NL9101896A - Premix-gasbrander. - Google Patents

Description

Premix-gasbrander.

De uitvinding heeft betrekking op een premix-gasbrander, voorzien van een luchttoevoer en een gastoevoer, een meng-inrichting om gas en lucht te mengen tot een mengsel, dat zonder verdere luchttoevoer volledige verbranding van het gas toestaat, en een mengseldoorlaatlichaam met een meng-seltoevoerzijde en openingen om het mengsel door te laten naar een vlamzijde, welk doorlaatlichaam gedurende de werking van de brander aan de mengseltoevoerzijde een lagere temperatuur heeft dan 500° C.

In een dergelijke gasbrander worden het verbrandingsgas en de verbrandingslucht met elkaar gemengd en tot ontbranding gebracht zonder dat nog verdere lucht wordt toegevoerd. Om te voorkomen, dat de vlam terugslaat door het doorlaatlichaam dient de gassnelheid in dat ..lichaam groter te zijn dan de vlamsnelheid, dat wil zeggen de snelheid waarmede het vlamfront zich in het gas-luchtmengsel voortplant. Anderzijds dient de gasvlam zelf een gassnelheid te hebben, die lager is dan de vlamsnelheid, omdat anders afblazen optreedt. Tenslotte dient het doorlaatlichaam zo te zijn uitgevoerd, dat de mengseltoevoerzijde steeds beneden de ontsteektemperatuur van het mengsel blijft.

Bij bekende premix-gasbranders wordt een te hoge temperatuur aan de mengseltoevoerzijde veelal voorkomen, door het doorlaatlichaam te isoleren van de vlam. Dit kan gebeuren door een laag betrekkelijk vuurvaste vezels, bijvoorbeeld van een ijzer-chroomlegering op het lichaam aan de vlamzijde aan te brengen. Een andere mogelijkheid is het doorlaatlichaam van isolerend materiaal te vervaardigen, bijvoorbeeld poreus keramisch materiaal, waardoor de warmte niet door het doorlaatlichaam heendringt naar de mengseltoevoerzijde daarvan. Het resultaat is, dat dit lichaam aan de van de vlam afgekeerde zijde betrekkelijk koel blijft en dat ontsteking aan die zijde in elk geval theoretisch ver-vermeden is, zolang de stroomsnelheid van het mengsel in de vlam voldoende hoog is. Bij lagere stroomsnelheid komt de vlam heel dicht op het doorlaatlichaam te liggen, waardoor dit veel warmte toegevoerd krijgt en te heet wordt, zodat de brander niet moduleerbaar is.

In de praktijk doen zich bij gebruik van isolerend materiaal moeilijkheden voor. De eerste daarvan is, dat in een isolerend materiaal geen temperatuurvereffening optreedt, waardoor bepaalde plaatsen zeer heet kunnen worden, hetgeen de kans op ontsteking van het mengsel vóór de toevoerzijde vergroot, bijvoorbeeld wanneer een hete plaats aan een porie grenst of kleine breuken in het lichaam zijn opgetreden. Een hoge temperatuur aan de vlamzijde van het doorlaatlichaam kan, naar gemeend wordt, leiden tot verhoogde vorming van stikstofoxyden.

Een verder nadeel van de bekende premix gasbranders is, dat het doorlaatlichaam betrekkelijk duur is. Bij de uitvoeringsvorm met een isolerende laag.van metaalvezels speelt de kostprijs van deze vezels en van de aanbrenging daarvan een belangrijke prijsverhogende rol. Keramisch materiaal met een voldoend hoge homogene poriëndistributie is eveneens betrekkelijk kostbaar, waarbij bovendien een rol speelt dat de aanbrenging van dit materiaal in een metalen constructie tot thermische spanningen kan leiden, waardoor breuk van het keramische materiaal betrekkelijk frequent optreedt. Ook kunnen problemen ontstaan, wanneer dit lichaam aan zijn randen afdichtend in de branderconstructie moet worden bevestigd.

De uitvinding verschaft voor deze problemen een oplossing, en bijgevolg een premix-gasbrander van lagere kostprijs en met waarschijnlijk een lagere vorming van stikstofoxyden, door er in te voorzien, dat het mengseldoorlaatlichaam van een zodanig materiaal met een zodanige structuur is, waarbij het warmtegeleidingsvermogen van het materiaal over de gehele dikte tussen de mengseltoevoerzijde en de vlamzijde zo hoog is en het doorlaatlichaam van dit materiaal direct aan de vlamzijde grenst, dat de koeling door het mengsel voldoende is om de temperatuur van het doorlaatlichaam aan de temperatuureis van minder dan 500° C te laten voldoen, ook wanneer de gassnelheid aan de vlamzijde van het doorlaatlichaam kleiner is dan de vlamsnelheid, waardoor de brander gemoduleerd kan worden.

