EP0645583A1

EP0645583A1 - Gasbrenner

Info

Publication number: EP0645583A1
Application number: EP93115237A
Authority: EP
Inventors: Hans-Benno Ricke
Original assignee: KRAFT-INDUSTRIEWARMETECHNIK DR RICKE GmbH
Current assignee: KRAFT-INDUSTRIEWARMETECHNIK DR RICKE GmbH
Priority date: 1993-09-22
Filing date: 1993-09-22
Publication date: 1995-03-29
Also published as: CN1100790A

Abstract

Ein Gasbrenner hat einen Brennerkopf (1) zum Zusammenführen eines Brenngas- und eines Verbrennungsluftstroms, ein Brenngaszufuhrrohr, mittels dem Brenngas zum Brennerkopf (1) führbar ist, und ein Verbrennungsluftzufuhrrohr, mittels dem Verbrennungsluft zum Brennerkopf führbar ist und das unter Ausbildung eines Ringraums mit einem Radialabstand koaxial zum Brenngaszufuhrrohr angeordnet ist. Zur Gewährleistung einer homogenen Verbrennung mit hohem Wirkungsgrad sind in einem an das brennerkopfseitige Ende des Brenngas- bzw. des Verbrennungsluftzufuhrrohrs angeschlossenen inneren Zentralteil (2) des Brennerkopfs (1) Austrittöffnungen (15) ausgebildet, durch die hindurch der Brenngas- bzw. der Verbrennungsluftstrom in einen Brennerkopfringraum (5) abstrahlbar ist, der sich zwischen dem brennerkopfseitigen Ende des Verbrennungsluft- bzw. des Brenngaszufuhrrohrs und der Austrittfläche (14) des Brennerkopfs (1) im wesentlichen in Axialrichtung des Brenngas- bzw. des Verbrennungsluftzufuhrrohrs erstreckt und in dessen den Austrittöffnungen (15) des inneren Zentralteils (2) des Brennerkopfs (1) zugeordnetem Bereich der im wesentlichen in Axialrichtung des Brenngas- bzw. des Verbrennungsluftzufuhrrohrs durch den Brennerkopfringraum (5) fließende Verbrennungsluft- bzw. Brenngasstrom mit dem aus den Austrittöffnungen (15) des inneren Zentralteils (2) des Brennerkopfs (1) austretenden Brenngas- bzw. Verbrennungsluftstrom beaufschlagbar ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gasbrenner mit einem Brennerkopf zum Zusammenführen eines Brenngas- und eines Verbrennungsluftstroms, einem Brenngaszufuhrrohr, mittels dem Brenngas zum Brennerkopf führbar ist, und einem Verbrennungsluftzufuhrrohr, mittels dem Verbrennungsluft zum Brennerkopf führbar und das unter Ausbildung eines Ringraums mit einem Radialabstand koaxial zum Brenngaszufuhrrohr angeordnet ist.
Bei bekannten derartigen Gasbrennern kommt es vergleichsweise häufig zu Unregelmäßigkeiten bei der Flammenausbildung, was zu erheblichen Einbußen in bezug auf den Wirkungsgrad des Gasbrenners und unter Umständen auch zu thermischen Überlastungen einzelner Bauteile des Gasbrenners bzw. der umgebenden Bereiche eines Ofens führt. Des weiteren kann bei normalem Betriebsablauf eine Verbrennung mit hohem Wirkungsgrad nur innerhalb eines vergleichsweise eng begrenzten Bereichs von Durchsatzmengen durchgeführt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gasbrenner der eingangs genannten Gattung zu schaffen, der zum einen für eine höhere Variationsbreite von Durchsatzmengen von Verbrennungsluft und Brenngas geeignet ist und zum anderen für jede Durchsatzmenge eine gleichmäßige Verbrennung mit hohem Wirkungsgrad ohne thermische Überlastungen von Brennerbauteilen oder des umgebenden Ofenbereichs gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einem an das brennerkopfseitige Ende des Brenngas- bzw. des Verbrennungsluftzufuhrrohrs angeschlossenen inneren Zentralteil des Brennerkopfes Austrittöffnungen ausgebildet sind, durch die hindurch der Brenngas- bzw. der Verbrennungsluftstrom in einen Brennerkopfringraum abstrahlbar ist, der sich zwischen dem brennerkopfseitigen Ende des Verbrennungsluft- bzw. des Brenngaszufuhrrohrs und der Austrittfläche des Brennerkopfes im wesentlichen in Axialrichtung des Brenngas- bzw. des Verbrennungsluftzufuhrrohrs erstreckt und in dessen den Austrittöffnungen des inneren Zentralteils des Brennerkopfs