[0001] Die Erfindung betrifft einen Brenner mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches.
[0002] Ein Brenner der gattungsgemäßen Art ist aus der DE-PS 35 26 482 bekannt und dient
der Verbrennung von flüssigem Brennstoff. Bei diesem Brenner wird in dem Spalt ein
Luftstrom hoher Geschwindigkeit erzeugt, der den in den Spalt eintretenden Brennstoff
in feinste Tropfen zerstäubt und homogen mit der Verbrennungsluft vermischt. Auf diese
Weise werden die Voraussetzungen geschaffen, unter denen die Verbrennung des flüssigen
Brennstoffes ausschließlich über gasförmige Zwischenprodukte und damit ohne Rußbildung
und bei einer kurzen Flamme erfolgen kann. Der Brenner kann daher zur Beheizung von
Heizkesseln für Niedertemperaturheizungen eingesetzt werden.
[0003] Bei bekannten Gebläse-Gasbrennern erfolgt die Vermischung von Verbrennungsluft und
Brennstoff nach einem Turbulator, was zu einer bestimmten, der Leistung zugeordneten
Flammenlänge führt, da die Durchmischung erst allmählich erfolgt. Gleichzeitig bildet
sich durch Aufoxidation Stickoxid in der Größenordnung von 80 bis 140 ppm im Abgas.
Der Schadstoffausstoß könnte durch eine beschleunigte Mischung und Verbrennung unter
gleichzeitiger Kühlung der Flamme zum Beispiel unter Verwendung des aus der DE-PS
35 26 482 bekannten Brenners verringert werden. Bei einem Einsatz dieses Brenners
für die Verbrennung von gasförmigem Brennstoff steht der notwendigen Luftpressung
von etwa 100 bis 120 mbar ein verwertbarer Gasdruck von 10 bis 15 mbar gegenüber.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Brenner derart zu gestalten,
daß er für die Verbrennung von gasförmigen Brennstoffen geeignet ist.
[0005] Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Brenner erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden
Merkmale des Patentanspruches gelöst.
[0006] Unter Beibehaltung des Strömungsprinzipes des gattungsgemäßen Brenners wird das Problem
der Einspeisung des unter geringerem Druck stehenden gasförmigen Brennstoffes dadurch
gelöst, daß der im Rotationszentrum eines Luftwirbels herrschende geringere Druck
für die Gaseinleitung genutzt wird, wobei der Luftwirbel entgegen der Strömungsrichtung
verschlossen ist. Die Gasstrahlen treten durch die seitlichen Austrittsöffnungen senkrecht
in die Luftströmung ein, wodurch die Vermischung verbessert wird. Durch die Erweiterung
des ersten Abschnittes der Durchtrittsöffnung bleibt die Geschwindigkeit des Luft-Gas-Gemisches
erhalten. Schließlich sorgt der Flammenhalter für eine Stabilisierung der Flammenwurzel.
Insgesamt wird eine so intensive Vermischung von Luft und gasförmigem Brennstoff erreicht,
daß sich eine extrem kurze Flamme ergibt, die ohne Nachteil unmittelbar gekühlt werden
kann. Der Stickoxidanteil sinkt dabei auf einen Wert um 30 ppm, und bei einem Luftüberschuß
von etwa 1 % ist das Abgas noch frei von Kohlenmonoxid.
[0007] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im
folgenden näher erläutert. Die Zeichnung stellt einen Längsschnitt durch einen Brenner
gemäß der Erfindung dar.
[0008] Der Brenner enthält ein Führungsrohr 1, das mit einem Anschluß 2 für die Zuführung
von Verbrennungsluft versehen ist. Das Führungsrohr 1 ist am hinteren Ende durch einen
Deckel 3 und am vorderen Ende durch einen Abschlußkörper 4 verschlossen, der eine
Durchtrittsöffnung 5 aufweist. Der Abschlußkörper 4 enthält einen Flansch, an den
der gekühlte Flammraum 6 eines Heizungskessels anschließt.
[0009] Innerhalb des Führungsrohres 1 ist ein Leitkörper 7 angeordnet. Der Leitkörper 7
weist eine ebene Bodenfläche 8 auf, die der Stirnfläche 9 des Abschlußkörpers 4 in
einem geringen Abstand gegenüber steht, so daß ein planparalleler Spalt 10 gebildet
wird, der senkrecht zur Achse des Führungsrohrs 1 verläuft.
[0010] Auf der Außenseite ist der Leitkörper 7 mit Drallschaufeln 11 versehen. Die Drallschaufeln
11 zwingen der eintretenden Verbrennungsluft einen Drall auf, wobei die verdrallte
Luft innerhalb des engen Spaltes 10 beschleunigt wird. Es entsteht damit innerhalb
der Durchtrittsöffnung 5 des Abschlußkörpers 4 ein schnell rotierender Luftwirbel,
der entgegen der Strömungsrichtung der Luft durch den Leitkörper 7 verschlossen ist.
