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Gebläseloser Vormisch-Gasbrenner mit Halteflammen.
Die Erfindung
betrifft einen gebläselosen Vormisch-Gasbrenner mit Halteflammen für Allgasbetriebt
der als Einzelbrenner oder in Gruppen oder zu einem Flammenrost vereinigt für die
verschiedensten Beheizungszwecke auf dem Privat- und Industriesektor, insbesondere
bei Ileizkesseln eingesetzt werden kann.
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Derartige Brenner arbeiten mit hohem Frimärluftanteil und erfordern
große Austrittsgeschwindigkeit, damit für die Durchmischung mit der Sekundärluft
eine möglichst intensive Mischenergie besteht und kurze stramme Flammen resultieren.
Andererseits erhöht aber die große Austrittsgeschwindigkeit die Gefahr des sogenannten
Abhebens der Flammen vom Brennermund. Um das Abheben zu verhindern, werden sogenannte
Halteflammen an der Flammenwurzel angeordnet, die mit vermindertem Gasdruck aus
separaten Gaskammern gespeist werden und deshalb eine soweit herabgesetzte Austrittsgeschwindigkeit
aufweisen, daß sie, ohne jedoch zurückzuschlagen, am Abheben verhindert werden.
Eine derartige gegenseitige Abstimmung von Austritts- und Zündgeschwindigkeit wird
durch die infolge des Abkühlungseffekts an der Oberfläche der engen Kanäle ohnehin
geringere Rückschlagneigung der Halteflammen noch wesentlich erleichtert. Die aus
obigen Gründen sehr stabilen Halteflammen erfüllen bekanntlich ihren Zweck, indem
sie die Zündgeschwindigkeit der Hauptflammen am Brennermund durch Tempeiraturoteigerung
fortlaufend ei:#:
höhen und somit die Zündung an dieser Stelle unterhalten
bzw. die Hauptflammenfront stabilisieren.
| Es ist bekannt und gebräuchlich, dasX Brenngas.0 für die |
Halteflammen dem Hauptgaagemisch-Strom im Brennerrohr zu entnehmen und die Druckminderung
dadurch zu erwirken, daß dem Gasraum für die Halteflammen das Gas durch eine Anzahl
sehr kleiner Bohrungen zugeführt wird, während die Ausflußbohrungen neben dem Brennermund
einen bedeutend größeren Gesamtquerschnitt erhalten.
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Die vielen ßohrungen, besonders die winzigen Zuflußbohrungen, bedeuten
jedoch herstellungsmäßig eine sehr erhebliche Erschwerung und Verteuerung, deren
Umfang noch dadurch zunimmt, daß zur Bildung der verschiedenen Gaskammern zu viele
Einzeltel.-.-e bzw. Profile gasdicht miteinander verbunden werden müssen. Ein weiterer
Nachteil der bekannten Brenner dieser Art besteht hinsichtlich des mangelhaften
Überzündens der einzelnen voneinander getrennten Haupt- und Halteflammen, dessen
Auswirkungen bestenfalls auf einen an sich ungefährlichen, aber die Rückschlageicherheit
des Brenners beim Anzünden fühlbar einschränkenden Druckstoß im Feuerraum beschränkt
bleiben. Schließlich wäre es für nicht wenige Anwendungszwecke, wie z.ß. Verauchobrenner,
Iaborbrenner, Industriebrenner, Umstellung auf andere Gasarten ete., vorteilhaft,
wenn die Halteflammen sowohl bezüglich der Gasmenge als auch des Gaadrucks
bzw. der Austrittageschwindigkeit jederzeit regulierbar wären, analog där vielfach
üblichen umbaufreien Einetellungamöglichkeiten der Hauptflammen, z.B. Luftschieber
am Injektoreinlaufg längsverschiebliche
Gasdüsen, regulierbarer
Düsenauerschnitt oder dergleichen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das an sich bekannte Prinzip
der Halteflammen mit einfacheren Fertigungsmitteln und geringerem Zeitaufwand zu
verwirklichen, als es die bisher bekannten Konstruktionen erlauben, und somit die
üblichen Fabrikationsweisen durch rationellere und daher kostensparende Methoden
abzulösen, oder trotz geringem maschinellen Aufwand noch eine konkurrenzfähige Herstellung
zu ermöglichen, um auch geringen Stückzahlen gerecht werden zu können. Ferner sollte
das Überzünden der Hauptfalammen und Halteflammen verbessert sowie eine einfache
Regulierungsmöglichkeit für die Halteflammen gefunden werden.