Bij toepassing van de uitvinding blijft het vlak van het doorlaatlichaam, dat aan de vlamruimte grenst, betrekkelijk koel, omdat de goede warmtegeleiding voor afvoer van de warmte zorgt, die dan naar de wanden van de openingen wordt gevoerd, waar het gas-luchtmengsel doorheengaat, waardoor het lichaam gekoeld wordt en het mengsel opgewarmd. Het resultaat is een betrekkelijk koel benedenvlak van de vlamruimte, het ontbreken van plaatselijk overmatig verhitte plaatsen, het verlagen van het stikstofoxydengehalte en het verhinderen van het gevaar van breuk van het doorlaatlichaam door thermische spanningen.

Volgens een nadere uitwerking van de uitvinding wordt er bij voorkeur in voorzien, dat het doorlaatlichaam een zodanige dikte heeft, dat bij volle ongemoduleerde vlam het erdoor stromende mengsel een temperatuurverhoging van 60-200° C ondergaat.

Een afdoende bescherming tegen thermische spanningen in het doorlaatlichaam en het gevaar van vlamterugslag is in de praktijk gemakkelijk te verkrijgen door er in te voorzien, dat het geleidingsvermogen van het doorlaatlichaam, de dikte daarvan en het patroon van de openingen zodanig zijn, dat bij volle of gemoduleerde vlam het temperatuurverschil tussen twee plaatsen van het doorlaatlichaam nooit groter is dan 150° C.

Een goede warmteafvoer van het doorlaatlichaam naar het gas-luchtmengsel wordt verkregen, indien dit lichaam van massief metaal is met doorgaande openingen van gelijk blijvende dwarsdoorsnede. Op deze wijze wordt de grootste warmtegeleiding verkregen, die het minste door de mengsel-doorlaatopeningen gestoord wordt.

De gunstigste verhouding tussen warmteoverdrachtoppervlak en doorstromingsdoorsnede wordt verkregen indien volgens een nadere uitwerking van de uitvinding er in is voorzien, dat de dwarsdoorsnede van de openingen cirkelvormig is. Met een vierkante doorsnedevorm wordt een nagenoeg even gunstig resultaat verkregen.

Een eveneens goed bruikbare oplossing, die evenwel met geringere vervaardigingskosten is te verkrijgen voorziet er in dat de openingen uit sleuven van gelijk blijvende breedte bestaan.

Veelal beslaat het doorsnedeoppervlak van de openingen ongeveer 15% van het aan de vlamruimte grenzende oppervlak van het doorlaatlichaam, maar afhankelijk van de dikte van dit lichaam en de warmtegeleidingscoëfficiënt van zijn materiaal is het mogelijk, dat die verhouding 5-25% bedraagt . .

Wat koeling van het doorlaatlichaam betreft is een massief lichaam met daarin aangebrachte doorlaatopeningen het gunstigste. Het is evenwel ook mogelijk er in te voorzien, dat het doorlaatlichaam uit poreus materiaal bestaat met een laag poriënvolume en een hoge warmtegeleidingscoëfficiënt van het materiaal zelf. Doordat een poreuze structuur telkens versmallingen en verbredingen van de doorsnede geeft, waar de warmte doorheen moet gaan, en bovendien de poriën de warmte veel minder geleiden dan het materiaal wordt de effectieve warmtegeleidingscoëfficiënt bij poreus materiaal aanmerkelijk lager dan de warmtegeleidingscoëfficiënt van het materiaal zelf.

Daarom wordt er volgens een nadere uitwerking van de uitvinding bij voorkeur in voorzien, dat de warmtegeleidingscoëfficiënt van het materiaal zelf meer dan 40 w/m.°C bedraagt en het poriënvolume minder dan 25%.

Bij toepassing van de uitvinding wordt gewoonlijk meer warmte door het gas-luchtmengsel opgenomen in de doorlaten door het doorlaatlichaam dan bij het oppervlak van het doorlaatlichaam dat van de vlamruimte is afgekeerd. Daardoor neemt de temperatuur van het doorlaatlichaam bij toenemende dikte af vanaf zeer geringe dikten. Om deze reden is de dikte van het doorlaatlichaam in het algemeen groter dan 1 mm en bij voorkeur 2-5 mm. Voor een goede werking is bij geringe dikte gewenst dat het effectieve geleidingsvermogen van het materiaal hoog is en/of dat de doorlaten door het materiaal betrekkelijk fijn zijn, zodat een betrekkelijk hoge verhouding tussen omtrek en doorsnede van de doorlaten verkregen wordt.

