DE4021817A1 - Turbine fuer gasbrenner - Google Patents

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung ist für Gasbrenner aller Art einsetzbar.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist bekannt, in das Brennrohr von Gasbrennern als Turbinen bezeichnete Einsätze einzubauen. Diese Turbinen haben die Aufgabe, den Gasstrahl in Rotation zu versetzen, um die Flamme zu stabilisieren. Die Turbinen haben einmal die Gestalt eines Blechkreuzes, das axial leicht verdreht ist oder bestehen andererseits aus einem metallisch-vollem Zylinder, der einen Lochkranz mit Bohrungen aufweist. Die Bohrungen befinden sich nahe dem Umfang des Zylinders und verlaufen mit einem Winkel von etwa 30° zur Zylinderachse ohne daß sich die Achsen der Bohrungen und des Zylinders schneiden.

Der Gesamtquerschnitt aller Bohrungen bzw. Sektoren des Kreuzes entspricht dabei etwa dem Querschnitt des Injektorrohres.

Gasbrenner mit dieser Art von Turbinen haben den Nachteil, daß in der Regel die Wärmeleistung auf Grund der relativ geringen Gasaustrittsgeschwindigkeit ungenügend ist. Das heißt, daß beispielsweise bei Handlötbrennern an der Lötstelle Arbeitstemperaturen von etwa 900°, die für das Hartlöten benötigt werden, mit einem Propangas, Butangas oder Propan/Butan-Gasgemisch nicht erreicht werden können. Besonders nachteilig wirkt sich das bei Druckgas­ dosen (Kartuschen) aus, bei dene Flüssiggas vergast wird. Um trotzdem diese Arbeitstemperaturen an der Lötstelle von etwa 900°C zu erreichen, werden Spezialgasmischungen, die einmal relativ teuer und zum anderen explosiver sind, verwendet.

Ein weiterer Nachteil der Turbine mit Lochkranz ist es, daß die Bohrungen ein Spezialbohrwerk erfordern. Das heißt, ihre Herstellung ist relativ aufwendig.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine Turbine für einen Gasbren­ ner vorzuschlagen, durch die der Brenner einen höheren Wirkungsgrad erhält und eine höhere Wärmeleistung abgibt.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Turbine für einen Gasbrenner vorzuschlagen, durch die die Austrittsgeschwin­ digkeit des Gas/Luftgemisches aus dem Brennrohr wesentlich erhöht wird.

Diese Aufgabe wird durch eine Turbine, die in dem Brennrohr eines Gasbrenners angeordnet ist, erreicht, indem der Turbinenkörper aus einem sich in Richtung Mischkammer verjüngendem Mittelteil besteht.

Mit diesem Mittelteil verbunden sind in Verbindung mit der Innenwandung des Brennrohres drallerzeugende Leiteinrich­ tungen, die eine Steigung aufweisen. Die Leiteinrichtungen sind vorzugsweise gegenüber der Achse des Brennrohres in einem Winkel von 5-15° angeordnet und/oder schaufelartig ausgebildet. Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn das Mittelteil und die drallerzeugenden Leiteinrichtungen aus einem Stück bestehen.

Der Turbinenkörper kann aus unterschiedlichem Material bestehen. Bewährt haben sich Turbinenkörper aus Messing und aus Keramik.

Das Mittelteil des Turbinenkörpers ist vorzugsweise pyramiden- oder kegelstumpfartig ausgebildet, wobei die Fläche mit dem größeren Querschnitt in Richtung des Brennrohrendes eingebaut ist. Es kann aber auch zylindrisch sein und an seinem Umfang konisch verlaufende Nuten, die in einem Winkel von 5-15° zur Turbinenachse verlaufen, aufweisen.

Der durch das Brennrohr begrenzte Querschnitt des Turbinen­ körpers weist vom Gas/Luftgemisch-Eintritt zum Gas/Luft­ gemisch-Austritt eine Querschnittserweiterung von 0,6 : 1,0 auf. Das heißt, der freie Raum für den Durchtritt des Gas/Luftgemisches reduziert sich im umgekehrten Verhältnis.

