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Brenner mit gleichbleibender Flammenform Die Erfindung betrifft einen Brenner mit gleichbleibender Flammenform und hoher Wärmekonzentration, der zwei koaxiale Rohre, u. zw. das eine für die Zufuhr des Brennstoffes und das andere für die Zufuhr des Verbrennungsmittels aufweist, von denen das äussere Rohr am Ende eine sich zuerst verjüngende und dann wieder erweiternde Düse (Venturidüse) besitzt, in die das zentrale innere Rohr mündet.
Es ist bekannt, dass man mit üblichen Mitteln, wie beispielsweise mit Hilfe von Flammenlenkern, die Hauptflamme eines Brenners stabilisieren und die Zündung in einer Zone mit grosser Geschwindigkeit bewirken kann. Diese bekannten Brenner machen jedoch eine zusätzliche Leitung notwendig und ergeben eine zufriedenstellende Stabilität der Flamme nur in einem engen Bereich der Konzentration des Brennstoff-Verbrennungsmittel-Gemisches.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brenner zu konstruieren, der diese Nachteile vermeidet und eine Stabilisierung der Flamme an der Düsenöffnung ermöglicht, indem die Entropie plötzlich vergrössert wird, was durch eine plötzliche Vergrösserung des Druckes und Erhöhung der Temperatur und eine Verringerung der Geschwindigkeit der adiabatischen Entspannung des Brennstoff-Verbrennungsmittel-Gemisches bewirkt wird.
Mit andern Worten wird dieses Ziel dadurch erreicht, dass man den ungeordneten molekularen Zustand des eingeblasenen Gemisches vergrössert. Dies wird mittels eines Brenners bewirkt, der so konstruiert ist, dass in einer mit Überschallgeschwindigkeit strömenden Ader eine Stosswelle hervorgerufen wird.
Nach der Erfindung wird ein solcher Brenner mit gleichbleibender Flammenform und einer hohen Wärmekonzentration dadurch geschaffen, dass die Mündung des fest angeordneten zentralen Innenrohres bis in den Bereich der Einschnürung der fest angeordneten Düse reicht bzw. sich gegebenenfalls einige Millimeter über die Einschnürung hinaus erstreckt und dass die Innenwandflächen des verhältnismässig lang ausgebildeten sich erweiternden Teiles der Düse zum Entspannen des strömenden Mediums unterhalb des Druckes der den Brenner umgebenden Luft eine optisch glatte Oberfläche aufweist sowie in dem sich erweiternden Teil in der Nähe des Düsenendes eine Diskontinuität zur Erzeugung einer Stosswelle vorgesehen ist.
Wenn sowohl der Brennstoff als auch das Verbrennungsmittel gasförmig ist, so ist es auch möglich, die Zuleitung des Brennstoffes und des Verbrennungsmittels miteinander zu vertauschen und das Verbrennungsmittel durch das innere zentrale Rohr zu leiten. Wenn in die Flamme ein oder mehrere pulverförmige Stoffe eingeblasen werden sollen, können diese Stoffe entweder in dem Brennstoff oder in dem Verbrennungsmittel oder auch in beiden suspendiert werden.
Wenn von einem der beiden Medien pulverförmige Stoffe mitgeführt werden, so hat das zur Folge, dass von dem inneren Rohr des Brenners, je nachdem, welches der beiden Medien die suspendierten Stoffe mit sich führt, auf seiner Aussen-oder Innenseite an der Eintrittstelle des Knies auf Grund der erodierenden Wirkung der suspendierten Teilchen Material abgetragen bzw. abgeschliffen wird.
Um diese erodierende Wirkung der suspendierten Stoffe zu vermindern, wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die diese Stoffe führende Zuleitung in das äussere Rohr des Brenners tangential eingeführt und so in diesem Rohr eine Wirbelströmung hervorgerufen.
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Um die Rohrleitungen des Brenners vor dieser erodierenden Wirkung gänzlich zu bewahren, kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung an der Stelle der Einmündung dieser Zuleitung das äussere Rohr mit einer auswechselbaren Hülse ausgekleidet sein.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Weise dargestellt. Es zeigen Fig. 1 einen Schnitt durch die Achse des erfindungsgemässen Brenners, Fig. 2 einen Schnitt durch die Achse eines von der Konstruktion der Fig. 1 abweichenden Brenners und Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III - m der Fig. 2.
