DE4136918A1

DE4136918A1 - Flammenhalter fuer strahlungsbrenner

Info

Publication number: DE4136918A1
Application number: DE19914136918
Authority: DE
Inventors: Siegfried W Schilling
Original assignee: LUEDI ROGER JENINS CH
Current assignee: LUEDI ROGER JENINS CH
Priority date: 1991-11-11
Filing date: 1991-11-11
Publication date: 1993-05-13
Also published as: EP0542074A3; EP0542074A2

Description

Die Erfindung betrifft einen Flammenhalter für Strahlungs brenner, insbesondere für gasförmige Brennstoffe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei Strahlungsbrennern tritt das Brennstoff-Luft-Gemisch flächig durch einen gasdurchlässigen Körper aus feuerfestem Material und verbrennt in dessen austrittsseitiger Oberflä chenschicht, die dadurch bis zur Weißglut erhitzt wird und die Wärme in einem hohen Anteil durch Strahlung abgibt. Der gasdurchlässige Körper weist zumindest in Strömungsrichtung eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf, damit die Eintrittssei te des Körpers auf einer Temperatur unter der Zündtemperatur des Brennstoff-Luft-Gemisches bleibt und dieses nur in der austrittsseitigen Oberflächenschicht verbrennt.

Bei flüssigen Brennstoffen, die eine höhere Zündtemperatur haben, liegt die Temperatur an der Eintrittsfläche des Körpers in der Regel ohne zusätzliche Maßnahmen unter der Zündtemperatur des Brennstoff-Luft-Gemisches. Bei gasförmi gen Brennstoffen besteht dagegen wegen derer niedrigerer Zündtemperatur die Gefahr, daß sich der Körper bis an seine Eintrittsseite über die Zündtemperatur des Brennstoff-Luft- Gemisches erwärmt und die Flamme auf die Eintrittsseite durchschlägt. Bei z. B. aus DE-OS 19 55 163 und US-PS 45 19 770 bekannten Strahlungsbrennern besteht der Flammenhalter aus einem Körper aus Keramikfasern. Der Filz dieser Keramik fasern weist eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit auf, so daß bei üblicher Dicke des Körpers ein Rückschlag der Flamme auf die Eintrittsseite auch bei gasförmigen Brennstoffen nicht zu befürchten ist. Diese Flammenhalter sind jedoch nur in begrenztem Temperaturbereich einsetzbar. Die mechanische Festigkeit des Körpers aus Keramikfasern ist nicht ausrei chend, so daß zusätzlich eine abstützende Struktur, z. B. in Form eines Lochbleches benötigt wird. Schließlich sind die Körper aus Keramikfasern voluminös, so daß sich nachteilig große Abmessungen des Flammenhalters ergeben.

Eine ausreichende mechanische Festigkeit wird bei Flammen haltern erreicht, deren Körper aus porösem Sintermetall besteht oder aus einem keramischen Material, das mittels Laserstrahl in einem feinen Raster gelocht ist. Wegen der mechanischen Festigkeit des Körpers kann dieser in vorteil hafter Weise selbsttragend mit einer geringen Wandstärke in Strömungsrichtung ausgebildet sein. Eine geringe Wandstärke des Körpers erhöht jedoch auch bei geringer Wärmeleitfähig keit des Materials die Gefahr des Rückschlagens der Flamme insbesondere bei gasförmigen Brennstoffen. Es ist daher erforderlich, zusätzliche Maßnahmen vorzusehen, um ein Rückschlagen der Flamme zuverlässig zu verhindern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flammenhal ter mit einem solchen formstabilen Körper gemäß dem Oberbe griff des Anspruchs 1 so auszubilden, daß mit konstruktiv einfachen Mitteln ein Rückschlagen der Flamme zuverlässig verhindert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Flam menhalter mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei dem erfindungsgemäßen Flammenhalter wird ein Körper aus einem formstabilen feuerfesten Material verwendet, das sich für eine hohe Wärmebelastung eignet. Aufgrund des formstabi len Materials kann der Körper relativ dünnwandig ausgebildet sein, was die Herstellungskosten verringert. Um insbesondere bei gasförmigen Brennstoffen ein Rückschlagen auf die Ein trittsseite zu verhindern, ist vor der Eintrittsfläche des Körpers eine Lage eines kleinkörnigen feuerfesten Schüttgu tes angeordnet, durch welches das Brennstoff-Luft-Gemisch zu dem Körper strömt. Aufgrund der Schüttfähigkeit des Materi als paßt sich die Schüttgut-Lage problemlos jeder beliebigen Form der Eintrittsfläche des Körpers an, was die Herstellung erheblich vereinfacht. Das Schüttgutt muß nur eingefüllt werden, wobei gegebenenfalls ein Netz parallel beabstandet zu der Eintrittsfläche des Körpers angeordnet ist, um das Schüttgut zu halten. Die Materialkosten des Schüttgutes sind gering.

