DE2134330B2

DE2134330B2 - Vorrichtung zur erzeugung eines heissgasstroms hoher geschwindigkeit mit einem gasbrenner

Info

Publication number: DE2134330B2
Application number: DE19712134330
Authority: DE
Inventors: Hirobumi Chiba Watanabe Kazubumi 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: 1978-02-23
Also published as: DE2134330C3; US3729286A; GB1321926A; FR2100480A5; DE2134330A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Heißgasstroms hoher Geschwindigkeit, mit einem Brenner für gasförmige Brennstoffe, mit einer im allgemeinen zylindrischen Brennkammer, an deren einem Ende eine Düse für den Austritt der verbrann- "><> ten Gase und an deren anderem Ende ein Gasrohr konzentrisch angeordnet ist, das von einem mit einer Lufteintrittsöffnung versehenen Mantel umgeben ist, und mit einem im allgemeinen kegelstumpfförmig ausgebildeten durchlöcherten Strömungsausgleichskörper, der mit seinem verjüngten Ende in der Ebene der Gasaustrittsöffnung liegend zu dem Gasrohr konzentrisch angeordnet ist.

Eine derartige Vorrichtung ist bereits in der A₁-PS 256302 beschrieben. Bei dieser bekannten Vorrich- t>o tung umgibt der Strömungsausgleichskörper mit seinem verjüngten Ende das Gasrohr im Abstand, so daß zwischen dem Gaseintrittsende des Strömungsausgleichskörpers und der Gasaustrittsöffnung des Gasrohrs ein ringförmiger Zwischenraum vorhanden ist. Das erweiterte Ende des Strömungsausgleichskörpers weist einen wesentlich geringeren Durchmesser als der zylindrische Bereich der Brennkammer auf. und es ist mittels einer Distanzhülse im Abstand vor dem sogenannten Verbrennungshals der Brennkammer angeordnet. Zwischen dem Verbrennungshals und dem erweiterten Ende des Strömungsausgleichskörpers ist eine Luftdurchlaßeinrichtung vorgesehen. Die Verbrennungsluft kann daher auf drei verschiedenen Wegen in die Verbrennungskammer gelangen:

1. durch den Zwischenraum zwischen dem verjüngten Ende des Strömungsausgleichskörpers und dem Gasrohr;

2. durch die in dem Strömungsausgleichskörper angeordneten Löcher; und

3. durch die zwischen dem erweiterten Ende des Stabilisierungstrichters und dem Verbrennungshals der Brennkammer angeordnete Luftdurchlaßeinrichtung.

Mit dieser bekannSon Vorrichtung wird zwar eine Stabilisierung der Flammenfront und eine Umwälzung der Verbrennungsprodukte angestrebt, so daß bereits im eigentlichen Brennraum eine fast vollständige Verbrennung, die sich einer stöchiometrischen Verbrennung nähert, erzielbar sein soll. Es erscheint jedoch zweifelhaft, daß diese bekannte Vorrichtung auch dann noch eine zufriedenstellende Verbrennung gewährleistet, wenn mit einem erheblichen Luftüberschußverhältnis gearbeitet wird. Ein sehr hohes Luftüberschußverhältnis kann beispielsweise dann erforderlich sein, wenn die Verbrennungsgase mit einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur in der Größenordnung von 100° C ausgestoßen werden sollen, um eine örtliche Überhitzung des Herdwagenofens, an dem der Gasbrenner angeordnet ist, zu verhindern.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die selbst dann noch eine stabile Verbrennung gewährleistet, wenn mit einem Luftüberschußverhältnis von 5000% gearbeitet wird, wobei die Austrittsgeschwindigkeit der verbrannten Gase in der Größenordnung von 100 bis 500 m/sec liegen soll.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Strömungsausgleichskörper an seinem verjüngten Ende den gleichen Durchmesser wie die Gasaustrittsöffnung des Gasrohrs aufweist und mit diesem gasdicht verbunden ist und daß der Strömungsausgleichskörper mit seinem erweiterten Ende in den zylindrischen Bereich der Brennkammer hineinragt, wobei zwischen dem Umfangsrand des erweiterien Endes des Strömungsausgleichskörpers und der Innenwand der Brennkammer nur ein schmaler Ringspalt verbleibt.

