DE19750704C2

DE19750704C2 - Anwärmbrenner mit Atmosphärenschutz

Info

Publication number: DE19750704C2
Application number: DE19750704A
Authority: DE
Inventors: Eduard Tischler; Ulrich Tischler
Original assignee: Individual
Current assignee: TISCHLER, EDUARD, 92670 WINDISCHESCHENBACH, DE
Priority date: 1997-11-15
Filing date: 1997-11-15
Publication date: 2001-12-06
Anticipated expiration: 2017-11-16
Also published as: DE19750704A1

Abstract

Technisches Problem der Erfindung DOLLAR A Beim Abbrand des Brenngas-Sauerstoffgemisches ist speziell an den Flammen der äußeren Gasaustrittsöffnungen eine ungleichmäßige Flammenentwicklung zu verzeichnen. Dies ist auf den negativen Einfluß der, die Flammen umgebenden, Atmosphärenluft zurückzuführen. Der Atmosphärenschutz soll diesen negativen Einfluß auf die Flamme eliminieren, indem er die Flamme vor dem Einzug der sie umgebenden Atmosphärenluft schützt. DOLLAR A Lösung des Problems DOLLAR A Anbau eines Atmosphärenschutzes, der den Brennerkörper seitlich umschließt, so daß die Atmosphärenluft nicht mehr bei der Verbrennung angezogen werden kann und somit keinen negativen Einfluß auf den Abbrand des Brenngas-Sauerstoffgemisches nimmt. DOLLAR A Anwendungsgebiet DOLLAR A Der Anwärmbrenner (Mehrflammenbrenner) eignet sich besonders zur schnellen, gleichmäßigen und temperaturgenauen Erwärmung von Materialien bei industriellen Fertigungs- und Veredelungsprozessen. Beispielsweise bei der Glasveredelung mittels Feuerpolitur in der Bleikristallfertigung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Anwärmbrenner, bei dem der Schutz der Flamme durch einen fest mit dem Brennerkörper verbundenen Atmo sphärenschutz erfolgt, der verhindert, daß ein Teil, der die Flammen umgebende, Atmosphärenluft beim Ausströmen und Abbrand des Brenngas-Sauerstoffgemisches mit angezogenen wird und so wie in der Patentbeschreibung dokumentiert den Abbrand negativ beeinflußt.

Die Flamme wird also durch einen fest mit dem Brennerkörper verbundenen Atmosphären schutz von der sie umgebenden Atmosphärenluft geschützt.

Stand der Technik

Anwärmbrenner als Reihenbrenner nach dem Vormisch-Prinzip werden seit geraumer Zeit eingesetzt.

Problem der aktuellen Anwärmbrenner

Dabei ist allerdings eine ungleichmäßige Flammenentwicklung speziell an den Flammen der äußeren Gasausströmöffnungen zu verzeichnen. Diese Ungleichmäßigkeiten in der Flammenhöhe und der Hitzeentwicklung der Flamme ist damit zu begründen, das begin nend von der Flammenbasis bei den Gasauströmöffnungen über den Flammenkörper bis hinauf zur Flammenspitze ein Einzug von Atmosphärenluft durch die Sogwirkung des mit Überdruck ausströmenden Gasgemisches sowie den Abbrand der Flamme mit hoher Temperatur und der damit verbundenen Thermik in der Umgebung der Flamme erfolgt. Die dabei eingetragene Atmosphärenluft verwirbelt das Gasgemisch bzw. die Flamme so daß ein ungleichmäßiger Flammenkörper mit niederer Flammenhöhe entsteht, weiterhin kühlt diese Atmosphärenluft die Flamme ab, was die Flammenkonsistenz und Flammen höhe weiter negativ beeinflußt. Durch den Eintrag der Atmosphärenluft wird zusätzlich das in der Gemischkammer optimierte Gemischverhältnis aus Sauerstoff und Brenngas (z. B. Methan) beeinträchtigt, in der Form daß brennbarer Sauerstoff durch unbrennbaren Stickstoff ersetzt wird, welches wiederum den Abbrand der Flamme negativ beeinflußt. Durch all diese negativen Faktoren kann der Wirkungsgrad des Gasgemisches nicht op timal ausgenutzt werden, so daß ein erhöhter Einsatz von Sauerstoff und Brenngas die Folge ist.

