WO1981003373A1 - Burner - Google Patents

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/36—Details, e.g. burner cooling means, noise reduction means
    • F23D11/40—Mixing tubes or chambers; Burner heads
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
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    • F23D11/001—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space spraying nozzle combined with forced draft fan in one unit

Definitions

  • the invention relates to a burner for combustion plants with a subsequent mixing device.
  • Burners of this type have the disadvantage that the chimney draft has a lasting effect on the recirculation, so that the optimum firing conditions and thus optimal fuel utilization are often not achieved.
  • the mixing device is designed as a vortex resonator.
  • the advantage of this solution is that the burning stability and thus the fuel utilization is improved, but above all it becomes independent of the chimney draft, so that the external combustion conditions can change within wide limits without reducing the heat generation related to the amount of fuel. Furthermore, the turbulence in the resonator is improved and the combustion is facilitated at the points of high vibration amplitudes, so that in addition to the increased combustion stability, the burner also increases in efficiency.
  • the noise development is not significantly above the usual flame noises, since the resonator is acoustically closed.
  • the arrangement is particularly advantageous for burners with low outputs of approximately 1 kg of fuel per hour, since experience has shown that these are particularly susceptible to changes in the combustion conditions.
  • a particularly effective embodiment of the invention is that the resonator is tubular and has baffles on the inside.
  • baffle surfaces are designed as a system of successive rings and surfaces abutting the resonator wall.
  • the resonator which glows as a result of the combustion process, acts as a support for the combustion through the radiation inside the resonator.
  • baffles and four rings are particularly favorable, especially if the first annular baffle is located approximately 3 cm from the burner nozzle, the last ring at the end of the resonator and the other baffles and rings are arranged approximately equidistantly therebetween.
  • baffle plate usually arranged in the vicinity of the burner nozzle with additional openings.
  • a resonator length of approximately 18 cm and a diameter of approximately 12 cm have proven to be very favorable. This creates vibrations of around 400-600 Hz, which lead to a stable flame, have little acoustic radiation and result in a small burner that can be easily fitted into existing boiler systems.
  • the resonator can consist of metal, but is made of ceramic materials for long service lives.
  • a resonator is provided with an adapter device.
  • the baffles are adjustable along the burner path to set the optimal operating conditions.
  • baffles that are inclined against the axis of the resonator and rotatable against each other.
  • the hot exhaust gas at the end of the resonator can be deflected by a deflection device, because this enables the hot exhaust gases to impact a larger burner area.
  • FIG. 1 shows a section through a resonator
  • Figure 2 shows the perspective view of R esona to re in sets.
  • an adapter device 1 is pushed onto a burner, for example an oil burner 2, to which a resonator tube 3 is attached.
  • the fuel emerging from a burner nozzle 4, together with the air compressed by a blower 5, is thrown against a first baffle 31 provided with a bore, first deflected by a ring 32 and then directed against a further baffle 33. Further rings 34, 36, 38 and baffles 35, 37 follow.
  • the baffle system 31 to 38 consists of refractory ceramic and is inserted into the resonator 3.
  • the resonator 3 can be made of metal.
  • the entire system can also consist of one piece of ceramic. Or else, the entire system is made of scale-free metal.
  • the baffle plate 40 arranged near the burner nozzle can be provided with additional openings.
  • the baffles can be of any shape. However, they must result in sufficient swirling and simultaneous stabilization of the flame. In particular, they can also consist of ceramic pieces held in a holding sieve. Catalytically active substances can also be used as impact surfaces.
  • the hot gas flow can be diverted radially by a deflection disk 41.
  • a deflection disk 41 Such deflecting means, which can also be used for directions other than radial, if this should be necessary through the burner chamber, no longer influence the flame, since these are so-called by the invention Middle bar ili si ert i st,
  • a burner can be optimized for the respective chimney and the desired output in each case by adjusting the baffle system using spacer rings 42.
  • spacer rings 42 can be used.