zugeordneten Bereich der im wesentlichen in Axialrichtung des Brenngas- bzw. des Verbrennungsluftzufuhrrohrs durch den Brennerkopfringraum fließende Verbrennungsluft- bzw. Brenngasstrom mit dem aus den Austrittöffnungen des inneren Zentralteils des Brennerkopfs austretenden Brenngas bzw. Verbrennungsluftstrom beaufschlagbar ist. Bei dem erfindungsgemäßen Gasbrenner werden das Brenngas und die Verbrennungsluft dem Brennerkopf koaxial zugeführt, innerhalb des Brennerkopfes durch gegenseitige Durchdringung intensiv vermischt, gezündet und gemeinsam in eine radiale Abströmrichtung möglichst rotationssymmetrisch umgelenkt. Die gesamte Öffnungsquerschnittfläche des inneren Zentralteils des Brennerkopfes wird durch die sich in den Brennerkopfringraum öffnenden Austrittöffnungen gebildet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Verbrennungsluftzufuhrrohr einen größeren Durchmesser als das Brenngaszufuhrrohr auf, so daß das Verbrennungsluftzufuhrrohr das Brenngaszufuhrrohr koaxial umgibt, mit der Folge, daß der Ringraum zwischen der Innenumfangsfläche des Verbrennungsluftzufuhrrohrs und der Außenumfangsfläche des Brenngaszufuhrrohrs ausgebildet ist, wobei das brennerkopfseitige Ende des Brenngaszufuhrrohrs an das innere Zentralteil des Brennerkopfes angeschlossen ist, aus welchem Zentralteil heraus der Brenngasstrom durch die Austrittöffnungen in den Brennerkopfringraum abstrahlbar ist, der sich zwischen dem brennerkopfseitigen Ende des Verbrennungsluftzufuhrrohrs und der Austrittfläche des Brennerkopfes im wesentlichen in Axialrichtung des Brenngaszufuhrrohrs erstreckt und in dessen den Austrittöffnungen des inneren Zentralteils des Brennerkopfs zugeordneten Bereich der im wesentlichen in Axialrichtung des Brenngaszufuhrrohrs durch den Brennerkopfringraum fließende Verbrennungsluftstrom mit dem aus den Austrittöffnungen des inneren Zentralteils des Brennerkopfes austretenden Brenngasstrom beaufschlagbar ist. Die aus den Austrittöffnungen des inneren Zentralteils des Brennerkopfs austretenden Brenngasstrahlen werden von dem radial auswärts des inneren Zentralteils des Brennerkopfs fließenden Verbrennungsluftstrom aufgeweitet und mitgeführt. Soweit die Strahlungskerne der aus den Austrittöffnungen austretenden Brenngasstrahlen auf die äußere Begrenzung des Brennerkopfringraums auftreffen, werden sie letztlich an dieser äußeren Begrenzung aufgelöst. Durch den im vorstehenden geschilderten Ablauf homogenisiert sich das Brenngas-/Verbrennungsluftgemisch auf einer sehr kurzen axialen Distanz. Erst bei sehr geringen Durchsatzmengen fächert sich das Flammenbild entsprechend der Anzahl der Austrittöffnungen im inneren Zentralteil des Brennerkopfes auf. Somit lassen sich in einer großen Variationsbreite von Durchsatzmengen eine homogene Flammenbildung und damit eine gleichmäßige Verbrennung mit hohem Wirkungsgrad erreichen. In konstruktiv einfacher Weise läßt sich der erfindungsgemäße Brennerkopf bauen, wenn der Brennerkopfringraum nach außen mittels eines äußeren Hüllteils des Brennerkopfs begrenzt ist, das sich zwischen dem brennerkopfseitigen Ende des Verbrennungsluft- bzw. des Brenngaszufuhrrohrs und der Austrittfläche des Brennerkopfs erstreckt.
Wenn sich der austrittflächenseitige Endabschnitt des Brennerkopfringraums stetig, vorzugsweise progressiv, vergrößert, wobei dies vorteilhafterweise konstruktiv dadurch verwirklicht ist, daß sich der Innenumfang des äußeren Hüllteils des Brennerkopfs im austrittflächenseitigen Endabschnitt des Brennerkopfringraums stetig bzw. stetig und progressiv erweitert, wird allein durch die Formgebung des Brennerkopfs bzw. seines äußeren Hüllteils erreicht, daß sich der vermischte Brenngas-/Verbrennungsluftstrom in dünner Schicht an die Kontur der Innenumfangsfläche des äußeren Hüllteils des Brennerkopfs ablösungsfrei anschmiegt.