Das Schüttgut weist eine Porosität auf, die einerseits von der Korngröße des Schüttgutes und andererseits von der Kornform abhängt. Abgerundete und insbesondere kugelförmige Schüttgut-Körner weisen eine geringere Porosität von bis zu 40% auf. Eine höhere Porosität kann durch gebrochene scharfkantige Schüttgut-Körner erzielt werden oder durch Schüttgut-Körner, die zusätzlich eine eigene Porosität aufweisen. Die hohe Porosität des Schüttgutes ergibt bereits bei geringer Dicke der Lage einen ausreichenden Wärmeleit widerstand, um ein Rückschlagen der Flamme zu verhindern.

Der formstabile Körper, in welchem die Flamme brennt, kann aus beliebigem stabilem feuerfestem Material bestehen. Eine gute Stabilität ergibt sich mit porösem Sintermetall. Die Wärmebelastbarkeit des Sintermetalls ist jedoch nicht allzu hoch. Eine höhere Wärmebelastbarkeit weist ein Körper aus keramischem Material auf. Insbesondere eignet sich ein Keramikkörper, der im Plasmaspritzverfahren hergestellt ist. Die Gasdurchlässigkeit kann dabei exakt reproduzierbar und in vorgegebener Flächenverteilung dadurch erzielt werden, daß Durchtrittslöcher mittels Laserstrahl in den Keramikkör per gebohrt werden. Gegebenenfalls kann der formstabile Körper auch aus grob perforiertem hitzebeständigem Stahl blech oder einem vorzugsweise mehrlagigen Drahtgeflecht bestehen.

Als Schüttgut eignet sich jedes feuerfeste Material, welches in körniger Form zur Verfügung steht. Das Schüttgut kann aus kugelförmigen Körnern, z. B. aus Glas oder Aluminiumoxid bestehen. Kugeln aus Aluminiumoxid können als massive Kugeln oder als geblasene Hohlkugeln verwendet werden. Ebenso kann das Schüttgut aus gebrochenen Körnern mit unregelmäßiger scharfkantiger Form bestehen, z. B. aus Glas, Quarz (Sand) oder sonstigen keramischen Werkstoffen. Bei Schüttgut aus keramischen Werkstoffen kann außerdem auch ein poröser Werkstoff verwendet werden, wodurch sich die Porosität zusätzlich erhöht. Im Hinblick auf die gute Durchströmbar keit des Schüttgutes wird eine Korngröße von 0,5 bis 3 mm bevorzugt.

