DE1551783C3 - Gasbrenner zum direkten Erwärmen eines nicht brennbaren Gases - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasbrenner zum direkten Erwärmen eines nicht brennbaren Gases mit einer rohrförmigen Zuführung für ein Brenngas-Luft-Gemisch, von der in Reihe angeordnete Haupt- und Hilfsflammenkanäle ausgehen, die in einen durch stirnseitige End- sowie Längswände begrenzten, in Flammenrichtung offenen Raum münden.

Ein derartiger durch ein Brenngas-Luft-Gemisch speisbarer Gasbrenner zum direkten Erwärmen eines Luftstromes oder eines Gasstromes geringen Sauerstoffgehaltes ist bekannt (US-PS 30 51 464), wobei die Brennerflamme in Richtung der vorbeiströmenden Luft gerichtet ist. Der bekannte Brenner weist an der Oberseite der Gemischzuführung schräg nach außen verlaufende Längswände auf, die einen im Querschnitt trichterförmigen, in Flammenrichtung offenen Raum bilden, welcher dann die Flammen bzw. den unteren Teil der Flammen aufnimmt und gegen die vorbeiströmende Luft bzw. gegen das vorbeiströmende Gas abschirmt. Zur Zuführung der für die Verbrennung benötigten Sekundärluft sind die Wände mit einer Vielzahl von Durchbrüchen versehen. Infolge des Bedarfes an Sekundärluft ist der Antrieb der Flammen von der Geschwindigkeit der aus dem vorbeistreichenden Luftstrom abgezweigten Verbrennungsluft abhängig und durch diese begrenzt, so daß den Flammen ein eigener Antrieb fehlt und sie dadurch in ziemlich dichter Nähe an den Brennern angehäuft werden, welche dadurch übermäßig erhitzt werden. Für eine vollständi-'5 ge Verbrennung ist weiterhin eine komplizierte Regelung für die Zuführung des Brenngases in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit des vorbeistreichenden Luftstromes erforderlich. Weiterhin eignet sich dieser bekannte Brenner für viele Anwendüngen überhaupt nicht, insbesondere nicht zur Erwärmung von Gasströmen, denen Sauerstoff fehlt.

Bei rohrförmigen Reihenbrennern mit schräg auseinanderlaufenden Wänden an der mit den Gasaustrittsöffnungen versehenen Brennerseite ist weiterhin bekannt (französische Patentschrift 14 38 394), daß diese Wände Teil eines geschlossenen Raumes bilden, in welchen durch einen Ventilator von außen Luft zugeführt wird. Diese Luft dient zur vollständigen Verbrennung des bei niedriger Last in geringem Umfange mit Luft angereicherten Verbrennungsgases. Diese bekannte Brennerausführung ist durch die Verwendung eines Ventilators und der für die Zuführung der Luft in den geschlossenen Raum benötigten Rohrleitungen in ihrem Aufbau äußerst kompliziert und aufwendig. Sie wird somit dem Wunsche nach einer einfachen und billigen Ausführung sowie Montage eines Gasbrenners nicht gerecht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, einen Gasbrenner der eingangs genannten Art zu schaffen und dabei trotz einfachen Aufbaus mit Sicherheit ein Auslöschen der Flammen durch das zu erwärmende Gas zu vermeiden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist der Gasbrenner erfindungsgemäß so ausgeführt, daß die Längswände einen die Zuführung für das Gemisch symmetrisch umgebenden Mantel bilden, der in seinem flammenabgewandten Teil mindestens eine Einlaßöffnung für zu erwärmendes Gas aufweist.

Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß durch den mit der Einlaßöffnung versehenen Mantel die Ausbildung eines Unterdruckes durch den vorbeistreichenden Luft- oder Gasstrom in der Nähe der Haupt- oder Hilfsflammenkanäle wirksam vermieden wird. Die Flammen und dabei insbesondere auch die Hilfsflammen brennen somit völlig ungestört von dem vorbeigeführten, zu erhitzenden Gas. Mit dem erfindungsgemäßen Gasbrenner lassen sich Hochleistungsflammen erzeugen, die tief in den am Brenner vorbeistreichenden Gasstrom hineinreichen und eine ausgedehnte hoch erhitzte Zone aufrechterhalten, in welcher das zu erwärmende Gas selbst bei größten Strömungsgeschwindigkeiten in sehr intensiver Wärmeaustauschbeziehung nicht nur mit der Flamme selbst, sondern auch mit den Verbrennungsprodukten steht. Die Erfindung hat weiterhin den Vorteil einer einfachen baulichen Ausführung mit geringen Herstellungs- und Montagekosten, insbesondere weil der Mantel in einfacher Weise aus gleichen, zusammenpassenden Blechabschnitten durch schnelles und einfaches Zusam-

menbauen hergestellt werden kann.

