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Titel: Hochdruck-Gasbrenner
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Hochdruck-Gasbrenner Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochdruck-Gasbrenner
mit wenigstens einem beidendig offenen Brennrohr, dessen eines Ende eine Luft- oder
Sauerstoff-Eintrittsöffnung und dessen anderes Ende eine Flammöffnung bilden und
dessen Innenquerschnitt sich in Richtung von dem einen Ende zum anderen Ende hin
zumindest in einem Teilabschnitt des Brennrohres vergrößert, sowie mit wenigstens
einer, mit einer Gaszufuhr verbundenen und in das Innere des Brennrohres mündenden
Gasaustrittsdüse.
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Hochdruck-Gasbrenner dieser Art wurden bereits vorgeschlagen und haben
den grundsätzlichen Vorteil, daß durch den sich erweiternden Innenquerschnitt des
Brennrohres in Verbindung mit der wenigstens einen Gasaustrittsdüse eine venturirohr-artige
Anordnung ergibt, so daß bei mit hohem Druck aus der Gasaustrittsdüse austretendem
Gas über die Luft- oder Sauerstoff-Eintrittsöffnung die für die Verbrennung notwendige
Menge an Luft bzw. Sauerstoff angesaugt wird, ohne daß ein besonderes Gebläse notwendig
ist. Dies bedeutet, daß derartige Gasbrenner, die im Gegensatz zu anderen Gasbrennern
mit sehr hohem Druck betrieben werden, den vom Gaslieferanten (Gasversorgungsunternehmen)
ohnehin für den Transport des Gases bzw. für die Sicherstellung einer bestimmten
Heizmenge je Kubikmeter Gas aufzubringenden Gasdruck für das Ansaugen der Verbrennungsluft
verwenden, so daß Gebläse mit zusätzlichem Energieverbrauch nicht benötigt werden.
Durch den Wegfall von Gebläsen besitzen Hochdruck-Gasbrenner der eingangs geschilderten
Art weiterhin grundsätzlich den Vorteil, daß der Luft- oder Sauerstoff-Eintrittsöffnung
des Brennrohres stark erhitzte bzw. vorgewärmte Luft zugeführt werden kann, die
beispielsweise dem Brennraum entnommen wird, an welchem der Gasbrenner betrieben
wird. Dies ist bei Gasbrennern mit Gebläsen wegen der Gefahr einer Beschädigung
solcher Gebläse nicht möglich.
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Ein Nachteil der Hochdruck-Gasbrenner der eingangs geschilderten Art
besteht jedoch darin, daß diese nur dann zuverlässig arbeiten, wenn der mit dem
Brenner zu betreibende Brennraum und/oder das in diesem Brennraum vorhandene Brenngut
bereits auf eine ausreichend hohe Temperatur erhitzt ist, da es andernfalls wegen
der hohen Austrittsgeschwindigkeit des Gases sowie der Luft aus der Flammöffnung
des Brennrohres zu einem Abreißen der Flamme kommt. Dies bedeutet, daß bei Verwendung
der Hochdruck-Gasbrenner der eingangs geschilderten Art die betreffenden Brennräume
zunächst mit einem anderen Brennstoff erhitzt werden mußten, bevor der Hochdruck-Gasbrenner
in Betrieb genommen werden konnte.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu beseitigen
und den Hochdruck-Gasbrenner der eingangs geschilderten Art dahingehend zu verbessern,
daß er auch bei kaltem Brennraum voll einsatzfähig ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Hochdruck-Gasbrenner der eingangs
geschilderten Art erfindungsgemäß so ausgebildet, daß an der Außenfläche des Brennrohres
wenigstens eine sich zumindest über einen Teil der Länge des Brennrohres erstreckende
Kammer vorgesehen ist, die zur Flammöffnung hin offen ist, daß in der Kammer wenigstens
eine Gasaustrittsöffnung vorgesehen ist und daß die Kammer über eine Verbindungsöffnung
mit dem Inneren des Brennrohres in Verbindung steht.
