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Innerhalb weiter Grenzen regelbarer Brenner zum Betriebe mit Brenngas
und Luft.
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Vorliegende Erfindung bezieht sich auf innerhalb weiter Grenzen regelbare
Brenner zum Betriebe mit Brenngas und Luft, insbesondere zur reihenweisen Nebeneinanderanordnung,
etwa für Einrichtungen wie Trockner, in denen das Behandlungs-, etwa das Trockenmittel
Turbulenz aufweist.
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Zum Betriebe von Gasbrennern wurden bisher vielfach Radialgebläse
zur Anwendung gebracht, um mittels der im spiralförmig verlaufenden Diffusor eintretenden
Verwirbelung eine gute Vermischung zu erreichen und um die Bildung von Zonen verschiedener
Temperaturen und/oder von Heißluftsträhnen vermeiden zu können.
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Da aber die Hochleistungsbauart der heute vielfach benutzten DUsentro¢kner
den Einsatz von Axialgebläsen erfordert, muß der Brenner selbst so ausgebildet werden,
däß auch dann den Voraussetzungen der Entstehung eines völlig homogenen Gemisches
genügt ist. Das ist schon deshalb notwendig, weil die reihenweise Nebeneinanderanordnung
zahlreicher Brenner zu einer erhöhten Empfindlichkeit gegen aerodynamische Strömungen
und Turbulenzen fUhrt, so daß die Gefahr des Ausblasens einzelnen oder mehrerer
Brenner insbesondere dann vorhanden ist, wenn diese beim Auftreten
geringerer
Anforderungen an die Wärmeleistung mit vermindertem Druck der Betriebsmittel und
verkürzter Flamme arbeiten müssen. Außerdem aber haben sich die Anforderungen an
die auftretenden Temperaturen bei Trocknern und ähnlichen Behandlungsanlagen so
erhöht, daß derartige Einrichtungen heute mit Recht als Ofen zu bezeichnen sind.
Führt man aber ein zündfähiges Gas - Luftgemisch in einen Ofen ein, so erhöht sich
die Explosionsgefahr wesentlich, insbesondere unter Berücksichtigung des Umstandes,
daß einzelne, schwächer brennende Gasflammen unter dem Einfluß der Strömungen und
Turbulenzen ausgeblasen werden. Da die übrigen Brenner weiterarbeiten, sprechen
die Sicherheitseinrichtungen nicht oder zu spät an, so daß Verpuffungen in Räumen
entstehen, die zur Aufnahme der dadurch auftretenden Beanspruchungen nicht geeignet
ausgebildet sind, so daß größere Betriebsstörungen nicht nur durch Ausfall der mit
dem Betriebe des Brenners verbundenen Einrichtungen, sondern auch dadurch entstehen,
daß das zu behandelnde Gut beschädigt wird. Ein weiterer, zu berücksichtigender
Umstand besteht darin, daß es völlig von den Beschickungszuständen der genannten
Einrichtung abhangt, ob die Brenner unter größter Anstrengung zur Deckung des größten,
benötigten Wärmebedarfes mit sehr großer Flamme zu arbeiten haben oder ob zwecks
Anpassung an mehr oder weniger plötzlich geänderte Betriebsbedingungen mit sehr
schwacher Flamme gearbeitet werden muß, so daß sich diese zurückzieht und praktisch
mehr den Brenner selbst als dessen Umgebung aufheizt. Da, wie ausgefUhrt, dieser
thermischeZustand in einem Zeitpunkt auftreten kann, in welchem
die
Strömungsenergie und die Turbulenz in besonders hohem Ausmaß auftreten, darf auch
unter diesen Umständer kein vollständiger Ausfall des Brenners unter Erhöhung der
Explosionsgefahren auftreten. Die Verhältnisse sini noch dadurch erschwert, daß
aus Sicherheitsgründen Explosionsklappen vorzusehen sind, in deren Öffnungsbereich
sich die Maschinenbedienung aufhalten könnte. Die Bedienung ist daher bei jedem
AnEprechen dieüi' Klappen, die zum Auftreten meterlanger Flammen fUl:i'cn können,
gefährdet, so daß die Sicherheitsvorrichtungen, zu denen auch Schmelzsicherungen
gehören, die bei Auftreten erhöhter Temperaturen die Gaszufuhr abschließen, nicht
die Notwendigkeit beseitigen, bereits durch Ausbildung des Brenners selbst der auftretenden
Betriebsbedingungen in vollem Umfange zu entsprechen und Sicherheitseinrichtungen
keinesfalls als um Regelbetrieb gehörige Maßnahmen zu betrachten.
