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Brenner zum Erhitzen von Glühkammerwänden mit fächerförmiger Flamme
Die Erfindung bezieht sich auf Brenner zum Erhitzen von Glühkammerwänden und betrifft
einen Brenner mit fächerförmiger Flamme, bei dem Luft und Brennstoff getrennt aus
dem Brennermund austreten.
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Bekanntlich lassen sich die bei der Verbrennung von Gasen mit Brennern
auftretenden Probleme auf reine Mischprobleme zurückführen. Bei getrennt und parallel
aus dem Brennermund austretenden Gas-und Luftströmen ergibt sich auf Grund rein.
theoretischer Überlegungen eine ebene Verbrennungsfläche, welche den Raum mit Gasüberschuß
und den Raum mit Luftüberschuß voneinander trennt. Praktisch hat man aber eine große
ebene Verbrennungsfläche mit den bisher üblichenBrennern nicht erzielt. Es ist zwar
bekannt, daß die Größe des Mischraumes und damit dieGröße derFlamme im wesentlichen
von der gegenseitigen Neigung der beiden Strahlen und von der Geschwindigkeit, mit
der die Strahlen aufeinandertreffen, abhängt, dennoch ist es bisher nicht gelungen,
einen Brenner zu schaffen, bei welchem der tatsächliche Verbrennungsvorgang sich
dem bei parallel zueinander aus dem Brennermund ausströmenden Gas-Luft-Strömen theoretisch
zu verwertenden Verbrennungsvorgang weitgehend annähert. Vielmehr ergab sich die
Schwierigkeit, daß die Verbrennung in einen instabilen Zustand geschieht, bei dem
größere Mengen der Verbrennungsgase gar nicht oder nur stark verringert zur Verbrennung
kommen. Um diesen instabilen Zustand zu vermeiden, hat man bisher die beiden Strahlen
stets unter einem - wenn auch kleinen - Winkel zueinander austreten lassen. Damit
mußte aber eine erhebliche Verkleinerung der Brennerflamme in Kauf genommen werden.
Eine Neigung der beiden Strahlen kann man .dabei entweder durch entsprechende Neigung
der Brenneraustrittsöffnungen oder durch geringe gegenseitige Versetzung der Austrittsöffnungen
in Strömungsrichtung erhalten.
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So ist bei einem bekannten Parallelstrombrenner mit sehr kleiner Neigung
von Gas- und Luftstrahl die schlitzförmige Austrittsöffnung für das Gas in der Mitte
der ebenfalls schlitzförmigen Luftaustrittsöffnung und etwas zurückliegend gegenüber
dieser angeordnet. Bei anderen bekannten Brennern wird der ringförmige, senkrecht
in die Kammer eingeführte Gasstrom schwach seitlich eingelenkt und von dem ebenfalls
ringförmig eintretenden Luftstrom zwecks Verwirbelung unter einem Winkel beblasen.
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Erfindungsgemäß werden diese Nachteile dadurch vermieden und eine
ungewöhnlich großflächige dünne Flamme von sehr guter Stabilität erhalten, daß der
Brennstoff zwischen der Glühkämmerwand und dem Luftstrom austritt und beide Ströme
parallel zur Wand gerichtet sind. Es hat sich in der Praxis herausgestellt, daß
mit dem Brenner gemäß der Erfindung eine stabil brennende schleier- oder schichtförmige
Flamme von ungewöhnlichen Abmessungen erreicht wird. So wurde in einem Fall ein
Flammendurchmesser von etwa 180 cm festgestellt. Dabei war die Flamme so dünn, daß
von der, dem Brenner gegenüberliegenden Kammerwand aus gesehen, sämtliche Einzelheiten
der unmittelbar hinter der Flamme liegenden, als Wärmereflektor dienenden Wand erkennbar
waren. Die Geschwindigkeit, -mit der Brennstoff und Luft dem Brennermund zugeführt
werden, kann relativgering sein. DieseVorteile sind darauf zurückzuführen, daß durch
die erfindungsgemäßen Maßnahmen eine Wirbelbildung zwischen Brennstoff und Luft
wirkungsvoll vermieden wird, insbesondere deswegen, weil der mengenmäßig geringereBrennstoff
sich zwischen der Wand und dem mengenmäßig stärkeren Luftstrom sehr weit ausbreiten
kann, ohne sich vorzeitig mit der Luft ganz zu vermischen.
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Für die Zwecke der Erfindung hat es sich als besonders vorteilhaft
erwiesen, wenn die Austrittsöffnungen die von üblichen Brennern her schon bekannte
Ring- und Teilringformen besitzen. Die Austrittsöffnung für den Brennstoff soll
einen möglichst geringen senkrechten Abstand von der Kammerwand haben. Um die Stabilität
und Gleichmäßigkeit der Flamme weiter zu verbessern, hat es sich weiter als zweckmäßig
erwiesen, wenn man der Austrittsöffnung für die Verbrennungsluft die Form eines
Venturikanals gibt.
