EP0585441B1

EP0585441B1 - Stickoxidarmer brenner

Info

Publication number: EP0585441B1
Application number: EP93906562A
Authority: EP
Inventors: Winfried Buschulte; Erich Adis; Manfred Bader
Original assignee: Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1992-03-21
Filing date: 1993-03-19
Publication date: 1997-07-30
Anticipated expiration: 2013-03-19
Also published as: HUT66253A; WO1993019325A1; ATE156251T1; US5370526A; HU9303287D0; DE59306997D1; EP0585441A1; DE4209221A1

Description

Brenner zur Heißgaserzeugung mit einem Brennerrohr umfassend ein Stützrohr und ein sich daran anschließendes Flammrohr, mit einer im Stützrohr angeordneten Düse, aus welcher ein Brennstoffstrahl austritt, mit einer eine im Stützrohr angeordnete Vorkammer und eine im Flammrohr angeordnete Brennkammer voneinander trennenden Blende, welche einen vom Brennstoffstrahl durchsetzten zentralen Durchlaß aufweist, mit eine äußere Rezirkulation von ausgekühltem Rauchgas zulassenden Rezirkulationsöffnungen und mit einem innerhalb des Brennerrohrs angeordneten Element zur Einstellung der äußeren Rezirkulation.
Aus der EP-A-0 430 011 ist ein Brenner der eingangs beschriebenen Art bekannt, der dazu konzipiert ist, eine große Menge von Abgas der Verbrennungsluft der Brennkammer zuzuführen, vor allem auch bereits in der Startphase.
Ferner ist dieser Brenner so aufgebaut, daß die Menge der zugeführten Verbrennungsluft zur Anpassung an unterschiedliche Gegebenheiten, wie unterschiedliche Kessel, einstellbar sein soll.
Ein Brenner mit äußerer Rezirkulation ist aus der DE-PS 39 06 854 bekannt. Der Nachteil derartiger Brenner besteht darin, daß aufgrund der Erwärmung der für die Unterdrückung der äußeren Rezirkulation während der Startphase vorgesehenen Elemente deren Funktion beeinträchtigt ist.
Eine Unterdrückung der äußeren Rezirkulation ist wünschenswert, weil während des Startvorgangs für die Erwärmung der äußeren Rezirkulationsgase dem Vergasungsvorgang des Brennstoffes und der Flamme zu viel Wärme entzogen wird, so daß ein Abreißen oder Erlöschen der Flamme eintritt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brenner der gattungsgemäßen Art zu verbessern.
Diese Aufgabe wird bei einem Brenner der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die äußere Rezirkulation von einem das Flammrohr umgebenden Kesselraum durch Öffnungen im Flammrohr hindurch in einen stromabwärts der Düse liegenden Innenraum des Flammrohrs erfolgt und daß das Element zur Einstellung der äußeren Rezirkulation über ein durch ein Inneres des Stützrohrs geführtes Ansteuermittel so ansteuerbar ist, daß es die äußere Rezirkulation während einer Startphase des Brenners unterdrückt und daß im warmen Betriebszustand nach der Startphase die äußere Rezirkulation in den stromabwärts der Düse liegenden Innenraum des Flammrohrs eintritt.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, daß während der Startphase eine zuverlässige Unterdrückung der äußeren Rezirkulation möglich ist.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist ferner darin zu sehen, daß mit dieser das Element zur Unterdrückung der äußeren Rezirkulation innerhalb des Brennerrohrs angeordnet ist und daher bereits geringeren Temperaturen ausgesetzt ist, und daß außerdem durch die Führung der Ansteuermittel durch das Stützrohr diese der in den Brennraum strömenden gekühlten Verbrennungsluft ausgesetzt sind und somit ebenfalls von hohen Temperaturen abgeschirmt sind, so daß insgesamt bei der erfindungsgemäßen Lösung die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme vermieden werden.
Unter dem Begriff Unterdrückung der äußeren Rezirkulation während der Startphase ist dabei eine Unterdrückung der bei warmen Brenner gegebenen äußeren Rezirkulation um mehr als 50%, vorzugsweise mehr als 70% und in besonderen Fällen von mehr als 85% zu verstehen. Eine vollständige Unterdrückung der äußeren Rezirkulation stellt einen Extremfall der erfindungsgemäßen Lehre dar.
Eine besonders vorteilhafte Variante der erfindungsgemäßen Lösung sieht vor, daß das Element zur Unterdrückung der äußeren Rezirkulation ein einen Rezirkulationsgasstrom innerhalb des Brennerrohrs schieberähnlich abstellendes Element ist. Mit einem derartigen schieberähnlichen Element läßt sich in konstruktiv einfacher Weise und damit auch zuverlässig der Rezirkulationsgasstrom im Brennerrohr unterdrücken.
Eine konstruktiv besonders einfache Lösung sieht dabei vor, daß das schieberähnliche Element ein einen ringförmigen Mantel aufweisender und in axialer Richtung beweglicher Schieber ist. Dies ist die konstruktiv einfachste und somit am kostengünstigsten zu realisierende Lösung.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn der Schieber eine bezüglich der Achse zylindrische Dichtfläche aufweist. Mit dieser zylindrischen Dichtfläche läßt sich der Schieber in einfacher Weise in dem Brennerrohr anordnen.
Aus konstruktiven Gründen ist es weiterhin günstig, wenn der Schieber an einer Innenseite des Flammrohrs geführt ist, so daß jegliche zusätzlichen Maßnahmen für die Führung des Schiebers entfallen können.
Die vorstehend beschriebene Lösung ist eine der konstruktiv einfachsten und somit billigsten Lösungen. Eine etwas aufwendigere, aber von der Funktion her verbesserte Lösung sieht vor, daß das schieberähnliche Element eine bezüglich der Achse ringförmige Dichtfläche aufweist, welche in einer zu der Achse im wesentlichen senkrecht stehenden Ebene liegt. Mit dieser Konstruktion der Dichtfläche lassen sich Probleme unterschiedlicher Erwärmung der einzelnen Teile, die bei einer zylindrischen Dichtfläche auftreten, vermeiden, da die Dichtfläche senkrecht zur Verschieberichtung des Schiebers steht und somit sämtliche sich unterschiedlich ergebenden Toleranzen durch die Verschiebung des schieberähnlichen Elements ausgeglichen werden. Damit ist insbesondere die Dichtigkeit bei einer derart angeordneten Dichtfläche wesentlich größer und mit äußerst einfachen Mitteln zu erreichen.
Ferner ist es besonders vorteilhaft bei dieser Lösung, daß der Verschiebeweg des schieberähnlichen Elements relativ klein gehalten wird.
Außerdem bietet diese Lösung den Vorteil, daß ein Zwischenraum beispielsweise zwischen dem Flammrohr und dem schieberähnlichen Element hinreichend groß gehalten werden kann, so daß keine Gefahr besteht, daß sich das schieberähnliche Element und der hierzu vorgesehene Stellmechanismus aufgrund unterschiedlicher Erwärmung der Teile verklemmen.
Außerdem verhindert die senkrecht zur Achse stehende Dichtfläche ein Abtropfen von eventuell unverbranntem Öl aus dem Brennerrohr heraus, was zu Schadstoffemissionen führen könnte.
Eine besonders vorteilhafte konstruktive Lösung sieht vor, daß das schieberähnliche Element Teil eines innerhalb des Stützrohrs verlaufenden Hüllrohrs ist.
