DE1809802A1 - Brenner zur Direktbeheizung - Google Patents

Description

Brenner zur Direktbeheizung

Bei Wärmebehandlungen ist es oft wünschenswert, die aus einem Brenner austretende Flamme gleichmäßig zu zerstreuen, damit sich die Hitze auf eine große Oberfläche ausbreiten kann· Hierbei ist es möglich, eine große Wärmemenge abzugeben, ohne daß ein allzu großer Betrag der Wärme in einem einzelnen Bereich konzentriert wird. Eine gleiohmäßige Verteilung trägt auch dazu bei, daß hohe Temperaturen, die für gewisse Schäden verantwortlich sind, vermieden werden. Beispielsweise ist eine auseinandergehende Flamme bei der Wärmebehandlung von metallischen Bändern in Spulen-Glühöfen wünschenswert. Ein Verfahren, mit dem die Wärme bisher auf eine große Pläohe gebracht werden sollte, bestand darin, die Brenner duroh die Wände des Ofens auf strahlende Elemente brennen zu lassen, die über die ganze Länge des Ofens angeordnet waren· Dieses Verfahren bietet jedoch nicht die Möglichkeit einer genügend anpassungsfähigen Steuerung bzw. Veränderung der Heizart längs des Ofens. Die strahlenden Elemente sind gleichermaßen teuer und müssen periodisoh ausgetauscht werden, da sie duroh Verbrennungen sohadhaft werden. Dies erfordert beträchtliche Wartungen und Stillstandszeiten des Ofens. Bs wäre daher vorteilhaft, eine kleine Anzahl τοη Brennern vorzuiehen, die über einen großen Bereioh eine relativ gleiohmäßige Erwärmung hervorrufen.

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Eine Aufgabe dar Erfindung besteht somit darin, einen Brenner zu schaffen, dessen Flamme auf eine große Breite auseinandergeht. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist, einen Ofen mit einem Brenner vorzusehen, wobei wirbelnde G-aaströme dafür sorgen, daß sich die vom Brenner ausgehende !Flamme auf eine grosse Fläohe des Ofens ausbreitet.

Gemäß einem anderen Ziel der Erfindung soll eine als strahlende Heizung dienende Vorrichtung geschaffen werden, die in Verbindung mit einem Brenner arbeitet. Außerdem soll der Brenner ohne ein Steuergerät zur Vormischung auskommen und bei einem geringeren luftdruckabfall eine gespreizte Flamme erzeugen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung mögen aus einem Ausführungsbeispiel ersichtlioh sein, welches nachstehend anhand der Zeichnungen beschrieben wird,·

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Brenner in einer Schnittansichtj

Fig. 2 zeigt den Brenner in einer anderen Sehnittansicht der Linie 2-2 der Fig. 1.

Der Brenner, der in den Figuren in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichnet ist, ist mit einem Seil der Ofenwand 12 dargestellt, die mit einer öffnung 14· versehen ist. Innerhalb dieser öffnung 14 befindet sich ein Mantel 16 aus feuerfestem Material, der eine zylindrische Verbrennungskammer 17 umschließt. Die innere Fläche des feuerfesten Mantels 16 ist an dem Ende 18, welohes an der Innenseite 19 der Ofenwand 12 liegt, aufgekrümmt. An der Mündung des Brenners befindet sich eine ringförmige Platte 20, die beispielsweise mittels Schrauben 23 am Mantel 16 befestigt ist. Die Schrauben sind durch einen auf die Ofenwand 12 aufgeschweißten Flansch 23 hindurohgeführt und werden dort fest-

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gehalten. An der Ringscheibe 20 ist ein erstes zylindrisches Element 24 befestigt, welches koaxial mit der Verbrennungskammer 17 angeordnet ist. Im Inneren dieses Zylinders 24 befindet sich ein zweites zylindrisches Element 28, so daß zwisohen beiden Zylindern ein Raum 29 entsteht«, Der zweite Zylinder 28 umschließt einen Durchlaßraum 31· Der Durohmesser des ersten Zylinders 24 ist größer als der Durchmesser der Verbrennungskammer 17» und da der Durchmesser des zweiten Zylinders kleiner ist, entsteht am Ende eine Schulterwand 33· Zwisohen dem zweiten Zylinder 28 und der Schulter 33 bleibt eine Öffnung 35 frei, wodurch eine Strömungsverbindung zwischen dem Raum 29 und der Verbrennungskammer 17 erreicht wird.

