Brenner

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Brenner (1) mit mindestens einer Mischkammer (2) für das Brenngas- Luft-Gemisch und mit einem mit Auslaßöffnungen (17) versehenen Brennerkopf (14), wobei die Auslaßöffnungen (17) in einer Reihe parallel verlaufend angeordnet sind. Es wird vorgeschlagen, daß im Brennerkopf (14) mindestens zwei Reihen (32, 34) von Auslaßöffnungen (17) vorgesehen sind, die in Querrichtung der Mischkammer (2) versetzt zueinander angeordnet sind. Aufgrund dieser Anordnung werden u.a. Resonanzerscheinungen des Brenners (1) verhindert und damit ein geräuscharmer Betrieb gewährleistet.

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Die Erfindung betrifft einen Brenner nach der Gattung des Hauptanspruchs. Derartige Brenner sind beispielsweise aus der DE-OS 21 32 968 bekannt, wobei diesen Brennern ein Großteil der für eine stöchiometrische Verbrennung benötigten Luft, auch Primärluft, bereits mit der Brenngaseindüsung zur Verfügung gestellt wird, so daß der Brenner beim Verbrennungsvorgang nur in Maßen von zusätzlicher Sekundärluft abhängig ist. Ein Problem, das generell bei Brennern auftritt, ist die Tatsache, daß die stattfindende Verbrennung immer strengeren Auflagen in Bezug auf die Emission human- und umweltschädlicher Stoffe wie Stickoxide (NOx), Kohlenmonoxid (CO) und Kohlendioxid (CO₂) unterliegt. Außerdem müssen diese Brenner unter stark wechselnden Bedingungen eingesetzt werden können, da Gas im wesentlichen ein Naturprodukt ist, dessen Qualität und Zusammensetzung je nach Ort und Zeit unterschiedlich ist. Ferner müssen Brenner - insbesondere für den Hausgebrauch in einem verhältnismäßig großen Bereich regelbar sein, damit sie dem stark schwankenden Wärmebedarf gerecht werden können.

[0002] Es ist bekannt, daß sich die Emission von Stickoxiden (NOx) durch eine Senkung der Flammentemperatur reduzieren läßt. Aus diesem Grunde sind für Brenner verschiedene Verfahren zur "Abkühlung" der Flammen entwickelt worden. Bekannte Beispiele dafür sind Brenner mit Wasserkühlung sowie Brenner, bei denen in geringer Entfernung über den Auslaßöffnungen ein wärmeabsorbierendes Element, beispielsweise als Metall- oder Keramikstäbe ausgebildet, angebracht ist. Obwohl diese Lösungen den praktischen Anforderungen in ausreichendem Maße gerecht werden, führen sie zu einer verhältnismäßig komplizierten Brennerkonstruktion, die wiederum mit einer erheblichen Zunahme der Herstellungskosten einhergeht.

[0003] Aufgabe der Erfindung ist die Herstellung eines geräuscharm arbeitenden, kostengünstigen, leicht regelbaren und für unterschiedliche Gassorten geeigneten Brenners, der darüberhinaus niedrige Schadstoffemissionswerte aufweist. In der Erfindung wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Aufgrund dieser Anordnung werden Resonanzerscheinungen des Brenners verhindert und damit ein geräuscharmer Betrieb gewährleistet. Weiterhin wird eine stabile, fächerförmige Flamme mit einer verhältnismäßig großen Fläche erzeugt, so daß die durchschnittliche Flammentemperatur verhältnismäßig niedrig bleibt und die Schadstoffemission somit entsprechend gering ist.

[0004] Die Vorzugsausführungen des Brenners entsprechend der Erfindung bilden den Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 11.

[0005] Die Erfindung wird im folgenden anhand zweier Beispiele erläutert, wobei auf folgende Figuren der beiliegenden Zeichnung verwiesen wird, in der entsprechende Teile identische Nummern tragen und in der:

• Figur 1 eine teilweise unterbrochene Perspektivzeichnung der ersten Ausführung des Brenners ist;
• Figur 2 eine Perspektivzeichnung eines Details der zweiten Ausführung des Brenners ist;
• Figur 3 eine schematische Wiedergabe des Flammenbildes bei hoher Belastung des Brenners ist; und
• Figur 4 eine der Figur 3 entsprechende Wiedergabe bei niedriger Belastung des Brenners ist.