Wanneer het om welke reden dan ook ongewenst is de dikte van het doorlaatlichaam groot te maken kan eveneens een goed resultaat verkregen worden door er in te voorzien, dat het doorlaatlichaam uit twee of meer deeldoorlaatlichamen bestaat, die na elkaar door het gas-luchtmengsel worden doorlopen en die in goed warmtecontact met elkaar staan.

Proeven met de uitvinding hebben aangetoond, dat het stik-stofoxydegehalte in vergelijking met andere zogenaamde low NOx branders gunstig is en in het algemeen minder dan de helft bedraagt. Daarbij moet er evenwel op gewezen worden, dat mededelingen over stikstofoxydengehalten veelal berusten op een verondersteld intermitterend gebruik, waarbij de vorming van de stikstofoxyden kleiner is wanneer de brander pas kort brandt. Bij vergelijkbare duren van het branden blijkt bijvoorbeeld bij hoge luchtovermaat dat de uitvinding een stikstofoxydengehalte geeft van een kwart van dat van een brander met een isolerende laag van metaalvezels en bij lage luchtovermaat zelfs van minder dan een tiende.

Een ander ongewenst nevenprodukt van de verbranding vormt CO. Onvolledige CO-verbranding verlaagt de warmteopbrengst enigszins, maar belangrijker is dat CO-emissie ook om milieutechnische redenen ongewenst is.

Gebleken is, dat bij dit type van branders in het algemeen en bijgevolg ook bij de brander volgens de uitvinding de vorming van CO zeer aanmerkelijk toeneemt bij hogere luchtovermaat. Dit lijkt in strijd met de opvatting, dat hogere zuurstofovermaat eerder tot verbranding van CO zou leiden. Dat dit niet zo is, kan waarschijnlijk worden toegeschreven aan het feit, dat bij hoge zuurstofovermaat de verbranding zo snel verloopt, dat geen tijd meer bestaat voor het naverbranden van CO.

Bij branders volgens de uitvinding en mogelijkerwijs ook bij andere besproken branders volgens de bekende techniek kan een zeer aanmerkelijke daling van het CO-gehalte juist bij hogere zuurstofovermaat verkregen kan worden, door er in te voorzien, dat langs de rand van het doorlaatlichaam een vertikale afschermwand aanwezig is.

Gemeend wordt dat de significante daling van het CO-gehalte door deze maatregel (bijvoorbeeld van 70 ppm tot ongeveer 7 ppm) is toe te schrijven aan het feit, dat een storing van de vlam, in het bijzonder in het randgebied daarvan een plaatselijke onregelmatigheid en waarschijnlijk koeling kan geven, waardoor aldaar de CO-naverbranding niet of slechts gebrekkig plaats heeft. Uiteraard behoeft een dergelijke afschermwand niet aanwezig te zijn, wanneer een wand van de vlamruimte of de ketel waarin de brander wordt gebruikt de functie van deze afschermwand overneemt. Wanneer een dergelijke wand wordt aangebracht verdient het de voorkeur, dat de onderzijde van de afschermwand direct aansluit op het oppervlak of op geringe afstand van de orde van mm of delen van mm daarboven ligt en in hoogterichting reikt tot waar de verbrandingsreactie voltooid is.

De in het algemeen zeer gunstige resultaten van de uitvinding zijn mogelijkerwijs althans gedeeltelijk toe te schrijven aan het verkrijgen van een zeer goede menging tussen gas en verbrandingslucht. Dienovereenkomstig voorziet een nader aspect van de uitvinding er in, dat de menginrichting een roterende zich loodrecht op het rotatie- vlak vooruit bewegende luchtstroom bevat, waaraan gas wordt toegevoerd en die na aan een stroomvernauwing te zijn onderworpen abrupt radiaal expandeert als beschreven in de Nederlandse octrooiaanvrage no. 9100490 van aanvrager onder de naam "vortex break down".

Het doorlaatlichaam kan uit een vlakke of bolle plaat bestaan, dan wel een koker of buis, die zowel in horizontale als in hellende of vertikale stand gebruikt kan worden. Deze laatste stand kan aanpassing aan een branderruimte in een bestaande ketel vergemakkelijken.

De uitvinding wordt in het volgende nader toegelicht aan de hand van de tekening, waarin fig. 1 een doorsnede toont door een eerste uitvoeringsvorm van de uitvinding; fig. 2 een doorsnede toont door een tweede uitvoeringsvorm; fig. 3 een doorsnede toont door nog een verdere uitvoeringsvorm; fig. 4 een doorsnede toont door nog een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding; fig. 5 een doorsnede door nog een verdere uitvoeringsvorm toont; fig. 6 een doorsnede door een uitvoeringsvorm toont, waarin een voorkeursvorm van de menginrichting is weergegeven; en fig. 7 een grafiek toont van NOx en CO waarden van enige branders.

