DE9417295U1 - Flachflammenbrenner - Google Patents

Description

U0604 Patentanwaitsbüro Pfeiffer & Partner, Helmholtzweg 4, 07743 Jena]

Flachflammenbrenner

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Flachflammenbrenner gemäß der Gattung der Schutzansprüche. Derartige Flachflammenbrenner dienen zur gleichmäßigen, energiesparenden Beheizung von Industrieöfen, insbesondere &iacgr;&ogr; Speisern und Zuleitungskanälen.

Es ist bekannt, zur Erzeugung von flachen Flammen hauptsächlich Brenner großer Leistung zu verwenden, bei denen das Brenngas und die Verbrennungsluft getrennt zugeführt und erst im vorderen Teil einer Brennerlanze miteinander vermischt werden. Das Betreiben dieser Brenner nach dem Vormischprinzip ist nicht möglich, da vor allem bei niedrigem Gasdurchsatz und hoher Ofenraumtemperatur die Eigenkühlung der metallischen Brennerteile nicht ausreicht, um eine Rückzündung des Gemisches in das Gaszuführungssystem zu verhindern. Darüber hinaus sind Brenner mit getrennter Zufuhrung von Brenngas und Luft in ihrer Anwendungstemperatur (Ofenraumtemperatur) begrenzt, weil die relativ großen metallischen Brennerflächen, die im Strahlungsaustausch mit dem Ofenraum stehen, bei hohen Temperaturen verzundern und eine geringere Betriebsdauer haben. Zwar ist auch schon ein Flachflammenbrenner mit einer relativ kleinen und gekühlten metallischen Fläche im Ofenraum bekannt, jedoch ist dieser nicht zur Anwendung des Vormischprinzips geeignet Außerdem sind Brenner für gasförmige Brennstoffe bekannt, die umfangreiche Vorkehrungen zur Kühlung der vorderen BrenneröfBiungen beinhalten. Diese Brenner auf der Basis eines Brenngas-Luft-Gemisches sind sehr voluminös gebaut.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Flachflammenbrenner mit Vormischung von Brenngas und Verbrennungsluft zu schaffen, der auch für kleine Leistungsgrößen (5 bis 50 kW) zur Beheizung von Industrieöfen mit hohen Ofenraumtemperturen verwendet werden kann, eine lange Lebensdauer sowie eine hohe Betriebssicherheit

hat und ein aufwendiges System zur Kühlung der Spitze der Brennerlanze nicht benötigt.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch das im Kennzeichen des ersten Schutzanspruchs genannte Merkmal gelöst. Es hat zur Folge, daß das bereits der Brennerlanze zugefuhrte Brennstoff-Luft-Gemisch eine ausreichende Rotationsbewegung erfahrt. Erst nach Passieren des Drallkörpers durch eine ringförmige koaxiale Ausströmöffnung wird das Brennstoff-Luft-Gemisch durch die Hitze des Brennersteines entzündet.

&iacgr;&ogr; Ein koaxial zum Drallkörper angeordnetes Sperrorgan trägt zur Bildung der ringförmigen Ausströmöffnung bei. Es wird durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit des Gemisches im Drallkörper ebenso wie der Drallkörper selbst intensiv gekühlt, so daß eine Verzunderung der aus Metall bestehenden Bauteile erheblich eingeschränkt wird. Da der Durchmesser des Sperrorgans i.a. klein ist, hat die Hitzestrahlung auch nur sehr geringe Angriffsflächen, es kommt also zu einer verringerten Aufwärmung der metallischen Teile. Wegen des geringen Bauvolumens lassen sich vorhandene Brenner leicht gegen die erfindungsgemäßen Brenner austauschen.

Vorteilhaft beträgt das Durchmesserverhältnis von innerem und äußerem Durchmesser der ringförmigen Ausströmöffnung 0,2 bis 0,6, und der äußere Durchmesser der ringförmigen Ausströmöffnung ist dabei auf 10 bis 30 mm festgelegt. Der entsprechende Durchmesser der Öffnung des Brennersteins ist geringfügig größer.

