DE8520720U1 - Einrichtung zur Verbrennungsunterstützung für Öl- oder Gasbrenner - Google Patents

Einrichtung zur Verbrennungsunterstützung für Öl- oder Gasbrenner

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DE8520720U1 DE19858520720 DE8520720U DE8520720U1 DE 8520720 U1 DE8520720 U1 DE 8520720U1 DE 19858520720 DE19858520720 DE 19858520720 DE 8520720 U DE8520720 U DE 8520720U DE 8520720 U1 DE8520720 U1 DE 8520720U1
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23MCASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M9/00Baffles or deflectors for air or combustion products; Flame shields
    • F23M9/06Baffles or deflectors for air or combustion products; Flame shields in fire-boxes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/03006Reverse flow combustion chambers

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
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Description

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Einrichtung zur Verbrennungsunterstützung für Öl- oder Gasbrenner
Beschreibung:
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Verbrennungsunterstützung in einer Brennkammer mit einem Öl- oder Gasbrenner, bei welcher die Bfennerflamme wenigstens teilweise von einem als Lenkschirm wirkenden rohr- oder topfförmigen Einbau unter Bildung eines wenigstens brennerseitig offenen Flammraumes umgeben ist.
Aus der DE-OS 32 31 211 ist eine solche Einrichtung bekannt. Danach weist das den Einbau bildende keramische Speichermaterial eine der Brennerflamme zugewandte Innenschicht mit hoher Wärmeleitfähigkeit und guter Temperaturwechselbeständigkeit und eine der Brennerflamme abgewandte Außenschicht mit niedriger Wärmeleitfähigkeit und hoher Wärmespeicherfähigkeit auf. Die Innenschicht kann beispielsweise aus SiC bestehen oder SiC aufweisen und die Außenschicht aus hochtonerdehal-
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tigern Material bestehen. Der FlämmräUm ist kubisch oder zylindrisch i ist dei5 Einbau auf seiner dem Brenner abgewandten Seite geschlossen, entsteht eine Umkehrflamme, bei welcher die Rauchgase in dem Flammraum im Gegenzug zur Flamme wieder zurückgezogen werden, so daß die Brennstoffrückstände weitgehend verbrannt werden und deswegen nur wenig Luftüberschuß zur Vsrbrcnnun" bsnotir<t w"* ^^
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die bekannte Einrichtung zur Verbrennungsunterstützung so weiterzubilden, daß der Wirkungsgrad weiter verbessert, die Abgastemperatur gesenkt und der NO -Gehalt des Abgases vermindert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß sich der Flammraum in Richtung größeren Abstandes vom Brenner, vorzugsweise konisch, verjüngt.
Aufgrund dieser Formgebung wenigstens der Brennerflamme zugekehrten Bereiches des Flammraumes ergibt sich überraschenderweise eine Verbesserung des Wirkungsgrades im Normal- und Tief temperaturbereich von ",% gegenüber der oben genannten bekannten Einrichtung. Im intermittierenden Betrieb kann ein um ein vielfaches von 1% verbesserter Wirkungsgrad erzielt werden. Die Abgastemperatur kann um 15 bis 20 0K, der CO_-Gehalt um etwa 0,5% erhöht und die Abgasverluste können um 8% gesenkt werden. Bei einer Versuchsanordnung konnte beispielsweise ein CO2-Gehalt von etwa 15 Vol. % bei absoluter Rußfreiheit gemessen werden. Daneben sank der NO -Gehalt im Vergleich zu einem zylindrischen Brennkammereinsatz aus Stahl um etwa 10%, wobei die Flammentemperatur um etwa 150 0K höher und die äußere Brenneroberflächentemperatur um etwa 30 "K tiefer lagen. Die Verbresserung des Wirkungsgrades und die Verringe-
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rung des NO -Gehaltes ist offenbar darauf zurückzuführen, daß
sich der für die im Flämmräüm in der Umgebung der Brennerflamme zurückgeführten Rauchgase zur Verfügung stehende Strömungsquerschnitt vergrößert und daher deren Strömungsgeschwindigkeit auf ihrem Wege nach der Umkehr in Richtung des Brenners verlangsamt.
