DE4105608A1 - Brennerkopf fuer gasbrenner - Google Patents

Description

Gegenstand des Hauptpatentes ist ein Brennerkopf für Gasbrenner mit einer Anzahl Gasauslaßdüsen zur Temperaturbehandlung von Profilen, insbesondere zur Temperaturbehandlung von langgestreckten Profilen, bei der eine Relativbewegung zwischen diesen und dem Brennerkopf stattfindet und die Gasauslaßdüsen in einer allen Düsen gemeinsamen Ebene enden, in der durch die räumliche Zuordnung der Düsenauslässe zueinander von diesen ein rechteckförmiges Flächenstück der Ebene erfaßt wird. Als äußere Längsbegrenzung des Flächenstückes dienen Gasauslaßdüsen in Form von Schlitzen für die eine Mischungskomponente des Gasgemisches, zwischen denen Bohrungen als Gasauslaßdüsen für die zweite Mischungskomponente angeordnet sind. Mit einem solchen Brennerkopf können bisher übliche Warmbehandlungsverfahren optimiert werden, wobei auch der Gasdurchsatz für den Betrieb des Brenners reduziert werden kann, da der Öffnungsdurchmesser der Düsen minimiert ist. Besondere Vorteile ergeben sich bei der Herstellung von Glasfasern aus sogenannten Vorformen, bei der das Kernglasmaterial durch chemische Niederschlagung aus der Gasphase auf der Innenwand eines Glasrohres aufgebracht, das innen beschichtete Glasrohr durch Temperaturbehandlung zum Kollabieren gebracht und die so hergestellte Vorform zur Glasfaser ausgezogen wird. Für diesen Anwendungsbereich liefert der vorgeschlagene Brenner optimale Voraussetzungen, da die für das sogenannte Brennerprofil, das ist der Temperaturverlauf über einen bestimmten Längenabschnitt des zu behandelnden Glasrohres (Temperaturprofil), wesentliche Plateauhöhe, die Plateaubreite sowie die Stabilitätsbreite in engen Temperaturgrenzen einstellbar ist. Die Anordnung von Schlitzen als Gasauslaßdüsen für den Wasserstoff und die Bohrungen als solche für den Sauerstoff führen zu einer problemlosen Ein- oder Durchmischung der beiden Gaskomponenten, so daß optimale Betriebsbedingungen erreicht werden. Denn infolge der höheren Dichte des Sauerstoffes gegenüber dem Wasserstoff und dem gewählten hohen Impulsstrom des Sauerstoffs sind dessen Einzelstrahlen beim Mischvorgang der beiden Komponenten dominant.

Die vorliegende Erfindung betrifft, eine Verbesserung des Brennerkopfes nach dem Hauptpatent und sieht vor, daß zwischen den Bohrungen für die zweite Mischungskomponente mindestens eine Reihe weiterer Gasauslaßdüsen für die zweite Mischungskomponente des Gasgemisches angeordnet ist. Diese Maßnahme führt zu einer noch günstigeren Vorvermischung der beiden Gaskomponenten, und damit zur Erhöhung der Brennertemperatur, da die Energie aus den strömenden Gasen Wasserstoff und Sauerstoff in der Strömungszone konzentriert wird. Für das Temperatur- bzw. Brennerprofil bedeutet die Erfindung eine weitere Vergleichmäßigung des oberen Temperaturplateaus, bisher teilweise auftretende Einbrüche im oberen Temperaturniveau sind vermieden.

In Durchführung der Erfindung können die weiteren Gasauslaßdüsen längsverlaufende, zu den Längsschlitzen für die erste Mischungskomponente bzw. den Bohrungen parallel angeordnete Längsschlitze sein. Diese weiteren Längsschlitze können aber auch unterbrochen sein, so daß sich in Richtung der hintereinander angeordneten Bohrungen gesehen eine Reihe von in Abständen angeordnete Längsschlitze kleinerer Länge ergeben. Bereits diese letzte Maßnahme führt zu einer Verbesserung der Vormischung durch die höhere Austrittsgeschwindigkeit des Wasserstoffes, sie wird weiter verbessert, wenn in Weiterführung des Erfindungsgedankens die Gasauslaßdüsen auch für die erste Mischungskomponente als Bohrungen ausgebildet sind. Vorteilhaft für die Vormischung ist es in diesem Zusammenhang, daß die Abstände der Bohrungen für die erste Mischungskomponente untereinander von denen der Bohrungen für die zweite Mischungskomponente unabhängig sind.