  • other known means for adjusting the impact surfaces can also be used.
  • a resonator other than the tubular one for example a plate-shaped one, can be used, in which the combustion takes place approximately radially.
  • the baffles are then rings, which are mutually arranged on the wall plates of the resonator.
  • FIG. 2 shows an insert with a baffle plate (a) and an insert with ring (b) in a perspective view.
  • Such inserts are inserted in a resonator according to Figure 1 '.
  • the shock lies in the flow shadow, so that the Meta II resonator is covered.

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Abstract

The burner intended to improve the mixture without requiring additional devices in the combustion plant has a mixture chamber which generates a resonant swirling motion.

Description

BRENNER FÜR FEUERUNGS ANLAGEN.BURNER FOR COMBUSTION PLANTS.
Die Erfindung betrifft einen Brenner für Feuerungsanlagen mit nachgesetzter Mischvorrichtung.The invention relates to a burner for combustion plants with a subsequent mixing device.
Es ist bekannt, auf Brenner für Feuerungsanlagen Mischvorrichtungen aufzusetzen, wie beispielsweise bei als "Raketeπbrenner" bezeichneten Brennern, bei denen der Zerstäubung durch eine Brennerdüse eine thermodynamisehe Gemischaufbereitung mittels rezirkulierender Heissgase angeschlossen ist.It is known to place mixing devices on burners for combustion plants, such as in burners called "rocket burners", in which the thermodynamic mixture preparation by means of recirculating hot gases is connected to the atomization by a burner nozzle.
Brenner dieser Art haben den Nachteil, dass der Kaminzug nachhaltig auf die Rezirkulation einwirkt, sodass die optimalen Brennbedingungen und damit eine optimale Brennstoffverwertung häufig nicht erreicht werden.Burners of this type have the disadvantage that the chimney draft has a lasting effect on the recirculation, so that the optimum firing conditions and thus optimal fuel utilization are often not achieved.
Es ist weiterhin bekannt, dass bei öIbrennern lerwünschte Pulsationen auftreten, die durch Erhöhung er statischen Pressung des Frischluftgebläses, durch d i e erwendung von Gebläsen mit steiler Kennlinie, durch ruckseitige Luft regulierung, durch Vorbelüftung des esseis oder durch Zweistufenschaltung, bei der eine chwachlastbrennerdüse den Anlauf übernimmt, vermieden verden.It is also known that oil burners Desired pulsations occur which can be avoided by increasing the static pressure on the fresh air blower, by using blowers with a steep characteristic curve, by regulating the air at the back, by pre-venting the ice or by two-stage switching in which a low-load burner nozzle takes over.
Die Verwendung von Schwingungen bei einem Brenner der Detrachteten Art ist nur aus dem Ultraschallbereich oekannt. Solche Brenner haben sich jedoch nicht durchgesetzt, weil der Aufwand zur Erzeugung und Aufrechterhaltung der Ultraschallschwingungen zu gross ist.The use of vibrations in a burner of the type in question is only known from the ultrasonic range. However, such burners have not become established because the effort to generate and maintain the ultrasonic vibrations is too great.
Es besteht somit die Aufgabe, einen Brenner zu schaffen, bei dem die Gemischaufbereitung verbessert ist, ohne dass störende oder technisch aufwendige Vorrichtungen verwendet werden müssen.It is therefore the task of creating a burner in which the mixture preparation is improved without the use of disruptive or technically complex devices.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass nach der Erfindung die Mischvorrichtung als Wirbelresonator ausgebildet ist.The object is achieved in that, according to the invention, the mixing device is designed as a vortex resonator.
