DE1923739B2 - Brenner für Brenngas und Sauerstoff oder Luft als Oxydator - Google Patents

Description

60

Die Erfindung betrifft einen Brenner für Brenngas und Sauerstoff oder Luft als Oxydator insbesondere Flammstrahlbrenner mit einem Gehäuse, in dem eine Innenhülse angeordnet ist, wobei der Oxydator und das •renngas einerseits zentral in der Innendüse und andererseits über an deren Umfang verteilte Durchlässe zugeführt werden und sich stromabwärts der Innendüse die Kammer befindet, auf die ein Mischereinsatz folgt, der aus einem in Strömungsrichtung sich verjüngenden Körper mit an seinem Umfang verteilt angeordneten Durchströmschlitzen geringen Querschnitts besteht, wobei der Oxydator zentral über die Mittelbohrung der Innendüse und das Brenngas über deren Umfangsdurchlässe zugeführt werden und wobei die die Mischung bewirkenden Durchströmschlitze des Mischereinsatzes in Strömungsrichtung gedrallt sind (nach Patent 19 13014).

Dieses Brenneraggregat nach dem Hauptpatent ist wärmeunempfindlich, erzeugt eine Flamme hoher Energie und ist daher durchaus einsatzfähig, weist jedoch noch insofern einen Mangel auf, daß es in mechanischer Hinsicht noch nicht restlos narrensicher ist.

Wenn nämlich die Düsenaustrittsöffnung mit einem Holzklotz vollständig abgedeckt wird, ein Vorgang, der für einen Brenner die schwerste Belastung schlechthin darstellt, treten zwei mögliche Situationen in Erscheinung: Entweder der Brenner erlischt, oder es bildet sich eine Flammenrückdrift aus, die das Flammenspiel durch die Kanäle im Düsenschlitzstück in Richtung der Innendüse wandern läßt. Die Innendüse verbrennt dann im Sauerstoffstrom ähnlich einer Sauerstofflanze. Da die Innendüse durch den expandierenden Sauerstoff von der Eingangsseite eine beachtliche Kühlung erfährt, spricht die angelötete Ventilkugel als Sauerstoffsperre erst dann an, wenn der Lochkranz der Innendüse verbrannt ist. Obwohl ein derartiger Fall in der Praxis selten auftritt, muß doch damit gerechnet werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Brenneraggregat zu schaffen, bei dem jegliche Brandgefahr ausgeschlossen ist und das somit dem Ideal recht nahe kommt. Um dies zu erreichen, müssen folgende drei Bedingungen erfüllt werden, die fast utopisch anmuten:

a) Die Austrittsöffnung der Innendüse darf nicht, wie es beim Gegenstand des Hauptpatents der Fall ist, unmittelbar in den Einwirkungs- oder Diffusionsraum einmünden,

b) es muß von innen her eine wirksame Kühlung des Brenneraggregats erfolgen und

c) die Ausströmgeschwindigkeit des durch Diffusion erzeugten Mischgases muß auch beim Gegendrücken eines Körpers (Holzklotz) gegen den Mischereinsatz erhalten bleiben.

Diese Aufgabenstellung wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Innendüse an dem die Mittelbohrung aufweisenden Ende mit einem zylindrischen Ansatz gasdicht in eine axiale Sackbohrung des Mischereinsatzes eingreift, die dessen Schlitze an einer Stelle zwischen dem freien Ende des Innendüsenansatzes und dem Ende der Sackbohrung unter einem sehr kleinen spitzen Winkel schneidet, um Durchgänge vom Sauerstoffgas oder Luft führenden Teil des Aggregats zum Brenngas führenden Teil zur Vermischung der Gase zu bilden, und daß das Austrittsende des Mischereinsatzes axial aus der Düsenkappe vorsteht.

Das durch die Erfindung vervollkommnete Brenneraggregat stellt gegenüber dem des Hauptpatents einen außerordentlichen Fortschritt dar. Der Düsenstock und damit die Sauerstoffgas- oder Luftzufuhr und die Brenngaszufuhr bleiben gegenüber dem Hauptpatent unverändert bestehen mit Ausnahme, daß die Drücke beider Gase etwas anders einzustellen sind. Der Einwirkungs- oder Diffusionsraum gemäß dem Hauptpatent entfällt in seiner Funktion und wird, wie noch er-

