DE2127324A1 - Gasbrenner - Google Patents

Description

27.5. 1971 Patentanwälte

_ __ Dipl.-Ing. Le i fi V/ Θ b Θ Γ

Dipl.-ing. Zmmeimann

München 2, Rc;ental 7
Tel. 2 60 39 89

Juni

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¹¹ Gasbrenner ₀"

Die vorliegende Erfindung "bezieht sich, am allgemeinen auf die Gasbrenner, welche zum Einbau in der Wandung eines zu heizenden geschlossenen Raumes, wie z.*l· ein Kessel oder ein industrxeller Ofen bestimmt sind, und betrifft insbesondere einen derartigen Gasbrenner, der mindestens zwei gleichachsig angeordnete Zufuhrleitungen, welche jeweils zur Zuleitung der Luft und des Gases unter verhältnismässig

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niedrigem Druck dienen, sowie einen Kopf umfasst, welcher mit Mitteln um das "brennende Gemisch in Drehung zu versetzen, versehen ist.

Bs ist bei den industriellen Brennern üblich, die Medien in Drehung zu versetzen, und zwar aus verschiedenen Gründen wie ζ .B₀ zur Verbesserung des Verbrennungsrates, zur Stabilisierung der Flammen, zur Erzielung von Flammen mit besonderer Gestaltung, und so weiter. Bezüglich der Brenner mit Umlauf, die eine Arbeitsöffnung aufweisen, hat die Kenntnis der aerodynamischen Mechanismen zur Herstellung von Flammen verschiedener Formen neuerdings Fortschritte gemacht, aus welchen es sich insbesondere ergibt, dass die Rolle des Umlaufes bzw. der Drehung darin besteht, in der Achse des Brenners und der Arbeitsöffnung Rückfluss- bzw. Rücklaufströmungen zu erzeugen, sodass der Abfluss bzw, die Strömung der brennenden Medien in der ETähe der Wandungen der Arbeitsöffnung beschränkt wird, damit ein möglich grosser'Strahlungsfaktor erzielt wird. Unter diesen Bedingungen, hängt die Form der erzielten Flamme ausschliesslich von dem Querschnittsprofil der Auslassöffnung d.h. von dem Profil der Arbeit soff ung und der Ausbildung des Brennerkopfes ab. Ein gleicher Brennerkopf, welcher in verscheidenartigen Arbeitsöffnungen eingebaut ist, ermöglicht es, Flammen mit sehr verschiedenen Formen herzustellen, wobei diese Flammen zu den besonderen Anforderungen der betreffenden Heizung leicht angepasst werden können.

Bei der vorliegenden Anwendung, d.h_o bei der Heizung eines geschlossenen Raumes wie z.B. ein Ofen oder ein Kessel, werden die Brenner vorteilhaft mit Brenngas und Luft als Verbrennungsmittel unter verhältnismässig schwachem Druck, z.Bo in der Grössenordung von 70 Millibars gespeist, wobei sehr einfache Zentrifugallüfter, welche

ψ jedoch sum Anhaften der brennenden Gase an der Wandung ausreichend sind, verwendet werden können, und zwar unter der Voraussetzung, dass die Ausbildung des Brennerkopfes die Erzeugung einer Drallwirkung genügender Stärke ermöglicht. Dadurch, dass der geheizte Raum geschlossen ist, wird ausserdem der Brennerkopf sehr starken Wärmebeanspruchungen ausgesetzt, sodass die Drehung der Gase durch rein statischen, robusten und eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber den Wärmebeanspruchungen aufweisenden Mittel erzielt werden solle

Die vorliegende Erfindung hat sich nämlich die Lösung dieses doppelten Problemes durch die Schaffung eines Gasbrenners zum Ziel gesetzt, dessen Mundstück aus einem massiven feuerfesten Stück bzw» Teil besteht, wobei die Gase dank der besonderen Ausbildung dieses Stückes in Drehung versetzt werden.

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Der erfindungsgemässe Gasbrenner, welcher mindestens zwei gleichachsig angeordnete Zufuh.rleitun.gen, welche jeweils zur Zuleitung der Luft und des Gases unter verhältnismässig schwachem Druck dienen, sowie einen Brennerkopf umfasst, welcher mit Mitteln um das Verbrennungsgemisch in Drehung zu versetzen, versehen wird, ist zu diesem Zweck dadurch gekennzeichnet, dass diese Mittel einen feuer- ■ festen Kern umfassen, welcher das Mundstück des Brenners bildet, dessen Hantelfläche vom vorgeschalteten zum nachgeschalteten Ende sich ausweitet und mit mehreren schraubenförmigen H_uten versehen ist, welche am vorgeschalteten Ende in der inneren Leitung und am nachgeschalteten Ende in unmittelbarer Nähe der ringförmigen Auslassöffnung der äusseren Leitung einmünden, wobei diese ringförmige Auslassöffnung sich am Umfang des Brennerkopfes befindet.

