DE2102276A1

DE2102276A1 - Verfahren zum Betrieb eines Warme Strahlungsbrenners sowie ein Brenner hierfür

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Publication number: DE2102276A1
Application number: DE19712102276
Authority: DE
Inventors: Edward A North Colum bus Ohio Reid jun (V St A )
Original assignee: Columbia Gas System Service Corp
Current assignee: Columbia Gas System Service Corp
Priority date: 1970-01-19
Filing date: 1971-01-19
Publication date: 1971-07-29
Also published as: NL7100470A; JPS5653162B1; DK130200C; GB1297213A; FR2075728A5; CH535919A; BE761502A; DK130200B; US3635644A

Description

PATENTANWÄLTE

DR. HUGO WILCKEN · DIPL.-ING. THOMAS WILCKEW *] Q ? 2 7

D-24 LÜBECK, BREITE STRASSE 52-54

18. Jan. 1971 Cz./Al.

Anmelder-: COLUMBIA GAS SYSTEM SERVICE CORPORATION, Wilmington, 20 Montchanin Road, Delaware, USA

Verfahren zum Betrieb eines Wärmestrahlungsbrenners sowie

ein Brenner hierfür

Die Erfindung betrifft im allgemeinen gasbeheizte Wärmestrahlungsbrenner und insbesondere Infrarotgasbrenner des Typs, der eine Brennerplatte oder ein Brennerelement mit einer Vielzahl von Durchgangs- oder Ausflußöffnungen aufweist, durch die das brennbare Gasgemisch strömt und gezündet wird, um eine Infrarotstrahlung von Bereichen der Brennerplatte vorzusehen.

In Infrarotgasbrennern des oben genannten Typs kann die Brennerplatte aus einem keramischen Material hergestellt sein und hierbei werden, da das Gas-Luft-Gemisch aus den Ausflußöffnungen der Platte austritt und in an Auslaßteile der Ausflußöffnungen angrenzenden Verbrennungszonen verbrennt, die aneinander angrenzenden Bereiche der Platte bis zum QBihzustand zwecks Erzeugung von Infrarotstrahlung oder eines Strahlungswärmeflusses intensiv beheizt bzw« erwärmt. Um einen sachgemäße** Betrieb des Brenners zu sichern, ist es wichtig, daß die Geschwindigkeit des durch jede Ausflußöffnung strömenden Gas-Luft-Gemisches größer ist als die Ausbreitungsgeschwindigkeit

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* LOb«* (0451) 7 5181, Privafi Dr. H. Wildern, Curaii (04505) 210 · Dlpl.-Inf. Th. WlIcWn, LObeck (0451) 2 5) 59 Banlci Comm«rzbank A. G., Rl. LObidc, Kto.-Nr. 39 0187 Postscheck. Hamburg 1381 19

der Gasflamme in einem solchen Gemisch, um einen Rückschlag der Flamme in den Beruhigungsraum zu vermeiden, durch den hindurch das Gemisch zu den vielen Ausflußöffnungen geliefert wird.

In der schwebenden deutschen Patentanmeldung P 19 49 797.3 ist offenbart worden, daß, während der Betrieb des Brenners innerhalb eines relativ großen Bereiches von Strömungsv/erten möglich ist, der Flammenrückschlag durch die Ausflußöffnungen vermieden werden kann, und zwar durch Ausbildung jeder Ausflußöffnung in einer venturigemäßen Gestaltung. Wenn jede Ausflußöffnung eine venturigemäße Gestaltung aufweist, besitzt sie einen Halsteil von kleinem Querschnitt, der zu einem sich erweiternden oder divergierenden Auslaßteil führt, so daß wenigstens innerhalb des Halsteiles die erforderliche Strömungsgeschwindingkeit zur Vermeidung eines Flammenrückschlags über einen relativ großen Bereich von Strömungswerten erhalten bleibt, wobei sich die Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des sich erweiternden Auslaßteiles in Abhängigkeit von dem tatsächlichen Strömungswert ändert, um die Stelle innerhalb des Auslaßteiles zu bestimmen, an der die Verbrennung des Gas-Luft-Gemisches beginnt.