Der Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass die Brennstabilität und damit die Brennstoffverwertung verbessert, vor allem aber unabhängig vom Kaminzug wird, sodass sich die äusseren Brennbedingungen in weiten Grenzen ändern können, ohne die auf die Brennstoffmenge bezogene Wärmeerzeugung zu verschlechtern. Weiterhin wird die Verwirbelung im Resonator verbessert und an den Stellen hoher Schwingungsamplituden die Verbrennung erleichtert, sodass neben der erhöhten Verbrennungsstabilität auch eine Wirkungsgraderhöhung des Brenners eintritt. Die Geräuschentwicklung liegt dabei nicht wesentlich über den üblichen Flammengeräuschen, da der Resonator akustisch etwa abgeschlossen ist. Die Anordnung ist insbesondere bei Brennern mit kleinen Leistungen von etwa 1 kg Brennstoff pro Stunde von Vorteil, da diese erfährungsgemäss besonders anfällig gegen Änderungen der Brennbedingungen sind.The advantage of this solution is that the burning stability and thus the fuel utilization is improved, but above all it becomes independent of the chimney draft, so that the external combustion conditions can change within wide limits without reducing the heat generation related to the amount of fuel. Furthermore, the turbulence in the resonator is improved and the combustion is facilitated at the points of high vibration amplitudes, so that in addition to the increased combustion stability, the burner also increases in efficiency. The noise development is not significantly above the usual flame noises, since the resonator is acoustically closed. The arrangement is particularly advantageous for burners with low outputs of approximately 1 kg of fuel per hour, since experience has shown that these are particularly susceptible to changes in the combustion conditions.
Eine besonders wirksame Ausbildung der Erfindung besteht darin, dass der Resonator rohrförmig ist und im Inneren Prallflächen aufweist.A particularly effective embodiment of the invention is that the resonator is tubular and has baffles on the inside.
In dieser Ausbildung entwickeln sich besonders intensive Verwi rbelungen, sodass sich eine sehr stabile Flamme ausbildet, ohne dass der Brennerdurchsatz, der ja einen mittleren Gleichstrom darstellt, im wesentlichen behindert wird.In this training, particularly intensive vortices develop, so that a very stable flame is formed without the burner throughput, which represents a medium direct current, being substantially impeded.
Diese Ausbildung der Erfindung ist dadurch weiterentwickelt, dass die Prallflächen als System von aufeinanderfolgenden, an der Resonatorwandung anliegenden Ringen und Flächen ausgebildet sind.This embodiment of the invention is further developed in that the baffle surfaces are designed as a system of successive rings and surfaces abutting the resonator wall.
Durch diese Weiterbildung ist die akustische Stabilisierung sowie die Verwirbelung des Brennstoffgemisches erhöht, andererseits der Widerstand für den -Brennerdurchsatz nicht wesentlich erhöht. Ausserdem wirkt der Resonator, der durch den Verbrennungsvorgang zum Glühen kommt, durch die Strahlung im Resonatorinneren unterstützend auf die Verbrennung ein.This further development increases the acoustic stabilization and the swirling of the fuel mixture, while on the other hand the resistance to the burner throughput is not significantly increased. In addition, the resonator, which glows as a result of the combustion process, acts as a support for the combustion through the radiation inside the resonator.
Besonders günstig ist die Verwendung von vier Prallflächen und vier Ringen, insbesondere, wenn die erste ringförmige Prallfläche in etwa 3 cm von der Brennerdüse, der letzte Ring am Ende des Resonators und die übrigen Prallflächen und Ringe etwa äquidistant dazwischen angeordnet sind.The use of four baffles and four rings is particularly favorable, especially if the first annular baffle is located approximately 3 cm from the burner nozzle, the last ring at the end of the resonator and the other baffles and rings are arranged approximately equidistantly therebetween.
Zu r Ve rri ng e rung des St römungswi dersta ndes wi rd zweckmässig die üblicherweise in der Nähe der Brennerdüse angeordnete Stauscheibe mit zusätzlichen öffnungen versehen.To reduce the resistance to Romani Appropriately provide the baffle plate usually arranged in the vicinity of the burner nozzle with additional openings.