Wenn die progressive Erweiterung des Innenumfangs des äußeren Hüllteils des Brennerkopfes so groß ist, daß die Abströmung der Flammgase längs der zur Hauptachse des Brennerkopfes senkrechten Austrittebene erfolgt, entsteht durch die radiale, quasi scheibenförmige Gestaltung der Abströmung weg von der Hauptachse des Brenners bzw. des Brennerkopfes vor letzterem im hauptachsnahen Raum eine Zone statischen Unterdrucks, in die Gas aus der näheren Umgebung rückfließen kann. Bei diesem Gas handelt es sich um rückströmendes, hocherhitztes Flammgas aus der ablaufenden Verbrennung, so daß durch diese Rückströmung eine intensivierte Vermischung und Temperaturerhöhung des Brenngas-/Verbrennungsluftstromes erfolgt, woraus sich eine Erhöhung der Zündfähigkeit des Brenngas-/Verbrennungsluftstromes auch dann ergibt, wenn die Strömungsgeschwindigkeiten und damit die Durchsatzmengen klein sind und infolgedessen die Vermischungsenergie niedrig ist.
Bei dieser radialen Abströmung senkt sich die Strömungsgeschwindigkeit mit starker Abhängigkeit vom Radius ab; deshalb kann die Flamme auch bei weit oberhalb der Zündgeschwindigkeit liegenden anfänglichen, an der Austrittfläche des Brennerkopfes herrschenden Strömungsgeschwindigkeiten nicht vom Brennerkopf abreißen. Demgemäß sind bei der vorstehend geschilderten radialen Abströmung höhere Brenngas- und Verbrennungsluftdrücke anwendbar. Hieraus ergibt sich, daß der vorstehend geschilderte Gasbrenner, bei dem das im vorstehenden angegebene Vermischungsprinzip angewendet wird, einen außergewöhnlich hohen Regelbereich aufweist. Die Variationsbreite seiner Durchsatzleistung kann um mehr als 1 : 25 verändert werden, wenn dabei die Brenngas- und Verbrennungsluftdurchsatzmenge in einem gleichbleibend nahstöchiometrischem Verhältnis zueinander verändert werden.
Eine weitere Verbesserung der Vermischung zwischen dem Brenngas- und dem Verbrennungsluftstrom sowie eine Verringerung des für die eigentliche Vermischung benötigten Raums ergibt sich, wenn die Austrittöffnungen des Brenngas- bzw. des Verbrennungsluftzufuhrrohrs radial zur Hauptachse des Brenngas- bzw. des Verbrennungsluftzufuhrrohrs verlaufen.
Sofern auf der den Brennerkopfringraum nach innen begrenzenden Außenumfangsfläche des inneren Zentralteils des Brennerkopfs stromauf der Austrittöffnungen ein konischer Ringansatz ausgebildet ist, dessen radiale Endfläche den Austrittöffnungen zugewandt ist, wird durch diesen konischen Ringansatz der durch den Brennerkopfringraum fließende Verbrennungsluft- bzw. Brenngasstrom in radialer Richtung abgelenkt. Da ein derartiger konischer Ringansatz eine scharfe Abrißkante ausbildet, schmiegt sich der Verbrennungsluft- bzw. Brenngasstrom bevorzugt an der vom äußeren Hüllteil ausgebildeten Hüllfläche des Brennerkopfringraums an.
Sofern die Austrittfläche des vorstehend geschilderten Gasbrenners etwa fluchtend mit einer Ofenwand oder einer Ofendecke angeordnet ist, wobei diese jeweils eine sich in radialer Richtung erstreckende Ebene bilden und aus einem hitzebeständigen Werkstoff bestehen, bleibt bei Betrieb des Gasbrenners die Flamme stabil und schmiegt sich an die inneren Oberflächen der Ofenwand bzw. -decke an, bis die Flamme ihre Strömungsenergie an das umgebende Medium abgegeben hat.
Wird der Brennerkopf von einem mit ihm koaxialen Hüllrohr aus einem hitzebeständigen Werkstoff umgeben, wird der von der Austrittfläche des Brennerkopfes abströmende flache Flammgasstrahl von der Innenwandung des Hüllrohrs wieder in axiale Richtung umgelenkt. Durch die Zuströmung in den hauptachsnahen Raum vor dem Brennerkopf bildet sich ein toroidförmiger Ringwirbel aus, der zu der vorbeschriebenen intensivierten Vermischung und Verbrennung beiträgt.
Wenn das Hüllrohr einen verengten Austrittquerschnitt und stromauf des austrittflächenseitigen Endabschnitts des Brennerkopfringraums Bohrungen aufweist, wobei zwischen der Innenumfangsfläche des Hüllrohrs und der Außenumfangsfläche des Brennerkopfes ein Ringspalt ausgebildet ist, wird ein Teil des Flammgases entgegen der Hauptströmungsrichtung durch den Ringspalt und diese Bohrungen abgeleitet. Hierdurch ergibt sich eine gleichmäßige Erwärmung des Hüllrohrs, wodurch die Ausbildung eines schroffen Temperaturanstiegs im Hüllrohr im Bereich des Brennerkopfs vermieden und damit die Gefahr eines Bruchs des Hüllrohrs aufgrund thermischer Spannungen gemindert wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Verbrennungsluftzufuhrrohr stromauf des Brennerkopfes Bohrungen auf, durch die hindurch Verbrennungsluft in den Zwischenraum zwischen der Außenumfangsfläche des Verbrennungsluftzufuhrrohrs bzw. des Brennerkopfs und der Innenumfangsfläche des Hüllrohrs einleitbar ist; zur Durchführung einer Sekundärverbrennung ist ein äußeres Sekundärhüllrohr mit einem sich progressiv erweiternden Austrittabschnitt vorgesehen. Bei dieser Ausgestaltung ist eine zweistufige Verbrennung realisierbar, die aus Gründen der immer häufiger erforderlichen Stickoxidreduzierung im Abgas erwünscht sein kann.