Bei der vorgeschlagenen Benutzung der venturigeffiäß ausgebildeten Ausflußöffnungen in der Brennerplatte war es beabsichtigt, daß, innerhalb des Bereiches der Strömungswerte, der bei der Platte angewendet wurde, eine laminare Strömung des Gas-Luft-Gemisches in dem Halsteil als auch in dem sich erweiternden oder divergierenden Auslaßteil jeder Ausflußöffnung für die wirksamste

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Verbrennung des Luft-Gas-Gemisches hinsichtlich des Wärmeflusses erhalten werden sollte, welch letzterer von der Brennerplatte abgestrahlt wird und sich im allgemeinen in Übereinstimmung mit dem gewählten Gasströmungswert ändert.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die durch einen Infrarotbrenner des beschriebenen Typs erzeugte Infrarotstrahlung sehr wesentlich zu vergrößern und insbesondere eine Vergrößerung der Infrarotstrahlung zu bewirken, die verhältnismäßig sehr viel größer ist als die Zunahme des Gasströmungswertes bzw. das Gasströmungsbetrages, der hierfür benötigt wird.

Eine weitere Aufgabe besteht in der Vergrößerung der Infrarotstrahlung von einem Brenner des beschriebenen Typs durch eine Vergrößerung seiner Bereiche, die zwecks Emission der genannten Strahlung glühend gemacht werden.

Nach einem Gesichtspunkt besteht die Erfindung aus einem Verfahren zum Betrieb eines Wärmestrahlungsgasbrenners, der ein Strahlungselement mit einer Vielzahl von AusflußÖffnungen um-. faßt, durch die ein brennbares Gasgemisch zu fließen veranlaßt ;

j wird, wobei jede Ausflußöffnung aus einem Halsteil besteht, der

i zu einem Auslaßteil mit sich in Richtung der Gasströmung ver- j größerndem Cuerschnitt führt und wobei der Auslaßteil in eine Fläche des Elementes ausmündet, wobei das brennbare Gemisch die Ausflußöffnungen mit einem solchen Mencenströmungswert

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passiert, daß die Geschwindigkeit des Mengenstroms durch den Halsteil jeder Ausflußöffnung größer ist als die Flammenausbreitungsgeschvindigkeit in dem Gemisch und daß der Vert so beschaffen ist, daß ein Gemischstrahl unter Abtrennung bzw. Ablösung von der Oberfläche des Auslaßteils zentral in den Auslaßteil der Ausflußöffnung hineingetragen wird, um dazwischen eine Zone für eine relativ geringe Geschwindigkeit aufweisende Umwälzströmung oder Wirbelströmung des Gemisches zu erzeugen, und daß eine Verbrennung der geringe Geschwindigkeit aufweisenden Wirbelströmung bewirkt wird, um daß aus dem Halsteil in Strahlform ausströmende Gemisch zu zünden und um die Oberfläche des

bis
Auslaßteiles/zum Glühzustand zu erwärmen.

Nach einem anderen Gesichtspunkt besteht die Erfindung aus einem Infrarotgasbrenner, der eine Brennerplatte mit einer Vielzahl von sich durch die Platte erstreckenden Ausflußöffnungen umfaßt, wobei jede der Ausflußöffnungen einen Halsteil vom relativ kleinem Ouerschnitt, der sich von einem Einlaß an einer Oberfläche der Brennerplatte aus erstreckt, und einen sich erweiternden Auslaßteil einschließt, der sich vom Halsteil aus bis zu einer Öffnung an der gegenüberliegenden Oberfläche der Platte erstreckt und beginnend vom Halsteil sich bis zur öffnung vergrößernde Querschnitte aufweist, daß der Brenner Einrichtungen einschließt, um ein brennbares Gas-Luft-Gemisch zu der einen j

