EP0947770B1 - Gasbrenner - Google Patents

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EP0947770B1
EP0947770B1 EP99105813A EP99105813A EP0947770B1 EP 0947770 B1 EP0947770 B1 EP 0947770B1 EP 99105813 A EP99105813 A EP 99105813A EP 99105813 A EP99105813 A EP 99105813A EP 0947770 B1 EP0947770 B1 EP 0947770B1
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EP
European Patent Office
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burner
gas
burner body
fuel
air mixture
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EP99105813A
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English (en)
French (fr)
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EP0947770A3 (de
EP0947770A2 (de
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Juergen Waidner
Marcus Bienzle
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C99/00—Subject-matter not provided for in other groups of this subclass
    • F23C99/006—Flameless combustion stabilised within a bed of porous heat-resistant material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/02—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone

Definitions

  • the invention relates to a gas burner with a burner body structure is partially penetrated and in which a fuel gas-air mixture is combustible, the transverse to the flow direction of the fuel gas-air mixture running cross-sectional area of the reaction zone of the burner body, in which the combustion takes place, at least in the direction of flow enlarged in a partial area of the burner body.
  • a gas burner with a burner body of this type is known from US Pat. No. 5,147,201 known. With this gas burner, the reaction zone is distributed over the entire Flow direction according to the continuous cross-sectional enlargement. This means a higher temperature volume load with low burner output than possible with a high burner output, but via the flow direction no specific adaptation of the reaction zone.
  • the fuel gas-air mixture introduced into a hollow spherical burner body which is not arbitrarily adaptable Represents reaction zone. In this way there is no influence on the temperature volume load be taken.
  • JP 03 241 212 A has a frustoconical shape Burner body for which the same disadvantages as with the gas burner of US 5,147,201 A apply.
  • This object is achieved according to the invention in that the cross-sectional area the reaction zone over one or more increments increased.
  • the configuration of the cross-sectional enlargement according to the invention allows an adjustment the temperature volume load depending on the burner output to.
  • the partial areas of the burner body are certain burner outputs assigned.
  • the fuel gas / air mixture can be supplied to the burner body be designed so that the fuel gas-air mixture in the burner body Can be introduced via a supply line and via a cylindrical or spherical one Distributor can be forwarded to the burner body.
  • the burner body two or more cylindrical or circular disc-shaped burner bodies has a different diameter, and that the The longitudinal axes of the partial burner bodies are arranged in alignment with one another.
  • the partial burner body in the flow direction of the fuel gas-air mixture have different thicknesses. It is conceivable also, instead of the step-like design of the burner body, an embodiment to give yourself partly continuously and partly over one or more increments increased.
  • a burner body 10 is shown, which is a stump-shaped Has geometry.
  • the burner body 10 is of a lateral lateral surface 13, an inlet surface 11 and an exhaust gas outlet surface 12.
  • the Entry surface 11 and exhaust gas exit surface 12 are circular.
  • a combustible gas / air mixture is supplied to the burner body 10 via the entry surface 11 fed. Here it flows into the porous burner body 10 and ignites yourself.
  • the reaction zone in which the Fuel gas-air mixture is implemented starting from the entry surface 11 only low into the burner body 10. Due to the conical geometry of the Burner body 10, the available combustion volume at the low Burner output kept low. This creates a high temperature area or - volume load. With increasing burner output, too the volume flow of fuel gas-air mixture that flows into the burner body 10 elevated. The reaction zone extends increasingly into the burner body 10 in. This also enlarges the reaction zone. The Temperature areas or volume loads then decrease.
  • a burner body 10 is illustrated in FIG. 2, the two partial burner bodies 14.1, 14.2.
  • the partial fuel body 14.1 has a frustoconical shape Geometry.
  • the partial fuel body 14.2 is cylindrical.
  • the two Partial burners 14.1, 14.2 can be manufactured individually or can be provided that these are integrally connected.
  • In the partial firing element 14.1 is a continuous enlargement of the cross-sectional area the burner body 10 realized.
  • a certain performance range can be found here extend the gas burner.
  • the power can be from 0 up to 40% of the total output of the gas burner.
  • Following the Partial fuel body 14.1 shifts the reaction zone over the entry surface 11 "in the second partial fuel body 14.2. In this area the remaining Power of the gas burner.
  • Fig. 3 illustrates a gas burner 10 in which the cross-sectional area enlarged in the flow direction of the gas-air mixture by increments.
  • three partial fuel elements 14.1, 14.2, 14.3 are used.
  • This part-fuel body 14.1, 14.2, 14.3 have a cylindrical shape and are of the Shell surfaces 13 limited.
  • the central longitudinal axes of the partial fuel elements 14.1, 14.2, 14.3 are arranged in alignment with one another.
  • the extension of the part-firing element 14.1, 14.2, 14.3 in the flow direction is the same in each case.
  • Every part of the burner 14.1, 14.2, 14.3 is a specific performance area of Assigned to the gas burner. Serve in a medium performance range, for example the partial fuel element 14.1 and partly also the partial fuel element 14.2 as a reaction zone.
  • FIG. 4 illustrates an alternative embodiment to the burner body 10 3.
  • the cylindrical partial fuel elements 14.1, 14.2, 14.3 different extensions in the direction of the flow of the gas-air mixture on.
  • To an increased in the lower power range of the gas burner To be able to achieve variability in the temperature volume load are two partial fuel elements 14.1, 14.2 are narrow.
  • FIG. 5 shows a burner body 10 with a cylindrical shape.
  • Burner body 10 can be connected via a feed line 15 and a distributor 16
  • Fuel gas-air mixture can be introduced. This flows out of the distributor 16 in the porous burner body 10 and ignites here.
  • the fuel gas-air mixture escapes from the distributor and flows into the burner body 10. at low burner capacities, the reaction zone is tight around the distributor 16 arranged around.
  • the reaction zone extends at higher burner capacities also increasingly ring-shaped into the burner body 10.
  • the Exhaust gases generated during combustion escape through the outer surface 13, which serves as the exhaust gas outlet surface 12.