Diese Ausgestaltung des Strömungsausglcichskörpers hat zur Folge, daß in der gesamten Brennkammer kleinere und größere Wirbelströme gebildet werden, die miteinander in Wechselwirkung treten, wodurch die Verbrennungsgeschwindigkeit beträchtlich gesteigert wird.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Düse der Brennkammer einen schlitzförmigen Austrittsquerschnitt aufweist.

Unabhängig vom Austrittsquerschnitt der Düse kann es zweckmäßig sein, daß die Düse koaxial zu der Längsachse der Brennkammer angeordnet ist. Es ist aber auch eine Ausführungsform möglich, bei der die Düse unter einen Winkel, vorzugsweise unter einem rechten Winkel zu der Längsachse der Brennkammer angeordnet ist.

Aus der FR-PS 1 292 222 ist es bei einem Gasbrenner an sich bereits bekannt, die Düse im rechten Win-

kel zur Längsachse der Brennkammer anzuordnen und mit einem schlitzförmigen Austrittsquerschnitt zu versehen. Bei diesem bekannten Gasbrenner werden das Brenngas und die Verbrennungsluft jedoch bereits vor dem Eintritt in die Brennkammer miteinander vermischt.

Aus der Zeitschrift »Gaswärme« 1954, Seite 178 ist auch bereits ein sogenannter Umwälzbrenner für gasförmige Brennstoffe bekannt, bei dem die Düse koaxial zur Längsachse der Brennkammer angeordnet '" ist. Bei diesem bekannten Umwälzbrenner werden das Brenngas und die Verbrennungsluft der Brennkammer zwar voneinander getrennt zugeführt, es ist aber kein Strömungsausgleichskörper vorgesehen.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines in ^|5 der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Heißgasstroms gemäß der Erfindung, -·'

Fig. 2 eine teilweise Unteransicht der Vorrichtung nach Fig. 1 und

Fig. 3 eine Endansicht der Vorrichtung nach Fig. 1.

In Fig. 1 bezeichnet die Bezugszahl 1 eine Brenn- -' kammer eines von einem Brennerziegel 2 begrenzten Gasbrenners, und an einem Ende der Brennerkammer ist eine konische Düse 3 ausgebildet, die eine kleinere Querschnittsfläche als die Brennkammer 1 hat. Die Düse 3 ist rechtwinklig zu der Längsachse der Brenn- J<> kammer angeordnet, wie es mit durchgezogenen Linien in Fig. 1 und 2 dargestellt ist. Die Düse 3 kann aber auch koaxial zu der Längsachse der Brennkammer angeordnet sein, wie es mit strichpunktierten Linien in Fig. 1 und 3 dargestellt ist. Durch geeignetes )"> Ausrichten der Düse 3 kann der Gasbrenner an einer gewünschten Stelle eines Heizofens angebracht werden, ohne daß eine Beschränkung auftritt. Das Düsenende ist vorzugsweise in Schlitzform ausgebildet, wie es gezeigt ist, da die Schlitzform gegenüber einer -to runden Form insofern vorteilhaft ist, als der Obert'lächenbereich des Strahles von Gasen, die aus der Düse ausgestoßen werden, größer gestaltet werden kann und da sich der Gasstrom breit ausdehnt, wenn der Gasbrenner in einem Heizofen angebracht ist. Infolge ■* j des Ausbildens der Düse 3 an einem Ende der Brennkammer 1 entsteht ein Rückstrom von Verbrennungsgasen in der Brennkammer in einer Richtung entgegengesetzt zur Strahlrichtung der Verbrennungsgase, der ein sorgfältiges Mischen von Brenngas und Luft hervorruft und außerdem eine gleichmäßige Verbrennung. Die Bezugszahl 4 bezeichnet einen Strömungsausgleichskörper, der mit einer Anzahl von Luftdurchtrittsöffnungen 5 versehen ist. Der Strömungsausgleichskörper 4 ist mit dem inneren Ende eines Gasrohrs 6 verbunden, das zu der Längsachse der Brennkammer 1 konzentrisch angeordnet ist. Obwohl bei der gezeigten Ausführungsform der Strömungsausgleichskörper 4 eine nach vorn divergierende kegelstumpfförmige Gestalt hat, kann er auch in Form einer rechtwinklig zur Längsachse der Brennerkammer verlaufenden Ringplatte ausgebildet sein. Dieser Strömungsausgleichskörper 4 dient dazu, die Vermischung des Brenngases mit Luft zu fördern. Eine große Anzahl von Luftdurchtrittsöffnungen 5 in dem Strömungsausgleichskörper 4 verursacht, daß der Verbrennungsbereich entsprechend der Menge des zugeführten Brenngases verschoben wird. Wenn beispielsweise 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 des Strömungsausgleichskörpers 4.

