[0001] Die Erfindung betrifft einen Rekuperatorbrenner mit einer ringförmigen Abgasführung
und einer ringförmigen Luftführung, die durch eine rohrförmige, wärmeübertragende
Wand voneinander getrennt sind.
[0002] Bei derartigen Brennern hängt die Wärmeübertragung im Rekuperator von der wärmeübertragenden
Fläche, den Gasgeschwindigkeiten und der Temperaturdifferenz ab. Letztere kann im
stationären Betriebszustand als konstant angesetzt werden. Die Gasgeschwindigkeiten
können zur Erhöhung des Wärmeübergangs gesteigert werden, jedoch nur in gewissen Grenzen,
da die Druckverluste mit dem Quadrat der Gasgeschwindigkeiten ansteigen. Zur Vergrößerung
der wärmeübertragenden Fläche ist es bekannt, diese mit Rippen zu versehen oder als
Faltenbalg derart auszubilden, daß Abgasführungskanäle und Luftführungskanäle einander
in Umfangsrichtung abwechseln.
[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wärmeübertragung im Rekuperator mit
einfachen und kostengünstigen Mitteln weiter zu steigern.
[0004] Zur Lösung dieser Aufgabe ist der Rekuperatorbrenner nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet,
daß in die Abgasführung und/oder in die Luftführung eine rohrförmige Matte aus hitzebeständigem
Material eingelegt ist.
[0005] Während des Betriebes erwärmen sich die Matten und übertragen einen Teil der Wärme
durch Strahlung. Der Wärmeübergang im Rekuperator findet also nicht vorwiegend durch
Konvektion statt, sondern zum Teil auch durch Strahlung.
[0006] Es wurde gefunden, daß die filigrane Struktur der Matte zu einem ständigen Aufreißen
der Strömung führt, so daß sich keine Grenzschicht aufbauen kann. Bei gleichem Massenstrom
ergibt sich im Vergleich zu einer durchgehenden Fläche ein vielfach höheres Auftreffen
von Masseteilchen auf der Matte mit entsprechend höherer Wärmeübertragung. Daraus
resultiert die intensive Strahlung der Matte. Grundsätzlich gilt, je feiner die Filigranstruktur,
desto höher der Wärmestrahlungsanteil und desto besser der Rekuperator-Wirkungsgrad.
[0007] Bei ca. 900°C entspricht der Rekuperator-Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Brenners
etwa dem eines Rippenrekuperators. Der Glattrohrrekuperator kompensiert hier also
die wesentlich größere Wärmetauscherfläche des Rippenrekuperators. Oberhalb dieser
Temperatur steigt der Wirkungsgrad gegenüber dem eines Rippenrekuperators an, wobei
der Unterschied mit zunehmender Temperatur zunimmt, da die Strahlung nicht linear,
sondern nach dem T
4-Gesetz ansteigt. Als wesentlicher weiterer Vorteil, der sich über den gesamten Temperaturbereich
auswirkt, sind die geringen Herstellungskosten und das geringe Gewicht der Matte zu
nennen. Auch vorhandene Glattrohr-Rekuperatoren lassen sich ohne weiteres nachrüsten.
[0008] Hauptanwendungsgebiet der Erfindung sind keramische Brenner, die aus fertigungstechnischen
Gründen Glattrohr-Rekuperatoren aufweisen. Deren Wirkungsgrad beträgt lediglich 70
%, bezogen auf den Wirkungsgrad eines Rippenrekuperators. Da die Matte den Wirkungsgrad
im oberem Temperaturbereich über den eines Rippenrekuperators anhebt, ist die erzielte
Steigerung bei Keramikbrennern daher besonders hervorstechend.
[0009] Der Strömungswiderstand der Matte ist relativ gering. Dies gilt insbesondere dann,
wenn die Matte weniger als ca. 10 % des freien Durchtrittsquerschnitt der Abgasführung
bzw. der Luftführung einnimmt. Der geringe Druckverlust läßt relativ niedrige Strömungsgeschwindigkeiten
zu, so daß mit leistungsschwächeren Gebläsen gearbeitet werden kann.
[0010] Dabei besteht ohne weiteres die vorteilhafte Möglichkeit, die Matte mehrlagig auszubilden.
