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Rekuperativ-Brenner Die Erfindung betrifft einen Rekuperativ-Brenner
für Industrieöfen, beispielsweise Warmebehandlungsöfen, wobei Kanäle zur getrennten
Zufuhr von Brennstoff und Verbrennungsluft zu einer Mischdüse oder mehreren Einzeldüsen
vorgesehen sind, welche in eine Brennknmmer mündet bzw. münden, in welcher die Zündung
des Brennstoff/LuSt-Gemisches erfolgt und welche in einen einen Kanal zum Abzug
von Verbrennungßproedukten aus dem Ofen aufweisenden Raum für Verbrennungsprodukte
führt, und wobei ferner der Verbrennungsluftkanal wenigstens teilweise wärmeaustauschend
bezüglich des besagten Raumes angeordnet und ein eine Vorwärmung der im Verbrennungsluftkanal
zuströmenden Luft durch die Verbrennungsprodukte gewährleistender Rekuperator gebildet
ist Solche Brenner können zur unmittelbaren Befeuerung des Innenraumes eines Ofens
angeordnet werden, welcher dann zusammen mit dem besagten Kanal zum Abzug von Verbrennungsprodukten
daraus den erwähnten Raum für Verbrennungsprodukte bildet. Stattdessen kann der
Brenner auch den Ofeninnenraum indirekt beheizen, indem er in einem Strahlungsrohr
angeordnet
ist und darin brennt. Der Raum für Verbrennungsprodukte
ist dann vom Inneren des Strahlungerohres und dem Kanal zum Abzug von Verbrennungsprodukten
aus dem Ofen gebildet.
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Bei direkter Befeuerung ist der Brenner normalerweise derart angeordnet,
daß er im Betrieb in eine Offnung der Ofenwand ragt, wobei der Abzugskanal für die
Verbrennungspro dukte von einem Ringspalt zwischen dem Brenner und der Innenfläche
der Offnung gebildet ist. Beieuert der Brenner ein Strahlungsrohr, dann ist er normalerweise
in einem Rohr eingeschlossen, welches mit dem Brenner den Abzugskanal für die Verbrennungsprodukte
begrenzt.
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Bei den bekannten rekuperativen Brennern der angegebenen Art erstreckt
sich der Verbrennungsluftkanal des Brenners nicht über das Einlaßende der Bremikammer
hinaus, so daß ein gegebenenfalls verhältnismäßig langes Stück vom Brenner für Wärmeübertragung
ungenutzt bleibt. Bei solchen Brennern erstrecken sich Metallteile, beispielsweise
Träger für Bauteile aus feuerfestem Material, auch die Brennkammer, bis über das
EEn1aBende der Brennkammer und sind Temperaturen ausgesetzt, welche denen im Ofeninnenraum
herrschenden Temperaturen gleich sind oder ihnen nahe kommen. Um eine schnelle ZerstHrung
solcher Metallteile zu vermeiden, sind solche Brenner auf Anwendungen beschränkt,
bei denen die Verbrennungsprodukte Temperaturen von weniger als etwa 1100 0C aufweisen.
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Normalerweise sind Brenner im Betrieb so angeordnet, daß ihre Brennkammer
innerhalb der Ofenwand liegt, wobei die Brennkammermtlndung mit der Innenfläche
der Ofenwand bei direkter Befeuerung fluchtet oder bei indirekter Befeuerung eine
entsprechende Stellung einnimmt. Die Verbrennungsprodukte
geben
während des Durchströmens des Abzugskanals Wärme an die Ofenwand ab. Da während
des Betriebes der bekannten Brenner keine Verbrennungsluft bis über das Einlaßende
der Brennkammer geführt ist und die Verbrennungsprodukte vor Erreichen des Luftkanals
bereits Wärme an die Ofenwand verloren haben, ist der Wärmeaustausoh verhältnismäßig
wenig wirksam.
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Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden. Der erfindungsgemäße
Brenner der eingangs angegebenen Art ist daher dadurch gekennzeichnet, daß der wärmeaustauschende
Verbrennungsluftkanal des Brenners sich in der Richtung der Strömung in der Brennkammer
über deren Einlaßende hinweg erstreckt, um dann zur Düse zurückzulaufen.