sichtlich werden wird, einem anderen Zweck nutzbar gemacht. Das Sauerstoffgas bzw. die Luft wird als hochbeschleunigter Strahl in die Sackbohrung des Mischereinsatzes gepreßt und kühlt dabei infolge seiner Expansion den Mischereinsatz regenerativ von der In- S nenwandung aus. Am Ende der Sackbohrung wird der Sauerstoff- oder Luftstrahl in ebenso viele Strahlsektoren aufgeteilt wie Schlitze im Mischereinsatz vorhanden sind. Die Strahlsektoren nehmen das in den Schlitzen befindliche und fast ruhende Brenngas diffusiv auf und strömen mit dem Brenngas unter beachtlicher Flotation infolge des Dralls der Schlitze durch die von der Düsenkappe abgedeckte Schlitzweglänge zum Auslaß. Durch die Rotation beider Gase entsteht ein inniges Gasgemisch. Ferner wird durch die Rotation infolge der auftretenden Fliehkraft das Gasgemisch an die Schlitzwand gedrückt und kann somit im Bereich der freien Weglänge, also dort, wo die DQsei.kappe gegenüber dem Mischereinsatz zurückgesetzt ist, nicht nach außen entweichen. Die Flamme brennt bei optimal eingestellten Drücken einwandfrei in einer Entfernung von etwa 0,05 mm von der Mündung des Mischereinsalzes entfernt, d. h. die Flamme steht praktisch in der Luft. Nur ihre geometrische Form bezieht sie vom Mischereinsatz. Nach zweistündigem Betrieb des Brenneraggregats bei dem er mit einem Sauerstoffdruck von 6 atü und einem Acetylendruck von 0,45 atü gefahren wurde, betrug die Temperatur an dem zur Mündung hinweisenden Ende der Düsenkappe nur etwa 25°C. Nachdem eine Stahlscheibe gegen das Brenneraggregat drückt und so versucht wurde, das Düsenmundstück vollständig zu schließen, wichen die Flammen als Spiel zur Seite aus. Die Ausströmgeschwindigkeit des Gases wurde durch eine derartige Belastung in keiner Weise beeinflußt. Ein gleichartiges Phänomen JS wird beim Holzandruck beobachtet. Preßt man jedoch das Holz über einen Zeitraum von etwa 30 Sekunden auf die Flamme, dann schmilzt das Düsenmundstück einfach zu einer formlosen metallischen Masse zusammen, ohne daß sich dabei sensationelle Erscheinungen bieten.

Um eine äußerst gleichmäßige Verteilung des Brenngases beim Eintritt in die Schlitze des Mi· chereinsatz.es zu erreichen, sieht die bevorzugte Ausführungsform des Erfindungsgegenstands vor, daß der mit dem Brenngasanschluß in Verbindung stehende Verteilungsraum durch einen sich radial auswärts von der Innendüse erstreckenden Flansch, der von einer Vielzahl von auf einem koaxialen Lochkreis gleichmäßig verteilten Löchern axial durchsetzt ist, von einem gegenüber dem So Sauerstoffgas oder Luft führenden Teil des Aggregats abgedichteten Feinverteilungsraum getrennt ist, dessen axiale Ausdehnung durch eine an der Innendüse vorgesehene Schulter bestimmt ist.

Die durch den Drall der Schlitze im Mischereinsatz SS hervorgerufene Rotation und die dadurch vermittelte Fliehkraft des Mischgases muß so groß sein, daß es über die gesamte freie Weglänge hinweg an der Schlilzwandung fest anhaftet, um zu vermeiden, daß die Schlitze ein Flammenspiel zeigen, das sich bis zur Quel-Ie des Mischgases innerhalb der Düsenkappe bei ungenügendem Drall der Schlitze hinziehen kann. Aus diesem Grund besteht ein weiteres Merkmal der Erfindung darin, daß der Drall der Schlitze des Mischereinsatzes etwa 2° beträgt. ⁶S

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstands der Erfindung soll nunmehr an Hand der Zeichnung erläutert werden.

Das in der Zeichnung dargestellte Brenneraggregat weist dieselben Bestandteile wie das des Hauptpatents auf, nämlich einen Düsenstock 1 mit Anschlüssen 19 und 20 für Sauerstoffgas oder Luft bzw. Brenngas, eine Innendüse 6, eine Düsenkappe 7 und einen Mischereinsatz 8.

Der Düsenstock 1 ist gegenüber dem des Hauptpatents unverändert und hat eine axiale Sackbohrung 2, die sich von dem dem Brenngasanschluß gegenüberliegenden Ende in den Düsenstockkörper erstreckt und über einen Kanal 23 mit dem Sauerstoffgasanschluß 19 verbunden ist. Vom Brenngasanschluß 20 erstrecken sich radial versetzt zur Sackbohrung 2 liegende axiale Kanäle 22 durch den ganzen Düsenstockkörper und münden in der dem Brenngasanschluß gegenüberliegenden Stirnfläche 35 aus.