So wird in der EP 0 141 101 A2 ein Brenner mit einer Hauptflamme und einem diese Hauptflamme um gebenden Feuermantel (bestehend aus einzelnen Schutzflammen) beschrieben. Die Zielset zung ist gleich, jedoch die technische Lösung zur Erreichung des Ziels gänzlich verschieden und ungleich aufwendiger sowohl in der Ausführung wie auch im Betrieb. Desweiteren wird zur Erreichung der Zielsetzung wesentlich mehr Brenngas- und Sauerstoff benötigt.

Dieser Brenner ist ebenfalls als Mehrflammen-Reihenbrenner nach dem Vormischprinzip ge staltet. Es wird anstatt eines festen Atmosphärenschutzes als Schutz für die Flammen vor den Einströmen von Atmosphärenluft ein Feuermantel eingesetzt, der die Hauptflamme durch sie ringsum umgebende Schutzflammen schützt. Dieser Feuermantel, bzw. diese Schutzflammen sind wiederum der Sie umgebenden Atmosphäre schutzlos ausgeliefert.

Die Schutzflamme besteht aus einem Gasgemisch mit einem Mischungsverhältnis kleiner der Zündgeschwindigkeit der Hauptflamme. Durch den Abbrand der Schutzflamme wird die, die Schutzflamme umgebende Atmosphäre mit angezogen und dadurch die störende Wirkung der Atmosphäre auf die Hauptflamme von der Schutzflamme weggenommen. Es wird dabei ein ungleichmäßiger Abbrand der Schutzflamme billigend in Kauf genommen. Die Ränder der Hauptflamme sind somit nicht mehr von der Atmosphäre umgeben, sondern von einer, die Schutzwirkung einnehmende Schutzflamme. Die negativen Einflüsse der Atmosphäre stören die Schutzflamme und werden von ihr soweit kompensiert, daß sie die Hauptflamme nicht bzw. nur noch unwesentlich beeinflussen können. Bei einem Reihenbrenner sind die jeweils äußersten Gasaustrittsöffnungen für das Brenngas-Sauerstoffgemisch der Schutzflamme be stimmt und die im inneren liegenden Gasaustrittsöffnungen für das Brenngas-Sauerstoffge misch der Hauptflamme.

Der Nachteil liegt jedoch in einem ungleich komplizierteren Brenneraufbau wobei die äußeren Gasaustrittsöffnungen für die Schutzflamme mit einem anderen Brenngas-Sauerstoffge misch, mit einer anderen Ausströmgeschwindigkeit durch einen anderen Druck in diesem Brenngas-Sauerstoffgemisch gespeist werden als die inneren Gasaustrittsöffnungen für das Brenngas-Sauerstoffgemisch der Hauptflamme. Zusätzlich können (nicht unbedingt nötig) sich die Brenngase unterscheiden.

Es müssen neben den Einsatz des Brenngas-Sauerstoffgemisches für die Hauptflamme noch zusätzlich beträchtliche Mengen von Brenngas und Sauerstoff für die Schutzflamme aufge wendet werden.

In der US 4,136,828 wird ein Brenner mit einem die Flamme umgebenden Sauerstoffmantel (Sauerstoffschleier) beschrieben. Die Zielsetzung ist gleich, jedoch die technische Lösung zur Erreichung des Ziels gänzlich verschieden und ungleich aufwendiger sowohl in der Ausführung wie auch im Betrieb. Desweiteren wird zur Erreichung der Zielsetzung wesentlich mehr Sau erstoff benötigt.

Dieser Brenner ist ebenfalls als Mehrflammen-Reihenbrenner nach dem Vormischprinzip ge staltet. Es wird anstatt eines festen Atmosphärenschutzes als Schutz für die Flammen vor den Einströmen von Atmosphärenluft ein Sauerstoffmantel eingesetzt, der die Flamme durch ei nen, sie ringsum umgebenden Sauerstoffmantel schützt. Dieser Sauerstoffmantel ist wieder um der ihm umgebenden Atmosphäre schutzlos ausgeliefert.