Durch die feuerfeste Eigenschaft des Brennermundstuckes ist also das Problem der Wärmebeanspruchungen gelöst, während seine einfache Abbildung ihm eine grosse Festigkeit verleiht und zugleich die drehende Strömung des brennenden Gemisches sicher bewirkt, indem ein Durchflussquerschnitt vorhanden ist, welcher mit der Speisung des Brenners mit unter schwachem Druck stehenden Medien vereinbar ist.

Weitere Zwecke, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden deutlicher in der nachstehenden ausfuhrlichen Beschreibung erläutert werden, welche sich auf die beiliegenden nur beispielsweise angegebenen Zeichnungen beziehte

In den Zeichnungen zeigen t

- Figur 1 eine Ansicht im axialen Schnitt mit Teilabriss eines erfindungsgemässen Brenners ; und

- Figuren 2 bis 4 den Einbau und die Arbeitsweise des Brenners der Figur 1 in verschiedenen Anordnungen.

Der Körper des auf der Zeichnung dargestellten Brenners B besteht aus drei konzentrisch ineinander liegenden Leitungen 01, 02 und 03» wobei die innere Leitung 02 an der nachgeordneten Seite durch ein ausgeweitetes Mundstück E endet, welches in der äusseren Leitung 01 mittels einer Hülse D zentriert ist, welche ihrerseits mit radialen, als Querstreben bzw«, Stege dienende Rippen versehen ist, sodass ein ringförmiger Austrittsschlitz S1 begrenzt wird, in welchem der Durchfluss des zwischen den Leitungen 01 und 02 eingeschlossenen Mediums frei gegeben wird«, In dem Mundstück E der inneren Leitung 02 ist ein im allgemeinen kegelförmiger, feuerfester Kern R eingebaut, welcher durch das Ende der mittleren Leitung 03 getragen

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wir do Die nachgeschaltete Öffnung S2 zum Durchfluss des Mediums, welche zwischen den Leitungen 02 und 03 begrenzt ist besteht aus einer Reihe von schraubenförmigen Nuten R, welche an der kegelförmigen Mantelfläche des feuerfesten Kernes N vorgesehen sind. Schliesslich mündet die mittlere Leitung 03 an der nachgeschalteten Seite durch eine öffnung S3 in die Mitte des Kernes N ein.

Dieser Kern N wird vorzugsweise durch ein massives, im allgemeinen stumpfkegelartig ausgebildetes, feuerfestes Teil gebildet, dessen Scheitelwinkel z.B_o 90° beträgt. Die schraubenförmigen Nuten R sind gemäss einer kreisförmigen Symmetrie verteilt und weisen eine konstante oder fortschreitende Teilung auf, welche der Stärke der gewünschten kreisenden Wirkung entspricht₀ Der z.B. viereckige Querschnitt der Nuten kann konstant sein oder sich vom vorgeschalteten zum nachgeordnet en Ende verringern, um sich an die Geschwindigkeitssteigerung des Mediums anzupassen, wobei der gesamte Durchflussquerschnitt selbstverständlich so gewählt wird, dass eine ausreichende Durchflussstärke trotz des verhältnismässig schwachen Zufuhrdruckes bzw. Speisedruckes erzielt wird₀ Bei dem AusfUhrungsbeispiel der Figur 1 ist der Kern N mit sechs schraubenförmigen, im gleichen Abstand voneinander entfernten Nuten versehen, welche eine konstante Teilung und einen unveränderlichen viereckigen Querschnitt aufweisen»

Die Figur 2 zeigt schematiseh den Einbau des Brenners B in die Arbeitsöffnung 0 der feuerfesten Wandung P eines zu heizenden geschlossenen Raumes, z.Bo eines industriellen Ofens. Wie es auf dieser Figur ersichtlich ist, ist der Brenner B in die Achse der Arbeitsöffnung eingebaut, deren Boden praktisch ausschliesslich durch die Stirnseite des feuerfesten Kernes N des Brenners gebildet ist» Dieser W Brenner weist zwei Zuleitungen für das Brenngas Gr z.B. ein natürliches Erdgas auf, wobei die Haupt zuführung durch den Durchgang des zwischen der äusseren Leitung C1 und der inneren Leitung C2 erfolgt, während eine Nebenzuftihrung durch die mittlere Leitung C3 gewährleistet wirdt, Die zur Verbrennung dienende Luft A wird unter verhältnismässig schwachem Druck durch den Durchgang des zwischen der inneren Leitung 02 und der mittleren Leitung 03 eingeschlossenen Mediums zugeführt. Auf diese Weise wird murdLe zur Verbrennung dienende Luft A ursprünglich durch ihren Durchfluss in die schraubenförmigen Nuten R des feuerfesten Kernes N in Drehung versetzt,, Die Ausgänge bzw. Auslassöffnungen S2 der Nuten R sind in unmittelbarer Nähe des ringförmigen Austrittsschlitzes S1 der äusseren Gaszuführung angeordnet, sodass eine enge Vermischung der Luft und des Gases eifolgt, wobei das herge-