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Der Verbrennungsluftkanal erstreckt sich vorteilhafterweise bis etwa
zum Einlaßende des Abzugskanals für die Verbrennungsproduckte, um dann zur Düse
zurückzulaufen, welche innerhalb der Ofenwand angeordnet ist. Bei geeigneter Ausbildung
und geeigneten Abmessungen werden Metallteile jenseits dem Einlaßende der Brennkammer
durch den Luftkanal gekühlt, so daß sie unter einer Temperatur von etwa 1100 °C
gehalten sind, selbst wenn die Temperatur der Verbrennungsprodukte weit darüber
liegen. Dies erweitert den Anwendungsbereich der Brenner, welche auch bei Hochtemperatur-Warmebehandlungen
eingesetzt werden können, wobei der Vorteil zusätzlich vermittelt ist, daß das Ausmaß
der Luftvorwärmung, was zur thermischen Wirksamkeit beträchtlich beiträgt, leicht
erhalten werden kann.
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Mit Vorteil ist dabei die Brennkammer innerhalb der Ofenwand angeordnet,
wobei das Auslaßende der Brennkammer etwa in der Ebene der Innenfläche der Ofenwand
liegt.
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Vorzugsweise weist die Brennkammer einen kreisrunden querschnitt
auf, und ist der Rekuperator aus drei ineinanderliegenden Rohren gebildet, welche
Jeweils koaxial zur Brennkammer angeordnet sind und einen inneren sowie einen äußeren
Verbrennungsluftkanal im Rekuperator bilden, wobei das innere Rohr und das äußere
Bohr an den Vorderenden durch Ringplatte miteinander verbunden sind, während das
mittlere Rohr im abstand von der vor dem Einlaßende der Brennkammer angebrachten
Ringplatte angeordnet ist, und wobei der äußere Verbrennungsluftkanal mit eines
läuft einlaß und der innere Verbrennungsluftkanal mit der Düeer verbunden ist. Der
Brenner begrenzt, eingebaut in eine zyliddrische Oeffnung der Ofenwand, mit dieser
einen ringförmigen Kanal für die Verbrennungsprodukte, so daß der so gebildete Rekuperator
den Brenner umgibt.
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Im Falle eines Brenner. mit einer engen, im Querschnitt rechteckigen
Brennkammer können stattdessen zwei Rekuperatoren vorgesehen sein, welche sich Jeweils
entlang einer breiteren Seite der Brennkammer erstrecken.
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Bei direkt befeuerten Ofen ist es manchmal erforderlich, zur Stützung
der Ofenwand ein Meta mutter in der Offnung anzuordnen, in welcher der Brenner angebracht
ist. Sonst können sich Stücke aus feuerfestem Material von der Wand lösen und den
Kanal für die Verbrennungsprodukte teilweise blokzieren. Nachteilig eines solchen
fletallfutters ist die Xatsache, daß es nur bei solchen Ofen verwendet werden kann,
bei denen die mit dem Futter in Berjihrung kommenden Verbrennungsprodukte eine Temperatur
unterhalb 1100 0 aufweisen, weil sonst eine schnelle Zerstörung des Futters eintritt.
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Daher ist der erfindungsgemäße Brenner weiterhin dadurch gekennzeichnet,
daß ein Verbrennungsluftvorwärmer vorgesehen ist welcher mit dem Verbrennungsluftkanal
des Rekuperators
mindestens den gröbsten Teil des Abzugskanals
der Verbrennungsprodukte einschließt, wobei der Vorwärmer am hinteren Ende einen
Lufteinlaß und eine Verbindung mit dem Einlaß des Verbrennungsluftkanals vom Rekuperator
aufweist, so daß Luft unter Erwärmung vom Vorwärmerlufteinlaß zur Verbindung mit
dem Rekuperator strömt.
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Zwischen Ofenwand und Vorwärmer kann ein weiterer Abzugskanal für
Verbrennungsprodukte vorgesehen sein.
