DE3509521A1

DE3509521A1 - Atmosphaerischer gasbrenner

Info

Publication number: DE3509521A1
Application number: DE19853509521
Authority: DE
Inventors: Hans Dr.h.c. 3559 Battenberg Vießmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-03-16
Filing date: 1985-03-16
Publication date: 1986-09-25
Also published as: DE3509521C2; US4652236A; EP0195360A3; EP0195360A2; ATE53650T1; CA1261246A; EP0195360B1

Description

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Atmosphärischer Gasbrenner

Die Erfindung betrifft eienn atmosphärischen Gasbrenner gemäß Oberbegriff des Hautpanspruches.

Hinsichtlich der sogenannten NOX-Emission von Heizungsanlagen, die mit öl- oder Gasbrennern betrieben werden, wird bezug genommen auf "Gas-international", Band 3o (1981), Heft 1, Seiten 41, 42. Durch die allgemeinen Unweitbelastungsprobleme ist auch die Frage der sogenannten NOX-Emission im Heizungsanlagenbereich zur Diskussion gekommen mit dem Bestreben, die NOX-Emission soweit wie möglich zu reduzieren. Vorschläge hierzu bestehen darin, die Brennerrohreflammseitig mit einem feinmaschigen Metallgewebe abzuchirmen, um damit die Flamme zu kühlen und die vom die NOX-Bildung reduzierenden Element aufgenommene Wärme abzustrahlen. Für Ölbrenner wird dafür im genannten Aufsatz u.a. ein reduzierendes Element mit angeführt, das eine halbkugelartige, gelochte Schale darstellt. Insbesondere bei atmosphärischen Gasbrennern wurde festgestellt, daß durch derartige Einbauten bzw. Flammschirme zwar verhindert werden kann, daß der Sauerstoff aus der zugeführten Sekundärluft mit der hohen Flammtemperatur unmittelbar in Kontakt kommen kann und daß es dadurch zu einer Reduzierung der NOX-Bildung kommt. Gleichzeitig ist dabei aber zu beobachten, daß, wenn das Element die Flamme in ungünstiger Weise stört, dann der Verbrennungsablauf nicht mehr vollständig ist und damit die CO-Bildung

ansteigt, abgesehen davon, daß mit derartig einfachen Abschirmungen bezüglich der NOX-Reduzierung offenbar bei weitem nicht das maximal mögliche Maß erreichbar ist, vermutlich deshalb nicht, weil die Flammen zu wenig gekühlt werden.

Soweit festgestellt werden konnte, hängt dies auch mit der Geometrie der das Brennerrohr umgebenden Brennkammerwandungen . und auch mit der Geometrie der in den heißesten Flammbereichen eingebrachten, die NOX-Bildung reduzieren sollenden Elemente zusammen.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen atmosphärischen Gasbrenner der eingangS'-genannten Art dahingehend zu verbessern, daß sich möglichst optimale NOX-Reduzierungswerte ergeben sollen und daß sich diese Reduzierung auch weitgehend unabhängig von der Umgebungsgeometrie einstellen soll, d.h. die NOX-Reduzierung praktisch an jedem Heizkessel, der mit einem atmosphärischen Gasbrenner bestückt ist, reproduzierbar sein soll.

Diese Aufgabe ist mit einem atmosphärischen Gasbrenner der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angeführten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich nach den Uhteransprüchen.

Mit diesem erfindungsgemäß ausgebildeten Brenner hat sich in

überraschender Weise gezeigt, daß/im Vergleich zu den ein-/ sich, gangs erwähnten und vorbekannten Elementen eine wesentlich verbesserte NOX-Wertreduzierung ergab, die sich weitgehend unabhängig von der jeweiligen Ufagebungsgeometrie der Brennkammer einstellt, ohne daß dabei ein Anstieg der CO-Bildung zu beobachten ist. Erklärbar ist dies im Grunde nur dadurch, daß der Verbrennungsablauf aufgrund der speziellen Formgebung des reduzierenden Elementes weitgehend ungestört bleibt, die Elemente in Form von Lamellen offenbar ausreichend große, wärmeabstrahlende Flächen aufweisen, die zudem, ebenfalls durch die spezielle Ausbildung eine ausreichende Kühlung erfahren, da Sekundärluftanteile zwischen die Lamellen einströmen können, da zwischen den Lamellen gewissermaßen eine Art Kamineffekt zustande kommt.

