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Strahlungsbrenner für hohe Temperaturen
Die Erfindung bezieht sich auf einen Strahlungsbrenner fur hohe Temperaturen mit einem Gehäuse, das eine Vorkammer aufweist, in die ein brennbares Gemisch aus Brennstoff und Luft eingeführt wird, mit einer porösen Wärmestrahlungsplatte, die durch den entzündeten Brennstoff beheizt wird und die Verbren- nungsgase austreten lässt, sowie mit einer in Abstand hinter der Wärmestrahlungsplatte angeordneten, mit dieser die eigentliche Verbrennungskammer einschliessenden porösen Platte, welch letztere ein Rückzün- den des Brennstoffes in die Vorkammer verhindert.
Strahlungsbrenner dieser bekannten Art besitzen eine Reihe von Nachteilen, die nicht nur darin bestehen, dass sie oftmals keine vollständige Verbrennung und keine zuverlässige Explosionssicherheit gewährleisten, sondern auch darin, dass ihre Inbetriebsetzung Schwierigkeiten bietet, insbesondere dann, wenn die Zündung unter Vermittlung eines Katalysators erfolgen muss.
Die Erfindung macht es sich nun zur Aufgabe, diese Nachteile zu vermeiden, welchen Zweck sie durch die Kombination folgender an sich bekannter Merkmale erreicht, u. zw. durch die Verwendung einer Wärmestrahlungsplatte aus Quarzwolle und einer die Rückzündung verhindernden Platte entweder ebenfalls aus Quarzwolle oder aus Drahtgeflecht oder aus porösem keramischem Material und die Anordnung einer zur Zündung des Gemisches bzw. Inbetriebsetzung des Brenners dienenden elektrischen Zündvorrichtung in der Verbrennungskammer.
Ein Brenner mit dieser Ausgestaltung kann vollkommen explosionssicher in Räumen betrieben werden, die entflammbar Gemische enthalten. Beim Betrieb des Brenners treten keine unverbrannten brennbaren Gase an der Oberfläche aus, selbst wenn der Wärmestrahlungskörper zuerst noch verhältnismässig kalt ist.
Auf diese Weise ergibt sich ein absolut sicherer Betrieb und ein sehr einfaches Anlassen, ohne Verwendung eines Katalysators, weil die elektrische Zündvorrichtung in der Verbrennkammer angeordnet ist. Diese Zündvorrichtung wird nur bei der Inbetriebnahme benützt und wird abgestellt, wenn die Temperatur des Brenners und der Verbrennungskammer so hoch ist, dass eine Selbstentzündung des zugeführten brennbaren Gemisches eintritt.
Es ist zwar schon ein Brenner bekanntgeworden, der gleichfalls zwei übereinanderliegende Quarz- wollschichten aufweist, jedoch sind dort die beiden Schichten einander berührend angeordnet, und es ist daher bei diesen Brennern notwendig, einen Katalysator zur Zündung des brennbaren Gemisches bei der Inbetriebnahme einzubauen, um zu verhindern, dass verbrannte Gase aus dem Brenner in den Raum eintreten, in dem sich der Brenner befindet. Infolge der hohen Betriebstemperaturen des Brenners werden die Katalysatoren durch die brennenden Gase allmählich aufgezehrt, so dass es manchmal schwierig ist, den Brenner nach längerem Gebrauch und nach Abkühlung wieder in Betrieb zu nehmen.
Im folgenden wird an Hand eines Ausführungsbeispieles die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen in der Zeichnung Fig. 1 die perspektivische Ansicht des Brenners, bei dem ein Teil der anschaulicheren Darstellung wegen herausgeschnitten ist, Fig. 2 einen Teil des Brenners von oben, wobei wieder zur besseren Darstellung ein Teil herausgeschnitten ist, und Fig. 3 einen senkrechten Schnitt durch einen Teil des Brenners.