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Der Vorwärmer ist vorzugsweise aus drei ineinsuderliegenden Rohren
gebildet, welche einen inneren und einen äußeren Luftkanal begrenzen und Jeweils
koaxial zur Brennkammer angeordnet sind, wobei das innere Rohr und das äussere Rohr
an den Vorderenden durch eine Ringplatte mit ein ander verbunden sind, während das
mittlere Rohr im Abstand von der Ringplatte angeordnet ist, und wobei der äußere
Kanal hinten mit dem Vorwärmerlufteinlaß und der innere Kanal hinten mit der Verbindung
zum Rekuperatorluftkanal verbunden ist. Die durch den Vorwärmer strömende Luft wird
hauptsächlich durch die von denJenigen Verbrennungsprodukten abgegebene Wärme erhitzt,
welche durch den Kanal strömen, der vom Luftvorwärmer begrenzt ist.
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Der Vorwärmer dient als Schild, welcher Wärmeverluste der Verbrennungsprodukte
beim Durchströmen des Abzugskanals durch Wärmeabgabe an die Ofenwand beträchtlich
vermindert. Da der Kanal für die Verbrennungsprodukte zumindest über den größten
Teil seiner Länge vom Vorwärmer und vom Luftkanal des Rekuperators begrenzt ist,
ist die Gefahr der Verstopfung durch abgebrochenes feuerfestes Material beträchtlich
vermindert. Die Außenwand des Vorwärmers kann zusätzlich als Futter für die Öffnung
in der Ofenwand dienen,
in welcher der Brenner angeordnet ist, so
daß die Wand gestützt wird. Das die Wand stützende Metall ist von Luft gekühlt,
so daß solche Brenner an Ofen angebracht werden können, in denen die mit dem Putter
in Berührung kommenden Verbrennungsprodukte eine Temperatur über 1100 oC aufweisen.
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Ist die außenwand des Vorwärmers im Abstand von der umgebenden Öffnung
in der Ofenwand angeordnet, dann ergibt sich ein zusätzlicher Abzugskanal für die
Verbrennungsprodukte, so daß die Fläche für unmittelbaren Wärmeaustausch vergrössert
ist.
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Ist bei Hochtemperaturanwendung ein rekuperativer Brenner so ausgelegt,
daß bei größtem Durchsatz die höchste Temperatur des Metallrekuperators etwa 1000
oO beträgt, dann können Schwierigkeiten auftreten, wenn der Brenner mit niedrigerer
Leistung arbeiten soll. Der Rekuperator ist wie die meisten Wärmetauscher wirksamer
bei niedrigen Durchsätzen, so daß die Verbrennungsluft und die Metallteile größere
Temperaturen annehmen, verglichen mit denjenigen bei voller Leistung. Die Temperatur
der Metallteile kann daher den bezüglich einer annehmbaren Lebensdauer zulässigen
Höchstwert überschreiten. Dies kann dadurch vermieden werden, daß ein weniger wirksamer
Rekuperator verwendet wird. Die Vorwärmtemperatur der Verbrennungsluft ist geringer,
und die höchste Temperatur der Metallteile kann selbst bei schwacher Strömung unterhalb
1000 °C gehalten werden. Dies ist jedoch deswegen nachteilig, weil die Luftvorwärnning
bei voller Leistung geringer wird, als an sich erzielbar.
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Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist erfindungsgemäß ein Kanal zum
Abzug von Luft vor Erreichen der Düse des Brenners vorgesehen. Der Rekuperator ist
dabei so ausgelegt, daß er den Bedingungen bei voller Leistung des Brenners optimal
genügt.
Über den Luftabzugskanal wird überschüssige, für die Verbrennung nicht erforderliche
Luft abgeführt. Auf diese Weise kann im Luftkanal des Brenners eine ausreichende
Luftströmung aufrechterhalten werden, um eine übermäßige Erhöhung der Temperatur
der Metallteile zu verhindern. Ist ein Luftvorwärmer vorgesehen, dann ist der erwähnte
Luftabzugskanal vorzugsweise neben der Verbindung zwischen den Luftkanälen des rorwiraers
und des Rekuperators an diese angeschlossen.