Bei der Ausführungsform des Brenners nach Anspruch 7 werden die vorteilhaft abgerundet in die Lamellen der taschenartigen Körper übergehenden Böden bei Querzuordnung der taschenartigen Körper zum Brennerrohr in ihrem Formverlauf der Wölbung des Brennerrohres angepaßt ausgebildet, so daß die Böden der Körper an jeder Stelle die gleiche Distanz zum Brennerrohr haben. Bei Längszuordnung der taschenartigen Körper zum Brennerrohr, die dann etwa der Länge des Brennerrohres entsprechen, a be rauch kürzer/in Reihe hintereinander angeordnet werden können, werden die das reduzierende Element bildenden Körper mit ihren Böden gleichabständig zur Oberfläche des Brennerrohres angeordnet. / als Teilstücke

Ferner ist vorteilhaft vorgesehen, daß die taschenartigen Körper zueinander mit einem Abstand angeordnet sind, der ihrer Breite entpsricht, d.h., die tatsächlich von den Körpern räumlich beanspruchte Fläche über dem Brennerrohr beträgt etwa nur der Hälfte der gesamten von Flammen besetzten Fläche.

Da in der Regel die Brenneröffnungen in den Brennerrohren in zueinander gleichmäßig beabstandeten Gruppen angeordnet sind, werden die taschenartigen Körper vorteilhaft über den öffnungsfreien Bereichen des Brennerrohres angeordnet.

Da erfindungsgemäß das reduzierende Element aus einer Mehrzahl solcher Einzelkörper besteht, werden diese zweckmäßig gemeinsam an mindestens einem Träger angeordnet, der ferner in bezug auf das Brennerrohr abstandsverändernd! einstellbar angeordnet ist, wodurch eine weitere Möglichkeit zur Optimierung der NOX-Reduzierung gegeben ist, mit welcher Möglichkeit der Gegebenheit Rechnung getragen ist, daß die verwendeten Gase unterschiedliche Zusammensetzungen haben können, die ggf. unterschiedliche Distanzeinstellungen des reduzierenden Elementes zum Brennerrohr verlangt.

Da, wie erwähnt, derartige taschenförmige Körper bei entsprechender Längenbemessung auch in Längsrichtung, also parallel zur Längsachse des Brennerrohres angeordnet werden können, werden derartige Körper dann vorteilhaft in ihren Böden mit Lufteinström-

öffnungen versehen, um auch bei derartigen, relativ langen Körpern den vorerwähnten Kamineffekt sicherzustellen.

Der erfindungsgemäße atmosphärische Gasbrenner wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigt schematisch

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Brennerrohres;

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Brennerrohr;

Fig. 3 eine Vorderansicht des Brennerrohres nach Fig. 1;

Fig. 4 eine Seitenansicht des Brennerrohres mit zu taschen artigen Körpern ausgebildeten Lamellen;

Fig. 5 eine Draufsicht auf das Brennerrohr gemäß Fig. 4;

Fig. 6 eine Draufsicht auf das aus den einzelnen Körpern nach Fig. 4,5 gebildete reduzierende Element;

Fig. 7 eine Ansicht des reduzierenden Elementes in Pfeilrichtung A gemäß Fig. 6 in Anordnung am Brennerrohr und

Fig. 8 eine Draufsicht auf das Brennerrohr in anderer Ausführungsform.