Der Strahlungsbrenner 10 gemäss der Erfindung besitzt ein Gehäuse 12 mit rechteckförmigem Querschnitt und Seitenwandungen 14 sowie einer im Abstand zur vorderen rechteckförmigen Öffnung des Geläuses angeordneten Rückwandung 16, die eine Vorkammer (Mischkammer) 18 bilden. Die inneren Flä-
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chen der Seitenwandungen sind ebenso wie die Rückwandung des Gehäuses 12 vorzugsweise mit reflektie- rendem Material 19 bedeckt. Ein Injektor 20 ist an der einen Seitenwandung des Gehäuses vorgesehen und führt ein brennbares, gasförmiges Gemisch in die Vorkammer 18. Das brennbare Gemisch besteht aus ei- nem Gas-oder Dampf-Luftgemisch. Eine Gasdüse 22 ist am Einlass 24 des Injektors angebracht und durch die Öffnung 26, die die Gasdüse umgibt, kann Luft in den Injektor eingeführt werden, wenn das Gas aus der Düse 22 in den Injektor einströmt.
Die Luftmenge, die zugeführt wird, muss mindestens so gross sein, dass eine vollständige Verbrennung gewährleistet ist. Es empfiehlt sich aber, die zugeführte Luftmenge etwas grösser zu wählen als zur vollständigen Verbrennung unbedingt erforderlich ist. Das Gemisch von
Gas und Luft wird in die Vorkammer 18 über den Auslass 28 des Injektors geführt. Das Gas wird vorteil- hafterweise der Düse 22 unter Druck zugeleitet : an Stelle des konisch verlaufenden Injektors lässt sich auch eine Mischdüse mit zylindrischer Wandung verwenden, wenn dies zweckmässig erscheint, da der
Gasdruck in den meisten Fällen ausreicht, um Luft in die Mischdüse einzuführen und sie durch den Bren- ner zu leiten.
Anderseits kann ein brennbares Vorgemisch von Gas und Luft in den Bestandteilen, mit de- nen eine vollständige Verbrennung gewährleistet ist, unter Druck in die Kammer 18 eingeführt werden.
Die Seitenwandungen des Gehäuses weisen seitliche Flansche 30 auf, auf denen die beiden Rahmenhälften 34 und 36 z. B. mit Schrauben 38 befestigt sind Die Rahmenteile sind rechteckförmig ausgebildet und stimmen mit der rechteckförmigen vorderen Öffnung des Gehäuses 12 überein. Der Teil 34 des Rah- mens weist einen Flansch 40 auf, der im wesentlichen parallel zu den Seitenwandungen des Gehäuses ver- läuft ; der Teil 36 des Rahmens enthält einen Flansch 42, der parallel zum Boden des Gehäuses verläuft.
Die Flansche tragen im Abstand voneinander die übereinanderliegenden porösen Platten 44 und 46, wobei der äussere Körper 44 die wärmestrahlende Oberfläche, also die Wärmestrahlungsplatte des Brenners bil- det, und die innere Platte 46 eine Einrichtung darstellt, die ein Rückzünden in die Vorkammer 18 verhindert.
Die vorerwähnten Platten sind oberhalb der Vorkammer 18 angeordnet ; sie bedecken die vordere Öffnung, die durch die Seitenwandungen des Gehäuses gebildet wird und liegen im Strömungsweg des Gases, so dass die Gase durch diese Platten strömen, wenn sie den Brenner verlassen und in den Raum eintreten, in dem der Brenner angebracht ist. Die Platten 44, 46 weisen je eine Schicht aus faserförmigem Material auf, das aus einer Masse von Quarzwollfasern besteht, die ein Quarzwollevlies bilden und im wesentlichen aus reinem Siliziumdioxyd bestehen, so dass ein Betrieb des Brenners bei einer Temperatur von etwa 10000C möglich ist. Der Durchmesser der Fasern liegt in der Grössenordnung von 0, 5 X 10-3 mm bis 150 x 10. 3 mm, vorzugsweise wird der Durchmesser von 1 x 10. mm bis 20 X 10-8 mm gewählt.
Die Form der Fasern kann beliebig gewählt werden, z. B. geradlinig oder gekräuselt und ihre Länge kann ebenfalls beliebig sein. Die Fasern können in jeder der Schichten lose in unregelmässiger Form angeordnet sein oder zur Bildung einer porösen Masse gewebt, gewirkt oder verfilzt sein.