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Damit ist die der Erfindung gesetzte Aufgabenstellung dargelegt. Um
ihr zu genügen, kennzeichnen sich erfindungsgemäß ausgebildete Brenner durch ein
hohlkegelig ausgebildetes Brennermundstück mit in der Hohlkegelachse liegender Gaszuführungsdüse
und in der Mundstückwandung untergebrachten Luftzuführungsdüsen, deren Achsen sich
in mindestens zwei verschiedenen Punkten der Hohlkegelachse unter Bildung jeweils
spitzer Winkel schneiden, wobei eine in Strömungsrichtung auf eine andere folgende
Luftzuführungsdüse jeweils einen größeren Querscimitt besitzt als eine Düse, deren
Abstand von der I"iündung des Mundstückes größer ist als derJenige der anderen Düsen;
Treten die Luftdüsen paarweise auf, gehören ihre Achsen Jeweils einer gemeinsamen,
die IIonlkegelachse
enthaltenden Ebene an und stimmen die Winkel
zwischen Hohlkegel- und Düsenachsen überein, so reichen bereits zwei Luftzuführungsdüsenpaare
aus, um den eingangs genannten Bedingungen zu entsprechen. Trotzdem kann die Verwirbelung
weiterhin noch dadurch begünstigt werden, daß die die Düsenachsen enthaltenden Ebenen
im Winkel zueinander versetzt sind, wobei man diesen Winkel bei zwei Luftdüsenpaaren
auf 900 C bemessen wird.
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Liegen die Achsen der Luftzuführungsdüsen größten Querschnittes in
einer Ebene, die senkrecht zu der Ebene steht, in der die Hohlkegelachsen der Mundstücke
sämtlicher Brenner einer Brennerreihe liegen, so erreicht man das Aneinanderschließen
der in den Brennern einer Brennerreihe gebildeten Flammen. Es entzündet sich also
selbst eine erloschene Flamme sofort'wieder an der Nachbarflamme. Darüber hinaus
ist zu erreichen, daß selbst bei kürzester Flammenlänge ein Auslöschen der Flamme
durch auftretende Strömung und Turbulenzen mit Sicherheit zu vermeiden ist: hierzu
weist in weiterer Durchführung des Erfindungsgedankens die Mündung eines Brennermundstückes
eine Flammenfassung mit der Grundausbildung eines in Strömungsrichtung geöffneten
Schnabelpaares unter Bildung eines gemeinsamen, durchgehenden Schlitzes der Flammenfassungen
bei reihenweiser Nebeneinanderanordnung der Brenner auf. Die Schutzwirkung dieser
Einrichtung kann noch dadurch gesteigert werden, daß die einander zugekehrten Begrenzungsflächen
eines Schnabelpaares im wesentlichen eben verlaufen, jedoch
in Flammenrichtung
leicht divergieren und in einem an die Mundstückmündung angeschlossenen, mittleren
Flächenbereich dadurch der Brennerflammenausbildung angepaßt sind, daß diese mittleren
Flächenbereiche an die Mantelfläche eines Kegelstumpfes mit der Mundstückmündung
als kleinerer Basis angrenzen. Diese Anpassung kann noch dadurch verstärkt werden,
daß der in der Mündungsebene eines Düsenmundstückes auftretende Durchlaßquerschnitt
der Flammenfassung sich bis zum Ende derselben stetig und allmählich vergrößert.
Dadurch erhöht sich die Stabilität selbst einer sehr schwach brennenden Flamme deshalb,
weil der innerhalb des erwähnten Kegelstumpfes liegende, kreisförmige, zur Entwicklung
der Flamme zur Verfügung stehende Querschnitt übergangslos in den rechteckigen Querschnitt
Ubergeführt wird, der sich an die kleinere Basis des Hohlkegelstumpfes zwischen
den Schnabelenden anschließt.
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Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles.
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Fig. 1 stellt einen waagerechten Längsschnitt durch die Brenneranordnung
nach Linie I - I der Figur 2 dar, während Fig. 2 diese selbst im vergrößerten Maßstab
mit einem senkrechten Querschnitt nach Linie II - II der Figur 1 wiedergibt.