Weiterhin hat sich eine Resonatorlänge von etwa 18 cm und ein Durchmesser von etwa 12 cm als sehr günstig erwiesen. Hierbei entstehen Schwingungen von etwa 400-600 Hz, die zu einer stabilen Flamme führen, akustisch geringe Abstrahlung haben und einen kleinen Brenner ergeben, der in vorhandene Kesselanlagen gut einpassbar ist.Furthermore, a resonator length of approximately 18 cm and a diameter of approximately 12 cm have proven to be very favorable. This creates vibrations of around 400-600 Hz, which lead to a stable flame, have little acoustic radiation and result in a small burner that can be easily fitted into existing boiler systems.
Der Resonator kann in einfachster Form aus Metall bestehen, ist für hohe Gebrauchsdauern aber aus keramischen Werkstoffen hergestellt.In its simplest form, the resonator can consist of metal, but is made of ceramic materials for long service lives.
Zur Anpassung an unterschiedliehe Brennersysteme ist ein Resonator mit einer Adaptereinrichtung versehen.To adapt to different burner systems, a resonator is provided with an adapter device.
Zur Einstellung der optimalen Betriebsbedingungen sind die Prallflächen längs des Brennerweges verstellbar.The baffles are adjustable along the burner path to set the optimal operating conditions.
Einfache Einstellungen lassen sich mit solehenSimple settings can be seen with such
Prallflächen erreichen, die gegen die Achse des Resonators geneigt und gegeneinander drehbar sind.Reach baffles that are inclined against the axis of the resonator and rotatable against each other.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das heisse Abgas am Ende des Resonators durch eine Umlenkvorrichtung umlenkbar ist, weil dadurch der Aufprall der heissen Abgase auf eine grössere Brennerfläche ermöglicht ist.Furthermore, it is advantageous if the hot exhaust gas at the end of the resonator can be deflected by a deflection device, because this enables the hot exhaust gases to impact a larger burner area.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in der folgenden Zeichnung dargestellt, anhand derer die Erfindung erläutert wird.Further details of the invention are shown in the following drawing, on the basis of which the invention is explained.
Es zeigen:Show it:
Fig.1 einen Schnitt durch einen Resonator, Fig.2 die perspektivische Darstellung von R esona to r e in s ä t zen .1 shows a section through a resonator, Figure 2 shows the perspective view of R esona to re in sets.
In Fig.1 ist eine Adaptereinrichtung 1 auf einen Brenner, beispielsweise einen ölbrenner 2 aufgeschoben, an der ein Resonatorrohr 3 befestigt ist. Der aus einer Brennerdüse 4 austretende Brennstoff wird, zusammen mit der durch ein Gebläse 5 verdichteten Luft gegen eine, mit einer Bohrung versehene erste Prallfläche 31 geschleudert, dabei durch einen Ring 32 erst umgelenkt und dann gegen eine weitere Prallfläche 33 gelenkt. Weitere Ringe 34,36,38 und Prallflächen 35,37 schliessen sich an. Das Prallflächensystem 31 bis 38 besteht aus feuerfester Keramik und ist in den Resonator 3 eingeschoben. Der Resonator 3 kann aus Metall bestehen. Das gesamte System kann aber auch einstückig aus Keramik bestehen. Oder aber, das gesamte System ist aus zunderfreiem Metall hergestellt.In FIG. 1, an adapter device 1 is pushed onto a burner, for example an oil burner 2, to which a resonator tube 3 is attached. The fuel emerging from a burner nozzle 4, together with the air compressed by a blower 5, is thrown against a first baffle 31 provided with a bore, first deflected by a ring 32 and then directed against a further baffle 33. Further rings 34, 36, 38 and baffles 35, 37 follow. The baffle system 31 to 38 consists of refractory ceramic and is inserted into the resonator 3. The resonator 3 can be made of metal. The entire system can also consist of one piece of ceramic. Or else, the entire system is made of scale-free metal.
