DE3407882A1 - Gasbrenner - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft, einen Gasbrenner mit einer Zufuhr für Brenngas und mit einer·¹ Zündeinrichtung zum Zünden des zündfähigen Gasgemisches.

Wenn man ein Gas mittels eines Gasbrenners auf eine hohe Temperatur bringen will, ergeben sich bei herkömmlichen' Gasbrennern dann Schwierigkeiten, wenn große Druckbereiche und große Temperaturbereiche überstrichen werden sollen. Die meisten bekannten Gasbrenner sind nur für ganz bestimmte Druck- und Temperaturwerte einsetzbar.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Gasbrenner zu schaffen, mit dem ein Gas in einem großen Temperaturbereich und in einem großen Druckbereich aufgeheizt werden kann.

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Diese Aufgabe wird bei einem Gasbrenner der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Brenner eine sich konisch erweiternde Ausnehmung aufweist, in deren Spitze eine Zufuhrleitung für ein Brenngas einmündet, daß die Einmündung von einer Vielzahl von Einlaßöffnungen für ein aufzuheizendes Gas umgeben ist, die durch achsparallel durch die Wände der konischen Ausnehmungen hindurchtretende Zufuhrkanäle für das aufzuheizende Gas gebildet werden, und daß im Bereich zwischen der Einmündung und den Einlaßöffnungen ein seitlicher Kanal von der Ausnehmung abzweigt, der zu der Zündeinrichtung führt.

Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß diese einfache Vorrichtung die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe hervorragend löst. Insbesondere hat sich bei einer solchen Anordnung eine hervorragende Zündsicherheit ergeben, wobei die Zündeinrichtung, beispielsweise eine Glühkerze, vor der Zündung in innigen Kontakt mit dem zündfähigen Gemisch steht, welches von der Einmündung über den seitlichen Kanal zu der Zündeinrichtung geführt wird. Durch die die Einmündung umgebenden Einlaßöffnungen in der konischen Wand ergibt sich eine gasdynamische Blokkierung des Brenngasstromes, d.h., das aus der Einmündung ausströmende Brenngas kann nicht frei in den sich an die konische Ausnehmung anschließenden Brennraum abströmen, sondern wird hier zurückgestaut. Dadurch tritt das Brenngas auch in einen engen, abzweigenden Kanal zu einer Zündeinrichtung so weit ein, daß eine sichere Zündung möglich

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ist. Sobald die Zündung erfolgt ist, hat es sich weiterhin überraschenderweise gezeigt, daß kein zündfähiges Gemisch mehr die Zündeinrichtung erreicht, d.h. das zündfähige Gemisch wird nach der Zündung an dem seitlich abzweigenden Kanal vorbei unmittelbar in den Brennraum geleitet und verbrennt dort. Weiterhin hat es sich herausgestellt, daß mit einer solchen Anordnung auch wirksam ein Zurückschlagen der Flamme vermieden werden kann, d.h. durch die seitlichen Einlaßöffnungen in der konischen Ausnehmung läßt sich die Flammenfront stromabwärts der Einmündung lokalisieren, ohne daß eine Gefahr des Zurückschiagens besteht.

Die bereits erwähnte gasdynamische Blockierung des Brenngases hat weiterhin den großen Vorteil, daß ein solcher Brenner neben einem in Betrieb befindlichen Brenner angeordnet werden kann und daß der in Betrieb befindliche Brenner trotzdem den nicht eingeschalteten Brenner nicht entzündet, da die Brenngase des nicht betriebenen Brenners durch diese gasdynamxsche Blockierung nicht frei in den Brennraum eintreten können. Es ist somit sichergestellt, daß die Zündung jedes Gasbrenners,auch bei Verwendung einer Vielzahl von Gasbrennern, zuverlässig nur durch die ihm unmittelbar zugeordnete Zündeinrichtung erfolgt.

Im Betrieb ist weiterhin sichergestellt, daß die Zündeinrichtung nicht aufgeheizt wird, da die Flammenfront stromabwärts des zur Zündeinrichtung führenden Kanales lokalisiert wird. Dadurch wird die Zündeinrichtung im Betrieb in keiner Weise beansprucht oder abgenützt.