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Man erkennt in Figur 1 die reihenweise Nebeneinanderanordnung der
Brenner, die als Ganzes mit 1> 2, 3, 4, 5 usw.
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bezeichnet worden sind. Der Brenner 1 ist in Figur 1 im waagerechten,
in Figur 2 im senkreehten Schnitt vergrößert
gezeichnet, so daß
bezUglich ler Einzelheiten auf Figur 2 zu verweisen ist. Man erkennt, daß Brenner
1 und damit die Ubrigen Brenner Je ein hohlkegelig ausgebildetes Mundstück 6 vorzugsweise
aus keramischen Stoffen aufweisen, das Jeweils konzentrisch zur Hohlkegelachse 7
- 7 ausgebildet ist. Gehalten wird Jedes Mundstück mittels einer eingepreßten Gasdüse
8, deren mundstückabgewandter Bereich ein Außengewinde 9 trägt, das im eingebauten
Zustand der Düse und des Mundstückes in eine entsprechende Gewindeausnehmung der
GaszufUhrungsleitung 10 eingreift. Jedes Brennermundstück enthält außer der Gasdüse
8 die in Figur 1 erkennbaren luftzuführungsdüsen 11 kleineren Querschnittes, deren
MUndungen in den Ausströmhohlraum 12 an der mit 11 bezeichneten Stelle der Figur
2 ebenfalls zu sehen sind, außerdem die zur Mündung 13 des Mundstückes 6 stärker
benachbarten Luftzuführungsdüsen 14, mit einem Strömungsquerschnitt, der wesentlich
größer ist als der Querschnitt der Düsen 11, deren Mündungen wiederum aus Figur
1 erkennbar sind. Die Achsen 15 - 15 der kleineren Luftzuführungsdüsen 11 liegen
also in einer Ebene, die senkrecht zu der Ebene steht, in der die Achsen 16 - 16
der größeren Luftzuführungsdüsen 14 liegen. Sowohl die kleineren als auch die größeren
LuftzufUhrungsdüsen 11, 14 münden auf der dem Hohlraum 12 entgegengesetzten Seite,
also an der Eintrittsseite, in einen Raum 17, an den, wie Figur 1 zeigt, die MundstScke
6 sämtlicher Brenner 2, 3, 4, 5 usw.
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angrenzen und der mit einer gemeinsamen, nicht gezeichneten Preßluftzuleitung
in Verbindung steht.
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Es wird also jeder der durch die Gasdüsen 8 zugefahrten Gasströme
zunächst durch die Verbrennungsluft erfaßt und verteilt, die durch die Düsen 11
eingeführt
worden ist. Das so gebildete Gemisch, das vorwiegend an den in Figur 2 sichtbaren,
oberen und unteren Zonen des Mischraumes 12 strömen wird, gelangt untez den unmittelbaren
Einfluß der über die Düsen 14 erzeugten Luftquerströmung, so daß sich das erstrebte,
homogene Gemisch bis zur Mündung 13 des Brennermundstückes 6 ausgebildet, womit
auch bei schwacher Brennerbelastung die Bildung einer stabilen Flamme zustande kommt
, ieren Formgebung dabei unter dem Einfluß der gemäß Figur 2 oben und unten auftretenden,
größeren Luftzuführungsdüsenquerschnitte in der erwünschten Weise flachgedrückt,
also fischschwanzartig auftritt, un wobei -zie Breitenentwicklung in der Abbildungsebene
der Figur 1 liegt. Der dadurch bestimmten Raumform der Flamme ist eine Flammenfassung
angepaßt, die die Grundausbildung eines in Strömungsrichtung geöffneten Schnahelpaares
18, 19 besitzt. Aus dem in Figur 2 gezeigten Schnitt ergibt sich> daß die Mittelbereiche
20, 21 der einandergegenüberliegenden Begrenzungsflächen der Schnäbel 18, 19 und
die sich zu den Mundstücken 6 hin anschließenden, weiteren Bereiche 22, 23 zueinander
annähernd parallel verlaufen, während zum @assungsende 24 hin nähergelegene Bereiche
25, 26 etwas divergieren, um sich der Raumform längerer Flammen anzupassen. In den
zur Mundstückebene 13 hin näher gelegenden Bereichen grenzen die sich gegenüberliegenden
Schnabelflächen über die Bereiche 27, 28 dagegen an die Mantelfläche eines Hohlkegelstumpfes
an, dessen größere Basis der Mundstückmündung 13 unmittelbar gegenüberliegt, während
die kleinere Basis nur noch einer Kreisfläche mit einem Durchmesser entspricht,
der gleich ist dem Abstand der Flächen 20, 21. Auf diese Weise
gehen
die für die Flammenführung maßgebenden Flächen der Flammenfassung übergangslos ineinander
huber und die Flamme selbst bleibt bis auf ihre Spitze, die sich auch bei starken
Strömungen und Turbulenzen aufrecht erhält, völlig geschützt; kleine Flammen brennen
in dem Raume zwischen den Hohlkegelmantelteilflächen 27, 28 der Flammenfassung einerseits,
der Mündungsebene 15 des Mundstückes 6 andererseits, wobei die in Figur 2 sichtbaren
Seitenwandungen u 29, entstanden durch die Weiterführung der ebenen Bereiche 20,
21 außerhalb des Hohlkegelraumes, den Schutz der Flamme von der Seite aus übernehmen.