Zur Verminderung des Durchflusswiderstandes der Vorrichtung kann die nahe der Brennerdüse angeordnete Stauscheibe 40 mit zusätzlichen Öffnungen versehen sein.To reduce the flow resistance of the device, the baffle plate 40 arranged near the burner nozzle can be provided with additional openings.
Die Prallflächen können beliebig geformt sein. Sie müssen jedoch eine hinreichende Verwirbelung und gleichzeitige Stabilisierung der Flamme ergeben. Sie können insbesondere auch aus in einem Haltesieb gehaltenen Keramikstücken bestehen. Auch können katalytisch wirkende Stoffe als Prallflächen verwendet werden.The baffles can be of any shape. However, they must result in sufficient swirling and simultaneous stabilization of the flame. In particular, they can also consist of ceramic pieces held in a holding sieve. Catalytically active substances can also be used as impact surfaces.
Durch eine Umlenkscheibe 41 kann der Heissgasstrom radial abgeleitet werden. Dadurch können thermische Punktbelastungen des Brennerraumes vermieden werden. Solche Umlenkmittel, die auch für andere als radiale Richtungen verwendbar sind, wenn dies durch den Brennerraum erforderlich sein sollte, beeinflussen die Flamme nicht mehr, da diese durch die erf i ndung sg emä s sen Mi ttel stab i l i si ert i st ,The hot gas flow can be diverted radially by a deflection disk 41. In this way, thermal point loads on the burner chamber can be avoided. Such deflecting means, which can also be used for directions other than radial, if this should be necessary through the burner chamber, no longer influence the flame, since these are so-called by the invention Middle bar ili si ert i st,
Die Optimierung eines Brenners auf den jeweiligen Kamin und die jeweils gewünschte Leistung kann durch Einstellung des Prallflächensystems mittels Distanzringen 42 erfolgen. Es können jedoch auch andere bekannte Mittel zur Verstellung der Prallflächen zur Anwendung kommen.A burner can be optimized for the respective chimney and the desired output in each case by adjusting the baffle system using spacer rings 42. However, other known means for adjusting the impact surfaces can also be used.
Weiterhin kann ein anderer als der rohrförmige-beispielsweise ein plattenförmiger- Resonator verwendet werden, bei dem die Verbrennung etwa radial erfolgt. Die Prallflächen sind dann Ringe, die wechselseitig an den Wandplatten des Resonators angeordnet sind.Furthermore, a resonator other than the tubular one, for example a plate-shaped one, can be used, in which the combustion takes place approximately radially. The baffles are then rings, which are mutually arranged on the wall plates of the resonator.
Auf dem Weg von der Brennerdüse 4 bis zum Ausgang des Resonators bilden sich Wirbel an den Umlenkstellen der Ringe 32,34,36,38 und der Prallplatten 31,33,35 und 37, durch die die gesamte Flammensäule in eine Schwingung gerät. Diese führt ihrerseits wieder zu einer Stabilisierung des Brennvorganges, sodass dieser vom Kamin und den dort herrschenden Druckbedingungen entkoppelt ist. Es tritt somit eine Trennung zwischen dem Brennvorgang und dem Kamindurchsatz auf. Die Hohlraumstrahlung im Resonator unterstützt den Brennvorgang, sodass eine vollständige Verbrennung des Brennstoffes auch bei stark schwankenden Kaminbedingungen ermöglicht ist.On the way from the burner nozzle 4 to the exit of the resonator, vortices are formed at the deflection points of the rings 32, 34, 36, 38 and the baffle plates 31, 33, 35 and 37, through which the entire column of flame starts to vibrate. This in turn leads to a stabilization of the burning process so that it is decoupled from the chimney and the pressure conditions there. There is thus a separation between the burning process and the chimney throughput. The cavity radiation in the resonator supports the combustion process, so that complete combustion of the fuel is possible even with strongly fluctuating chimney conditions.
