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Brennereinheit zur Heißgasbehandlung von
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textilen Flächengebilden Die Erfindung betrifft eine Brennereinheit
zur Heißgasbehandlung von textilen Flächengebilden, insbesondere eine Brennereinheit
für Sengmaschinen, bestehend aus einem Brennerkörper, welcher einen Gasgemischraum
umschließt, der über zwei parallele Brennerschlitze einen von Rampensteinen begrenzten,
in einen Sengschlitz mündenden Brennraum speist, welcher zwei in Strömungsrichtung
hintereinander angeordnete, durch einen Zwischenschlitz verbundene Brennkammern
aufweist.
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Beim Absengen von textilen Flächengebilden und bei ähnlichen Heißgasbehandlungen
wird eine möglichst hohe Temperatur des auf das Flächengebilde gerichteten Gasmediums
angestrebt, um einen effektiven Absengeffekt oder dgl. auch noch bei hohen
Vorbeilaufgeschwindigkeiten
der zu behandelnden Bahn sicherstellen zu können. Aus diesem Grund wird der Brennraum
bei den bekannten Brennereinheiten ( DE-PS 20 23 782 ) in Strömungsrichtung verhältnismäßig
kurz bemessen, so daß die Wärmeverluste an die Brennraumwände gering bleiben. Dabei
wird aber in Kauf genommen, daß die Flamme.aus dem Sengschlitz mehr oder weniger
weit heraustritt und an der zu behandelnden Bahn leckt, was sich insbesondere bei
Brenngasen geringerer Zündgeschwindigkeit wie Erdgas zeigt. Da hierbei eine restliche
Gasverbrennung noch im Bereich der Bahn erfolgt, liegt dort nicht die maximale Heißgastemperatur
vor, die ja bekanntlich unmittelbar am Rand einer Flamme liegt. Darüberhinaus treten
Schwierigkeiten hinsichtlich der Gleichmäßigkeit der Sengbehandlung auf, wenn wie
vielfach üblich die Stoffbahn von der Rückseite her mit einem Kühl luftstrom beaufschlagt
wird, da die hierdurch bewirkte zusätzliche Sauerstoffzufuhr Rückwirkungen auf die
Verbrennungsabläufe hat. Diese bekannten Brennereinheiten sind wegen der aus dem
Sengschlitz noch austretenden Flamme hinsichtlich der Energieausnutzung und der
Flammenbehandlung nicht voll befriedigend.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennereinheit mit
einem kurzen Brennraum zu schaffen, bei welchem die Verbrennung des Gasgemisches
vor dem Austritt aus dem Sengschlitz abgeschlossen ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die an die
Austrittskanten der Brennkammern angrenzenden Brennkammerwände als steile Prall
flächen und die seitlichen Brennkammerwände als Leitflächen für eine teilweise Rückzirkulation
des Gasstromes ausgebildet sind. Bei einer solchen Ausbildung der Brennkammern strömt
nur der Hauptteil des verbrennenden Gasgemisches direkt von den Brennerschlitzen
zum Sengschlitz, während eine mehr oder weniger große Gasmenge durch die Prallflächen
vom Hauptstrom abgeschält und seitlich abgelenkt wird, die dann durch die Leitflächen
ein Stück zurückgeführt und eingang seitig in den Hauptstrom wieder eingeleitet
wird. Der Hauptstrom des Gasgemisches heizt sich durch den Verbrennungsvorgang auf
seinem Weg kontinuierlich auf. Durch die teilweise Rückzirkulation wird also ein
Gasgemisch bzw. Abgasstrom höherer Temperatur in eine vordere, noch kältere Zone
des Hauptstromes zurückgeleitet, ein Vorgang, der in beiden Brennkammern auf jeweils
verschiedenen Temperaturniveaus stattfindet. Infolgedessen wird das Gas gemisch
im Hauptstrom sehr viel schneller erwärmt, die heiße Zone rückt näher an die Brennerschlitze
heran und die Zündung, die bei etwa 5500 C erfolgt, setzt eher ein. Damit kann der
Verbrennungsvorgang auch bei einem kurzen Brennraum vor dem Austritt aus dem Sengschlitz
abgeschlossen werden. Es kommt zu keinen unkontrollierbaren Nachverbrennungen außerhalb
des Brennraums; die Energieausbeute ist optimal, da jetzt die höchste lokale Temperatur
direkt an der Sengschlitzmündung erreicht wird.
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Der Erfindung zufolge können die Brennkammern beträchtlich breiter
als der Abstand der beiden Brennerschlitze sein.
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Da die Breite des Hauptstromes im wesentlichen durch den Abstand der
beiden Brennerschlitze festgelegt wird, kann bei einer deutlich breiteren Ausführung
der Brennkammern eine teilweise Rückzirkulation des Gasstromes erfolgen, ohne daß
es zu ausgeprägten Störungen des Hauptstromes, z. B. zu Turbulenzbildungen, kommen
kann, was im Hinblick auf die Gleichmäßigkeit der Sengflamme von Bedeutung ist.