DIq Anzahl und Anordnung der Einströmkanäle ist in weiten Grenzen variierbar. Es hat sich jedoch als günstig herausgestellt, wenn sich die Einströmkanäle im wesentlichen in zwei Ebenen (Flächen) bzgl. der Achse der Brennerlanze befinden. Dabei hat die der Ausströmöffiiung am nächsten liegende Fläche sechs und die von ihr entfernt liegende Fläche vier Einströmkanäle. Der Durchmesser der Einströmkanäle verhält sich zur Wanddicke des Drallkörpers wie 1 : 2 bis 2 : 1, vorzugsweise 1:1. Die Einströmkanäle können vorteilhaft über den Umfang des DraUkörpers regelmäßig und unter einem Winkel &agr; von 50 bis 90° zur Achse der Brennerlanze angeordnet sein.

Eine definierte und reproduzierbare Anordnung der Brennerlanze im Brermerstein ergibt sich, wenn die Brennerlanze an ihrem vorderen Ende eine Paßfläche aufweist, mit der ein Paßsitz am Brennerstein korrespondiert. Ebenso besitzt die Brennerlanze einen Zentrierring zur Einpassung in die entsprechende Öffnung des Brennersteins.

Zum Schutz der Brennerlanze gegen Hitze und Verzunderung ist es günstig, wenn die Brennerlanze zwischen dem Zentrierring und dem Drallkörper von einem Strahlungsschirm umgeben ist, der vorteilhafterweise aus zwei Keramik-Halbschalen besteht, die auf eine ringförmige

&iacgr;&ogr; Standfläche an der Brennerlanze aufgesetzt sind.

Für die Temperaturverhältnisse in der Ausströmöffnung und die zu erreichende flache Flamme ist es von Vorteil, wenn die von der Brennerlanze ausgehende Öffnung im Brennerstein in der Nähe der Ausströmöffnung zunächst zylindrisch und daran anschließend torisch geformt ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der schematischen Zeichnung eines Ausfuhrungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen erfindungsgemäßen Brenner und Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1.

Eine Brennerlanze 1 mit einer geometrischen Achse X-X, einem Anschlußstück 2 und einem Zentrierring 3 weist an ihrem dem Anschlußstück 2 gegenüberhegenden Ende eine Erweiterung 4 auf, die einen Bund 5 und eine ringförmige Standfläche 25 für einen aus zwei keramischen Halbzylindern bestehenden Strahlungsschirm 24 besitzt. An dem Bund 5 ist vorzugsweise über eine Schraubverbindung 6 ein Drallkörper 7 so befestigt, daß er sich im wesentlichen in der Erweiterung 4 befindet. Der Drallkörper 7 weist in zwei rechtwinklig zur geometrischen Achse X-X gerichteten Ebenen (Flächen) zehn Einströmkanäle 8, 28 auf, die den Außenraum 10 der Erweiterung 4 mit dem Innenraum 11 des DralJkörpers 7 verbinden, windschief zur Achse X-X und tangential zum Innenraum 11 gerichtet sind und in Ebenen liegen, die unter einem Winkel &agr; von 90° zur Achse X-X angeordnet sind. OiQ liCanäle 8 werden von einem Brennstoff-Luft-Gemisch 12 in Richtung von Pfeilen 9 durchströmt. Im Innenraum 11

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des Drallkörpers 7 befindet sich ein säulenförmiges Sperrorgan 13, dessen Frontfläche 14 mit der Frontfläche 15 des Drallkörpers 7 in einer Ebene liegt und der in eine medienundurchlässige, den Drallkörper 7 gegen das direkt durchströmende Gemisch 12 verschließende Wand 16 eingeschraubt ist, so daß zwischen dem Absperrorgan 13 und dem Drallkörper 7 ein Ringraum gleichmäßiger Dicke, der Innenraum 11, mit einer ringförmigen Ausströmöffnung 27 entsteht. Die Anordnung der Einströmkanäle 8, 28 ist so getroffen, daß sich in der der Ausströmöffnung 27 am nächsten liegenden Ebene sechs Einströmkanäle 8 und in der der Wand &iacgr;&ogr; 16 am nächsten liegenden Ebene vier Einströmkanäle 28 in regelmäßiger Anordnung befinden.

