DE1988609U - Austrittsleitung fuer das brenngas-luft-gemisch an offenen brennern. - Google Patents

Description

Austrittsleitung fuer das Brenngas-Luft-Gemisch an offenen

Brennern.

Bekanntlich koennen bei dem Betrieb von Gasbrennern zwei schwerwiegende Maengel auftreten, die in einem Zurueckschlagen bzw. in einem Abloesen der Flamme von der Austrittsleitung bestehen. In der Vergangenheit wurden die mit diesen Maengeln zusammenhaengenden Probleme zweckmaessig geloest,nachdem ueblicherweise nur eine einzige Art von Brenngas, d.h. das sogenannte Stadtgas, zur Anwendung kam und somit Gasbrenner vervendet wurden, deren AAstrittsleitung fuer diese Art von Gas entsprechend dimensioniert war, um die genannten Maengel zu vermeiden. Bei in juengerer Zeit aufgekommenen Brennertypen kam eine Verbesserung zur Anwendung, welche darin bestand, eine zusaetzliche Aüstrittsoeffnung fuer das Gas-Luft-Gemisch vorzusehen, durch welche das Gemisch dauernd austritt und an welcher eine Flamme gebildet wird, deren Aufgabe es ist, die Hauptflamme an der Austrittsleitung staendig gezuendet zu halten und ihr Abloesen zu verhindern.

Bekanntlich werden derzeit aeusserst verschiedene Gasarten verwendet» Wie beispielsweise fluessige Petroliumgase -, Naturgas, Methan und verschiedene Gemische von Petroliumgas oder Methan mit Luft, wodurch sich fuer die Herstellung der Gasbrenner, insbesondere hinsichtlich der Abmessungen und Form der Austrittsleitung des Brenngas-Luft-Gemisches,schwerwiegende Probleme ergaben.

Ferner bestehen im Rahmen der Normierungsvorschriften, welche die Unfallsverhuetung zum Ziel haben, im allgemeinen ge—

setzliche Vorschriften, deren Strenge von Land zu Land verschieden ist, welche die Pruefung der Brenner mit sogenannten "Grenzgasen" betreffen. Diese Grenzgase umfassen rasch verbrennende Gase fuer den Versuch des Flammenrueck-Schlages und langsam verbrennende Gase fuer den Versuch des etwaigen Abloesens der Flamme. Die Loesung der Aufgabe einen allgemeinriHerwendbaren Gasbrenner zu schaffen, welcher ei«, nen sicheren und zufriedenstellenden Betrieb mit jeder Gas« art gestattet und welcher gleichzeitig die strengen Pruefungen besteht> wurde auf verschiedene Art und Weise versucht, insbesondere durch Veraenderung der verschiedenen Bestandteile des Brenners, wie Duesen, Mischkammer der Primaerluft, Leitungen im Brennerkoerper, Steüerflammen usw., ohne dass dabei jedoch vollstaendig zufriedenstellende Ergebnisse/allen Gesichtspunkten erreicht wurden.

Durch die Neuerung werden die Probleme hinsichtlich der voll-

und
staendigen Verbrennung/des sicheren Betriebes des Brenners fuer alle Gasarten und die diesbezueglichen Grenzgase dadurch vollstaendig geloest, dass eine oder mehrere Austrittsleitungen fuer das Gas-Luft-Gemisch vorgesehen werden, die derart ausgebildet sind, dass sie zwischen der Ein- und Austritts— oeffnung mindestens eine Querschnittsveraenderung aufweisen,die derart ist, dass der geringere Querschnitt eintrittsseitig und der groessere Querschnitt austrittsseitig, d.h. an der Seite der Flamme vorhanden ist.

Diese Querschnittsveraenderung der Austrittsleitung fuer das Brenngas-Luft-Gemisch ist dabei vorzugsweise stufenartig. Ohne an dieser Stelle eine genaue theoretische Erklaerung

geben zu wollen, wird angenommen, dass die oben erwaehnten Probleme durch die Neuerung dadurch geloest werden, dass das Brenngas-Luft-Gemisch in dem Leitungsabschnitt mit kleinerem Querschnitt mit groesserer Geschwindigkeit stroemen gelassen wird, als die Flammenrueckschlagfortpflanzungsgeschwindigkeit, wobei der Unterschied zwischen diesen beiden Fortpflanzungsgeschwindigkeiten derart ist, dass ein zwecfonaessiger Sicherheitsspielraum sichergestellt ist. . · In dem Leitungsabschnitt mit groesserem Querschnitt ist hingegen die Stroemungsgeschwindigkeit des Gemisches kleiner - · als die Fortpflanzungsgeschwindigkeit, bei welcher das Flammenabloesen eintritt, wobei stets ein analoger Sicherheitsspielraum gewaehrleistet ist· Es ist ferner darauf hinzuweisen, dass durch die Querschnittsveraenderung der Austrittsleitung des Brenngas-Luft-Gemisches aus nicht vollkommen geklaerten Gruenden, die jedoch wahrscheinlich mit Erscheinungen stroemungstechnischer Natur zusammenhaengen, wie beispielsweise durch Bildung von Bremswirbeln gewaehrleistet ist, dass die geringere Geschwindigkeit, die sich am Austrittsquerschnitt einstellt, zu keinem Flammenrueckschlagen Anlass gibt.