Wie aus den Fig. 1,2 erkennbar, besteht der atmosphärische Gasbrenner aus mindestens einem Brennerrohr 2 mit einer Vielzahl

-·_ ίο

von Gasausströmöffnungen 1, wobei über dem Brennerrohr 2 im Flammbereich das die Flammtemperatur und damit die NOX-Bildung reduzierende Element angeordnet ist. Der Einfachheit halber sind in den Fig. 1,2 unterschiedliche Ausbildungs- und Anordnungsformen der das reduzierende Element bildenden Einzelteile dargestellt, d.h., in der tatsächlichen Ausführungsform ist das reduzierende Element immer aus den gleichen Einzelteilen gebildet, das grundsätzlich aus einer Mehrzahl in Abstand zueinander senkrecht über dem die Gasausströmöffnungen 1 enthaltenden Bereich des Brennerrohres 2 verteilt angeordneten, Flammschächte 4 begrenzenden Lamellen 3 besteht, die, wie dargestellt und orientiert an der normalerweise gegebenen Anordnung der Gasausströmöffnungen I₁ bevorzugt quer zur Längsachse des Brennerrohres angeordnet werden. Diese einfachste Ausfuhrungsform ist im mittleren Bereich des Brennerrohres in Fig. 1 verdeutlicht. Unter Verweis auf Fig. 3 sind die Lamellen 3 mit ihren Unterkanten 5 in Distanz zur Oberfläche des Brennerrohres 2 angeordnet, wobei die Unterkanten 4 der Lamellen 3 der Wölbung des Brennerrohres 2 folgend zugeschnitten sind. Soweit nicht andere Halterungen für die Lamellen 3 vorgesehen sind, sorgen kleine Füßchen 3' an den Lamellen für eine entsprechende Distanzhaiterung. Wie ebenfalls aus den Fig. bis 3 erkennbar, werden vorteilhaft und bevorzugt von den Lamellen 3 jeweils zwei mit Seitenwänden 7 zu einem Schachtkästchen 8 zusammengefaßt, wobei diese Kästchen 8 jeweils über einer öffnungs-

gruppe 6 (rechts in Fig. 1, 2) oder zwischen zwei Öffnungsgruppen 6 (links in Fig. 1,2) über dem Brennerrohr 2 angeordnet werden. Diese Ausbildung zu Schachtkästchen 8 hat den Vorteil, daß die Lamellen 3 eine Aussteifung erfahren und damit weniger Verwerfungen durch Wärmeeinwirkung unterworfen sind. Außerdem reduziert sich natürlich der Befestigungsaufwand der Lamellen 3 am Brennerrohr im Vergleich zur Anbringung von Einzellamellen 3 beträchtlich. Die gemäß Fig. 3 gleichzeitig als Befestigungsund Halteelemente dienenden Seitenwände 3 können ggf. im Nahbereich des Brennerrohres 2 gelocht und im Befestigungsbereich mit Langlöchern versehen sein, für die am Brennerrohr kleine Stehbolzen aufgepunktet sind, so daß die Kästchen 8 bezüglich ihrer Unterkanten 5 zum Brennerrohr 2 abstandsvariabel fixiert werden können.

Bei dieser bevorzugten Ausführungsform bilden die Kästchen 8 (rechts in Fig. 1,2) selbst die Flammschächte 4, während bei einer Anordnung der Kästchen 8 zwischen Öffnungsgruppen (links in Fig. 1,2) die Flammschächte U jeweils von zwei Kästchen 8 begrenzt werden. Unabhängig davon, ob nun die Kästchen 8 direkt über einer Öffnungsgruppe 6 oder zwischen zwei Öffnungsgruppen 6 angeordnet sind, entstehen durch die Nebeneinanderanordnung der Kästchen 8 zwischen diesen entsprechende Schächte.

Selbst bei einer Gruppenanordnung und Ausbildung, wie in den Fig. 1,2 verdeutlicht, könnten die Lamellen 3 selbstverständlich auch parallel zur Brennerrohrlängsachse orientiert sein, d.h., in Reihen hinter und nebeneinander, wobei wegen der Verwerfungsgefahr relativ kurze Lamellenstücke zu bevorzugen wären.