Mit einer Frontfläche 17 (Paßfläche) in der Nähe des Bundes 5 stützt sich die Brennerlanze 1 gegen eine Schulter 18 (Paßsitz) ab, die Teil eines Brennersteines 19 ist, der die Brennerlanze 1 umgibt und eine vor den Frontflächen 14, 15 befindliche trichter- bzw. trompetenartig sich erweiternde Ößhung 20 aufweist. Ein Teil 30 der Begrenzungsfläche der Öflhung 20 ist zylindrisch und ein Teil 26 ist torisch geformt. Für den Teil der Öffnung 20, der die zylindrische Begrenzungsfläche 30 hat, gilt ein Verhältnis für seine axiale Dicke (Zylinderhöhe) zu seinem Durchmesser (ZyHnderdurchmesser) von 1:3 bis 1:1. Infolge dieses Verhältnisses fällt ein größerer Teil der einfallenden Strahlung auf die Zylinderfläche 30 und ein kleinerer Teil auf die Frontflächen 14, 15 bzw. in die Ausströmöffnung 27. Der wesentliche Teil der Brennerlanze 1 befindet sich also in einer im Beispiel zylindrischen Ausnehmung 21 des Brennersteines 19 derart, daß die Frontfläche 17 gegen die Schulter 18 drückt und der Zentrierring 3 von der Wandung der Ausnehmung 21 geführt wird. Eine Isolierung 22 ist auf den Brennerstein 19 aufgelegt und umgibt die Brennerlanze 1 in einem geringen kreisringförmigen Abstand

29. Sämtliche Bauteile 1, 3, 4, 5, 7, 13, 21 sind koaxial zur Achse X-X angeordnet.

Das in die Brennerlanze 1 durch das Anschlußstück 2 eingeblasene Gemisch 12 wird durch die Einströmkanäle 8 in den Innenraum 11 geblasen. Infolge der tangential zum Sperrorgan 13 gerichteten Kanäle 8 erfahrt das Gemisch 12 eine spiralige Bewegung, mit der es auch aus dem Innen-

raum 11 durch die Ausströmöffnung 27 in die trompetenartige Öffnung 20 gelangt. Die Zündung des Gemisches 12 erfolgt durch die heißen Rezirkulationsgase direkt an der Ausströmöffnung 27. Die dabei entstehende flache Flamme wird durch das Sperrorgan 13 gezündet und erfaßt den Gemischstrom 12 in seinen gesamten Querschnitt bis zum Ende des zylindrischen Teils der Öflnung 20. Erst an dieser Stelle ist das Gemisch über den gesamten Querschnitt durchgebrannt, so daß sich die flache Flamme in den durch Pfeile 23 angedeuteten Richtungen, entlang der Fläche 26 der Öffnung 20, z.B. in einen nicht weiter dargestellten

&iacgr;&ogr; Ofenraum, zu dessen Erwärmung sie dient, bewegt. Das Sperrorgan 13 vermeidet ein Zurückschlagen der Flamme in die Brennerlanze 1. Das die Brennerlanze 1 mit hoher Geschwindigkeit durchströmende Gemisch 12 gewährleistet deren Kühlung, die bis zur Frontfläche 14 wirkt und so zur Verhinderung eines Flammenrückschlages ebenso beiträgt wie zur einer Verhinderung bzw. Reduzierung von Korrosionen (Verzunderungen) an der Brennerlanze 1. Während also durch die Flammenform der Brennerstein 19 und damit bspw. die Decke eines nicht dargestellten Industrieofens aufgeheizt und zur Wärmeabstrahlung veranlaßt wird, ist die Umgebung des Sperrorgans 13 verhältnismäßig kühl. Dieser erwünschte Effekt wirkt sich günstig sowohl auf den Schmelzprozeß im Industrieofen wie auf die Standzeit der Brennerlanze 1 aus.

Die Erfindung ist nicht an die bevorzugt zylindrische Form der Brennerlanze 1 und ihrer Innenräume 10 und 11 sowie des Drallkörpers 7 gebunden. Ebenso können die Schraubverbindungen durch Schweißverbindungen oder andere geeignete Verbindungen ersetzt werden. Die Anzahl der Einströmkanäle 8, 28 im Drallkörper 7 ist entsprechend den zu befördernden Gasvolumina variabel. Der Winkel &agr;, unter dem die Einströmkanäle 8, 28 zur Achse X-X geneigt sind,, kann zwischen 50 und 90° liegen. In diesem Fall liegen die Einströmkanäle vorzugsweise in konischen Flächen.