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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Einmündung mit einem Mischkanal verbunden ist, der von den parallel zu ihm verlaufenden Zufuhrkanälen für das aufzuheizende Gas umgeben ist. Dabei können in den Mischkanal Einlaßleitungen für zwei verschiedene Brenngaskomponenten einmünden. Vorteilhaft ist es dabei, wenn eine Einlaßleitung mit einer Injektordüse in den Mischkanal einmündet, während die andere im Saugbereich dieser Injektordüse in den Mischkanal eintritt. Auf diese Weise treibt die eine Brenngaskomponente die andere Brenngaskomponente in den Mischkanal, so daß eine tur-bulente Strömung entsteht, die zu einer vollständigen Durchmischung führt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Zufuhrkanäle mit einer Versorgungsleitung in Verbindung stehen, die das aufzuwärmende Gas von einer dem stromabwärts der konischen Ausnehmung gelegenen Brennraum benachbarten Wärmetauscherkammer zu den Zufuhrkanälen leitet. Dadurch wird das aufzuwärmende Gas bereits vorgewärmt, ehe es durch die Zufuhrkanäle in die konische Ausnehmung eintritt.

Vorteilhaft ies es, wenn sich die konische Ausnehmung ebenso wie die Zufuhrkanäle in einem Brennerkörper befinden, der in ein Gehäuse eingesetzt ist, welches das aufzuwärmende Gas den Zufuhrkanälen zuleitet. Dadurch ist es leicht möglich, einen solchen Brennerkörper auszuwechseln.

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Vorzugsweise besteht der Brennerkörper aus einem Metall mit guter Wärmeleitfähigkeit, so daß das im Gehäuse zugeführte aufzuwärmende Gas den Brennerkörper wirksam kühlen kann.

Die beiden Brenngaskomponenten können beispielsweise Wasserstoff und Sauerstoff sein, vorzugsweise werden diese in einem stöchiometrischen Verhältnis zugeführt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist zusätzlich eine Bypassleitung vorgesehen, die Brenngas oder Teile davon stromabwärts der Einlaßöffnungen in die sich an die konische Ausnehmung anschließende Brennkammer einführt. Dadurch ist es möglich, größere Brenngasmengen in den Brennraum zu bringen, ohne daß die Strömungsgeschwindigkeit im Mischkanal und in der Einmündung so groß wird, daß die Flaminausbreitungsgeschwindigkeit überschritten wird.

Die folgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dieat im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht durch einen Gasbrenner mit gasdynamischer Blockierung;

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht längs Linie 2 - 2 in Fig. 3 eines Brennerkörpers und

Fig. 3 eine Ansicht des Brennerkörpers der Fig. 2 in Richtung des Pfeiles B.

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Der in der Zeichnung dargestellte Brenner umfaßt einen zylindrischen Brennerkörper 1 aus einem gut wärmeleitenden Metall mit einer zentralen, einen Mischkanal 2 bildenden Längsbohrung, die an ihrer Einlaßseite eine trichterförmige Erweiterung 3 aufweist, während sie an ihrem Auslaßende in die Spitze einer sich konisch oder trichterförmig erweiternden Ausnehmung 4 einmündet. Der Mischkanal 2 ist von mehreren im Brennerkörper parallel zu ihm verlaufenden Zufuhrkanälen 5 umgeben, die an ihrem oberen Ende radial nach außen führende Bohrungen 6 aufweisen. Die Zufuhrkanäle 5 münden in der schrägen Wand der konischen Ausnehmung 4 und bilden dort eine Reihe von Einlaßöffnungen 7, die die Einmündung 8 des Mischkanales 2 in die Ausnehmung 4 umgeben (Figuren 2 und 3). In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind sechs Zufuhrkanäle 5 vorgesehen, diese Zahl kann geändert werden.