Plattenoberfläche zwecks Durchtritts durch die Ausflußöffnungen |

mit einem solchen Mengenströmungswert zu liefern, bei dem die {

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Geschwindigkeit der Gemischströmimg durch den Halsteil jeder Ausflußöffnung größer ist die Flainmenausbreitungsgeschwindigkeit in dem Gemisch und der so beschaffen ist, daß ein Strahl des Gemisches unter Abtrennung bzw. Ablösung von der Oberfläche des Auslaßteiles zentral in den Auslaßteil hineingetragen wird.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist jedes der Ausflußöffnungen in der Infrarotbrennerplatte mit einem Halsteil M von relativ kleinem Querschnitt versehen, der sich von einem Einlaß für das Gas-Iuft-Gemisch aus bis zu einem sich erweiternden oder divergierenden Auslaßteil erstreckt, in den eine im wesentlichen laminare Strömung bzw. ein laminarer Strahl, die bzw. der sich in dem Halsteil aufgebaut hat, zentral hineingetragen wird und die bzw. der sich von der Oberfläche des divergierenden Auslaßteiles abtrennt bzw. ablöst, insbesondere dann, wenn das Gas-Luft-Gemisch mit einem relativ hohen Mengenströmungswert zum Brenner geliefert wird, um eine turbulente Umwälzströmung * bzw. Wirbelströmung um die laminare Strömung bzw. den laminaren ; Strahl herum zu erzeugen. Wenn die vom Halsteil in den divergierenden Auslaßteil der Ausflußöffnung hineingetragene laminare Strömung oder Strahl von der Oberfläche eines solchen Auslaßteiles abgetrennt bzw. abgelöst ist, wobei die Abtrennung bzw. Ablösung abhängig ist von der Geschwindigkeit der laminaren Strömung bzw. des laminaren Strahls, die bzw. der aus dem Halsteil herausströmt, und von dem Divergenzwinkel der Oberfläche des Auslaßteiles, sieht die resultierende turbulente Umwälzbzw. Wirbelströmung eine Selbstzündung oder eine Führungstätig-

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keit für die Selbstzündung des Gas-Luft-Gemisches vor, das aus dem Halsteil der Ausflußöffnung herausströmt, um zu sichern, daß die Verbrennung innerhalb des divergierenden Auslaßteiles der Ausflußöffnung stattfindet als vielmehr an einer Stelle hinter dem Austritt aus der Ausflußöffnung, sogar wenn sehr hohe Mengenströmungswerte angewendet werden. Weiterhin wird gemäß der Erfindung der Glühzustand der Oberfläche des divergierenden Auslaßteiles jeder Ausflußöffnung zusätzlich zum Glühzustand der relativ engen Oberflächenbereiche zwischen den Ausgängen jedes Auslaßteils erreicht, und die kombinierten Wirkungen der sehr hohen Mengenströmungswerte, die angewendet v/erden können, ohne daß ein Abheben der Flanmenfront von der Brennerplatte eintritt, und die vergrößerten Glühbereiche resultieren in überraschender Yeise großen Zunahmen in der infraroten Strahlungsausbeute .

Die oben genannte Aufgabe und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung eines dargestellten Ausführungsbeispieles dieser Erfindung klarwerden, wobei das Ausführungsbeispiel in Verbindung mit der anliegenden Zeichnung zu lesen ist. Es zeigt:,

Fig. 1 eine teilweise in einem senkrechten < Schnitt dargestellte Seitenansicht j eines Infrarotbrenners eines Typs, bei j welchem die vorliegende Erfindung angewendet werden kann,

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht einer der beim Brenner nach Figur 1 verwendeten Ausflußöffnungen,

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Fig. 5 u. 4. ähnliche Ansichten in bezug auf Figur 2, die die Natur der Strömung des Gas-luft-Gemisches 'durch die Ausfluß Öffnung darstellen, wie es in der vorerwähnten schiebenden Anmeldung bzw. gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen ist,

Fig. 5 ein Diagramm, das die Beziehung der Strahlungswärmeausbeute vom Brenner und dem Menrenströmungswert des Gas-luft-Gemisches durch den Brenner zeigt und auf das beim Beschreiben der Vorteile der Erfindung Bezug genommen wird.

