-
Brenner mit flammloser Verbrennung zum Erzielen wärmeausstrahlender
Oberflächen Die Erfindung betrifft einen Brenner mit flammenloser Verbrennung zum
Erzielen wärmeausstrahlender Oberflächen, dessen Brennerabschlußwand mit zahlreichen
Durchtrittsöffnungen versehen ist, innerhalb deren die Verbrennung eines Gemisches
von Luft mit einem gasförmigen oder feinverteilten Brennstoff möglichst vollständig
und flammenlos erfolgt.
-
Es sind Brenner dieser Art bekannt, bei denen ein Rückschreiten der
Verbrennung entgegen der Strömungsrichtung des Gemisches dadurch vermieden wird,
daß die Gemischkanäle innerhalb des Brennerabschlusses besonders gekühlt sind, wodurch
die Gemischtemperatur unter der Zündtemperatur des Gemisches gehalten wird. Die
Anwendungsmöglichkeit derartiger Brenner ist naturgemäß begrenzt.
-
Bei anderen Ausführungen wird ein kückzünden dadurch vermieden, daB
die Durchtrittsquerschnitte eng-bemessen werden und die Strömungsgeschwindigkeit
in den Durchtrittsöffnungen der BrennerabschluBwand auf ihrer gesamten Länge bei
oder über der Zündgeschwindigkeit gehalten wird. Da aber je Flächeneinheit nur eine
bestimmte Gemischmenge flammenlos verbrannt werden kann, ist der Anteil der freien
Durchtrittsquerschnitte an der Gesamtoberfläche dieser Brennerabschlüsse verhältnismäßig
klein und der dem Wärmerückfluß zur
Verfügung stehende Materialquerschnitt
entsprechend groß. Um eine starke Erwärmung der Innenseite der Brennerabschlußwand
zu vermeiden, muß diese daher verhältnismäßig dick ausgeführt sein. Die sich dadurch
ergebenden engen und langen Gemischwege «-eisen bei der hohen Strömungsgeschwindigkeit
Reibungsverluste auf, die nur durch einen entsprechend hohen Vordruck des Gemisches
überwunden werden können.
-
Die Erfindung geht von der an sich bekannten Tatsache aus, daß bei
Gasbrennern mit sichtbarer Flamme ohne äußere Kühlung ein Rückschlag vermieden werden
kann. Derartige Brenner sind mit einem Drahtgeflecht oder einer mit zahlreichen
Durchtrittsöffnungen versehenen Platte als Brennerabschluß versehen, wobei die einzelnen
Durchtrittsöffnungen eng sind. Voraussetzung für diese Wirkung bei den bisher bekannten
Brennern mit geringer Gemischgeschwindigkeit ist, daß das Gemisch nur einen Teil
der zur Verbrennung nötigen Luft enthält und dadurch der Brennerabschluß durch die
Bildung von »Bunsenkegeln« gegen zu hohe Erwärmung durch die Flamme geschützt ist.
-
Gemäß der Erfindung wird die Temperatur des _Gemisches im rückwärtigen
Teil der Brennerabschlußwand durch einen möglichst kleinen Wärmerückflußquersc@hnitt,
durch möglichst kleine Durc'htrittsquerschnitte und durch eine möglichst große Durchtrittskanaloberfläche
unter der Zündtemperatur des Gemisches gehalten. Die Einzelquerschnitte der Durchtrittsöffnungen
werden in bekannter Weise so klein gewählt, daß die Kühlungsflächen der. Wandungen
der Gemischwege hinreichend groß sind, um die Temperatur des Gemisches entgegen
seiner Strömungsrichtung unter seiner Zündtemperatur zu halten, so daß ein Rückschreiten
der Flamme bis zur Innenseite der Brennerabschlußwand vermieden ist. Die einzelnen
Gemischwege werden einander so weit wie möglich genähert, so daß der verbleibende
Materialquerschnitt des Brennerabschlusses außerordentlich klein wird im Verhältnis
zu seiner Gesamtoberfläche und zu der Summe der Wandungsoberflächen der Gemischwege.