In fig. 1 is met 1 een ruimte aangeduid, waarin zich het mengsel van gas en verbrandingslucht bevindt. Deze ruimte is aan de bovenzijde afgesloten door een doorlaatlichaam 2, dat zoals rechts bij 2a is aangegeven uit poreus materiaal kan bestaan en, zoals links is aangegeven uit een vast materiaal met rechte doorboringen. Wanneer het boven het lichaam 2 doorgédrongen gasmengsel wordt aangestoken ontstaat een gelijkmatige lage blauwe vlam, die de bovenzijde van de plaat 2 verhit, maar omdat deze uit een goede warmtegeleider bestaat wordt de warmte naar beneden afgevoerd en reeds in de plaat in belangrijke mate overgedragen op het daar doorstromende mengsel van gas en verbrandingslucht .

De benedenzijde van de plaat is in aanraking met een weinig stromend gas-verbrandingsluchtmengsel, maar geeft ook enige warmte af.

Fig. 2 toont een uitvoeringsvorm, waarin het doorlaatlichaam de vorm heeft van een buis, waarbij het gas-verbrandingsluchtmengsel door de bovenste helft van de buis heengaat. Wanneer de buis, zoals rechts bij 6a is aangegeven, uit poreus materiaal bestaat, verdient het aanbeveling de benedenzijde van de buis af te schermen, bijvoorbeeld met een scherm 8. Dit scherm is overbodig, wanneer de buis een massief materiaal is waarin doorboringen 6b zijn aangebracht, in welk geval uiteraard alleen de bovenzijde van de buis van boringen wordt voorzien.

In fig. 3 is een voorbeeld getoond, dat in hoofdzaak overeenstemt met dat van fig. 1. Alleen is er behalve het door-laatlichaam 3 in de vorm van een plaat een eveneens plaatvormig hulpdoorlaatlichaam 5 aangebracht, welke lichamen elk weer gedeeltelijk als poreus 3a,5a en gedeeltelijk als doorboord 3b,5bzijn weergegeven. Zij zijn met elkaar verbonden door middel van een de warmte goed geleidende lijst 4. Wanneer nu de bovenste plaat 3 warm wordt zal ook een gedeelte van de warmte via de lijst 4 naar de benedenzijde geleid worden en de plaat 5 verwarmen. Daardoor heeft reeds een zekere verwarming plaats van het gas-verbrandingsluchtmengsel, dat vanuit de ruimte 1 door de plaat 5 wordt gevoerd.

Een andere uitvoeringsvorm is weergegeven in fig. 4, waarin alleen een poreus materiaal is aangegeven, hoewel uiteraard hier ook van gaten of sleuven voorzien massief metaal gebruikt kan worden. Het doorlaatlichaam bestaat hier uit een bovenste plaatdeel 9 en twee schuin naar beneden gerichte plaatdelen 10 vormen een hulpdoorlaatlichaam. Het gas-verbrandingsluchtmengesel gaat vanuit de ruimte 1 eerst door de plaatdelen 10 heen en vervolgens door de plaat 9.

De warmtegeleiding naar de plaatdelen 10 heeft plaats via de randen van de plaat 9. De uitstulpingen aan de beneden-zijde van de plaat 9 kunnen zowel prismavormig zijn als bijvoorbeeld de vorm van pyramiden hebben.

In fig. 5 is een uitvoeringsvorm getoond, waarbij een mengsel van gas en verbrandingslucht vanuit de mengruimte 1 door de benedenzijde 6f van de buis 6 heengaat om het inwendige van deze buis te bereiken. Vandaar gaat het door de bovenzijde 6e van deze buis, waarboven het direct wordt aangestoken. Daardoor wordt de bovenzijde 6e van de buis 6 verhit en door middel van warmtegeleiding ontvangt ook de benedenzijde 6f warmte. Het door de buis eerst naar binnen stromende mengsel wordt daardoor iets opgewarmd en wanneer het de binnenzijde van de buis weer verlaat heeft een verdere opwarming plaats.

In fig. 6 is een schematische doorsnede getekend door een brander met een voorkeursuitvoering van de daarbij gebruikte menginrichting 10. Deze heeft een luchttoevoer 11, waarin de lucht in rotatie wordt gebracht om de as van deze inrichting en een gastoevoer 12. De lucht wordt door middel van een stroomvernauwing 14 naar binnen gedrongen, waarbij de rotatie zeer snel wordt en vervolgens bij 15 zeer snel geëxpandeerd, waardoor zogenaamde vortex break down optreedt hetgeen gepaard gaat met een bijzonder intensieve menging. Een dergelijke menger is meer in het bijzonder beschreven in de Nederlandse octrooiaanvrage no. 9100490 ten name van aanvrager.

