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Die Erfindung bezieht sich auf einen Toroidbrenner für gasförmige Brennstoffe, bei welchem als Sauerstoffträger Luft, Sauerstoff oder beide in beliebigem Mischungsverhältnis Verwendung findet. Ein solcher Brenner kann beispielsweise bei Wärmebehandlungsöfen, bei Öfen für die Erwärmung von Werkstoffen, die darauffolgend einer Warmverformung unterzogen werden, bei Warmwasser und Dampfkesseln sowie bei Trocknungs- und Erwärmungsöfen für keramische Materialien verwendet werden.
Es sind Toroidbrenner mit kurzer leuchtender Flamme bekannt, die einen keramischen Teil aufweisen, in welchem eine kegel- oder zylinderförmige Verbrennungskammer eingearbeitet ist, deren eines Ende abgeschlossen und deren anderes Ende offen ist, wobei der keramische Teil mit einem Axialkanal ausgebildet ist, in dem ein zylindrischer, rohrartiger Stabilisator eingebaut ist, so dass zwischen diesem und dem keramischen Teil ein Ringraum vorliegt ; der zylindrische, rohrartige Stabilisator besitzt eine mit der Verbrennungskammer in Verbindung stehende Axialöffnung sowie mehrere mit dem Ringraum in Verbindung stehende Radialöffnungen.
Hiedurch bildet sich bei Zufuhr von gasförmigem, hinsichtlich seiner chemischen Zusammensetzung auch Kohlenstoff enthaltendem Brennstoff zum zylindrischen, rohrartigen Stabilisator und eines Sauerstoffträgers zu dem den zylindrischen, rohrartigen Stabilisator umgebenden Ringraum im Inneren der Verbrennungskammer ein Zentralstrahl mit gasförmigem Brennstoff aus, der zunächst durch eine torusförmige Wirbelströmung von einem Aussenringstrahl getrennt ist und erst nach seiner thermischen Spaltung (Kracken) dann mit dem Aussenringstrahl zusammenwirkt. Eine zweite torusförmige Wirbelströmung umgibt den Aussenringstrahl.
Diese Toroidbrenner haben aber den Nachteil, dass infolge der radialen Anordnung der Öffnungen, durch welche der Brennstoff in den vom Sauerstoffträger durchströmten Ringraum übertritt, die kinetische Strömungsenergie der radialen Brennstoffstrahlen die Strömungsenergie des Ringstrahles nicht unterstützt, sondern im Gegenteil die radialen Strahlen den Ringstrahl abbremsen, da sie auf letzteren unter einem rechten Winkel auftreffen. Dies führt zu einer sehr schnellen Mischung des Brennstoffes mit dem Sauerstoffträger und einer schnellen Verbrennung des Brennstoffes im Ringstrahl, wodurch eine kurze Flamme entsteht, die den keramischen Teil des Brenners, die Ofenmauerung und den zu erwärmenden Werkstoff örtlich in unzulässig hohem Masse beansprucht.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile der bekannten Toroidbrenner zu beseitigen, und einen Toroidbrenner mit einer langen Flamme hoher Helligkeit zu schaffen. Bei einem Toroidbrenner für gasförmige Brennstoffe mit einem eine kegelstumpfförmige Verbrennungskammer und einen zylindrischen Axialkanal aufweisenden keramischen Teil sowie einem im Axialkanal angeordneten zylindrischen, rohrförmigen Stabilisator, der mit einer mit der Verbrennungskammer in Verbindung stehenden Axialöffnung sowie mit mehreren mit dem zwischen zylindrischem Stabilisator und keramischem Teil vorliegenden Ringraum in Verbindung stehenden peripheren Öffnungen ausgebildet ist, wird dies gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass die peripheren Öffnungen des zylindrischen,
rohrartigen Stabilisators zur Längsachse des Brenners geneigt sind und mit dieser einen Winkel zwischen 45 und 90 einschliessen, und dass der Durchmesser des Axialkanals des keramischen Teiles gleich dem kleinsten Durchmesser der Verbrennungskammer ist, so dass durch Speisung des Stabilisators mit einem gasförmigen Brennstoff, in dessen chemischer Zusammensetzung auch Kohlenstoff enthalten ist, und durch Speisung des den zylindrischen rohrartigen Stabilisator umgebenden Ringraumes mit einem entsprechenden Sauerstoffträger im Inneren der Verbrennungskammer ein Zentralstrahl aus gasförmigem Brennstoff entsteht, der von einem nur teilweise in der Verbrennungskammer brennenden, aussen über die Länge der Verbrennungskammer durch deren Innenwand begrenzten Ringstrahl umgeben ist, mit dem er sich erst ausserhalb der Verbrennungskammer mischt,
wobei sich zwischen den beiden Strahlen eine torusförmige Wirbelströmung ausbildet.
