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Brenner mit Innenverbrennung und Heizeinrichtung mit solchen Brennern
Die Erfindung bezieht sich auf einen Brenner mit Innenverbrennung, bei welchem das Brennstoff-
Luft-Gemisch durch einen Rost in die Verbrennungskammer eintritt.
Für derartige Brenner sind vielfach konstruktive Vorschläge gemacht worden, wobei das Schwergewicht in der besonderen Ausbildung des Mundstückes lag, mit dem der im Brenner erzeugte Strom der heissen
Verbrennungsgase für einen bestimmten Zweck passend geformt wurde.
Es wurde gefunden, dass es zu erheblichen Schwierigkeiten kommt, wenn man einem derartigen Brenner ein Gas, das eine niedrige Verbrennungsgeschwindigkeit besitzt, zuführt. Dies ist insbesondere der Fall, wenn gewisse Gasgemische verwendet werden, in welchen ein Bestandteil einen hohen Heizwert besitzt, vor allem also ein Gas mit einem grossen Anteil an Methan, wie etwa das natürlich vorkommende Erdgas.
In einem solchen Fall bleibt die Flamme des Brenners nicht am Rost haften. Sie ist ungleichmässig ausge- bildet und diese Ungleichmässigkeit äussert sich in einer erheblichen Erhitzung des Brenners und führt häufig zu einem Verlöschen desselben.
Diese Wirkungen stören bei der Anwendung des Brenners dann besonders stark, wenn er mit einem Gas betrieben wird, das eine verhältnismässig geringe Verbrennungsgeschwindigkeit besitzt und trotzdem ein Strom heisser Verbrennungsgase erzielt werden soll, der eine beträchtliche Geschwindigkeit besitzt. Die Instabilität der Flamme ist dann besonders ausgeprägt, und es kann der Brenner in der Praxis nicht im Betrieb gehalten werden.
Die Erfindung betrifft einen Brenner, der eine gleichmässige und ruhige Verbrennung mit einer beständig auf dem Rost aufsitzende Flamme auch dann gewährleistet, wenn ein Gasgemisch zur Verbrennung gelangt, das eine Komponente mit grossem Heizwert besitzt, wie beispielsweise natürliches Erdgas, dessen Methangehalt durch Reinigung stark angereichert wurde und bis zu 96% betragen kann.
Der erfindungsgemässe Brenner ist zu diesem Zweck so ausgebildet, dass sein Rost als ein System von zwei im Bereich des Eintrittes des Verbrennungsgemisches in die Verbrennungskammer in zur Gasströmungsrichtung senkrechten einander benachbarten Ebenen liegenden Rosten ausgebildet ist.
Es wurde gefunden, dass es bei einem solchen System von zwei Rosten dadurch, dass der zweite Rost im Gasstrom Wirbelbewegungen hervorruft, zu einer vollständigen Stabilisierung der Flamme kommt, die auf die den Rosten benachbarte Zone lokalisiert bleibt.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform besteht der in der Gasführung an zweiter Stelle angeordnete Rost aus Silizium, vorzugsweise in der Form von Rohren, die untereinander parallel und in einer zur Fläche des ersten Rostes parallelen Ebene angeordnet sind. Ein solcher Rost ist nicht nur dauerhaft, sondern sichert vor allem eine turbulente Strömung bei gleichzeitig leichtem Durchgang der Gase durch das System.
Diese Rohre können sodann auch durch einen Flüssigkeitskreislauf beheizt bzw. durch natürliche Zirkulation der Umgebungsluft oder mittels einer Kühlsole abgekühlt sein.
Es ist von Vorteil, wenn das Brennstoff-Luft-Gemisch dem System so zugeführt wird, dass es regelmässig und homogen die gesamte Oberfläche des ersten Rostes beaufschlagt. Erfindungsgemäss ist dazu vorgesehen, dass sich der Zuleitungskanal für das Brennstoff-Luft-Gemisch gegen den Rost hin erweitert.
