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Gebläsebrenner, insbesondere für Gas
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Gebläsebrenner, insbesondere
für Gas, gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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Die Erfindung hat sich bei einem solchen Brenner die Aufgabe gestellt,
eine einwandfreie Durchmischung des zugeführten Gasstroms sich aus Gas oder vergastem
Ol mit dem Luftstrom stromab der Stauscheibe beziehungsweise der Gasdüse zu erreichen,
damit am ausströmseitigen Ende des Flammrohres eine einwandfreie Verbrennung des
Gasluftgemisches stattfindet. Hierbei soll die einwandfreie Durchmischung und Verbrennung
des Gasluftgemisches auch bei einer Variation der Leistung des Brenners, das heißt
auch bei veränderten Gas-/Luftdurchsätzen möglich sein.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen
des ersten nebengeordieten Anspruchs.
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Eine besonders vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist Gegenstand
des zweiten nebengeordneten Anspruchs.
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Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche beziehungsweise gehen aus der nachfolgenden
Beschreibung hervor, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren
der Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen: Figur eins eine geschnittene Seitenansicht eines Gas-Gebläsebrenners,
Figur zwei eine Seitenansicht der Stauscheibe und Figur drei eine Frontansicht der
Stauscheibe, Figur vier ein Detail der Stauscheibe, Figur fünf im vereinfachten
Prinzip die Anordnung einer erfindungsgemäßen Stauscheibe im Flammrohr eines Olgebläsebrenners
in einem Axialschnitt, Figur sechs die Stauscheibe allein in einem Querschnitt größeren
Maßstabes, Figur sieben eine Draufsicht auf die Stauscheibe eines bigebläsebrenners
in Richtung des Pfeiles III der Figur sechs und
Figur acht und
neun zwei Ausführungsvarianten hinsichtlich der Ausbildung der Kanten der Durchtrittsöffnungen.
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Der Gasbrenner nach den Figuren eins bis vier besteht im wesentlichen
aus einem Gehäuse 1, das eine Vorderseite 2 und eine Rückseite 3 aufweist, wobei
die Rückseite 3 als Deckel ausgestaltet ist und mittels Schrauben 4 an einer eigentlichen
Rückwand 5 befestigt ist. Im Inneren 6 des Gehäuses 1 ist ein hohlzylindrisches
Flammrohr 7 gelagert, das aus einem Blechzylinder besteht, der in seinem Mantel
Luftdurchtrittsöffnungen 8 aufweist, die von einer auf dem Mantel längs verschleblichen
Hülse 9 mehr oder weniger abdeckbar sind.
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Koaxial zu einer Längsachse 10 des Flammrohres ist eine Gaszufuhrleitung
11 angeordnet, die den Innenraum 12 des Flammrohres durchsetzt und am Ende der Gaszufuhrleitung
durch eine Stauscheibe 13 hindurchtritt, die den Innenraum 12 des Flammrohres gegen
dessen Austrittsraum 14 abtrennt. Der Austrittsraum 14 steht über eine Stirnöffnung
15 mit der Atmosphäre beziehungsweise der Brennkammer eines Kessels in Verbindung.
Weiterhin sind in dem Innenraum 12 des Flammrohres 7 eine Zünd- und eine Dberwachungselektrode
gelagert.
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Aus der Figur eins geht noch hervor, daß stromab der Stauscheibe die
Gaszufuhrleitung 11 in einer Gasdüse 16
endet, die aus einem Zylinderkörper
besteht, der eine Stirnseite 17 und einen Mantel 18 aufweist. Auf dem Mantel ist
ein Ring von radial ausgerichteten Gasaustrittsöffnungen 19 in regelmäßigen Abständen
angeordnet.
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Bevorzugt handelt es sich um acht Gasaustrittsöffnungen.
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Die einzelnen Gasaustrittsöffnungen 19 weisen somit einen Bogenwinkel
von 45" zueinander auf. Wesentlich ist, daß die Entfernung der Ebene 20, auf der
sämtliche Gasaustrittsöffnungen angeordnet sind, von der Ebene der Stauscheibe,
die der der Austrittsöffnung zugewandten Oberfläche der Stauscheibe 13 entspricht,
einen Bereich von 7 bis 9 mm, bevorzugt 8 mm, umfaßt.
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Für das einwandfreie Arbeiten des Brenners ist es weiterhin wichtig,
daß die Entfernung der Ebene, die der Austrittsöffnung 15 zugewandten Seite der
Stauscheibe 13 entspricht, bis zum Ende des Flammrohres, das heißt bis zur Austrittsöffnung,
in einen Bereich von 45 bis 55 mm, bevorzugt 50 mm, beträgt. Weiterhin sind die
Verhältnisse so gewählt, daß sich der Durchmesser der Gasaustrittsöffnung zum Flammrohr-Innendurchmesser
wie 0,015:1 bis 0,04:1, bevorzugt 1:0,03, verhält.
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Weitere wichtige Bemessungsregeln der Brennerelemente gehen aus den
Figuren zwei und drei hervor. Aus der Figur zwei ist eine Seitenansicht der Stauscheibe
13 ersichtlich.