Wenn gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal die Umfangswandung des Einbaus im Abstand von der Brennkammerwandung und im wesentlichen parallel zu dieser verläuft, wird der Einbau praktisch von einem gleichmäßigen Strömungsquerschnitt für die in Richtung des Abgasrohres abzuführenden Rauchgase umgeben. In diesem Bereich wird die latente Wärme der Rauchgase über die Brennkammerwandung, welche in an sich bekannter Weise als &eegr; Innenrippenrohr ausgebildet sein kann, beispielsweise an das die Brennkammer umgebende Kesselwasser abgegeben. Dabei hat der Einsatz vorzugsweise eine zylindrische Außenfläche und die Brennkammerwandung eine zylindrische Innenfläche.
Eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrades und der Abgas- \ werte sowie Senkung der Abgastemperatur kann man dann er- >' zielen, wenn gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal die Umfangswandung des Einbaus im Abstand von der Brennkammerwandung verläuft und sich der dadurch gebildete Kammerzwischenraum in Richtung größeren Abstandes vom Brenner, vorzugsweise konisch, erweitert. Dadurch verringert sich nämlich die Strömungsgeschwindigkeit der Rauchgase auch auf ihrem Wege durch diesen Ringraum mit zunehmender Entfernung vom Brennen wegen des sich vergrößernden Strömungsquerschnittes.
Wenn gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens sich die Wandstärke der Umfangswandung des Einbaus in Richtung
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größeren Abstandes vom Brenner, vorzugsweise konisch, vergrößert, kann die Umfangswandung des Einbaus ein einfach herstellbarer Formkörper mit konischer Innenwandfläche und zylindrischer Außenwandfläche sein.
Es ist aber auch möglich, daß die Umf angswandung des Einbaus über ihre Länge im wesentlichen gleiche Wandstärke hat, so daß die Umfangswandung des Einbaus insgesamt in Richtung größeren Abstandes vom Brenner zusammenläuft.
Die Wandstärke der Umfangswandung liegt beispielsweise zwischen etwa 3 und 50 mm, vorzugsweise zwischen 8 und 30 mm.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung schließt an den sich in Richtung größeren Abstandes vom Brenner verjüngenden Flammraum ein weiterer Flammraum an, welcher sich in Richtung größeren Abstandes vom Brenner, vorzugsweise konisch, erweitert. Der sich aus dem ersten Flammraum und dem weiteren Flammraum zusammensetzende Gesamtflammraum für die Aufnahme der Brennerflamme hat daher, vorzugsweise etwa im mittleren Bereich seiner Länge, eine Verengung, während er sich von dieser engsten Stelle aus sowohl in Richtung zum Brenner hin als auch in Richtung vom Brenner weg, vorzugsweise konisch, erweitert. Hierdurch werden besonders günstige Strömungsverhältnisse für die Rauchgase und die Ausbildung der Flamme erreicht, so daß eine weitere Verbesserung der Verbrennerunterstützung im Sinne der Aufgabenstellung erreicht werden kann. Auch dieser Einbau kann, wie die übrigen zuvor erörterten, auf seiner dem Brenner abgewandten Seite eine Stirnwandung aufweisen, so daß auf dieser Seite der Gesamtflammraum geschlossen ist und eine Umkehrflamme gebildet wird.
Der Einbau kann Vorzugsweise füf die beiden Flämmräume aus zwei identischen Einbauteilöh beistehen, welche Umgekehrt
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aneinandergesetzt sind. Hierdurch vereinfacht sich die Herstellung und die Anwendung der Einbauteile.
Es ist auch möglich, daß der Einbau einen Einbausatz darstellt, bei welchem sich an den in Richtung größeren Abstandes vom Brenner verjüngenden Flammraum ein weiterer Flammraum mit konstantem Querschnitt und variabler Länge anschließt.