Figur 1 zeigt eine Infrarotbrennereinheit 10 des Typs, bei dem die vorliegende Erfindung angewendet werden kann und der/'Sllgemeinen einen Brenner 12 umfaßt, der eine keramische Brennerplotte 14 mit einer Yielzahl "v m sich durch die Platte erstreckenden AusflußÖffnungen 16 und einen Beruhigungsraum 18 einschließt, über dessen oberen Bereich sich die Brennerplatte 14 erstreckt, so daß ein brennbares Gemisch aus luft und einem brennbaren Gas, das zum Raum 18 geliefert wird, aus den AusflußÖffnungen 16 der Platte 14 ausströmen wird. Das Gas-Luft-Gemisch wird zum Beruhigungsraum 18 durch ein Rohr 20 von einer schematisch dargestellten °uelle 22 geliefert.

die in den j

Wie schon erwähnt, befinden sich/Raum 18 gelieferte Luft und das: brennbare Gas in einem brennbaren Gemisch, und daher wird die j vollständige Verbrennung des Gases unterstützt, ohne daß Hilfs- | luft in die Verbrennungszone oder Verbrennungεζonen eingeführt werden muß. ^ienn es gewünscht wird, kann, wie in Figur 1 darge-

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stellt, ein metallenes Gitter oder Geflecht 24 in einer kurzen Entfernung über der Brennerplatte 14 angeordnet sein, um durch die Verbrennung des Gas-Luft-Gemisches auf einen Glühzustand erwärmt werden zu können, um dadurch zusätzlich Strahlungswärme zu derjenigen zu erzeugen, die durch die glühenden Teile bzw. Bereiche der keramischen Platte 14 entsteht.

Wie im einzelnen in Figur 2 gezeigt ist, besitzt jede Ausflußöffnung 16 eine venturigemäße Ausgestaltung, d.h. einen Halsteil 2.6, der sich von einer Einlaßöffnung 28 εη der unteren Oberfläche 30 der Platte 14 aus bis zu einem sich erweiternden oder divergierenden Auslaßteil 32 erstreckt, der eine Öffnung an der oberen Oberfläche 34 der Brennerplatte besitzt. Die Einlaßöffnung 28 jeder AusflußÖffnung kann eine gerundete Eintrittseberfläche aufweisen, die zum Halsteil 26 hin konvergiert, um eine glatte Eintritteströmung des Gas-Luft-Gemisches vom Raum 18 in die Ausflußöffnung 16 zu erreichen. Der Halsteil 26 besitzt einen relativ kleinen Querschnitsbereich, der vorzugsv/eise im wesentlichen gleichförmig über die Länge des Halsteiles ist, und der sich erweiternde oder divergierende Auslaßteil 3? be- ; sitzt im allgemeinen die Form eines umgekehrten Kegelstumpfes, j

I um so einen Querschnitsbereich zu bilden, der sich vom Halsteil j 26 zur Öffnung des Halsteils 32 in der Oberfläche 34 progressiv vergrößert, d.h. in der Richtung der Strömung des Gas-Luft-Gemisches durch die Ausflußöffnung 16. Weiterhin weist jede Ausflußöffnung vorzugsweise einen kreisförmigen Ouerschnitt über

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ihrer gesamten Länge auf.

Zum Betreiben der vorstehend beschriebenen Infrarotbrennereinheit 10 wird das Gas-Luft-Gemisch zum Beruhigungsraum 18 durch ein Rohr. 20 von der Ouelle 22 geliefert, um dann die Ausflußöffnungen 16 der Platte 14 aufwärts au passieren, und das Gemisch wird zuerst angrenzend an die obere Oberfläche 34 der Platte 14 gezündet, xile bei einem konventionellen piezoelektrischen Zünder oder Zündflamme (nicht gezeigt). Bei der Wirkungsweise der Brennereinheit 10, die. in der vorerwähnten Patentanmeldung offenbart ist, ist der Bereich der Mengenströmungswerte des Gemisches so gewählt, daß an der oberen und unteren Grenze dieses Bereichs die Geschwindigkeit der Strömung durch den Halsteil 26 jeder Ausflußöffnung größer ist als die Flammenausbreitungsgeschwindigkeit im Gemisch, wodurch ein Flammenrückschlag durch die Ausflußöffnung in den Beruhigungsraum 18 vermieden ist. Wie in Figur 3 der früher vorgeschlagenen Wirkungsweise gezeigt ist, sind der Divergenzwinkel des Auslaßteiles 32 der Ausflußöffnung 16 und der maximale Mengenströmungswert, die angewendet werden, in Beziehung zueinander gewählt, so daß bei allen sich ändernden GtrBinungswerten im wesentlichen eine laminare Strömung des Gemisches durch den Halsteil 26 und ebenfalls im divergierenjden Auslaßteil 32 stattfindet. Mit anderen Worten, die relativ hohe Geschwindigkeit aufv/eisende Strömung durch den Halsteil 26 erweitert sich progressiv in dem Auslaßteil 32, um im wesentlichen eine gleichförmige Strömungsgeschwindigkeit über dem gesamten Bereich jedes Querschnittes des divergierenden Auslaß-