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Die Erfindungsaufgabe verlangte also zuerst eine konstruktive, der
angestrebten Fertigungsweise angepaßte Lösung. Sodann wurde eine spezielle, auf
beschränkte Mengen ausgerichtete Ausführung und deren Herstellung ausgearbeitet.
#Uie konstruktiven Vorbedingungen sind erfindungsgemäß dadurch gefunden'worden,
daß das Brennerrohr aus zwei U-förmigen Profilen 1 und 2 (Abb.
1) besteht, von denen das äußere 2 über das als Brennermund ausgebildete
innere U-Profil 1 Lesteckt ist mit beiderseitigem Spaltabstand
3 bzw. 3'von den Schenkeln des letzteren 1 für die Gasführung zu den
beidseitig längs des Brennermundes ohne Unterbrechungen verlaufenden Halteflammen
4 bzw. 4', wobei durch gegenseitige Verschiebung der U-Profile in Richtung der 2rofilschenkel
oder in Längorichtunp,- des Brennerrohres
der Gasdurchfluß zu den
seitlichen Spalträumen an den Kanten oder Flanken der Profilschenkel einstellbar
ist und nach Bedarf beliebig gedrosselt werden kann, und daß Mittel vorgesehen sind,
um die beiden U-Profile unter Einhaltung und Sicherung des Spaltabstandes in der
empirisch zu ermittelnden Stellung unverrückbar miteinander zu verbinden oder die
Einstellung jederzeit regulierbar zu gestalten.
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Um die beiden U-Profile in ihrem Breitenabstand zu zentrieren und
eine unverrückbare Verbindung derselben zu erzielen, sind nach einer speziellen
Ausgestaltung der Erfindung die äußeren oder inneren Profilschenkel mit einir Anzahl
von Erhöhungen 5,5'(Abb. 2) bzw. 6,6'(Abb. 3) versehen unter Delassung ausreichender
Zwischenräume (siehe Abb. 2a und 3a) zwecks Bildung der Gaskammern für die Halteflammen,
so daß die Profilschenkel an diesen, den Spaltabstand bestimmenden Erhöhungen
5,5' bzw. 6,6' ohne Spiel bzw. Spalt aufeinander anliegen, und an
diesen erhabenen Stellen durch an sich bekannte Mittel, die unverrückbare Verbindung
der beiden U-Profile hergestellt wird oder, bei jederzeitiger Regulierbarkeit der
Einstellungg nötigenfalls d.h. wenn infolge geringer.Marerialstärke die seitliehe
Steifigkeit der U-Profile ungenügend ist, durch an sich bekannte Führungen die Sicherung
des Spaltabstandee bewirkt werden kann. Dabei sind diese Erhöhungen 5,5", beispielsweise
in den Schenkeln des äußeren U-Profils, derart ausgebildet,-w,orden-(siehg Abb,
17,17a und 17b), daß sieaußer der.Abetands- und Führungs- bzw. Verbindungefunktion.
zu,gleich-"4 #e,,Bintrittaöffnungen 7,7"für,die Halte
flammen bilden
und die einstellbare Drosselung des Gaszuflusses zu den Halteflammen übernehmen,
indem sie zwischen sich dreieckähnliche bis dreieckförmige Gaskammern bzw. Spalttaschen
8,8'bilden, welche sich zum Brennermund hin erweitern und dort zu einem ununterbrochenen
, verengten, beidseitig längs der Hauptflamme entlang geführten Spalt (ver,gl. Abb.
21 und 22, Position 9 und 9t) zusammenfließen als Austrittsöffnung
für je eine ununterbrochene Halteflammen-leiste zu beiden Seiten des Brennermundes,
und welche mit ihren gegenüberliegenden Spitzen in schmale Sicken 797'(Abb.
17 bis 20) auslaufen und statt der bisher üblichen Bohrungen über diese Sicken
und deren schieberartige Abdeckung durch die Kanten der Innenprofil-Schenkel
je nach der gegenseitigen Einstellung der Profile mehr oder weni-' ger Gaszu:#luß
aus dem Brennerrohr beziehen. Damit der Gasstrom aus den Sicken möglichst gleichmäßig
auf die durchgehenden Ausflußspalte am Brennermund verteilt wird, sind innerhalb
der Spalttaschen bzw. Gaskammern vor dem Gaszulauf über den Sicken ebenfalls Erhöhungen
10,10'(Abb. 20 und 20a) angeordnet, die außerdem zur weiteren Befestigung der U-Profile
benutzt werden können.