	Bezugszeichenliste	Brennerlanze
	1	Anschlußstück
	2	Zentrierring
	3	Erweiterung
• · · · · · ·	4	Bund
-6-	5	Schraubverbindung
6	Drallkörper
7	Einströmkanäle
8,28	Pfeile
9,23	Außenraum
10	Innenraum
11	BrennstofF-Luft-Gemisch
12	Sperrorgan
13	Frontflächen
14,15,17	Wand
16	Schulter
18	Brennerstein
19	Öffnung
20	Ausnehmung
21	Isolierung
22	Strahlungsschirm
24	ringförmige Standfläche
25	torische Fläche
26	Ausströmöffnung
27	Abstand
29	zylindrische fläche
30	geometnsche Achse
X-X

Claims (15)

Schutzansprüche

1. Flachflammenbrenner fur gasförmige Brennstoffe, die als Brennstoff-Luft-Gemisch einer Brennerlanze zugeführt werden, welche in einer

sich trichterförmig erweiternden Öffnung eines Brennersteines endet und in der Nähe ihrer Ausströmöffnung mit einem Drallkörper versehen ist, der tangential angeordnete Einströmkanäle aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Drallkörper an seiner der trichterförmigen &iacgr;&ogr; Öfihung abgewandten Seite eine medienundurchlässige Wand aufweist.

2. Flachflammenbrenner gemäß Anspruch L, dadurch gekennzeichnet, daß der Drallkörper eine ringförmige, axial gerichtete Ausströmöffnung hat.

3. Flachflammenbrenner gemäß Anspruch 2., dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Ausströmöffnung einen inneren und einen äußeren Durchmesser aufweist und das Verhältnis des inneren zum äußeren Durchmesser 0,2 bis 0,6 beträgt.

4. Flachflammenbrenner gemäß Anspruch 3., dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Durchmesser der ringförmigen Aiisströmöfmung 10 bis 30 mm beträgt.

5. Flachflammenbrenner gemäß Anspruch L, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Einströmkanäle im wesentlichen in zwei Flächen bezüglich der Achse der Brennerlanze befinden.

6. Flachflammenbrenner gemäß Anspruch 5., dadurch gekennzeichnet, daß die der Ausströmöfmung am nächsten liegende Fläche sechs und die von ihr entfernt liegende Fläche vier Einströmkanäle aufweist.

7. Flachflammenbrenner gemäß Anspruch 6., dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser der Einströmkanäle sich zur Wanddicke des Drallkörpers wie 1 : 2 bis 2 : 1 verhalten.

8. Flachflammenbremier gemäß Anspruch 6., dadurch gekennzeichnet, daß die Einströmkanäle über den Umfang des Drallkörpers regelmäßig und unter einem Winkel von 50 bis 90° zur Achse der Brennerlanze angeordnet sind.

9. Flachflammenbrenner gemäß Anspruch 8., dadurch gekennzeichnet, daß die Brennerlanze an ihrem vorderen Ende eine Paßfläche aufweist, mit der ein Paßsitz am Brennerstein korrespondiert.

&iacgr;&ogr; 10. Flachflammenbrenner gemäß Anspruch 9., dadurch gekennzeichnet, daß die Brennerlanze einen Zentrierring aufweist.

11. Flachflammenbrenner gemäß Ansprach 10., dadurch gekennzeichnet, daß die Brennerlanze zwischen dem Zentrierring und dem Drallkörper von einem Strahlungsschirm umgeben ist.

12. Flachflammenbrenner gemäß Ansprach 11., dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsschirm aus zwei Halbschalen besteht, die auf eine ringförmige Standfläche an der Brennerlanze aufgesetzt sind.

13. Flachflammenbrenner gemäß Ansprach 12., dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsschirm aus Keramik besteht.

14. Flachflammenbrenner gemäß mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Öflhung im Brennerstein von einer Fläche begrenzt ist, die in der Nähe der Ausströmöffnung der Brennerlanze zylindrisch und daran anschließend torisch geformt ist

15. Flachflammenbrenner gemäß Ansprach 14., dadurch gekennzeichnet, daß für den zylindrischen Teil der Öffnung des Brennersteins ein Verhältnis der axialen Dicke zum Durchmesser von 1: 3 bis 1 : 1 gilt.