[0006] Ein Brenner 1 (Figur 1) besteht aus einer Reihe parallel angeordneter Mischkammern 2, die jeweils aus einer vorwiegend U-förmigen Unterseite 3, einer gemeinsamen Rückseite 4 und einer gemeinsamen Vorderseite 5 bestehen. In der Vorderseite 5 befinden sich eine Reihe von Öffnungen 6, durch die Mischrohre 7 in die jeweiligen Mischkammern 2 hineinragen. Jedes Mischrohr 7 ist mit einer stromlinienförmigen, konvergierenden Einlaßöffnung 8 sowie mit einem divergierenden Diffusor 9 versehen, wobei der Auslaß 10 des Diffusors 9 in die Mischkammer 2 mündet. Der Brenner 1 ist weiterhin mit einer Reihe von Düsen 11 versehen, die über eine Verbindungsleitung 12 an eine zentrale Gaszufuhrleitung 13 angeschlossen sind. Die Leistung des Brenners 1 kann über ein in der zentralen Gaszufuhrleitung 13 angeordnetes Ventil 27 geregelt werden. Das Gas wird den Einlaßöffnungen 8 durch die Düsen 11 zugeführt, wobei letztgenannte sich in geringer Entfernung vor den jeweiligen Einlaßöffnungen 8 befinden. Durch die Wucht der Gaszufuhr entsteht begrenzt ein Druckgefälle, so daß die Umgebungsluft mit dem Gas in die Einlaßöffnung 8 hineingesaugt wird. Auf diese Weise wird der Mischkammer 2 ein Gas- Luftgemisch zugeführt. Die Geschwindigkeit mit der das Gas aus den Düsen 11 austritt einerseits, und die Form und Größe des Mischrohres 7 andererseits, sind derart aufeinander abgestimmt, daß Gas und Luft in einem nahezu stöchiometrischen - das heißt für vollständige Verbrennung geeigneten - Mischungsverhältnis angesaugt werden.

[0007] Jede Mischkammer 2 ist an der Oberseite durch einen Brennerkopf 14 abgeschlossen der dachförmig ausgebildet ist und sich aus jeweils zwei schräg zueinander geneigten Teilflächen 15, 16 zusammensetzt, die durch eine als Dachgiebel 30 ausgebildete dritte Fläche miteinander verbunden sind. In jedem Brennerkopf 14 befinden sich schlitzförmige Auslaßöffnungen 17, im folgenden Schlitzöffnungen genannt, die alle nahezu parallel zueinander verlaufen und senkrecht auf der Längsrichtung der Mischkammer 2 stehen. Die Schlitzöffnungen 17 sind jeweils paarweise (18) angeordnet, wobei der Zwischenraum 21 zwischen zwei paarweise (18) angeordneten Schlitzöffnungen 17 ungefähr dem 2 bis 5-fachen ihrer Breite entspricht.

[0008] Da es sich um einen Brenner mit Vormischung handelt und das Volumen des durch die Mischkammer 2 strömenden Gas-Luftgemisches somit verhältnismäßig groß ist, muß der Strömungswiderstand der Schlitzöffnungen 17 möglichst gering sein. Dazu sind die Schlitzöffnungen 17 ungefähr 1 mm breit, während der Zwischenraum 21 zwischen zwei jeweils paarweise (18) angeordneten Schlitzöffnungen 17 etwa 2 bis 5 mm beträgt. Bei diesem Zwischenraum gleichen sich die beiden jeweils paarweise (18) angeordneten Schlitzöffnungen 17 aus, das heißt, daß die Wirbel, die zwischen beiden Schlitzöffnungen 17 durch das aus einer Schlitzöffnung 17 austretende Brenngas- Luftgemisch verursacht werden, das Brenngas-Luftgemisch zünden, daß aus der anderen Schlitzöffnung 17 austritt, und umgekehrt.