Damit wird die von der Außenseite der Brennerabschlußwand zur Gemischkammer strömenden
Wärmemenge entsprechend dem Materialquerschnitt gering und die Kühlung der Eintriusseiten
des B,rennerabschlusses trotz der geringen Gemischgeschwindigkeiten entsprechend
der Summe der Kühlungsflächen groß.
-
Werden Länge, Querschnitt und gegenseitiger Abstand der Gemischwege
richtig aufeinander abgestimmt, so wird es möglich, die gesamte Verbrennung in die
Gemischwege selbst zu verlegen und selbst eine Brennerabschlußwand mit geringer
Stärke auf der Außenseite zum Glühen. zu bringen, ohne daß ein Rückwandern der Verbrennung
entgegen der Strömungsrichtung des Gemisches nach erfolgtem Wärmegleichgewicht eintritt.
Das Verhältnis der drei Größen zueinander kann in ziemlich weiten Grenzen wechseln
-und wird bestimmt einerseits durch die Zündtemperatur und durch die je Flächeneinheit
verbrennbare Menge des Gemiscihes andererseits 'durch Wärmeleitfähigkeit, katalytische
Eigenschaften und Bearbeitbarkeit des Werkstoffes der Brennerabschlußwand. Erstrebenswert
ist für alle Ausführungsformen eine möglichst große Summe der kühlenden bzw. gekühlten
Flächen und eine möglichst kleine Summe der Wärmeleitquerschnitte.
-
Die fortschrittliche -Wirkung des Erfindungsgegenstandes besteht vor
allem in dem praktisch bedeutungslosen Reibungswiderstand, den die Brennerabschlußwand
dem durchströmenden Gemisch bietet, der durch den außerordentlich großen Gesamtdurchtrittsquerschnitt
und die verhältnismäßig geringe Stärke der Brennerabschlußwand bedingt ist. Die
damit erforderlichen, äußerst geringen Gemischdrücke erlauben beispielsweise im
Gegensatz zu den meisten bekannten Verfahren in einem Brenner nach vorliegender
Erfindung mehr als die gesamte zur Verbrennung erforderliche Luftmenge mit einem
einfachen Gasstrahl anzusaugen, der durch den geringsten praktisch vorkommenden
Druck eines städtischen Gaswerkes gespeist wird, oder etwa die bekannten Injektionsvergaser
für flüssige Brennstoffe ohne maschinelle Verdichter anzuwenden. DieAnwendungsmöglichkeiten
des neuen Brenners sind daher nicht wie bei dem bisher bekannten an das Vorhandensein
eines Hochdrucknetzes oder Verdichters gebunden, so daß wesentlich größere Interessenkreise
und neue Gebiete erschlossen werden können, die bisher nicht erfaßt werden.
-
In Abb, I ist ein Brenner gemäß vorliegender Erfindung dargestellt,
dessen Brennerabschlußwand a beispielsweise aus einem Gewebe feuerfester Faser,
einem Drahtgeflecht oder einer gelochten Platte bestehen kann.. Um die abgestrahlte
Wärmemenge zu erhöhen, kann die Brennerabschlußwand a an der Außenseite mit einem
Körper b versehen sein, der beispielsweise aus einem Gitter mit möglichst großer
Oberfläche, aus einem feuerfesten Gewebe oder einer Platte bestehen kann, deren
Einzelöffnungen größer als die des Brennerabschlusses sind. Ein ähnlicher Körper
c kann an der Eintrittsseite der Brennerabschlußwand angeordnet sein, um die Kühlung
der Brennerabschlußwand an der Eintrittsseite zu verstärken. Die Körper b und c
können einzeln oder gemeinsam angewandt werden und. mit dem Brenner aus einem Stück
bestehen oder auf demselben befestigt sein. Wenn die Brennerabschlußwand nicht aus
einem starren Körper besteht, so wird -die Gefahr der Verformung der Rrennerabschlußwand
geringer, und die Brennerabschlußwand bleibt eben.
