DE2134330A1

DE2134330A1 - Hochgeschwindigkeits Gasbrenner und mit diesem Gasbrenner ausgerüsteter Heiz ofen

Info

Publication number: DE2134330A1
Application number: DE19712134330
Authority: DE
Inventors: Hirobumi Chiba Watanabe Ka zubumi Yokohama Kanagawa Iida, (Japan)
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 1970-07-10
Filing date: 1971-07-09
Publication date: 1972-01-13
Also published as: US3729286A; DE2134330B2; FR2100480A5; GB1321926A; DE2134330C3

Description

PATENTANWÄLTE DIPL.ING. H. LEINWEBER dipl-ing. H. ZIMMERMANN

• München 2, Rosental 7, z.Aufg.

TvL-AcIr. Lehtpat Mencken T.l.fon (Mil) 2MSfIf

Poitscftack-Konto: München 22045

den

UntarZaldiwi Lw/St

Tokyo Gas Co., Ltd., Tokyo, Japan

Hochgeschwindigkeits-Gasbrenner und mit diesem Gasbrenner ausgerüsteter Heizofen

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochgeschwindigkeits-Gasbrenner und auf eine Heiz- oder Wärmebehandlungsvorrichtung (die Bezeichnung "Heizofen", die nachfolgend verwendet wird, betrifft Heizvorrichtungen und Wärmebehandlungsvorrichtungen).

Ein Ziel der Erfindung ist es, einen HeiBgasstrom mit hoher Temperatur und hoher Geschwindigkeit zu erhalten durch Durchführung einer Hochbelastungsverbrennung in einer Verbrennungskammer eines Gasbrenners ohne Anbringung einer besonderen Vorrichtung an diesem Gasbrenner.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen herkömmlichen Heizofen derart abzuwandeln, daß er für diesen Hochgeschwindigkeits-Gasbrenner geeignet ist und diesem

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Gasbrenner die Möglichkeit gibt, seine charakteristischen Merkmale aufzuzeigen, um dadurch den Heizofen zu vereinfachen und die Temperaturverteilung in dem Heizofen zu verbessern.

Die Konstruktion, Funktion und Wirksamkeit der Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch eine Ausführungsform des Hochgeschwindigkeits-Gasbrenners gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen Teilquerschnitt durch eine Ausführungsform eines mit dem Hochgeschwindigkeits-Gasbrenner gemäß der Erfindung ausgerüsteten Heizofens;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 2;

Fig. 4 einen vertikalen Schnitt durch eine andere Ausführungsform eines mit dem Hochgeschwindigkeits-Gasbrenner gemäß der Erfindung ausgerüsteten Heizofens;

Fig. 5 einen vertikalen Schnitt durch noch eine weitere Ausführungsform eines mit dem Hochgeschwindigkeits-Gasbrenner gemäß der Erfindung ausgerüsteten Heizofens;

Fig. 6 einen Querschnitt entlang der Linie B-B in Fig. 5;

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Fig. 7 einen vertikalen Schnitt durch noch eine weitere Ausführungefora eines Heizofens, der in Kombination die Hochgeschwindigkeits-Gasbrenner gealle der Erfindung und Niedergeschwindigkeite-Gasbrenner aufweist, und

Fig. 8 einen Querschnitt entlang der Linie C-C in Fig. 7.

In Fig. 1 bezeichnet die Bezugszahl 1 eine Verbrennungskammer eines von einem Brennerziegel 2 begrenzten Gasbrenners, und an einem Ende der Verbrennungskammer ist eine konische Düse 3 ausgebildet, die einen Querschnittebereich hat, der geringer ist als derjenige der Verbrennungskammer 1. Die Düse 3 kann auf der Hittellinie de8 Brenners ausgebildet sein, wie es durch die Strioh-Punkt-Linie angedeutet ist, oder rechtwinklig oder unter einem entsprechenden Winkel zu dieser Mittellinie. Durch Ausrichten der Düse 3 in der oben beschriebenen Weise kann der Brenner an einer gewünschten Stelle eines Heizofens angebracht werden, wie es später erwähnt werden wird, ohne daß eine Beschränkung auftritt. Das Düsenende ist vorzugsweise in Schlitzform ausgebildet, wie es gezeigt ist, da die Schlitzform gegenüber einer runden Form insofern vorteilhaft ist, als der Oberflächenbereich des Strahles von Gasen, die aus der Düse abgegeben werden, großer gestaltet werden kann und da sich der Gasstrom breit ausdehnt, wenn der Gasbrenner in einem Heizofen angebracht ist. Infolge des Ausbildens der Düse 3 an einem Ende der Verbrennungskammer 1 entsteht ein Rückstrom von Verbrennungsgasen in der Verbrennungskammer in einer Richtung entgegengesetzt zur Strahlrichtung der Verbrennungsgase, der ein sorgfältiges Mischen von Brenn-

