverbindung könnte Anwendung finden oder Brenner und Mischer können sogar im Abstand zueinander liegen und damit den Zutritt weiterer Primärluft ermöglichen. Eine solche Anordnung ist .in Fig. 5 dargestellt, bei der nur ein Teil des Brenners erkennbar ist und der Mischer nur als Block 42 dargestellt wurde. Der Brenner 43 hat im allgemeinen die oben unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläuterte Form, doch weist der Diffusorkonus 44 ein offenes Ende auf, wie dargestellt, mit einer sich nach unten erweiternden Mündung 45, in welcher sich das obere Ende des Mischers 42 befindet. Der Mischer 42 arbeitet wie die oben erläuterten Mischer und das aus dem Mischer austretende Gas-Iiuftgemisch reißt weitere Luft mit sich, wie durch die Pfeile 46 angedeutet.

Andere Ausführungsformen des Mischers werden nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 6 bis 13 erläutert.

Die AusSihrungsform nach Fig. 6 bis 9 umfaßt eine außen mit einem offenen Ende versehene Muffe 51, innerhalb der koaxial eine Baugruppe 52 angeordnet ist mit inneren und

309843/0920 - 16 -

äußeren Elementen 53,54, die so ineinander geschachtelt sind, daß sich ein innerer Ringraum 55 ergibt, zu dem ein Zugang ausgebildet ist durch einen Radialfortsatz 56 des Außenelementes 54. An dem Fortsatz 56 ist beispielsweise durch Verschrauben ein Verbinder 57 befestigt, der durch eine Öffnung in der Wandung der Muffe 51 ragt, so daß die Baugruppe 52 innerhalb der Muffe 51 angeordnet und .an dieser befestigt werden kann, -wobei die Baugruppe von der Muffe um einen ringförmigen Spalt 58 entfernt ist.

Paws Außenelement 54 hat einen Flansch 59 an einem Ende, wobei die Innenseite 60 des Flansches so ausgebildet ist, daß sich eine Serie von Nuten 61 ergibt, die schräg verlaufen bezüglich der Achse des Elements 54 um einen Winkel in dem Bereich 35° - 60°, vorzugsweise etwa 45°. Das äußere Ende des Elements 54 weist eine solche Kontur auf, daß es dicht anliegt an dem leicht glockenförmigen Ende des Innenelementes 53. Das andere Ende des Elements 53 weist eine solche Abmessung auf, daß es abdichtend an der Seite 60 des Flansches 59 anliegt. Wie man Fig. 7 entnimmt, sind die Axialabmessungen der Elemente 53 und 54 gleich, so daß sich mit den Elementen in Positionen nach Fig. 7 eine Serie von öffnungen ergibt in der obersten Endfläche . der Baugruppe 52 nach Fig. 7.

Der Mischer nach Fig. 6 bis 9 kann verwendet werden, um Luft und Gas zu mischen,und der Verbinder 57 wird an eine Gasquelle angeschlossen. Im Betrieb tritt das Gas aus den Öffnungen als Serie von Strahlen aus, die wegen der Neigung der Nuten 61 einen Wirbel innerhalb der Muffe 51 hervorrufen. Die Achse des Wirbels fällt, im wesentlichen mit der der Baugruppe 52 zusammen und der Bereich des niedrigen Druckeö innerhalb des Wirbels rings um die Achse verursacht,daß Luft in das Innere des Elements 53 gesogen wird.

309843/0920

Die etwas nach innen konvergierende Konfiguration des Elements 53 erzeugt eine Zunahme der Luftgeschwindigkeit, die auf diese ?S.se eingesogen wird, und das unterstützt die Aufrechterhaltung der im wesentlichen aufwärts gerichteten Bewegung der Luft-Gasströmung.

Zusätzlich wird Luft angesogen durch den ringförmigen Durchlaß 53 und demgemäß sind die Gasstrahlen in innigem Kontakt mit einem zentralen Luftkern, der durch das Innenelement 53 eintritt, und einem äußeren Luftmantel, der durch den Durchlaß 58 eingeführt wird. Auf diese Weise wird ein großes Volumen an Luft in den oberen Abschnitt der Muffe 51 gesogen und wirksam mit den Gasströrnen gemischt.