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Das oben gekennzeichnete Ausführungsbeispiel der Erfindung ist als
Blechausführung unter Verwendung eines temperatur-und korrosionabeständigen, etwa
0,4 bis 0,5 mm starken Chromnickelstahlbleche in den Zeichnungen
Ab. 23 bis 26
dargestellt. Abb. 23 zeigt eine Seitenansicht,
Abb. 24 und 25 die in Abb. 23 aufgezeigten Querschnitte bzw. AB und
OD und Abb. 26 einen Längsschnitt in der Symmetrieebene der Abb.
23. Das Brenngan tritt aus der Gaadüne 11 über die
Fangdüse
unter Ansaugung der Frimärluft in das hlischrohr 12 des Injektors, dem der Diffusor
13 nachgeschaltet ist zwecks möglichst ausgiebiger Geschwindigkeitsumsetzung
in Brennerrohrdruck. Das Brennerrohr wird von den beiden U-Profilen 1 und
2 und den beispielsweise eingelöteten Deckeln 14 und Wgebildet. Die Ausflußöffnungen
für die Hauptflammen 15 haben im Beispiel der Zeichnungen die bewährte Schlitzform
und sind im Steg des inneren U-Profils angeordnet, der somit als Brennermund dient.
Der Injektor 12 mit Diffusor 13 kann außen am Deckel 14'f angeordnet werden
oder mehr oder weniger tief in das Brennerrohr hineinragen, wie in Abb.
26 angedeutet. Die Schenkel des äußeren U-Profils 2 weisen dreieckförmige
Erhöhungen 5
und 5' und dazwischen die in diesem Falle für eine gleich-;iäßige
Gasverteilung wichtigen runden Erhöhungen 10 und 101
auf. Zwischen
sich lassen 5 und 51 dreieckförmige Gaskammern resp. Spalttaschen
8 und 81 frei, die unten In die schmalen Sicken 7 und
71 auslaufen und oben unter der Abkantung 9 bzw. 91 einen zusammenhängenden
ununterbrochenen Längsspalt bilden. Die Sicken 7 und 7' werden durch
die Schenkel des Innenprofilo 1, die den Erhöhungen 5.51, 10
und
101 bündig anliegen, entsprechend der gegenseitigen. empirisch ermittelten
Lage der U-Profile abgedeckt, so daß nur je eine kleine Gas-Zulauföffnung vom Brennerrohr
zu den Dreieck-Spaltkammern offen bleibt. Der Längespalt an der Abkantung
9 bzw. 91 dient als zusammenhängender Gas-Ausflußspalt für die Halteflammen
49 48 zu beiden Seiten der Hauptflammen 15.
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In den Abb. 19 und 19a Ist.eine Abwandlung des vorigen Ausführungebeispiele
dargestellt$ die sich dadurch von
jenem unterscheidet, daß die Einstellung
des Zulaufquerschnditts an den Sicken 7"71 nicht durch eine ProfilverschiebunC---
senkrecht zum Brennerrohr, sondern in waagerechter RichtuhE, längs zum Brennerrohr
erfolgt. Dazu sind Einschnitte bzw. Kerben 16, 161 in die Schenkel des Innenprofils
gestanzt, die bei Längsverschiebung in der aus Abb. 19 ersichtlichen Weise
mehr oder weniger Gas-Zulaufauerschnitte an den Sicken 7,71 frei geben.
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Eine längsverschiebung ändert verständlicherweise bei Anwendung der
Abkantungen, 9,91, Abb. 21 und 22, nicht den Ausflußquerschnitt der Halteflammen.
Deshalb hat die Abkantung 9,91 hierbei nur die -Bedeutung, den Ausflußquerschnitt
festzulegen und die Halteflammen zu den Hauptflammen hinzulenken bzw. sie möglichst
nahe an die -L-lauptflammenwurzel'heranzuführen.