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Description

Gasbrenner
Die Erfindung betrifft einen Gasbrenner mit einem Brennerkörper, der von einer prösen Struktur teilweise durchdrungen ist und in dem ein Brenngas-Luftgemisch verbrennbar ist, wobei die quer zur Strömungsrichtung des Brenngas-Luftgemisches verlaufende Querschnittsfläche der Reaktionszone des Brennerkörpers, in der die Verbrennung stattfindet, sich in Strömungsrichtung zumindest in einem Teilbereich des Brennerkörpers vergrößert.
Ein Gasbrenner mit einem Brennerkörper dieser Art ist aus der US 5,147,201 A bekannt. Bei diesem Gasbrenner verteilt sich die Reaktionszone über die gesamte Strömungsrichtung entsprechend der kontinuierlichen Querschnittsvergrößerung. Damit ist bei niedriger Brennerleistung eine höhere Temperatur-Volumenbelastung als bei hoher Brennerleistung möglich, jedoch über die Strömungsrichtung keine gezielte Anpassung der Reaktionszone.
Bei dem Gasbrenner nach der FR 471 656 A1 wird das Brenngas-Luftgemisch in einem hohlkugelförigem Brennerkörper eingeleitet, der keine beliebig anpassbare Reaktionszone darstellt. Auf diese Weise kann kein Einfluss auf die Temperatur-Volumenbelastung genommen werden.
Der in der JP 03 241 212 A gezeigte Gasbrenner weist einen kegelstumpfförmigen Brennerkörper auf, für den dieselben Nachteile wie beim Gasbrenner nach der US 5,147,201 A gelten.
Es ist Aufgabe der Erfindung, bei einem Gasbrenner der eingangs erwähnten Art den Brennerkörper gezielt so auszulegen, dass die Reaktionszone in definierte Bereiche abgeteilt und an die gewünschte Brennerleistungsstufen anzupassen.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch erreicht, dass sich die Querschnittsfläche der Reaktionszone über eine oder mehrere Stufensprünge vergrößert.
Die erfindungsgemäße Ausbildung der Querschnittsvergrößerung lässt eine Anpassung der Temperatur-Volumenbelastung abhängig von der Brennerleistung zu. Dabei sind den Teilbereichen des Brennerkörpers bestimmte Brennerleistungen zuzuordnen.
So kann z. B. bei einem sich dreistufig vergrößernden Brennerkörper eine Abstufung von 0 bis 40 % der Brennerleistung in der ersten Stufe, von 40 bis 60 % der Brennerleistung in der zweiten Stufe und von 60 bis 100 % der Brennerleistung der dritten Stufe ermöglicht wird. Damit wird im Brennerkörper auch ein Temperaturniveau verwirklicht, bei dem sich das entstehende CO in CO2 ausreagieren kann.
Nach einer Ausgestaltung kann die Zufuhr des Brenngas-Luftgemisch zum Brennerkörper so ausgeführt sein, dass das Brenngas-Luftgemisch in den Brennerkörper über eine Zuleitung einleitbar und über einen zylindrischen oder kugelförmigen Verteiler an den Brennerkörper weiterleitbar ist.
Zur Fertigungsvereinfachung kann vorgesehen sein, dass der Brennerkörper zwei oder mehrere zylindrische oder kreisscheibenförmige Teil-Brennerkörper aufweist, die einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen, und dass die M ittellängsachsen der Teil-Brennerkörper zueinander fluchtend angeordnet sind.
Um bestimmte Leistungsbereiche festlegen zu können, kann nach einer einfachen Art vorgesehen sein, dass die Teil-Brennerkörper in Strömungsrichtung des Brenngas-Luftgemisches unterschiedliche Dicken aufweisen. Denkbar ist es auch, anstelle der stufenartigen Ausbildung dem Brennerkörper eine Ausgestaltung zu geben, die sich teilweise kontinuierlich und teilweise über ein oder mehrere Stufensprünge vergrößert.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Zeichnungen 3,4,5 dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
in schematischer Seitenansicht einen Brennerkörper mit stumpfkegelförmiger Geometrie,
Fig. 2
in schematischer Seitenansicht einen Brennerkörper mit teilweise stumpfkegelförmiger und teilweise zylindrischer Geometrie,
Fig. 3
in schematischer Seitenansicht einen Brennerkörper, der aus drei Teilbrennkörpern zusammengesetzt ist,
Fig.4
in schematischer Seitenansicht einen weiteren Brennerkörper der aus drei Teil-Brennkörpern zusammengesetzt ist und
Fig. 5
in perspektivischer Schemazeichnung einen scheibenförmigen Brennerkörper mit einer Zuleitung.
