Kaskadenbrenner

Abstract

 Ein Gasbrennersystem mit wenigstens zwei Brennerkörpern (1, 2), von welchen jeder einen Mischkanal (3) mit einer Einlaßöffnung, in die Brenngas und Primärluft einbringbar ist, und einem Brennauslaß (5) zum Abgeben eines Brenngas-Primärluft-Gemisches aufweist und welche von einem Brennkammergehäuse (8) mit einem Lufteinlaß für Frischluft umgeben sind, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenschwerpunkte der Einlaßöffnungsquerschnitte (4a) auf unterschiedlichen Höhenniveaus bezüglich einer Horizontalen liegen. Dadurch wird bei seitlicher Frischluftzufuhr eine negative Beeinflussung der Primärluftströme zu den Einlaßöffnungen durch die an dem, in Strömungsrichtung der Primärluft gesehen, ersten Brennerköper (1) auftretende Injektorwirkung vermieden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Gasbrennersystem mit wenigstens zwei Brennerkörpern gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

[0002] Ein derartiges atmosphärisches Gasbrennersystem Ist bekannt (DE 87 08 194 U1). Es weist mehrere Brennerkörper mit einer Einlaßöffnung an einem Mischer, in die z. B. Flüssiggas oder Erdgas und Primärluft einbringbar ist, und einem Brennauslaß zum Abgeben eines Gasgemisches aus dem Brenngas und aufgrund einer Injektorwirkung über die Einlaßöffnung mit zugeführter Primärluft auf. Am Brennauslaß ist ein Brennersieb angeordnet, über dem sich schließlich die Flamme ausbildet. Zur Vervollständigung der Verbrennung wird dem Bereich oberhalb des Brennersiebs Sekundärluft zugeführt. In der Praxis haben sich Brennerkörper mit einer Leistung von 2 bis 3 kW als Brennereinheit besonders bewährt. Kaskadengasbrennersysteme mit mehreren Brennerkörpern stellen gegenüber einem einzelnen Brennerkörper eine vielfache Heizleistung bereit.

[0003] Um bei dem bekannten Gasbrennersystem einen kompakten Aufbau realisieren zu können, wird die benötigte Verbrennungsluft, d. h. die Primär- und die Sekundärluft, horizontal über einen Lufteinlaß zugeführt, der in Gasaustrittsrichtung an den Gasdüsen verläuft. Bei einer zur Gasaustrittsrichtung seitlichen Luftzufuhr ist zu beobachten, daß die in Luftströmungsrichtung zuerst angeordnete Brennereinheit zwar ausreichend mit Primärluft versorgt wird, aber die dahinterliegenden Brennereinheiten, d.h., die neben der ersten Brennereinheit angebauten Brennereinheiten, nicht mehr ausreichend Primärluft erhalten, so daß keine optimale Verbrennung erreicht werden kann. Die unzulängliche Versorgung mit Primärluft liegt darin begründet, daß aufgrund der Injektorwirkung an der ersten Brennereinheit der Frischluftstrom derart gestört wird, daß für die - in Luftströmungsrichtung gesehen - dahinterliegenden Brennereinheiten keine ausreichende Luftversorgung mehr gewährleistet ist.

[0004] Aus der DE 38 11 477 A1 ist ein atmosphärischer Gasbrenner bekannt, der mehrere Brennerkörper mit vorgeschalteten Mischrohren umfaßt. Damit bei jeweils benachbart angeordneten Mischrohren das Ansaugen der Primärluft im Bereich von den Einlässen nicht behindert wird, sind die Einlässe in verschiedenen, voneinander distanzierten, zu den Achsen der Mischrohre senkrechten Ebenen angeordnet. Bei radial angeordneten Mischrohren können diese in verschiedenen horizontalen Ebenen verlaufen, bevor sie über Umlenkung in die Unterseite einer Brennerkammer einmünden.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gasbrennersystem mit wenigstens zwei Brennerkörpern der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem bei zur Brenngaseinbringung seitlicher Frischluftzufuhr eine ausreichende Primärluftversorgung gewährleistet ist.

[0006] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Gasbrennersystem nach Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.

[0007] Bei dem erfindungsgemäßen Gasbrennersystem, mit wenigstens zwei Brennkörpern, läßt sich das bei gleichem Höhenniveau der Einlaßöffnungsquerschnitte zu beobachtende Problem der unvollständigen Verbrennung bei seitlich zugeführter Frischluft durch den Höhenversatz praktisch vollständig beheben.

[0008] Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß bereits bei geringfügigen Höhendifferenzen zwischen zwei benachbarten Einlaßöffnungen um 5 mm bzw. 25 % des Durchmessers der Einlaßöffnungsquerschnitte eine erheblich verbesserte Versorgung der Einlaßöffnungen mit Primärluft erreicht werden kann. Ein Wert um 5 mm stellt einen guten Kompromiß zwischen einer ungestörten Primärluftzufuhr und einem beschränkten Bauraum dar.

