DE19724806A1 - Vollvormischender atmosphärischer Strahlungsbrenner - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen vollvormischenden atmosphärischen Strahlungsbrenner gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Übliche atmosphärische, vollvormischende Gasbrenner weisen meist eine Abdeckung in Form eines mit Schlitzen oder Löchern, die Ausströmöffnungen bilden, versehenen Bleches aus einem temperaturbeständigen Stahlblech auf. Bei diesen Brennern ergibt sich das Pro­ blem, daß die Ausströmöffnungen solcher Abdeckungen relativ große Querschnitte aufwei­ sen und aus Festigkeitsgründen erhebliche Abstände voneinander aufweisen müssen. Dies führt dazu, daß die Abdeckung solcher Brenner nur einen relativ kleinen Anteil an freier Durchtrittsfläche aufweisen und sich im Betrieb des Brenners vereinzelte Flammen ausbil­ den. Mit solchen Brennern können jedoch nicht alle Gasarten problemlos verbrannt werden und sie besitzen nur einen kleinen Modulationsbereich.

Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und einen Strahlungsbrenner der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen mit dem sich verschiedene Gase problemlos ver­ brennen lassen. Erfindungsgemäß wird dies bei einem Strahlungsbrenner der eingangs er­ wähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht.

Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen ist es auf einfache Weise möglich, eine Luftzahl von 1,1 bis 1,35 im Auslegungspunkt zu erreichen, mit der sich Methan beziehungsweise Erdgas problemlos verbrennen läßt.

Durch die Maßnahmen gemäß dem Anspruch 2 ergibt sich der Vorteil, daß die Abdeckung in an sich bekannter Weise um eine Achse konvex gekrümmt ist und entlang der parallel zu dieser Achse verlaufenden Ränder zwischen den Rändern des Gemischraumes und einem Halterahmen gehalten ist.

Durch diese Maßnahmen ist sichergestellt, daß sich die Abdeckung entsprechend der auftretenden Wärmedehnungen bewegen kann, so daß sich keine Spannungen in der Ab­ deckung aufbauen können. Dadurch sind Verwerfungen im Bereich der Abdeckung sicher vermieden.

Durch die Merkmale des Anspruches 3 kann die Abdeckung sehr einfach an den Außensei­ ten der Wände des Gemischraumes gehalten werden, wobei eine gegenseitige Bewegung der Abdeckung und den Wänden des Gemischraumes aufgrund der Wärmedehnungen möglich ist. Dabei kann die Montage der Abdeckung sehr einfach durchgeführt werden.

Durch die Merkmale des Anspruches 4 ergibt sich der Vorteil, daß sich die Abdeckung be­ sonders leicht entsprechend den auftretenden Wärmedehnungen bewegen kann, wobei ein sicherer Formschluß zwischen dem Halterahmen beziehungsweise dessen Stangen und der Abdeckung sichergestellt ist. Dabei kann der Halterahmen, zum Beispiel im Bereich seiner Platten mit den Wänden des Gemischraumes verbunden sein.

Durch die Merkmale des Anspruches 5 ergibt sich der Vorteil, daß der Halterahmen auf ein­ fache Weise sehr sicher befestigt werden kann, wobei vor dem Aufsetzen des Halterahmens auf die Wände des Gemischraumes die meist flexible Abdeckung in den Halterahmen einge­ legt werden kann. Dadurch ergibt sich insgesamt ein sehr einfacher Zusammenbau des Brenners.

Übliche Brenner gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 6 weisen meist eine Abdeckung in Form eines mit Schlitzen oder Löchern, die Ausströmöffnungen bilden, versehenes Blech aus einem temperaturbeständigen Stahl auf. Weiter sind auch Brenner bekannt, bei denen die Abdeckung durch Drahtgewebe gebildet ist.

Bei solchen Brennern ergibt sich das Problem, daß eine gleichmäßige Verteilung des Brenngas-Luftgemisches über die Brennerfläche erhalten werden soll. Um dies zu erreichen, sind Verteileinrichtungen bekannt, wie Prallbleche, an denen das in den Gemischraum ein­ strömende Gas-Luftgemisch abgelenkt und verwirbelt wird. Diese Verteileinrichtungen be­ wirken aufgrund ihrer festen Geometrie jeweils auch einen konstanten Druckverlust in Ab­ hängigkeit vom Gemischvolumenstrom. Ein weiterer Druckverlust wird durch die Abdeckung selbst aufgebaut. Dieser ist jedoch stark von der Temperatur der Abdeckung abhängig und liegt im warmen Zustand der Abdeckung, die ca. 900°C erreichen kann, über dem Druckver­ lust der Verteileinrichtung.