In der Ausführuxiqsform nach den Fig. 10 und 11 ist eine Kuffe S2 vorgesehen mit einer Bohrung mit einem Abschnitt 5 3 konstanten Innendurchmessers und einem zweiten Abschnitt 64, dessen Bohrung divergierend ausgebildet ist mit zunehmendem Abstand vom Abschnitt 63. Das untere Ende (in der Darstellung nach Fig. 11) der '!uffe ist abgestuft zur Aufnahme eines Endes einer Baugruppe, ähnlieh der Baugrup-oe. 52, die oben beschrieben wurde, jedoch mit der Ausnahme, daß das Außenalement 54 bei 65. abgestuft ist zur Annassung an das komplementär konturierte Ende der Muffe 62.

Da? untere Ende der bluffe 62 ist außerdem mit Zinnen versehen, deren Zwischenräume mit 66 angedeutet sind. Alternativ kann die Muffe mit einer Serie von Öffnungen oder Fenstern versehen sein, die in ümfangsrichtung nahe dem unteren Ende angeordnet sino..

iJach dem Zusammenbau, wie in Fig. 11 dargestellt, sind die Lücken 66 der Zinnen oder Fenster so positioniert, dai? sie nahe den öffnungen liegen in der Endwandung der Bau-

0 9 843/0920 - 18 -

gruppe 2 in der obersten Position nach Fig. 11.

Der Mischer nach Fig. 10 und 11 arbeitet im allgemeinen ähnlich wie die Ausführungsfora nach Fig. 6 bis 9. Der Fortsatz 56 ist mit einer Gasquelle verbunden und das Gas tritt durch die öffnungen in Form einer Serie von Strahlen aus zur Ausbildung eines Wirbels innerhalb der Muffe 62. Luft wird eingesogen durch das Innenelement 53 infolge der Unterdruck zone innerhalb des Wirbels,. so daß sich ein innerer Luftkern, wie oben beschrieben, ausbildet,und ferner wird Luft eingesogen durch die Lücken 66 mit dem Ergebnis, daß sich ein äußerer Luftmantel bildet.

Es ist nicht erf inching swesentl ich, daß,.die Nuten 61 im AußeneLement 54 ausgebildet werden. Die Hüten könnten alternativ auch im Innenelement 53 eingebracht sein und die Fig. 12 und 13 zeigen eine solche alternative Ausbildung des Innenelements.

Wie Fig. 12 und 13 zeigen, hat das obere (wie in den Figuren gezeigt) Ende des Innenelententes 67 eine nach außen auskragende Schulter 63, die in Intervallen rund um ihren Umfang, wie bei 69 angedeutet, genutet ist. Die Nuten sind schräg verlaufend unter einem Winkel zwischen 35 und 60 , vorzugsweise etwa 45° gegen die Achse des Elements 5-3. Das Außenelement, das mit einem Inhenelement der in Fig. 12 und 13 gezeigten Form zusammenwirkt, weist einen Flansch ähnlich dem Flansch 59 auf, der oben erläutert wurde, jedoch eine glatte Innenfläche besitzt, die keine Nuten aufweist, wie dies bei der Seite 60 des Flansches 59 der Fall ist,

Eine Baugruppe mit einem Innenelement der inFig. 12 und 13 gezeigten Form kann Verwendung finden in der Ausführungsform nach Fig. 6 bis 9 und Fig. 10 und 11 anstelle der Baugruppe 52.

3098 4 3/092 0

■-'19 -

Die Innen- und Außenelemente der Baugruppen, wie sie oben beschrieben wurden, können beispielsweise aus AIuminiumform gespritzt sein und die Nuten werden danach genau bemessen durch eine entsprechende spanabhebende Bearbeitung. Alternativ können die Nuten nach dem Zusammenfügen der Elemente auf Maß gebracht werden durch einen Bördelarbeitsgang, wobei die Größe gemessen wird durch Hindurchströmenlassen von Luft durch die Baugruppe. Beispielsweise wird ein mit einem kugelförmigen Ende versehendes Werkzeug in die Bohrung des Innenelements 2 eingeführt, wobei dessen Einlaß zusammengedrückt wird in einem Maß, das erforderlich ist, da3 die richtige Nutentiefe sichergestellt wird,wie sie bestimmt wird durch eine Luftströmungsmessung.