In Weiterführung der Erfindung enden die weiteren Gasauslaßdüsen für die erste Mischungskomponente am der Austrittsebene abgekehrten Ende in einer großvolumigen Kammer. Wie im Hauptpatent bereits erläutert, dient diese Maßnahme im Zusammenhang mit definierten Engstellen in der Gasführung dazu, um bei geringem Druckverlust in den Verteilerkanälen und großem Druckverlust in den Verengungen einen für alle Bohrungen bzw. Schlitze gleichmäßigen Druckverlust und gleichmäßiger Ausströmverhältnisse sicherzustellen. Die Qualität der gezündeten Flamme kann damit weiter verbessert werden.

Eine weitere Möglichkeit, die Mischung der beiden Gaskomponenten zu optimieren und für eine Konzentrierung der Brennerflamme zu sorgen, ergibt sich dann, wenn in Weiterführung der Erfindung im Bereich der Gasauslaßdüsen gesonderte Umlenkflächen für den Gasstrom vorgesehen sind. Diese Umlenkflächen, etwa in Form die Brennerfläche begrenzende, dachartig nach innen weisende Führungsfläche führen zu einer Vorvermischung der austretenden Gaskomponenten und damit zu einer Verkürzung der Mischzeit.

Die räumliche Verteilung der ersten Mischungskomponente auf die längs des Brennerkopfes angeordneten Schlitze bzw. auf die zwischen den Bohrungen für die zweite Komponente angeordneten Bohrungen oder Schlitze für die erste Mischungskomponente kann z. B. dadurch erfolgen, daß die weiteren Gasauslaßdüsen, Schlitze oder Bohrungen, von gesonderten, an den Brennerkopf anschließbaren Gaszuführungsleitungen gespeist werden. Es ist aber auch möglich und trägt zur Kompaktheit des erfindungsgemäßen Brenners bei, wenn die weiteren Gasauslaßdüsen von den gleichen Gaszuführungsleitungen wie die schlitzförmigen Gasauslaßdüsen gespeist werden, wobei die Aufteilung der beiderseitigen Gasströmungen im Innern des Brennerkopfes erfolgt. Dabei kann die Aufteilung der beiderseitigen Gasströmungen im Innern des Brennerkopfes z. B. 90% zu 10% betragen, d. h. der Hauptanteil des verwendeten Wasserstoffes z. B. wird durch die längs des Brennerkopfes verlaufenden äußeren Schlitze der Flamme zugeführt.

Die Erfindung sei anhand der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Brennerkopf 20 in perspektivischer Ansicht, der beispielsweise mit Wasserstoff (H₂) und Sauerstoff (O₂) betrieben wird. Als Gasauslaßdüsen für den Wasserstoff sind die längs verlaufenden Schlitze 21 vorgesehen, während der Sauerstoff durch die zwischen den Schlitzen in Längsrichtung hintereinander angeordneten Bohrungen 22 austritt. Der Wasserstoff wird in den Sauerstoff eingemischt, so daß oberhalb der allen Düsen gemeinsamen Ebene 23 das zündfähige Gasgemisch entsteht. Durch die Anordnung der als Schlitze 21 und Bohrungen 22 ausgebildeten Düsen entsteht ein rechteckförmiges homogenes Flammenprofil mit sprunghaft abfallender Temperatur an den Grenzen. Durch die als Auslaßdüsen für den Sauerstoff angeordneten Bohrungen, die gut fluchtend hergestellt und mit hoher Oberflächengüte und ohne Abrißkanten gefertigt werden können, ist ein hoher Impulsstrom des Sauerstoffes möglich, dessen Einzelstrahlen maßgeblich an dem Mischvorgang zwischen Wasserstoff und Sauerstoff beteiligt sind.

Eine weitere Konzentration des aus den Düsen austretenden Wasserstoffes bzw. Sauerstoffes in der Strömungszone kann nun gemäß der Erfindung dadurch erreicht werden, daß zwischen den Bohrungen 22 für den Sauerstoff eine Reihe weiterer Bohrungen 24 für den Wasserstoff angeordnet ist. Ungenutzt kann Wasserstoff merklich nach außen nicht mehr abströmen, die der Brennerflamme nunmehr konzentriert angebotene Energie aus Wasserstoff und Sauerstoff führt zu einer Erhöhung der Flammentemperatur und einer Vergleichmäßigung des Temperaturprofils, insbesondere des Temperaturplateaus.