Vorzugsweise endet der Mantel längsseitig mit in Flammenrichtung schräg aufeinander zu laufenden Wandteilen, die dann eine Öffnung im Mantel für das Austreten der Hauptflammen freigeben. An den Wandteilen des Mantels sind weiterhin vorzugsweise Leitflächen zum Richten des zu erwärmenden Gases in Richtung auf die Haupt- und Hilfsflammenkanäle vorgesehen. Durch diese Leitflächen wird die Wirkung des Mantels, nämlich die Vermeidung eines flammenauslöschenden Unterdruckes an den kritischen Flammenstellen, also vor allem an dem Flammengrund, zusätzlich unterstützt.

Bei einer Ausführungsform des Gasbrenners weist der Mantel in seinem gesamten Bereich einen Abstand von der rohrförmigen Zuführung auf, so daß zwischen dieser Zuführung und der Mantelinnenfläche eine die Zuführung umgebende Kammer entsteht, wobei dann die Einlaßöffnung für das zu erwärmende Gas vorzugsweise ein Längsschlitz ist, welcher dadurch gebildet wird, daß der Mantel längsseitig aus zwei Wandabschnitten besteht, die an der flammenabgewandten Seite des Mantels über Abstandsstücke miteinander verbunden sind. Diese Ausführungsform hat zusätzlich noch den Vorteil, daß das durch die Einlaßöffnung eingedrungene zu erwärmende Gas einen maximalen Kühleffekt auf den Brenner bzw. die Zuführung für das Brenngas-Luft-Gemisch ausübt.

Bei einer weiteren Ausführungsform weist der Mantel zwei sich auf der flammenabgewandten Seite gegen die rohrförmige Zuführung abstützende Umfangswände auf, wobei dann zwei getrennte Kammern an der rohrförmigen Zuführung gebildet sind und in der Umfangswand jeder Kammer vorzugsweise als Längsschlitze ausgebildete Einlaßöffnungen angeordnet sind.

Der Mantel besteht weiterhin vorzugsweise bei tropfenartigem Querschnitt aus einem zylindrischen Teil und tangential daran anschließenden ebenen Wandteilen, wobei das spitze Ende dieses Tropfenquerschnittes in Flammenrichtung gerichtet ist. Durch diese Querschnittsausbildung des Mantels wird eine minimale Wirbelbildung in dem zu erhitzenden Gasstrom sichergestellt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren der Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Gasbrenner in Seitenansicht;

F i g. 2 einen Querschnitt durch den Brenner der F i g. 1 entlang der Linie 2-2;

Fig.3 einen Querschnitt durch eine abgeänderte Ausführungsform des Brenners.

Ein Gasbrenner 10 nach den F i g. 1 und 2 dient zum Erhitzen eines Stromes aus Luft oder einem anderen nicht brennbaren gasförmigen Stoff, wobei im folgenden der Kürze wegen nur von Luft gesprochen werden soll. Der Brenner 10 ist zu diesem Zweck innerhalb einer Führung 12 angeordnet, in welcher ein Luftstrom in Richtung der Pfeile 14 am Brenner vorbei und zum Zwecke der Erhitzung durch die Brennerflammen fließt.