Die innere Platte 46 aus faserförmigem Material weist einen Abstand von der äusseren Platte 44 auf, so dass die Platten einen Verbrennungsraum 48 einschliessen, in dem das brennbare Gemisch aus der Vorkammer 18 vollständig verbrannt wird. Die Platten 44 und 46 werden durch Abstandhalter 50 und 52 im Abstand voneinander am Rahmen 36 gehalten, die auswechselbar am Rahmen so befestigt sind, dass die Platten auf allen vier Seiten des Brenners aufliegen. Die Platte 44 liegt zwischen Drahtgeflechte 54, die aus hochhitzebeständigem Widerstandsmaterial, z. B. Chromnickeldraht bestehen. Die innere Fläche der inneren Platte 46 weist ein Gitter 56 auf, das ebenfalls aus einem hochhitzebeständigen Geflecht besteht.
Die äussere Fläche der Platte 46 ist mit einem oder mehreren hochhitzebeständigen Widerstandsdrahtgeflechten 58 versehen, die aneinander durch seitlich versetzte U-förmige Klammern 60 befestigt sind. Das Geflecht 58 und die innere Platte 46 verhindern ein Rückzünden von der Verbrennungskammer 48 in die Vorkammer 18. Die Fasern der Platte 46 sind vorzugsweise so angeordnet, dass sie ein Vlies bilden, dessen Struktur dichter und deshalb weniger porös ist als die Struktur der äusseren Platte (Wärmestrahlungsplatte) 44, was ebenfalls dazu beiträgt, ein Rückzünden in die Vorkammer zu vermeiden.
Neben dieser bevorzugten Ausführungsform zur Verhinderung der Rückzündung gemäss der Erfindung lassen sich zu diesem Zweck auch zwei oder mehr Drahtgitter verwenden, die einander gegenüberliegend angeordnet sind. Anderseits lässt sich die Rückzündung auch dadurch vermeiden, dass die innere Platte 46 aus perforiertem oder porösem keramischem Material, vorzugsweise in Form einer perforierten keramischen Platte besteht.
Bei einer Anordnung gemäss der Erfindung ist die Verwendung eines Katalysators zur Zündung des Brenners nicht erforderlich. Zur Zündung des Brenners ist eine elektrische Zündeinrichtung 62 in der Ver- brennungskammervorgesehen, die das brennbare Gemisch zündet, welches in diese Kammer von der Vorkammer über die poröse Platte 46 und die Netze 58 strömt. Wie dargestellt, weist die Zündvorrichtung
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einen spiralförmigen Widerstandsdraht 64 von hohem Wärmewiderstand, z. B. Chromnickeldraht, auf, der aus einer Stromquelle über die Leitungen 66 und 68 gespeist wird. Die Zündvorrichtung ist auf dem Rahmenteil 36 befestigt. Zur Zündung des brennbaren Gemisches können auch andere Mittel als ein Widerstandsdraht verwendet werden, z.
B. eine Zündkerze zur Erzeugung eines Zündfunkens oder eine andere ähnliche Einrichtung.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Einrichtung ist so, dass das brennbare Gemisch in die Vorkammer 18 von dem Injektor 20 strömt und durch das Geflecht 56, die poröse Platte 46 und die Geflechte 58 in die Verbrennungskammer 48 eintritt, wo das brennbare Gemisch durch die elektrische Zündvorrichtung 62 zur Zündung gebracht wird. In der Verbrennungskammer tritt eine vollständige Verbrennung ein und die Verbrennungswärme beheizt die inneren und äusseren Platten 44 und 46 wie auch die Drahtgeflechte 54 und 58 rasch, so dass die Zündvorrichtung 62 nach kurzer Zeit abgeschaltet werden kann und die Zündung des frisch eingespeisten brennbaren Gemisches automatisch erfolgt, wenn das Gemisch in die Verbrennungskammer einströmt.
Die Verbrennungsprodukte,- nämlich Kohlendioxyd und Wasserdampf, treten durch die Strahlungsplatte 44 und das äussere Geflecht 54 hindurch und in den Raum, in dem der Brenner angeordnet ist. Die äussere Fläche der Strahlungsplatte 44 und das Geflecht 54 glühen flammenlos und sind mit einer verhältnismässig dünnen Schicht Kohldioxyd überzogen, die einen Schutzüberzug bildet, der verhindert, dass entflammbare Gemische ausserhalb des Brenners die heisse Oberfläche des Geflechtes 54 und der Schicht 44 erreichen, so dass der Brenner selbst dort verwendbar ist, wo sich im Raum brennbare Gemische befinden.