Während die oben erläuterten Mischer gemäß Eig. 6 bis 13 verwendet werden können,um Fluide zu mischen, sind sie vor allen Dingen bestimmt als Mischer zum Einbau in Gasbrenner demgemäß, daß die zu mischenden Fluide Gas und Luft sind. Der Mischer kann an einen Brennerkopf angebaut werden, der direkt auf dem oberen Ende (wie in den Zeichnungen gezeigt) der -Suffen 51 oder 62 sitzt oder alternativ kann der Brennerkopf einen Einlaß aufweisen zum Einführen des Gas-Luftgemisches aus dem Mischer, wobei das Einströmen zusätzlicher aus der Atmosphäre angesaugter Luft ermöglicht wird. Das Ansaugen kann ermöglicht werden durch eine Serie von Löchern in dem Einlaß nahe der Mxscnerauslaßseite oder durch Anordnen des Einlasses im Abstand von dem Mischer. Eine Konstruktion der letztgenannten Ausführungsform ist diagrammartig in Fig. 14 dargestellt.

Der Kopf des Brenners nach Fig. 14 und 15 ist von der oben erläuterten Konstruktion, d.h. er umfaßt ein Diffusor in der Hündung des Brennerkopfes, wobei der Diffusor einen Durchströmungspfad für ein Kühlfluid aufweist.

309843/0920

Fig. 14 zeigt eine Anordnung, bei der der Brennerkopf 70 einen glockenförmigen Einlaß 71 aufweist. Zentrisch bezüglich des Einlasses 71 ist ein Mischer 72 angeordnet, der von einer der oben erläuterten Konstruktionen sein kann. In der Mündung des Brennerkopfes 70 ist ein Diffusor angeordnet mit einer Mehrzahl von verrippten Wasserrohren, v/ie in Fig. 14 durch den Block 73 angedeutet. Der Mischer 72 arbeitet in der oben beschriebenen Weise, wobei das Gas-Luftgemisch,das aus dem oberen Ende (wie in Fig. 14 erkennbar) des Mischers ausströmt, in den Einlaß 71 gelangt und dabei weitere Luft mitreißt, wie durch die Pfeile in Fig. 14 angedeutet.

Für Brenner mit größerem thermischen Umsatz kann es erforderlich sein, zwei oder mehr Mischer zu verwenden, und Fig. 15 zeigt einen Brenner mit zwei Mischern 74,75, die einen gemeinsamen Brennerkopf 76 speisen.

(Patentansprüche)

- 21 -

309843/0920

Claims

Patentansprüche

Gasbrenner mit einer Leitung, die ein brennbares Gasgemisch zu einem Brennerauslas führt,- der einen Gemisch-Diffusorkonf aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusorkopf eine Kühlfluid-Durchflußstrecka aufweist.
2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da.3 dar Diffusorkopf eine Baugruppe aus im Abstand angeordneten Rippenrohren umfaßt und daß die Zwischenräume zwischen den Rippen und den Rohren die Flammenöffnungen bilden.
3. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusorkopf eine poröse Struktur umfaßt aus wärme-.beständigent 'laterial und daß die Struktur eine Vielzahl von öffnungen als Flammenöffnungen aufweist.
4. Brenner nah Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusorkopf doppelwandig ausgebildet ist mit einer Mehrzahl von Brennstoffdürchlässen durch die Struktur von einer Warning zur anderen und daß die Struktur einen Einlaß und einen Auslaß afweist für das Zirkulieren eines Kühlfluids zwischen den parallelen Wandungen.
5. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner einen Einlaß zur Aufnahme des von einem Gas-Luftmischer abgegebenen Gemisches aufweist und so angeordnet ist, daß im Betrieb durch die in den Einlaß einströmende Mischung weitere Luft mitgerissen wird.
6. Brenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß im Abstand von dem Mischer angeordnet ist.

