Gas-Gebläsebrenner mit geringer Pressung

Abstract

 Der Gas-Gebläsebrenner mit geringer Pressung ist für Heizungskessel bestimmt und besteht aus einem Gaszuführungsrohr mit an diesem angeordneten Luft-Gas-Mischelementen und aus einem Mischrohr mit einerseits Gebläseanschluß- und andererseits Gas-Luftgemischausströmöffnungen. Um einen derartigen Brenner mit geringer Pressung und entsprechender Geräuschreduzierung zwecks Ausbildung einer flächig brennenden Flamme mit reduzierter NOX-Bildung betreiben zu können, ist an bzw. in der Gas-Luftgemischausströmöffnung (1) des Mischrohres (2) eine gasdurchlässige, den ganzen Öffnungsquerschnitt abdeckende Brennermembran (3), wie Metallgitter, Feinloch-und Feinschlitzmembran od. dgl. angeordnet. Das Mischrohr (2) ist an seinem Außenumfang mit einem Anschlußflansch (4) versehen. Im mittleren Bereich des Mischrohres (2) sind gleichmäßig über den ganzen Mischrohrquerschnitt verteilte und mit Gasaustrittsöffnungen (5) versehene Gasverteilerleitungen (6) angeordnet, die mit dem Gaszuleitungsrohr (7) verbunden sind.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Gas-Gebläsebrenner mit geringer Pressung für Heizkessel gemäß Oberbegriff des Hauptanspruches.

[0002] Ein derartiger Gas-Gebläsebrenner ist nach der DE-PS 2 525 305 bekannt, während Gas-Gebläsebrenner allgemein bekannt sind nach dem VDI-Bericht Nr. 246, 1975, insbesondere Seiten 50 - 52. Außerdem sei auf das DE-GM 80 25 338.9 verwiesen, bei dessen Gegenstand es sich allerdings um einen Brenner handelt, mit dem nach einer einfach vorzunehmenden Umschaltung sowohl Gas als auch öl verbrannt werden können. Derartig vorbekannte Brenner weisen im Prinzip ein sogenanntes Mischrohr auf, in das zentrisch das Gaszuleitungsrohr einragt, wobei die Gasquerverteilung über den Mischrohrquerschnitt radial zwischen sogenannten Stauscheiben erfolgt, die gelocht sind, um die zuströmende Luft durchzulassen und mit dem querströmenden Gas zu vermischen. Aufgrund der relativ hohen Luftpressung bildet das ausströmende Gas-Luftgemisch eine entsprechend lange und konzentriert gebündelte Flamme mit hoher Strömungsgeschwindigkeit, die eine entsprechend bemessene Brennkammer des betreffenden Heizkessels erforderlich macht. Der Durchmesser des Mischrohres beträgt dabei in der Regel nur einen Bruchteil (etwa 1/4 oder 1/5) des Brennkammerdurchmessers bzw. der Brennkammertür, die in Rücksicht darauf gut wärmeisoliert ausgebildet sein muß, um der Wärmestrahlung der Flamme Rechnung zu tragen. Aufgrund der hohen Pressung, mit der derartige Brenner betrieben werden, entwickeln diese auch beträchtliche Geräusche. Beim Gasbrenner nach der eingangs erwähnten DE-PS 2 525 305 ist eine Vielzahl von Schlitzkanälen auf mindestens zwei zur Brennerachse konzentrischen Kreisen angeordnet, die gegenüber der Brennerachse in Richtung Umfang des Düsenapparates zunehmend geneigt verlaufen, wobei sie in Strömungsrichtung divergieren. Dadurch wird eine sonst lang brennende Flamme eines Brenners in mehrere kürzer brennende Flammen umgewandelt, was jedoch eine entsprechend große Pressung im Brenner verlangt.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausghend von einem _Gas-Gebläsebrenner der eingangs genannten Art, diesen dahingehend abzuändern, daß das gebildete Gas-Luftgemisch in Form einer Flächenflamme unmittelbar hinter der öffnung des Mischrohres brennt und demgemäß der Brenner mit einem Gebläse geringer Pressung und entsprechend geringer Geräuschbildung betrieben werden kann und womit ferner die Möglichkeit geschaffen sein soll, die Mischrohröffnungsgröße an die Querschnittsgröße der mit einem solchen Brenner bestückten Brennkammer eines Heizkessels anzupassen.