Der Brenner 10 besitzt eine rohrförmige Zuführung 16 mit einer inneren Gasverteilungskammer 18 und Haupt- und Hilfsflammenatistrittskanälen 20 und 22, welche sich im wesentlichen über die gesamte Länge der Zuführung erstrecken. Die Kanäle 22 stehen mit der Kammer 18 über im Abstand angeordnete Leitungen 26 mit geringem Querschnitt in Verbindung (F i g. 2). In den Kanälen 20 und 22, die in der Flammenfläche 24 der rohrförmigen Zuführung 16 vorgesehen sind, sind Streifenanordnungen 28 und 30 vorgesehen, welche einzelne Haupt- und Hilfsflammenöffnungen 32 und 34 begrenzen. Die Kammer 18 wird durch eine Leitung 36 mit einem brennbaren Luft-Gas-Gemisch versorgt, welches die Haupt- oder Arbeitsflammen F und die Hilfsflammen ρ speist. Die Kammer 18, welche teilzylindrisch um die Brennerachse χ ist, ist an den beiden Enden durch Abdeckungen 38 abgedeckt, welche bei 40 an Endflanschen 42 des Gehäuses angeordnet sind. Die rohrförmige Zuführung 16 ist im vorliegenden Fall zu einer Ebene P symmetrisch, in welcher die Brennerachse χ liegt und welche die Flammenfläche 24 in ihrer Mitte schneidet (F i g. 2). Im die Hilfsflammen ρ und die Grundfläche b der Hauptflamme F gegenüber dem durch die vorbeistreichende Luft erzeugten Unterdruck abzuschirmen, ist um die rohrförmige Zuführung 16 ein Mantel 52 vorgesehen. Der Mantel 52 besteht aus zwei einander gegenüberliegenden Endwänden 54 und einer Umfangswand 56. Die Umfangswand 56 besteht aus einem zylindrischen Teil 58 und einer tangentialen Verlängerung durch ebene Teile 60, von welchen der zylindrische Wandteil 58 auf den Endflanschen 42 der rohrförmigen Zuführung 16 bei 62 ruht und befestigt ist, während die ebenen Wandteile 60 gegeneinander zu laufen und mit den Endwänden 54 eine Öffnung 64 in der durch den Mantel 52 gebildeten Kammer 50 begrenzen. Diese Öffnung 64 liegt in Linie mit den Flammenöffnungen 32 und 34 und in einem ausreichenden Abstand von der Flammenfläche 24. Die Endwände 54 des Mantels 52 sind in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel Teile von Platten 66, welche von der Umfangswand 56 getrennt und zwischen den Endflanschen 42 und den Abdeckungen 38 festgeklemmt sind. Die Endwände 54 sind im vorliegenden Fall weiterhin bei 68 an den Außenflanschen 70 an den gegenüberliegenden Enden der Umfangswand 56 befestigt.

Der Teil der Kammer 50 zwischen der Flammenfläche 24 und der Öffnung 64 hat die Form eines Kanals 72, welcher zu dem restlichen Teil 74 der Kammer 50 an beiden Seiten 76 und 78 der Flammenfläche 24 (Fi g. 2) offen ist. Die Tiefe des Kanals 72 ist ausreichend, um die kritischen Flammenbereiche des Brenners direkt gegen die vorbeistreichende, zu erhitzende Luft abzuschirmen; die Tiefe des Kanals 72 ist außerdem vorzugsweise gleich der mehrfachen Höhe der Hilfsflammen p, so daß in den meisten Arbeitsstellungen die gesamten Hauptflammen Fhinter ihrer Grundfläche b über die Öffnung 64 der Kammer 50 direkt in den vorbeistreichenden zu erhitzenden Luftstrom hineinragen.

Der Mantel 52 ist in seinem flammenabgewandten Teil mit einer Einlaßöffnung 80 versehen, welche sich über die Längsausdehnung der Kammer 50 erstreckt und durch welchen Luft aus dem vorbeistreichenden Luftstrom in die Kammer 50 eingeleitet wird. Die Kammer 50 dient dabei als Expansionskammer, in welcher die zugeführte Luft einer erheblichen Reduktion in Druck und Geschwindigkeit unterliegt und jede Turbulenz der Luft, die sich unmittelbar an der Einlaßöffnung 80 entwickeln mag, weitgehendst vernichtet wird, wenn sich diese Luft dem Kanal 72 nähert. Tatsächlich ist der durch den Kanal 72 zugelassene Luftstrom durch die konvergierenden ebenen Wandteile 60 so weich und geschmeidig, daß es sich als vorteilhaft herausgestellt hat, diesen Luftstrom noch näher an die Hilfsflammen ρ und die Grundfläche b der Hauptflammen Fheranzuführen. Für diesen Zweck sind an den Wandteilen 60 Leitflächen 82 vorgesehen.

welche sich über die Länge des Kanals 72 erstrecken und die innerhalb des Mantels 52 bzw. des Kanals 50 befindliche Luft über die Flammenfläche 24 ablenken. Die Leitflächen 82 sind durch Schrauben 84 an den Wandteilen 60 befestigt. Durch Schrauben 84 sind auch Abstandshalter 86 gehalten. ^