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Die wenigstens eine Gasaustrittsöffnung des erfindungsgemäßen Hochdruck-Gasbrenners
wird über eine Zuführung mit einem Luft-Gas-Gemisch beaufschlagt, welche nur einen
geringen Druck aufweist, beispielsweise einen Druck von 0,4 bis 0,5 bar. Das aus
der Gasaustrittsöffnung austretende Luft-Gas-Gemisch brennt auch bei kaltem Brennraum
mit gleichförmiger Flamme im Inneren der Kammer, wodurch das das Brennrohr mit hoher
Geschwindigkeit durchströmende Luft-Gas-Gemisch durch diese Hilfsflamme beim
Vorbeibewegen
an der Verbindungsöffnung ständig gezündet wird, so daß ein Abreißen der Flamme
an der Flammöffnung auch bei kaltem Brennraum bzw. bei kaltem Brenngut nicht auftreten
kann.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die wenigstens
eine Verbindungsöffnung schlitzförmig ausgebildet, um so die Strömungsverhältnisse
im Inneren des Brennrohres möglichst wenig zu beeinflussen.
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Weiterhin ist bei einer bevorzugten Ausführungsform in der die Kammer
nach außen, d.h. an ihrer dem Brennrohr entfernt liegenden Seite abschließenden
Wandung wenigstens eine Luftdurchtrittsöffnung vorgesehen, durch die nicht nur ein
ev. zum Brennen der Hilfsflamme benötigter zusätzlicher Sauerstoff angesaugt werden
kann, sondern durch die in Verbindung mit der wenigstens einen Verbindungsöffnung
aufgrund des durch das Brennrohr mit hoher Geschwindigkeit strömenden Luft-Gas-Gemisches
auch eine gewisse Luftströmung in der Form erhalten wird, daß die Hilfsflamme durch
die Verbindungsöffnung hindurch in das Innere des Brennrohres hineinschlägt und
dadurch eine verbesserte permanente Zündung des das Brennrohr an der Flammöffnung
verlassenden Luft-Gas-Gemisches erreicht wird.
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Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figur, die einen Längsschnitt
durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hochdruck-Gasbrenners zeigt, näher
erläutert.
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Der dargestellte Gasbrenner besteht aus einem Brennrohr 1, welches
beispielsweise von einem Metall-Drehteil aus geeignetem, hitzebeständigem Material
hergestellt ist. Dieses an seinen beiden Enden 2 und 3 offene Brennerrohr besteht
bei der dargestellten Ausführungsform aus zwei Abschnitten 1 und 1'', wobei der
bei der gewählten Darstellung linke, venturirohr-artig
ausqebildete
Abschnitt 1 einen Innenraum 4 aufweist bzw.
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umschließt, dessen kreisförmiger Querschnitt - ausgehend vom Ende
2 - über einen Teilabschnitt 1 bzw. über eine Teillänge des Abschnittes 1 zunächst
konstant ist und sich anschließend in Richtung zum Ende 3 des Brennerrohres 1 hin
(im Teilabschnitt 1"" trichter- oder kegelstumpfförmig erweitert. Der in der Figur
rechte Abschnitt 1 des Brennerrohres 1 bzw. der von diesem Abschnitt umschlossene
Innenraum 5 besitzt einen gleichbleibenden, kreisförmigen Innenquerschnitt, der
gleich dem maximalen Innenquerschnitt des Teilabschnittes 1"" ist.
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Im Bereich des Endes 2 ist auf das Brennerrohr 1 ein becherartiger
Körper 6 (ebenfalls aus Metall) aufgesetzt, der eine im wesentlichen kreiszylinderförmige
Umfangswand 7 und einen mit einer Öffnung 8 versehenen Boden 9 aufweist. Der becherartige
Körper 6, der mit seiner Umfangswand 7 konzentrisch zur Längsachse L des Brennrohres
1 angeordnet ist, liegt an seiner dem Boden 9 abgewendeten Seite mit einem radial
nach innen ragenden Bund 10 gegen die Außenfläche des Brennerrohres 1 an und ist
dort abgedichtet befestigt. Die Umfangswand 7 sowie auch der Boden 9 des becherartigen
Körpers 6 begrenzen nach außen hin eine das Brennerrohr 1 bzw. dessen Teilabschnitt
1 umgebende ringförmige Gaskammer 11, die mit einem rohrförmigen Anschlußstutzen
12 zum Anschluß an eine Gasleitung 13 versehen ist. Der radial in die ringförmige
Gaskammer 11 führende Anschlußstutzen 12 liegt gegenüber dem Ende 2 des Gasrohres
1 zu dessen anderem Ende 3 hin versetzt.
