DE3509521C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen atmosphärischen Gasbrenner gemäß Oberbegriff des Hauptanspruches.

Ein derartiger Brenner geht aus dem betriebsinternen Stand der Technik des Erfinders hervor.

Hinsichtlich der NOX-Emission von Heizungsanlagen, die mit Öl- oder Gasbrennern betrieben werden, wird bezug genommen auf "Gas-Wärme-International", Band 30 (1981), Heft 1, Seiten 41-43. Durch die allgemeinen Umweltbelastungsprobleme ist auch die Frage der NOX-Emission im Heizungsanlagenbereich zur Diskussion gekommen mit dem Bestreben, die NOX-Emission soweit wie möglich zu reduzieren. Vorschläge hierzu bestehen darin, die Brennerrohre flammseitig mit einem gelochten Metallkörper als die NOX-Bildung reduzierendem Element abzuschirmen, um damit die Flamme zu kühlen und die aufgenommene Wärme abzustrahlen. Für Ölbrenner wird dafür ein reduzieren­ des Element angeführt, das eine halbkugelartige, gelochte Schale darstellt. Insbesondere bei atmosphärischen Gasbrennern wurde festgestellt, daß durch derartige Einbauten bzw. Flammschirme zwar verhindert werden kann, daß die zugeführte Sekundärluft mit der eine hohe Temperatur aufweisenden Flamme 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, der Ver­ brennungsablauf nicht mehr vollständig ist und damit die CO-Bildung ansteigt, abgesehen davon, daß mit derartig einfachen Abschirmungen bezüglich der NOX-Reduzierung 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 Brennkammer­ wandungen und auch mit der Geometrie der in den heißesten Flammbereich eingebrachten, die NOX-Bildung reduzieren sollenden Elemente zusammen.

Nach der DE-OS 17 29 902 ist ein Gasbrenner für Wärmestrahler bekannt, bei dem auf dem Brenner Siebhauben angeordnet sind, die zum Glühen gebracht werden sollen, und mit dem eine gleichmäßige turbulenz­ lose Gasverteilung auf die Gasausströmöffnungen er­ reicht werden soll. Abgesehen davon, daß hierbei von einer NOX-Reduzierung nicht die Rede ist, ist dieser vorbekannte Brenner dafür auch nicht geeignet, weil durch diese Ausbildung gerade dafür gesorgt wer­ den soll, an den Siebhauben möglichst hohe Temperaturen zu erzeugen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen atmosphärischen Gasbrenner der eingangs genannten Art dahin­ gehend zu verbessern, daß sich eine weitere NOX-Redu­ zierung ergibt, die praktisch an jedem Heizkessel repro­ duzierbar sein soll.

Diese Aufgabe ist mit einem atmosphärischen Gasbrenner der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Hauptan­ spruches angeführten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbild­ dungen ergeben sich nach den Unteransprüchen.

Mit diesem erfindungsgemäß ausgebildeten Brenner hat sich in überraschender Weise gezeigt, daß sich eine wesentlich verbesserte NOX-Reduzierung ergibt, die sich weitgehend unabhängig von der jeweiligen Umgebungsgeometrie der Brenn­ kammer 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, wärme­ abstrahlende Flächen aufweist, 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 zu­ stande kommt.

Bei der Ausführungsform des Brenners nach Ansprüchen 8, 9 werden die 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, aber auch kürzer als Teilstücke in Reihe hintereinander angeordnet werden können, werden die das reduzierende Element bildenden Körper mit ihren Böden gleichab­ ständig zur Oberfläche des Brennerrohres angeordnet.

Ferner ist gemäß Anspruch 11 vorgesehen, daß die taschenartigen Körper zueinander mit einem Abstand angeordnet sind, der ihrer Breite entspricht, d. h., die tatsächlich von den Körpern räumlich beanspruchte Fläche über dem Brenner­ rohr beträgt etwa nur die Hälfte der gesamten von Flammen be­ setzten Fläche.

Da in der Regel die Gasausströmöffnungen in den Brennerrohren in zueinander gleichmäßig beabstandeten Gruppen angeordnet sind, werden die taschenartigen Körper vorteilhaft über den öffnungsfreien Bereichen des Brennerrohres angeordnet (Anspruch 12).

Da 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 höhenveränderlich einstellbar angeordnet ist (Anspruch 13, 14), wodurch eine weitere Möglichkeit zur Optimierung der NOX-Reduzierung gegeben ist, mit welcher Möglichkeit der Gegebenheit Rechnung ge­ tragen ist, daß die verwendeten Gase unterschiedliche Zusammen­ setzungen haben können, die ggf. unterschiedliche Distanzein­ stellungen des reduzierenden Elementes zum Brennerrohr verlangt.