[0004] Diese Aufgabe ist mit einem Gas-Gebläsebrenner der eingangs genannten Art nach der Erfindung durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angeführten Merkmale gelöst.

[0005] Unter "geringer Pressung" ist hierbei zu verstehen, daß das Gebläse mit ca. 50 - 70 % geringerer Pressung auskommt, wie die Gebläse für Brenner der vorbekannten Art. Wesentlich für diese Lösung ist die Gesamtabdeckung der Ausströmöffnung des Mischrohres und die Anordnung der Gasverteilungselemente im mittleren Bereich des Mischrohres, damit eine noch ausreichend lange Mischstrecke bis zur Brennermembran vorliegt und aus dieser ganzflächig das Gas-Luftgemisch ausströmen kann. Irgendwelche den Gemischstrom bzw. die Flamme bündelnde Flammrohre, die das Mischrohr normalerweise umgeben oder düsenartige Ausbildungen gemäß der DE-PS 2 525 305, sind hierbei nicht erforderlich, da gerade eine insgesamt flächig brennende Flamme erzielt werden soll, die gewissermaßen als relativ dünne "Flammschichicht" über der Membran steht....

[0006] Im Bereich atmosphärischer Gasbrenner sind zwar sogenannte Flächenbrenner bekannt, die jedoch in der Regel aus drei oder vier Einzelbrennern bestehen, bspw. in Rohr- oder Kastenform, wobei die Gasausströmfläche der Einzelbrenner auch aus Feinloch- oder Feinschlitzflächen gebildet sind. Eine im hier vorgesehenen Sinn flächenartige Flamme ist damit jedoch nicht erzielbar, da sich je nach Gasdruck mehr oder weniger lang brennende Einzelflammen wie auch beim Gegenstand nach der DE-PS 2 525 305 über den Gasausströmöffnungen der Brennerfläche bilden. Da das Mischrohr im vorliegenden Fall und im Gegensatz zu herkömmlichen Brennern dieser Art gewissermaßen selbst tragendes Außenteil des ganzen Brenners ist, an dessen anderen Ende das Gebläse in geeigneter Weise unmittelbar angeschlossen wird, ist es auch notwendig, das Mischrohr in bekannter Weise an seinem Außenumfang mit einem Anschlußflansch zu versehen. Der Anschlußflansch wird dabei vorteilhaft am brennermembranseitigen Ende des Mischrohres angeordnet, was bedeutet, daß sich bei Anbringung eines derartigen Brenners an einen Heizkessel das Mischrohr mit dem größten Teil seiner Längserstreckung außerhalb der Brennerkammer befindet.

[0007] Sofern das Gaszuleitungsrohr zentral in das Mischrohr einragt, was bevorzugt vorgesehen ist, beträgt die Querschnittsgröße des zentral in das Mischrohr einragenden Gaszuleitungsrohres lediglich 1 - 5 % der Querschnittsgröße des Mischrohres und zwar im Gegensatz zu bisher bekannten Brennern, wo dieses Verhältnis bei etwa 20 % liegt.

[0008] Da der erfindungsgemäße Gas-Gebläsebrenner hauptsächlich für die Befeuerung von Heizkesseln vorgesehen ist, kann das Mischrohr mit seinem Anschlußflansch vorteilhaft direkt als anflanschbare oder schwenkverschließbare Kesselverschlußtür ausgebildet werden, wobei die Brennermembran die zuströmseitig ständig ganzflächig gasgekühlte Fläche der Kesselverschlußtür bildet. Dies bedeutet, daß bis auf einen sehr kleinen Umfangsrandbereich die gesamte brennkammerseitige Fläche der Kesselverschlußtür von der Brennermembran gebildet wird, also keine anderen wärmebeaufschlagten Flä_- chen mehr vorhanden sind, die sonst einer Wärmeisolation bedürften. Durch die ständige Luftzufuhr bzw. Gas-Luftgemischzufuhr unterliegt aber der ganze Ausströmbereich in bezug auf die flächige Flamme einer permanenten Kühlung, die eine Wärmeisolation der Kesselverschlußtür entbehrlich macht. Da das Gebläse mit einer wesentlich geringeren Pressung auskommt, ist das Ganze mit einer wesentlich geringeren Geräuschbildung verbunden und einer Einsparung von Zusatzenergie für den Antrieb des Gebläses. Da das Gas-Luftgemisch, wie erwähnt, ganzflächig die Brennermembran ständig anströmt, verbrennt das Gas gewissermaßen "kälter" und, wie Messungen gezeigt haben, kann dabei auch die sogenannte NOX-Bildung wesentlich reduziert werden.