Wegen des getrennten Zuführens des Brennstoffes
und der Luft ist es nicht erforderlich, einen hohen Druck aufzubringen, um ein Zurückschlagen
der Flamme zu verhüten; man kann daher den Brennstoff und .die Luft nicht nur unter
einem verhältnismäßig niedrigen Druck zuführen, sondern man kann die Zufuhr auch
auf einen verhältnismäßig kleinen Bruchteil der normalen Ausströmmenge, z. B. auf
etwa 511/o, abdrosseln. Ferner läß.t sich die Ausströmgeschwindigkeit auf einfache
Weise regeln, indem man die Zuführungsdrücke und die Düsen entsprechend einstellt.
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Für die Erfindung ist ein umfangreiches An-,vendungsgebiet gegeben,
doch eignet sich die Erfindung insbesondere zur Anwendung beim Heizen von Warmbehandlungsöfen,
denn dadurch, daß die Luft und der Brennstoff längs einer oder mehrerer feuerfester
Innenflächen eines solchen Ofens austreten, läßt sich das Auftreffen der Flamme
auf das einer Wärmebehandlung zu unterziehende Gut vollständig oder im wesentlichen
vollständig vermeiden.
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Die Erfindung läßt sich besonders leicht bei gasförmigen Brennstoffen
anwenden, doch ist sie auch für andere, beispielsweise flüssige Brennstoffe geeignet.
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Die Erfindung wird an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt den Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Brenners nebst
einer Andeutung einer Ofenwand, durch die hindurch sich der Brenner erstreckt; Fig.
2 ähnelt Fig. 1, zeigt jedoch ein anderes Ausführungsbeispiel; Fig. 3 zeigt in einem
schematischen Querschnitt die Anwendung der Erfindung bei einem Warmbehandlungsofen;
Fig. 4 ist ein Teilschnitt, der eine etwas andere Anwendungsweise der Erfindung
bei einem Warmbehandlungsofen zeigt; Fig. 5 zeigt in einenrTeilschnitt dieAnwendung
der Erfindung bei der Verbrennungskammer eines Ofens; Fig. 6 und 7 zeigen in Form
eines senkrechten bzw.
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eines waagerechten Schnitts eine weitere Anwendungsweise der Erfindung
bei einem Warmbehandlungsofen ; Fig.8 ist ein in größerem Maßstaibe gezeichneter
senkrechter Teilschnitt durch ein Stück der Anordnung nach Fig_ 6.
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Der Brenner nach Fig. 1 hat ein aus zwei Teilen 1 und 2 bestehendes
Gehäuse, und die Gehäuseteile tragen Flansche, die es ermöglichen, die Teile durch
Schrauben miteinander zu verbinden. Das Gehäuseteil 1 ist rohrförmig und sein Austrittsabschnitt
4 ist zylindrisch ausgebildet Der Brenner ragt durch eine bei 5 angedeutete Ofenwand,
an der er mit Hilfe des Flansches 6 befestigt ist. Durch eine konzentrisch mit dem
Gehäuseteil 1 angeordnete rohrförmige Trenn-,vand 7 wird in dem Gehäuse ein Luftkanal
8 sowie ein zwischen dem Bauteil 7 und der Gehäusewand verlaufender Gaskanal 9 gebildet.
Das Gas wird dem Kanal 9 durch einen Rohrstutzen 10 zugeführt, der in den konischen
Endabschnitt des Gehäuseteils 1 mündet.
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Die rohrförmige Trünnwand 7 trägt an ihrem Austrittsende einen nach
außen ragenden ringförmigen Vorsprung 11, der über das Austrittsende 12 des Gehäuseabschnitts
4 hinausragt und zusammen mit letzterem eine ringförmige Gasaustrittsdüse 13 bildet.
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Ferner sind zwei Armsterne 14 und 15 vorgesehen, die eine glatte zentrale
Bohrung 16 bzw. eine zentrale Gewindebohrung 17 zur Aufnahme einer gleichachsig
mit der rohrförmigen Trennwand 7 verlaufenden Spindel 18 aufweisen, welch letztere
an ihrem linken Ende ein Ablenkteil 19 von pilzähnlicher Form trägt, das dem Austrittisende
der rohrförmigen Trennwand benachbart ist, um zusammen mit diesem eine ringförmige
Luftaustrittsdüse 20 zu bilden.
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Der Armstern 14 ist innerhalb der rohrförmigen Trennwand gleitend
beweglich, während der Armstern 15 am Ende der Trennwand befestigt ist.
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Die Luft wird dem Brenner durch die Mündung 21 des Gehäuseteils 2
zugeführt. Um das Gehäuseteil 2 von dem Gaskanal 9 zu trennen, erstreckt sich eine
biegsame Membran 22 zwischen dem rechten Ende der Trennwand 7 und den Flanschen
der Gehäuseteile 1 und 2.