Vorzugsweise ist dabei das schieberähnliche Element ein über die Blende in Richtung der Brennkammer vorstehender Kragen des Hüllrohrs.
Um ein in der senkrecht auf der Achse stehenden Ebene eine gute Abdichtung zu erreichen, ist vorgesehen, daß der Kragen des Hüllrohrs gegen einen Ringwulst im Flammrohr dichtend anlegbar ist. Vorzugsweise sind dabei der Kragen mit einem Ringflansch und der Ringwulst noch mit einem Dichtelement versehen oder als solches ausgebildet.
Hinsichtlich der Anordnung der Blende wurden in diesem Zusammenhang keine näheren Angaben gemacht. So ist es besonders vorteilhaft, wenn das Hüllrohr die Blende trägt.
Alternativ zum Vorsehen eines Kragens sieht eine weitere Lösung vor, daß das schieberähnliche Element ein stirnseitiger von der Blende abgeschlossener Abschnitt des Hüllrohrs ist.
Dieser Abschnitt ist zweckmäßigerweise gegen einen Ringwulst im Flammrohr anlegbar.
Weiterhin ist es bei dieser Lösung günstig, wenn das Hüllrohr den Düsenstock, beispielsweise über ein Dreibein, trägt.
Eine besonders günstige und bevorzugte Lösung sieht vor, daß das Hüllrohr als Ganzes mit dem Düsenstock und der Blende in axialer Richtung im Brennerrohr verschiebbar ist.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung sieht vor, daß das schieberähnliche Element ein einen Rezirkulationsraum in einen inneren und einen äußeren Rezirkulationsraum aufteilender Abschirmring ist.
In diesem Fall ist das schieberähnliche Element somit nicht nur dazu da, den Rezirkulationsgasstrom zu der äußeren Rezirkulation zu unterdrücken, sondern nimmt gleichzeitig eine Trennung des Rezirkulationsraums in einen inneren und einen äußeren Rezirkulationsraum vor.
In diesem Fall läßt sich ein Abstellen des Rezirkulationsgasstroms dann besonders einfach erreichen, wenn der Abschirmring zur Unterdrückung der äußeren Rezirkulation dichtend an der Blende anlegbar ist. Das heißt, daß der Abschirmring von einer im Abstand von der Blende stehenden Position, in welcher er die äußere Rezirkulation zuläßt, in eine an der Blende dichtend anliegende Position bewegbar ist.
Damit sind in dem Abschirmring zwei vorteilhafte Funktionen vereinigt, so daß bei konstruktiv einfacher Lösung eine erhebliche Verbesserung der Funktion des Brenners erreichbar ist.
Günstig ist es dabei, wenn zwischen der Blende und dem Abschirmring eine außerhalb einer Projektion eines Mischrohrs auf die Blende liegende ringförmige Dichtfläche gebildet ist, d. h., daß die Dichtfläche außerhalb des Mischrohrs liegt.
In diesem Fall ist es weiterhin vorteilhaft, wenn das Mischrohr nicht wie bei den vorstehend beschriebenen Lösungen von der Blende getragen ist, sondern wenn der Abschirmring das Mischrohr trägt, so daß mit der Bewegung des Abschirmrings gleichzeitig eine Bewegung des Mischrohrs erfolgt. Damit lassen sich in einfacher Weise auch die vom Mischrohr geschaffenen Mischungsverhältnisse im Mischraum gleichzeitig mit der Bewegung des Abschirmrings verändern.
Die Verschiebbarkeit des Abschirmrings läßt sich konstruktiv besonders einfach dann realisieren, wenn der Abschirmring durch die Blende durchsetzende Streben verschiebbar ist. Diese Lösung ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft, da sie ebenfalls einen Verstellmechanismus für den Abschirmring sicherstellt, welcher außerhalb der heißen Teile des Brenners liegt. Der Stellmechanismus wird vielmehr durch die in den Brennraum einströmende kalte Verbrennungsluft gekühlt.
Um die Streben und somit auch den von diesen getragenen Abschirmring in einfacher Weise in axialer Richtung ausgerichtet halten und führen zu können, ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Streben in axialer Richtung an dem unverschieblich im Stützrohr angeordneten Düsenstock verschieblich geführt sind. Der Düsenstock bildet somit gleichzeitig eine Führung für die Ausrichtung der Streben in dem Stützrohr.
Im Rahmen der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele wurde die äußere Rezirkulation durch das schieberähnliche Element unterdrückt, d. h. der Rezirkulationsgasstrom wurde in der Art eines Schiebers abgestellt.
Eine Alternative und bevorzugte Ausführung der erfindungsgemäßen Lösung sieht im Gegensatz zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen vor, daß das Element zur Unterdrückung der äußeren Rezirkulation ein Ansaugen von abgekühltem Rauchgas über die Rezirkulationsöffnungen durch Eröffnung einer Frischluftzufuhr unterdrückt. Das heißt, daß kein schieberähnliches Abstellen des Rezirkulationsgasstroms erfolgt, sondern daß das Ansaugen von abgekühltem Rauchgas dadurch unterdrückt wird, daß eine Frischluftzufuhr über hierzu vorgesehene Mittel in den Rezirkulationsraum erfolgt, so daß das im warmen Betriebszustand des Brenners angesaugte abgekühlte Rauchgas durch die zugeführte Frischluft ersetzt wird und somit das Ansaugen des abgekühlten Rauchgases im Rahmen der äußeren Rezirkulation unterdrückt wird.
Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist dies dadurch realisiert, daß das Element zur Unterdrückung der äußeren Rezirkulation eine Frischluftzufuhr in den Rezirkulationsraum eröffnet, d. h., daß in den Rezirkulationsraum, in welchem ein Unterdruck vorliegt, direkt Frischluft zugeführt wird, so daß in geringerem Maße abgekühltes Rauchgas in den Rezirkulationsraum eingesaugt wird.
Besonders zweckmäßig läßt sich dies dadurch realisieren, daß mit dem Element zur Unterdrückung der Rezirkulation eine Frischluftzufuhr von der Vorkammer in den Rezirkulationsraum herstellbar ist. Mit dieser Lösung wird die Frischluftzufuhr sehr einfach realisiert, da bereits in der der Brennkammer benachbarten Vorkammer Frischluft zur Verfügung steht.
Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, daß mit dem Element zur Unterdrückung der äußeren Rezirkulation eine Frischluftzufuhr in einen äußeren Rezirkulationsraum herstellbar ist, welcher von einem inneren Rezirkulationsraum getrennt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ebenfalls somit in vorteilhafter Weise, insbesondere durch ein Abschirmelement der Rezirkulationsraum in einen äußeren und einen inneren Rezirkulationsraum getrennt, so daß sich die äußere Rezirkulation selektiv und gezielt dadurch unterdrücken läßt, daß Frischluft in diesen äußeren Rezirkulationsraum einführbar ist.
Konstruktiv besonders einfach läßt sich dies dadurch realisieren, wenn das die Frischluftzufuhr in den Rezirkulationsraum eröffnende Element radial außenliegend von Öffnungen für die Zufuhr von Verbrennungsluft aus der Vorkammer angeordnet ist. Das heißt, daß in der Blende zusätzlich zu den Öffnungen für die Zufuhr von Verbrennungsluft während aller Betriebszustände des Brenners noch eine zusätzliche Möglichkeit zur Herstellung einer Frischluftzufuhr während der Startphase vorgesehen ist.