Der Einbau kann bei der erfindungsgemäßen Verbrennerunterstützung aus Stahl, Guß oder dergleichen gebildet sein; vorzugsweise besteht er jedoch in an sich bekannter Weise aus schwer-keramischem Material (spezifisches Gewicht = 1), wie SiC. Durch die Verwendung dieses Materials wird im Zusammenwirken mit den übrigen Erfindungsmerkmal-en überraschenderweise eine weitere Senkung des NO -Gehaltes erzielt. Statt dem SiC
können als schwer-keramisches Material beispielsweise auch Siliziumnitrit, Korund oder Schamotte bzw. Kombinationen aus diesen Materialien für den als Umkehrschirm dienenden Einbau verwendet werden. Gegenüber den zum Teil eingesetzten faserkeramischen Materialien hat die Verwendung von Schwerkeramik |
entsprechend der Erfindung erhebliche Vorteile. Die faserke- I
m ramischen Materialien haben geringe Abriebfestigkeit und nur eine beschränkte Standzeit. Durch Schwitzwasserbildung werden i Faserkeramikrohre erheblich angegriffen. Es kann auch zu Ausbrüchen der Masse durch durch Wasserdampfexplosionen kommen. Das schwer-keramische Material hat eine Hochtemperatur-Wechselbeständigkeit wie das faserkeramische Material. Da das schwer- keramische Material aus sehe» harten Körnungen besteht, ist es hoch abriebfest und resistent gegen alle Verbrennungsrückstände. Nachteile durch Schwitzwassereinfluß ergeben sich bei der Verwendung von schwer-keramischem Material nicht. Das schwer-keramische Material läßt sich durch die besondere Art seiner Bindung auch mit entsprechenden anderen schwer-keramischen Materialien ähnlicher Art zu zwei- oder mehrschichti-
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gen Formteilen verarbeiten.
Ferner wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß die inneren und/oder äußeren Oberflächen des Einbaus, beispielsweise mittels Sandstrahlen, aufgerauht sind. .
Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal macht die Länge des Flammraunies bzw. der Flammräume nur einen Teil der Länge der Brennerflamme aus. Hierdurch kann die Abgastemperatur eines Kessels an die Vorschriften der Feuerungstechnik angepaßt werden.
Ferner wird mit der Erfindung vorgeschlagen, den Einbau in der Brennkammer in Flammenlängsrichtung verschiebbar anzuordnen. Hierdurch ist es möglich, eine genaue Einstellung auf die günstigste Abgastemperatur vorzunehmen.
Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausfuhrungsbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnung. Dabei bilden alle geschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Es zeigt:
Fig. 1 schematisch im Vertikalschnitt eine mit einem erfindungsgemäßen Einbau ausgestattete Brennkammer,
Fig. 2 eine Darstellung entsprechend Fig. 1 für eine andere
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Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 3 eine Darstellung entsprechend Fig. 1 für eine noch
weitere Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 4 eine ähnliche Darstellung einer vierten Ausführungsform, bei welcher dem erfindungsgemäßen Brennkammereinbau ein Wärmetauscher nachgeschaltet ist,
Fig. 5 schematisch im Schnitt einen aus zwei Einbauteilen
bestehenden Einbau nach der Erfindung mit sich jeweils zu Mitte hin konisch verengenden Flammräumen, und
Fig. 6 schematisch im Schnitt einen aus unterschiedlichen Einbauteilen bestehenden einen Einbausatz bildenden Einbau nach der Erfindung.
Gemäß Fig. 1 ist innerhalb einer Brennkammer 1, der ein Brenner 2 mit einer Brennerflamme 3 zugeordnet ist, ein Einbau 4 aus schwer-keramischem Material angeordnet. Der als einstückiger oder mehrteiliger Formkörper ausgebildete Einbau 4 ist im wesentlichen topfförmig, d. h. zum Brenner 2 hin offen und auf der dem Brenner 2 abgewandten Seite hin mitteis einer Stirnwandung 13 geschlossen, so daß die im Flammraum 10 des Einbaus 4 entstehenden Rauchgase R umkehren und im Umgebungsbereich dei Brennerflamme 3 entgegen der Flammrichtung strömen. Am vorderen Rand des topfförmigen Einbaus 4 kehren die Rauchgase nochmals um und gelangen durch den zwischen Einbau 4 und Brennkammerwandung 5 verbleibenden ringraumförmigen Kammerzwischenraum 11 zum Abgasrohr 9. Der Flammraum 10 verjüngt sich in Richtung größeren Abstandes zum Brenner 2 konisch. Der Flammraum 10 ist also in Nähe des Brenners 2 weiter als an dem dem Brenner 2 entfert liegenden Ende. Die Außenwandflache der Umfangswandung 6 des Einbaus 4 ist im wesentlichen zylindrisch ebenso wie die Brennkammerwandung 6. Dadurch ist
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der Kammerzwischenräüm 11 über seine Lange im wesentlichen Von gleichem Str.ÖmUngsquersChnitt · Der Kammefzwischeniraum 11 ist von Rippen 8 unterteilt, da die Brennkammerwandung 5 als Innenrippenrohr ausgebildet ist. Durch die Erweiterung des Flammraumes 10 zum Brenner 2 hin verringert sich die StrÖ- [ mungsgeschwindigkeit der im Flammraum 10 entstehenden Rauchnarh ihrer tlmkphruna in Ri r*hi-uri£i Rronnor "? hounr ei &ogr;
erneut umkehren und in den Kammerzwischenraum 11 von im wesentlichen über seine Länge gleichen Strömungsquerschnitt eintreten* Die Brennkammerwandung 5 ist üblicherweise von dem mit Wasser gefüllten Kesselraum umgeben. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung des Einbaus ergeben sich ein erhöhter Kesselwirkungsgrad und verbesserte Abgaswerte gegenüber herkömmlichen Umkehrbrennern mit im wesentlichen innen und außen zylindrischen Einbauten z. B. aus Stahl oder Faserkeramik.