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gas und Luft hervorruft und außerdem eine gleichmäßige Hochleistungsverbrennung. Die Bezugszahl 4 bezeichnet eine Luftstrom-Glättungsplatte mit einer Anzahl von Luftdurchtrittsöffnungen 5 darin. Die Luftstrom-Glättungsplatte 4 ist mit dem inneren Ende eines Gasrohres 6 verbunden, das sich entlang der Hittellinie des Brenners erstreckt und in der Verbrennungskammer 1 angeordnet ist. Obwohl in der gezeigten Ausführung die Luftstrom-Glättungsplatte 4 eine sich nach innen ausdehnende Querschnittsgestalt hat, kann sie auch rechtwinklig zur Mittellinie des Brenners verlaufen. Weiterhin kann der Winkel der Luftstrom-Glättungsplatte zur Mittellinie des Brenners wunschgemäß entsprechend dem Zweck des Hochgeschwindigkeits-Gasbrenners gemäß der Erfindung verändert werden. Diese Luftstrom-Glättungsplatte 4 dient dazu, die Mischung des Brenngases mit Luft zu fördern und auch Flammen darin oder drum herum zu halten. D. h. eine große Anzahl der Luftdurchtrittsöffnungen 5 in der Luftstrom-Glättungsplatte 4 verursacht, daß der Verbrennungsbereich entsprechend der Menge des zügeführten Brenngases verschoben wird. Beispielsweise wenn die Menge des Brenngases relativ zur Luft gering ist, dann brennt das Brenngas in der Nähe der Luftdurchtrittsöffnungen 5, und wenn die Menge des Brenngases relativ zur Luft groß ist, dann brennt das Brenngas über der gesamten Oberfläche der Luftstrom-Glättungsplatte 4.

Das bedeutet, daß ständig eine stabile Verbrennung erzielt werden kann unabhängig davon, ob die Menge des Brenngases groß oder klein relativ zur Luft ist, und das Brenngas kann vollständig verbrannt werden. D. h. es kann eine stabile und vollständige Verbrennung erzielt werden, sowohl wenn das Brenngas und die Luft im theoretischen

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Mischverhältnis stehen als auch wenn die Menge der Luft relativ zum Brenngas übermäßig groß ist. Die Bezugszahl 7 bezeichnet einen Sparbrenner, der sich konzetrisch in dem Gasrohr 6 erstreckt und so konstruiert ist, daß er innerhalb der Luftstrom-Glättungsplatte 4 eine Sparflamme bildet. Durch diese Konstruktion kann der Sparbrenner 7 zwangläufig das Brennstoff-Luft-Gemisch in der Verbrennungskammer 1 zünden. Da die Sparflamme innerhalb der Luftstrom-Glättungsplatte 4 gebildet wird, kann außerdem eine Überhitzung des vorliegenden Hochgeschwindigkeits-Brennerkörpers vermieden werden, die sonst durch die Sparflamme verursacht würde. Das ist insofern vorteilhaft, als es die wirksame Lebensdauer des vorliegenden Hochgeschwindigkeits-Gasbrenners verlängert.

Bei der oben beschriebenen Konstruktion wird das Brenngas von einer Gaseinlaßöffnung 8 durch das Gasrohr 6 zur Innenseite der Luftstrom-Glättungsplatte 4 geleitet, d. h. in die Verbrennungskammer 1. Andererseits wird Luft von einer Lufteinlaßöffnung 9 durch die Luftdurchtrittsöffnungen 5 in die Verbrennungskammer 1 eingeführt. Das Brenngas und die Luft werden gemischt und durch den Sparbrenner 7 gezündet. Somit wird die Verbrennung eingeleitet. Da der Querschnittsbereich der Düse 3 kleiner ist als derjenige der Verbrennungskammer 1, wie es vorher festgestellt wurde, reicht die Leistung in der Verbrennungskammer in diesem Fall bis zu 5000 - 20000 χ 10 Kcal/m .h. Bei Vollendung der Verbrennung in der Verbrennungekaaflter werden die entstehenden Verbrennungsgase aus der Düse 3 in Form eines Heißgasstromes ausgestoßen. Die Geschwindigkeit des Heißgasstromes beträgt 100 - 500 m/sec. Der Hochgeschwindigkeits-Gasbrenner gemäß der Erfindung ist für eine LuftUberschuß-Verbrennung geeignet, wie es