In fig. 1, 2 en 4 is een afschermingswand 13 aangegeven, die zich op slechts geringe hoogte boven de plaat 2 of 9 bevindt of op korte afstand van de buis 6. Gebleken is, dat een dergelijke wand het gehalte aan CO in de uitlaatgassen bij hoge zuurstofovermaat in belangrijke mate reduceert, zelfs mogelijkerwijs met een faktor 10 of meer. De werking van deze afschermwand is waarschijnlijk, dat onregelmatig heden bij de rand van de vlam voorkomen worden. Mogelijkerwijs vormen deze onregelmatigheden, waardoor de naverbran-ding van CO gestoord of onderbroken kan worden, een belangrijke bron van CO vorming, ook, ja zelfs juist, in mengsels met een betrekkelijk grote zuurstofovermaat.

In het volgende wordt een voorbeeld van de uitvinding nader besproken.

Voorbeeld

Een aardgasbrander wordt vervaardigd uit een rechthoekig kokerprofiel. De wanddikte daarvan is 2 mm en de warmtege-leidingscoëfficiënt ongeveer 50 w/m °C.

Aan de bovenzijde van het profiel zijn insnijdingen gemaakt met een breedte van ongeveer 1 mm en een onderlinge afstand van 5 mm. Het branderoppervlak is 100 cm2 en het vermogen bij volle vlam ruim 100 w/cm2.

Voor de vlamsnelheid van aardgas geldt tussen 200° K en 700° K bij benadering Vvlam = 0,0044 (T(K) - 200) m/s. Dit betekent dat bij 300° K de vlamsnelheid Vvlam 0,4 m/s is. In de sleuven wordt nu een snelheid aangenomen van 1,5 m/s, waardoor dus de snelheid direct boven het brandervlak 0,3 m/s bedraagt. Dit is minder dan de vlamsnelheid zodat de vlam zich zal stabiliseren.

Een aardgas-verbrandingsluchtmengsel wordt ongeveer 2000°C warmer bij volledige verbranding en deze waarde wordt ook bij betrekkelijk geringe luchtovermaat nagenoeg bereikt. De grotere vertikale snelheid die daardoor optreedt heeft evenwel pas na de verbranding plaats en kan niet tot afblazen van de vlam leiden.

Door opwarming van het gas-verbrandingsluchtmengsel in de spleten zal de stroomsnelheid van het mengsel evenredig met de absolute temperatuur toenemen.

Ook de vlamsnelheid gaat in het beschouwde temperatuurge- bied (300-700° K) evenredig met de absolute temperatuur omhoog. De voorverwarming van het gas-verbrandingslucht-mengsel geeft dus een even sterke verhoging van de snelheid van dit mengsel als een verhoging van de vlamsnelheid, hetgeen elkaar opheft. De stroming in de spleten is duidelijk laminair (Re, dat is het getal van Reynolds, is ongeveer 150). Dit betekent dat de warmteoverdracht onafhankelijk van de snelheid is.

Bij volle vlam bedraagt de gemeten, naar de branderplaat toegevoerde warmte ongeveer 4 w/cm2, dus 4%.

Het gedeelte van de verbrandingswarmte, dat op het brander-vlak van het doorlaatlichaam wordt overgedragen is kleiner bij een hogere stromingssnelheid van het mengsel. Omdat de vlam weinig straalt heeft de warmteoverdracht in hoofdzaak door convectie plaats. Convectie van heet gas vanuit de vlam naar het brander oppervlak, moet bij hoge stromingssnelheid van grotere hoogte komen en tegen een snellere stroming in gaan. De afmetingen van de micro-turbulenties, die in hoofdzaak voor de warmteoverdracht zorgen, zijn in eerste instantie bepaald door het patroon van de mengsel-doorlaatopeningen. Wanneer nu de zeer hete gassen op een afstand van het brandervlak ontstaan, die groter is dan de afmetingen van de turbulenties, is de warmteoverdracht op het branderoppervlak betrekkelijk gering. Van dit verschijnsel wordt bij bekende niet modulerende branders gebruik gemaakt.

Bij verlaging van de hoeveelheid door de vlam per tijdseenheid afgegeven warmte, dus zogenaamde modulatie, is de stromingssnelheid van het mengsel kleiner en ontstaan de hete en zeer hete gassen dichter bij het brandervlak. Dit betekent bij een zelfde turbulentiepatroon een hogere warmteoverdracht op het brandervlak per ontwikkelde hoeveelheid warmte.