Die Stauscheibe ist ein tiefgezogenes Blechteil
mit einem Boden 21 und einem Zylindermantel 22. In dem Boden 21 sind acht Luftdurchtrittsöffnungen
23 vorgesehen, die auf einem mittleren Teilkreis angeordnet sind. Diese Luftdurchtrittsöffnungen
werden durch U-förmige Einschnitte und durch Herausbiegen eines rechteckförmigen
Lappens erstellt, wobei die rechteckförmigen Lappen in den Hohlraum der Stauscheibe
hineinragen und der Austrittsöffnung 15 zugewandt sind. Durch die Schrägstellung
der einzelnen Lappen 23 ergibt sich eine Ablenkung des durch die Luftdurchtrittsöffnungen
23 hindurchtretenden Luftstroms aus dem Innenraum 12 des Flammrohres, so daß ihm
eine Drehbewegung rund um den Mantel der Gasdüse erteilt wird. Die Zahl der Luftdurchtrittsöffnungen
und die Zahl der Gasaustrittsöffnungen sind gleich. Die Gasaustrittsöffnungen sind
bezüglich der Luftaustrittsöffnungen so ausgerichtet, daß in der Verlängerung jeder
Gasaustrittsöffnung eine Luftaustrittsöffnung liegt.
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Wie insbesondere aus der Figur drei ersichtlich ist, liegen jeweils
die Biegekanten zweier sich bezüglich des Durchmessers der Stauschelbe gegenüberliegender
Luftaustrittsöffnungen fluchtend zueinander und zum Mittelpunkt der Stauscheibe.
Die Biegeachsen der Blechlappen, die die einzelnen Luftaustrittsöffnungen begrenzen,
liegen somit parallel und im Abstand zu den
jeweiligen Durchmesserachsen
und zueinander bezüglich gegenüberliegender oeffnungen versetzt. Die Anordnung der
jeweiligen Winkellage der zugehörigen Gasaustrittsöffnung 19 ist so gewählt, daß
zur Vorderkante 24 der Luftdurchtrittsöffnung 23 die Achse der Gasdurchtrittsöffnung
25 einen Winkel von 11032 min. bildet. Hierbei kann der Winkel von 100 bis 13° gewählt
werden. Somit ist festzustellen, daß die Achse 25 jeder Gasaustrittsöffnung 19 etwa
der Diagonalen einer Luftaustrittsöffnung 23 entspricht.
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Zu erwähnen ist noch, daß das Verhältnis des inneren Teilkreises der
Luftdurchtrittsöffnungen 23 zum Düsendurchmesser sich wie 1,13:1 bis 1;2:1 verhält.
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Es hat sich weiterhin als wichtig herausgestellt, daß sich das Bogenmaß
des mittleren Teilkreises der Luftdurchtrittsöffnungen von der Vorderkante der vorhergehenden
Luftdurchtrittsöffnung bis zur Mitte der Gasdurchtrittsöffnung, multipliziert mit
dem Wert des Tangens des Luftdurchtritts-Anstellwinkels, dem Abstand entspricht,
mit dem die Ebene sämtlicher Gasaustrittsöffnungen von der ihr zugewandten Seite
der Stauscheibe entfernt liegt. Die Stauscheibe ist über Arme 27 mit ihrem Zylindermantel
22 mit dem Außenmantel des Flammrohres 7 verbunden, so daß sich weitere Luftdurchtrittsöffnungen
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zwischen den Armen ergeben.
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Die Funktion des beschriebenen Brenners ist folgende: Durch das Gaszufuhrrohr
11 wird Gas zur Gasdüse 16 transportiert und tritt an deren Mantel 18 durch die
acht Gasaustrittsöffnungen 19 aus, und zwar in den Raum 14 hinein. Diesem Raum 14
wird aber auch Luft über ein nicht weiter dargestelltes Gebläse zugeführt, das in
den Raum 6 hineinbläst, von wo die Luft durch die teilweise je nach Belastungszustand
von der Hülse 9 abgedeckten Luftöffnungen 8 in den Innenraum 12 eintritt, von wo
die Luft durch die acht Luftaustrittsöffnungen 23 in den Raum 14 gelangt. Infolge
der genauen Ausrichtung der Luftaustrittsöffnungen 23 zu den Gasaustrittsöffnungen
19 kommt es zu einer intensiven Verwirbelung der Gas- und Luftströme, so daß eine
intensive und vollständige Verbrennung des Gasluftgemisches in dem Raum 14 und austretend
aus der Austrittsöffnung 15 entsteht. Bei der praktischen Erprobung hat sich gezeigt,
daß, wie bei dem eben beschriebenen Brenner, hervorragende Verbrennungsergebnisse
bei niedrigem Kohlenmonoxyd- und Stickoxydgehalt erzielbar sind.
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Bei einem Gebläsebrenner wurde bisher die Regelung der Luftzufuhr
zum Brenner durch Verschiebung einer der Brennstoffdüse stromauf vorgelagerten Stauscheibe
innerhalb eines konisch verlaufenden Rohres feinabgestimmt.