Die Innendüse 6 und der Mischereinsatz 8 sind in gleicher Weise wie beim Hauptpatent mittels der ein Innengewinde 27 aufweisenden Düsenkappe 7, die auf einen dem Brenngasanschluß 20 gegenüberliegenden Gewindeansatz 28 aufgeschraubt ist, am Düsenstock I befestigt. In konstruktiver Hinsicht weichen jedoch die Innendüse 6, die Düsenkappe 7 und der Mischereinsat/ 8 von denen des Hauptpatents ab.

Die Innendüse 6 weist an seinem dem Mischeinsatz 8 zugekehrten Ende einen im Durchmesser gestuften Ansatz 37a auf, der sich an einer Ringwand 14 anschließt, dessen Durchmesser im wesentlichen gleich dem Kerndurchmesser des Innengewindes 27 der Düsenkappe ist und der von einer Vielzahl kleiner Umfangsdurchlässe. die auf einem konzentrisch zur Innendüsenachse liegenden Kreis gleichmäßig verteilt sind, durchgriffen ist. An die Ringwand 14 schließt sich auf der dem gestuften Ansatz 37a gegenüberliegenden Seite ein zylindrischer im Durchmesser gestufter Abschnitt 6a an, dessen im Durchmesser größerer Teil sich mit einer die Kanäle 22 freilassenden Schulter 25 an der Stirnfläche 35 des Düsenstocks 1 abstützt, während der im Durchmesser kleinerer Abschnitt gasdicht in die Sackbohrung 2 des Düsenstocks 1 eingeschliffen ist. Die Innendüse 6 weist eine axiale gestufte Durchgangsbohrung 21, 37 auf, die durch einen Kegelabschnitt verbunden sind, wobei die kleinere Bohrung 37 eine Mittelbohrung bildet. An der Wandung des größeren mit der Sackbohrung 2 des Düsenstocks 1 in Verbindung stehenden und fluchtenden Bohrungsabschnitts 21 ist eine Metallkugel 5 angelötet, die bei unzulässiger Erwärmung abschmil/.l und den Durchgang zur Mittelbohrung 37 verschließt. Der im Durchmesser gestufte Ansatz 37a bildet eine sich auf der Stirnfläche 9 des Mischereinsatzes 8 abstützende Schulter, wobei der im Durchmesser kleinere Teil gasdicht in eine axiale Sackbohrung 8a des Mischereinsatzes 8 eingreift. Durch die Ringwand 14 und die sich beiderseits daran anschließenden Abschnitte der Innendüse 6 werden Ringräume 17 und 18 gebildet, die über die Umfangsdurchlässe 39 Jer Ringwand 14 in Verbindung stehen, jedoch vom Sauerstoff führenden Teil des Aggregats völlig abgeschlossen sind. Hierbei bildet der über die Bohrungen 22 mit dem Brenngasanschluß 20 in Verbindung stehende Raum 18 eine Brenngassammeikammer, während der Raum 17 einen Brenngasfeinverteilungsraum bildet, dessen axiale Bemessung durch die axiale Länge des im Durchmesser größeren Teils des gestuften Ansatzes 37a bestimmt ist.

Der Mischereinsatz 8 ist ein langgestreckter Körper und weist einen zylindrischen Abschnitt auf, der in einen konischen Abschnitt übergeht. An dem der Innendüse 6 zugekehrten zylindrischen Ende des Mi-

schereinsatzes 8 ist ein radialer Bund 31 vorgesehen, an dem eine Schulter 32 der Düsenkappe 7 überwurfmutterartig angreift, um den Mischereinsatz 8 zusammen mit der Innendüse 6 am Düsenstock 1 zu befestigen. In die Mantelfläche des Mischeinsatzes 8 sind in gleichen Winkelteilungen zwölf 0,25 mm breite sich in Längsrichtung unter einem Drallwinkel von 2° erstreckende Schlitze 11 eingefräst, die einen gedachten konzentrisch zur Längsachse liegenden Kreis tangieren und die vom verjüngten zum anderen Ende hin einen Winkel von 2° mit der Längsachse einschließen. Wie schon bemerkt, erstreckt sich vom Bundende eine axiale Sackbohrung 8a in den Mischereinsatz, die die Schlitze unter dem erwähnten Winkel von 2° schneidet, so daß von dieser Schnittstelle bis zum Boden der Sackbohrung 8a Durchgänge für das mit Schallgeschwindigkeit in die Sackbohrung eingeführte Sauerstoffgas geschaffen sind. Dieser Durchgangsbereich von der Sackbohrung 8a in die Schlitze 11 bildet den Diffusionsraum.