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Die Spindel 18 ragt durch eine Öffnung 23 in dem Gehäuseteil 2, und
ein mit Gewinde versehener Abschnitt der Spindel ist in eine Gewindebohrung 24 eines
Kappenteils 25 eingeschraubt, das mittels Schrauben 26 an einem Fortsatz des Gehäuseteils
2 befestigt ist. Die Gewindegänge der Gewindebohrung 24 der Kappe 25 besitzen im
Vergleich zu denjenigen der Gewindebohrung 1.7 die entgegengesetzte Gangrichtung
und eine größere Steigung, so daß sich die Trennwand 7 beim Drehen der Spindel 18
mittels eines Handrades 28 axial in der gleichen Richtung, jedoch in geringerem
Ausmaß bewegt wie die Spindel 18.
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Die der Düse 20 zugeführte Luft und der der Düse 13 zugeführte Brennstoff
werden aus den Düsen in fächerförmigen Schichten ausgestoßen, die sich über 360°
erstrecken und der Innenfläche 29 der Ofenwand 5 folgen.
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Der Brenner nach Fig. 1 ist für die Verwendung von Gas konstruiert.
Der in Fig.2 gezeigte Brenner ähnelt in vielen Beziehungen dem Brenner nach Fig.
1, doch ist er für die Verwendung von Öl als Brennstoff konstruiert, und der zylindrische
Austrittsabschnitt 4 des Gehäuseteils 1 ist mit einem Wasserkühlmantel 30 versehen,
um ihn zu kühlen.
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Am rechten Ende der rohrförmigen Trennwand 7 ist ein Armstern 32 befestigt,
und in einer zentralen Öffnung .des Armsterns 32 angebrachtes Rohr 33 ragt durch
eine Öffnung 34 des Gehäuseteils 2. Ein am rechten Ende des Rohrs 33 befestigtes
Bundteil 35 besitzt eine äußere Ringnut 36 zur Aufnahme eines Reiters 37, der gegabelt
ist, um längs des oberen Teils der Nut 36 in diese eingreifen zu können. Eine an
ihrem rechten Ende 39 mit einem Vierkant versehene Stellschraube 38 ist in Lagerbohrungen
in sich in einem Abstand voneinander erstreckenden Flanschen 40 und 41 des Gehäuseteils
2 drehbar, jedoch nicht axial beweglich. Die rohrförmige Trennwand 7 läßt sich somit
durch Drehen der Stellschraube 38 axial verschieben, um die Düsenöffnung 13 zu vergrößern
oder zu verkleinern.
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Die Spindel 18 ragt durch das Rohr 33 und ist an ihrem rechten Ende
mit Gewinde versehen, um an einer Kappe 42 mit einer Gewindebohrung anzugreifen;
die Kappe 42 ist am rechten Ende des Gehäuseteils 2 befestigt. Somit lassen sich
die Düsen 13 und 20 des Brenners nach Fig. 2 mittels eines Handrades 43 bzw. der
Stellschraube 38 unabhängig einstellen.
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Fig. 3 zeigt eine Anwendung der Erfindung bei einem Wärmebehandlungsofen,
bei dem Düsen 44, die den an Hand von Fig. 1 und 2 beschriebenen Düsen ähneln können,
Brennstoff und Luft in Form fächerähnlicher Schichten im wesentlichen radial abgeben,
wie es durch die Pfeile 45 angedeutet ist, und zwar längs der im wesentlichen ebenen
feuerfestenWandflächen
46, und bei dem eine dritte Düse 44 fächerförmige
Brennstoff- und Luftschichten längs der gewölbten feuerfesten Ofendecke 47 abgibt.
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Fig. 4 zeigt eine etwas andere Anwendung der Erfindung bei einem Warmbehandlungsofen,
bei dem eine Düse 44 fächerförmige Brennstoff- und Luftschichten längs einer ebenen
feuerfesten Wandfläche 48 austreten läßt.
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Fig. 5 zeigt eine Anwendung der Erfindung bei einer in einen Ofen
mündenden Verbrennungskammer, bei der eine Düse 44 fächerförmige Brennstoff- und
Luftschichten längs einer im wesentlichen kugelförmigen feuerfesten Fläche 50 abgibt,
die in eine zylindrische Fläche 51 übergeht, über die die Flamme von der kugelförmigen
Fläche 50 aus hinwegstreichen kann.
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Fig.6, 7 und 8 veranschaulichen eine Anwendung der Erfindung bei einem
Warmbehandlungsofen mit einer abgeänderten Düsenanordnung, bei dem die Brennstoff-
und Luftleitungen 52 und 53 zu einer engen schlitzähnlichen Brennstoffaustrittsdüse
54 bzw. zu einer weiteren schlitzähnlichen Luftaustrittsdüse 55 führen, die beide
vom unteren Teil einer ebenen feuerfesten Wand 56 des Ofens aus nach oben gerichtet
sind. Gemäß Fig. 7 sind über die Länge des dargestellten Ofenabschnitts drei derartige
Düsensätze verteilt; die geeignete Zahl von Düsen richtet sich bei jedem Ofen nach
dessen Länge sowie nach der Länge der Düsen.