Ein weiterer Vorteil breiter Brennkammern besteht darin, daß sich bei der Rückzirkulation
verlängerte Strömungswege ergeben, die einen zusätzlichen zeitlichen Spielraum für
die chemischen Reaktionen beim Verbrennungsvorgang schaffen.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung können die an die Austrittskanten
angrenzenden Brennkammerwände einen Winkel zwischen 800 und 1100 zur Strömungsachse
einnehmen. Bei der Einhaltung dieser Winkelbereiche wirken die an die Austrittskanten
angrenzenden Brennkammerwände als Prallflächen. Bei Winkeln unter 900 wird ein Teil
des Gasgemisches an den Rändern des Hauptstromes regelrecht abgeschält, aber auch
bei Winkeln bis zu 1100 kommt es immer noch zu einer deutlichen Rückführung.
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Winkel über 900 können vorteilhaft sein, wenn zur Erhaltung eines
gleichmäßigen Hauptstromes nicht zuviel Gemisch zurückgeführt werden soll.
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Nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung können die Brennkammern
einen etwa elliptischen Querschnitt mit der Hauptachse quer zur Strömungsachse aufweisen,
kann diese Hauptachse etwa dreimal so lang wie der Abstand zwischen den Brennerschlitzen
sein und kann die Hauptachse etwa zweimal so lang wie die Nebenachse sein. Bei der
Einhaltung dieser geometrischen Vorschriften wird eine besonders günstige Konstellation
von Brennkammerbreite, den Winkeln an den Austrittskanten sowie der Länge des Rückführweges
erreicht. Durch den elliptischen Querschnitt der Brennkammern entstehen Prall- und
Leitflächen, die eine saubere Rückführung der abgezweigten Ströme in den Hauptstrom
gewährleisten.
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Der Erfindung zufolge kann der elliptische Querschnitt der Brennkammern
durch Polygonzüge angenähert sein. Auf diese Weise entstehen an den Leitflächen
kleine Ecken, die eine gewisse Durchwirbelung der Teilströme und damit die chemischen
Reaktionen bei der Verbrennung fördern. Diese Wirbelbildung ist so weit begrenzt,
daß die Gleichmäßigkeit des Hauptstroms nicht spürbar beeinträchtigt wird.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann der Brennraum vor der
ersten Brennkammer einen gesonderten Eintrittsschlitz aufweisen. Dieser Eintrittsschlitz
sorgt für eine Führung des Gemischstromes nach dem Austritt aus den Brennerschlitzen,
so daß es in der anschließenden breiten Brennkammer nicht zu einer
unkontrollierten
Verbreiterung des Hauptstroms kommt und somit eine klare Aufteilung zwischen Hauptstrom
und rückgeführten Teilströmen sichergestellt ist.
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Der Erfindung zufolge können schließlich die Schlitzbreiten stufenweise
vom Eintrittsschlitz zum Zwischenschlitz und zum Sengschlitz abnehmen. Auf diese
Weise ist sichergestellt, daß bei beiden Brennkammern ein merklicher Teil des Hauptstroms
von den Prallflächen erfaßt wird.
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Der Erfindung zufolge kann die Breite des Eintrittsschlitzes etwa
1 + 2/3, die Breite des Zwischenschlitzes etwa 1 + 1/4 und die Breite des Sengschlitzes
etwa 2/3 des Abstandes der Brennerschlitze betragen. Bei der Einhaltung dieser Breitenrelationen
ergibt sich eine in Bezug auf den Verbrennungsweg und die Gleichmäßigkeit der Sengflamme
besonders günstige Aufteilung in Hauptstrom und Teilströme. Die Breite des Sengschlitzes
ist hier relativ eng gewählt, um am Austritt des Brennraumes nach Abschluß der Verbrennung
noch einmal eine Beschleunigung der heißen Gase zu erreichen, die zu einem gleichmäßigen,
kontrollierten Austritt aus dem Sengschlitz führt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die Rampensteine und
der Brennerkörper einander zugeordnete Paßkanten aufweisen, können die Rampensteine
mit Hilfe von Klammern im
Brennerkörper befestigt sein und können
die Paßkanten durch die Klammern aneinandergepreßt werden. Um trotz der teilweisen
Rückzirkulation des Gasstromes eine gleichmäßige Hauptströmung zu erreichen, ist
es von besonderer Bedeutung, daß die Rampensteine genau symmetrisch zur Strömungsachse
angeordnet sind.
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Von daher ist eine sehr genaue Montage der Rampensteine auf dem Brennerkörper
mit Hilfe von Paßkanten für eine einwandfreie Funktion der Brennereinheit unerläßlich.
Eine besonders günstige Konstruktion ergibt sich hier, wenn die Rampensteine mit
Hilfe von Klammern amBrennerkörper befestigt sind; grundsätzlich wäre aber auch
eine Befestigung mit Hilfe von Schrauben oder dgl. denkbar.