Der beispielsweise mit reinem Sauerstoff gespeiste Brenner nach den Fig. 1 und 2 weist ein wassergekühltes Rohr 1 auf, in welchem der Sauerstoff der Flamme zugeführt wird.
Im Inneren des Rohres befindet sich ein weiteres Rohr 2 für die Zufuhr des Brennstoffes beispielsweise Masut. Das Ende dieses inneren Rohres ist als Injektor 3 ausgebildet, der in die einen sich verjüngenden Teil 4 und einen daran anschliessenden sich erweiternden Teil 5 aufweisende Düse bis etwa an die Stelle der Einschnürung der Düse, vorzugsweise aber bis etwa eine kleine Strecke hinter der Einschnürung der Düse hineinragt.
Der sich erweiternde Teil 5 der Düse ist derartig überdimensioniert, dass die Gasströmung bei ihrer Entspannung auf einen gegenüber dem Aussendruck geringeren Druck Überschallgeschwindigkeit annimmt.
Dieser instabile Zustand kann aufrecht erhalten werden, wenn die Wandfläche des sich erweiternden Teiles 5 der Düse vollkommen, vorzugsweise optisch glatt ist. Am Ende dieses Teiles 5 wird durch eine Diskontinuität in der Wandfläche beispielsweise in Gestalt einer sprunghaften Querschnittsvergrösserung 6 ein Kompressionsstoss hervorgerufen. Vor der Stosswelle nimmt der Druck zu der gleichen Zeit wie die Geschwindigkeit unter den Wert der Schallgeschwindigkeit absinkt, zu. Die Zündbedingungen werden so in einer Zone geschaffen, die in der Nähe der Wandflächen der Brennstoffdüse liegt. Bei der Verwendung gasförmiger Brennstoffe ist das Brennstoff-Verbrennungsmittel-Gemisch vollkommen homogen und die Entzündung vollzieht sich an der ganzen Oberfläche der Stosswelle und selbst in der Achse des Brenners.
Damit die Stosswelle sich ausbilden kann, ist es notwendig, dass ein bestimmter Teil der Fläche der Stosswelle von einer homogenen Strömung durchsetzt wird, damit so der Brennstoff keine Berührung mit den Wandflächen bekommt. Im Falle eines flüssigen Brennstoffes muss demzufolge der Injektor einen im Verhältnis zum Hals der Düse kleinen Durchmesser aufweisen und der Brennstoff muss mit grosser Ge- schwindigkeiteingespritzt werden, um nicht zu rasch zerstäubt zu werden. Es ist verständlich, dass man bei einem solchen Brenner keine Flammenlenker und auch keinerlei Hilfsleitung benötigt. wodurch sich der erfin- dungsgemässe Brenner besonders sowohl hinsichtlich seines konstruktiven Aufbaues als auch seiner Wirkungsweise von den Brennern bekannter Art unterscheidet.
Fig. 2 zeigt eine Abwandlung des Brenners nach der Fig. 1 mit einem wassergekühlten Rohr 1 und einem in diesem angeordneten Rohr 2 für die Zufuhr des Brennstoffes, das sich bis zum Hals 4 der sich zuerst verjüngenden und dann sich wieder erweiternden Düse erstreckt. Technisch reiner Sauerstoff mit einem in diesem suspendierten pulverförmigen Stoff wird tangential an dem Umfang des Rohres 1 durch einen Stutzen 7 in dieses eingeblasen, wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist. Ein aus einer zylindrischen Hülse 8 bestehendes Futter vermeidet die Abtragung von Material von der inneren Wandfläche des Rohres 1, wobei diese Hülse leicht ausgewechselt werden kann, indem man eine mit einem Innengewinde versehene Kappe 9 entfernt, an der das durch diese Kappe hindurchgeführte innere Rohr 2 befestigt ist.
Die tangentiale Einblasung des suspendierte Teilchen enthaltenden Sauerstoffes bewirkt eine zyklonartige Wirbelströmung, was zur Folge hat, dass sich die als Futter dienende Hülse nur wenig abnützt.
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