Die Frischluftzufuhr aus der Vorkammer läßt sich besonders einfach dadurch realisieren, wenn diese über Belüftungsöffnungen in der Blende erfolgt.
Um diese Frischluftzufuhr nach der Startphase wieder unterdrücken zu können, ist vorgesehen, daß die Belüftungsöffnungen in der Blende durch ein Verschlußelement verschließbar sind. Das Verschlußelement kann in unterschiedlichster Art und Weise ausgebildet sein, beispielsweise als Schieber oder ähnliches. Konstruktiv günstig ist es, wenn die Verschlußelemente in axialer Richtung bewegbare Verschlußstopfen sind.
Um den Einfluß unterschiedlicher Erwärmung möglichst gering zu halten, ist ferner vorgesehen, daß die Verschlußelemente in der Vorkammer angeordnet sind, da sie dann dem kalten Frischluftstrom ausgesetzt und von diesem kühlbar sind.
Um eine definierte Führung der Verschlußelemente zu erreichen, ist vorzugsweise vorgesehen, daß diese an dem stationär in dem Stützrohr gehaltenen Düsenstock in axialer Richtung verschieblich geführt sind, so daß in einfacher Weise eine definierte Ausrichtung der Verschlußelemente erreichbar ist.
Alternativ zu der vorstehend beschriebenen Frischluftzufuhr direkt in den Rezirkulationsraum sieht ein anderes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung vor, daß die Frischluftzufuhr in der Nähe der Rezirkulationsöffnung erfolgt.
Dies läßt sich konstruktiv vorteilhaft dann realisieren, wenn die Frischluftzufuhr in einen auf die Rezirkulationsöffnung folgenden ringförmigen Zwischenraum herstellbar ist.
Vorzugsweise ist hierzu vorgesehen, daß die Frischluftzufuhr durch ein in der Vorkammer angeordnetes Verschlußelement steuerbar ist. Konstruktiv günstig läßt sich die Frischluftzufuhr dann realisieren, wenn mit dem Verschlußelement eine Frischluft aus der Vorkammer dem Zwischenraum zuführende Belüftungsöffnung freigebbar oder verschließbar ist.
Besonders einfach ist eine Lösung, bei welcher mit dem Verschlußelement die Belüftungsöffnungen mit einer bezüglich der Achse zylindrischen Dichtfläche verschließbar sind.
Von der Funktion her hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das Verschlußelement an einer Innenseite des Stützrohrs geführt ist, da diese Lösung eine weitere Führung des Verschlußelement erübrigt und außerdem eine zuverlässige Funktion gewährleistet, da das Stützrohr keinen hohen Temperaturen ausgesetzt ist.
Im Zusammenhang mit der Erläuterung der bisherigen Ausführungsbeispiele wurde nicht darauf eingegangen in welchem Maß die Unterdrückung während der Startphase aufrecht erhalten wird.
Im einfachsten Fall wäre es denkbar, nach der Startphase die Unterdrückung der äußeren Rezirkulation in einem Zug aufzuheben. Noch vorteilhafter ist es jedoch, nach der Startphase oder bereits gegen Ende derselben die Unterdrückung der äußeren Rezirkulation sukzessive zu reduzieren. Dies kann im einfachsten Fall durch eine stufenweise Reduktion, beispielsweise nach Ablauf definierter Zeiträume erfolgen. Besonders zweckmäßig ist es jedoch, wenn die Reduktion der Unterdrückung kontinuierlich erfolgt, um einen kontinuierlichen Übergang zu dem warmen Betriebszustand ohne Unterdrückung der äußeren Rezirkulation zu gewährleisten.
Darüber hinaus ist es bei der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft, wenn der Brenner eine innere Rezirkulation aufweist, da mit der inneren Rezirkulation optimale Verbrennungswerte erreichbar sind.
Darüber hinaus hat sich auch, insbesondere um eine Erwärmung des Düsenstocks mit der Düse auf hohe Temperaturen zu verhindern, die Lösung erwiesen, daß im warmen Betriebszustand nach der Startphase die äußere Rezirkulation in einen stromabwärts der Düse liegenden Innenraum des Brenners durch die Rezirkulationsöffnungen eintritt, so daß die äußere Rezirkulation weder den Düsenstock noch die Düse passiert und diese unzweckmäßigerweise aufheizt.
Hinsichtlich der Wartungsfreundlichkeit hat sich eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung als optimal erwiesen, bei welcher eine stationäre Ausrichtung von Düsen, Blende und Mischrohr in Kombination mit vorgegebenen inneren und äußeren Rezirkulationen festgelegt ist, so daß keinerlei Dejustage der Brennereigenschaften möglich ist und lediglich noch in der Startphase die erfindungsgemäße Unterdrückung der äußeren Rezirkulation und die spätere Freigabe im warmen Betriebszustand möglich ist.
Weitere Merkmale und Vorteile sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1: einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brenners;
Fig. 2: einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brenners;
Fig. 3: einen Längsschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brenners;
Fig. 4: einen Längsschnitt durch ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brenners;
Fig. 5: einen Längsschnitt durch ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brenners und
Fig. 6: einen Längsschnitt durch ein sechstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brenners.

Die Erfindung bezieht sich auf die unterschiedlichsten Öl- oder Gasbrenner und wird nachfolgend am Beispiel eines sogenannten Blaubrenners erörtert, also eines Brenners, bei dem Öl mit blauer Flamme vollständig verbrannt wird. Die Erfindung ist aber nicht auf solche Blaubrenner beschränkt. Mit den beschriebenen konstruktiven Maßnahmen lassen sich die erfindungsgemäßen Effekte auch bei Anwärmbrennern und Gelbbrennern erzielen.
Ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brenners, dargestellt in Fig. 1, umfaßt ein als Ganzes mit 10 bezeichnetes Brennerrohr, welches ein Stützrohr 12 aufweist, das an einem zeichnerisch nicht dargestellten Brennerrahmen gelagert ist. Dieses Stützrohr 12 trägt ein ebenfalls vom Brennerrohr 10 umfaßte Flammrohr 14, wobei das Stützrohr 12 und das Flammrohr 14 beispielsweise durch eine Falzung miteinander verbunden sind.
In dem Stützrohr 12 ist eine als Ganzes mit 16 bezeichnete Vorkammer angeordnet, die sich bis zu einer Blende 18 erstreckt, welche eine Trennwand zwischen der Vorkammer 16 und einer Brennkammer 20 bildet, welche im wesentlichen im Flammrohr 14 angeordnet ist. Die Blende 18 ist dabei in dem Stützrohr 12 zentriert gehalten und am Übergang vom Stützrohr 12 in das Flammrohr 14 angeordnet, wobei die Blende 18 mit einem äußeren Ringflansch 22 sich einerseits auf einer Innenseite 17 des Stützrohrs 12 abstützt und andererseits mit dessen dem Flammrohr 14 zugewandter Seite an einem Isolierring 24 anliegt, welcher für eine thermische Isolation der Isolierung gegen Falschluft zwischen dem Flammrohr 14 und dem Ringflansch 22 sorgt.
In der Vorkammer 16 ist außerdem noch ein als Ganzes mit 26 bezeichneter Düsenstock mit einer Düse 28 angeordnet, wobei diese Düse 28 vorzugsweise koaxial zu einer Mittelachse 30 des Brennerrohrs 10 ausgerichtet ist.
Die Düse 28 weist einen Auslaß 32 auf, welcher in Richtung der Mittelachse 30 mit geringem Abstand stromaufwärts einer der Vorkammer 16 zugewandten Oberfläche 34 der Blende 18 angeordnet ist.