Vergrößert sich die Flamme, so bleibt ihre im Hohlkegelraum liegende Wurzel nach
wie vor geschützt, sie brennt aber infolge Wirkung der größeren Luftzuführungsdüsen
14 abgeplattet hauptsächlich im Raume zwischen den zueinander planparallelen Begrenzungsflächen
20, 21 der Flammenfassung und tritt schließlich in den sich erweiternden Raum zwischen
den divergierenden Flächen 25, 26 ein. Die Schnäbel 18> 19 der Flammenfassung
sind mit den Laschen 30, 51 verbunden und diese Laschen sind in einer Halterung
52, 55 erfaßt, so daß es mit Hilfe der gezeigten Schraubenverbindungen möglich ist,
jeden einzelnen Brenner auszuwechseln.
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Figur 1 zeigt bei 54 die Zündvorrichtung für die Brenner.
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Vorhanden sind weiter die üblichen Sicherheitseinrichtungen, die,
als an sich bekannt, nicht zur Darstellung gekommen sind.
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Wie Figur 2 der Zeichnung zeigt, entsteht infolge der dargestellten
Ausbildung der Flammenführung ein Schlitz 35,
der deshalb als durch
die gesamten Brenner einer Brennerreihe durchgehend zu bezeichnen ist, weil bei
den in Figur 1 sichtbaren, geringen Abständen der Brenner voneinander die Wandflächenbereiche
27, 28; 20, 21; 25, 26 die Ausbildung einer nahezu ununterbroohenen Schlitzbegrenzung
annehmen. Im Normalbetrieb der Brenner berühren sich die Flammen gegenseitig, so
daß ein Flammenband mit erheblicher Heizleistung entsteht, die sich bei voller Anstrengung
der Brenner zur Höchstleistung entwickelt. Bei geringster Brennerbelastung dagegen
brennen die kleinen Flammen ausschließlich im Bereiche des Hohlkegelstumpfes und
sie sind dabei so weitgehend seitlich und in Richtung zum Flammenführungsabschluß
24 hin abgeschirmt, daß selbst stärkste im Betriebe beheizterEinrichtungen auftretende
Strömungen Ld Turbulenzen die Ausbildung der Flamme nicht zu beinträchtigen vermögen.
Trotzdem kommen die Flammen unter der Wirkung der Dessen 14 bei nur einem leichten
Anstieg der Brennerbelastung zur gegenseitigen Berührung, die ursächlich dafür ist,
daß sich keine Nester aus zündfähigem Gemisch bilden können, deren spontane Zündung
Anlaß zu unerwünschten Erscheinungen geben könnte.
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Die Erfindung erstreckt sich auch auf einzelne der vorstehend beschriebenen
Merkmale und sie hat schließlich deren Gesamtkombination sowie sämtliche Teillcombinationen
der Merkmale zum Gegenstand, soweit letztere technisch sinnvoll und ausführbar sowie
brauchbar sa, auch wenn vorstehend die Jeweils erzielbaren reellen technischen Wirkungen
nicht genannt
und im einzelnen beschrieben sind. Ebenso werden
sämtliche, in der Zeichnung dargestellten Einzelheiten als solche und in ihrem funktionellen
Zusammenhang als beschrieben vorausgesetzt.