Aangenomen wordt, dat van de 4% aan de branderplaat toege- voerde warmte circa 0,5% weer wordt uitgestraald. De warm-teafgifte door straling is niet alleen sterk afhankelijk van de temperatuur van de branderplaat, maar ook van de temperatuur van de oppervlakken van de ruimte, bijvoorbeeld een ketel- of ovenruimte, waar de brander zich in bevindt. Omdat het om een betrekkelijk kleine waarde gaat, is de bovenstaande schatting toelaatbaar.

Dan moet bij temperatuurevenwicht het gas-luchtmengsel 4 - 0,5 = 3,5% van de gevormde warmte opnemen. Dat is 3,5% van de totale temperatuurstijging door verbranding, dus 0,035 x 2000 = 70° C.

Gemeten werd een branderplaattemperatuur van circa 375° C, wat neerkomt op een gemiddeld temperatuurverschil met het mengsel van 375 - 55 = 320° C (luchttemperatuur aangenomen op 20° C).

Bij lagere vlam zal de branderplaattemperatuur stijgen door de grotere warmte terugvoer naar die plaat, waarbij een......

hogere plaattemperatuur het temperatuurverschil tussen de vlam en de plaat verkleint en bijgevolg de toename van de overdracht tegenwerkt. Hogere plaattemperatuur (en koudere ruimte, waar de plaat zich in bevindt) leidt tot een grotere stralingsemissie door de plaat, die betrokken moet worden op een kleinere door de vlam ontwikkelde hoeveelheid warmte.

Wanneer nu de relatieve warmteoverdracht van de vlam op de plaat tweemaal zo groot wordt, dus 8% en warmteafgifte door straling door de hogere temperatuur van de plaat en de lagere totale warmteflux een tweemaal zo groot percentage geeft, dus 1%, dan moet het mengsel 7% van zijn eigen verbrandingswaarde opnemen, dat is dus een temperatuurver-hoging van 140° C. De temperatuur van het mengsel in de spleten is dan gemiddeld 90° C (bij een luchttemperatuur van 20° C).

Bij een modulatie van 50% en gelijk blijvende warmteover- drachtscoëfficiënt tussen plaat en mengsel is de plaattem-peratuur T dan bepaald door T -90 = 0,5 (375 - 55) , waaruit volgt dat de plaattemperatuur T in gemoduleerde toestand r ongeveer 250° C bedraagt.

Wanneer bij modulatie tot het halve vermogen de relatieve warmtetoevoer aan de branderplaat viermaal zo groot zou worden en nog steeds 1% van de toegevoerde warmte door straling zou worden afgevoerd, wordt de temperatuur van het mengsel met 0,15 x 2000 = 300° C verhoogd, maar blijft de temperatuur van de branderplaat Tp1, die volgt. uit Tp1 - gemiddelde temperatuur van het mengsel = 1/2.320 Tp = 325° C.

Hieruit volgt, dat de brander volgens de uitvinding zeer ruime modulatie toelaat zonder dat hoge branderplaattempe-raturen optreden. Dit staat in scherpe tegenstelling tot bekende branders met isolatie van of door het doorlaatli-chaam, waarbij de oppervlaktetemperatuur van dit lichaam bij modulatie, althans plaatselijk, sterk toeneemt, welke toename op geen andere wijze dan door warmteafvoer middels straling gecompenseerd kan worden.

Uit het bovenstaande volgt tevens, dat een brander van normaal constructiestaal van 2 mm en sleuven van 1 mm breedte op een onderlinge afstand van 5 mm met ruime speling een voldoende gekoelde branderplaat heeft, ook bij modulatie.

De warmteafvoer van het branderplaatoppervlak naar de zijwanden van de openingen of sleuven vergt meer temperatuurverschil wanneer de onderlinge afstanden tussen de openingen of sleuven groter zijn. Dan treedt tevens een groter turbulentiepatroon op met grotere warmtestroom vanuit de vlam naar de branderplaat. Bij te hoge brander-plaattemperatuur kan derhalve steeds verbetering verkregen worden door een fijner patroon van openingen of sleuven.

Ook is een dikkere plaat in deze altijd gunstig.

Poreus materiaal heeft een aanmerkelijk lagere warmtegelei-dingscoëfficiënt dan hetzelfde materiaal in massieve vorm. Daarom wordt voor poreus materiaal de voorkeur gegeven aan een materiaal, dat op zichzelf een hoge warmtegeleiding heeft en een betrekkelijk gering poriënvolume.

In fig. 7 zijn grafieken getoond van verschillende branders. De lijn a toont de NOx-waarde van een bekende brander 1 met een isolatielaag van chroom-ijzer vezels op het branderoppervlak.