[0011] Ferner wird vorgeschlagen, daß die Matte aus Draht besteht, z.B. aus ineinander geschobenen
Drahtwedeln. Hier ist, der Herstellungsaufwand ganz besonders gering.
[0012] Alternativ kann es vorteilhaft sein, daß die Matte aus Kohlestoffasern besteht. Vorzugsweise
ist der Durchmesser der Kohlestoffasern bzw. des Drahtes kleiner als 3 mm, vorzugsweise
ca. 1,2 mm. Es wurden gefunden, daß auf diese Weise Druckverlust und Strahlungsintensität
optimiert werden können.
[0013] Die Erfindung wird anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im Zusammenhang
mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
- Fig. 1
- einen schematischen Querschnitt durch einen Rekuperator-Brenner nach der Erfindung;
- Fig. 2
- eine Teil-Seitenansicht einer rohrförmigen Matte.
[0014] Der dargestellte Brenner weist eine nicht gezeigte Gaslanze auf, die von einem Rekuperator
2 umgeben ist. Letzterer besteht aus einer ringförmigen Luftführung 3 und einer ringförmigen
Abgasführung 4, wobei diese durch eine rohrförmige, wärmeübertragende Wand 5 voneinander
getrennt sind.
[0015] In die Luftführung 3 und in die Abgasführung 4 ist je eine rohrförmige Matte 6 aus
hitzebeständigem Material eingelegt. Die Matte 6 besteht im vorliegenden Fall aus
Draht und weist eine Struktur auf, wie sie insbesondere aus Fig. 2 hervorgeht.
[0016] Während des Betriebes erwärmen sich die Matten 6 und bewirken eine Wärmeübertragung
durch Strahlung. Diese erhöht sich mit steigender Temperatur in der vierten Potenz,
verglichen mit der linearen Erhöhung einer konvektiven Wärmeübertragung. Von 900°C
aufwärts übersteigt der Rekuperator-Wirkungsgrad den eines Rippenwärmetauschers.
[0017] Die Matten 6 nehmen ca. 5 % des freien Durchtrittsquerschnitts der Luftführung 3
bzw. der Abgasführung 4 ein. Aufgrund dieser Tatsache und ihres ohnehin geringen Strömungswiderstandes
ist der Druckverlust vergleichsweise gering. Dementsprechend wird mit einem schwächer
dimensionierten Gebläse gearbeitet.
[0018] Der schematisch dargestellte Brenner besteht aus keramischem Material. Die Erfindung
ist jedoch auch anwendbar auf Stahlkonstruktionen. Vor allen Dingen läßt sie sich
in Strahlheizrohren einsetzen.
[0019] Im Rahmen der Erfindung sind durchaus Abwandlungsmöglichkeiten gegeben. So kann anstelle
der gezeigten Matte eine Matte Kohlenstoffasern oder eine Struktur aus ineinander
geschobenen Drahtwendeln eingesetzt werden. Der Durchmesser der Kohlenstoffasern bzw.
des Drahtes beträgt dabei ca. 1,2 mm. Auch hitzebeständige Kunststoffasern können
zur Anwendung kommen.
1. Rekuperatorbrenner mit einer ringförmigen Abgasführung (4) und einer ringförmigen
Luftführung (3), die durch eine rohrförmige, wärmeübertragende Wand (5) voneinander
getrennt sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß in die Abgasführung (4) und/oder in die Luftführung (3) eine rohrförmige Matte
(6) aus hitzebeständigem Material eingelegt ist.
2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Matte (6) weniger als ca.
10 % des freien Durchtrittsquerschnitts der Abgasführung (4) bzw. der Luftführung
(3) einnimmt.
3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Matte (6) mehrlagig
ausgebildet ist.
4. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Matte (6)
aus Kohlenstoffasern besteht.
5. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Matte (6)
aus Draht besteht.
6. Brenner nach der Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Matte (6) aus ineinander
geschobenen Drahtwendeln besteht.
7. Brenner nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser
der Kohlenstoffasern bzw. des Drahtes kleiner als ca. 3 mm, vorzugsweise ca. 1,2 mm
ist.