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teiles 32 zu erhalten, wobei sich die Geschwindigkeiten in der Richtung vom Halsteil 26 zum Ausgang oder zur öffnung des Auslaßteiles 32 an der Oberfläche 34 progressiv verkleinern.

Dadurch, daß der Bereich der Gasmengenströmungsv/erte εο gewählt ist, daß die laminare Strömung des Gemisches im Auslr-ßteil '; 2 jeder Ausfluß öffnung; erhalten bleibt, v-ird die Verbrennung des Gemisches bei einem Pegel innerhalb des divergierenden Auslaßteiles 32 beginnen, bei dem die Strömungsgeschwindigkeit im wesentlichen bis auf die Flanmenausbreitungsgeschwindigkeit herabgesetzt ist. Daher wird die Verbrennung beim niedrigsten Mengenströmungswert, bei dem der Brenner betrieben wird, angrenzend an des jenige Ende des divergierenden Ausletteils 3? beginnen, das sich vom Halsteil 26 aus erstreckt. Bei höheren Kengenströmungswerten innerhalb des Bereiches, bei denen die laminare Strömung im Auslaßteil 32 erhalten bleibt, wird die Verbrennung des Gemisches an stellen beginnen, die progressiv dichter zur Öffnung des Auslaßteils 32 an der Oberfläche 34 liegen. Daher wird die Verbrennung des Gasgemisches, das aus jeder Ausfluß öffnung 16 ausströmt, beim höchsten Hengenströmung'swert des Gemisches, bei dem die laminare Strömung in dem I.us-

an

laßteil 32 erhalten bleibt,/oder nahe der Öffnung der Auslaßöffnung in der Oberfläche 34 stattfinden, so daß die Verbrennung; intensiv heizt und den Glühzustand des Auslaßteils ?2 der ; keramischen Platte 14 bewirkt. Infolgedessen, obwohl die früher j vorgeschlagene Wirkungsweise der Brennereinheit 10 es möglich macht, die durch die Brennerplatte 14 erzeugte Infrarotstrahlung

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ohne die Gefahr des Flammenrückschlags relativ weit zu ändern,

v/enn der Strahlungswärmefluß auf. seinen niedrigsten Pegel herabist

gesetzt ist,/ der ersielbore maximale Strahlungswärmefluß im allgemeinen begrenzt durch d.ie relativ kleinen Flächen bzw. Bereiche der Platte 14, die beim maximalen Mengenströmungswert, bei dem die laminare Strömung innerhalb des Auslaßteiles 32 erhalten bleibt, glühend gemacht ist.

Es wurde früher angenommen, daß das mit dem Brenner 10 erreichbare Strahlungswärmemaximum dasjenige ist, das mit dem maximalen MengeiiF-trömungswert ersielbar ist, bei dem die Geschwindigkeit innerhalb der laminaren Strömung im divergierenden Auslaßteil ?2 auf die Flaimnenausbreitungsgesclwindigkeit an einer Stelle an oder nahe der öffnung des Auslaßteiles ;"? in der Oberfläche ?4 reduziert sein würde, und weiterhin wurde angenommen, daß jegliche Zunahme des Mengenströmungswertes über einen solchen Viert im ^; blieben der Flammenfront von der Platte 14 resultieren

würde, d.h. die Verbrennung des Gas-Luft-Gemisches findet ^i wesentlich über der Oberfläche 34 der Brennerplatte 14 statt, und zwar mit einer konsequenten Reduktion des Glühzustandes und somit auch mit einer entsprechenden Reduktion in der Emission der Infrarotstrahlung von einer solchen Brennerplatte.Es wurde jedoch überraschenderweise festgestellt, daß die Emission der !