Da sich die Schüttgut-Lage jeder beliebigen Form der Ein trittsfläche des Körpers anpaßt, bestehen bezüglich der Form des Körpers keine Einschränkungen. Der Körper kann als ebene Platte ausgebildet sein oder als zylindrisches Rohr. Ein rohrförmiger Körper kann auch mit sich änderndem Durchmes ser, z. B. konisch ausgebildet sein, um eine geeignete Wärmeverteilung auf seiner Oberfläche zu erzielen. Bei einem rohrförmigen Körper kann die Lage des Schüttgutes als hohler Mantel innen an dem Rohr anliegen, was insbesondere bei längeren Rohren zur gleichmäßig verteilten Zufuhr des Brenn stoff-Luft-Gemisches zweckmäßig ist. Um die Wärmeverteilung auf der Oberfläche des Flammenhalters zu beeinflussen, kann die Lage des Schüttgutes auch mit sich über die Fläche des Körpers ändernder Dicke und damit sich änderndem Strömungs widerstand für das Brennstoff-Luft-Gemisch ausgebildet sein. Bei einem rohrförmigen Körper ist es schließlich auch mög lich, das Rohrinnere vollständig mit dem Schüttgut auszufül len. Dies ist gegebenenfalls bei kurzen Rohren und insbeson dere bei konischen Rohren vorteilhaft.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeich nung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Axialschnitt durch einen Flammen halter für einen Strahlungsbrenner für gasförmige Brenn stoffe.

Der Flammenhalter weist einen dünnwandigen formstabilen Körper 10 in Form eines zylindrischen Rohres auf, der aus einem feuerfesten Material besteht, vorzugsweise aus einem plasmagespritzen Keramikmaterial. Der Körper 10 ist mittels Laserstrahlen durchbohrt, so daß er in einem Raster angeord nete radiale Durchtrittskanäle 12 aufweist.

Koaxial in dem rohrförmigen Körper 10 ist ein rohrförmiges formstabiles Drahtgeflecht 14 angeordnet, welches etwa den halben Durchmesser des Körpers 10 aufweist. Der hohlzylin drische Ringraum zwischen dem Körper 10 und dem Drahtge flecht 14 ist mit einem feinkörnigen Schüttgut 16 gefüllt, das beispielsweise aus Aluminiumoxidkugeln, Glaskugeln, Quarzsand oder einem sonstigen porösen oder nicht porösen keramischen Werkstoff besteht.

An dem einen, in der Zeichnung rechten Ende verschließt eine geschlossene keramische Scheibe 18 den rohrförmigen Körper 10 und das Drahtgeflecht 14 sowie den von dem Drahtgeflecht 14 umschlossenen Innenhohlraum 20. An dem entgegengesetzten, in der Zeichnung linken Ende ist eine kreisringförmige keramische Scheibe 22 angeordnet, die den Ringspalt zwischen dem Körper 10 und dem Drahtgeflecht 14 verschließt. Die Scheiben 18 und 22 halten an den axialen Stirnflächen das Schüttgut 16 zwischen dem Körper 10 und dem Drahtgeflecht 14 eingeschlossen.

Axial an die ringförmige Scheibe 22 schließt sich ein An schlußflansch 24 an, mit welchem der Flammenhalter in dem Brennergehäuse montiert wird. In dem inneren freien Durch trittsquerschnitt des Anschlußflansches 26 ist ein aus radialen Stegen und einer zentrischen Buchse bestehendes Zugankerjoch 26 angebracht. In dem Innenhohlraum 20 verläuft axial ein stangenförmiger Zuganker 28, der sich mit einem an seinem einen Ende angebrachten Kopf an dem Zugankerjoch 26 abstützt, während sein anderes Ende mittig durch die Scheibe 18 geführt ist und sich mit einer aufgeschraubten Mutter 30 über eine Spannfeder an der Scheibe 18 abstützt. Der Zugan ker 28 hält die Scheiben 18 und 22 unter axialem Druck an den Enden des Körpers 10 fest.

Das Brennstoff-Luft-Gemisch wird durch den Anschlußflansch 24 und die ringförmige Scheibe 22 unter Druck in den Innen hohlraum 20 geblasen und tritt durch die poröse Lage des Schüttgutes 16 und die Durchtrittskanäle 12 des Körpers 10 hindurch. In der austrittseitigen Oberflächenschicht des Körpers 10 verbrennt das Brennstoff-Gas-Gemisch, so daß der Körper 10 zur Weißglut erhitzt wird. In der Lage des Schütt gutes 16 bildet sich aufgrund dessen geringer Wärmeleit fähigkeit ein starkes Temperaturgefälle aus, so daß die Temperatur an dem Drahtgeflecht 14 zuverlässig unter der Zündtemperatur des Brennstoff-Luft-Gemisches liegt und ein Rückschlag der Flamme und ein Zünden des Brennstoff-Luft-Ge misches in dem Innenhohlraum 20 ausgeschlossen ist.