[0009] Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die zugeordneten Brennauslässe jeweils den gleichen Höhenunterschied auf, wie die Einlaßöffnungen. Dadurch ist es möglich, jeweils identische Brennerkörper zu verwenden, die lediglich auf unterschiedlichem Höhenniveau miteinander zusammengebaut werden. Das bedeutet, daß diese Ausführung keine baulich aufwendige Realisierung erfordert.

[0010] Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Einlaßöffnungen und die Brennauslässe durch eine außerhalb des Mischkanals angeordnete Trennplatte voneinander getrennt. Dadurch lassen sich die Strömungen für die Primärluft und die Sekundärluft stabilisieren und voneinander trennen. Insbesondere wird eine Beeinträchtigung der Injektorwirkung an den Einlaßöffnungen durch die Sekundärluftzufuhr vermieden.

[0011] Besonders vorteilhaft ist das Gasbrennersystem nach Patentanspruch 8. Das horizontale Zuführen der Luft ermöglicht nämlich einen besonders kompakten Aufbau des Gasbrennersystems und läßt sich nun auch realisieren, ohne die bisher bekannten Beeinträchtigungen hinsichtlich der Qualität der Verbrennung beobachten zu können.

[0012] Die Erfindung wird nachfolgend unter Zuhilfenahme der begleitenden Figuren anhand eines Beispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

eine Teil-Perspektivansicht eines Gasbrennersystems als schräge Rückansicht:

Fig. 2

den Teil des Gasbrennersystems aus Fig. 1 in Vorderansicht;

Fig. 3

einen anderen Teil des Gasbrennersystems als Draufsicht:

[0013] Da die Figuren das gleiche Gasbrennersystem zeigen, nur in unterschiedlichen Ansichten und mit unterschiedlichem Detaillierungsgrad, erfolgt ihre Beschreibung gemeinsam.

[0014] Das Gasbrennersystem umfaßt zwei identisch aufgebaute Brennereinheiten, die identische, im wesentlichen aus Blech bestehende Brennerkörper 1, 2 aufweisen, wobei der Brennerkörper 2 auf einem etwas höheren Höhenniveau als der Brennerkörper 1 angeordnet ist.

[0015] Jeder der Brennerkörper 1, 2 weist einen gekrümmten Mischkanal 3 mit einem als Einlaßöffnung dienenden horizontal liegenden Lufteinlauftrichter 4 am eingangsseitigen Ende und einem nach oben geöffneten Brennauslaß 5 an seinem anderen Ende auf. Der Lufteinlauftrichter 4 weist einen kreisförmigen Einlaßöffnungsquerschnitt 4a auf. Der Brennauslaß 5 wird durch ein Brennersieb 6 abgedeckt, was einen besonders gleichmäßigen Austritt des Gasgemisches und damit eine gleichmäßige Ausbildung der Flamme oberhalb des Brennersiebs 6 ermöglicht.

[0016] Vor dem Lufteinlauftrichter 4 ist eine Gasdüse 7 konzentrisch zum Einlaßöffnungsquerschnitt 4a angebaut, die zum Einbringen eines Gasstrahls aus Brenngas, d. h. Flüssiggas oder Erdgas in den Mischkanal 3 dient. Durch die hohe Geschwindigkeit des Gasstrahls wird aufgrund seiner Injektorwirkung Primärluft mitgerissen, die als Frischluft von außen über einen in Fig. 3 erkennbaren, ein Brennkammergehäuse 8 durchdringenden Luftkanal 9 zugeführt wird.

[0017] Das Brennkammergehäuse 8 und der Lufkanal 9 sind in Fig. 3 nur schematisch dargestellt. Relevant ist, daß der Luftstrom durch den Luftkanal 9 seitlich auf die Lufteinlauftrichter 4 der Brennerkörper 1 und 2 trifft. Das Brennkammergehäuse 8 umschließt außer dem Luftkanal 9 und den Brennereinheiten auch den eigentlichen Brennraum mit den über den Brennersieben 6 ausgebildeten Flammen.

[0018] Der Luftkanal 9 führt auch die Sekundärluft zu, die durch die sich über dem Brennersieb 6 ausbildende Flamme angesaugt wird und eine vollständige Verbrennung des am Brennersieb 6 austretenden Gasgemischs gewährleistet. Je nach Bauform kann die Sekundärluft auch über einen separaten Frischluftkanal zugeführt werden.