Die vorgeschlagene Turbine für Gasbrenner löst den Strom des Gas/Luftgemisches in mehrere Teilströme auf. Durch die Querschnittsverengung der Turbine wird jeder Teilstrom stark beschleunigt.

Beim Eintritt der Teilströme in die Brennkammer werden diese gegen die innere Brennrohrwandung gedrückt und fließen am Brennrohrende, d. h. am Flammenaustritt, wieder zusammen. Dadurch wird im Flammenkern, der unmittelbar hinter der Gasaustrittsseite der Turbine in Richtung Brennrohrende liegt, ein Unterdruckkegel gebildet. Dieser Unterdruckkegel saugt zusätzlich Verbrennungsluft über die Bohrungen und die Mischkammer an. Der Gasbrenner arbeitet dadurch mit Luftüberschuß, was zu einer sehr guten Verbrennung und damit zur erhöhten Wärmeleistung führt.

Durch die eine Steigung aufweisenden drallerzeugenden Leiteinrichtungen der Turbine werden die beschleunigten Teilströme des Gas/Luftgemisches in Rotation versetzt, so daß am Brennrohr eine stabilisierende Turboflamme zur Ver­ fügung steht.

Durch die vorgeschlagene Turbine wird die Austrittsgeschwin­ digkeit des Gas/Luftgemisches auf etwa das 1,6fache erhöht. Die Wärmeleistung des Gasbrenners wird annähernd ebenso gesteigert. Sie können damit in höheren Temperaturbereichen eingesetzt werden, z. B. zum Hartlöten bei Arbeitstempera­ turen an der Lötstelle von etwa 900°, wobei als Gase Propan, Butan oder Propan/Butan-Gasgemische, also keine teueren Spezialgase, eingesetzt werden. Die Verbrennungs­ produkte dieser eingesetzten Gase stellen außerdem für die Umwelt keinerlei Belastung dar.

Natürlich können mit den erfindungsgemäßen Brennern auch die erwähnten Spezialgase zum Einsatz kommen. Die damit erreichbaren Temperaturen über 900° sind aber technisch nicht erforderlich.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an drei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 - eine Turbine im Brennrohr von der Gaseintrittseite mit quadratischem Querschnitt des Turbinenkörpers,

Fig. 2 - eine Turbine im Brennrohr von der Gasaustrittseite mit quadratischem Querschnitt des Turbinenkörpers,

Fig. 3 - die Seitenansicht einer Turbine mit quadratischem Querschnitt des Turbinenkörpers,

Fig. 4 - Brennrohr im Schnitt mit Turbine (ungeschnitten),

Fig. 5 - eine Turbine im Brennrohr mit kreis­ förmigem Querschnitt des Turbinen­ körpers am Gasaustritt,

Fig. 6 - zylindrische Turbine mit am Umfang eingefrästen konisch verlaufenden Nuten - Draufsicht - vom Gasaustritt her betrachtet,

Fig. 7 - Seitenansicht nach Fig. 6.

Beispiel 1 (Fig. 1-4)

In einem Brenner für Handlötgeräte mit einem Brennrohrdurch­ messer von 18 mm und einer Düsenöffnung von 0,33 mm ist zwischen Brennrohrende 2 und Mischkammer 12 eine Turbine 3 aus Keramikmaterial eingebaut. Der Turbinenkörper 3 weist an seinem pyramidenstumpfartigen Mittelteil 7, das sich in Richtung Mischkammer 12 verjüngt, vier drallerzeugende Leiteinrichtungen 4 auf. Der Winkel 11 der Leiteinrichtungen 4 zur Turbinen- bzw. Brennrohrachse 8 beträgt 10°. Dadurch wird der Strom des Gas/Luftgemisches in vier Teilgas­ ströme aufgegliedert. Die Verjüngung des Turbinenkörpers 3 in Richtung Mischkammer 12 hat eine Querschnitts­ verengung von 1 auf 0,6 für den Durchtritt des Gas/Luft­ gemisches in Richtung Brennrohrende 2 zur Folge. Das heißt, der Freiraum 9 am Gas/Luftgemisch-Eintritt 5 der Turbine 3 ist größer als der Freiraum 10 am Gas/Luftgemisch-Austritt der Turbine 3. Mit dem Brenner werden an der Lötstelle Arbeitstemperaturen von etwa 900°C erreicht.