[0009] Der erfindungsgemäße Gas-Gebläsebrenner wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert..

[0010] Es zeigt schematisch

Fig. 1 im Schnitt die bevorzugte Ausführungsform des Brenners;

Fig. 2 - 4 im Schnitt längs Linie I/I in Fig. 1 und in Ansicht verschiedene Ausführungsformen der Gasverteilerleitungen;

Fig. 5 im Schnitt eine Ausführungsform des Brenners als abschwenkbare Kesselverschlußtür und

Fig. 6, 7 eine besondere Ausführungsform bezüglich der Elemente zur Gaszuleitung.

[0011] Wie aus Fig. 1 erkennbar, ist an bzw. in der Gas-Luftgemischausströmöffnung 1 des Mischrohres 2 eine gasdurchlässige, den ganzen öffnungsquerschnitt abdeckende Brennermembran 3 angeordnet, die aus einem geeigneten Metallgitter bzw. Metallgewebe besteht. Ferner ist das Mischrohr 2 an seinem Außenumfang mit einem Anschlußflansch 4 versehen und im mittleren Bereich des Mischrohres 2 sind gleichmäßig über den ganzen Mischrohrquerschnitt verteilte und mit Gasausströmöffnungen 5 versehene Gasverteilerleitungen 6 angeordnet, die mit dem Gaszuleitungsrohr 7 verbunden sind und bei diesem Ausführungsbeispiel radial vom Gaszuleitungsrohr 7 abstehen. Aus den genannten Gründen ist der Anschlußflansch 4 am brennermembranseitigen Ende des Mischrohres 2 angesetzt. In Durchströmrichtung ist vorteilhaft vor den Gasverteilerleitungen 6 im Mischrohr ein den Mischrohrquerschnitt entsprechendes Luftverteilerblech 8 bspw. in Form eines Lochbleches angeordnet und entweder am Mischrohr 2 oder an der Gaszufuhrleitung 7 befestigt. Wie angedeutet, kann das Gaszuleitungsrohr auch gleichzeitig als Träger für die Zündelektrode 11 und eine Ionisationselektrode 12 dienen.

[0012] Bei relativ kleinem Durchmesser des Mischrohres 2, also bspw. in der Größenordnung von 100 - 150 mm, genügt es, wie in Fig. 2 angedeutet, am Gaszuleitungsrohr 7 radial gleichmäßig verteilt bspw. acht Gasverteilerleitungen in Fogm von kleinen Röhrchen anzuordnen, deren Ausströmöffnung 5 gegen die Brennermembran 3 gerichtet sind. Da eine Durchmesservergrößerung des Mischrohres 2 bspw. in Anpassung an eine entsprechend große Brennkammer zu Bereichen führt, die nicht mehr unmittelbar mit ausströmendem Gas bei nur relativ wenigen Röhrchen beschickt würden, können die Gasverteilerleitungen, wie in Fig. 3 dargestellt, mit Zweigleitungen 6' versehen werden. Eine Ausbildung der Gasverteilerleitungen im Sinne der Fig. 4, also in Form von konzentrischen Ringleitungen, wäre aber ebenfalls möglich.

