[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Brenneranordnung, insbesondere für einen Gasbrenner,
mit einer Gas- und einer erftzufuhrleitung, die beide im Bereich einer Gas-Luft-Mischkammer
enden,
mit drallerzeugenden Vorrichtungen, die innerhalb der Mischkammer und in der nachgeordneten
Verbrennungszone eine Wirbelströmung des Gas-Luft-Gemisches erzeugen, wobei wenigstens
ein Teil der Verbrennungsluft seitlich in die Mischkammer über in die Mischkammer-Wandung
eingelassene querschnittsveränderbare Kanäle einströmt.
[0002] Aus der DE-OS 2 729 321, insbesondere Figur 12, ist ein sogenannter Dual-Brenner
dargestellt. Zwar ist der bekannte Brenner in erster Linie als öl-Brenner konzipiert,.er
läßt sich jedoch auch mit Gas betreiben, wobei'die öldüse mit Hilfe eines Kanales
umgangen wird, der innerhalb der Mischkammer mündet. Die Regelung der Gaszufuhr erfolgt
hierbei durch eine drehbare Lochscheibe, die den Kanal durch Verdrehen der Bohrung
nach und nach freigibt. Darüber hinaus kann die Luftzufuhr durch seitlich'in die Mischkammer
mündende Kanäle mit Hilfe eines Stelltriebes, der die Querschnitte der seitlich mündenden
Kanäle verändert, regelbar eingestellt werden.
[0003] Von diesem Prinzip ausgehend, stellt sich die Aufgabe, einer möglichst ökonomisch
zu betreibenden Gas-Klein- brenner anzugeben, bei dem vorzugsweise die gesamte, wenigstens
jedoch ein Teil der Verbrennungsluft seitlich in die Mischkammer eingelassen wird,
wobei dieses seitliche Einlassen durch entsprechende Schrägstellung der Bohrungen
bereits zu der Entstehung eines Wirbels führt. Die Luftenergie soll dazu ausgenutzt
werden, eine gute Verteilung des Gases innerhalb des Luftstromes zu erreichen. Es
ist aber auch ins Auge gefaßt worden, einen derartigen Gasbrenner dazu zu verwenden,
beispielsweise fein verteilte Aerosole oder Stäube zu verbrennen, die entweder in
einem Gasstrom oder in kompakter Form in den Bereich der starken Verbrennungsluftströmung
eingebracht werden können.
[0004] Diese Aufgabe wird gelöst bei einer Brenneranordnung der eingangs genannten Art,
bei der die Gaszufuhr über wenigstens einen Teil der
querschnittsveränderbaren Kanäle erfolgt, wobei der Querschnitt der luft- und/ oder
gasführenden Kanäle gleichzeitig mit demselben Organ veränderbar ist.
[0005] Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei der ein zusätzlicher Gaskanal mit getrennten
Organen erforderlich war, wird im vorliegenden Falle das Brenngas bzw. ein anderer
brennbarer, gasförmiger Stoff, über die querschnittsveränderbaren Kanäle mit eingeführt.
Dabei ist möglich, sowohl einen Teil der Kanäle speziell für die Gasführung zu bestimmen.
Es ist jedoch auch möglich, die Gaszufuhrleitung in Form eines oder mehrerer Stränge
in der Mischkammer-Wandung verlaufen.zu lassen, wobei der oder die Stränge in einem
oder mehreren der Kanäle enden.
[0006] Diese Formulierung bedeutet sowohl, daß der jeweilige Kanal allein Gas zuführt; es
ist jedoch auch möglich, direkt in den Luftstrom den gasförmigen Brennstoff einzublasen
und ihn vom Luftstrom mitnehmen zu lassen.
[0007] Falls erforderlich, kann ein gewisser Gasüberschuß dadurch' geschaffen werden, daß
wenigstens ein weiterer Gasleitungsstrang an der äußeren Stirnwand der Mischkammer
endet. Dieser Strang wird dann nicht von dem querschnittsverändernden Organ erfaßt.
[0008] Üblicherweise wird das querschnittsverändernde Organ eine innerhalb der Mischkammer
verstellbare Lanze sein, wie dies auch nach dem Stand der Technik vorgeschlagen wurde.
Dabei kann die Lanzenspitze eine oder mehrere Öffnungen für die Brennstoff- und/oder
Luftzufuhr aufweisen, wobei ebenfalls roch eine zusätzliche Steuerung der Verhältnisse
in der Brennkammer möglich ist.
[0009] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der beige- fügten on Zeichnung dargestellt.