Infrarotstrahlung sehr drastisch erhöht bzw. vergrößert ist, wenn für einen bestimmten Divergenzwinkel des Auslaßteiles 32 jeder Ausflußöffnung der Strömungswert des Gas-Luft-Gemisches genügend vergrößert wird, um die laminare Strömung im Auslnß-

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teil 32 auseinanderzureißen bzw. teilweise aufzuheben. Der Mengenströmungswert des Gas-Luft-Gemisches wird daher gemäß der vorliegenden Erfindung, wie in Figur 4 dargestellt ist, genügend erhöht, so daß die laminare Strömung, die sich in dem Halsteil 26 jeder Ausflußöffnung aufgebaut hat, in Form eines zentralen Strahles 38 in den divergierenden Auslaßteil 32 hineingetragen, wobei sich der Strahl von der Oberfläche des divergierenden Auslaßteiles 32 abtrennt bzw. ablöst, um so eine Zone 40 mit relativ niedrige Geschwindigkeit aufweisender turbulenter Umwälz- bzw. Wirbelströmung 41 zwischen dem zentralen Strahl 38 und der Oberfläche des Auslaßteiles 32 zu erzeugen. In dieser Zone der Umwälzung werden Wirbelströmungen von relativ geringer Geschwindigkeit und relativ geringem Druck bezogen auf den zentralen Strahl 36 gebildet.

¥enn das von den Ausflußöffnungen 16 abgegebene Gas-Luft-Gemisch gezündet ist, werden die in der Zone 40 befindlichen Gase mit geringerer Geschwindigkeit ebenfalls gezündet. Die brennenden Gase in der Zone 40 übertragen sehr ausreichend Wärme auf die konusförmige Wandung jedes Auslaßteiles 32, um diesen keramischen Wandungsteil der Brennerplatte 10 auf eine Temperatur zu erwärmen, bei der diese Wandung glüht. Auf diese v/eise ist der Bereich der t glühenden Keramikplatte stark vergrößert, um die vom Brenner ab- | gegebene Infrarotstrahlung bedeutsam zu vergrößern. Der zentrale Strahl des Gas-Luft-Gemisches strömt durch den Halsteil 26 jeder Ausflußöffnung mit einer ausreichend hohen Geschwindigkeit, um einen Rückschlag der Fleunmenfront in den Beruhigungsraum 18 zu

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verhindern.

Da die Wirbelströme in der Zone 40 eine Restriktion der Ausflußöffnung 16 zur Folge haben, ist das Druckgefälle über der Platte 14 vergrößert und die hohe Strömungsgeschwindigkeit des Strahles 38 bleibt erhalten.

Die Brenngase in der Wirbelzone 40 dienen auch als ein Zündbrenner zum Zünden des Gas-Luft-Gemisches, wenn dieses aus dem Halsteil 26 jeder Ausflußöffnung ausströmt. Dadurch beginnt das Brennen des Gas-Luft-Gemisches im Strahl 38 innerhalb desjenigen Endes des Auslaßteiles 32, das an den Halsteil 2.6 angrenzt, un d zwar als ein Ergebnis der beschriebenen Selbstsündtätigkeit, wodurch das Abheben der Flammenfront von der Brennerplatte vermieden ist. Die vorstehend beschriebene Tatsache erlaubt die Anwendung von Mengenströmungswirfcen des Gas-Luft-Gemisches durch die Platte 14, welche Werte pro Einheit des Verbrennungsoberflächenbereichs um ein Mehrfaches höher sind, als das bei den bekannten Infrarotbrennern möglich ist.