Bei der Ausf uhrungsf orm gemäß Fig. 2 hat der Einbau 4 nicht wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 in Richtung größeren Abstandes vom Brenner 2 zunehmende, sondern im wesentlichen konstante Wandstärke über ihre gesamte Länge. Dadurch erweitert sich der Kammerzwischenraum 11 in Richtung größeren Abstandes vom Brenner 2, so daß sich die Strömungsgeschwindigkeit der Rauchgase in dem sich in Richtung größeren Abstandes von dem Brenner 2 konisch erweiternden Kammerzwischenraum 1 1 in Richtung Abgasrohr 9 nochmals allmählich verlangsamt. Die Rippen 8 haben ersichtlich bei diesem Ausführungsbeispiel in Richtung zunehmenden Abstandes vom Brenner 2 zunehmende Höhe, während die Brennkammerwandung 5 riächwieVor im wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 fluchtet der brennerseitige Rand des Einbaus 4 mit den Wärmetauscherrippen 8 des
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fcämmerzwischenraümes 11 * Der Einbau 4 hat im wesentlichen die Lange der Brehherflamme 3 Und Umschließt diese praktisch über ihre gesamte Länge. Demgegenüber ist bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3 der Einbau 4 gleicher . Länge in größeren Abstand vom Brenner 2 gerückt, so daß die Brennerflamme 3 nur etwa zu 2/3 ihrer Länge von dem Einbau 4 umgeben ist. Dieser Verschiebung des Einsatzes 4 kann zur Anpassung an die gewünschte Abgastemperatur vorgenommen werden.
Beim Ausführungsbeispiel von Fig. 4 ist der Einbau 4 beachtlich kürzer als die Brennerflamme 3 und so angeordnet, daß die Brennerflamme 3 praktisch nur mit ihrer vorderen Hälfte von dem Einbau 4 um geben wird. Die Abgase durchströmen hier einen pier Brennkammer 1 unmittelbar nachgeschalteten Wärmetauscher 7, bevor sie in das Abgasrohr 9 gelangen. Auch hier ist das Prinzip verwirklicht, daß aufgrund der konischen Form des Einbaus 4 aus schwer-keramischem Material die Rauchgase bei ihrer Umkehrströmung innerhalb des Einbaus 4 und in dem Kammerzwischenraum 11 einen fortschreitend großer werdenden Strömungsquerschnitt zur Verfugung haben, so daß sich die Strömungsgeschwindigkeit auf diesem Wege verlangsamt.
Der Einbau 4 gemäß Fig. 5 besteht aus zwei identischen Einbau- § teilen 4" , 41 ' , welche umgekehrt zusammengesetzt sind. Sie haben beide von außen zur Mitte hin zunehmende Wandstärke und zwar in der Art, daß sich die Flammräume 10 und 12 zur Mitte hin verjüngen, während die Außenumfangsflachen der Einbauteile 4', 411 im Wesentlichen zylindrisch verlaufen. An dem dem Brenner 2 abgewandten Ende kann der Einbau 4 wiederum mittels Stirnwandung 13 verschlossen sein. Der aus Flammraum 10 und dem weiteren Flammraum 12 gebildete Gesamtflammraum hat also
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also i.-f der Mitte eine konische Verengung. Dadurch können sich eine günstige F'lammenform und vorteilhafte RaüchgasstrÖmungs-Verhältnisse ausbilden^
Der Einbau gemäß Fig. 6 besteht aus einem Einbauteil 4' mit sich in Richtung größeren Abstandes vom Brenner verjüngenden Flammraum 10, an welchen ein oder mehrere Einbauteile 4' ' ' , 4|V konstanten Querschnitts zur Bildung von Flammräumen 14 variabler Länge sich anschließen. Die Stirnwand 13 kann in unterschiedlichen Abständen vom Brenner 2 angeordnet sein.