Die nachfolgende Beschreibung erläutert diese Figuren, wobei die Zeichnungen zeigen:
Figur 1 einen Querschnitt durch eine Brenneranordnung, bei der das Erfindungsprinzip
verwirklicht ist;
Figur 2 eine vergrößerte Darstellung der Mischkammer gemäß Figur 1;
Figur 3 eine weitere Ausführungsform in schematischer Darstellung.
[0010] In der Figur 1 ist ein Querschnitt durch eine Brenneranordnung gezeigt, wie sie beispielsweise
bei der Verbrennung von Erdgas in einem Haushaltskessel in der Größenordnung 50.000
kcal/h verwendet werden kann.
[0011] Die Brenneranordnung, allgemein mit 1 bezeichnet, schließt sich hierbei an eine Kesselwand
2 an. Die Brenneranordnung weist ein Gehäuse 3 auf, das im wesentlichen zylindrisch
geformt ist und mehrere, konzentrisch zueinander angeordnete Teile umfaßt. Das Gehäuse
3 umgibt von außen nach innen gesehen zunächst einen zylindrischen Luftkanal 4, dem
über eine Leitung 5 Verbrennungsluft unter einem gewissen Überdruck, beispielsweise
0,1 ,3 bar, zugeführt werden kann. Konzentrisch innerhalb des Luftkanales liegt ein
zylindrischer Stutzenteil 6, der mit seiner Stirnseite 7 in einen Brennerhaltekranz
8 eingepaßt und gehalten ist. Der Brennerhaltekranz 8, der in einer konisch ausgeformten
Öffnung mit anschließendem Mantelrohr 9 sich zum Kesselraum 10 hin öffnet, hält außerdem
die äußere Wandung des Gehäuses 3, wie aus der Figur 1 ersichtlich ist. Das Stutzenteil
6 ist auf seiner ganzen Länge zylindrisch ausgebohrt. Im vorderen Teil enthält das
Stutzenteil die sogenannte Gas-Luft-Mischkammer 11, deren Volumen durch eine innerhalb
des Stutzenteiles 6 hin und her bewegliche Lanze 12 veränderbar ist. Der Vorderteil
der Lanze, bezeichnet mit der Bezugszahl 13, dient dabei als Steuerorgan, wie noch
erläutert werden wird. Die Hin- und Herbeweglichkeit der Lanze kann beispielsweise
manuell mit Hilfe eines Hebels 14, mit einer pneumatischen Einrichtung oder ähnlichen
Vorrichtungen erfolgen, wie sie an sich bekannt sind.
[0012] In die Mischkammer 11 münden von der Seite her zahlreiche Kanäle 15, die vorzugsweise
die Form von Schlitzen haben und die in ihrer Richtung von der Normalenrichtung abweichen,
d. h. in ihrer Vorzugsrichtung eine Tangente an einen imaginären Kreis innerhalb der
Mischkammer 11 enthalten. Clese Kanäle 15 sind daher gleichzeitig drallerzeugende
Vorrichtungen, die mit Hilfe der durch den Luftkanal 4 strömenden Luft innerhalb der
Mischkammer und in der nachgeordneten Verbrennungszone innerhalb des Kesselraumes
10 eine Wirbelströmung erzeugen. Die Kanäle 15 können mit Hilfe der Lanze 12 mehr
oder weniger zugestellt werden, wobei die Luftzufuhr dosiert werden kann.
[0013] Die Gaszufuhr erfolgt über eine Zuleitung 17, die in einem zylindrischen Verteilungskanal
18 endet und sich in mehrere Stränge 19 fortsetzt, die innerhalb des Stutzenteiles
6 achsenparallel zur Achse der Lanze 12 verlaufen. Die Stränge 19, die demnach wenigstens
teilweise innerhalb der Mischkammer-Wandung verlaufen, enden innerhalb der Luftzuführungskanäle
15, so daß das einströmende Gas direkt vom Luftstrom erfaßt und in die Wirbelströmung
eingebracht wird. Nachdem das Gas durch (nicht dargestellte) Zündmittel entzündet
ist, brennt das Gas-Luft-Gemisch innerhalb des Mantelrohres 9 und im Kesselraum 10.
Dabei ist eine stabile Flamme dadurch erzeugt, daß die Strcmung relativ stark verwirbelt
ist. Durch Verstellung der Lanze 12 wirkt das Vorderteil 13 als querschnittsveränderndes
Organ für die Gesamtheit der Kanäle 15, so daß die Zufuhr des Gas-Luft-Gemisches geregel
werden kann. Hierdurch kann die Leistung des Brenners in sehr einfacher Weise variiert
werden.