Das Temperaturprofil, das innerhalb jeder Ausflußöffnung 16 er- i zeugt wird, ist derart, daß der heißeste Bereich des Brenners sich gerade eben hinter dem Ausgang vom Halsteil 26 befindet, j und die Temperatur der keramischen Platte fällt entlang der Wandung des konischen Auslaßteiüs 32 wie sich der Querschnitt dieses Teils vergrößert. Jedoch ist die Temperatur an jedem Punkt entlang der Oberfläche des Aunlaßteils 32 so hoch, daß die

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kerand.sehe Platte glühen wird. Wie früher betont *?urde, ist die Geschwindigkeit des Gasgemisches durch den Halsteil 26 größer als die Geschwindigkeit der Flammenfrontausbreitung;, so daß die Gase in dem Halsteil nicht brennen werden und ein Flammenrückschlag nicht vorkommen wird. Die Strömung des nichtbrennenden Gases in dem Halsteil 26 sichert, daß die Temperatur der keramischen Platte an dem Einlaß 28 jeder Ausflußöffnung, d.h. an der Eingangsseite der Platte H, auf einem Niveau gehalten wird, das wesentlich unter dem Temperaturniveau εη der Oberfläche 34 der Brennerplatte liegt.

Der Mengenströmungswert, bei dem die beschriebene 2trömungsablösung stattfindet, ist natürlich eine Funktion ae~ Divergenzwinkels des Auslaßteiles 32 jeder Ausflußöffnung; 1€. Bei einem größeren Winkel, d.h. einer größeren Divergenz, wird daher ein niedrigerer Mengenströmungswert benötigt, um aie Abtrennung bzw. Ablösung der Strömung von der Oberfläche des /uslaßteiles 32 zu bewirken.

Es wurde gefunden, deß, wenn der Kengenströmungswert des Gas-Luft-Gemisches durch die Ausflußöffnung 1t der Platte 14 über den 7ert erhöht wird, bei dem sich die Gemischströinung von der Wandung des sich erweiternden Ausl?.£teilfcs ;■? der i.usfluü'-ffnun^ 16 eblöst, die pro Gaszuführungseinheit erzeugte Infrarotstrahlung angenähert verdoppelt ist. Figur 5, die diese Erscheinung wieder_r gibt, stellt ein Diagramm dar, in dem der Gasströmungsvcrt in !

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Standardkubikfußeiiiheiten pro Stunde auf der Ordinate und indem die Strahlun;_;;swärmeausbeute in BTU-Einheiten pro Stunde auf der Abrisse dargestellt ist. Das Diagramm gibt typische Testdaten für einen Brenner nach dem beschriebenen Charakter bzw. Typ wieder, und es kann klar entnommen werden, daß der getestete Brenner bei einer Zunahme der Gasströmung von lediglich 0,5 Kubikfuß pro Stunde ( von 2,5 bis 3,0 Kubikfuß pro Stunde) eine Vergrößerung der Strahlungswärmeausbeute von 600 auf HOO BTU pro Stunde bewirkt. Die Wäimeausbeute ist also mehr als verdoppelt. Dieses Ergebnis ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß Strömungsablösung bei einem höheren Strömungswert (3,0 Kubikfuß pro Stunde) eintritt und nicht bei einem niedrigeren Strömungsvert (2,5 Kubikfuß pro Stunde).

Die Quelle 22 des Gas-Luft-Gemisches umfaßt vorzugsweise unter Druck stehende Gas- und Luftquellen, um einen Strömungswert für die durch die Ausflußöffnungen 16 strömende Gasmenge vorzusehen, J der ausreichend ist, um die beschriebene Strömungsablösungscharakteristik dieser Erfindung zu erreichen. Jedoch kann auch ein übliches Speisesystem nach /rt eines Venturi-Saugapparates benutzt v;erden. In diesem Fall muß das Gas mit einem ausreichend¹ hohen Druck geliefert werden, so daß das Gemisch aus Gas und. j

angesaugter Luft einen ausreichend hohen Hengenströmungswert i

erreicht, um die vorstehend beschriebene Strömungsablösung in j

den Ausflußöffnungen 16 zu erreichen. j

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Obwohl ein dargestelltes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung mit Bezug auf die anliegende Zeichnung beschrieben worden ist, ist es klar, daß die Erfindung nicht auf dieses bestimmte /usführungsbeispiel begrenzt ist; es können also verschiedene Änderungen und Modifizierungen durch sachverständige Personen vorgenommen werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.