Fig.2 zeigt einen Einsatz mit Prallplatte (a) und einen Einsatz mit Ring (b) in perspektivischer Darstellung. Solche Einsätze werden' in ein Resonatorrohr nach Fig.1 eingesteckt. Dabei liegt der Stoss im Strömungsschatten, sodass eine Abdeckung des Me ta I I reso nato rs entsteht. 2 shows an insert with a baffle plate (a) and an insert with ring (b) in a perspective view. Such inserts are inserted in a resonator according to Figure 1 '. The shock lies in the flow shadow, so that the Meta II resonator is covered.

Claims

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS
1. Brenner für Feuerungsanlagen mit nachgesetzter1. Burner for combustion plants with a subsequent one
Mischvorrichtung, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Mischvorrichtung als Wirbelresonator (3) ausgebildet ist.Mixing device, characterized in that the mixing device is designed as a vortex resonator (3).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonator (3) rohrförmig ist und im Inneren Prallflächen (31,...) aufweist.2. Device according to claim 1, characterized in that the resonator (3) is tubular and has baffles (31, ...) inside.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallflächen als System von aufeinanderfolgenden Flächen (31,33...) und Ringen (32,34...) ausgebildet sind.3. Device according to claim 2, characterized in that the baffle surfaces are designed as a system of successive surfaces (31, 33 ...) and rings (32, 34 ...).
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stauscheibe (40) der Brennerdüse (4) mit öffnungen versehen ist.4. The device according to claim 2, characterized in that a baffle plate (40) of the burner nozzle (4) is provided with openings.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonator (3) etwa 18 cm Länge und etwa 12 cm Durchmesser aufweist. 5. The device according to claim 1, characterized in that the resonator (3) has about 18 cm in length and about 12 cm in diameter.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass vier Prallflächen (31...) und vier Ringe (32...) vorgesehen sind.6. The device according to claim 3, characterized in that four baffles (31 ...) and four rings (32 ...) are provided.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste ringförmige Prallfläche7. The device according to claim 6, characterized in that the first annular baffle
(31) in etwa 3 cm Abstand von der Brennerdüse, die letzte ringförmige Prallfläche (38) am Ende des Resonators (3) und die übrigen Prallflächen (32...)etwa äquidistant zwischen der ersten und der letzten Prallffläche angeordnet sind.(31) at a distance of about 3 cm from the burner nozzle, the last annular baffle (38) at the end of the resonator (3) and the other baffles (32 ...) are arranged approximately equidistant between the first and the last baffle.
8. Anordnung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonator (3) aus Metall besteht.8. Arrangement according to claim 1 to 7, characterized in that the resonator (3) consists of metal.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonator (3) aus keramischen Werkstoffen besteht.9. Arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that the resonator (3) consists of ceramic materials.
10. Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Prallflächensystem (31...) aus keramischen Werkstoffen besteht.10. Arrangement according to claim 8 or 9, characterized in that the baffle system (31 ...) consists of ceramic materials.
11. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonator (3) eine Adaptereinrichtung (1 ) aufweist.11. The arrangement according to claim 1, characterized in that the resonator (3) has an adapter device (1).
12. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallflächen (31...) längs des. Brennwegs verstellbar sind. 12. The arrangement according to claim 3, characterized in that the baffles (31 ...) are adjustable along the.
13. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallflächen (31...) gegen die Achse des Resonators (3) geneigt und gegeneinander verdrehbar sind.13. The arrangement according to claim 3, characterized in that the baffle surfaces (31 ...) inclined against the axis of the resonator (3) and rotatable against each other.
14. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas am Ende des Mischrohres (3) durch eine Umlenkvorrichtung (41) umlenkbar ist.14. Arrangement according to claim 1, characterized in that the exhaust gas at the end of the mixing tube (3) can be deflected by a deflection device (41).
15. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallflächen (31...) aus katalytischem Material bestehen. 15. The arrangement according to claim 2, characterized in that the baffle surfaces (31 ...) consist of catalytic material.
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