Aus diesem Auslaß 32 tritt ein Brennstoffstrahl 36 aus, welcher einen zentralen Durchlaß 38 der Blende 18 durchsetzt und sich in der Brennkammer 20 innerhalb des Flammrohrs 14 stromabwärts der Blende 18 ausbreitet.
Der Düsenstock 26 ist vorzugsweise noch mit einem Sockel 38 an der Blende 18 gehalten und diese ist vorzugsweise im Stützrohr 12 geführt.
Innerhalb der Brennkammer 20 schließt sich an die Blende 18 ein als Ganzes mit 40 bezeichnetes Mischrohr an, welches im Anschluß an die Blende 18 mit Umfangsöffnungen 42 versehen ist, durch welche hindurch eine Rezirkulation von Rauchgas von einem innerhalb des Flammrohrs 14 und außerhalb des Mischrohrs 40 liegenden Rezirkulationsraum 44 in einen innerhalb des Mischrohrs 40 liegenden Mischraum 46 erfolgt, welcher ebenfalls von dem Brennstoffstrahl 36 durchsetzt ist.
Dem Mischraum 46 wird ferner noch aus der Vorkammer 16 Verbrennungsluft über um den Durchlaß 38 herum angeordnete Öffnungen 48 in der Blende 18 zugeführt, welche vorzugsweise auf ihrer der Vorkammer 16 zugewandten Seite angephast sind und somit zu einer Geräuschminderung des Brenners beitragen.
In den Rezirkulationsraum 44 erfolgt während des Laufens des erfindungsgemäßen Brenners einerseits eine innere Rezirkulation 50, welche von einem der Blende 18 abgewandten Ende 52 des Mischrohrs ausgeht und zurückströmt zu den Umfangsöffnungen 42 sowie eine äußere Rezirkulation 54, bei welcher abgekühlte Rauchgase im Kesselraum auf einer Außenseite das Flammrohr 14 umströmen und durch Rezirkulationsöffnungen 56 hindurchtreten, welche vorzugsweise nahe des dem Stützrohr zugewandten Endes des Flammrohrs 14 in dessen Umfang angeordnet sind.
Durch diese äußere Rezirkulation 54 läßt sich eine Reduzierung der Verbrennungstemperatur und somit eine Reduzierung des Stickoxidanteils des Brenners erreichen.
Zur Unterdrückung der äußeren Rezirkulation 54 durch die Rezirkulationsöffnungen 56 ist im Inneren des Flammrohrs 14 ein an dessen Innenseite 58 mit einer zylindrischen Außenseite 60 anliegender Schieber 62 angeordnet, welcher als zylindrischer Ring ausgebildet und so in Richtung der Mittelachse 30 innerhalb des Flammrohrs 14 verschiebbar ist, daß entweder die Rezirkulationsöffnungen 56 verschlossen oder frei gegeben sind. Dabei wird der ringförmige Schieber 62 lediglich durch seine Außenseite 60 an der Innenseite 58 des Flammrohrs geführt und zum Verschließen der Rezirkulationsöffnungen in Richtung der Blende 18 verschoben, so daß dessen Mantel 64 auf der Innenseite 58 des Flammrohrs 14 vor den Rezirkulationsöffnungen 56 steht und diese verschließt. Zum Öffnen der Rezirkulationsöffnungen 56 wird der Schieber 62 von der Blende 18 weg verschoben, so daß der Mantel 64 die Rezirkulationsöffnungen freigibt.
Als Ansteuermittel zur Betätigung des Schiebers 62 ist ein Gestänge 66 vorgesehen, welches durch eine Öffnung 68 der Blende 18 hindurchgeführt ist und sich innerhalb des Stützrohres 12 durch die Vorkammer 16, insbesondere einen von der zur Brennkammer 20 strömenden Verbrennungsluft gekühlten Bereich der Vorkammer 16, hindurchgeführt ist und zu einem Betätigungsglied 70 verläuft, welches beispielsweise ein Hydraulik- oder Pneumatikzylinder oder eine andere Linearverschiebungseinheit ist.
Während der Startphase des Brenners läßt sich somit der Schieber 62 mit seinem Mantel 64 vor die Rezirkulationsöffnungen 56 bewegen und unterdrückt somit die äußere Rezirkulation 54 in den Mischraum 46, so daß der Brenner in der Startphase stabil brennt. Nach Beendigung der Startphase wird über das Betätigungsglied 70, und das Gestänge 66 der Schieber 62 in Richtung von der Blende 18 weg verschoben, und zwar soweit, bis der Mantel 64 die Rezirkulationsöffnungen 56 freigibt. In diesem Fall brennt der Brenner wieder mit äußerer Rezirkulation und somit vermindertem Stickoxidanteil.
Ein zweites Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 2 ist insoweit, als dieses mit dem ersten Ausführungsbeispiel identische Teile aufweist, mit denselben Bezugszeichen versehen, so daß hierzu auf die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel vollinhaltlich Bezug genommen wird.
Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel ist bei dem zweiten, in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel die Blende 18 an einem Hüllrohr 72 gehalten, welches koaxial zum Stützrohr 12 innerhalb von diesem verläuft. Das Hüllrohr 72 weist einen vorderen, mantelseitig geschlossenen Abschnitt 74 auf, welcher einerseits die Blende 18 trägt, sich jedoch über die sich hinauserstreckt und einen über die Blende 18 in Richtung der Brennkammer 20 überstehenden Kragen 76a bildet, an dessen stirnseitigem, der Blende 18 abgewandtem Ende ein Ringflansch 78 angeformt ist, um abtropfendes Öl während des Startvorgangs aufzufangen und anschließend dort verdampfen zu lassen. In gleicher Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel trägt die Blende 18 das Mischrohr 40, welches ebenfalls identisch wie beim ersten Ausführungsbeispiel gestaltet ist.
Ferner sind in unmittelbarem Anschluß an das Stützrohr 12 in dem Flammrohr 14 die Rezirkulationsöffnungen 56 vorgesehen.
Zur Unterdrückung der äußeren Rezirkulation 54 erstreckt sich der Kragen 76a von der Blende 18 soweit in die Brennkammer 20 hinein, daß dieser mit seiner Aupenfläche 80 innerhalb des Flammrohrs 14 vor den Rezirkulationsöffnungen 56 positionierbar ist.
Zur Abdichtung der Rezirkulationsöffnungen 56 ist das Flammrohr 14 mit einem auf der Innenseite 58 desselben überstehenden Ringwulst 76b versehen, in welchen auf dessen der Blende 18 zugewandter Seite ein Dichtring 84 eingelegt ist, wobei der Ringwulst 76b mit dem Dichtring 84 auf einer der Blende gegenüberliegenden Seite der Rezirkulationsöffnungen 56 angeordnet ist.
Der Dichtring 84 hat einen derartigen Radius, daß gegen diesen der Ringflansch 78 des Kragens 76a anlegbar ist und somit eine in einer Ebene 86 senkrecht zur Mittelachse 30 liegende Dichtfläche zwischen dem Dichtring 84 und den Ringflansch 78 geschaffen ist, die ebenfalls auf der der Blende 18 gegenüberliegenden Seite der Rezirkulationsöffnungen 56 liegt.