Der Druckverlust im kalten Zustand ist gering, so daß man vergleichsweise große Primär­ luftzahlen von größer als 1,6 erhält. Hierdurch kann es nach dem Start des Brenners einige Minuten dauern, bis durch die Erwärmung der Druckwiderstand steigt und die Luftzahl so weit sinkt, daß die Abdeckung zu glühen beginnt. Bei Gasen mit kleiner Wobbezahl kann es sogar zum Abheben der Flammen kommen, die sich auch nach längerer Betriebszeit nicht vollständig stabilisieren.

Durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 6 wird auf einfache Weise ein stabi­ ler Betrieb auch während der Startphase ermöglicht.

Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen kann auf einfache Weise der Widerstand der Ver­ teileinrichtung verändert und damit auch der gesamte Widerstand des Brenners beeinflußt werden. Dadurch kann der Widerstand und damit der Druckverlust im Bereich der Vertei­ leinrichtung im kalten Zustand des Brenners erhöht werden, wodurch ein übermäßiger An­ stieg der Luftzahl vermieden wird. Gleichzeitig werden dadurch auch stabile Verhältnisse für die Verbrennung geschaffen und ein Abheben der Flammen vermieden. Dabei ist auch si­ chergestellt, daß sich der Widerstand beziehungsweise der Druckverlust über der Verteileinrichtung mit steigender Temperatur des Brenners vermindert.

Durch die Merkmale des Anspruches 7 ergibt sich eine sehr einfache Ausbildung des Strah­ lungsgasbrenners. Dabei erwärmt sich das Bimetall oder der einen hohen Wärmeausdeh­ nungskoeffizienten aufweisende Metallteil aufgrund der Strahlungswärme der Flammen und steuert dabei die beiden Lochbleche. Durch das dadurch bedingte gegenseitige Verschieben der Lochbleche kommt es mit steigender Temperatur zu einer steigenden Deckung der Lö­ cher der beiden Lochbleche.

Durch die Merkmale des Anspruches 8 ergibt sich der Vorteil, daß auf einfache Weise relativ große Kräfte auf das Lochblech ausgeübt werden können und daher auch größere Rei­ bungskräfte überwunden werden können.

Eine weitere sehr einfache Ausbildung eines erfindungsgemäßen Brenners ergibt sich durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 9.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 und 2 einen Schnitt und eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform,

Fig. 3 und 4 einen Schnitt und eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 5 und 6 einen Schnitt und eine Seitenansicht einer dritten Ausführungsform.

Fig. 7 einen Schnitt durch einen ersten erfindungsgemäßen Brenner, Fig. 8 einen Schnitt entlang der Linie A-A in der Fig. 7,

Fig. 9 ein Detail der Lochbleche im kalten Zustand,

Fig. 10 ein Detail der Lochbleche im warmen Zustand,

Fig. 11 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bren­ ners,

Fig. 12 einen Schnitt entlang der Linie B-B in der Fig. 11,

Fig. 13 ein Detail der Stelleinrichtung eines Lochbleches gemäß der Fig. 11 in vergrößertem Maßstab,

Fig. 14 ein Schnitt durch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brenners und

Fig. 15 ein Detail nach der Fig. 14 in vergrößertem Maßstab.

Gleiche Bezugszeichen bedeuten in allen Figuren gleiche Einzelheiten.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 weist der Brennerstab 1 einen Injektor 2 auf, der in einer Stirnwand 4 eines Gemischraumes 3 gehalten ist und in das Innere 28 des Ge­ mischraumes 3 hinein ragt. Dabei ragt der Injektor 2 im wesentlichen bis zur Mitte des Ge­ mischraumes 3 hinein.

An den Stirnwänden 4 des Gemischraumes 3 und an den Außenseiten der Seitenwände 27 desselben ist eine Abdeckung 25 gehalten, wobei diese Abdeckung 6 eine freie Durchtritts­ fläche von 25 bis 45% aufweist. Zur Halterung der Abdeckung 6 ist ein Halterahmen 25 vor­ gesehen, der eine zentral angeordnete Ausnehmung 29 aufweist.

Der Halterahmen 25 weist an seinen parallel zur Achse der Krümmung der Abdeckung 6 parallel verlaufenden Rändern nach innen gerichtete Umbördelungen 30 auf, die in nach unten offene Gegenhalter 31 eingreifen, die an den Außenseiten der Seitenwände 27 des Gemischraumes 3 befestigt sind.