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oben festgestellt wurde, und eine zufriedenstellende Verbrennung kann selbst bei einem Luftüberschußverhältnis von 5000 % erzielt werden. Daher ist es nicht immer der Fall, daß die Temperatur der Verbrennungsgase, die aus der Düse 3 ausgestoßen werden, hoch ist, sondern die Verbrennungsgase können als warmer Wind ausgestoßen werden, beispielsweise mit einer Temperatur von 100° C. Das jst in sofern vorteilhaft, als die örtliche Erhitzung des Ofens, wenn der Gasbrenner in einem Heizofen angebracht ist, vermieden und eine gleichmäßige Temperaturverteilung in diesem Ofen erzielt werden kann.

Fig. 2 bis θ zeigen Heizöfen mit dem Hochgeschwindigkeits-Gasbrenner gemäß der Erfindung. In Fig. 2 und 3 bezeichnen die Bezugszeichen a* - a^ die Hochgeschwindigkeits-Gasbrenner gemäß der Erfindung, von denen jeweils die Düse rechtwinklig zur Mittellinie des Brenners gerichtet ist. Wie es gezeigt ist, sind diese Hochgeschwindigkeits-Gasbrenner a«j - a. in Längsrichtung in den gegenüberliegenden Seitenwänden des Ofenkörpers angebracht. Die Bezugszahl 10 bezeichnet gebogene Abschnitte, die an der Innenfläche der Ofenwand an Stellen vor den Düsen-Öffnungen der jeweiligen Gasbrenner ausgebildet sind.

Bei der oben beschriebenen Konstruktion zirkuliert der eine hohe Temperatur und eine hohe Geschwindigkeit aufweisende Heißgasstrom, der aus jedem der Hochgeschwindigkeitsgasbrenner a^ - a^ ausgestoßen wird, in dem Ofen, wie es in Fig. 2 angedeutet ist, wobei er die Gase in den Ofen zur Zeit des Ausstoßens ansaugt. Wenn in diesem Fall ein Ansatz 11 vor jedem der Hochgeschwindigkeits-Gasbrenner a,j und a^ ausgebildet wird, wird ein Teil der Heißgasströme, die aus den Gasbrennern a^ und a^ ausgestoßen

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werden, gegen den mittleren Abschnitt des Ofens gerichtet, und der andere Teil derselben wird beschleunigt, Indem er von den aus den folgenden Gasbrennern a₂ ¹^ ^a3 ausgestoßenen Gasströmen angeeaugt wird, und gegen die Gasbrenner a,j und a^ geleitet, nachdem sie von den gebogenen Abschnitten 10 jeweils um 90° abgelenkt worden sind, wie es In Flg. 2 angedeutet 1st. Da die eine hohe Temperatur und eine hohe Geschwindigkeit aufweisenden Heißgasströme in dem Ofen zirkulieren, während sie die Gase in den Ofen saugen, wie es oben festgestellt wurde, wird die Gastemperatur in dem Ofen ausgeglichen und dadurch die Temperaturverteilung in dem Ofen verbessert. Außerdem bilden die Heißgasströme, wenn sie durch die gebogenen Abschnitte 10 abgelenkt werden, Heißgasvorhänge, so daß das Innere des Ofens vom Äußeren vollständig abgeschlossen ist, selbst wenn eine Tür 12 geöffnet wird. Der durch die Heißluftvorhänge auf diese Veise erzielte bemerkenswerte Vorteil besteht darin, daß eine gewünschte Anzahl von Heizzonen 13, 14 ... nacheinander in Längsrichtung des Ofens ausgebildet werden kann, die eine Zonensteuerung schaffen, oder andererseits kann der gesamte Ofen als eine einzige Heizzone 13 verwendet werden. Der oben beschriebene Vorteil der Heißluftvorhänge kann auf ähnliche Weise auch im Fall der einzelnen Heizzone erzielt werden. Gleichgültig ob der Heizofen mehrere Heizzonen oder eine einzige Heizzone aufweist, die Anzahl der Hochgeschwindigkeits-Gasbrenner, die in dem Ofen angeordnet werden muß, und die Ausgestaltung der Ansätze 11 können wahlweise entsprechend dem Verwendungszweck des Heizofens bestimmt werden. Obwohl in der Ausführungsform gemäß Fig. 2 und 3 die Hochgeschwindigkeits-Gasbrenner in horizontaler Lage angeordnet sind, wird verständlich sein, daß sie auch in vertikaler Lage in der oberen Wand des Ofens angeordnet