Bei den vorstehend geschilderten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gasbrenners bildet sich aufgrund des sog. Coanda-Effektes die radiale Abströmung entlang der Austrittfläche des Brennerkopfes auch dann aus, wenn sowohl der Brenngas- als auch der Verbrennungsluftstrom drallfrei sind. Ein für Flachflammenbrenner bekannter Bauart charakteristischer Drehimpuls der sich bildenden Flamme ist bei dem vorstehend geschilderten Gasbrenner nicht erforderlich. Selbst eine gezielte Gleichrichtung des Brenngas- und des Verbrennungsluftstroms und auch laminare Strömungsverhältnisse verändern das bei der Erfindung erreichte radiale Abströmungsprofil nicht. Soll jedoch der Brenngas-/Verbrennungsluftstrom aus Gründen der Übertragung eines Drehimpulses vom Flammgas auf die umgebende Ofenatmosphäre, was zu einer Temperaturgleichverteilung und/oder zu einem verbesserten Wärmeübergang führen kann, insbesondere bei einer flachen Flamme drallbehaftet sein, ist dies in einfacher Weise realisierbar, wenn im Brenngas- bzw. im Verbrennungsluftzufuhrrohr Verdrallungseinbauten angeordnet sind, mittels denen der Brenngas- bzw. der Verbrennungsluftstrom verdrallbar ist. Eine Verdrallung des Brenngas- bzw. des Verbrennungsluftstroms kann den zur Umlenkung in die radiale Richtung benutzten Effekt nur begünstigen.
Es kann zweckmäßig sein, wenn das Hüllrohr quasi als Außenwandung einer Brennkammer bzw. als Brennkammerhüllwand fungiert.
Wenn das innere Zentralteil des Brennerkopfes zu dessen äußerem Hüllteil axial verschieblich angeordnet ist, kann durch axiale Verschiebung des inneren Zentralteils die Weite des zwischen dem konischen Ringansatz und der Hüllfläche des äußeren Hüllteils des Brennerkopfs ausgebildeten Brennerkopfspalts zur Einstellung erwünschter Strömungsverhältnisse verändert werden.
Sofern die Austrittöffnungen des inneren Zentralteils des Brennerkopfs unmittelbar stromab der die Abrißkante des Verbrennungsluft- bzw. Brenngasstroms bildenden radialen Endfläche des konischen Ringansatzes angeordnet sind, sind die Austrittverhältnisse aus diesen Austrittöffnungen weitgehend unabhängig vom an den Austrittöffnungen vorbeifließenden Verbrennungsluft- bzw. Brenngasstrom. Demgemäß wird hierdurch ein Ejektionseffekt vermieden.
Zur korrekten und genauen Positionierung des inneren Zentralteils des Brennerkopfes in bezug auf dessen äußeres Hüllteil, woraus sich die exakte Einstellung des Brennerkopfringraums und damit der Strömungsverhältnisse ergibt, ist das äußere Hüllteil des Brennerkopfs vorteilhaft an seinem eingangsseitigen Ende mit einem Einleitelement ausgebildet, dessen Innenumfangskante als Zentrierelement für das innere Zentralteil des Brennerkopfs ausgebildet ist.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1: eine Längsschnittdarstellung eines Brennerkopfs des erfindungsgemäßen Gasbrenners;
Figur 2: eine Vorderansicht des Brennerkopfs aus Figur 1;
Figur 3: den erfindungsgemäßen Gasbrenner mit einem Hüllrohr; und
Figur 4: den erfindungsgemäßen Gasbrenner bei etwa mit einer inneren Ofenwand fluchtender Anordnung seiner Austrittfläche.

Ein in den Figuren 1 und 2 dargestellter Brennerkopf 1 eines erfindungsgemäßen Gasbrenners besteht im wesentlichen aus einem inneren Zentralteil 2 und einem äußeren Hüllteil 3.
Zwischen einer Innenumfangs- bzw. Hüllfläche 4 des äußeren Hüllteils 3 des Brennerkopf 1 und einer Außenumfangsfläche des im wesentlichen zylindrisch ausgebildeten inneren Zentralteils 2 ist ein Brennerkopfringraum 5 ausgebildet.