Bei den Ausführungsformen nach Fig. 4 bis 8 ist das reduzierende Element aus einer Mehrzahl zueinander über den Gasausströmöffnungen 1 des Brennerrohres 2 verteilt angeordneten, seitlich und nach oben taschenartigen Körpern 9 gebildet, deren vorteilhaft abgerundet in die Lamellen übergehende Böden Io bei Queranordnung zum Brennerrohr 2 in ihrem Formverlauf ebenfalls der Wölbung des Brennerrohres 2 angepaßt sind. Derartige Körper 9 lassen sich problemlos aus geeignetem metallischen Material mit entsprechenden Formwerkzeugen in einem Arbeitsgang ziehen. Da unter Berücksichtigung üblicher Längen von Brennerrohren 2 jedem Brennerrohr mindestens etwa zehn derartige Körper 9 zugeordnet werden müssen, wird das Ganze zu einem einheitlich anbringbaren Element ausgebildet, und zwar mit Hilfe zweier seitlicher Träger 13, wie aus Fig. 6,7 erkennbar. Eine Einzelhalterung im Sinne der vorbeschriebenen Kästchen 8 der taschenartigen Körper 9 wäre jedoch ebenfalls möglich. Die Träger 13 werden in geeigneter Weise und wie in Fig. 7 bswp.angedeutet, am Brennerrohr 2 befestigt, so daß die Körper 9 mit ihren Böden Io mit einem bestimmten Abstand über dem Rohr 2 angeordnet sind.

Bevorzugt und vorteilhaft erfolgt auch diese Anbringung einstellbar, so daß das ganze Gebilde mit dem jeweils optimalen Abstand zum Brennerrohr 2 einstellbar ist. Zweckmäßig werden die Körper 9 gleichabständig zueinander am Brennerrohr 2 bzw. an den Trägern 13 angeordnet. Da die Gasausströmöffnungen 1 in der Regel an derartigen Brennerrohren 2, wie ebenfalls aus den Fig. 4,5 ersichtlich und wie vorerwähnt, in Gruppen 6 vorgesehen sind, werden die taschenartigen Körper 9 vorteilhaft über den öffnungsfreien Bereichen des Brennerrohres 2 angeordnet, da hierbei die über den Gasausströmöffnungen 1 stehenden Flammen am wenigsten gestört werden. Die Flammen brennen also unbehindert in die Zwischenräume zwischen jeweils zwei Körpern 9 hinein, die ihrerseits, da sie seitlich offen sind- (siehe Strömungspfeile in Fig. 7), dem seitlichen Zustrom von Sekundärluft offenstehen, die dadurch die Lamellen 3 kühlt, so daß diese dem heißen Flammbereich ständig Wärme entziehen, wodurch einer NOX-Bildung entgegengewirkt wird.

Selbstverständlich ist es auch möglich, die Körper 9 entsprechend lang zu bemessen und parallel zur Längserstreckung des Brennerrohres, wie in Fig. 8 angedeutet, anzuordnen. Abgesehen davon, daß man die Körper 9 bei einer derartigen Anordnung auch in Form mehrerer kurzer Stücke in Reihe hintereinander in Längsrichtung anordnen könnte, was allerdings einen größeren Halterungsaufwand verlangt, werden bei der Ausführungsform nach

Fig. 8 vorteilhaft in den Böden Io der Körper 9 Lufteinströmöffnungen 11 bspw. in Form von Schlitzen vorgesehen, um auch bei dieser Ausführungsform zu dem kühlenden "Kamineffekt" innerhalb der Körper 9 zu gelangen. Durch entsprechende Formgebung der Halter 13 wird bei dieser Ausführungsform ebenfalls dafür gesorgt, daß die Böden Io aller sich längs erstreckenden Körper 9 die gleiche Distanz zur Oberfläche des Brennerrohres 2 haben.