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In weiterer Ausgestaltung der Brennereinheit nach der Erfindung können
die Rampensteine im Bereich der Brennerschlitze an der Anlagefläche mit dem Brennerkörper
unter einem Winkel von etwa 150 so angefast sein, daß sie erst auf einer Breite
von etwa dem Vierfachen des Abstandes der Brennerschlitze mit dem Brennerkörper
in Anlage treten. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die Rampensteine, die
sich durch die Verbrennung erheblich aufheizen können, ihre Wärme nicht direkt auf
die die Brennerschlitze bildenden Leisten übertragen können. Eine übermäßige Erwärmung
dieser Leisten könnte eine Verformung der Brennerschlitze nach sich ziehen, was
unkontrollierbare Veränderungen des Gasstromes zur Folge hätte.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben.
In der Zeichnung zeigen Fig. 1 eine Brennereinheit in Vorderansicht in verkleinertem
Maßstab, Fig. 2 die Brennereinheit gemäß einem Schnitt II-II in Fig. 1 und Fig.
3'den Brennraum einer Brennereinheit nach Fig. 2.
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Fig. 1 zeigt eine Brennereinheit 1, die in ihrer Längserstreckung,
die mehrere Meter erreichen kann, verkürzt dargestellt ist. Der Brennereinheit 1
wird an den Stirnseiten über Zuleitungen 2 ein Gasgemisch zugeführt. Das Gasgemisch
tritt in eine in Fig. 2 im Querschnitt dargestellte Verteilkammer 3 und erreicht
über eine Staustufe 4 und einen Filter 5 eine Expansionskammer bzw. einen Gasgemischraum
6. Die Verteilkammer 3 und der Gasgemischraum 6 werden von einem Brennkörper 7 umschlossen,
der aus zwei etwa U-förmigen Profilteilen 8 zusammengesetzt ist, Aus dem Gasgemischraum
6 strömt das Gas durch eine mit Bohrungen 9 versehene Gemischverteilerleiste 10
sowie durch Brennerschlitzell, die von der Gemischverteilerleiste 10 und Führungsleisten
12 eingefaßt sind. Der Bereich der Brennerschlitze wird durch Kühlkanäle 13 in der
Temperatur
niedrig gehalten, damit ein Zurückschlagen der Gasflamme in den Gasgemischraum 6
verhindert wird. Das Gasgemisch tritt aus den Brennerschlitzen 11 in einen von Rampensteinen
14 umschlossenen Brennraum 15. Vor dem Brennraum 15 wird mit hoher Geschwindigkeit
eine textile Bahn 16 zum Absengen vorbeigeführt.
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Der Brennraum 15 ist in Fig. 3 in einer Ausschnittsdarstellung gezeigt.
Er besteht im einzelnen aus einem Eintrittsschlitz 17, einer ersten Brennkammer
18, einem Zwischenschlitz 19, einer zweiten Brennkammer 20 und einem Sengschlitz
21 mit Mündung 22.
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In dem gezeigten Beispiel weisen die Brennkammern 18, 20 einen etwa
elliptischen Querschnitt auf, der von Polygonzügen angenähert wird. Die an die Austrittskanten
23, 24 angrenzenden 25, 26 0 Brennkammerwände/nehmen hier einen Winkeln von 105
zur Strömungsachse 27 ein und wirken damit als steile Prall flächen für den Gasstrom.
Die seitlichen Brennkammerwände 28, 29 wirken als Leitflächen für eine teilweise
Rückzirkulation des durch die Prallflächen abgezweigten Gases. Die von den Polygonzüge
gebildeten Ecken 30 in den seitlichen Brennkammerwänden 28, 29 erzeugen in den rückgeführten
Gasströmen kleine Wirbel, die die Verbrennungsreaktionen begünstigen. Die Eintrittskanten
31 bzw. 32 einer Brennkammer 18 bzw. 20 haben einen größeren Abstand voneinander
als die jeweils nachfolgenden Austrittskanten 23 bzw. 24 der jeweiligen Brennkammer
18 bzw. 20. Die Rampensteine 14 und der Brennerkörper 7 weisen
einander
zugeordnete Paßkanten 33, 34 auf, um eine genaue symmetrische Position der Rampensteine
14 sicherzustellen.
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Die Rampensteine 14 werden dabei durch Klammern 35 m Brennerkörper
7 gehalten und an die Paßkanten 33, 34 angepreßt. Um eine Wärmeübertragung der stark
erhitzten Rampensteine 14 auf den Brennerkörper 7 soweit wie möglich einzuschränken,
ist an ihrer Anlagefläche 36 eine Isolierschicht 37 eingefügt.
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Um eine Wärmeübertragung der Rampensteine 14 auf den Bereich der Brennerschlitze
11 zu verhindern, sind die Rampensteine 14 außerdem mit Anfasungen 38 von einem
Winkel von etwa 150 versehen, so daß sie erst auf einer Breite von etwa dem Vierfachen
des Abstandes der Brennerschlitze 11 mit dem Brennerkörper 7 in Anlage treten.
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