Das innere Zentralteil 2 des Brennerkopfs 1 ist, wie aus den Figuren 3 und 4 hervorgeht, an ein Brenngaszufuhrrohr 6 angeschlossen, durch das der Brennerkopf 1 bzw. das innere Zentralteil 2 mit Brenngas versorgt wird.
Der zwischen dem inneren Zentralteil 2 und dem äußeren Hüllteil 3 des Brennerkopfs 1 ausgebildete Brennerkopfringraum 5 ist eingangsseitig, wie aus den Figuren 3 und 4 hervorgeht, an ein Verbrennungsluftzufuhrrohr 7 angeschlossen. Das Verbrennungsluftzufuhrrohr 7 ist mit einem Radialabstand konzentrisch zum Brenngaszufuhrrohr 6 angeordnet, so daß zwischen der Außenumfangsfläche des Brenngaszufuhrrohrs 6 und der Innenumfangsfläche des Verbrennungsluftzufuhrrohrs 7 ein Ringraum 8 ausgebildet ist, in den Verbrennungsluft aus einem Anschlußrohr 9 einströmt und aus dem Verbrennungsluft in den zwischen dem inneren Zentralteil 2 und dem äußeren Hüllteil 3 des Brennerkopfs 1 ausgebildeten Brennerkopfringraum 5 einströmt.
Am Übergang zwischen dem zwischen dem Brenngaszufuhrrohr 6 und dem Verbrennungsluftzufuhrrohr 7 ausgebildeten Ringraum 8 und dem Brennerkopfringraum 5 ist das äußere Hüllteil 3 des Brennerkopfs 1 mit einem Einleitelement 10 versehen. Das Einleitelement 10 bildet einen ringförmigen Eintrittsraum 11 aus, der innenseitig durch die Außenumfangsfläche eines Innenumfangsrings 12 begrenzt ist, dessen Innenumfangsfläche zylindrisch ausgebildet ist und an der Außenumfangsfläche des inneren Zentralteils 2 anliegt. Die zylindrische Innenumfangsfläche des Innenumfangsrings 12 des Einleitelements 10 dient zur Zentrierung des inneren Zentralteils 2 in bezug auf das äußere Hüllteil 3 des Brennerkopfs. Durch diese Zentrierung wird eine gleichmäßige, rotationssymmetrische Ausgestaltung des Brennerkopfringraums 5 erreicht, die zur Aufrechterhaltung homogener und gleichmäßiger Strömungsverhältnisse innerhalb des Brennerkopfs 1 erforderlich ist.
Sofern es beabsichtigt ist, den durch den Brennerkopfringraum 5 fließenden Verbrennungsluftstrom mit einem Drall zu beaufschlagen, kann dies in einfacher Weise dadurch geschehen, daß im Einleitelement 10 in bekannter Weise Verdrallungseinbauten vorgesehen werden.
Das symmetrisch zur Hauptachse 13 des Brennerkopfs 1 bzw. des Gasbrenners angeordnete innere Zentralteil 2 ist nahe einer Austrittfläche bzw. Austrittebene 14 des Brennerkopfs 1 mit radial zur Hauptachse 13 verlaufenden Austrittöffnungen 15 ausgestaltet, die sich in den nahe der Austrittfläche 14 des Brennerkopfs 1 angeordneten austrittflächenseitigen Endabschnitt 16 des Brennerkopfringraums 5 öffnen. An seiner zur Austrittfläche bzw. Austrittebene 14 des Brennerkopfs 1 parallelen austrittflächenseitigen Stirnseite ist das innere Zentralteil 2 geschlossen, so daß der gesamte durch das innere Zentralteil 2 fließende Brenngasstrom durch die Austrittöffnungen 15 in den austrittflächenseitigen Endabschnitt 16 des Brennerkopfringraums 5 abgestrahlt wird.
Die Abstrahlung erfolgt orthogonal bzw. radial zur Hauptachse 13 des Brennerkopfs 1 bzw. des Gasbrenners und zur Hauptströmungsrichtung des Verbrennungsluftstroms durch den Brennerkopfringraum 5.
Unmittelbar stromauf der Austrittöffnungen 15 ist auf der Außenumfangsfläche des inneren Zentralteils 2 ein konischer Ringansatz 17 ausgestaltet, dessen radiale Endfläche 18 den Austrittöffnungen 15 zugewandt ist. Die freie Kante der radialen Endfläche 18 des konischen Ringansatzes 17 bildet eine Abrißkante 19, mittels der bewirkt wird, daß der durch den Brennerkopfringraum 5 fließende Verbrennungsluftstrom von der Außenumfangsfläche des inneren Zentralteils 2 gelöst wird. Durch diesen Effekt wird vermieden, daß die Strömungsverhältnisse an den Austrittflächen der Austrittöffnungen 15 des inneren Zentralteils 2 durch irgendwelche Ejektionswirkungen nachteilig beeinflußt werden.