-
Der Brennstoff wird durch die Düse e in den Injektor f eingeblasen;
und reißt dabei die Verbrennungsluft aus der umgebenden Atmosphäre mit, wobei zweckmäßig
die Lufteintrittsquerschnitte oder der Düsenquerschnitt regelbar ausgeführt werden.
Der Injektor f kann seine Verlängerung innerhalb der Mischkammer d finden, um bei
möglichst gedrängter Bauart eine gute Durchmischung zu erzielen. Zur gleichmäßigen
Verteilung des. Gemischeis auf die Brennerabschlußwand a
wird der
Gemischstrahl zweckmäßig zerlegt und umgelenkt. Die dazu nötigen Wandungen und Leitflächen
sind der Übersichtlichkeit halber in der Zeichnung nicht dargestellt.
-
Infolge des geringen Gemischdruckes in der Gemischkammer d, der in
der Umgebung der Düsenöffnung sogar negativ wird, kann der Brenner ohne besondere
Dichtung drehbar in der Achse des Injckti.ons,snr,ah,l@s angeordnet werden, wobei
das in der Abb.1 dargestellte Beispiel dem Vorteil sicherer Zentrierung des Strahls
im Injektor und leichter Demontierbarkeit des Brenners bietet.
-
Ein Hebel g, der vorzugsweise auf der axialen Verlängerung der Mischkammer
d sitzt, dient zum Drehen und Feststellen des Brenners. Der Hebel g gleitet auf
einer Schiene i, die mit Vertiefungen an den Stellen versehen ist, wo der Hebel
und damit der Brenner festgestellt werden sollen. Ein Arm h drückt, zweckmäßig federnd,
gegen den Brenner und hält den Hebel g in der gewählten Vertiefung der Schiene
i. Durch Abheben des Arms h und Herausziehen des Hebels g kann der Brenner
ohne Anwendung von Werkzeugen vom Injektor abgezogen und herausgenommen «-erden.
-
A11. I a zeigt den vergrößerten Ausschnitt eines Ausführungsbeispiels
des Brennerabschlusses, bei dem der Körper b fortgelassen ist, während
a und c aus einem Stück bestehen. o bedeutet die Oberfläche eines Gemischdurchtrittskanals
(Kühlungsfläche), q seinen Querschnitt, q, den zwischen den DurchtrittsÖffnungen
verbleibenden Querschnitt im Material des Brennerabschlusses.
-
Die Abb.lI bis IV zeigen im Querschnitt als Anwendungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung einen Grillapparat. Die Drehbarkeit der Brenner k erlaubt
bei zweckmäßiger Anordnung die Verwendung ein und desselben Apparates zum doppelseitigen
Grillen (Abb. II), eine besonders gute Ausnutzung der strahlenden Wärme zum Grillen
am drehenden Spieß bei Schrägstellung (Abb. III) und eine verhältnismäßig große
nutzbare Fläche zum Grillen, Rösten und Gratinieren bei waagerechter Stellung der
Brenner (Abb. IV).
-
Die Abb. V und VI zeigen eine andere Anwendungsmöglichkeit der Brenner
für Strahlungsheizöfen, die beispielsweise auf eine waagerechte Fläche des zu heizenden
Raums gestellt (Abb. V) oder oberhalb des Bodens befestigt werden können (Abb. VI).
Die Drehbarkeit der oder des Brenners in einem solchen Heizgerät erlaubt in einfacher
Weise die Richtungsänderung des Hauptteils der abgestrahlten Wärme. Bei derartigen
Heizöfen und Grillgeräten kann der Wirkungsgrad durch geeignete, an sich bekannte
Vorrichtungen zur Ausnutzung der in den Verbrennungsprodukten enthaltenen Wärme
weiter verbessert werden.