Es wurde gefunden, dass es zweckmässig ist, den in der Strömungsrichtung ersten Rost auf einer möglichst hohen Betriebstemperatur zu halten. Um dies zu erreichen ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass dieser Rost so angeordnet ist, dass er durch die Seitenwände des Zuführungskanals und insbesondere durch einen gegebenenfalls in demselben befindlichen Kühlmittelkreislauf nicht merklich abgekühlt wird.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist der erste Rost mit der Gaszuführungsleitung lösbar verbunden, und es sind die Leitungen für das Kühlmittel in den Seitenwänden des Zuleitungskanals, falls solche vorhanden sind, so ausgebildet, dass eine Abkühlung des Rostes vermindert wird.
Es wurde gefunden, dass es von Vorteil ist, wenn der erste Rost auf seiner der Verbrennungskammer des Brenners zugekehrten Seite eine hohe Betriebstemperatur besitzt. Dies wird leichter erreicht, wenn das Rostsystem oder einer der Roste mit einer dünnen Schicht einer Substanz versehen ist, die eine hohe Absorptionsfähigkeit besitzt. Wenn die Roste aus Metall bestehen, können sie mit einer Paste aus Oxyden überzogen sein, wobei dieses Gemisch beispielsweise durch Vermischen von Natriumsilikat mit Sand erhalten sein kann. Es ist aber auch möglich, das Metall, aus dem der Rost besteht, vor der Verwendung desselben zu oxydieren.
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Die Erfindung sieht auch die spezielle Verwendung von derartigen Brennern, die alle oder einige der vorerwähnten Merkmale aufweisen, bei der Herstellung eines bei der Fabrikation von Fasern, insbesondere von Glasfasern, zu benützenden Gases vor, wobei von mineralischen oder organischen Stoffen in viskosem Zustand ausgegangen und die aus den Öffnungen im peripheren Streifen eines um seine Achse rotierenden Hohlkörpers ausgeschleuderten Fäden des Schmelzgutes der Einwirkung eines hochtemperierten Gases unterworfen werden. Dieses hochtemperierte Gas, das eine grosse Geschwindigkeit besitzen muss, wird erfindungsgemäss von einer Heizeinrichtung erzeugt, bei der die Doppelroste der Brenner in einer gemeinsamen ringförmigen Verbrennungskammer angeordnet sind, die in eine ringförmige Austrittsdüse mündet.
Der Brenner ist in diesem Falle ringförmig ausgebildet und mit dem Drehkörper koaxial angeordnet.
Die Entspannungsöffnung der Verbrennungskammer ist entweder als durchlaufender Spalt ausgebildet oder sie besteht aus einer Anzahl von Spalten. Dieser Spalt bzw. diese Spalten sind gleichfalls koaxial zum Drehkörper angeordnet, und es streichen die hochtemperierten Gasströme mit grosser Geschwindigkeit entlang des peripheren Streifens des Drehkörpers über dessen ganze Höhe ab.
Diese Anwendung des erfindungsgemässen Brenners ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil sie die Durchführung einer sauerstoffreichen Verbrennung erlaubt und gestattet, ein Verbrennungsgas von weitgehend konstanter Temperatur und Geschwindigkeit über den ganzen Umfang des Drehkörpers zu erhalten, so dass dessen peripherer Streifen über seinen ganzen Umfang hinweg auf eine gleichmässige Temperatur gebracht wird und dass die Wirkung der Gase auf die aus den Öffnungen des peripheren Streifens ausgeschleuderten Fäden an allen Punkten die gleiche ist, wodurch sich eine regelmässige Ziehwirkung ergibt, die dazu führt, dass Fäden mit im wesentlichen gleichen Durchmessern erhalten werden.
Im folgenden wird der erfindungsgemässe Brenner an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch den Brenner, Fig. 2 eine perspektivische Darstellung desselben mit einer Schnittfläche, die der Fig. 1 entspricht und Fig. 3 eine Heizeinrichtung zur Herstellung von Fäden aus thermoplastischem Material teilweise im Schnitt, die eine besonders wichtige Ausführungsform des erfindungsgemässen Brenners darstellt.
In den Figuren ist mit 1 die Verbrennungskammer des Brenners und mit 2 die Austrittsdüse für das Verbrennungsgas, deren Wände vermittels des Kühlflüssigkeitskreislaufes 5 gekühlt sind, bezeichnet.