Dabei ist die flexible Abdeckung 6 entlang der von den Umbördelungen 30 und den stirnsei­ tigen Begrenzungen der Ausnehmung 29 von dem Halterahmen 25 übergriffen und zwi­ schen diesem und den Wänden des Gemischraumes 3 geklemmt. Diese Klemmung ermög­ licht jedoch eine gegenseitige Bewegung der Abdeckung 6 gegenüber den Wänden des Gemischraumes 3, so daß aufgrund von Temperaturunterschieden auftretende Wärmedeh­ nungen zu keinem Aufbau von Spannungen in der Abdeckung 6 führen.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 ist der Halterahmen 25′ durch zwei Stäbe 31 gebildet, die im Bereich ihrer stirnseitigen Enden in Platten 32 gehalten sind. Dabei sind die parallel zur Krümmungsachse der Abdeckung 6 verlaufenden Randzonen 33 nach oben ab­ gebogen. Dabei untergreifen die Randzonen 33 der Abdeckung 6 die Stäbe 31, so daß die Abdeckung 6 formschlüssig gehalten wird.

Bei der Ausführung nach den Fig. 5 und 6 ist ein Halterahmen 25′′ vorgesehen, der mit einer zentralen, rechteckigen Ausnehmung 29 versehen ist. Dabei ist der Halterahmen 25′′ entlang seiner parallel zur Krümmungsachse der Abdeckung 6 verlaufenden Ränder mit einer Aus­ kröpfung 34 versehen, die zur Aufnahme der Abdeckung 6 dient, wobei die Abdeckung 6 in ihren stirnseitigen Begrenzungen vom Halterahmen 25′′ übergriffen sind. Der Halterahmen 25′′ ist dabei durch Punktschweißung mit den Wänden des Gemischraumes 3 verbunden.

Durch die Halterung der Abdeckung 6 mittels der Halterahmen 25, 25′, 25′′ kann sich die Abdeckung 6 etwas gegenüber den Wänden des Gemischraumes 3 bewegen. Dadurch kann sich die Abdeckung 6 bei einem beim Betrieb des Brenners unvermeidlichen Tempera­ turanstieg und den dadurch bedingten Wärmedehnungen gegenüber den Wänden des Ge­ mischraumes 3 bewegen, so daß sich keine Wärmespannungen ausbilden können.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 7 und 8 weist der Brennerstab 1 einen Injektor 2 auf, der in einen Gemischraum 3 durch eine Stirnwand 4′ hindurch hineinragt, der von Stirnwän­ den 4, 4′ und Seitenwänden 5 begrenzt ist, wobei der Gemischraum 3 von einer mit Aus­ strömöffnungen versehenen Abdeckung 6 nach oben zu abgedeckt ist. Diese Abdeckung 6 kann zum Beispiel durch ein Drahtgewebe gebildet sein.

Zwischen dem Injektor 2 und der Abdeckung 6 sind zwei gegeneinander verschiebbare Lochbleche 7, 8 angeordnet, von denen das obere Lochblech 8 stirnseitig an einem konvex gekrümmten Bimetall 10 anliegt beziehungsweise mit diesem, zum Beispiel über eine Punktschweißung verbunden ist. Das untere Lochblech 7 ist fest mit den Seitenwänden 5 des Gemischraumes 3 verbunden, wogegen das obere Lochblech in nicht dargestellten Führungen geführt ist.

Wie aus einem Vergleich der Fig. 9 und 10 zu ersehen ist, sind die Durchbrüche 9 der bei­ den Lochbleche 7, 8 gegeneinander verschoben, wodurch sich ein entsprechend hoher Druckabfall über den beiden Lochblechen 7, 8 ergibt und dadurch eine zu hohe Luftzahl vermieden wird.

Im in der Fig. 10 dargestellten warmen Zustand des Brennerstabes 1 kommt es zu einer Deckung der Durchbrüche 9 der beiden Lochbleche 7, 8 und damit zu einem geringeren Druckabfall über der durch die beiden Lochbleche 7, 8 gebildeten Verteileinrichtung.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 11 bis 13 ist das Bimetall 10 durch eine Membrane 11 ersetzt, die einen Raum 12 begrenzt, der über eine Druckleitung 13 mit einem Flüssig­ keitsreservoir 14 verbunden ist. Dieses Flüssigkeitsreservoir 14 ist im Inneren des Gemisch­ raumes 3 knapp unterhalb der Abdeckung 6 angeordnet. Dabei ist die Membrane 11 mit dem Lochblech 8 verbunden.

Der Antrieb des Lochblechs 8 ist dabei durch die Ausdehnung der Flüssigkeit im Reservoir 14 bedingt, wobei sich mit steigender Temperatur der Druck im Raum 12 erhöht und sich die Membrane 11 mehr und mehr ausbaucht und die Durchbrüche 9 der Lochbleche 7, 8 mehr und mehr zur Deckung bringt.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 14 und 15 ist das Lochblech 8 mit einem Hebel 15 gelenkig verbunden, wobei das Lochblech 8 mit einem Lagerauge 16 versehen ist.