Die Durchtrittskanäle 12 sind in dem Körper 10 nicht bis an die Scheiben 18 bzw. 22 herangeführt. Die mit den Scheiben 18 bzw. 22 in Berührung kommenden axialen Endabschnitten des Körpers 10 werden daher nicht von dem Brennstoff-Luft-Ge misch durchströmt, so daß in diesen Bereichen die Flamme nicht brennt. Wegen der schlechten Wärmeleitung des Körpers 10 und der keramischen Scheiben 18 bzw. 22 werden daher über die Endabschnitte des Körpers 10 und die keramischen Schei ben 18 bzw. 22 keine Wärmebrücken gebildet, die zu einem Zünden des Brennstoff-Gas-Gemisches führen könnten.

Figurenlegende

10 Körper
12 Durchtrittskanäle
14 Drahtgeflecht
16 Schüttgut
18 Scheibe (rechts)
20 Innenhohlraum
22 Scheibe
24 Anschlußflansch
26 Zugankerjoch
28 Zuganker
30 Mutter

Claims

1. Flammenhalter für Strahlungsbrenner, insbesondere für gasförmige Brennstoffe, bei dem das Brennstoff-Luft-Ge misch durch einen formstabilen gasdurchlässigen Körper aus feuerfestem Material hindurchströmt und in dessen austrittsseitiger Oberflächenschicht verbrennt, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Eintrittsfläche des Körpers (10) eine von dem Brennstoff-Luft-Gemisch durchströmte Lage eines kleinkörnigen feuerfesten Schüttgutes (16) angeordnet ist.

2. Flammenhalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (10) aus Sintermetall besteht.

3. Flammenhalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (10) ein mittels Laserstrahl durchbohrter Keramikkörper ist.

4. Flammanhalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (10) aus grob perforiertem hitzebeständi gem Stahlblech oder aus einem vorzugsweise mehrlagigen Drahtgeflecht besteht.

5. Flammenhalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schüttgut (16) aus runden Kör nern besteht.

6. Flammenhalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schüttgut (16) aus scharfkantig gebrochenen Körnern besteht.

7. Flammenhalter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn zeichnet, daß das Schüttgut (16) aus porösen Körnern besteht.

8. Flammenhalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Körner massive oder hohle Kugeln aus Aluminium oxid (Al₂O₃) sind.

9. Flammenhalter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die Körner aus Glas, Quarz oder einem sonstigen keramischen Werkstoff bestehen.

10. Flammenhalter nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Schüttgut (16) eine einheitliche oder gemischte Korngröße von 0,5 bis 3 mm aufweist.

11. Flammenhalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schüttgut (16) durch ein zur Eintrittsfläche des Körpers (10) beabstandetes Netz gehalten ist.

12. Flammenhalter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Netz ein formstabiles Drahtgeflecht (14) ist.

13. Flammenhalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (10) ein Rohr ist, an dessen innerer Mantelfläche das Schüttgut (16) angeordnet ist.

14. Flammenhalter nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekenn zeichnet, daß der rohrförmige Körper (10) an beiden Enden durch keramische Scheiben (18, 22) verschlossen ist, die das rohrförmige Drahtgeflecht (14) halten und das Schüttgut (16) an den Rohrenden einschließen.

15. Flammenhalter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Körper (10) an seinen beiden jeweils an die Scheiben (18 bzw. 22) angrenzenden Endabschnitten nicht gasdurchlässig ist.

16. Flammenhalter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Körper (10) koaxial von einem Zugan ker (28) durchsetzt ist, der die Scheiben (18, 22) axial an dem Körper (10) festlegt.