Die äußere Rezirkulation 54 ist somit vollständig durch Anlegen des Ringflansches 78 an den Dichtring 84 unterdrückbar. Es ist erfindungsgemäß aber auch hinreichend zur Unterdrückung der äußeren Rezirkulation 54 keine vollständige Abdichtung zwischen dem Kragen 76a und dem Ringwulst 76b vorzusehen, so daß auch der Dichtring 84 nicht zwingend notwendig ist.
Wird dagegen das Hüllrohr 72 in Richtung der Mittelachse 30 von der Brennkammer 20 weg bewegt, so hebt der Ringflansch 78 von dem Dichtring 84 ab und ist soweit zurückziehbar, daß der Ringflansch 78 auf der der Blende 18 zugewandten Seite der Rezirkulationsöffnungen 56 liegt und somit die Rezirkulationsöffnungen 56 wieder die äußere Rezirkulation 54 in den Rezirkulationsraum 44 zulassen.
Vorzugsweise liegt die Aupenfläche 80 weder auf der Innenseite 58 des Flammrohrs 14 noch auf einer Innenseite des Stützrohrs 12 an, sondern verläuft im Abstand zu diesen. Eine Abdichtung gegenüber einer Innenseite 17 des Stützrohrs 12 erfolgt durch eine zwischen dieser und der Aupenfläche 80 liegende Ringdichtung 90, die vorzugsweise auf dem geschlossenen Abschnitt 74 des Hüllrohrs 72 befestigt ist.
Zur Unterdrückung der äußeren Rezirkulation erfolgt somit eine Abdichtung einmal in der Ebene 86 zwischen dem Ringflansch 78 und dem Dichtring 84 und einmal zwischen der Aupenfläche 80 und der Innenseite 88 des Stützrohrs 12 mittels der Ringdichtung 90.
Das Hüllrohr 72 erstreckt sich ferner noch weiter in die Vorkammer 16 hinein, ist allerdings in diesem Bereich durch eine Vielzahl von Öffnungen 92 perforiert, so daß die in die Brennkammer 20 strömende Verbrennungsluft durch das Hüllrohr hindurchtreten kann.
In dem Hüllrohr 62 und mit diesem verschieblich ist der Düsenstock 26 angeordnet, welcher über ein Dreibein bildende Haltearme 94 an dem Hüllrohr 72 abgestützt ist.
Zur Verschiebung des Hüllrohrs 72 ist auf einer der Blende 18 gegenüberliegenden Seite am Brennerrahmen 94 das Betätigungsglied 70 angeordnet, welches beispielsweise ein Hydraulikzylinder ist, der durch den Druck des zur Düse 28 geführten Öls betätigbar ist, wobei dieser Druck mittels eines Ventils 98 für den Hydraulikzylinder 70 zu- oder abschaltbar ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel greift eine Kolbenstange 100a des Hydraulikzylinders 70 über einen Halter 100b an dem Düsenstock 26 an und verschiebt diesen mit dem Hüllrohr 72 in Richtung der Mittelachse 30 entweder in Richtung der Brennkammer 20 oder in entgegengesetzter Richtung, wobei vorzugsweise eine Feder 104 vorgesehen ist, welche den Düsenstock 26 in Richtung der Brennkammer 20 beaufschlagt, so daß ohne Wirkung des Betätigungsgliedes 70 auch das Hüllrohr 72 in Richtung der Brennkammer verschoben ist und mit seinem Ringflansch 78 an dem Dichtring 84 innerhalb des Flammrohrs anliegt.
Durch Schalten des Ventils 98 und somit Betätigung des Hydraulikzylinders 70 erfolgt ein Zurückziehen des Düsenstocks in Richtung von der Brennkammer 20 weg und somit auch die bereits beschriebene Freigabe der Rezirkulationsöffnungen 56 nach der Startphase.
Der Vorteil des zweiten Ausführungsbeispiels ist darin zu sehen, daß erstens eine Abdichtung innerhalb des Flammrohrs 14 erfolgt und zweitens durch eine Bewegung in Richtung der Mittelachse 30, so daß die Ebene 86, in welcher die Dichtung erfolgt, senkrecht auf der Mittelachse 30 steht.
Damit sind insbesondere alle Probleme vermieden, die sich aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnung im Flammrohr 14 und im Hüllrohr 72 ergeben können. Darüber hinaus läßt sich zwischen dem Flammrohr 14 und dem Hüllrohr 72 ein genügend großer Abstand einhalten, um für die Abdichtung zur Unterdrückung der äußeren Rezirkulation 54 Probleme aufgrund großer Erwärmung zu vermeiden.
Ferner ist es besonders vorteilhaft, daß die Rezirkulationsöffnungen 56 so dimensioniert werden können, daß deren Schlitzbreite geringer ist, andererseits deren Umfangserstreckung größer ist, so daß eine gleichmäßigere Verteilung der abgekühlten Rauchgase von der äußeren Rezirkulation 54 erfolgt und außerdem lediglich ein geringer Stellweg für die Verschiebung des Hüllrohrs 72 zur Unterdrückung der äußeren Rezirkulation 54 erforderlich ist.
Außerdem liegen erfindungsgemäß sämtliche Elemente zur Unterdrückung der Rezirkulation, das heißt der Kragen 76a mit dem Ringflansch 78 sowie der Ringwulst 76b mit dem Dichtring 84 sowie auch die Ringdichtung 90 innerhalb der Brennkammer 20 und in gleicher Weise sind auch die Ansteuermittel 100a, 100b für die Betätigung der Elemente 76 zur Unterdrückung der äußeren Rezirkulation 54 innerhalb des Brennerrohrs 10 und zwar im Stützrohr 12 angeordnet, insbesondere in einem Bereich, der von kalter Verbrennungsluft für die Brennkammer 20 durchströmt ist.
Ein drittes, in Fig. 3 dargestelltes Ausführungsbeispiel ist ähnlich aufgebaut wie das zweite Ausführungsbeispiel. Das dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom zweiten Ausführungsbeispiel jedoch dadurch, daß das Hüllrohr 72 nicht mit einem Kragen 76a versehen ist, sondern sich bis in Höhe einer Stirnfläche der Blende 18, jedoch nicht über diese hinaus erstreckt.
Ein stirnseitiger Abschnitt 76a' des Hüllrohrs 72 übernimmt die Funktion des Kragens 76a und ist gemeinsam mit dem Hüllrohr 72 soweit in Richtung der Brennkammer verschiebbar, daß dieser mit seiner stirnseitigen Mantelfläche 80' innerhalb des Flammrohrs 14 vor den Rezirkulationsöffnungen 56 positionierbar ist, um die äußere Rezirkulation 54 zu unterdrücken.
Zur Abdichtung der Rezirkulationsöffnungen 56 ist das Flammrohr in gleicher Weise wie beim zweiten Ausführungsbeispiel mit dem auf der Innenseite 58 überstehenden Ringwulst 76b versehen, welcher allerdings keinen Dichtring 84 sondern lediglich eine stirnseitige, der Stirnfläche 19 der Blende zugewandte Anlagefläche 83 aufweist, welche stromabwärts der Rezirkulationsöffnungen 56 angeordnet ist.
Die Anlagefläche 83 hat eine derartige radiale Erstreckung, daß gegen diese der stirnseitige Abschnitt 76a' des Hüllrohrs 72 anlegbar ist, insbesondere mit der Stirnfläche 19 der Blende 18, so daß zwischen er stirnseitigen Anlagefläche 83 und der Stirnfläche 19 ein im wesentlichen dichter Abschluß mit einer in der Ebene 86 senkrecht zur Mittelachse 30 liegenden Dichtfläche erreichbar ist, wobei die Ebene 86 stromabwärts der Rezirkulationsöffnungen 56 liegt und zusätzlich noch die Ringdichtung 90 eine Abdichtung zwischen dem Hüllrohr 72 und dem Stützrohr 12 gewährleistet.