Am gegenüberliegenden (hinteren) Ende des ersten und zweiten Zylinders 24 und 28 befindet sich eine ringförmige Scheibe 30, die im Zentrum eine Öffnung 32 aufweist. Die Scheibe 30 schließt teilweise den Raum 29 und den Durchlaßraum 31 ab. In der Öffnung 32 und koaxial zum Durchlaßraum 31 ist eine Zuführungsleitung 34 für den Brennstoff angeordnet. Das nach innen weisende Ende der Leitung 34 ist mit einer Platte 36 abgeschlossen, die eine zentrale Öffnung 38 aufweist.

Der erste Zylinder 24 enthält eine Öffnung 40, in die ein luftkanal 42 mündet, die im allgemeinen in radialer Richtung verläuft. Der Luftkanal 42 hat einen zusammenlaufenden Teil g 44» der die Luft unter leicht positivem Druck in tangentiale Richtung zum Raum 29 lenkt. Der zweite Zylinder 28 hat mehrere radiale Löcher 46, die derart um den Umfang verteilt sind, daß ein Teil der vom Raum 29 aufgenommenen Luft- radial in den Durohlaßraum 31 dringt. Her innere Zylinder 28 trägt am stromaufgelegenen Ende ein Paar tangential geriohter Lufteinlässe, wodurchdie aus dem Raum 29 an dieser Stelle einfließende Luft einen sich im Durohlaßraum 31 drehenden Wirbel bildet.

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Die hintere Scheibe 30 hat nooh eine zweite öffnung zur Aufnahme einer Zündkerze 54. Die Zündkerze 54 hat die Aufgabe, den aus der Leitung 34 kommenden Brennstoff mit der aus der tangentialen Leitung 50 eintretenden Luft zu entzünden, wobei nur ein kleiner Prozentsatz der gesamten für die Verbrennung notwendigen Luftmenge durch diese tangentialen Leitungen zugeführt wird«, Es entsteht somit ein Luftwirbel, der den aus der Brennstoffleitung 34 axial austretenden Brennstoffstrom umwirbelt O

Das G-emisoh aus Brennstoff und Luft, welches am Punkt des Zusammentreffens des wirbelnden Luftstromes mit der axialen Brennstoffströmung entsteht, wird durch die Zündkerze 54 entzündet, um eine stetige und wirbelnde Flamme unter langsamer Vermischung zu erhalten. Die durch die öffnungen 46 eintretende Luft erzeugt dann eine nachdrehende Strömung, die zu einer stetigen Verbrennung mit maximaler Vermischung beiträgt.

Die in das Innere des als Reservoir dienenden Raumes gelenkte und aus der Leitung 42 kommende Luft wird wegen des zusammenlaufenden Abschnittes 44 in eine umwirbelnde Bewegung innerhalb des Reservoirs gebracht. Die hierbei entstehende Zentrifugalkraft drückt die Luftmasse eng an den Zylinder 24, der die äußere Umwandung des Reservoirs 29 bildet. Die sich derart drehende Luft neigt dazu, eine längs des Reservoirs 29 wandernde Spirale zu bilden_e Y/enn die Luft als Spirale in die Verbrennungs kammer 17 eintreten müßte, würden TemperaturSchwankungen entstehen, die eine ungleichmäßige Verbrennung zur Folge hätten» Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist eine Begrenzung in Form einer Schulterwand 33 vorgesehen, die einen Druckabfall hervorruft, wenn die Luft durch die Öffnung 35 dringt.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Schulterwand 33 derart an der äußeren Wand des Reservoirs 29

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anliegt, daß die Luft entlang dem zweiten zylindrisohen Element 28, bzw β der inneren Wand des Reservoirs 29 in die Kammer 17 strömt. Es hat sich gezeigt, daß zur Zerstörung der Spiralform ein stärkerer Druckabfall notwendig ist, wenn sich die öffnung 35 an der äußeren Wand des Reservoirs 29 befindet. Der Grund hierfür soheint darin zu liegen, daß beim Angrenzen der Schulterwand 33 an die äußere Umwandung des Reservoirs die wirbelnde und wegen der Zentrifugalkraft an dieser Wand entlang wan« dernde Luft im reohten Winkel umgelenkt wird, bevor sie in die Kammer 17 tritt. Diese plötzliche Umlenkung bewirkt eine Zerteilung oder Verformung der Spirale und macht daher nur einen Druckabfall erforderlich, der geringer ist, als wenn sioh die g öffnung 35 an der äußeren Wand des Reservoirs 29 befände.