Die Neuerung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand einiger Ausfuehrungsbeispiele naeher erlaeutert.

Fig.l zeigt in schematischer Ansicht einen : .herkoemmlichen Brenner, dessen Austrittsleitung entsprechend der Neuerung ausgebildet ist,

Fig.2 zeigt im Einzelnen in Vorderansicht die Austrittsleitung des Brenners nach Fig.1, die

Fig.3 und 4» welche der Fig.2 entsprechen, veranschaulichen andere Ausbildungen der Austrittsleitung,

«3-

Fig.5 veranschaulicht einen herkoemmlichen Brenner mit Austrittsleitungen nach der Neuerung, Fig.6 ist ein Schnitt durch die Austrittsleitung des Brenners nach Fig.5 gemaess der Linie VI-VI und die

Fig.7, 8, 9, 10 und 11 sind analoge Schnitte wie die Fig.6, welche besondere Betriebszustaende des Brenners veranschaulichen. In Fig.l ist ein herkoemmlicher Brenner gezeigt, wie er beispielsweise in Gaskochgeraeten Verwendung findet, welcher , Brenner eine Leitung 1 zur Zufuhr des Brenngas-Luft-Gemisches, einen im allgemeinen kegelstumpffoermigen Grundkoerper 2 und einen Deckel 3 aufweist, in welchem die Austrittsleitungen nach der Neuerung vorgesehen sind. Der Abschnitt dieser Leitungen mit groesserem Querschnitt ist mit 4 und jener Abschnitt mit kleinerem Querschnitt mit 5 bezeichnet. Wie insbesondere die Fig.2, 3 und 4 Veranschaulichen, kann der Querschnitt dieser Leitungen eine beliebige geometrische Form * besitzen..Gemaess Fig.2 handelt es sich um halbkreisfoermige Querschnitte 4 und 5> in Fig.3 sind rechteckige Querschnitte 4A und 5A gezeigt und Fig.4 zeigt schliesslich ein Beispiel mit trapezfoermigen Querschnitten 4B und 5B·

In F§ig.5 ist ein aehnlicher Brenner wie in Fig.l gezeigt,welcher die den Teilen 1, 2 und 3 entsprechenden Teile 11, 12 und 13 besitzt, wobei jedoch die Querschnitte der Austrittsoeffnungen des Brenngas-Luft-Gemisches nicht halbkreisfoermig sondern kreisfoermig ist.

Anhand der Fig.6 bis 11 wird nachfolgend die Wirkungsweise einer Austrittsleitung nach der Neuerung erlaeutert. In Fig.6 ist eine Austrittsleitung gemaess dem Ausfuehrungsbeispiel nach Fig.5 im Schnitt gezeigt, wobei der Abschnitt mit groesserem Querschnitt mit 14 und jener mit kleinerem Querschnitt mit 15 bezeichnet ist.

Es ist bemerkenswert, dass bei den groessten Ausflussgeschwindigkeiten des Gases die groessten Luftanteile im Gemisch vorhanden sind, welche mit zunehmender Verringerung der Ausflussgeschwindigkeit kleiner werden? Ferner ist es bemerkenswert, dass die bei einer wohlbestimmten Zusammensetzung des Gemisches und Gasart vorhandene groesste Flammenfortpflanzungsgeschwindigkeit sowohl bei groesser als auch bei kleiner werdendem Anteil der Luft im Ge- , misch abnimmt.

Die Fig.7, 8 und 9 betreffen den Fall des Grenzgases fuer den Flanunenrueckschlagversuch. In Fig.7 ist die Flamme bei ganz geoeffnefcem Hahn gezeigt, wobei der Flammenkern mit und die Fahne mit 17 bezeichnet ist. Wenn der Ausfluss auf das Minimum herabgesetzt ist, dann nimmt die Flamme die in Fig.8 gezeigte Form an. Es ist zu beachten, dass die Zusammensetzung des Gemisches sich im Augenblick der Verringerung des Ausflusses nicht aendert, da es sich um das im Brenner^· koerper vorhandene Gemisch handelt, so dass die Flamme das Bestreben aufweist, sich zurueckzuziehen und an der Muendung des Leitungsabschnittes 15 festzusetzen, wobei sich der Flammenkern 16 und die Fahne 17 innerhalb des Leitungsabschnittes 14 entwickeln. Unmittelbar danach wird die Gasmenge, welche aud der Duese ausstroemt geringer, wobei die Geschwindigkeit abnimmt und der angesaugte Luftanteil klei-> ner wird, was einen geringeren Luftanteil im Gemisch zur Folge hat, so dass die Flammenfortpflanzungsgeschwindigkeit abnimmt/ Demzufolge nimmt die Flamme die in Fig.9 gezeigte Form an.