De lijn c toont de NOx-waarde van een brander volgens de Nederlandse octrooiaanvrage 9100490 t.n.v. aanvrager.

Verder zijn: O NOx voor spleetbrander volgens de uitvinding zonder wand 13 ; X NOx voor spleetbrander volgens de uitvinding met wand 13; + NOx voor gaasbrander volgens de uitvinding zonder wand 13; 0 CO voor spleetbrander volgens de uitvinding zonder wand 13; ® CO voor spleetbrander volgens de uitvinding met wand 13; en b de lijn CO van de bekende brander 1.

Het blijkt dat de uitvinding ten opzichte van NOx uitstoot een belangrijke verbetering vormt ten opzichte van de bekende plaatbranders, maar dat de NOx waarden van een brander volgens de Nederlandse octrooiaanvrage 9100490 nog beter zijn.

Het CO gehalte is bij geringe tot matige zuurstofovermaat lager dan bij de bekende brander 1, alleen is het voor hoge zuurstofovermaat hoger bij de brander volgens de uitvinding zonder wand 13.

Met deze wand 13 geeft de brander volgens de uitvinding over de hele linie minder CO dan de bekende brander 1.(Deze gaasbrander heeft èen doorlaatlichaam van dicht gevlochten betrekkelijk dikdradig kopergaas met een hoge verwarming van er door stromend mengsel door de de goede warmtegelei-ding van koper en de grote warmteoverdracht op dwars op de stroming liggend rond draad).

Elke brander volgens de uitvinding is regelbaar en kan dus met verschillende warmteontwikkelingen branden. Dit staat in tegenstelling tot de bekende branders, evenals de hierboven besproken brander met een dunne roestvrij stalen plaat met gaten.

Een verder voordeel van de uitvinding is, dat zij een vorm heeft, die in zeer veel bestaande centrale verwarmingsketels in Nederland zonder bezwaar aangebracht kan worden.

Dit betekent, dat op betrekkelijk gemakkelijke wijze aan scherpere eisen ten opzichte van de NOx vorming voldaan kan worden.

In de praktijk is de gelijkmatige mengseltoevoer aan de gehele plaat veelal een probleem, wanneer het mengsel onder de plaat een niet te verwaarlozen stromingsnelheid heeft. Bij de uitvoeringsvormen van de uitvinding met twee platen, die na elkaar doorstroomd worden is dit probleem opgelost.

Het is bij de uitvinding ook mogelijk het doorlaatlichaam of de platen te koelen, bijvoorbeeld bij een vierkante framebuis als brander en dan de benedenzijde of bij de benedenzijde koelen, bijvoorbeeld met ketelwater.

Bij toepassing van de uitvinding kan de temperatuur van de branderplaat oplopen tot in de buurt van 500° C, waarbij nog steeds geen ontbranding beneden de branderplaat is te duchten. In dat geval bestaat de mogelijkheid dat het gas-verbrandingsluchtmengsel een verwarming ondergaat van de grootte-orde van 200° C.

Een voordeel van een betrekkelijk heet doorlaatlichaam is, dat dan stof, die in dat lichaam zou neerslaan, verbrand wordt èn verstoppingen voorkomen worden.

Doordat bij de uitvinding de temperatuur steeds beheersbaar is en de kans op plaatselijk aanmerkelijk hogere temperaturen zeer gering is geeft de uitvinding een bijzonder stabiele brander. Daarenboven is de kostprijs gering, de NOx uitstoot eveneens gering, kan de CO uitstoot door middel van de afschermwand gering gemaakt worden en zijn de mogelijkheden van regelbaarheid groter dan bij bekende branders met een metalen doorlaatlichaam.

Claims (19)

1. Premix-gasbrander, voorzien van een luchttoevoer (11) en een gastoevoer (12), een menginrichting (10) om gas en lucht te mengen tot een mengsel, dat zonder verdere luchttoevoer volledige verbranding van het gas toestaat, en een mengseldoorlaatlichaam (2;3,5;6;9,10) met een mengseltoe-voerzijde en openingen om het mengsel door te laten naar een vlamzijde, welk doorlaatlichaam gedurende de werking van de brander aan de mengseltoevoerzijde een lagere temperatuur heeft dan 500° C, met het kenmerk, dat het mengsel-doorlaatlichaam van een zodanig materiaal met een zodanige structuur is, waarbij het warmtegeleidingsvermogen van het materiaal over de gehele dikte tussen de mengseltoevoerzij-de en de vlamzijde zo hoog is en het doorlaatlichaam van dit materiaal direct aan de vlamzijde grenst, dat de koeling door het mengsel voldoende is om de temperatuur van het doorlaatlichaam aan de temperatuureis van minder dan 500° C te laten voldoen, ook wanneer de gassnelheid aan de vlamzijde van het doorlaatlichaam kleiner is dan de vlam-snelheid, waardoor de brander gemoduleerd kan worden.