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Claims

PATENTANWÄLTE

DR. HUGO WILCKEN · DIPL.-ING. THOMAS WILCKEN

D - 24 LÜBECK. BREITE STRASSE 52-54

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18. Jan. 1971 Cz./Al.

Anmelder: COLUMBIA GAS SYSTEM CORPORATION, Wilmington, 20 Montchanin Road, Delaware, USA

Patentansprüche

[1.JVerfahren zum Betrieb eines Wärmestrahlungsgasbrenners, der ein Strahlungselement mit einer Vielzahl von Ausflußöffnungen umfaßt, durch die ein brennbares Gasgemisch zu fließen veranlaßt wird, wobei jede Ausflußöffnung aus einem Halsteil besteht, der zu einem Auslaßteil mit sich in Richtung der Gasströmung vergrößerndem Querschnitt.führt und wobei der Auslaßteil in eine Fläche des Elementes ausmündet, dadurch gekennzeichnet, daß das brennbare Gemisch die Ausflußöffnungen mit einem solchen Mengenströmungswert passiert, daß die Geschwindigkeit des Mengenstromes durch den Halsteil jeder Ausflußöffnung größer ist als die Hammenausbreitungsgeschwindigkeit in dem Gemisch und daß der Wert so beschaffen ist, daß ein Gemischstrahl unter Abtrennung bzw. Ablösung von der Oberfläche des Auslaßteils zentral in den Auslaßteil der Ausflußöffnung hineingetragen wird, um dazwischen eine Zone für eine relativ geringe Geschwindigkeit aufweisende Umwälzströmung oder Wirbelströmung des Ge, misches zu erzeugen, und dass eine Verbrennung der geringere

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* Iflbedc (0451) 7 5888, Privati Dr. H. WiIcWn, Curau (04505) 210 · Dlpl.-Ing. Th. Wllck.n, LObed (0451) 251 5? Bank ι Commarzbank A. G., FiI. LObtdt, Kto.-Nr. 39 0187 Poitidiedu Hamburg 1361 19

Geschwindigkeit aufweisenden Wirbelströmung bewirkt wird, um das aus dem Halsteil in Strahlform ausströmende Gemisch zu zünden und um die Oberfläche des Auslaßteils bis zum Glühzustand zu erwärmen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mengenströmungswert durch Unter-Druck-setzen sowohl von luft als auch Gas erreicht wird, um das Gemisch zu erzeugen.
3. Infrarotgasbrenner, der eine Brennerplatte mit einer Vielzahl von sich durch die Platte erstreckenden Ausflußöffnungen umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Ausflußöffnungen einen Halsteil von relativ kleinem Querschnitt, der sich von einem Einlaß an einer Oberfläche der Brennerplatte aus erstreckt, und einen sich erweiternden Auslaßteil einschließt, der sich vom Halsteil aus bis zu einer Öffnung an der gegenüberliegenden Oberfläche der Platte erstreckt und beginnend vom Halsteil sich bis zur Öffnung vergrößernde Querschnitte aufweist, daß der Brenner !Einrichtungen einschließt, um ein brennbares Gas-Luft-Gemisch zu der einen Plattenoberfläche zwecks Durchtritts durch die Ausflußöffnungen mit einem solchen Strömungswert zu liefern, ι bei dem die Geschwindigkeit der Gemischströmung durch den Halsteil jeder Ausflußöffnung größer ist als die Flammenausbreitungsgeschwindigkeit in dem Gemisch und der so beschaffen ist, daß ein Strahl des Gemisches unter Abtrennung bzw. Ablösung von der Oberfläche des Auslaßteiles zentral in den Auslaßteil hineingetragen wird. - 3 -

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4. Infrarofbrenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen sum liefern des Gemisches zu einer Oberfläche der Brennerplatte einen Beruhigungsraum einschließen, über deir rieh die Brennerplatte euer erstreckt, um mit ihrer dem Raum Kupev'andten Oberfläche eine Wandung dieses Raumes zu bilden, und dc.i?· die Einrichtungen Mittel sum Liefern von Luft und Gas sum Beruhigungsraum unter Druck einschließen.

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