[0013] Unter Verweis auf Fig. 6, 7 ist es ferner möglich, auf eine zentrische Anordnung des Gaszufuhrrohres zu verzichten und stattdessen am Außenumfang des Mischrohres 2 die Gaszufuhrleitung in Form eines Ringkanales 10 anzuordnen, an dem dann die Gasverteilerleitungen 6, wie insbesondere aus Fig. 7 erkennbar, in möglichst dichter Besetzung des Gesamtquerschnittes des Mischrohres angesetzt sind.

[0014] Gemäß Fig. 5 ist das Mischrohr 2 mit seinem Anschlußflansch 4 als schwenkverschließbare Kesselverschlußtür 9 ausgebildet, wobei die Brennermembran 3 in bezug auf die Brennkammer 13 des betreffenden Heizkessels die zuströmseitig gasgekühlte und andererseits insgesamt wärmebelastete Fläche der Kesselverschlußtür 9 bildet. Da, wie erkennbar, lediglich ein.kleiner Ringspalt 14 frei bleibt, können sämtliche sonst erforderlichen Wärmeisolationsmaßnahmen an der Kesselverschlußtür selbst unterbleiben.

[0015] Nur zur Verdeutlichung und Gegenüberstellung ist in diesem Ausführungsbeispiel gestrichelt die bisher übliche Ausführungsform derartiger Gas-Gebläsebrenner angedeutet, woraus auch die bisherigen Abmessungen des Mischrohres 15 im Verhältnis zum Durchmesser der Brennkammer 13 deutlich werden.

[0016] Da beim beschriebenen Brenner und wie in Fig. 5 angedeutet, das Gas-Luftgemisch als flächige Flammfront 16 brennt und zwar im Gegensatz zur gebündelten Flamme 17 mit hoher Strömungsgeschwindigkeit und relativ großer Länge, ergibt sich für den mit einem solchen Brenner ausgestatteten Heizkessel auch der Vorteil, daß dessen Brennkammer extrem kurz bemessen werden kann.

Ansprüche

1. Gas-Gebläsebrenner mit geringer Pressung für Heizungskessel, bestehend aus einem Gaszuführungsrohr mit an diesem angeordneten Luft-Gas-Mischelementen und aus einem Mischrohr mit einerseits Gebläseanschluß und andererseits über dem Mischrohrquerschnitt verteilten Gas-Luftgemischausströmöffnungen, wobei ein Anschlußflansch am brennermembranseitigen Ende des Mischrohres angeordnet ist und im Mischrohr gleichmäßig über den ganzen Mischrohrquerschnitt verteilte und mit Gasausströmöffnungen versehene Gasverteilerleitungen angeordnet und diese mit dem Gaszuleitungsrohr verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß an bzw. in der Gas-Luftgemischausströmöffnung (1) des Mischrohres (2) eine die Gas-Luftgemischausströmöffnung bildende gasdurchlässige, den ganzen öffnungsquerschnitt abdeckende Brennermembran (3), wie Metallgitter, Feinloch- oder Feinschlitzmembran od. dgl. angeordnet und die Gasverteilerleitungen (6) im mittleren Bereich des Mischrohres (2) angeordnet sind.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Durchströmrichtung vor den Gasverteilerleitungen (6) im Mischrohr (2) ein den Mischrohrquerschnitt entsprechendes Luftverteilerblech (8), wie Lochblech od. dgl. angeordnet ist.

3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasverteilerleitungen (6) mit Zweigleitungen (6') versehen sind.

4. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Mischrohr (2) mit seinem Anschlußflansch als anflanschbare oder schwenkverschließbare Kesselverschlußtür (9) ausgebildet ist und die Brennermembran (3) die zuströmseitig gasgekühlte und andererseits wärmebelastete Fläche der Kesselverschlußtür (9) bildet.

5. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsgröße des zentral in das Mischrohr (2) einragenden Gaszuleitungsrohres (7) 1 - 5 % der Querschnittsgröße des Mischrohres bzw. der Brennermembran (3) entspricht.

6. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gaszuführungsrohr in Form einer Ringleitung (10) am Mischrohr (2) angeordnet und diese Ringleitung mit in den Querschnitt des Mischrohres (2) ragenden Gasverteilerleitungen (6) versehen ist.

Zeichnung