Das bedeutet, daß ständig eine stabile Verbrennung erzielt werden kann, unabhängig davon, ob die Menge des zugeführten Brenngases relativ zur zugeführten Verbrennungsluft groß oder klein ist, und das Brenngas kann vollständig verbrannt werden. Das heißt, es kann eine stabile und vollständige Verbrennung erzielt werden, sowohl wenn das Brenngas und die Luft im stöchiometrischen Mischverhältnis stehen als auch wenn die Menge der Luft relativ zum Brenngas übermäßig groß ist. Die Bezugszahl 7 bezeichnet einen Sparbrenner, der sich konzentrisch in dem Gasrohr 6 erstreckt und so konstruiert ist, daß er innerhalb des Strömungsausgleichskörpers 4 eine Sparflamme bildet. Durch diese Konstruktion kann der Sparbrenner 7 das Brennstoff-Luft-Gemisch in der Brennkammer I zwangläufig zünden. Da die Sparflamme innerhalb des Strömungsausgleichskörpers 4 gebildet wird, kann außerdem eine Überhitzung des Brenners vermieden werden, die sonst durch die Sparflamme verursacht würde. Das ist insofern vorteilhaft, als es die Lebensdauer des Gasbrenners verlängert.

Bei der oben beschriebenen Konstruktion wird das Brenngas von einer Gaseintrittsöffnung 8 durch das Gasrohr 6 zur Innenseite des Strömungsausgleichskörpers 4 geleitet, d. h. in die Brennkammer 1. Andererseits wird Luft von einer Lufteintrittsöffnung 9 durch die Luftdurchtrittsöffnungen 5 in die Brennkammer 1 eingeführt. Das Brenngas und die Luft werden gemischt und durch den Sparbrenner 7 gezündet. Somit wird die Verbrennung eingeleitet. Da die Querschnittsfläche der Düse 3 kleiner ist als diejenige der Brennkammer 1, reicht die Leistung der Brennkammer in diesem Fall bis zu 5000 bis 20000 X 10⁴ Kcal/Wh. Bei Vollendung der Verbrennung in der Brennkammer werden die entstehenden Verbrennungsgase aus der Düse 3 in Form eines Heißgasstroms ausgestoßen. Die Geschwindigkeit des Heißgasstroms beträgt 100 bis 500 m/sec.

Die beschriebene Vorrichtung ist für eine Verbrennung bei Luftüberschuß geeignet, wie es 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 ist insofern vorteilhaft, als eine örtliche Überhitzung des Ofens, wenn der Gasbrenner in einem Heizofen angebracht ist, vermieden und eine gleichmäßige Temperaturverteilung in diesem Ofen erzielt werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Erzeugung eines Heißgasstromes hoher Geschwindigkeit, mit einem Brenner für gasförmige Brennstoffe, mit einer im allgemeinen zylindrischen Brennkammer, an deren einem Ende eine Düse für den Austritt der verbrannten Gase und an deren anderem Ende ein Gasrohr konzentrisch angeordnet ist, das von ei- '" nem mit einer Lufteintrittsöffnung versehenen Mantel umgeben ist, und mit einem im allgemeinen kegelstumpfförmig ausgebildeten durchlöcherten Strömungsausgleichskörper, der mit seinem verjüngten Ende in der Ebene der Gasaus- ^|Γ) trittsöff nung liegend zu dem Gasrohr konzentrisch angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsausgleichskörper (4) an seinem verjüngten Ende den gleichen Durchmesser wie die Gasaustrittsöffnung des Gasrohrs (6) aufweist -'" und mit diesem gasdicht verbunden ist und daß der Strömungsausgleichskörper (4) mit seinem erweiterten Ende in den zylindrischen Bereich der Brennkammer (1) hineinragt, wobei zwischen dem Umfangsrand des erweiterten Endes des Strö- -5 mungsausgleichskörpers (4) und der Innenwand der Brennkammer (1) nur ein schmaler Ringspalt verbleibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (3) einen schlitzför- w migen Austrittsquerschnitt aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (3) koaxial zu der Längsachse der Brennkammer (1) angeordnet ist. κ

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (3) unter einem Winkel, vorzugsweise unter einem rechten Winkel zu der Längsachse der Brennkammer (1) angeordnet ist. ■»<·