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Bei senkrechter Profilverschiebung erfüllen die Abkantungen
9,91 noch eine weitere wichtige Aufgabe: Grundsätzlich können nämlich bei
senkrechten Verschiebungen die Zulauf- und Ausflußquerschnitte gleichsinnig oder
gegenläufig variiert werden,
je nachdem die Kanten der Innenprofilochenkel
von unten oder von oben her schließen. Die
| Abb. 6 und 6a; 109-,0( 18; lga und
19b; und 22 veranschau- |
lichen Beispiele der ersten Art, die Abb.
1; 2 und 2a;
3
und 3a; 4
und 4a;
9; 12, 12a und
12b; 17, 17a und
17b;
20 und 20a; 21;
und
23 bis
26 veranschaulichen Beispiele der zweiten Art. Bei jenen
bleibt das Verhältnis der Zulauf- zur Ausflußgasmenge erhalten bzw. ändert sich
nur wenig, bei diesen vergrößert es nich mit abnehmender Zulaufmenge.
Bei
dieser Regulierungsart muß als.o die Verstellung schärfer reagieren als bei-jener,und
sich außer auf die Henge zugleich auf den Druck auswirken. Welche Regulierungsart
zu wählen ist, wird davon abhängen, ob man nur die Größe der Halteflammen oder auch
ihre Abhebe-bzw. Rückschlagneigung verändern will. Diese Frage hat insbesondere
ihre Bedeutung bei Ausführungen mit kontinuierlicher Regulierungsmöglichkeit. In
derartig gelagerten 8pezialfällen kann es ferner von Wichtigkt-it sein, wenn nach
den Beispielen der Abb. 14; 14a oder
13; 13a und
13b oder 12; 12a
und
12b uder
8 und 8a, beide Arten
| in ein und demselben Brenner kombiniert werden, ßz-49ß |
| _b»4mr, so daß beim Zusammenschieben der Profile zuerst |
eine Vergrößerung der Halteflammen ohne Druckänderung und danach eine mit Druckabfall
verbundene Verkleinerung erfolgt.
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Speziell auf Gußausführungen ausgerichtete Beispiele zeigen die Abb.
13, 13a und 13b sowie insbesondere 16 und 16a.
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Aus der Gesamtheit der Abbildungen, die die drei grundsätzlichen Probleme
der Aufgabe
1. Aufbau des brenners aus zwei ineinandergeschobenen U-Profilen,
2. deren Verbindung bzw. Führung unter Berücksichtigung einer ununterbrochenen "Halteflammenleiste"
- und
3. den Ersatz der üblichen Zuflußbohrungen durch schieberartige
Abdeckungen von Durchflußkanälen, verbunden mit Einstellungs- bzw. Regulierungsmöglichkeiten
für die Halteflammen
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| und ihre lösungen und Lösuns-,sabwandlungen weitgehend |
| LD |
| ohne#kombinationen in möglichst reiner Form aufzeibeng |
er,--ibt sich ohne weiteres die Vielzahl der Kombinationsmöglichkeiten, deren erschöpfende
Darlegung deshalb unterbleiben kann. Je nach der gewünschten -erstellungsart und
den speziellen Erfordernissen des Verwendungszwecks bietet die Erfindung stets eine
geei,;»nete Zusammenstellung ihrer grundlegenden Prinzipien.
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Die mit dor ,-rfindunir, erzielten Vorteile bestehen ins-C) besondere
darin, daß sie wesentliche Vereinfachungen bei der Pertigung der Brenner und deshalb
eine erhebtD liche Senkung der Herstellungskosten ermöglicht,
| de£- |
| indem exclusiveylnjektors und der Abschlußteile an den |
Brennerenden statt wenigstens drei oder mehr Bauteilen nur deren zwei zusammengefügt
und verbunden zu werden brauchen, indem schwer herstellbare wegen zu kleiner Durchmesser
im Verhältnis zur erforderlichen Blechstärke zum Stanzen ungeeignete Bohrungen gänzlich
fortfallen und durch leicht auszuführende Prägungen oder Stanzarbeiten (bei Blechausführungen)
bzw. durch fertig geformte, höchstens an einigen Arbeitsleisten nachzufräsende Ausnehmungen
(bei Gußausführungen) ersetzt werden, und Indem gasdichte Verbindungen auf die EndstUcke
des Drennerrohres beschränkt worden sind.