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werden können, wie es in Fig. 4 gezeigt ist oder an jeder beliebigen anderen Stelle des Ofens in einem entsprechenden Neigungswinkel. D. h. durch.geeignete Auswahl der Stellungen und Lagen der Gasbrenner ist es möglich, die Gase in einer horizontalen Ebene umzuwälzen, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, in einer vertikalen Ebene gemäß Fig. 4, entlang den diagonalen Linien beliebig durch Ausrichten der Düsenachsen mit den diagonalen Linien oder auf beliebige andere Weise durch Ausrichten der Düsen der gegenüberliegenden Gasbrenner gegeneinander. Jedenfalls müssen die gebogenen Abschnitte 10 an der Innenfläche des Ofens vor den Düsen der entsprechenden Brenner in jedem Fall angeordnet werden.

In Fig. 5 und 6 ist ein Wagenherdofen gezeigt, bei dem die Gasbrenner gemäß der Erfindung derart angeordnet sind, daß eine gleichmäßige Heißgasströmungsverteilung und außerdem der für den Wagenherdofen eigentümliche Wärmeverteilungsausgleich erzielt werden. Die Bezugszahl 15 bezeichnet mehrere Nuten im Bett eines Wagens 16. Die Hochgeschwindigkeits-Gasbrenner ag gemäß der Erfindung sind abwechselnd in den gegenüberliegenden Seitenwänden des Ofens derart angeordnet, daß die die hohe Temperatur und die hohe Geschwindigkeit aufweisenden Heißgasströae, die aus den jeweiligen Gasbrenner ausgestoßen werden, in die entsprechenden Nuten 15 gelangen können. Auch in diesem Fall müssen natürlich gebogene Abschnitte 10 an den Innenflächen der Seitenwände an Stellen gegenüber den entsprechenden Gasbrennern ag ausgebildet sein.

Der aus jedem der Hochgeschwindigkeits-Gasbrenner ag ausgestoßene Gasstrom gelangt in die Nut 19» wobei er

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die Gase in dem Ofen mitzieht und durch den gebogenen Abschnitt 10 gegenüber dem Gasbrenner abgelenkt wird, um in dem Ofen zu zirkulieren. Daher wird die Temperatur des Ofenbodens extrem hoch, und ein Gegenstand in dem Ofen kann gleichmäßig erhitzt werden.

In Fig. 7 und 8 ist ein Heizofen gezeigt, der in Kombination die Hochgeschwindigkeits-Gasbrenner gemäß der Erfindung und Niedergeschwindigkeits-Gasbrenner aufweist. In diesen Figuren bezeichnet die Bezugszahl 17 die Niedergeschwindigkeits-Gasbrenner, die in Bodenabschnitten der Ofenwände angeordnet sind, die Bezugszahl 18 bezeichnet Gitter, die vor den Niedergeschwindigkeits-Gasbrennern angeordnet sind, und die Bezugszahl 19 bezeichnet eine Verbrennungskammer. Die Hochgeschwindigkeits-Gasbrenner a„ sind oberhalb der Niedergeschwindigkeits-Gasbrenner 17 angebracht. Als Hochgeschwindigkeits-Gasbrenner a„ werden diejenigen, die zum Ausstrahlen der Verbrennungsgase rechtwinklig zur Mittellinie des Brenners bestimmt sind und diejenigen, die zum Ausstrahlen der Verbrennungsgase in axialer Richtung der Brenner bestimmt sind, in Kombination verwendet, wie es gezeigt ist. Die spezielle Anordnung dieser dargestellten Gasbrenner stellt jedoch nur ein Beispiel dar und kann entsprechend der Konstruktion des besonderen Ofens geändert werden.