In der Fig. 1 ist ein Brennerkörper 10 dargestellt, der eine stumpfkelgeförmige Geometrie aufweist. Der Brennerkörper 10 wird von einer seitlichen Mantelfläche 13, einer Eintrittsfläche 11 und einer Abgasaustrittsfläche 12 begrenzt. Die Eintrittsfläche 11 und die Abgasaustrittsfläche 12 sind kreisförmig ausgebildet. Dem Brennerkörper 10 wird ein Brenngas-Luftgemisch über die Eintrittsfläche 11 zugeleitet. Hier strömt es in den porösen Brennerkörper 10 ein und entzündet sich. Bei geringen Brennerleistungen erstreckt sich die Reaktionszone, in der das Brenngas-Luftgemisch umgesetzt wird, ausgehend von der Eintrittsfläche 11 nur gering in den Brennerkörper 10 hinein. Aufgrund der konischen Geometrie des Brennerkörpers 10 wird das verfügbare Verbrennungsvolumen bei der niedrigen Brennerleistung gering gehalten. Hierdurch entsteht eine hohe Temperatur-Flächen bzw. - Volumenbelastung. Bei zunehmender Brennerleistung wird auch der Volumenstrom an Brenngas-Luftgemisch, der in den Brennerkörper 10 einströmt erhöht. Die Reaktionszone erstreckt sich zunehmend in den Brennerkörper 10 hinein. Dadurch wird auch die Reaktionszone vergrößert. Die Temperatur-Flächen bzw. - Volumenbelastung nimmt dann ab.
In der Fig. 2 ist ein Brennerkörper 10 veranschaulicht, der zwei Teil-Brennkörper 14.1, 14.2 aufweist. Der Teil-Brennkörper 14.1 hat eine stumpfkegelförmige Geometrie. Der Teil-Brennkörper 14.2 ist zylindrisch ausgebildet. Die beiden Teilbrennkörper 14.1, 14.2 können einzeln gefertigt werden oder es kann vorgesehen sein, daß diese einstückig miteinander verbunden sind. In dem Teil-Brennkörper 14.1 ist eine kontinuierliche Vergrößerung der Queschnittsfläche des Brennerkörpes 10 verwirklicht. Hier läßt sich ein bestimmter Leistungsbereich des Gasbrenners ausfahren. Beispielsweise kann die Leistung hier von 0 bis 40% der Gesamtleistung des Gasbrenners betragen. Im Anschluß an den Teil-Brennkörper 14.1 verlagert sich die Reaktionszone über die Eintrittsfläche 11" in den zweiten Teil-Brennkörper 14.2. In diesem Bereich kann die restliche Leistung des Gasbrenners ausgefahren werden.
Fig. 3 veranschaulicht einen Gasbrenner 10, bei dem sich die Querschnittsfläche in Strömungsrichtung des Gas-Luftgemisches über Stufensprünge vergrößert. Hierzu werden drei Teil-Brennkörper 14.1, 14.2,14.3 verwendet. Diese Teil-Brennkörper 14.1, 14.2, 14.3 haben eine zylindrische Form und sind von den Mantelflächen 13 begrenzt. Die Mittellängsachsen der Teil-Brennkörper 14.1, 14.2, 14.3 sind fluchtend zueinander angeordnet. Die Erstreckung der Teil-Brennkörper 14.1, 14.2, 14.3 in Strömungsrichtung ist jeweils gleich. Jeder Teil-Brennkörper 14.1, 14.2, 14.3 ist einem spezifischem Leistungsbereich des Gasbrenners zugeordnet. In einem mittleren Leistungsbereich dienen beispielsweise der Teil-Brennkörper 14.1 und teilweise auch der Teil-Brennkörper 14.2 als Reaktionszone.
Fig. 4 veranschaulicht eine alternative Ausgestaltung zu dem Brennerkörper 10 gemäß Fig. 3. Hier weisen die zylindrischen Teil-Brennkörper 14.1, 14.2, 14.3 unterschiedliche Erstreckungen in Richtung der Strömung des Gas-Luftgemisches auf. Um im unteren Leistungsbereich des Gasbrenners eine erhöhte Variabilität der Temperatur-Volumenbelastung erreichen zu können, sind die beiden Teil-Brennkörper 14.1, 14.2 schmal ausgebildet.
In der Fig. 5 ist ein Brennerkörper 10 mit zylindrischer Gestalt dargestellt. In den Brennerkörper 10 kann über eine Zuleitung 15 und einen Verteiler 16 ein Brenngas-Luftgemisch eingeleitet werden. Dieses strömt aus dem Verteiler 16 in den porösen Brennerkörper 10 ein und entzündet sich hier. Das Brenngas-Luftgemisch entweicht dem Verteiler und strömt in den Brennerkörper 10 ein. Bei niedrigen Brennerleistungen ist die Reaktionszone dicht um den Verteiler 16 herum angeordnet. Bei höheren Brennerleistungen erstreckt sich die Reaktionszone ebenfalls ringförmig zunehmend in den Brennerkörper 10 hinein. Die bei der Verbrennung entstandenen Abgase entweichen über die Mantelfläche 13, die als Abgasaustrittsfläche 12 dient.