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Bezugszeichenliste:
1 Brennkammer
2 Brenner
3 Brennerflamme
4 Einbau
5 Brennkammerwandung
6 Umf angswandung
7 Wärmetauscher-
8 Rippen
9 Abgasrohr
10 Flammraum
11 KammerZwischenraum
12 Flammraum
13 Stirnwandung
14 Flammraum

Claims (13)

  1. Ing. Hermann Seiler
    Dipl.-Ing. Stella Raudzus, geb. Seiler
    Harsdörfer Straße 5
    4937 Lage-Lippe
    Einrichtung zur Verbrennungsunterstützung für Öl- oder Gasbrenner
    Ansprüche:
    1 . Einrichtung zur Verbrennungsunterstützung in einer Brennkammer (1) mit eint m Öl- oder Gasbrenner (2), bei welcher die Brennerflamme (3) wenigstens teilweise von einem als Lenkschirm wirkenden rohr- oder topffÖrmigen Einbau (4) unter Bildung eines wenigstens brennerseitig offenen Flammraumes (10) umgeben ist, "dadurch gekennzeichnet, daß sich der Flammraum (10) in Richtung größeren Abstandes vom Brenner (2), vorzugsweise konisch, verjüngt.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umf angswandung (6) des Einbaus (4) im Abstand von der Brennkammerwandung (5) und im wesentlichen parallel zu dieser verläuft.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umf angswandung (6) des Einbaus (4) im Abstand von der Brennkammerwandung (5) verläuft und sich der dadurch gebildete
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    Kammerzwischenraum (11) in Richtung größeren Abstandes vom ■ Brenner (2), vorzugsweise konisch, erweitert.
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  4. 4, Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch £ gekennzeichnet, daß sich die Wandstärke der Umfangswandung j (6) des Einbaues (4) in Richtung größeren Abstandes vom
    ', Brenner (2), vorzugsweise konisch, vergrößert.
  5. 5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4, da- f ' durch gekennzeichnet, daß die Umfangswandung (6) des Einbaues (4) über ihre Länge im wesentlichen gleiche Wandstärke hat.
  6. 6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke der Umfangswandung (6) zwischen etwa 3 und 50 mm, vorzugsweise 8 bis 30 mm, liegt.
  7. 7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich an den in Richtung größeren Abstandes vom Brenner (2) verjüngenden Flammraum (10) ein weiterer Flammraum (12) anschließt, welcher sich in Richtung größeren 'Abstandes vom Brenner (2), vorzugsweise konisch, erweitert.
  8. 8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Einbau (4) für die beiden Flammräume (10, 12) aus zwei indentischen Einbauteilen (41, 4'1) besteht, welche umgekehrt aneinandergesetzt sind.
  9. 9. Einrichtung nach einem der Arspruche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Einbau (4) eine/i Einbausatz (4', 4' ' ' , 4|V) darstellt, bei welchem sich an den in Richtung größeren Abstandes vom Brenner (2) verjüngenden Fiammraum
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    (10) ein Weiterer Flämmräüm (14) mit konstantem Querschnitt und variabler Lange anschließt.
  10. 10. Einrichtung nach einem der Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Einbau (4, 4', 4'1) aus schwer-keramischem Material, wie SiC, besteht.
  11. 11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen des Einbaus (4; 4', 411) aufgerauht sind.
  12. 12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Flammraumes (10) bzw. der Flammräume (10, 12) nur einen Teil der Länge der Brennerflamme (3) ausmacht bzw. ausmachen.
  13. 13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Einbau (4; 41, 411) in der Brennkammer (1) in Flammenlängsrichtung verschiebbar ist.
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