Wenn die Niedergeschwindigkeits-Gasbrenner die Verbrennung von Brenngas beginnen, gelangen die entstehenden Verbrennungsgase teilweise durch die Gitter 18 zur Mitte des Ofens und strömen teilweise in dem Ofen nach oben, wie es gezeigt ist. Die eine hohe Temperatur und eine hohe Geschwindigkeit aufweisenden Gasströme, die aus den Hochgeschwindigkeits-Gasbrennern ausgestoßen wer-

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den, werden im oberen Teil des Ofens umgewälzt. Daher werden die aufsteigenden Verbrennungsgase durch die zirkulierenden Heißgasströme aufgerührt. Diese Rührwirkung bringt den bemerkenswerten Vorteil mit sich, daß die Temperaturen der aufsteigenden Verbrennungsgase und der Hochgeschwindigkeits-Heißgasströme ausgeglichen werden und eine ausgezeichnete Temperaturverteilung in dem Ofen erzeugt wird. Durch Verändern der Menge des in die Hochgeschwindigkeits-Gasbrenner a„ geförderten Brenngases, wobei die Menge der zugeführten Luft fest bleibt, kann in diesem Fall die Innentemperatur des Ofens wunschgemäß gesteuert und die Wärmeleistung merklich erhöht werden. Die Bezugszahl 20 bezeichnet Austrittsöffnungen.

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Claims

Patentansprüche

—N.

M .JHochgeechwindigkeits-Gasbrenner, gekennzeichnet durch eine Verbrennungskammer (1), eine an einem Ende der Verbrennungskammer auegebildete konische Düse (3), deren Achse Bit der Hittellinie der Verbrennungskammer (1) fluchtet und die einen Querschnittsbereich hat, der kleiner ist als derjenige der Verbrennungskammer, und eine Luftstrom-Glättungsplatte (4) mit einer Anzahl von Luftdurchtrittsöffnungen 6?) darin, die in der Verbrennungskammer (1) angeordnet ist.
2. Hochgeschwindigkeits-Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konische Düse (3) rechtwinklig oder unter einem wahlweisen Winkel zur Hittellinie der Verbrennungskammer (1) angeordnet ist.
3· Hochgeschwindigkeits-Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (3) eine schlitzartige Gestalt hat.
4. Hochgesohwindigkeits-Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sparbrenner (7) konzentrisch zu der Luftstrom-Glättungsplatte (4) derart vorgesehen ist, daß eine Sparflamme in der Luftstrom-Glättungsplatte (4} gebildet werden kann.
5. Heizofen mit den Hochgeschwindigkeitsgasbrennern nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die in seinen Wänden angeordnet sind, gekennzeichnet durch gebogene Abschnitte (10), die an der Innenfläche der Ofenwände

an Stellen gegenüber den entsprechenden Gasbrennern (a^ -a~) ausgebildet sind, um den Strömungswiderstand der Heiß-

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gasströme zu verringern, die aus den Gasbrennern ausgestoßen werden.
6. Heizofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Ansätze (11) an den Innenflächen der Ofenwände vor den entsprechenden Hochgeschwindigkeits-Gasbrennern (a. - aj in Ausstoßrichtung des Verbrennungsgases ausgebildet sind.
7. Heizofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere aufeinanderfolgende Heizzonen (13, 14) in dem Heizofen durch Vorhänge aus Heißgasen gebildet werden, die durch die von den gebogenen Abschnitten (10) abgelenkten ausgestoßenen Heißgasströme gebildet werden.
8. Heizofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochgeschwindigkeits-Gasbrenner (a^) derart angeordnet sind, daß die aus den Gasbrennern ausgestoßenen Heißgasströme in Nuten (15) gelangen, die in dem Bett eines Wagens (16) am Boden des Ofens ausgebildet sind.
9. Heizofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Niedergeschwindigkeits-Gasbrenner (17) am unteren Abschnitt des Ofens vorgesehen sind, während die Hochgeschwindigkeits-Gasbrenner (a„) am oberen Abschnitt des Ofens vorgesehen sind, wodurch die aus den Niedergeschwindigkeits-Gasbrennern (17) abgegebenen Verbrennungsgase, die in dem Ofen nach oben steigen, durch die aus den Hochgeschwindigkeits-Gasbrennern (a„) ausgestoßenen Heißgasströme aufgerührt werden.

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