[0009] Durch die dachförmige Konstruktion des Brennerkopfes 14 wird Sekundärluft, die durch Zwischenräume 20 zwischen den Mischkammern 2 strömt, von diesen Zwischenräumen 20 in die Flammen gesaugt. Dadurch erfolgt die Verbrennung bei Luftüberschuß, was zu einer weiteren Abkühlung der Flamme und zu einer weiteren Reduzierung der Schadstoffemission führt.

[0010] Da die paarweise (18) ausgebildeten und in Längsrichtung der Mischkammer 2 in zwei Reihen 32, 34 verlaufenden Schlitzöffnungen 17 in Querrichtung der Mischkammer 2 paarweise zueinander versetzt sind, wird beim Betrieb des Brenners 1 ein geringer Schallpegel erzielt. Außerdem befinden sich auf der Teilfläche 15 des Brennerkopfes 14 zwei paarweise (18) angeordnete Schlitzöffnungen 17 mehr, als auf der Teilfläche 16 des Brennerkopfes 14. Dadurch werden die beiden Teilflächen 15, 16 des Brennerkopfes 14 thermisch unterschiedlich belastet, was zu einer weiteren Schwingungs- und Resonanzdämpfung führt. Die Schlitzöffnungen 17 erstrecken sich von den Rändern 19 des Brennerkopfes 14 bis in den Dachgiebel 30. Dadurch überlappen sich - in Längsrichtung der Mischkammer 2 gesehen- benachbarte Paare 18 von Schlitzöffnungen 17 von den Teilflächen 15, 16 im Dachgiebel 30, so daß es möglich wird, den Brenner 1 von einer Teilfläche 15, 16 des Brennerkopfes 14 aus zu zünden, wobei sich die Flamme allmählich über den Dachgiebel 30 ausbreitet, bis die Flammen den gesamten Brennerkopf 14 überlagern.

[0011] Zur Stabilisierung der Flammen bzw. der Verbrennung entlang den Rändern 19 des Brennerkopfes 14, wo die Temperatur in der Regel niedriger ist als am Dachgiebel 30 des Brennerkopfes 14 laufen die Enden 24 der paarweise (18) angeordneten Schlitzöffnungen 17 aufeinander zu. Dadurch wird ein Erlöschen der Flamme infolge einer zu großen Abkühlung verhindert, da der Zwischenraum an den Enden 24 kleiner ist und somit eine größere Wärmeintensität erzielt ist, die wiederum eine Stabilisierung der Flamme zufolge hat. Die Flammenstabilisierungsmittel können aber auch anders ausgebildet sein. So wäre es beispielsweise möglich, die Schlitzöffnungen 17 über ihre gesamte Länge parallel verlaufen zu lassen und an ihren Enden 24 eine oder mehrere sekundäre Auslaßöffnungen 25 anzubringen (Figur 2). Diese sekundären Auslaßöffnungen 25 weisen einen größeren Strömungswiderstand auf, als die Schlitzöffnungen 17, so daß auch bei verhältnismäßig hoher Belastung des Brenners 1 eine verhältnismäßig geringe Austrittsgeschwindigkeit des Brenngas- Luftgemisches auftritt. Damit wird verhindert, daß die Flamme an den kühlen Enden 24 "abhebt", da in diesem Fall die Verbrennungsgeschwindigkeit der Flamme niedriger wäre als die Austrittsgeschwindigkeit des Brenngas-Luftgemisches. Im Ausführungsbeispiel nach Figur 2 sind in der Nähe des Dachgiebels 30 im Bereich zwischen zwei Paaren 18 von Schlitzöffnungen 17 auf der den Schlitzöffnungen 17 jeweils gegenüberliegenden Teilfläche 15, 16 des Brennerkopfes 14 Flammenstabilisierungsmittel 26 vorgesehen. Diese Austrittsöffnungen 26 stabilisieren die Flamme, wenn die Mischkammer 2 und der Brennerkopf 14 noch verhältnismäßig kühl sind, beispielsweise dann, wenn der Brenner 1 erstmals wieder gezündet wird, nachdem er längere Zeit außer Betrieb gewesen ist. Da die Flammenstabilisierungsmittel 26 gewährleisten, daß der Brenner 1 auch nach einer längeren Stillstandszeit sofort wieder stabil brennt, eignet sich diese Ausführung für Brenner, bei denen die Leistung dadurch geregelt wird, daß ein oder mehrere von den Mischkammern 2 gebildete Brennerelemente ab- oder zugeschaltet werden. Dazu kann der Brenner 1 mit (nicht gezeigten) Gasdüsen ausgestattet sein, die über eine jeweils eigene Gaszufuhrleitung verfügen. Auf diese Weise können je nach Bedarf eine, zwei oder drei Mischkammern 2 voneinander unabhängig mit einem Gas-Luftgemisch versorgt werden. Desweiteren befinden sich im Dachgiebel 30 weitere zusätzliche Auslaßöffnungen 28, die das Zünden des Brenngas- Lufgemisches erleichtern.