Wenn die Luft in der gesamten Länge des Reservoirs 29 einen Wirbel bildet, dringt sie durch die zwischen dem zweiten Zylinder 28 und der Schulterwand 33 befindliche öffnung 35 in die Brennkammer 17 ein· Diese Kombination bildet eine "vena contracta", die eine Ausdehnung des Luft/Brennstoffgemfeohes bewirkt, wenn es in die Bremmkammer 17 eindringt. Diese Ausdehnung und die Wirkung der wirbelnden Gase, halten die Flamme dicht an der Wand der Brennkammer 17« Wenn das Luft/Brennstoffgemisch durch die Brennkammer 17 und durch den aufgekrümmten Teil 18 strömt, bleibt diese seine Tendenz an der Wand entlang zu strömen auch über den gekrümmten Teil hinaus beptehen, so daß { die austretende Flamme an der inneren Pläohe der Ofenwand haften bleibt.

Der dargestellte und beschriebene Brenner 10 bietet zwei Vorteile. Er unterscheidet sioh von den herkömmlichen Brennern darin, daß keine Steuereinrichtung zur Vormischung notwendig ist, und daß die auseinandergehende Flamme bei einem sohwäoheren Luftdruckabfall aufrecht erhalten wird. Die !Notwendigkeit einer Vor-•misch-Steuerung entfällt wegen der Anwesenheit des wirbelnden Luftströmes, der durch die tangential liegenden Einlaßöffnungen

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50 erzeugt wird. Diese Strömungsart trägt dazu b©i„ Each. Entzündung mittels der Zündkerze 54 eine stabile flamme zu erzeugen.

Gemäß der früheren Secfeüik wurde der Luftwlrbel durch einen Druckabfall über Platten mit besonders gestalteten öffnungen, beispielsweise mit halbmondförmigen Öffnungen» erhalten» Solche besonderen öffmmgen sind bei dem erfindungsgemäsaen Brenner nicht notwendige äewa. die Luft wird mittels des Führungsteils 44 aus der Leitung 42 in tangentialer Richtung eingeführt· Sowohl die umwirbelnde Luft als auch der zuvor "beschriebene Ort der öffnung 35 setzt das für öde Funktion erforderliche Maß des Luftdrucks herab.

Man kann den Brenner so ausbilden_r daß er eine große Wärmemenge auf eine beträchtliche Fläche abgibt, wobei eine er~ hebliohe Wärmemenge dem zu behandelnden Stüok zugeführt wird, ohne die Temperatur an nur einem Punkt zu erhöhen,, der hierdurch beschädigt werden könnte« Die Wärme wird in Form von Wärmestrahlung übertragen, denn die Flamme heizt di© feuerfeste Wand auf, die ihrerseits die öharge durch Strahlung erwärmt. Bei Verwendung des Brenners 10 trifft die Flamme nicht direkt auf die Charge auf, wodurch letztere weder eine Verfärbung noch Beschädigungen erfährt.

Obwohl vorstehend nur eine einzige Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brenners beschrieben worden ist, seien mit der Erfindung auch zahlreiche Veränderungen und Abwandlungen erfaßt. Die vorstehende Beschreibung dient lediglich der Veranschauliohung eines Beispiels und nicht einer Begrenzung der Erfindung. auf die geschilderten und dargestellten Einzelheiten.

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Claims (6)

Patentansprüche

1. Industriegasbrenner, gekennzeichnet durch einen vor einer beidseitig offenen Brennkammer (17) und koaxial zu dieser angeordneten äußeren Zylinder (24), der einen koaxialen inneren Zylinder (28) umgibt, wobei der zwischen beiden Zylindern liegende Hohlraum (29)ein Luftreservoir bildet, welches eine Luftzuführung (42) aufweist und mit der Brennkammer (17) in Verbindung steht, und der vom inneren Zylinder (28) umschlossene Raum (31) eine axial gerichtete Zuführung (34, 38) für Brennstoff und tangential gerichtete Zuführungen (50) für Luft enthält.

2« Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzuführung (42) tangential in das Reservoir (29) einmündet,

3· Brenner nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Reservoir (29) durch eine verengte Öffnung (36) in di© Brennkammer (17) mündet.

4o Brenner nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (17) an ihrem den Zylindern (24, 28) gegenüberliegenden Ende (18) aufgekrümmt ist«

5· Brenner nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (35) zwischen Brennkam- | mer (17) und Reservoir (29) an den inneren Zylinder (28) angrenzt»

6. Anordnung mit einem Brenner nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere -Zylinder (24) koaxial vor einer in einer Ofenwand (12) befindlichen zylindrischen Öffnung (17) kleineren Durchmessers befestigt ist, während der mit einer Zündanlage (54) für das Luftbrennst off gemisch ausgestattete innere Zylinder (28) einen kleineren Durohmesser als die Öffnung (17) in der Ofenwand (12) auf-

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weist, so daß zwischen der am Ende des äußeren Zylinders (24) nach innen vorspringenden Schulter (33) der Ofenwand und dem inneren Zylinder (28) eine ringförmige Austrittsöffnung (35) des Reservoirs (29) entsteht·

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