Eine Unterdrückung der äußeren Rezirkulation 54 ist bei dem dritten Ausführungsbeispiel für die Startphase des Brenners bereits dann ausreichend, wenn die Rezirkulation im wesentlichen, das heißt mehr als 50% oder insbesondere mehr als 70% unterdrückt ist, so daß es ausreicht, wenn der stirnseitige Abschnitt 76a' mit der Stirnfläche 19 in geringem Abstand von der stirnseitigen Anlagefläche 83 steht, wobei dies größenordnungsmäßig ein Millimeter sein kann. Der verbleibende Spalt läßt zwar noch eine geringe Rezirkulation zu, führt aber nicht zu den eingangs genannten Störungen der Startphase.
Darüber hinaus ist vorteilhafterweise bei dem dritten Ausführungsbeispiel vorgesehen, daß der Hydraulikzylinder 70 in der Startphase zunächst das Hüllrohr 72 mit dem stirnseitigen Abschnitt 76a' soweit in Richtung des Ringwulstes 76b verschiebt, daß die äußere Rezirkulation unterdrückt ist, dann aber nach dem Starten des Brenners den stirnseitigen Abschnitt 76a' nach definierten Zeiträumen sukzessive in mehreren Schritten von dem Ringwulst 76b wegbewegt, somit zunehmend die Unterdrückung der äußeren Rezirkulation 54 reduziert, so lange, bis nach Beendigung der Startphase die volle Rezirkulation 54 durch die Rezirkulationsöffnungen 56 zugelassen ist.
Eine derartige Betätigung des Hydraulikzylinders 70 erfolgt vorzugsweise durch mittels des Ventils 98 dosierte Beaufschlagung des Hydraulikzylinders mit dem Druck des zur Düse 28 geführten Brennstoffes.
Bei einem vierten Ausführungsbeispiel oder erfindungsgemäßen Lösung, dargestellt in Fig. 4, sind ebenfalls diejenigen Teile die mit denen des ersten und des zweiten Ausführungsbeispiels identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, so daß diesbezüglich auf die Ausführungen zu den vorstehenden Ausführungsbeispielen, insbesondere zum ersten Ausführungsbeispiel, verwiesen werden kann.
Bei dem vierten Ausführungsbeispiel ist das Brennerrohr 10 ebenfalls aus dem Stützrohr 12 und dem Flammrohr 14 gebildet und außerdem ist die Blende 18 stationär im Stützrohr 12 zentriert gehalten, wobei deren Ringflansch 22 bis zur Innenseite 17 des Stützrohrs 12 reicht. Die Blende 18 liegt mit dem Ringflansch 22 auf dem Isolierring 24 an und ist somit thermisch und gegen Falschluft gegenüber dem Flammrohr 14 und dem Stützrohr 12 durch diesen Isolierring 24 isoliert.
In gleicher Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel sind in dem Flammrohr 14 die Rezirkulationsöffnungen 56 angeordnet.
Ferner ist in gleicher Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel der Düsenstock 26 über die Sockel 38 mit der Blende 18 verbunden.
Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel trägt jedoch die Blende 18 nicht das Mischrohr 40, sondern das Mischrohr 40 wird seinerseits von einem Abschirmring 110 gehalten, der sich ausgehend von einer der Blende 18 zugewandten Stirnseite 112 des Mischrohrs 40 in radialer Richtung nach außen zu der Innenseite 58 des Flammrohrs hin erstreckt, und zwischen sich und der Innenseite 58 einen Ringraum 114 bildet, in welchen die Rezirkulationsöffnungen 56 unabhängig von der Stellung des Abschirmrings 110 münden. Ferner bildet der Abschirmring 110 eine der Blende 18 zugewandte Fläche 116, die parallel zu einer der Brennkammer 20 zugewandten Oberfläche 118 der Blende 18 verläuft. Vorzugsweise verlaufen die Oberfläche 118 und die Fläche 116 parallel zu der Ebene 86' senkrecht zur Mittelachse 30. Der Abschirmring 110 schließt ferner mit seinem Außenrand 120 im wesentlichen dicht mit der Innenseite 58 ab und trennt somit stets den Rezirkulationsraum 44 auf, und zwar in einen Rezirkulationsraum 44a, in welchen die innere Rezirkulation 50 führt, und einen Rezirkulationsraum 44b, in welchen die äußere Rezirkulation 54 durch die Rezirkulationsöffnungen 56 hindurchführt. Der äußere Rezirkulationsraum 54 führt somit dem Mischrohr 40 abgekühltes Rauchgas über dessen der Blende 18 zugewandte Stirnseite 112 zu, während der innere Rezirkulationsraum dem Mischrohr 40 heißes Rauchgas über die Umfangsöffnungen 42 zuführt.
Der Abschirmring 110 läßt sich nun bei der erfindungsgemäßen Lösung so verschieben, daß dessen Fläche 116 an der Oberfläche 118 der Blende 18 anliegt und somit den äußeren Rezirkulationsraum 44b von dem Mischraum 46 abtrennt, so daß die äußere Rezirkulation 54 unterdrückt ist. Andererseits läßt sich der Abschirmring 110 soweit in Richtung der Brennkammer 20 verschieben, daß sich zwischen der Oberfläche 118 und der Fläche 116 des Abschirmrings 110 ein von dem Ringraum 114 in den Mischraum 46 führender Kanal bildet, so daß die äußere Rezirkulation 54 erfolgen kann.
Zur Verschiebung des Abschirmrings 110 mit seiner Fläche 116 im wesentlichen parallel zur Oberfläche 118 ist ein Gestänge 122 vorgesehen, welches jeweils Öffnungen 120 in der Blende durchsetzende Streben 122a aufweist, die von einem am Düsenstock 26 geführten Führungsring 122b ausgehen. Dieser Führungsring ist seinerseits wiederum über ein Gestänge 122c mit dem Betätigungsglied 70 verbunden.
Durch den Führungsring 122b, welcher auf einer Zylinderfläche 128 des Düsenstocks 26 gleitend gelagert ist, erfolgt die Parallelführung der Fläche 116 zur Oberfläche 118.
Der Vorteil dieser Lösung ist darin zu sehen, daß durch die Trennung der Rezirkulationsräume 44a und 44b definiert die innere Rezirkulation 50 und die äußere Rezirkulation 54 entsprechend optimaler Betriebsbedingungen einstellbar sind.
Bei einem fünften Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 5 sind diejenigen Teile die mit den vorstehend beschriebenen, insbesondere dem ersten und dem dritten Ausführungsbeispiel identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, so daß auf die Ausführungen hierzu verwiesen wird.
In gleicher Weise wie beim vierten Ausführungsbeispiel ist bei dem fünften Ausführungsbeispiel ein Abschirmring 110 angeordnet, welcher allerdings mit der Fläche 116 in konstantem Abstand von der Oberfläche 118 der Blende 18 fixiert ist. Der Abschirmring 110 trennt somit die äußere Rezirkulation 54 durch die Rezirkulationsöffnungen 56 von der inneren Rezirkulation 50 ab. Der Abschirmring 110 wirkt somit als Trennung zwischen der äußeren Rezirkulation 54 und der inneren Rezirkulation 50, ist jedoch nicht verschiebbar, um die äußere Rezirkulation 54 zu unterbinden.