Stromab des Einleitelements 10 verengt sich zunächst der Brennerkopfringraum 5, bis er im Bereich des konischen Ringansatzes 17 des inneren Zentralteils 2 seine engste Stelle und damit den Brennerkopfspalt 20 erreicht. Die Verengung des Querschnitts des Brennerkopfringraums 5 ergibt sich aufgrund einer allmählichen Abnahme des Innendurchmessers des äußeren Hüllteils 3 des Brennerkopfs 1. Stromab des Brennerkopfspalts 20 erweitert sich der Innenumfang des äußeren Hüllteils 3 des Brennerkopfs 1 stetig progressiv, so daß sich im austrittflächenseitigen Endabschnitt 16 des Brennerkopfringraums 5 die äußere Hüllfläche 4 ergibt, an die sich aufgrund des Coanda-Effektes der Verbrennungsluftstrom bzw. der vermischte Brenngas-/Verbrennungsluftstrom anschmiegt. Die progressive Vergrößerung des Innendurchmessers des äußeren Küllteils 3, die für die entsprechende Gestaltung der Hüllfläche 4 bestimmend ist, ist so gewählt, daß der durch die Austrittfläche 14 des Brennerkopfs 1 austretende Brenngas-/Verbrennungsluftstrom quasi radial in bezug auf die Hauptachse 13 des Brennerkopfs 1 fließt.
Auf der austrittflächenseitigen Stirnwand des inneren Zentralteils 2 ist ein Schlüsseleingriff 21 ausgebildet, durch dessen Betätigung eine axiale Versetzung des inneren Zentralteils 2 in bezug auf das äußere Hüllteil 3 des Brennerkopfs 1 bewirkt werden kann. Hierdurch ändert sich die Positionierung des auf der Außenumfangsfläche des inneren Zentralteils 2 ausgebildeten konischen Ringansatzes 17 in bezug auf das äußere Hüllteil 3. Durch diese axiale Versetzung des inneren Zentralteils 2 kann somit die Weite des Brennerkopfspalts 20 eingestellt werden. Der Brennerkopf 1 kann somit an unterschiedliche Durchsatzmengen an Brenngas bzw. Verbrennungsluft angepaßt werden, wobei für unterschiedliche Durchsatzmengen die jeweils günstigsten Strömungsverhältnisse in einfacher Weise einstellbar sind.
In Figur 3 ist der vorstehend geschilderte Brennerkopf 1 im Zusammenwirken mit einem Hüllrohr 22 dargestellt. Das Hüllrohr ist konzentrisch mit dem Brennerkopf 1 angeordnet, wobei zwischen der Innenumfangsfläche des Hüllrohrs 22 und der austrittflächenseitigen Umfangsfläche des äußeren Hüllteils 3 des Brennerkopfs 1 ein Ringspalt 23 ausgebildet ist. Durch diesen Ringspalt 23 können Flammgase aus dem eigentlichen, stromab der Austrittfläche 14 des Brennerkopfs 1 innerhalb des Hüllrohrs 22 ausgebildeten Brennraum 24 in einen zwischen der Außenumfangsfläche des Verbrennungsluftzufuhrrohrs 7 bzw. des äußeren Hüllteils 3 des Brennerkopfs 1 und der Innenumfangsfläche des Hüllrohrs 22 ausgebildeten Zwischenraum 25 einströmen. Dieser Effekt wird dadurch verstärkt, daß das Hüllrohr 22 im Bereich seiner stromab des Brennerkopfs 1 angeordneten Austrittfläche 26 mit einem verengten Austrittquerschnitt ausgebildet ist.
Stromauf des austrittflächenseitigen Endabschnitts 16 des Brennerkopfringraums 5 ist das Hüllrohr 22 mit Bohrungen 27 ausgestaltet, durch die hindurch heiße Flammgase aus dem Zwischenraum 25 austreten. Hierdurch wird vermieden, daß thermische Spannungen aufgrund zu hoher Temperaturunterschiede im Hüllrohr 22 im Bereich des Brennerkopfs 1 auftreten.
Zur Nachverbrennung der in den Zwischenraum 25 eingedrungenen Flammgase sind im Bereich des brennerkopfseitigen Endabschnitts des Verbrennungsluftzufuhrrohrs 7 Bohrungen 28 vorgesehen, durch die hindurch Verbrennungsluft in den Zwischenraum 25 zwischen der Außenumfangsfläche des Verbrennungsluftzufuhrrohrs 7 bzw. des äußeren Hüllteils 3 des Brennerkopfs 1 und der Innenumfangsfläche des Hüllrohrs 22 eintritt.
Um den Eintritt von Flammgasen aus dem Brennraum 24 durch den Ringspalt 23 in den Zwischenraum 25 zu erleichtern, sind auf der Außenumfangsfläche des den austrittflächenseitigen Endabschnitt 16 des Brennerkopfringraums 5 ausbildenden Abschnitts des äußeren Hüllteils 3 des Brennerkopfs 1 Ausnehmungen 29 ausgebildet.