Claims (6)

  1. Gasbrenner mit einem Brennerkörper (10), der von einer porösen Struktur teilweise durchdrungen ist und in dem ein Brenngas-Luftgemisch verbrennbar ist, wobei die quer zur Strömungsrichtung des Brenngas-Luftgemisches verlaufende Querschnittsfläche der Reaktionszone des Brennerkörpers (10), in der die Verbrennung stattfindet, sich in Strömungsrichtung zumindest in einem Teilbereich des Brennerkörpers (10) vergrößert,
    dadurch gekennzeichnet, dass sich die Querschnittsfläche der Reaktionszone über eine oder mehrere Stufensprünge vergrößert.
  2. Gasbrenner nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Brenngas-Luftgemisch in den Brennerkörper (10) über eine Zuleitung (15) einleitbar und über einen zylindrischen oder kugelförmigen Ver-teiler (16) an den Brennerkörper (10) weiterleitbar ist.
  3. Gasbrenner nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Brennerkörper (10) zwei oder mehrere zylindrische oder kreisscheibenförmige Teil-Brennerkörper (14.1, 14.2 ... 14.n) aufweist, die einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen, und
    dass die Mittellängsachsen der Teil-Brennerkörper (14.1, 14.2 ... 14.n) zueinander fluchtend angeordnet sind.
  4. Gasbrenner nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Teil-Brennerkörper (14.1, 14.2 ... 14.n) in Strömungsrichtung des Brenngas-Luftgemisches unterschiedliche Dicken aufweisen.
  5. Verfahren zum Verbrennen eines Brenngas-Luftgemisch in einem Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass bei einer niedrigen Brennerleistung des Gasbrenners eine höhere Temperatur-Volumenbelastung im Brennerkörper (10) erzeugt wird als bei einer höheren Brennerleistung.
  6. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß sich die Querschnittsfläche der Reaktionszone teilweise kontinuierlich und teilweise über einen oder mehrere Stufensprünge vergrößert.
EP99105813A 1998-03-28 1999-03-23 Gasbrenner Expired - Lifetime EP0947770B1 (de)

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