In Rücksicht auf die beschriebenen und speziellen Ausführungsformen des NOX-reduzierenden Elementes steht im übrigen nichts entgegen, die Gasausströmöffnungen 1 am Brennerrohr 2 von vornherein bezüglich ihrer Gruppenanordnung an der Form und dem Verlauf der Lamellen 3 zu orientieren, die im übrigen auch in Form eines grob gerasterten Lamellengitters vorgesehen werden können, wobei zweckmäßig für lange Lamellen bspw. im Sinne der Fig. 8 sich nicht oder nur wenig verwerfendes Material (dünne Keramiklamellen) zu verwenden wären.

■fi.

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Claims

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Patentanwälte Dlpl.-ing Afi.ifior

Ui^i -(ng. Wulf Patentansprüche: ^An ^¹* Mainbfücke ie

[ 1., Atmosphärischer Gasbrenner, bestehend aus mindestens einem Brennerrohr mit einer Vielzahl von Gasausströmöffnungen, wobei über dem Brennerrohr im Flammbereich ein die Flammtemperatur und damit die NOX-Bildung reduzierendes Element angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das reduzierende Element aus einer Mehrzahl in Abstand zueinander senkrecht über dem die Gasausströmöffnungen (1) enthaltenden Bereich des Brennerrohres

(2) verteilt angeordneten_;Flammschächte (4) begrenzenden Lamellen

(3) gebildet ist.
2. Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Lamellen (3) mit ihren Unterkanten (5) in Distanz zur Oberfläche des Brennerrohres (2) angeordnet sind.
3. Gasbrenner nach Ansrpuch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Unterkanten (4) der Lamellen (3) der Wölbung des Brennerrohres (2) folgend zugeschnitten sind .
4. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem Brennerrohr (2),dessen Gasausströmöffnungen (1) in Gruppen (6) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Lamellen (3) begrenzten Flammschächte (4) über den Gruppen (6) der Gasausströmöffnungen (1) angeordnet sind.
5. Gasbrenner nach einem der Ansrpüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß von den Lamellen (3) jeweils zwei mit Seitenwänden (7) zu einem Schachtkästchen

(8) ausgebildet . und die Kästchen (8) jeweils über einer Öffnungsgruppe (6) oder zwischen zwei Öffnungsgruppen (6) über dem Brennerrohr (2) angeordnet sind.
6. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet , daß die Lamellen (3) in bezug auf das Brennerrohr (2) abstandsveränderlich ausgebildet sind.
7. Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jeweils zwei Lamellen (3) zu einem seit-

.*
licl/ nach oben offenen taschenartigen Körper (9) ausgebildet

sind. / und
8. Gasbrenner nach Ansrpuch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Böden (lo) der taschenartigen Körper

(9) bei Querzuordnung zum Brennerrohr (2) in ihrem Formverlauf der Wölbung des Brennerrohres (2) angepaßt ausgebildet sind.
9. Gasbrenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die taschenartigen Körper (9) bei Längszuordnung zum Brennerrohr (2) mit ihren Böden (lo) gleichabständig zur Oberfläche des Brennerrohres (2) angeordnet sind (Fig.8).
10. Gasbrenner nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daßdie taschenartigen Körper

(9) in ihren Böden (Io) mit Lufteinströmöffnungen (11) versehen sind.
11. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 7 bis Io, dadurch gekennzeichnet, daß die taschenartigen Körper (9) zueinander mit einem Abstand angeordnet sind, der ihrer Breite entspricht.
12. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 7 bis 11, mit einem Brennerrohr (2), an dem die Gasausströmöffnung (1) in Gruppen (6) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die taschenartigen Körper (9) über den öffnungsfreien Bereichen (12) des Brennerrohres (2) angeordnet sind.
13- Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die taschenartigen Körper (9) gemeinsam an mindestens einem Träger (13) angeordet sind.
14. Gasbrenner nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß die taschenartigen Körper (9) mit ihrem Träger (13) in bezug auf das Brennerrohr (2) abstandsveränderlich einstellbar angeordnet sind.
15. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 14, d a durch gekennzeichnet, daß die Höhe der Lamellen (3) maximal dem halben Durchmesser des Brennerrohres (2) entspricht.