Im Betrieb des vorstehend geschilderten, mit dem Hüllrohr 22 versehenen Gasbrenners wird die in Radialrichtung längs der Austrittebene 14 des Brennerkopfs 1 abströmende Flammgasströmung von der Innenwandung des Hüllrohrs 22 wieder mit einer Axialkomponente beaufschlagt, aufgrund der das Eindringen von Flammgasen in den hauptachsnahen Raum, in dem aufgrund der radialen Abströmung der Flammgase Unterdruck herrscht, unterstützt wird. Hierdurch geben sich die bereits erwähnten besonders günstigen Vermischungs-, Zünd- und Verbrennungsverhältnisse.
Bei der in Figur 4 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gasbrenners ist dieser innerhalb einer Ofenwandöffnung 30 einer Ofenwand 31 so angeordnet, daß seine Austrittfläche bzw. -ebene 14 etwa mit der Innenfläche der Ofenwand 31 fluchtet. Die radiale Abströmung der Flammgase schmiegt sich an die Innenseite der Ofenwand 31 an, wobei Teile der Flammgase aufgrund des im Bereich der Hauptachse 13 des Brennerkopfs 1 herrschenden Unterdrucks in den Bereich nahe der Hauptachse 13 angesaugt werden. Hierdurch ergeben sich die vorstehend bereits erwähnten besonders günstigen Mischungs-, Zünd- und Verbrennungsverhältnisse.

Claims

Gasbrenner mit einem Brennerkopf (1) zum Zusammenführen eines Brenngas- und eines Verbrennungsluftstroms, einem Brenngaszufuhrrohr (6), mittels dem Brenngas zum Brennerkopf (1) führbar ist, und einem Verbrennungsluftzufuhrrohr (7), mittels dem Verbrennungsluft zum Brennerkopf (1) führbar und das unter Ausbildung eines Ringraums (8) mit einem Radialabstand koaxial zum Brenngaszufuhrrohr (6) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in einem an das brennerkopfseitige Ende des Brenngas- (6) bzw. des Verbrennungsluftzufuhrrohrs (7) angeschlossenen inneren Zentralteil (2) des Brennerkopfs (1) Austrittöffnungen (15) ausgebildet sind, durch die hindurch der Brenngas- bzw. der Verbrennungsluftstrom in einen Brennerkopfringraum (5) abstrahlbar ist, der sich zwischen dem brennerkopfseitigen Ende des Verbrennungsluft- (7) bzw. des Brenngaszufuhrrohrs (6) und der Austrittfläche (14) des Brennerkopfs (1) im wesentlichen in Axialrichtung des Brenngas- (6) bzw. des Verbrennungsluftzufuhrrohrs (7) erstreckt und in dessen den Austrittöffnungen (15) des inneren Zentralteils (2) des Brennerkopfs (1) zugeordnetem Bereich der im wesentlichen in Axialrichtung des Brenngas- (6) bzw. des Verbrennungsluftzufuhrrohrs (7) durch den Brennerkopfringraum (5) fließende Verbrennungsluft- bzw. Brenngasstrom mit dem aus den Austrittöffnungen (15) des inneren Zentralteils (2) des Brennerkopfs (1) austretenden Brenngas- bzw. Verbrennungsluftstrom beaufschlagbar ist.
Gasbrenner nach Anspruch 1, bei dem das Verbrennungsluftzufuhrrohr (7) das Brenngaszufuhrrohr (6) koaxial umgibt, so daß der Ringraum (8) zwischen der Innenumfangsfläche des Verbrennungsluftzufuhrrohrs (7) und der Außenumfangsfläche des Brenngaszufuhrrohrs (6) ausgebildet ist, wobei das brennerkopfseitige Ende des Brenngaszufuhrrohrs (6) an das innere Zentralteil (2) des Brennerkopfs (1) angeschlossen ist, aus welchem inneren Zentralteil (2) heraus der Brenngasstrom durch die Austrittöffnungen (15) in den Brennerkopfringraum (5) abstrahlbar ist, der sich zwischen dem brennerkopfseitigen Ende des Verbrennungsluftzufuhrrohrs (7) und der Austrittfläche (14) des Brennerkopfs (1) im wesentlichen in Axialrichtung des Brenngaszufuhrrohrs (6) erstreckt und in dessen den Austrittöffnungen (15) des inneren Zentralteils (2) des Brennerkopfs (1) zugeordnetem Bereich der im wesentlichen in Axialrichtung des Brenngaszufuhrrohrs (6) durch den Brennerkopfringraum (5) fließende Verbrennungsluftstrom mit dem aus den Austrittöffnungen (15) des inneren Zentralteils (2) des Brennerkopfs (1) austretenden Brenngasstrom beaufschlagbar ist.