Im Bereich zwischen der Einmündung 8 und den Einlaßöffnungen 7 zweigt ein radial nach außen gerichteter Kanal 9 von der Ausnehmung 4 ab und führt bis an den Außenumfang des Brennerkörpers 1.

Der Brennerkörper 1 ist in eine Durchgangsbohrung 11 eines Gehäuses 10 eingesetzt und stützt sich mit einer Ringschulter 12 an diesem ab. Das Gehäuse bildet einen sich an die konische Ausnehmung 4 des Brennerkörpers 1 anschließenden und sich erweiternden Brennraum 13 aus und umgibt diesen mit einer Wärmetauscherkammer 14, die über eine parallel zur Achse des Brennerkörpers verlaufende Leitung 15 mit einem

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den Brennerkörper umgebenden Ringraum 16 am oberen Ende des Gehäuses in Verbindung steht. Dieser Ringraum 16 ist zum Brennerkörper hin offen und so angeordnet, daß eine Verbindung von diesem Ringraum 16 über die Bohrungen 6 zu den Zufuhrkanälen 5 gebildet wird. Auf diese Weise kann durch die Wärmetauscherkammer 14 zuströmendes Gas über die Leitung 15 und den Ringraum 16 in die Zufuhrkanäle 5 eintreten und über die Einlaßöffnungen 7 in die konische Ausnehmung und den anschließenden Brennraum gelangen.

Außerdem befindet sich in dem Gehäuse eine seitliche Kammer 17 zur Aufnahme eines Glühzünders 18; diese Kammer steht mit dem Kanal 9 im Brennerkörper 1 in Verbindung.

Auf die Oberseite des Brennerkörpers 1 ist ein Dosierdeckel 19 aufgesetzt, der eine zentrale Durchgangsbohrung 20 aufweist, die in Form einer Injektordüse 21 endet und in die Erweiterung 3 des Mischkanales 2 eintaucht. Diese Injektordüse 21 ist von einem mit der Erweiterung des Mischkanals in Verbindung stehenden Ringraum 22 verbunden, der zu einer seitlich angeordneten Einlaßöffnung 23 an der Oberseite des Dosierdeckels führt. Auf der gegenüberliegenden Seite weist der Dosierdeckel einen neben dem Brennerkörper nach unten vorstehenden Rohrstutzen 24 auf, der in eine Stufenbohrung 25 im Gehäuse 10 eintaucht. Eine den Rohrstutzen durchsetzende Bohrung 26 mündet in eine Bypassleitung 27 im Gehäuse 10, die zu einer Auslaßöffnung 28 in der Wand des stromabwärts der konischen Ausnehmung des Brennerkörpers angeordneten Brennraumes führt.

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Der Dosierdeckel 19 wird überfangen von einer Kappe 29. Diese hat an der Oberseite zwei Gasanschlüsse 30 und 31 , wobei der eine Gasanschluß 30 mit dem Ringraum 22 in Verbindung steht, der andere Gasanschluß 31 mit einer Verteilerkammer 32, die wiederum einerseits mit der Bohrung 20 der Injektordüse 21 und andererseits mit der Bohrung 26 im Rohrstutzen 24 verbunden ist. Aus der Kappe führen seitlich je eine Leitung 33 und 34 aus dem Gasanschluß bzw. der Verteilerkammer 32 zu in der Zeichnung nicht dargestellten Druckmeßinstrumenten.

Die Kappe 29 wird durch Bolzen 35 gegen das Gehäuse 10 gepreßt, wobei über den Dosierdeckel 19 auch der Brennkörper 1 in das Gehäuse gedrückt und in diesem fixiert wird.

Im Betrieb wird durch den Gasanschluß 30 Wasserstoff und durch den Gasanschluß 31-Sauerstoff zugeführt, über die Wärmetauscherkammer 14 wird außerdem ein zu erwärmendes Gas zugeführt, beispielsweise Luft, die auf diese Weise über die Zufuhrkanäle 5 in den Brennraum gelangt.