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Dabei teilte sich der Zuluftstrom in einen Primär- und einen Sekundärstrom
auf, und der Sekundärstrom wurde über einen Ringspalt der Brennerflamme zugeführt.
Der Primärluftstrom wurde durch eine abgestimmte Anzahl von Leitflächen der Stauscheibe
in Drehung versetzt und in diesem Wirbel mit dem Brennstoff vermischt.
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Der Durchsatzquerschnitt und die Leitflächenstellung sind brennerseitig
konstruktive Größen, deren Variation auf die CO und NO -Bildung, auf das Flammenbild
sowie die Rußbildung Einfluß hat. Je kleiner die eingesetzte Leistung wird, um so
größer wird das Verhältnis des Durchsatzquerschnittes zum Durchtrittsvolumen. Mit
zunehmendem Verhältnis nimmt aber zwangsläufig der Drall der Sekundärluft ab, so
daß ab einer bestimmten Leistungseinstellung die Verbrennungsqualität unbefriedigend
wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher auch, diesen Mangel zu beheben
und den Durchsatzquerschnitt der Stauscheibe der jeweiligen Brennerleistung anzupassen,
um auch bei geringerer Leistung beziehungsweise variierendem Brennstoff/Luftdurchsatz
eine optimale Durchmischung und hohe Qualität der Verbrennung sicherstellen zu können.
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Dank der Lösung nach dem zweiten unabhängigen Anspruch kann die Gestaltung
der Brennerflamme lediglich mit einer einzigen Stauscheibe sehr weitgehend auf die
sich bei variierender
Leistung ändernden jeweiligen Verhältnisse
im Flammrohr feinfühlig abgestimmt werden, ohne daß es hierzu aufwendiger zusätzlicher
konstruktiver Maßnahmen bedarf. Die Einstellung der Durchtrittsöffnungen auf die
jeweils optimale, der jeweiligen Leistung des Brenners entsprechendeGröße, kann
im Rahmen der Erfindung über eine beliebig gestaltbare Verstelleinrichtung willkürlich
oder selbsttätig von außen her oder schon vor dem Einbau des Brenners als Festeinstellung
durchgefU-hrt werden.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
besteht die Stauscheibe aus zwei aneinanderliegenden, mit korrespondierenden Ausnehmungen
ausgebildeten Blenden, von denen zumindest eine Blende zur Freigabe von Durchtrittsöffnungen
regelbarer Größe in bezug zur anderen Blende verdrehbar gelagert ist.
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Um dem durch diese Durchtrittsöffnungen austretenden Zuluftstrom den
wünschenswerten Drall zu erteilen, können einzelne Kanten dieser Uffnungen in einem
zur Düse hin ausragenden Bereich gekrümmt verlaufen.
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Die Figuren fünf bis neun zeigen an einem ölbrenner das Flammrohr
101, innerhalb dessen die mit radialen Austrittsöffnungen 102 versehene Brennstoffdüse
102 angeordnet ist und daß von einer Gaszufuhrleitung 103 koaxial durchsetzt wird.
Diese Gaszufuhrleitung 103 durchsetzt
auch die allgemein mit 104
bezeichnete Stauscheibe. Das Flammrohr 101 wird von seinem stromauf gelegenen Ende
her über - nicht dargestellte - Zufuhröffnungen in einem regelbaren Ausmaß mit Luft
versorgt, die über die Durchtrittsöffnungen der Stauscheibe 104 dem stromab der
Brennstoffdüse 102 befindlichen Raum des Flammrohres 101 zugeführt wird.
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Die Stauscheibe 104 besteht im einzelnen aus zwei aneinanderliegenden
Blenden 105 und 106, die beide kreisscheibenförmig sind und kreisektorförmige Ausnehmungen
107 und 108 in zentralsymmetrischer Anordnung aufweisen.
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Die der Brennerstoffdüse 102 nähere Blende 106 kann drehfest im Flammrohr
101 angeordnet sein, die der Brennstoffdüse 102 fernere Blende 105 ist drehbar gelagert
und mittels irgendwelcher mechanisch oder manuell betätigbarer, nicht dargestellter
Organe einstellbar.
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Gemäß Figur acht verläuft eine der radialen Kanten 109 der der Brennstoffdüse
102 näheren Blende 106 in einem zur Düse 102 hin ausragenden Bereich gekrümmt, so
daß die diese Ausnehmung 108 durchströmende Luft von dieser Leitfläche gelenkt und
in eine wünschenswerterweise drehende Bewegung, also in einen die Durchmischung
mit dem Brennstoff fördernden Wirbel versetzt wird.
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Gemäß Figur neun kann auch die radiale Kante 110 einer
Ausnehmung
107 der anderen Blende 105 in einem zur Brennstoffdüse 102 hin ausragenden Bereich
gekrümmt verlaufen, und zwar derart, daß die gekrümmten Kantenbereiche 109, 110
beider Blenden 105, 106 zwecks Erzeugung des Dralles gegeneinander gerichtet sind.
Dadurch wird die Gegeneinanderverdrehung der beiden Blenden 105, 106 zwangsläufig
begrenzt.