[0014] Figur 2 zeigt die Einzelheiten der Gas-Luft-Mischkammer in etwas detaillierterer
Darstellung mit weiteren Einzelheiten. Wie deutlich erkennbar ist, sind in die Mischkammer
11 zahlreiche Schlitze, hier beispielsweise 20, eingelassen, durch die die Luft einströmen
kann. Durch entsprechende Tangentialstellung der Schlitze erfährt die Luft eine Wirbelströmung.
Gleichzeitig mündet ein Gaszuführungsstrang 19 innerhalb eines Kanales 15, wobei das
Gas von der Luft mitgenommen wird. Das Vorderteil der Lanze trägt in diesem Falle
noch einen weiteren Zuführungskanal 20, der in einer Öffnung 21 endet. Durch diesen
Kanal, der innerhalb der Lanze geführt wird, können beispielsweise zusätzlich noch
flüssige Brennstoffe eingeführt werden.
[0015] Figur 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der ein Teil der Gasleitungsstränge, hier
mit 23 bezeichnet, in öffnungen 24 mündet, die an der äußeren Stirnseite 25 der Mischkammer
11 enden.
[0016] Nachdem anhand der Figuren 1 bis 3 wesentliche Prinzipien der Erfindung erläutert
worden sind, sollen im folgenden noch einige mögliche Abwandlungen erläutert werden:
1. Brennstoff
[0017] Als Brennstoff eignet sich in erster Linie Erdgas oder verwandte Gase oder Gasgemische,
wie Metan, Stadtgas und dergleichen. Es ist jedoch auch möglich, durch die Brennstoffstränge
19 ein feines Kohlenstoff-Luft-Gemisch oder ein Ö1-Luft-Aerosol einzuführen. Innerhalb
der Kanäle-15 ergibt sich eine Saugwirkung und Verwirbelung durch die Luftstrahlen,.
die sich in die Kammer 11 fortsetzt.
2. Form der Kanäle 15, 20'
[0018] Die Kanäle können eine rechteckige Querschnittsform, jedoch auch runde, ovale oder
dreieckige Querschnittsform aufweisen, wie dies Versuche gezeigt haben.
[0019] Wesentlich ist, daß eine gute Verwirbelung stattfindet, ohne daß ein zu großer Reibungsverlust
der Luftstrahlen an den Wandungen der Kammer die verfügbare Energie zu stark beschneidet.
3. Form der Mischkammer
[0020] Die Mischkammer kann zylindrisch sein. Sie kann aber auch, wie bereits in der eingangs
genannten Offenlegungsschrift gemäß Stand der Technik treppenförmig oder sich trompetenförmig
öffnend gestaltet sein.
4. Querschnittsveränderndes Organ
[0021] Neben der beschriebenen Lanze 12 können auch außen über die Kanäle 15 greifende Hülsen
oder dergleichen verwendet werden, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist.
5. Drallerzeugende Vorrichtungen
[0022] Beschrieben sind besonders gerichtete Kanäle 15; anstelle dieser Kanäle können auch
Luftleitbleche innerhalb der Hülse 6 oder der Mischkammer 11 eingebaut sein.
1. Brenneranordnung, insbesondere für einen Gasbrenner, mit einer Gas- und einer Luftzufuhrleitung,
die beide im Bereich einer Gas-Luft-Mischkammer enden, mit drallerzeugenden Vorrichtungen,
die innerhalb der Mischkammer und in der nachgeordneten Verbrennungszone eine Wirbelströmung
des Gas-Luft-Gemisches erzeugen, wobei wenigstens ein Teil der Verbrennungsluft seitlich
in die Mischkammer über in die Mischkammer-Wandung eingelassene querschnittsveränderbare
Kanäle einströmt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszufuhr über wenigstens einen Teil der querschnittsveränderbaren
Kanäle (15) erfolgt, wobei der Querschnitt der luft- und/oder gasführenden Kanäle
(15) gleichzeitig mit demselben Organ (12) veränderbar ist.
2. Brenneranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszufuhrleitung
in Form eines oder mehrerer Stränge (19) in der Mischkammer-Wandung (HJlsc 6) verläuft,
wobei der oder die Stränge (19) in einem oder mehreren der Kanäle (15) enden.
3. Brenner anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens
ein weiterer Gasleitungsstrang an der äußeren Stirnwand (7) der Mischkammer (11) endet.
4. Brenner anordnung nach Anspruch 1, mit einer innerhalb der Mischkammer verstellbaren
Lanze als querschnittsveränderndem Organ,
dadurch gekennzeichnet, daß die Lanzenspitze (13) eine oder mehrere öffnungen (21)
für die Brennstoff-und/oder Luftzufuhr aufweist.