Da, wie erwähnt, die taschenförmigen Körper bei entsprechen­ der Längenbemessung auch in Längsrichtung, also parallel zur Längsachse des Brennerrohres angeordnet werden können, werden der­ artige Körper dann vorteilhaft in ihren Böden mit Lufteinström­ öffnungen versehen (Anspruch 16), um auch bei derartigen, relativ langen Körpern den vorerwähnten Kamineffekt sicherzustellen.

Der erfindungsgemäße atmosphärische Gasbrenner wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von Aus­ führungsbeispielen 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 Pfeilrich­ tung A gemäß Fig. 6 in Anordnung am Brennerrohr und

Fig. 8 eine Draufsicht auf das Brennerrohr in anderer Aus­ führungsform.

Wie aus den Fig. 1, 2 erkennbar, besteht der atmosphärische Gasbrenner aus mindestens einem Brennerrohr 2 mit einer Vielzahl von Gasausströmöffnungen 1, wobei über dem Brennerrohr 2 im Flammbereich das die Flammtemperatur und damit die NOX-Bildung reduzierende Element angeordnet ist. Der Ein­ fachheit halber sind in den Fig. 1, 2 unterschiedliche Ausbildungs- und Anordnungsformen der das reduzierende Element bildende Einzelteile dargestellt, d. h., in der tatsächlichen Ausführungsform ist das reduzierende Element immer aus den gleichen Einzelteilen gebildet, das grundsätzlich aus einer Mehrzahl von in Abstand zueinander senkrecht über dem die Gasaus­ strömöffnungen 1 enthaltenden Bereich des Brennerrohres 2 ver­ teilt angeordneten, Flammschächte 4 begrenzenden Lamellen 3 besteht, die, wie dargestellt und orientiert an der normaler­ weise gegebenen Anordnung der Gasausströmöffnungen 1, quer zur Längsachse des Brennerrohres angeordnet werden. Die einfachste Ausführungform ist im mittleren Bereich des Brenner­ rohres in Fig. 1 verdeutlicht. Unter Verweis auf Fig. 3 sind die Lamellen 3 mit ihren Unterkanten 5 in Distanz zur Ober­ fläche des Brennerrohres 2 angeordnet, wobei die Unterkanten 5 der Lamellen 3 der Wölbung des Brennerrohres 2 folgend zugeschnit­ ten sind. Soweit nicht andere Halterungen für die Lamellen 3 vor­ gesehen sind, sorgen kleine Füßchen 3′ an den Lamellen für eine entsprechende Distanzhalterung. Wie ebenfalls aus den Fig. 1 bis 3 erkennbar, werden 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 Brenner­ rohr 2 angeordnet werden. Diese Ausbildung zu Schacht­ kästchen 8 hat den Vorteil, daß die Lamellen 3 eine Aus­ steifung erfahren und damit weniger Verwerfungen durch Wärmeeinwirkung unterworfen sind. Außerdem reduziert sich natürlich der Befestigungsaufwand der Lamellen 3 am Brenner­ rohr im Vergleich zur Anbringung von Einzellamellen 3 be­ trächtlich. Die gemäß Fig. 3 gleichzeitig als Befestigungs- und Halteelemente dienenden Seitenwände 7 können ggf. im Nahbereich des Brennerrohres 2 gelocht und im Befestigungs­ bereich mit Langlöchern versehen sein, für die am Brenner­ rohr kleine Stehbolzen aufgepunktet sind, so daß die Kästchen 8 bezüglich ihrer Unterkanten 5 zum Brennerrohr 2 höhenverän­ derlich fixiert werden können.

Bei der 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 4 jeweils von zwei Kästchen 8 begrenzt werden. Unabhängig davon, ob nun die Kästchen 8 direkt über einer Öffnungsgruppe 6 oder zwischen zwei Öffnungs­ gruppen 6 angeordnet sind, entstehen durch die Nebeneinander­ anordnung der Kästchen 8 zwischen diesen entsprechende Schächte.

Selbst bei einer Gruppenanordnung und Ausbildung, wie in den Fig. 1, 2 verdeutlicht, könnten die Lamellen 3 selbst­ verständlich 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 von zueinander über den Gasausströmöffnungen 1 des Brennerrohres 2 verteilt angeordneten, seitlich und nach oben offenen taschenartigen Körpern 9 gebildet, deren abgerundet in die Lamellen übergehende Böden 10 bei Queranordnung zum Brenner­ rohr 2 in ihrem Formverlauf ebenfalls der Wölbung des Brenner­ rohre 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 Einzel­ halterung im Sinne der vorbeschriebenen Kästchen 8 der taschen­ artigen Körper 9 wäre jedoch ebenfalls möglich. Die Träger 13 wer­ den in geeigneter Weise und wie in Fig. 7 angedeutet, am Brennerrohr 2 befestigt, so daß die Körper 9 mit ihren Böden 10 mit einem bestimmten Abstand über dem Rohr 2 angeordnet sind.