[0012] Wie aus Figur 3 hervorgeht, entsteht durch die paarweise (18) Anordnung der Schlitzöffnungen 17 bei hoher Belastung des Brenners 1 eine fächerförmige Flamme 23. Durch die Fächerform der Flamme 23 entsteht eine verhältnismäßig große Verbrennungsfläche, so daß die spezifische Wärme, das heißt die Verbrennungswärme je Verbrennungsflächeneinheit und somit die NOx Emission verhältnismäßig gering sind. Bei niedrigerer Belastung des Brenners 1 sinken die Flammen 23 quasi auf den Brennerkopf 14 ab, wobei sich Flammenbögen bilden (Figur 4), die jedoch im Vergleich zu anderen Flammenformen ebenfalls eine verhältnismäßig große Verbrennungsfläche besitzen, so daß auch in diesem Fall niedrige Emissionswerte erreicht werden. Versuche haben ergeben, daß Brenner, bei denen die Auslaßöffnungen 17 wie oben beschrieben angeordnet sind, sich für die Verbrennung unterschiedlicher Gassorten bei gleichzeitig verhältnismäßig geringen Emissionswerten eignen. Außerdem lassen sich derartige Brenner leicht regeln, während die Herstellungskosten gering sind.

Ansprüche

1. Brenner mit mindestens einer Mischkammer für das Brenngas- Luft-Gemisch und mit einem mit Auslaßöffnungen versehenen Brennerkopf, wobei die Auslaßöffnungen in einer Reihe vorzugsweise parallel verlaufend angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Brennerkopf (14) mindestens zwei Reihen (32, 34) von Auslaßöffnungen (17) vorgesehen sind, welche in benachbarten Reihen (32, 34) in Querrichtung der Mischkammer (2) versetzt zueinander angeordnet sind.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in Reihe (32, 34) angeordneten Auslaßöffnungen (17) senkrecht zur Längsrichtung der Mischkammer (2) stehen.

3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnungen (17) benachbarter Reihen (32, 34) in Querrichtung der Mischkammer (2) paarweise versetzt sind.

4. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Reihe (32) mehr Auslaßöffnungen (17) angeordnet sind als in der benachbarten Reihe (34), und umgekehrt.

5. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Auslaßöffnungen (17) benachbarter Reihen (32, 34) in Längsrichtung der Mischkammer (2) teilweise überlappen.

6. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Reihen (32, 34) angeordneten Auslaßöffnungen (17) paarweise (18) ausgebildet sind.

7. Brenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum zwischen zwei Auslaßöffnungen (17) dem 2- bis 5-fachen ihrer Breite entspricht, während der Raum zwischen benachbarten, in einer Reihe (32, 34) und paarweise (18) angeordneten Schlitzöffnungen (17) größer ist als der vorerwähnte Zwischenraum.

8. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennerkopf (14) dachförmig ausgebildet ist, wobei zwei Teilflächen (15, 16) des Brennerkopfes (14) durch eine als Dachgiebel (30) ausgebildete dritte Fläche in Verbindung stehen.

9. Brenner nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Auslaßöffnungen (17) von einem der Ränder (19) des Brennerkopfes (14) bis in den Dachgiebel (30) des Brennerkopfes (14) erstrecken.

10. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnungen als Schlitzöffnungen (17) ausgebildet sind.

11. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß entlang den Rändern (19) des Brennerkopfes (14) Mittel (24, 25) zur Stabilisierung der erzeugten Flamme angeordnet sind.

Zeichnung