Die Düsenkappe 7 weist eine sich an die Gewindebohrung 27 und die Schulter 32 anschließende Durchgangsbohrung auf, die einen zylindrischen und einen konischen Abschnitt 29 bzw. 30 hat, wobei diese Abschnitte genau an den Mischereinsatz 8 angepaßt sind, so daß alle Schlitze 11 gegeneinander abgedichtet sind. Die Länge der Düsenkappe 7, von der Schulter 32 gemessen, ist kürzer als die Länge des Mischereinsatzes von der Auflagefläche des Bundes 31 gemessen, so daß das konische Ende des Mischereinsatzes 8 ein bestimmtes Maß, im Ausführungsbeispiel 3 mm, aus dem Ende der Düsenkappe 7 vorsteht. Der Boden der Sackbohrung 8a liegt innerhalb der Düsenkappe 7 und weist im Ausführungsbeispiel einen Abstand von etwa 7 mm vom Ende der Düsenkappe 7 auf.

Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Brenneraggregal bleiben das mit einem Druck von etwa 0,4 atü

ίο zugeführte Brenngas und das mit einem Druck von etwa 6 atü zugeführte Sauerstoffgas bis zu der Schnittstelle der Sackbohrung Sa mit den Schlitzen 11 des Mischereinsatzes 8 voneinander getrennt. Von dieser Schnittstelle an bis zum Ende der Sackbohrung findet die Diffusion zwischen Brenngas und Sauerstoffgas statt, wobei diese Gase auf der verbleibenden durch die Düsenkappe 7 abgedeckten Schlitzlänge innig vermischt werden. Auf der freien Schlitzlänge, d. h. der Länge, die der Mischereinsalz 8 aus der Düsenkappe 7 vorsteht, ist die durch den Drallwinkel der Schlitze 11 von 2° entwickelte Zentrifugalkraft so groß, daß das Mischgas an der Schlitzwandung fest anhaftet, so daß ein optimales Flammenspiel erzielt wird. Wie schon bemerkt, ist ein Brenneraggregat geschaffen, das völlig narren- und unfallsicherer arbeitet und das auch bei Dauerbetrieb keine unzulässig hohen Temperaturen annimmt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Brenner für Brenngas und Sauerstoff oder Luft als Oxydator, insbesondere Flammstrahlbrenner, S mit einem Gehäuse, in dem eine Innendüse angeordnet ist, wobei der Oxydator und das Brenngas einerseits zentral in der Innendüse und andererseits über an deren Umfang verteilte Durchlässe zugeführt werden und sich stromabwärts der Innendüse die Kammer befindet, auf die ein Mischereinsatz folgt, der aus einem in Strömungsrichtung sich verjüngenden Körper mit an seinem Umfang verteilt angeordneten Durchströmschlitzen geringen Querschnitts besteht, wobei der Oxydator zentral über die Mittelbohrung der Innendüse und das Brenngas über deren Umfangsdurchlässe zugeführt werden und wobei die die Mischung bewirkenden Durchströmschlitze des Mischereinsatzes in Strömungsrichtung gedrallt sind, (nach Patent 19 13 014), da- u> durch gekennzeichnet, daß die Innendüse (6) an dem die Mittelbohrung (37) aufweisenden Ende mit einem zylindrischen Einsatz (37a) gasdicht in eine axiale Sackbohrung (8a) des Mischereinsatzes (8) eingreift, die dessen Schlitze an einer Stelle »j «wischen dem freien Ende des Innendüsenansatzes Und dem Ende der Sackbohrung unter einem spitzen Winkel schneidet, um Durchgänge vom Sauerstoff oder Luft führenden Teil des Aggregats zum Brenngas führenden Teil zur Vermischung der Gase fcu bilden, und daß das Austrittsende des Mischereinsatzes (8) axial aus der Düsenkappe (7) vorsteht.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Brenngasanschluß in Verbindung stehende Verteilungsraum (18) durch eine Sich radial auswärts von der Jnnendüse (6) erstrekkende Ringwand (14), die von einer Vielzahl von auf einem koaxialen Lochkreis (26) gleichmäßig verteilten Umfangsdurchlässen (39) axial durchsetzt ist von einem gegenüber dem Sauerstoffgas oder Luft führenden Teil des Aggregats abgedichteten freien Verteilungsraum (17) getrennt ist, dessen axiale* Ausdehnung durch eine an der Innendüse vorgesehenen Schulter bestimmt ist.

3. Brenner nach Anspruch I bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drallwinkel der Schlitze (11) des Mischereinsatzes (8) in Abhängigkeit vom Mischgas und der Geschwindigkeit des Mischgases 60 groß ist, daß das Mischgas im Bereich der nicht durch die Düsenkappe (7) abgedeckten Schlitzlänge S«> tiicht radial nach außen entweichen kann.

4. Aggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drallwinkel der Schlitze (11) des Düsenschlitzstückes (8) etwa 2° beträgt.

5. Aggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Drallwinkel der Schlitze (11) maximal etwa 6° beträgt.