Gasbrenner nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Brennerkopfringraum (5) nach außen mittels eines äußeren Hüllteils (3) des Brennerkopfs (1) begrenzt ist, das sich zwischen dem brennerkopfseitigen Ende des Verbrennungsluft- (7) bzw. des Brenngaszufuhrrohrs (6) und der Austrittfläche (14) des Brennerkopfs (1) erstreckt.
Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 - 3, bei dem sich der Strömungsquerschnitt des austrittflächenseitigen Endabschnitts (16) des Brennerkopfringraums (5) stetig vergrößert.
Gasbrenner nach Anspruch 4, bei dem sich der Strömungsquerschnitt des austrittflächenseitigen Endabschnitts (16) des Brennerkopfringraums (5) progressiv vergrößert.
Gasbrenner nach einem der Ansprüche 4 oder 5, bei dem sich der Innenumfang des äußeren Hüllteils (3) des Brennerkopfs (1) im austrittflächenseitigen Endabschnitt (16) des Brennerkopfringraums (5) stetig bzw. stetig und progressiv erweitert.
Gasbrenner nach einem der Ansprüche 5 oder 6, bei dem die progressive Erweiterung des Innenumfangs des äußeren Hüllteils (3) des Brennerkopfs (1) so groß ist, daß die Abströmung der Flammgase längs der zur Hauptachse (13) des Brennerkopfs (1) senkrechten Austrittebene (14) erfolgt.
Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 - 7, bei dem die Austrittöffnungen (15) des inneren Zentralteils (2) des Brennerkopfs (1) radial zur Hauptachse (13) des Brennerkopfs (1) verlaufen.
Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 - 8, bei dem auf der den Brennerkopfringraum (5) nach innen begrenzenden Außenumfangsfläche des inneren Zentralteils (2) des Brennerkopfs (1) stromauf der Austrittöffnungen (15) ein konischer Ringansatz (17) ausgebildet ist, dessen radiale Endfläche (18) den Austrittöffnungen (15) zugewandt ist.
Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 - 9, dessen Austrittfläche (14) etwa fluchtend mit der Innenseite einer Ofenwand (31) oder Ofendecke angeordnet ist.
Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 - 9, bei dem der Brennerkopf (1) von einem über die Austrittfläche (14) des Brennerkopfs (1) stromab vorstehenden Hüllrohr (22) umgeben ist.
Gasbrenner nach Anspruch 11, bei dem das Hüllrohr (22) einen verengten Austrittquerschnitt (26) und stromauf des austrittflächenseitigen Endabschnitts (16) des Brennerkopfringraums (5) Bohrungen (27) aufweist, wobei zwischen der Innenumfangsfläche des Hüllrohrs (22) und der Außenumfangsfläche des Brennerkopfs (1) in der Austrittebene (14) des Brennerkopfs (1) ein Ringspalt (23) ausgebildet ist.
Gasbrenner nach Anspruch 12, bei dem das Verbrennungsluftzufuhrrohr (7) stromauf des Brennerkopfs (1) Bohrungen (28) aufweist, durch die hindurch Verbrennungsluft in den Zwischenraum (25) zwischen der Außenumfangsfläche des Verbrennungsluftzufuhrrohrs (7) bzw. des Brennerkopfs (1) und der Innenumfangsfläche des Hüllrohrs (22) einleitbar ist, und bei dem zur Durchführung einer Sekundärverbrennung ein äußeres Sekundärhüllrohr mit einem sich progressiv erweiternden Austrittabschnitt vorgesehen ist.
Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 - 13, bei dem im Brenngas- bzw. im Verbrennungsluftzufuhrrohr (7) Verdrallungseinbauten (10) angeordnet sind, mittels denen der Brenngas- bzw. der Verbrennungsluftstrom verdrallbar ist.
Gasbrenner nach einem der Ansprüche 11 - 14, bei dem das Hüllrohr (22) als Brennkammerhüllwand ausgebildet ist.
Gasbrenner nach einem der Ansprüche 9 - 15, bei dem das innere Zentralteil (2) des Brennerkopfs (1) zu dessen äußerem Hüllteil (3) axial verschieblich angeordnet ist.
Gasbrenner nach einem der Ansprüche 9 - 16, bei dem die Austrittöffnungen (15) des inneren Zentralteils (2) des Brennerkopfs (1) unmittelbar stromab der die Abrißkante (19) des Verbrennungsluft- bzw. Brenngasstroms bildenden radialen Endfläche (18) des konischen Ringansatzes (17) angeordnet sind.
Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 - 17, bei dem das äußere Hüllteil (3) des Brennerkopfs (1) an seinem eingangsseitigen Ende mit einem Einleitelement (10) ausgebildet ist, dessen Innenumfangsring (12) als Zentrierelement für das innere Zentralteil (2) des Brennerkopfs (1) ausgebildet ist.