Beispiel 2 (Fig. 5)

In einer stationären Lötanlage für kleine Druckbehälter sind Brenner mit einem Brennrohrdurchmesser von 28 mm und einer Düsenöffnung von 0,52 mm und zwischen Brennrohr­ ende 2 und Mischkammer 12 eine Turbine 3 aus Messing eingebaut. Der Turbinenkörper 3 weist an seinem kegelstumpfförmigen Mittelteil 7, das sich in Richtung Mischkammer 12 verjüngt, drei drallerzeugende Leiteinrich­ tungen 4 auf. Der Winkel der Leiteinrichtungen 4 zur Turbinenachse beträgt 14°. Dadurch wird der Strom des Gas/Luftgemisches in drei Teilgasströme aufgegliedert. Die Verjüngung des Turbinenkörpers 3 in Richtung Misch­ kammer 12 bewirkt eine Querschnittsverengung von 1 : 0,6 für den Durchtritt des Gas/Luftgemisches in Richtung Brennrohrende 2. Mit dem Brenner werden an der Lötstelle Arbeitstemperaturen von etwa 900° erreicht.

Beispiel 3 (Fig. 6 und 7)

In einem Brenner für Handlötgeräte mit einem Brennrohr­ durchmesser von 22 mm und einer Düsenöffnung von 0,4 mm ist zwischen Brennrohrende 2 und Mischkammer 12 eine Turbine 3 aus Messing eingebaut. Der Turbinenkörper 3 besteht aus einem zylindrischen Mittelteil 7, das an seinem Umfang sich in Richtung Mischkammer 12 konisch erweiternde drallerzeugende Nuten als Leiteinrichtungen 4 aufweist. Diese Leiteinrichtungen 4 bewirken, daß sich das Mittelteil 7 des Turbinenkörpers 3 in Richtung Mischkammer 12 verjüngt. Der Winkel 11 der Leiteinrich­ tungen 4 zur Turbinenachse beträgt 15°. Mit diesem Brenner wird eine stabilisierende ringförmige Flamme erzeugt.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1 - Brennrohr
2 - Brennrohrende
3 - Turbine/Turbinenkörper
4 - Leiteinrichtung
5 - Gas/Luftgemisch-Eintritt
6 - Gas/Luftgemisch-Austritt
7 - Mittelteil
8 - Achse des Brennrohres bzw. der Turbine
9 - Freiraum am Gas/Luftgemisch-Eintritt
10 - Freiraum am Gas/Luftgemisch-Austritt
11 - Winkel
12 - Mischkammer

Claims (7)

1. Turbine für Gasbrenner, die in dem Brennrohr (1) eines Gasbrenners angeordnet ist, gekennzeichnet dadurch,
daß der Turbinenkörper (3) aus einem sich in Richtung Gasdüse verjüngenden Mittelteil (7) und
mit diesem Mittelteil (7) verbundenen, Steigung aufweisenden, in Verbindung mit der Innenwandung des Brennrohres (1) drallerzeugenden Leiteinrichtungen (4) besteht.

2. Turbine nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die drallerzeugenden Leiteinrichtungen (4) gegenüber der Achse (8) des Brennrohres (1) in einem Winkel von 5-15° angefordert sind.

3. Turbine nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Mittelteil (7) und die drallerzeugenden Leiteinrichtungen (4) aus einem Stück bestehen.

4. Turbine nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Turbinenkörper (3) aus Messing oder Keramik besteht.

5. Turbine nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die durch Steigung der Turbine (3) vom Gas/ Luftgemisch-Eintritt (5) zum Gas/Luftgemisch- Austritt (6) verursachte Querschnittsverengung für den Gas/Luftgemisch-Durchtritt etwa 1 : 0,6 beträgt.

6. Turbine nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Leiteinrichtungen (4) schaufelartig ausgebildet sind.

7. Turbine nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Leiteinrichtungen (4) nutartig ausgebildet sind.