Der Hebel 15 selbst ist in einem mit der Stirnwand 4′ verbundenen Ausleger 17 gelagert, der in das Innere des Gemischraumes 3 vorsteht.

Das zweite Ende des Hebels 15 ist mit der Abdeckung 6 gelenkig verbunden, die ebenfalls mit einem Lagerauge 16 versehen ist. Dabei ist die Abdeckung im Bereich der Stirnseite 4′ des Gemischraumes gegen dessen Wände 5 verschiebbar gehalten und lediglich im Bereich der Stirnwand 4 mit dieser und den Seitenwänden 5 verbunden, so daß sich die Abdeckung entsprechend den Wärmedehnungen gegenüber den Wänden 5 des Gemischraumes 3 be­ wegen kann.

Mit steigender Temperatur des Brennerstabes 1 bewegt sich die Abdeckung 6 in Richtung zur Stirnwand 4′ hin, wodurch sich über den Hebel 15 das Lochblech 8 gegen die Stirnwand 4 zu verschiebt, wodurch die Durchbrüche 9 der Lochbleche 7, 8 mehr und mehr zur Deckung gelangen.

Claims (9)

1. Atmosphärischer überstöchiometrisch vormischender Strah­ lungsgasbrenner mit einem Düsen-Injektorsystem und einer gemischdurchlässigen Abdeckung (6) aus einem hoch-tempe­ raturbeständigen Material, dadurch gekennzeichnet, daß der beziehungsweise die Injektor(en) (2) in einen Gemischraum (3) hinein ragt beziehungsweise hinein ragen, dessen Abdeckung (6) eine freie Durchtrittsfläche von 25 bis 45% der Fläche der Abdeckung (6) aufweist.

2. Strahlungsbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Abdeckung (6) in an sich bekannter Weise um eine Achse konvex gekrümmt ist und entlang der parallel zu dieser Achse verlaufenden Ränder zwischen den Rändern des Gemischraumes (3) und einem Halterahmen (25, 25′, 25′′) ge­ halten ist.

3. Strahlungsbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Halterahmen (25) in nach unten offenen Ge­ genhaltern (35) mit nach innen gerichteten Umbördelungen (30) eingehängt ist und die Abdeckung (6) auch an den ge­ krümmt verlaufenden stirnseitigen Enden von dem Halterah­ men (25) übergriffen ist, der eine im wesentlichen rechteckige Ausnehmung (29) aufweist.

4. Strahlungsbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Halterahmen (25′) im wesentlichen durch zwei Stäbe (31) gebildet ist, die von nach oben gerichteten Randzo­ nen (33), die entlang der parallel zur Krümmungsachse der Ab­ deckung (6) verlaufenden Ränder verlaufen, untergriffen sind, wobei die Stäbe (31) in ihren stirnseitigen Endbereichen in Platten (32) gehalten sind.

5. Strahlungsbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Halterahmen (25′′) eine zentrale rechteckige Aus­ nehmung (29) aufweist und entlang der parallel zur Krüm­ mungsachse der Abdeckung verlaufenden Ränder nach außen ausgekröpft und durch Punktschweißung mit den Wänden des Gemischraumes (3) verbunden ist, wobei die Ränder der Ab­ deckung (6) zwischen den ausgekröpften Bereichen (34) des Halterahmens (25′′) und der Außenseite der Wände des Ge­ mischraumes (3) gehalten sind.

6. Strahlungsbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem im Gemischraum (3) eine Verteileinrichtung für das Gas-Luft­ gemisch vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteileinrichtung durch zwei zwischen der Abdeckung (6) und dem Injektor (2) angeordneten, gegeneinander in Abhängigkeit von der Temperatur der Abdeckung (6) verschiebbaren Lochblechen (7, 8) gebildet ist.

7. Strahlungsbrenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß eines der beiden Lochbleche (7, 8) mit einem Bimetall (10) oder einem einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisenden Metallteil verbunden ist, der an einer Wand des Gemischraumes (3) befestigt ist.

8. Strahlungsgasbrenner nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eines der beiden Lochbleche (8) mit einer Mem­ brane (11) verbunden ist, die einen Hohlraum (12) abschließt, der mit einem mit einer Flüssigkeit gefüllten Reservoir (14) ver­ bunden ist, das nahe der Abdeckung (6) im Gemischraum (3) angeordnet ist.

9. Strahlungsgasbrenner nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eines der beiden Lochbleche (8) über einen mit einer Wand (4′) des Gemischraumes (3) in Verbindung stehen­ den Hebel (15) gelenkig verbunden ist, dessen zweites Ende mit der Abdeckung (6) gelenkig verbunden ist, die in diesem Bereich gegenüber den Wänden (5) des Gemischraumes (3) verschiebbar gehalten ist.