Zur Unterdrückung der äußeren Rezirkulation sind radial außen liegend von den Öffnungen 48 Belüftungsöffnungen 130a vorgesehen, welche bezüglich der Achse 30 radial außerhalb einer Projektion des Mischrohrs 40 auf die Blende 18 liegen. Diese Belüftungsöffnungen 130a sind mit Verschlußelementen 130b verschließbar, wobei die Verschlußelemente 130b im einfachsten Fall Verschlußstopfen sind, welche parallel zur Richtung der Achse 30 in die Belüftungsöffnungen 130a einführbar sind, um diese zu verschließen. Diese Verschlußstopfen sitzen auf Stiften 132a, die ihrerseits mit einem Führungsring 132b am Düsenstock 26 in Richtung der Achse 30 verschieblich auf einer Zylinderfläche 134 geführt sind. Der Führungsring 132b ist seinerseits wiederum verschiebbar durch ein Gestänge 132c, welches mit dem Betätigungsglied 70 verbunden ist.
Sind die Verschlußstopfen 130b in Richtung der Achse 30 von der Blende 18 wegbewegt und somit die Belüftungsöffnungen 130a geöffnet, so führen diese im äuperen Rezirkulationsraum 44b zu einem Abbau des für ein Ansaugen der abgekühlten Rauchgase durch die Rezirkulationsöffnungen 56 erforderlichen Unterdrucks und unterbinden somit die äußere Rezirkulation. Gleichzeitig wird durch die Belüftungsöffnungen 130a Frischluft in den äußeren Rezirkulationsraum 44b zugeführt, welcher aus diesem äuperen Rezirkulationsraum 44b in das Mischrohr 40 gelangt und somit zu einer weiteren Sauerstoffzufuhr für den Brennstoffstrahl 36 beiträgt. Die Belüftungsöffnung 130a sowie die Verschlußstopfen 130b sind somit bereits durch den Abschirmring 110 weitgehend von den hohen Temperaturen in der Brennkammer 20 abgeschirmt, so daß im Bereich derselben, insbesondere bei einem Verschließen der Belüftungsöffnungen 130a mittels der Verschlußstopfen 130b keine Probleme aufgrund ungleichmäßiger Erwärmung auftreten.
Während der Startphase werden die Belüftungsöffnungen 130a geöffnet, so daß die äußere Rezirkulation 54 unterdrückt ist. Danach werden die Belüftungsöffnungen 130a mittels der Verschlußstopfen 130b durch Verschieben des Gestänges 132c mit dem Führungsring 132b und der Stifte 132a in Richtung der Blende 18 verschlossen, so daß sich der übliche Unterdruck in dem äußeren Rezirkulationsraum 44b wieder aufbaut, der zum Einsetzen der äuperen Rezirkulation 54 durch die Rezirkulationsöffnungen 56 erforderlich ist.
Bei einem sechsten Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 6 sind diejenigen Teile, die mit denen der voranstehenden Ausführungsbeispiele identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen. Bezüglich der Beschreibung derselben wird auf die Ausführungen zu den voranstehenden Ausführungsbeispielen, insbesondere zum ersten Ausführungsbeispiel verwiesen.
Bei dem sechsten Ausführungsbeispiel sind in dem Flammrohr 14 Einströmöffnungen 148 vorgesehen, diese sind jedoch nicht die eigentlichen Rezirkulationsöffnungen. Die Einströmöffnungen 148 werden auf der Außenseite des Flammrohres 14 von einer Hülse 140 des Brennerrohrs 10 übergriffen, welche bezogen auf die Achse 30 im radialen Abstand von einer Außenwand 142 des Flammrohrs und einer Außenwand 144 des Stützrohrs verläuft. Die Hülse 140 erstreckt sich dabei über die Einströmöffnungen 148 hinweg in Richtung eines stromabwärtigen Endes des Flammrohrs 14 und endet mit der Rezirkulationsöffnung 56 für das zur äußeren Rezirkulation 54 eingesetzte abgekühlte Rauchgas aus dem Kesselraum, so daß während des warmen Betriebszustandes und außerhalb der Startphase dieses Rauchgas zunächst über die Rezirkulationsöffnung 56 in einen Zwischenraum 150 zwischen der Hülse 140 und der Außenseite 142 des Flammrohrs 14 einströmt und von diesem Zwischenraum 150 durch die Einströmöffnungen 148 in den Rezirkulationsraum 44 eintritt.
Die Hülse 140 erstreckt sich - wie bereits erwähnt - auch über einen vorderen Abschnitt 152 des Stützrohrs 12 und übergreift Belüftungsöffnungen 154a, welche den Zwischenraum 150 mit der Vorkammer 16 verbinden. Die Hülse 140 liegt im Anschluß an die Belüftungsöffnungen 154a auf der Außenseite 144 des Stützrohrs 12 mit einem Flansch 156 an und ist vorzugsweise durch diesen Flansch 156 vom Stützrohr 12 gehalten, so daß der Zwischenraum 150 lediglich vom Kesselraum über die Rezirkulationsöffnung 56 zugänglich ist.
Die Belüftungsöffnungen 154a sind durch einen Schieber 154b verschließbar, welcher im Inneren des Stützrohrs 12 angeordnet ist und mit einer Aupenfläche 158 an der Innenseite 17 des Stützrohrs 12 geführt ist. Dieser Schieber 154b umfaßt einen ringförmigen Mantel 160, der die Aupenfläche 158 trägt und in welchen zwei Nuten 162 in Richtung der Achse 30 im Abstand voneinander eingearbeitet sind, in welchen die Dichtringe 164 liegen. Die Dichtringe liegen dabei in einem derartigen Abstand, daß sie dann, wenn die Außenseite 158 des Schiebers 154b vor den Belüftungsöffnungen 154a steht und diese verschließt, beiderseits der Belüftungsöffnungen 154a für eine Abdichtung zwischen dem Schieber 154b und der Innenseite 17 des Stützrohrs 12 sorgen.
Steht der Schieber 154b in seiner die Belüftungsöffnungen 154a verschließenden Stellung, so findet eine übliche äußere Rezirkulation 54 statt, wobei die abgekühlten Rauchgase über die Einströmöffnung 148 und die Rezirkulationsöffnungen 56 im Flammrohr in den Rezirkulationsraum 44 einströmen.
Ist dagegen der Schieber 154b in Richtung von der Blende 18 weg bewegt, so daß dieser die Belüftungsöffnungen 154a freigibt, so kann durch die Belüftungsöffnungen 154a Frischluft aus der Vorkammer 16 in den Zwischenraum 150 einströmen und unterdrückt daher das Einströmen von kalten Rauchgasen über die Rezirkulationsöffnung 56, so daß durch die Einströmöffnungen 148 nicht mehr kalte Rauchgase in den Rezirkulationsraum 44 einströmen, sondern im wesentlichen Frischluft. Damit wird die äußere Rezirkulation 54 während der Startphase des Brenners unterdrückt und zusätzlich der Mischraum 46 mit sauerstoffreicher Frischluft über die Umfangsöffnungen 42 versorgt.
Zum Betätigen des Schiebers 154b ist in gleicher Weise wie beispielsweise beim ersten Ausführungsbeispiel durch die Vorkammer 16 ein Gestänge 166 geführt, welches mit dem Betätigungsglied 70 in Verbindung steht.