Der durch den Gasanschluß 31 über die Verteilerkammer 32 durch die Injektordüse 21 strömende Sauerstoff reißt aus dem Ringraum 32 Wasserstoff mit, der in dem anschließenden Mischkanal 2 mit dem Sauerstoff innig vermischt wird, so daß an der Einmündung 8 ein Wasserstoff-Sauerstoffgemisch austritt, das vorzugsweise durch geeignete Dosierung stöchiometrisch ist. Vor der Zündung wird dieses dort austretende Brenngas durch das aus den Einlaßöffnungen 7

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ausströmende zu erwärmende Gas am freien Ausströmen gehindert, d.h. es tritt eine gasdynamische Blockierung ein. Dadurch gelangt das"Brenngas über den Kanal 9 zum Glühzünder 18 und kann dort gezündet werden. Unmittelbar nach der Zündung breitet sich die Flamme stromabwärts in dem sich an die konische Ausnehmung anschließenden Brennraum aus, und es besteht aufgrund der Konstruktion des Brennerkörpers keine Gefahr, daß die Flamme zurückschlägt. Insbesondere erreichen den Glühzünder weder die Flamme noch überhaupt brennbares Gasgemisch, so daß der Glühzünder kalt bleibt und keine weiteren Zündvorgänge auftreten, nachdem der Zünder erstmals das Gasgemisch entzündet hat.

über die Bypassleitung kann dem brennenden Gas zusätzlicher Sauerstoff zugeführt werden, so daß dieser zusätzlich im Brennraum verbrannt werden kann.

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Claims (9)

1. Patentansprüche

   f1J Gasbrenner mit einer Zufuhr für Brenngas und mit einer Zündeinrichtung zum Zünden des zündfähigen Gasgemisches, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner eine sich konisch erweiternde Ausnehmung (4) aufweist, in deren Spitze eine Zufuhrleitung (Mischkanal 2) für ein Brenngas einmündet, daß die Einmündung (8) von einer Vielzahl von Einlaßöffnungen (7) für ein aufzuheizendes Gas umgeben ist, die durch achsparallel durch die Wände der konischen Ausnehmung (4) hindurchtretende Zufuhrkanäle (5) für das aufzuheizende Gas gebildet werden, und daß im Bereich zwischen der Einmündung (8) und den Einlaßöffnungen (7) ein seitlicher Kanal (9) von der Ausnehmung (4) abzweigt, der zu der Zündeinrichtung (18) führt.
2. 2. Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einmündung (8) mit einem Mischkanal (2) verbunden

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   ist, der von den parallel zu ihm verlaufenden Zufuhrkanälen (5) für das aufzuheizende Gas umgeben ist.
3. 3. Gasbrenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Mischkanal (2) Einlaßleitungen (Injektordüse 21; Ringraum 22) für zwei verschiedene Brenngaskomponenten einmünden.
4. 4. Gasbrenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einlaßleitung (20) mit einer Injektordüse (21) in den Mischkanal (2) einmündet, während die andere im Saugbereich dieser Injektordüse (21) in den Mischkanal (2) eintritt.
5. 5. Gasbrenner nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die 2iufuhrkanäle (5) mit einer Versorgungsleitung (15) in Verbindung stehen, die das aufzuwärmende Gas von einer dem stromabwärts der konischen Ausnehmung (4) gelegenen Brennraum benachbarten Wärmetauscherkammer (14) zu den Zufuhrkanälen (5) leitet.
6. 6. Gasbrenner nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die konische Ausnehmung (4) ebenso wie die Zufuhrkanäle (5) in einem Brennerkörper (1) befinden, der in ein Gehäuse (10) eingesetzt

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   ist, welches das aufzuwärmende Gas den Zufuhrkanälen (5) zuleitet.
7. 7. Gasbrenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennerkörper (1) aus einem Metall mit guter Wärmeleitfähigkeit besteht.
8. 8. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Brenngaskomponenten Wasserstoff und Sauerstoff sind.
9. 9. Gasbrenner nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bypassleitung (27) vorgesehen ist, die Brenngas oder Teile davon stromabwärts
   der Einlaßöffnungen (7) in die sich an die konische Ausnehmung (4) anschließende Brennkammer einführt.