Das Gehäuse 3 der Kammer ist mit einem feuerfesten Futter 4 ausgekleidet.
An ihrem Eingang weist die Verbrennungskammer 1 ein System von zwei Rosten auf, wobei der erste Rost 6 in einer für derartige Brenner an sich bekannten Weise senkrecht zur Gasströmungsrichtung angeordnet ist, während der zweite Rost 7 in einer zum Rost 6 benachbarten Ebene liegt. Der Rost 7 besteht aus Rohren aus Silizium, die untereinander parallel liegen.
Die Rohre, aus denen der Rost 7 besteht, können in dem Futter 4 eingelassen sein, wobei ihre Enden offenstehen, so dass durch dieselben eine Zirkulation der Umgebungsluft auf Grund des Wärmegefälles vor sich gehen kann. Falls Brennstoff-Luft-Gemische verwendet werden, die eine besonders niedrige Verbrennungsgeschwindigkeit besitzen, oder falls die Geschwindigkeit des durch den Rost geführten Gemisches sehr gross wird, kann es vorteilhaft sein, im Inneren der Rohre 7 durch irgendwelche geeignete Mittel Wärme zuzuführen, beispielsweise indem heisse Strömungsmittel durchgeleitet werden, vermittels einer elektrischen Heizung oder auf irgendeine andere geeignete Weise.
Wenn anderseits die Temperaturen in der Kammer sehr hoch werden, so kann es vorteilhaft sein, die Rohre 7 zu kühlen, indem ein Kühlmittel hindurchgeleitet wird, um eine gute mechanische Haltbarkeit des Rostes zu erreichen. Sie können beispielsweise an dem Kreislauf eines Stromes einer Kühlsole angeschlossen werden. Der Rost 6 ist mit einem Teil 8 einstückig ausgebildet und sitzt rahmenartig in der Eingangsöffnung der Verbrennungskammer 1. Er besitzt ausserhalb derselben einen Flansch 8 a, der einerseits mit dem Gehäuse 3 des Brenners und anderseits mit dem Zuleitungskanal 9 für das Brennstoff-Luft-Gemisch in Verbindung steht.
Der Zuleitungskanal 9 ist doppelwandig ausgebildet und besitzt einen Kühlmantel 10. Die Innenwand 11 des Kanals divergiert gegen den Rost 6. Diese Anordnung des Rostes 6 und des Zuleitungskanals 9 gestatten es einerseits, die Kühlwirkung auf den Rost abzuschwächen und anderseits, die Zufuhr des Gasgemisches zu regeln. Diese Zufuhr erfolgt im allgemeinen so, dass die ganze Fläche des Rostes gleichmässig beaufschlagt wird.
Am Eingang des Zuleitungskanals 9 ist ein Mischrohr 12 (Fig. 2) angeschlossen, durch welches das Brennstoff-Luft-Gemisch der Vorrichtung zugeführt wird. Dieses Mischrohr erweitert sich von seinem Gaseintrittsende 12 a bis zu seinem Gasaustrittsende, dessen Form und Dimensionen denjenigen des Zuleitungskanals 9 entsprechen. Diese Ausbildung trägt gleichfalls dazu bei, dass eine gute Homogenisierung des ankommenden Gasgemisches erreicht wird.
Der Brenner gemäss Fig. 3 ist ringförmig ausgebildet, und es besteht seine Austrittsdüse aus einem durchlaufenden Spalt oder sie ist aus einer Anzahl von Spalten in ringförmiger Anordnung gebildet. Dieser Brenner ist konzentrisch um einen mit grosser Geschwindigkeit um seine Achse umlaufenden Drehkörper 13 herum angeordnet, der einen peripheren Streifen 14 aufweist, der eine grosse Anzahl von Öffnungen besitzt, durch welche das ins Innere des Drehkörpers eingeführte Schmelzgut unter der Wirkung der Zentrifugalkraft in der Form von Fäden ausgeschleudert wird. Die Verbrennungsgase, die mit grosser Geschwindigkeit aus dem Spalt 2 des Brenners entweichen, wirken in gleichmässiger Weise auf alle diese Fäden vom Moment ihres Austrittes aus den Schleuderöffnungen an ein und wandeln sie in feine Fäden um.