Es erfolgt auch diese Anbringung einstellbar, so daß das ganze Gebilde mit dem jeweils optimalen Abstand zum Brennerrohr 2 einstellbar ist. Zweck­ mäßig werden die Körper 9 gleichabständig zueinander am Brennerrohr 2 bzw. an den Trägern 13 angeordnet. Da die Gas­ ausströmöffnungen 1 in der Regel an derartigen Brenner­ rohren 2, wie ebenfalls aus den Fig. 4, 5 ersichtlich und wie vorerwähnt, in Gruppen 6 vorgesehen sind, werden die taschen­ artigen Körper 9 vorteilhaft über den öffnungsfreien Bereichen 12 des Brennerrohres 2 angeordnet, da hierbei die über den Gas­ ausströmöffnungen 1 stehenden Flammen am wenigsten gestört wer­ den. Die Flammen brennen also unbehindert in die Zwischen­ räume 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 ent­ sprechend 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 in den Böden 10 der Körper 9 Lufteinström­ öffnungen 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 Träger 13 wird bei dieser Ausführungsform ebenfalls dafür gesorgt, daß die Böden 10 aller sich längs erstreckenden Körper 9 die gleiche Distanz zur Oberfläche des Brennerrohres 2 haben.

In Rücksicht auf die beschriebenen und speziellen Ausführungs­ formen des NOX-reduzierenden Elementes steht im übrigen nichts entgegen, die Gasausströmöffnungen 1 am Brennerrohr 2 von vorn­ herein 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 für lange Lamellen im Sinne der Fig. 8 sich nicht oder nur wenig verwerfendes Material (dünne Keramiklamellen) zu verwenden wäre.

Claims (16)

1. Atmosphärischer Gasbrenner, bestehend aus mindestens einem Brennerrohr mit einer Vielzahl von Gasausströmöffnungen und aus einem über dem Brennerrohr im Flammbereich angeordneten, die Flammtemperatur und damit die NOX-Bildung reduzierenden Element, 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 gekenn­ zeichnet, daß die Lamellen (3) mit ihren Unterkanten (5) in Distanz zur Oberfläche des Brennerrohres (2) angeordnet sind.

3. Gasbrenner nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Unterkanten (5) der Lamellen (3) der Wölbung des Brennerrohres (2) folgend zugeschnitten sind.

4. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem Brenner­ rohr (2), dessen Gasausströmöffnungen (1) in Gruppen (6) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Lamellen (3) begrenzten Flammschächte (4) über Gruppen (6) der Gas­ ausströmöffnungen (1) angeordnet sind.

5. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 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 Gruppe (6) oder zwischen zwei Gruppen (6) von Gasausströmöffnungen (1) über dem Brennerrohr (2) angeordnet sind.

6. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (3) in bezug auf das Brennerrohr (2) höhenveränderlich ausgebildet sind.

7. Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeweils zwei Lamellen (3) zu einem seit­ lichen und nach oben offenen taschenartigen Körper (9) ausgebildet sind.

8. Gasbrenner nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Böden (10) 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 gekenn­ zeichnet, daß die taschenartigen Körper (9) bei Längs­ zuordnung zum Brennerrohr (2) mit ihren Böden (10) gleichab­ ständig zur Oberfläche des Brennerrohres (2) angeordnet sind.

10. Gasbrenner nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die taschenartigen Körper (9) in ihren Böden (10) mit Lufteinströmöffnungen (11) ver­ sehen sind.

11. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 7 bis 10, 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 Gasausströmöffnungen (1) in Gruppen (6) angeordnet sind, dadurch gekennzeich­ net, daß die taschenartigen Körper (9) über den öffnungs­ freien Bereichen (12) des Brennerrohres (2) angeordnet sind.

13. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die taschenartigen Körper (9) gemeinsam an mindestens einem Träger (13) angeordnet sind.

14. Gasbrenner nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die taschenartigen Körper (9) mit ihrem Träger (13) in bezug auf das Brennerrohr (2) höhenveränder­ lich einstellbar angeordnet sind.

15. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß die Höhe der Lamellen (3) maximal dem halben Durchmesser des Brenner­ rohres (2) entspricht.

16. Gasbrenner nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in den Böden (10) der taschen­ artigen Körper (9) Lufteinströmöffnungen (11) vorge­ sehen sind.