309843/0 9 20
7. .Wärmetauscherbaugruppe mit einem Brenner nach einem der vorangehenden Ansprüche und mit einem Wärmetauscher nahe dem Diffusorkopf,, dadurch gekennzeichnet,- daß der Wärmetauscher zusammen mit dem Diffusorkopf mindestens teilweise eine Verbrennungszone für das Gasgemisch definieren.
8. Wärmetauscherbaugruppe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strecke durch den Diffusorkopf in Verbindung steht mit einer Fluidströmungsstrecke, die einen Teil des Wärmetauschers bildet.
9. Wassererhitzer mit einer Wärmetauscherbaugruppe nach¹ Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserdurchflußstrecke eine Strecke durch den Diffusorkopf umfaßt und eine Fluiddurchströmungsstrecke,' die einen Teil des Wärmetauschers bildet.
10. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen Mischer zum Mischen gasförmigen Brennstoffs mit Luft zur Einspeisung als verbrennbares Gasgemisch in die Leitung, wobei der Mischer einen an einem Ende offenen Kessel mit einer Längsachse sowie eine Baugruppe umfaßt mit einer Mehrzahl von öffnungen für gasförmigen Brennstoff, wobei ferner jede öffnung so positioniert ist, daß sie den Eintritt von gasförmigem Brennstoff in den Kessel zxtfischen dessen Enden derart erlaubt, daß dem gasförmigen Brennstoff eine schraubenlinienförmige Bewegung um die Achse aufgedrückt wird mit einer Komponente in Richtung des Brennerauslasses, wobei schließlich die schraubenlinienförmige Bewegung einen Wirbel innerhalb des Kessels hervorruft zum Einsaugen von Luft in den letzteren.

- 23 -

309843/0 920
11. Brenner nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung eine Anzahl von Gasbrennstoffeinspeisungsrohren umfaßt, von denen jedes in den Kessel durch dessen Wandung ragt und mindestens eine der Öffnungen aufweist.
12. Brenner nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischer zweiteilig mit aneinanderstoßenden Oberflächen ausgebildet ist und daß die öffnungen zwischen den Oberflächen ausgebildet sind.
13. Brenner nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein nachgiebiges Teil zwischen den beiden Teilen angeordnet ist derart, .daß die Strömungsrate des Brennstoffs durch die öffnungen bestimmt wird durch den Zusammendrückungsgrad des weiteren Teils und daß die beiden zusammenpassenden Teile in ihrer relativen Lage zueinander einstellbar sind zwecks Veränderung des Zusammendrückungsgrades des zwischen ihnen eingeschlossenen weiteren Teils.
14. Brenner nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenkontur des Kessels venturirohrförmig ausgebildet ist und daß die Längsachse des Kessels mit der Venturirohrachse zusammenfällt.
15. Brenner nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen an d^r Endstelle des Venturirohres angeordnet sind.
16. Mischer, insbesondere zur Verwendung in Verbindung mit einem Brenner nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine ein offenes Ende aufweisende zylindrische Mischkammer und Mittel bei oder nahe einem Ende der Kammer zum Einspeisen eines der zu mischenden Fluide in die Kammer, welche Mittel einen Speisesammler für das andere Fluid

309843/0920 -24-

-24- 2313658

umfassen, der allgemein ringförmig ist mit einer Oberfläche koaxial zur Längsachse der Kammer und dem anderen Ende der Mischkammer zugekehrt und mit einer Serie von Öffnungen in der Oberfläche in Kommunikation mit dem Inneren des Sammlers, wobei die Öffnungen so angeordnet sind, daß im Betrieb in die Kammer aus den öffnungen eintretendes Fluid einer schraubenlinienförmigen Bewegung um die Längsachse der Kammer unterworfen ist und in Richtung des anderen Kammerendes, wobei die Anordnung derart getroffen ist, daß im Betrieb das eine Fluid in die Kammer gesaugt wird ,durch den Sammler und außerhalb des Sammlers.
17. Mischer nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,

daß der Sammler koaxial zur Mischkammer angeordnet ist, derart, daß sich ein ringförmiger Durchlaß zwischen dem Sammler und der Kammer ergibt für den Einlaß von außerhalb des Sammlers angesaugtem Fluid in die Kammer.
18. Mischer nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammler in einem Ende der Mischkammer aufgenommen ist und daß die gekrümmte Wandung der letzteren Spalte oder Löcher an Stellen nahe den Öffnungen aufweist als Einlaß für außerhalb des Sammlers in die Kammer eingesaugtes Fluid.
19. Mischer nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammler ineinandersitzend innere und äußere Rohrelemente aufweist mit zusammenwirkenden, die Öffnungen in der Endfläche ausbildenden Oberflächen.
20. Zlischer nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Elemente eine genutete Schulter aufweist, die mit einer glatten Fläche des andern Elements zur Ausbildung der Öffnungen zusammenwirkt.

309^43/0 920

Leerseite