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Wie die Figur weiterhin zeigt, besitzt die Öffnung 8 - ausgehend von
der Außenseite des Bodens 9 des becherartigen Körpers 6 -einen zunächst sich kegelstumpfförmig
verengenden Abschnitt, der dann an der Innenseite des Bodens 9 in einen kreisförmigen
Öffnungsabschnitt übergeht, wobei die Öffnung 8 insgesamt mit ihrer Achse achsgleich
mit der Längsachse L des Brennerrohres 1 liegt. Der Querschnitt des kreisförmigen
Öffnungsabschnittes der Öffnung 8 ist etwas größer als der Innenquerschnitt, den
der
Teilabschnitt 1 des Brennerrohres 1 aufweist. Die Öffnung 8
bildet die Luft- oder Sauerstoffeintrittsöffnung des Brenners bzw. des Brennerrohres
1. Da das Ende 2 des Brennerrohres 1 einen gewissen Abstand von der Innenfläche
des Bodens 9 aufweist, ist in unmittelbarer Nähe der Öffnung 8 ein Ringspalt 14
gebildet, der als Gasaustrittsdüse wirkt und durch den das Gas aus der Gaskammer
11 in das Brennrohr 1 eintreten kann. Aus strömungstechnischen Gründen ist das Brennerrohr
1 an seinem Ende 2, d.h. in der Nähe des Ringspaltes 14 an seiner Außenfläche mit
einer ringartigen, wulstförmigen Verdickung 15 versehen, die ebenso, wie die Stirnseite
des Brennrohres 1 am Ende 2 als abgerundete Fläche ausgeführt ist.
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Ein über den Umfang des Brennrohres 1 bzw. dessen Abschnitt 1 überstehender
Bund 16, gegen dessen eine Seite der becherartige Körper 6 mit seiner dem Boden
9 abgewendeten Stirnseite anliegt, legt die Lage des becherartigen Körpers 6 bezüglich
des Brennrohres 1 und damit die Breite des Ringspaltes 14 fest.
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Auf der dem becherartigen Körper 6 abgewendeten Seite des Bundes 16
ist auf dem Brennerrohr 1 ein doppelwandiger hohlzylinderartiger Körper 17 befestigt,
der bei der dargestellten Ausführungsform als einstückiges Element gezeigt ist,
in der Praxis jedoch aus mehreren gasdicht miteinander verbundenen Einzelteilen
bestehen kann. Dieser Körper 17 bildet eine das Brennrohr 1 umschließende ringförmige
zweite Gas- oder Mischkammer 18, die sich in Richtung der Längsachse L des Brennerrohres
1 bei der dargestellten Ausführungsform über einen Teil des Teilabschnittes 1""
sowie über einen Teil des Abschnittes 1 des Brennerrohres 1 erstreckt. Die geschlossene
Gaskammer 18 weist an ihrem, dem Bund 16 benachbarten Ende einen rohrförmigen Anschlußstutzen
19 auf, der bei der dargestellten Ausführungsform wiederum radial zur Längsachse
L des Brennrohres 1 liegt und zum Anschluß an eine Gasleitung 20 dient, welch letztere
dann beispielsweise zusammen mit der Gasleitung 13 an eine gemeinsame Gasversorgung
oder Versorgungsleitung angeschlossen ist. Im
Bereich der Übergangsstelle
zum Anschlußstutzen 19 ist die Gasleitung 20 mit einem Düsenkörper 21 versehen,
der eine Gasdurchtrittsöffnung mit vermindertem Querschnitt bildet, durch welche
das Gas aus der Leitung 20 in den Anschlußstutzen 19 eintritt. Im Bereich des Düsenkörpers
21 bzw. dort, wo das Gas aus dem Düsenkörper 21 austritt, ist die Gasleitung 20
mit wenigstens einer durchgehenden Öffnung 22 versehen, durch welche von dem aus
dem Düsenkörper 21 austretenden Gas von außen her Luft angesaugt wird, d.h. die
durch den Düsenkörper 21 und die wenigstens eine Öffnung 22 sowie durch den Anschlußstutzen
19 und die Gaskammer 18 gebildete Anordnung entspricht in ihrer Wirkung im wesentlichen
den bei einem Bunsen-Brenner vorgesehenen Mitteln zum Ansaugen von Luft und zum
Mischen dieser Luft mit dem zugeführen Gas.