Die Umfangswand 56 des Mantels 52 besteht bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus zwei sich ergänzenden Abschnitten 88 und 90, welche mit Längsflanschen 92 versehen sind, die zur Bildung der Einlaßöffnung 80 für den Eintritt von Luft im Abstand angeordnet sind. Zu diesem Zweck sind zwischen den Flanschen 92 Abstandsstücke 94 angeordnet, welche durch Schraubbolzen % befestigt sind und außerdem die Abschnitte 88 und 90 miteinander verbinden. Vorzugsweise ist die Umfangswand 56 mit den ebenen Wandteilen 60 so angeordnet, daß die Kammer 50 im Querschnitt ebenfalls symmetrisch zu der Ebene Pder rohrförmigen Zuführung 16 ist, wodurch der Luftstrom zu dem Kanal 72 gleichmäßig auf den beiden Seiten 76 and 78 der Flammenfläche 24 geteilt wird. Der Mantel 52 hat einen tropfenartigen Querschnitt (Fig.2), welcher einen verhältnismäßig kleinen Widerstand dem zu erhitzenden Luftstrom entgegensetzt, wobei die strömende Luft an der Öffnung 64 in weitem Umfange in einen weich und gleichmäßig fließenden Strom umgeformt ist, welcher nicht die Stabilität der Hauptflammen F bei jedem, auch dem größten Antrieb, und damit auch nicht das Ausströmen aus der Öffnung 64 nachteilig beeinflußt und in innigem Hitzeaustausch mit den Hauptflammen F sowie mit den Verbrennungsprodukten in der hochintensiven Heizungszone steht.

Der in F i g. 3 gezeigte Gasbrenner 10a unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß den F i g. 1 und 2 dadurch, daß er eine Kammer 50a besitzt, welche von kleineren Ausmaßen und Volumen ist und nur einen Teil der rohrförmigen Zuführung 16a umgibt. Bei dieser Ausführungsform ist der Mantel 52a ähnlich wie der

ίο Mantel 52 ausgebildet, allerdings mit der Ausnahme, daß sich der zylindrische Teil 58a, der Umfangswand 56a zwischen den Endflanschen 42a der rohrförmigen Zuführung 16a erstreckt und sich gegen die rohrförmige Zuführung 16a auf der der Flammenfläche 24a abgewandten Seite abstützt, so daß der Teil 74a der Kammer 50a in nicht miteinander in Verbindung stehende Kammern (Abschnitte) 100 und 102 unterteilt ist. Beide Abschnitte 100 und 102 stehen jedoch mit dem Kanalteil 72a auf den beiden Seiten der Flammenfläche 24 in Verbindung. Der zylindrische Teil 58a der Umfangswand 56a ist an beiden Enden mit Schenkeln 104 versehen, durch welche er an den Endflanschen 42a befestigt ist. Luft von dem zu erhitzenden, vorbeistreichenden Luftstrom wird den Abschnitten 100 und 102 durch Einlaßöffnungen 106 in der Umfangswand 56a zugeleitet. An den Öffnungen 106 sind dabei vorzugsweise vorstehende Leitbleche 108 vorgesehen, welche Luft von dem vorbeistreichenden Luftstrom in die Öffnungen 106 und damit in die Kammer 50a führen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Gasbrenner zum direkten Erwärmen eines nicht brennbaren Gases mit einer rohrförmigen Zuführung für ein Brenngas-Luft-Gemisch, von der in Reihe angeordnete Haupt- und Hilfsflammenkanäle ausgehen, die in einen durch stirnseitige End- sowie Längswände begrenzten, in Flammenrichtung offenen Raum münden, dadurch gekennzeichnet, daß die Längswände einen die Zuführung (16) für das Gemisch symmetrisch umgebenden Mantel (52,52a) bilden, der in seinem flammenabgewandten Teil mindestens eine Einlaßöffnung (80, 106) für zu erwärmendes Gas aufweist.

2. Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (52, 52a) längsseitig mit in Flammenrichtung schräg aufeinander zulaufenden Wandteilen (60) endet.

3. Gasbrenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Wandteilen (60) des Mantels (52, 52a) Leitflächen (82) zum Richten von zu erwärmendem Gas in Richtung auf die Haupt- und Hilfsflammenkanäle (20,22) vorgesehen sind.

4. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (52) von der rohrförmigen Zuführung (16) zur Bildung einer diese umgebenden Kammer (50) einen Abstand hat.

5. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (80) für zu erwärmendes Gas ein Längsschlitz ist, welcher dadurch gebildet ist, daß der Mantel (52) längsseitig aus zwei Abschnitten (80, 90) besteht, die an der flammenabgewandten Seite des Mantels (52) über Abstandsstücke (94) miteinander verbunden sind.

6. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (52a) zwei sich auf der flammenabgewandten Seite gegen die rohrförmige Zuführung (16a) abstützende Umfangswände (56a) aufweist, so daß zwei Kammern (100, 102) an der rohrförmigen Zuführung (16a) gebildet sind, und daß in der Umfangswand (56a) jeder Kammer (100, 102) vorzugsweise als Längsschlitze ausgebildete Einlaßöffnungen (106) vorgesehen sind.

7. Gasbrenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (52) bei tropfenartigem Querschnitt aus einem zylindrischen Teil (58) und tangential daran anschließenden ebenen Wandteilen (60) besteht.