In der Fig. 2 ist schematisch der Strömungsverlauf der vorzugsweise verwendeten Gase Wasserstoff und Sauerstoff bei einem Brennerkopf nach der Erfindung dargestellt. Der Brennerkopf 20 weist wiederum die längsverlaufenden Schlitze 21 und die Bohrungen 22 bzw. die zusätzlichen Bohrungen 24 zwischen den beiden Reihen der Bohrungen 22 auf. Durch die Längsschlitze 21 strömt Wasserstoff, der durch längsverlaufende Schrägen 25 noch innerhalb des Brennerkörpers in Richtung aus den Bohrungen 22 austretenden Sauerstoff umgelenkt wird. Durch Pfeile ist die Strömungsrichtung markiert, wobei die verstärkt gezeichneten Pfeile des aus den Längsschlitzen 21 austretenden Wasserstoffes gleichzeitig eine Aussage über die Durchflußmenge treffen. So beträgt im dargestellten Ausführungsbeispiel von der benötigten Wasserstoffmenge überhaupt der Anteil des durch die Schlitze 21 strömenden Sauerstoffes beispielsweise 90% während der durch die Bohrungen 24 durchströmende Wasserstoff lediglich 10% ausmacht. Überwiegend holt sich der mit hoher Geschwindigkeit austretende Sauerstoff also die benötigte Wasserstoffmenge von den Seiten her, eine zusätzliche, konzentrierte Vermischung erfolgt aber gleichzeitig im mittleren Bereich des nach der Erfindung ausgebildeten Brennerkopfes.

Die Fig. 3 schließlich verdeutlicht eine Variante, bei der zusätzlich oder statt der im Innern des Brennerkopfes angeordneten Schrägen 25 äußere Umlenkkanten 26 in der Längsrichtung und oberhalb der Schlitze 21 verlaufend sowie entsprechende Elemente 27 quer hierzu angeordnet sind. Der weitgehend zentral aus den Bohrungen 22 austretende Sauerstoff saugt den Wasserstoff sowohl aus den Schlitzen 21 als auch aus den Bohrungen 24 in das Flammenprofil des Brenners konzentriert nach.

Claims (8)

1. Brennerkopf für Gasbrenner mit einer Anzahl Gasauslaßdüsen zur Temperaturbehandlung von Profilen, insbesondere zur Temperaturbehandlung von langgestreckten Profilen, bei der eine Relativbewegung zwischen diesen und dem Brennerkopf stattfindet und die Gasauslaßdüsen in einer allen Düsen gemeinsamen Ebene enden, in der durch die räumliche Zuordnung der Düsenauslässe zueinander von diesen ein rechteckförmiges Flächenstück der Ebene erfaßt wird, und wobei als äußere Längsbegrenzung des Flächenstückes Gasauslaßdüsen in Form von Schlitzen für die eine Mischungskomponente des Gasgemisches dienen, zwischen denen Bohrungen als Gasauslaßdüsen für die zweite Mischungskomponente angeordnet sind, nach Patent ........ (Anmeldung P 40 35 502.0), dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Bohrungen für die zweite Mischungskomponente mindestens eine Reihe weiterer Gasauslaßdüsen für die erste Mischungskomponente des Gasgemisches angeordnet ist.

2. Brennerkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Gasauslaßdüsen Bohrungen sind.

3. Brennerkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Gasauslaßdüsen Schlitze in durchgehender oder unterbrochener Form sind.

4. Brennerkopf nach Anspruch 1 oder einem der folgenden mit Bohrungen für die Gasauslaßdüsen, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände der Bohrungen für die erste Mischungskomponente untereinander von denen der Bohrungen für die zweite Mischungskomponente unabhängig sind.

5. Brennerkopf nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Gasauslaßdüsen für die erste Mischungskomponente am der Austrittsebene abgekehrten Ende in einer großvolumigen Kammer für die erste Mischungskomponente enden.

6. Brennerkopf nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Gasauslaßdüsen gesonderte Umlenkflächen für den Gasstrom vorgesehen sind.

7. Brennerkopf nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Gasauslaßdüsen von gesonderten, an den Brennerkopf anschließbaren Gaszuführungsleitungen gespeist werden.

8. Brennerkopf nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Gasauslaßdüsen von den gleichen Gaszuführungsleitungen wie die schlitzförmigen Gasauslaßdüsen gespeist werden, wobei die Aufteilung der beiderseitigen Gasströmungen im Innern des Brennerkopfes erfolgt.