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An ihrer dem Ende 3 des Brennerrohres 1 zugewendeten, jedoch im Abstand
von diesem Ende angeordneten Seite 23 ist die Kammer 18 mit einer Vielzahl von Austritts-
bzw. Brennöffnungen 24 versehen, die mit ihrer Achse jeweils parallel zur Längsachse
L des Brennrohres 1 liegen und dieses Brennrohr bzw. dessen Abschnitt 1 kranzförmig
umschließen. Die Austrittsöffnungen 24 münden in eine Kammer 25, die bei der dargestellten
Ausführungsform ebenfalls ringförmig ausgebildet ist und den Abschnitt 1 des Brennrohres
1 auf einem Teil seiner Länge umschließt. Die auch als "Hilfsbrennkammer" zu bezeichnende
Kammer 25 liegt konzentrisch zur Längsachse L des Brennrohres 1 und besitzt bei
der dargestellten Ausführungsform über ihre gesamte Länge einen gleichbleibenden
Querschnitt. Die Kammer 25 ist an ihrem dem Ende 3 des Brennrohres 1 zugewendeten
Ende 26 offen, wobei dieses offene Ende 26 jedoch einen Abstand vom Ende 3 des Brennrohres
1 besitzt bzw. gegenüber dem Ende 3 in Richtung auf das Ende 2 zurückversetzt ist.
In der die Kammer 25 radial nach außen abschließenden Wandung, die bei der dargestellten
Ausführungsform von einem Rohrstück 27 aus Metall gebildet ist, welches mit einem
Ende auf den Körper 17 aufgeschoben ist, sind in der Nähe der Austrittsöffnungen
24 mehrere Durchtrittsöffnungen
28 vorgesehen. Außerdem besitzen
das Brennrohr 1 bzw.
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dessen Abschnitt 1 im Bereich der Kammer 25 mehrere, sich in Richtung
der Längsachse L erstreckende, schlitzförmige Öffnungen 29, über die die Kammer
25 mit dem Innenraum 5 in Verbindung steht, wobei die Ausbildung so getroffen ist,
daß die schlitzförmigen Öffnungen 29 auch geringfügig über das Ende 26 hinausreichen
und innerhalb der Kammer 25 etwa dort beginnen, wo die Öffnungen 28 enden, d.h.
die Öffnungen 28 und 29 sind in Richtung der Längsachse L versetzt angeordnet, wobei
die Öffnungen 28 den Austrittsöffnungen 24 näherliegen als die Öffnungen 29. Aus
strömungstechnischen Gründen kann es zweckmäßig sein, die Öffnungen 29 in der Kammer
25 bzw. an ihren dortigen Rändern zumindest jeweils an dem den Austrittsöffnungen
24 zugewendeten Ende abzuschrägen.
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Zwischen dem Ende 3 und dem Ende 26 sind bei der dargestellten Ausführungsform
im Abstand von der Außenfläche des Abschnittes 1 zwei Elektroden 30 und 31 vorgesehen,
von denen die Elektrode 30 Teil einer Flamm-Wächter-Einrichtung ist, die den Widerstand
zwischen dem Abschnitt 1 des Brennrohres 1 und der Elektrode 30 mißt, welcher (Widerstand)
bei Vorhandensein einer Flamme wesentlich niedriger ist als bei Fehlen einer Flamme
am Brennrohr, so daß aufgrund dieser Widerstandsmessung eine Steuerung des Gasbrenners
bzw. dessen Zündeinrichtung möglich ist. Die Elektrode 31 ist Teil der Zündeinrichtung,
d.h. zum Zünden des Gasbrenners wird zwischen der Elektrode 31 und dem Abschnitt
1 des Brennrohres 1 ein Zündfunke erzeugt.
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Die Arbeitsweise des Gasbrenners läßt sich, wie folgt, beschreiben:
Die beiden Gasleitungen 13 und 20 sind an eine Gasversorgung mit hohem Druck (beispielsweise
4 Bar) angeschlossen. Für die Inbetriebnahme des Brenners wird beispielsweise zunächst
die Gasleitung 20 geöffnet, wodurch Gas über den Düsenkörper 21 und Luft über die
Öffnung 22 in die als Mischraum dienende Gaskammer
18 eintreten
und das so erhaltene Luft-Gas-Gemisch über die Austrittsöffnungen 24 in die Kammer
25 eintritt. Das Luft-Gas-Gemisch kann durch einen Zündfunken an der Elektrode 31
gezündet werden, so daß sich an den Austrittsöffnungen 24 bzw. im Inneren der Kammer
25 eine Vielzahl von Gasflammen ergibt. Aufgrund der durch den Düsenkörper 21 erhaltenen
Drosselwirkung weist das ah den Austrittsöffnungen 24 austretende Luft-Gas-Gemisch
einen wesentlich verminderten Druck, beispielsweise einen Druck von 0,4 - 0,5 bar
auf.