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stellte G-emisch die der Verbrennungsluft erteilten kinetischen Energie behält. Wie es schematised, auf der Figur 2 gezeigt ist, be- ■ wegt sich daher jedes Bestandteil des brennenden Gemisches bei einer Geschwindigkeit v, welche der Vektorsumme einer axialen Komponente x,· welche der axialen Strömungsgeschwindigkeiten des Gases und der Luft entspricht., mit den radialen y. und tangentialen t. Komponenten gleich ist, welche jeweils der radialen Ablenkung der Verbrennungsluft wegen der kegelförmigen sich ausweitenden Form des Kernes N und der spirallinienförmigen Strömung dieser Luft durch die schraubenförmigen Nuten R des Kernes entsprechen

Die aus dem Brenner B ausfliessende Gasströmung nimmt insgesamt eine ringförmige, kegelförmigeFcnaauf und neigt dazu, an der Wandung der Arbeitsöffnung 0 anzuhaften bzw_o sich an diese Wandung anzulegen» Bei der auf der Figur 2 dargestellten Ausbildung der Arbeitsöffnung erzielt mast eine kugelförmige sehr heisse Flamme·

Der Brenner B kann ebenfalls anders ausgebildete Flammen erzeugen, wie es die Figuren 3 und 4 erkennen lassen. Die Kombination des Brenners B mit einer trichterförmigen Arbeitsöffnung O¹ ermöglicht es eine sogenannte flache oder-Wandflamme zu erzeugen, welche sich auf eine grosse Fläche der Wandung des geschlossenen Raumes erstreckt, indem der innere Raum dieses Behälters frei gelassen ist. In diesem Fall, wie bei dem Fall der Figur 2, kann der Brenner B in dem zylinderförmigen Boden der Arbeitsöffnung 0, O¹ mehr oder weniger zurückgesetzt werden, ohne dass die Ausbildung der Flamme dadurch verändert wird ο

Wie es die Figur 4 zeigt, kann die Anlage bzw_e das Anhaften der Flamme an der Wandung des geschlossenen Raumes selbst im äussersten Falle bei Abwesenheit einer Arbeitsöffnung erzielt werden, wobei in diesem Fall das Mundstück des Brenners B an der Wandung P bündig gemacht wird ο

Der erfindungsgemässe Brenner kann selbstverständlich ver schiedenartig ausgeführt werden, wobei diese Ausführungsvarianten das Anpassen des Brenners an verschiedene Bedürfnisse ermöglicht« So könnte z.B„ die mittlere Zufuhrleitung ausgelassen werden, die Luft- und GaszufUhrungen könnten vertauscht werden, der Kern könnte eine anders als kegelförmige sich ausweitende Mantelfläche aufweisen und die Anzahl sowie die Ausbildung der schraubenförmigen Nuten könnten verändert werden. Es wäre auch möglich die mittlere Leitung 03 für die Zuführung eines Abkühlunsmittels verwendet werden. Das zwischen den inneren 02 und den äusseren 01 Leitungen durchfliessende Medium

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könnte ebenfalls insbesondere in der anderen Richtung z.B_o mit Hilfe der Rippen der als Quer st rebe dienenden Hülse D in Drehung versetzt werden,,

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Claims (1)

1. PATENTANSPRTJEOHE

   Gasbrenner, welcher zum Einbau in die Wandung eines zu heizenden geschlossenen Raumes bestimmt ist und mindestens zwei gleichachsig angeordnete Zufuhrleitungen, welche jeweils für die Zuleitung des Gases und der Luft unter verhältnismässig schwachem Druck vorgesehen sind, sowie einen Brennerkopf umfasst, welcher mit Mitteln um das Verbennungsgemisch in Drehung zu versetzen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, das diese Mittel einen feuerfesten Kern(N) umfassen, welcher das Mundstück des Brenners bildet, dessen Mantelfläche vom vorgeschalteten zum nachgeschalteten Ende sich ausweitet und mit mehreren schraubenförmigen Nuten (R) versehen ist, welche am vorgeschalteten Ende in die innere Leitung (02) und am nachgeschalteten Ende in unmittelbarer Nähe der ringförmigen Auslassöffnung (S1) der äusseren Leitung (C1) einmünden, wobei die Auslassöffnung an dem Umfang des Brennkopfes sich befindete

   2o- Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der feuerfeste Kern (N) in einem ausgeweiteten Mundstück (E) eingefasst ist, welches am nachgeschalteten Ende der inneren Leitung (C2) gebildet ist und mindestens einen zwischengelegten Abschnitt seiner schraubenförmigen N_uten (R) deckt.

   3»-Brenner nach Anspruch 1,oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das nachgeschaltete Ende einer mittleren Leitung (C3) durch den feuerfesten Kern (N)verläuft.

   4.- Brenner nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche des feuerfesten Kernes (N) kegelförmig ausgebildet ist_o

   5o- Bramer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die kegelförmige Mantelfläche des feuerfesten Kernes (N) einen Scheitelwinkel aufweist, der annähernd 90° beträgt_o

   6o- Brenner nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilung der schraubenförmigen N_uten (R) konstant ist«,

   7·- Brenner nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt jeder schraubenförmigen Nute (R) konstant ist_o

   8c- Brenner nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsluft durch die schraubenförmigen Nuten (R) des Kernes (N) flieost. 1098 S 1/1141

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