Die Fig.10 und 11 zeigen den Fall des Flammenabloesungsversuches mit dem Grenzgas. In Fig.10 ist die Flamme gezeigt,

ΛΐνΚΛ

welche sich im Zustand der vgeringsten Gasabgabe einstellt, wobei die Flamme an der Austrittsoeffnung des Leitungsabschnittes 14 anliegt. Wenn sodann in den Zustand der groessten Gasabgabe uebergegangen wird, dann neigt die Flamme dazu, seitens des mit groesserer Geschwindigkeit aus dem Leitungsabschnitt 15 ausstroemenden Gemisches einen Impuls zu erhalten, wobei jedoch diese ploetzliche Vergroesserung der Geschwindigkeit durch die ploetzliche Querschnittsveraenderung zwischen den Abschnitten I4 und 15 und durch die folgliche Bildung von Bremswirbeln 18 erheblich abgebremst wird. -

Aus obigen Ausfuehrungen geht klar hervor, dass bei Vorhandensein bestimmter Querschnitte I4 und 15, welche fuer das Grenzgas zufriedenstellend sind, diese Querschnitte zumindest in gleicher Weise fuer die in den Gasgeraeten verwendeten normalen Brenngase zufriedenstellend sind, nachdem diese Gase Flammenfortpflanzungsgeschwindigkeit besitzen, die zwischen jenen der Grenzgase liegen.

In der Literatur gibt es vollstaendige Daten ueber die Flammenfortpflanzungsgeschwindxgkeiten fuer die verschiedenen Brenngastypen und fuer verschiedene Gemischzusammensetzungen dieser Gase mit Luft. Aufgrund dieser Kenntnisse koennen ausser den Querschnittsflaechen der Leitungsabschnitte I4 und 14 auch deren Laengen bestimmt werden. Groessenordnungsmaessig kann gesagt werden, dass die Laenge des Leitungsabschnittes 15 etwa gleich doppelt so gross wie dessen Durchmesser ist, waehrend die Laenge des Leitungsabschnittes I4 mindestens groesser als das Dreifache und vorzugsweise zwischen dem Vier- und Neunfachen des Durchmesser des Leitungsabschnitfces 15 ist.

Wenn die guerschnittsflaeche der Austrittsleitung nicht kreisfoermig ist, dann sind die obigen Laengen vorzugsweise auf die groesste Seite der Querschnitte bezogen. Es ist ferner bemerkenswert, dass in besonderen Faeilen oder fuer besondere Anwendungen in der AÄastrittsieitung mehr als eine Querschnittsvereenderung Vorgesehen sein koennen und dass schliesslich diese guerschnittsveraenderungen auch nicht stufenfoermig sein koennen, sondern einen kontinuierlichen Verlauf besitzen koennen.

Es versteht sich, dass die Waende der Austrittsleitung des Brenngas-Luft-Gemisches in herkoemmlicher Weise mit einer Riffelung mit kreisfoermigen Rillen usw. zum Bremsen der Flamme versehen sein koennen.

— 7».

Claims (11)

RA. 155 931*15.3. SCHUTZANSPRUBCHE

1) Austrittsleitung fuer das Brenngas-Luft-Gemisch in offenen Gasbrennern, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Gemischein- und Austrittsoeffnung der Leitung mindestens eine Querschnittsvergroesserung vorhanden ist·

2) Austrittsleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsveraenderung durch einen Leitungsabschnitt kleineren Querschnittes an der Eintrittsseite des Gemisches und durch einen Leitungsabschnitt groesseren Querschnitts an der Austrittsseite des Gemisches verwirklicht ist.

3) Austrittsleitung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen des Leitungsabschnittes mit kleinerem Querschnitt derart sind, dass eine Ausflussgeschwindigkeit des Gemisches hervorgerufen wird, die groesser ist als die Ausflussgeschwindigkeit des gleichen Gemisches, welche einen Flammenrueckschlag verursacht.

4) Austrittsleitung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen des Leitungsabschnittes mit groesserem Querschnitt derart sind, dass eine Ausflüssgeschwindigkeit des Gemisches hervorgerufen wird, die geringer ist, als die Ausflussgeschwindigkeit , bei welcher ein Abloesen der Flamme hervorgerufen wird.

-8-

5) Austrittsleitung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen der Querschnitte unter Bezugnahme auf Gemische von Grenzgasen und Luft berechnet sind.

6) Austrittsleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnitte Kreisform besitzen,

7) Austrittsleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnitte Rechteckform besitzen.

8) Austrittsleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet^, dass die Querschnitte Trapezform besitzen.

9) AustrittsM-tung na«h Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in ihr mehrere Querschnittsveraenderungen vorhanden sind.

10) Austrittsleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsveraenderung allmaehlich ist.

11) Austrittsleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ausser der Querschnittsveraenderung innerhalb der Leitung herkoemmliche Mittel zum Zurueckhatten und Bremsen der Flamme vorhanden sind.