Bei diesem Brenner sind die jeweils äußeren Gasaustrittsöffnungen für die Ausströmung von Sauerstoff bestimmt und die innen liegenden Gasaustrittsöffnungen für das Brenngas- Sauerstoffgemisch. Durch die Ausströmung von Sauerstoff in den äußern Gasaustrittsöffnun gen wird die Atmosphärenluft durch den ausströmenden Sauerstoff verdrängt. Somit kann keine bzw. nur unwesentlich Atmosphärenluft angezogen werden sonder lediglich Sauerstoff. Der Sauerstoff erhöht zwar nun den Sauerstoffanteil im Brenngas-Sauerstoffgemisch, wird aber für die Verbrennung des Brenngases nicht zwingend eingesetzt und entweicht ungenutzt in die Atmosphäre. Andererseits stört er die eigentliche Verbrennung des Brenngas-Sauer stoffgemisches nicht. Denn es wird bei der Verbrennung lediglich Sauerstoff anstelle der At mosphärenluft mit angezogen. Der angezogene Sauerstoff verdrängt den bereits im Brenngas- Sauerstoffgemisch enthaltenen Sauerstoff und beeinflußt demnach die Verbrennung nicht, da lediglich Sauerstoff durch Sauerstoff ersetzt wird.

Der Nachteil liegt jedoch in einem ungleich komplizierten Brenneraufbau, zwar nicht so auf wendig wie unter Abgrenzungspunkt 1 allerdings erheblich aufwendiger als im Brenner mit fe stem Atmosphärenschutz. Es ist neben der Gemischverteilkammer für das Brenngas-Sauer stoffgemisch, welche die inneren Gasaustrittsöffnungen speist, noch eine Zuleitung von Sauerstoff für die Sauerstoffverteilkammer der äußeren Gasaustrittsöffnungen notwendig. Der Sauerstoff der für den Schutz der Flamme benötigt wird, entweicht ungenutzt in die At mosphäre. Es müssen neben den Einsatz des Brenngas-Sauerstoffgemisches noch zusätzlich beträchtliche Mengen von Sauerstoff für den Sauerstoffmantel (Sauerstoffschleier) aufge wendet werden.

In dem Gebrauchsmuster DE 295 12 230 U1 wird ein Brenner mit einer Ummantelung des Brennerkörpers als Wärmeschutzblech beschrieben. Die Zielsetzung und demnach auch die technische Lösung zur Erreichung des Ziels sind gänzlich verschieden. Hier soll nicht die Flamme vor der sie um gebenden Atmosphäre geschützt werden, sondern eine Berührung des heißen Brennerkörpers verhindert werden. Dazu werden Wärmeabschirmbleche rings um den Brennerkörper angebaut. Zwischen den Wärmeabschirmblechen und den Brennerkörper befindet sich ein Luft strom der die Wärme vom Brenner ableitet und als Isolation zu den Wärmeabschirmblechen dient, so daß die Oberflächentemperatur des Wärmeabschirmbleches weit unter der, der Brenneroberfläche liegt. Es soll dadurch verhindert werden, daß eine Berührung mit dem Wärmeabschirmblech eine Verbrennung hervorruft, wie es eine Berührung des Brennerkör pers verursachen würde.

Dieser Brenner ist ebenfalls als Mehrflammen-Reihenbrenner gestaltet, jedoch nicht nach dem Vormischprinzip, sondern nach dem Aussenmischprinzip.

Beim Aussenmischprinzip ist die Notwendigkeit des Atmosphärenschutzes bei weiten nicht so dringend gegeben als beim Vormischprinzip, da zum einen wesentlich geringere Drücke und damit auch ableitend wesentlich geringere Ausströmgeschwindigkeiten vorhanden sind und bedingt durch das technische Verfahrens des Aussenmischprinzip das Brenngas mit einem Sauerstoffüberschuß gespeist werden muß um einen sauberen Abbrand des Brenngases zu erreichen.

Durch eine entsprechende Anordnung der Gasaustrittsöffnungen (die äußeren Gasaus trittsöffnungen werden mit Sauerstoff gespeist) für Brenngas und Sauerstoff könnte der unter Abgrenzungspunkt 2 beschriebene Sauerstoffmantel (Sauerstoffschleier) annähernd realisiert werden, mit dem Unterschied, daß dabei ein Teil des Sauerstoff zur Verbrennung des Brenn gases mit eingesetzt wird.