2. Premix- gasbrander volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het doorlaatlichaam (2;3,5;6; 9,10) een zodanige dikte heeft, dat bij volle opgemoduleerde vlam het erdoor stromende mengsel een temperatuurverhoging van 60-200° C ondergaat.

3. Premix-gasbrander volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het geleidingsvermogen van het doorlaatlichaam, de dikte daarvan en het patroon van de openingen zodanig zijn, dat bij volle of gemoduleerde vlam het temperatuurverschil tussen twee plaatsen van het doorlaatlichaam nooit groter is dan 150° C.

4. Premix-gasbrander volgens één of meer van de conclusies 1-3, met het kenmerk, dat het doorlaatlichaam van massief metaal is met doorgaande openingen van gelijk blijvende dwarsdoorsnede (2b,3b,5b,6b).

5. Premix-gasbrander volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de dwarsdoorsnede van de openingen vierkant of cirkelvormig is.

6. Premix-gasbrander volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de openingen uit sleuven van gelijk blijvende breedte bestaan.

7. Premix-gasbrander volgens conclusie 4, 5 of 6, met het kenmerk, dat het doorsnedeoppervlak van de openingen 5-25% van het aan de vlamruimte grenzende oppervlak van het doorlaatlichaam is.

8. Premix-gasbrander volgens één of meer van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de warmtegeleidings-coëfficiënt in w/m.° C van het materiaal van het doorlaatlichaam groter is dan de middellijn van een opening of tweemaal de breedte van een langwerpige sleuf in mm. gedeeld door 2,5.

9. Premix-gasbrander volgens één of meer van de conclusies 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat het doorlaatlichaam (2a,3a,5a,6a,9,10) uit poreus materiaal bestaat met een poriënvolume van minder dan 40% en een warmtegeleidings-coëfficient van het materiaal zelf van meer dan circa 10 w/m. ° C.

10. Premix-gasbrander volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de warmtegeleidingscoëfficiënt van het materiaal zelf meer dan 40 w/m.° C bedraagt en het poriënvolume minder dan 25%.

11. Premix-gasbrander volgens één of meer van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat het doorlaatlichaam een dikte heeft van meer dan 1 mm, bij voorkeur 2-5 mm.

12. Premix-gasbrander volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat het doorlaatlichaam plaat- of buisvormig is.

13. Premix-gasbrander volgens één of meer van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat aan het doorlaatli-chaam (1,3,6a,6b,6e) een of meer hulpdoorlaatlichamen (5,6f,10) zijn toegevoegd, die voor het doorlaatlichaam door het mengsel worden doorlopen en die in goed warmtecon-tact met het doorlaatlichaam staan.

14. Premix-gasbrander volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat het doorlaatlichaam en het hulpdoorlaatlichaam uit twee evenwijdige platen (3,5) bestaan, die door een lijst (4) van goed warmtegeleidend materiaal met elkaar zijn verbonden.

15. Premix-gasbrander volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat het doorlaatlichaam uit een bovenplaat (9) bestaat en de hulpdoorlaatlichamen (10) uit daarmede verbonden, schuin naar beneden en naar elkaar toe lopende onderplaten (10) .

16. Premix-gasbrander volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat het doorlaatlichaam de bovenhelft (6e) van een geperforeerde buis is, waarvan de benedenhelft (6f) een hulpdoorlaatlichaam vormt.

17. Premix-gasbrander met gas-luchtmengseldoorlaatlichaam, dat een vlak of gebogen branderoppervlak heeft, dat van openingen is voorzien om het mengsel door te laten, dat boven dit oppervlak brandt, bij voorkeur volgens één of meer van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat langs de rand van het oppervlak een vertikale afschermwand (13) aanwezig is.

18. Premix-gasbrander volgens conclusie 17, met het kenmerk, dat de onderzijde van de afschermwand direct aansluit op het oppervlak of op geringe afstand van de orde van mm of delen van mm daarboven ligt en in hoogterichting reikt tot waar de verbrandingsreactie voltooid is.

19. Premix-gasbrander volgens één of meer van de vooraf- gaande conclusies, met het kenmerk, dat de menginrichting een roterende zich loodrecht op het rotatievlak vooruit bewegende luchtstroom (11) bevat, waaraan gas (12) wordt toegevoerd en die na aan een stroomvernauwing (14) te zijn onderworpen abrupt radiaal expandeert.