[0019] Die Brennerkörper 1, 2 sind durch Stege 10 miteinander verbunden und auf einer Bodenplatte 11 derart befestigt, daß die Flächenschwerpunkte der Einlaßöffnungsquerschnitte 4a, d.h. die Mittelpunkte der am Eingang der Lufteinlauftrichter 4 erkennbaren Kreisquerschnitte, auf unterschiedlichen Höhenniveaus bezüglich der Horizontalen liegen. Je nach Baugröße kann die Höhendifferenz in einem Bereich von 15 bis 50 %, vorzugsweise bei 25 % des Durchmessers des Einlaßöffnungsquerschnitts 4a liegen. Wenn außer den in den Figuren gezeigten Brennerkörpern 1, 2 weitere Brennereinheiten angebaut werden, liegen deren Einlaßöffnungsquerschnitte 4a ebenfalls auf einem anderen Höhenniveau. In Fig. 3 ist durch die Stege 10 angedeutet, daß weitere Brennerkörper vorgesehen werden können.

[0020] Ein Teil der über den Luftkanal 9 einströmenden Primärluft wird durch den aus der Gasdüse 7 ausströmenden Gasstrahl in den, bezüglich der Luftströmungsrichtung gesehen, ersten Brennerkörper 1 in dessen Lufteinlauftrichter 4 eingesaugt und Im Mischkanal 3 mit dem Flüssiggas vermischt. Der verbleibende Teil des Primärluftstroms aus dem Luftkanal 9 gelangt weitgehend ungestört zum Gasstrahl des zweiten Brennerkörpers 2, wo erneut Primärluft mit dem Flüssiggas in den Lufteinlauftrichter 4 eingeblasen wird. Dieses Verfahren wiederholt sich in Abhängigkeit von der Anzahl der Brennerkörper.

[0021] Durch den Höhenversatz der Einlaßöffnungsquerschnitte 4a der Lufteinlauftrichter 4 bzw. durch den Höhenversatz der gesamten Brennerkörper 1, 2 ist es möglich, auch dem - in Luftströmungsrichtung gesehen - zweiten Brennerkörper 2 genügend Primärluft ungehindert zukommen zu lassen. Die Injektorwirkung am Brennerkörper 1 reicht nicht aus, die Primärluftzufuhr zum Brennerkörper 2 wirksam zu beeinträchtigen.

[0022] Bei der beschriebenen Ausführungsform erfolgt die Frischluftzufuhr durch den Luftkanal 9 in horizontaler Richtung. Es ist jedoch ohne Beeinträchtigung der Funktion auch möglich, den Frischluftstrom bezüglich der Horizontalen schräg oder vertikal zuzuführen.

[0023] Zur Unterstützung einer günstigen Verbrennung durch beruhigte Primär- und Sekundärluftströmungen ist zwischen den Lufteinlauftrichtern 4 und den Brennauslässen 5 bzw. den Brennersieben 6 außen an den Brennerkörpern 1, 2 eine nur in Fig. 1 gezeigte Trennplatte 12 in Form eines dünnen Blechs vorgesehen. Die Trennplatte 12 stellt sicher, daß der durch die Flamme hervorgerufene Sekundärluftstrom keinen negativen Einfluß auf den Primärluftstrom am Lufteinlauftrichter 4 hat.

Ansprüche

1. Gasbrennersystem, mit wenigstens zwei Brennerkörpern (1, 2), von welchen jeder einen Mischkanal (3) mit einer Einlaßöffnung, In die Brenngas und Primärluft einbringbar ist, und einem Brennauslaß (5) zum Abgeben eines Brenngas-Primärluft-Gemisches aufweist und welche von einem Brennkammergehäuse (8) und einem Lufteinlaß für Frischluft umgeben sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenschwerpunkte der Einlaßöffnungsquerschnitte (4a) auf unterschiedlichen Höhenniveaus bezüglich einer Horizontalen liegen.

2. Gasbrennersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz der Höhenniveaus zwischen zwei benachbarten Einlaßöffnungen in einem Bereich von 3 bis 10 mm liegt.

3. Gasbrennersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz der Höhenniveaus zwischen zwei benachbarten Einlaßöffnungen bei 5 mm liegt.

4. Gasbrennersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnungsquerschnitte (4a) jeweils einer Kreisfläche entsprechen und die Differenz der Höhenniveaus in einem Bereich zwischen 15 und 50 % des Durchmessers der Kreisfläche liegt.

5. Gasbrennersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz der Höhenniveaus bei 25 % des Durchmessers der Kreisfläche liegt.

6. Gasbrennersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennauslässe (5) jeweils den gleichen Höhenniveauunterschied aufweisen wie die Einlaßöffnungen.

7. Gasbrennersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnungen und die Brennauslässe (5) durch eine außerhalb der Mischkanäle angeordnete Trennplatte (12) voneinander getrennt sind.

8. Gasbrennersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem Innerhalb des Brennkammergehäuses (8) vor jeder Einlaßöffnung der Mischkanäle eine Gasdüse konzentrisch angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Lufteinlaß des Brennkammergehäuses (8) einen Luftkanal (9) bildet, über den die Frischluft in Horizontalrichtung wenigstens zu den Einlaßöffnungen führbar ist.

Zeichnung