Daneben haben>sich als
weitere Vorteile ergeben:
1. Die ununterbrocheneng nahe an die Flammenwurzel
herangeführten 1111alteflammenleisten11 zu beiden Seiten des Brennermundes, die
ein nahezu momentanes Z-berzünden ohne jegliche Druckwelle im Feuerraum garantieren
und erhöhte Austrittsgeschwindigkeit der Ilauptflammen und damit ein verbessertes
Flammenbild und größere Leistung bei gleichen Bauiuaßen erlauben, 2. Vereinfachte
versuchsmäßige 2rmittlung der optimalen Einstellung der halteflammen, indem statt
an einer großen Anzahl von Versuchsbrennern mit unterschiedlichen Ziulauf- und Austrittsbohrungen
an einem einzi,#",en Versuchsbrenner durch einfache 2rofilverschiebunGen diese Feststellung
erfolgen kann.
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3. Ohne besonderen mehraufwand leicht herstellbare ilegtilierun,--smöglichkeiten
für variabele Halteflammeneinstellung, indem dieselben organisch mit der Brennerkonstruktion
verbunden sind und sich daher fast von selbst anbieten.
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4. Verbesserte Wärmeübertragung zwischen den hauptsächlichen'Bauteilen,
insbesondere durch große Derührungsflächen, z.B. -emäß Abb. 23, und dadurch
bedingte Herabsetzung von Wärmespannungen und VerLieidung von VerwerfutVen und Verziehen
im 4Betriebszustand.
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5. ßei fester Verbindung der Profile auf einfachste deise erzielbare
sehr groBe Steifheit des Brennerkörpersq insbesondere bei Blechauoführungeng indem
z.B. durch Punktschweißung, die weit übereinander greifenäen U-Profilschenkel in
den beschriebenen eingeprägten Erhöhungen
| an vielen weit auseinandergezojenen und bis |
| dicht an den Brennermund reichenden Schweißpunkten ver- |
| bunden werden können, so daß sich etwaige restliche 'Järme- |
| spannu-cL#:,eii nicht weiter auswirken. |
| b . Lnschließend wird anhand des oben ausführlich
beschriebe- |
| nen Ausführungsbeispiels gemäß Abb. 23 bis
.26 ein beispiel- |
| weises Fertigungsverfahren kurz erläutert, das die mit der |
| -'rfindunC, erzielbaren Vorteile hinsichtlich der 7abrikations- |
| mii,--,-liclikeiten deutlich werden läßt: |
| 1. U-Profil 1 (Brennermund) |
| I,e) Zuschnitt der Abwicklung inel. der Jehlitze für die |
| -_j |
| "auptbrennerflammen 15, gestanzt. |
| 1 b ) U-2rofilierun-, L der Zuschnitte, in Vorrichtung |
| gepreßt. |
| Oder (bei kleinerer jerie): |
| 1-2) 2juschnitt der Abwickluni-, geschnitteij |
| (,-,erauer Zuschnitt 1) |
| IL) -'4'lammenscillitze in Zuschnitte stanzen |
| 1-2) U-Profilierung der -,-estanzten Zuschnitte, |
| in# Vorrichtung gepreßt. |
| 2. U-Profil 2 (.brennerrohrL |
| 2##) Zuschnitt der Abwicklung, gestanzt oder (bei |
| kleinerer Serie) geschnitten. |
| s |
| 2.h) Profilierung der späteren b-Schenkel, im GqYank |
| gepreßt (Erhöhungen 5;5' und 10;101 bzw. Spalt- |
| taseiien 8;8t mit Sicken 7;71 und Abkantung
9;91) |
| 2-2) U-Ilrofil iii Vorrichtung, #-,-el)reßt. |
3. Deckel
14 und 141 mit Lötrand, gepreßt bzw. gestanzt
4.
Fertige U-Profile, auf maßgerechte Kupferschiene-geschoben und in Richtung
der Profilschenkel eingespannt, werden auf beiden Seiten zugleich gepunktet.
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(Bei größeren Serien können in einer speziellen Vorrichtung sämtliche
Schweißpunkte zugleich ausgeführt werden) 5. Deckel 14 und 141! zusammen
mit dem in einem Stück vorgefertigten Injektor 12 und Diffusor 13 (aufgedorntes
nahtloses Rohr 1) auf einer der Menge angepaßten Vorrichtung hart löten.
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(Jeder der angeführten Arbeitsgänge erstreckt sich auf die gesamte
Stückzahl deraufgelegten Serie)