Das Einströmen von Atmosphärenluft und die durch die Verbrennung entstehende Thermik werden dazu benutzt um eine Luftströmung zwischen Brennerkörper und Wärmeabschirm blech zu erzeugen, welche die Ableitung der sich erwärmenden Luft zwischen Brennerkörper und Wärmeabschirmblech erzeugt und somit eine Art natürliche Luftkühlung darstellt. Gerade diese hier erwünschte Luftströmung soll durch den Atmosphärenschutz soweit verhindert bzw. eingeschränkt werden, daß der Abbrand des Brenngas-Sauerstoffgemisches nicht beein trächtigt wird.

Es sind keine vergleichenden Ansatzpunkte bei der Zielsetzung und der Art der baulichen Durchführung zum Atmosphärenschutz vorhanden.

Funktionsprinzip der Erfindung

Durch die Verwendung eines Atmosphärenschutzes wird ein sauberer, gleichmäßiger Ab brand des Gasgemisches erreicht. Die Flammenkerne und Flammenspitzen sind gleich mäßiger, die Flammentemperatur bleibt konstanter.

Durch den Atmosphärenschutz wird verhindert, daß ein großer Teil der Atmosphärenluft beim Ausströmen des Gasgemisches mit angezogen wird. Es wird ein exaktes Verbren nungsverhältniss von Sauerstoff und Brenngas (z. B. Methan) erreicht. Atmosphärenluft wird nur noch zu einem geringen Teil mit eingeströmt, der darin enthaltene Stickstoff kann den Abbrand der Flamme Großteils nicht mehr durch Abkühlung des Flammenkerns, Verwirbelung der Gasgemischströmung und Vermischung mit dem Gasgemisch beein trächtigen. Die Flammenhöhe und Flammentemperatur bleibt über alle Gasausströmöff nungen des Vormischbrenners nahezu konstant, so daß ein in sich homogener Flammen bereich entsteht.

Durch den kontrollierten Abbrand des Gasgemisches kann eine Einsparung von 25% an Gasgemisch erreicht werden. Die Reinigungsintervalle des Anwärmbrenners mit Atmo sphärenschutz werden deutlich verlängert, ebenso die Haltbarkeit.

Awendungsbeispiel Produktiveinsatz

Der oben beschriebenen Anwärmbrenner mit Atmosphärenschutz eignet sich besonders zur schnellen, gleichmäßigen und temperaturgenauen Erwärmung von Materialien bei in dustriellen Fertigungs- und Veredelungsprozessen.

Ein prädestiniertes Einsatzgebiet stellt die Glasveredelung mittels Feuerpolitur bei der Bleikristallfertigung dar, da hierbei die Qualität und Reinheit der Glaspolitur nur durch schnelle, aber gleichmäßige Erwärmung des zu polierenden Glases (Vasen, Gläser etc.) auf einen eingeschränkten Temperaturbereich nötig ist.

Materialbeschaffenheit

Anstatt des üblicherweise verwendeten Stahls wird eine spezielle Messinglegierung mit 7% Zinnanteil verwendet (GZ ZN SN 7).

Gasgemisch

Sauerstoff O2, 120 Nl/min bei 9 bar
Methan G, 22 Nl/min bei 3 bar
Verhältnis 5,5 zu 1 bei einer Politurgeschwindigkeit von 29 mm/sec

Claims

1. Nach dem Vormischprinzip arbeitender Anwärmbrenner, insbesondere Reihenbrenner, mit einer Vielzahl von Gasaustrittsöffnungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasaus trittsöffnungen rundum mit einem Atmosphärenschutz umgeben sind.

2. Anwärmbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Atmosphärenschutz fester Bestandteil des Brennkörpers ist und den Abbrand des Gasgemisches positiv beein flußt.

3. Anwärmbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Brennermate rial eine Messinglegierung mit 7% Zinnanteil verwendet wird.

4. Verfahren zur schnellen, gleichmäßigen und temperaturgenauen Erwärmung von Materia lien bei industrieller Fertigungs- und Veredelungsprozessen, insbesondere zur Feuerpolitur von Bleikristallgläsern, wobei Brenngas/Sauerstoffflammen herangezogen werden, da durch gekennzeichnet, daß durch einen Flammenschutz am Anwärmbrenner der Einzug von Atmosphärenluft zur Flammenbasis und bis zu den Flammenspitzen weitgehend ver mieden wird.

5. Verfahren zur Erwärmung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Brenngas Methan und Erdgas eingesetzt wird und das Volumenverhältnis zwischen Sauerstoff und Methan 5,5 beträgt.