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Nach dem Zünden der Gasflammen in der Kammer 25 wird die Gasleitung
13 geöffnet, wodurch Gas unter hohem Druck (4 bar) in die Gaskammer 11 einströmt
und von dort durch den Ringspalt 14 im Brennrohr 1 nach vorne, d.h. zum Ende 3 hin
fließt, und zwar zunächst hauptsächlich entlang der Innenwand der Innenräume 4 und
5. Durch das mit hohem Druck aus dem Ringspalt 14 austretende Gas wird durch die
Öffnung 8 Luft selbsttätig, d.h.
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ohne daß hierfür ein besonderes Gebläse notwendig ist, mitgerissen,
wobei sich der Luftstrom hauptsächlich zunächst einmal in der Mitte der Innenräume
4 und 5 konzentriert, sich also eine vom Gas umschlossene Luftsäule ergibt. Immer
dann, wenn sich diese Gas-Luft-Säule an den Schlitzen 29 vorbeibewegt, wird diese
laufend gezündet, so daß sich am Ausgang des Brennrohres (Ende 3) im Inneren eines
Ofens, bei dem der Brenner verwendet wird, eine Flamme ergibt, die wegen der hohen
Geschwindigkeit der Luft-Gas-Säule jedoch in der Regel mit einem gewissen Abstand
vom Ende 3 brennt. Durch die ständige Zündung der Luft-Gas-Säule an den Schlitzen
29 ist sichergestellt, daß diese Flamme auch bei noch kaltem Brennraum (Ofen-Innenraum)
trotz der hohen Geschwindigkeit der Gas-Luft-Säule nicht abreißt. Sind der Innenraum
des Ofens, beispielsweise eines Ziegel-Brennofens, oder aber das dort vorhandene
Brenngut genügend stark erhitzt, dann kann die Gaszufuhr über die Gasleitung 20
abgeschaltet werden.
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Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben.
Es versteht sich, daß Abwandlungen sowie Anderungen möglich sind, ohne daß dadurch
der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird. So kann es
beispielsweise zweckmäßig sein, das Brennerrohr 1 bzw. dessen Abschnitt 1" so auszubilden,
daß sich dieser Abschnitt zum Ende 3 hin leicht verjüngt.
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Besonders günstige Erqebnisse werden dann erzielt, wenn die Abmessungen
bzw. die Ausbildung der Gaskammer 11, des Ringspaltes 14, des Teilabschnittes 1"",
der Kammer 18, der Austrittsöffnungen 14, des Rohrstückes 27, der Kammer 25 sowie
des Abschnittes 1" mit den schlitzförmigen Druchtrittsöffnungen 29 den nachfolgenden
Beispielen entsprechend gewählt werden:
Bezeichnung BrennerI BrennerII
BrennerIII Gaskammer 11 Größter Durchmesser 40mm 20mm llmm Kleinster Durchmesser
25mm 12,5mm 6,8mm Länge 29mm 17mm llmm Breite des Ringspaltes 0,18mm O,lmm 0,1mm
Teilabschnitt 1"" Größter Durchmesser 30mm 15mm 8mm Kleinster Durchmesser 20mm lOmm
5mm Kammer 18 Innendurchmesser 42mm 22mm l3mm Außendurchmesser 49mm 30mm 20mm Austrittsöffnungen
24 Anzahl 24 12 5 Querschnitt 2/4mm 3,5mm 2,5mm Rohrstück 27 Innendurchmesser 57mm
34mm 24mm
Bezeichnung BrennerI BrennerII BrennerIII Durchtrittsöffnungen
28 Querschnitt lOmm 6mm 3mm Anzahl 8 12 6 Abschnitt 1" Größter Durchmesser 36mm
18mm lOmm Kleinster Durchmesser 32mm 15mm Bmm Überstehende Länge 90mm 77mm 45mm
Schlitze 29 Anzahl 8 6 6 Länge 40mm 20mm lOmm Breite 5mm 3mm 2mm Kammer 25 Länge
55mm 30mm 15mm
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