Claims

Brenner zur Heißgaserzeugung mit einem Brennerrohr (10) umfassend ein Stützrohr (12) und ein sich daran anschließendes Flammrohr (14), mit einer im Stützrohr angeordneten Düse (28), aus welcher ein Brennstoffstrahl (36) austritt, mit einer eine im Stützrohr (12) angeordnete Vorkammer (16) und eine im Flammrohr (14) angeordnete Brennkammer (20) voneinander trennenden Blende (18), welche einen vom Brennstoffstrahl (36) durchsetzten zentralen Durchlaß (38) aufweist, mit eine äußere Rezirkulation (54) von ausgekühltem Rauchgas zulassenden Rezirkulationsöffnungen (56) und mit einem innerhalb des Brennerrohrs (10) angeordneten Element (62, 76, 110, 130, 154) zur Einstellung der äußeren Rezirkulation (54),
dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Rezirkulation (54) von einem das Flammrohr (14) umgebenden Kesselraum durch Öffnungen (56, 148) im Flammrohr (14) hindurch in einen stromabwärts der Düse (28) liegenden Innenraum (20) des Flammrohrs (14) erfolgt und daß das Element (62, 76, 110, 130, 154) zur Einstellung der äußeren Rezirkulation (54) über ein durch ein Inneres des Stützrohrs (12) geführtes Ansteuermittel (66, 100, 122, 132, 166) so ansteuerbar ist, daß es die äußere Rezirkulation (54) während einer Startphase des Brenners unterdrückt und daß im warmen Betriebszustand nach der Startphase die äußere Rezirkulation (54) in den stromabwärts der Düse (28) liegenden Innenraum (20) des Flammrohrs (14) eintritt.
Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element zur Unterdrückung der äußeren Rezirkulation (54) ein einen Rezirkulationsgasstrom innerhalb des Brennerrohrs (10) schieberähnlich abstellendes Element (62,76,110) ist.
Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das schieberähnliche Element ein einen ringförmigen Mantel aufweisender und in axialer Richtung bewegbarer Schieber (62) ist.
Brenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (62) eine bezüglich der Achse (30) zylindrische Dichtfläche (60) aufweist.
Brenner nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (62) an einer Innenseite (58) des Flammrohrs (14) geführt ist.
Brenner nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das schieberähnliche Element (76, 110) eine bezüglich der Achse (30) ringförmige Dichtfläche (78, 116) aufweist, welche in einer zu der Achse (30) im wesentlichen senkrecht stehenden Ebene (86) liegt.
Brenner nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das schieberähnliche Element (76) Teil eines innerhalb des Stützrohrs (12) verlaufenden Hüllrohrs (72) ist.
Brenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das schieberähnliche Element ein über die Blende (18) in Richtung der Brennkammer (20) vorstehender Kragen (76a) des Hüllrohrs (72) ist.
Brenner nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen (76a) des Hüllrohrs (72) gegen einen Ringwulst (76b) im Flammrohr (14) anlegbar ist.
Brenner nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllrohr (72) die Blende (18) trägt.
Brenner nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das schieberähnliche Element ein stirnseitiger, mit der Blende (18) abgeschlossener Abschnitt (76a') des Hüllrohrs (72) ist.
Brenner nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllrohr (72) mit dem stirnseitigen Abschnitt (76a') gegen einen Ringwulst (76b) im Flammrohr (14) anlegbar ist.
Brenner nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllrohr (72) den Düsenstock (26) trägt.
Brenner nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllrohr (72) als Ganzes mit dem Düsenstock (26) und der Blende (18) in axialer Richtung (30) verschiebbar ist.
Brenner nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das schieberähnliche Element ein einen Rezirkulationsraum in einen inneren (44a) und einen äußeren (44b) Rezirkulationsraum aufteilender Abschirmring (110) ist.
Brenner nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschirmring (110) zur Unterdrückung der äußeren Rezirkulation (54) dichtend an der Blende (18) anlegbar ist.
Brenner nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Blende (18) und dem Abschirmring (110) eine außerhalb einer Projektion eines Mischrohrs (40) auf die Blende (18) liegende ringförmige Dichtfläche (118) gebildet ist.
Brenner nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschirmring (110) das Mischrohr (40) trägt.
Brenner nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschirmring (110) durch die Blende (18) durchsetzende Streben (122a) verschiebbar ist.
Brenner nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Streben (122a) in axialer Richtung (30) an dem unverschieblich im Stützrohr (12) angeordneten Düsenstock (26) verschieblich geführt sind.
Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Element (130,154) zur Unterdrückung der äußeren Rezirkulation (54) ein Ansaugen von abgekühltem Rauchgas über die Rezirkulationsöffnungen (56) durch Eröffnung einer Frischluftzufuhr unterdrückbar ist.
Brenner nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Element (130) zur Unterdrückung der äußeren Rezirkulation (54) eine Frischluftzufuhr in den Rezirkulationsraum (44b) herstellbar ist.
Brenner nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Element (130) zur Unterdrückung der Rezirkulation eine Frischluftzufuhr von der Vorkammer (16) in den Rezirkulationsraum (44b) herstellbar ist.
Brenner nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Element (130) zur Unterdrückung der äußeren Rezirkulation (54) eine Frischluftzufuhr in einen äußeren Rezirkulationsraum (44b) herstellbar ist, welcher von einem inneren Rezirkulationsraum (44a) getrennt ist.
Brenner nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß das die Frischluftzufuhr in den Rezirkulationsraum (44b) eröffnende Element (130) radial außenliegend von Öffnungen (48) für die Zufuhr von Verbrennungsluft aus der Vorkammer (16) angeordnet ist.
Brenner nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Frischluftzufuhr über Belüftungsöffnungen (130a) in der Blende (18) erfolgt.
Brenner nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Belüftungsöffnungen (130a) in der Blende (18) durch Verschlußelemente (130b) verschließbar sind.
Brenner nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußelemente in axialer Richtung bewegbare Verschlußstopfen (130b) sind.
Brenner nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußelemente (130b) in der Vorkammer (16) angeordnet sind.
Brenner nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußelemente (130b) an dem stationär in dem Stützrohr (12) gehaltenen Düsenstock (26) in axialer Richtung (30) verschieblich geführt sind.
Brenner nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Frischluftzufuhr in der Nähe der Rezirkulationsöffnung (56) erfolgt.
Brenner nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Frischluftzufuhr in einen auf die Rezirkulationsöffnung (56) folgenden ringförmigen Zwischenraum (150) herstellbar ist.
Brenner nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Frischluftzufuhr durch ein in der Vorkammer (16) angeordnetes Verschlußelement (154b) steuerbar ist.
Brenner nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Verschlußelement (154b) eine Frischluft aus der Vorkammer (16) dem Zwischenraum (150) zuführende Belüftungsöffnung (154a) freigebbar oder verschließbar ist.
Brenner nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Verschlußelement (154b) die Belüftungsöffnungen (154a) mit einer bezüglich der Achse (30) zylindrischen Dichtfläche (158) verschließbar sind.
Brenner nach Anspruch 34 oder 35, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußelement (154b) an einer Innenseite (17) des Stützrohrs geführt (12) ist.
Brenner nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf die Ansteuermittel (66, 100, 122, 132, 166) wirkende Betätigungseinrichtung (70) vorgesehen ist, welche nach der Startphase die Unterdrückung der äußeren Rezirkulation (54) sukzessive reduziert.
Brenner nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner eine innere Rezirkulation (50) aufweist.