In dem Rotationszentrum dieses Luftwirbels herrscht ein statischer Druck, der geringer
ist als die zur Erzeugung des Luftwirbels erforderliche Pressung der eintretenden
Luft von 100 bis 120 mbar.
[0011] Durch das Führungsrohr 1 und den Leitkörper 7 ist eine Brennstoffleitung I2 für gasförmigen
Brennstoff geführt. An dem aus dem Deckel 3 herausragenden Ende der Brennstoffleitung
12 ist eine Mutter 13 zur Einstellung der optimalen Eindringtiefe der Brennstoffleitung
I2 in den Brenner vorgesehen. Die Brennstoffleitung 12 weist seitliche Austrittsöffnungen
14 auf. Die Brennstoffleitung 12 ist soweit in die Durchtrittsöffnung 5 des Abschlußkörpers
4 hineingeschoben, daß die seitlichen Austrittsöffnungen 14 innerhalb des Rotationszentrums
des sich in der Austrittsöffnung 5 bildenden Luftwirbels liegen. Der an dieser Stelle
herrschende statische Druck ist geringer als der verfügbare Gasdruck von 10 bis 15
mbar, mit dem der gasförmige Brennstoff zugeführt wird, so daß der gasförmige Brennstoff
in den Luftwirbel eintreten kann.
[0012] Die Durchtrittsöffnung 5 des Abschlußkörpers 4 weist einen ersten Abschnitt 15 und
einen zweiten Abschnitt 16 auf. Der erste Abschnitt 15 ist derart bemessen, daß sich
eine Strömungsgeschwindigkeit des Luft-Gas-Gemisches einstellt, die etwa der dreifachen
Zündgeschwindigkeit entspricht. Der erste Abschnitt 15 erweitert sich konisch in dem
Maße, wie das Volumen des Gemisches durch die Zuführung des gasförmigen Brennstoffes
zunimmt. Im dargestellten Fall beträgt der Winkel, den die Seitenwand des ersten Abschnittes
15 mit der Längsachse des Führungsrohres 1 bildet etwa 10 Grad. Der zweite Abschnitt
16 der Durchtrittsöffnung 5 erweitert sich glockenförmig, wobei der größte Durchmesser
dieses zweiten Abschnittes 16 so bemessen ist, daß die Strömungsgeschwindigkeit des
Luft-Gas-Gemisches auf Zündgeschwindigkeit absinkt.
[0013] Unmittelbar hinter dem zweiten Abschnitt 16 der Durchtrittsöffnung 5 ist ein scheibenförmiger
Flammenhalter 17 vorgesehen, der über eine Stange 18 an der Brennstoffleitung 12 befestigt
ist. In den Flammraum 6 ragt eine Hochspannungszündung 19 und eine Ionisationssonde
20 hinein.
Brenner mit einer zentralen Brennstoffleitung (12) und einem Zuführungsrohr (1) für
Verbrennungsluft, das an einem Ende durch einen eine zentrale Durchtrittsöffnung (5)
aufweisenden Abschlußkörper (4) geschlossen ist, wobei in dem Führungsrohr (1) ein
Drallkörper zur Erzeugung eines schnell rotierenden Luftwirbels angeordnet ist, der
Drallkörper mit dem Abschlußkörper (4) einen senkrecht zur Achse des Führungsrohres
(1) verlaufenden radialen Spalt (10) bildet, die Durchtrittsöffnung (5) des Abschlußkörpers
(4) einen ersten Abschnitt (15) aufweist, der derart bemessen ist, daß die Strömungsgeschwindigkeit
mindestens der dreifachen Zündgeschwindigkeit entspricht und sich daran ein zweiter,
sich erweiternder Abschnitt (16) anschließt, dessen größter Durchmesser derart bemessen
ist, daß die Strömungsgeschwindigkeit am Ende dieses Abschnittes (16) kleiner ist
als die Zündgeschwindigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die einen gasförmigen Brennstoff
führende Brennstoffleitung (12) seitliche Austrittsöffnungen (14) aufweist, die in
der sich in dem ersten Abschnitt (15) der Durchtrittsöffnung (5) einstellenden Unterdruckzone
des Luftwirbels angeordnet sind, daß sich der erste Abschnitt (15) konisch in dem
Maße der Volumenzunahme durch den Eintritt des gasförmigen Brennstoffes erweitert
und daß hinter dem zweiten Abschnitt (16) ein Flammenhalter (17) angeordnet ist.