Nachstehend ist die Erfindung an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Diese zeigt schematisch eine Ausführungsform des erfindungsgemässen Brenners im Axialschnitt.
Mit ist ein Keramikteil bezeichnet, der eine kegelstumpfförmige Verbrennungskammer--a-umschliesst, deren eines Ende nach aussen offen und deren anderes Ende abgeschlossen ist. Der Keramikteil - l-weist einen zylindrischen Axialkanal-b-auf, in welchem ein zylindrischer rohrartiger Stabilisator - so angeordnet ist, dass zwischen Stabilisator--2--und Keramikteil--1--ein Ringraum--c-- frei bleibt. Der zylindrische, rohrartige Stabilisator --2-- ist mit einer Axialöffnung--d-ausgebildet, über welche er mit der Verbrennungskammer-a-in Verbindung steht.
Ferner weist der Stabilisator mehrere periphere, zur Längsachse des Brenners geneigte Öffnungen-e--auf. Der Neigungswinkel welchen die Achsen dieser Öffnungen--e-mit der Längsachse des Brenners einschliessen, liegt in einem Bereich von 45 bis 900. Über diese peripheren Öffnungen--e--ist der Stabilisator mit dem Ringraum-c--verbunden.
Durch Speisung des zylindrischen rohrartigen Stabilisators --2-- mit einem gasförmigen Brennstoff, der in bezug auf seine chemische Zusammensetzung auch Kohlenstoff enthält sowie durch Speisung des den zylindrischen, rohrartigen Stabilisators --2-- umgebenden Ringraumes --c-- mit einem entsprechenden Sauerstoffträger, bildet sich im Inneren der Verbrennungskammer--a--ein Zentralstrahl--f--mit gasförmigem Brennstoff, der sich erst teilweise in der Verbrennungskammer-a-, teilweise jenseits derselben thermisch spaltet, bevor er sich mit dem nur zum Teil brennenden Ringstrahl-g--mischt. Die beiden Strahlen-f und g--sind voneinander durch eine torusförmige Wirbelströmung-h-getrennt.
In der Verbrennungskammer-a--ist der Ringstrahl-g-durch die Innenwandung derselben begrenzt, welche er,
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da er in der Verbrennungskammer--a-nur teilweise brennt, lediglich geringfügig erwärmt.
Der erfindungsgemässe Toroidbrenner für gasförmige Brennstoffe hat folgende Vorteile : er sichert unter Niederdruckbedingungen für Brennstoff und Sauerstoffträger die Erhöhung der Helligkeit der langen Flamme und ihren Schwärzebeiwert ; er intensiviert den Strahlungswärmeübergang in verhältnismässig grossen Arbeitsräumen von Erwärmungsöfen, Warmwasser- oder Dampfkesseln, erhöht den Wirkungsgrad des Aggregats und reduziert den Brennstoffverbrauch entsprechend ; er sichert eine vollkommene Verbrennung ; er vermeidet den frühzeitigen Verschleiss der Ofenteile, insbesondere der Verbrennungskammern der angrenzenden Zonen und führt dementsprechend zu einer längeren Standzeit des Ofens sowie zu einem geringeren spezifischen Verbrauch an feuerfesten Stoffen bei den erwärmten Erzeugnissen ;
er reduziert die durch Verbrennung bzw. Zerstörung der dem Erwärmungsprozess im Ofeninnenraum unterworfenen Materialien bedingten Verluste, insbesondere dadurch, dass der Brenner eine richtige Verbrennungsführung unabhängig von der Last, sowohl für Oxydations-, Reduktions- oder Neutralflammen erlaubt, und schliesslich beseitigt er die Unfaügefahren im Betrieb.