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Zusätzlich zu der Anwendungsmöglichkeit bei hohen Temperaturen vermittelt
die Erfindung auch Vorteile bei der Niedertemperaturheizung, da der erfindungsgemäße
Brenner auf Grund der größeren Wärmeaustauschflächen des verlängerten Luftkanals
wirtschaftlicher ist.
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Innerhalb des gesamten Temperaturbereiches vermindert der verlängerte
Luftkanal ein Abgeben von Wärme von der Brennkammer und von den im Abzugskanal nach
außen strömenden heißen Gasen an die Ofenwand. Dies deswegen, weil Wärme von der
Brennkammer und vom ibzugskanal für die Verbrennungsprodukte auf die eintretende
Verbrennungsluft übergeht, welche im verlängerten Luftkanal strömt, nicht jedoch
an die Ofenwand.
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Die Erfindung vermittelt weiterhin Vorteile bei dem Ersatz eines
Stadtgasbrenners durch einen Erdgasbrenner.
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Letzterer benötigt eine längere Brennkammer, deren anordnung bei bekannten
rekuperativen Brennern der eingangs angegebenen Art entweder eine Verminderung der
Wärmeaustau-Länge des ~ -scherlange oder eine erhöhung der gesamten/Brenners zur
irolge hätte. Da erfindungsgemäß die gesamte Stärke der Ofenwand zur Wärmewiedergewinnung
herangezogen werden kann, ist dieser
Nachteil beim Verbrennen von
Erdgas vermieden.
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Nachstehend sind einige Ausführungsformen der Erfindung anhand der
beigefügten Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Darin zeigen: Fig. 1 die Ansicht
eines Längischnittes eines erfindungsgemäßen Brenners in schematischer Wiedergabe,
angeordnet in einer Ofenwand; Fig. 2 die Ansicht des Längsschnittes durch den vorderen
Teil des Brenners naeh Fig. 1, wobei alle Einzelheiten sichtbar sind; Fig. 3 eine
der Fig. 2 entsprechende Schnittansicht eines anderen erfindungsgemäßen Brenners;
Fig. 4 die Ansicht eines Längsschnittes durch einen weiteren erfindungsgemäßen Brenner
in schematischer Wiedergabe, angeordnet in einer Ofenwand; Fig. 5 eine der Fig.
4 entsprechende Bchnittansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Brenners; Fig. 6
eine den Fig. 4 und 5 entsprechende Schnittansich eines weiteren erfindungsgemäßen
Brenners; Fig. 7 die Ansicht eines Schnittes durch einen Teil des Brenners nach
Fig. 6 in größerem Maßstab.
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Der Brenner 1 gemäß Fig. 1 und 2 ist in einer zylindrischen Öffnung
der Wand 2 eines Ofens angeordnet. Zwischen Brenner 1 und der Offnung liegt ein
Kanal 3 mit ringförmigem
Querschnitt und Auslaß 4. Bin gasförmiger
Brennstoff wird dem Brenner 1 über einen Einlaß 5 und Luft über einen Einlaß 6 zugeführt.
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Gemäß Fig. 2 verschließt eine Düse 9 eine Brennkammer 10 am Einlaßende0
Der Düse 9 wird Gas durch ein mittleres Rohr 11 zugeführt. Verbrennungsluft strömt
durch einen Rekuperatorkanal 12 zu, welcher zwischen zwei konzentrischen Rohren
13 und 14 liegt. Das äußere Rohr 13 geht am vorderen Ende über einen Bogen 15 in
ein inneres konzentrisches Rohr 16 über, das innerhalb vom Rohr 14 verläuft. Am
hinteren Ende ist das Rohr 16 mit einer Ringplatte 17 verbunden, welche die Düse
9 umgibt. Das Rohr 14 ist mit dem vorderen Ende im Abstand vom Bogen 15 angeordnet,
so daß Luft darum herumfliessen und durch den Ringraum zwischen dem Rohr 14 und
dem Rohr 16 in einen Luftkasten 18 fließen kann, dessen hintere Wand von einer Ringplatte
19 gebildet ist, welche mit dem mittleren Rohr 11 verschweißt ist und sich radial
nach außen zum Rohr 14 hin erstreckt. Das mittlere Rohr 1.1 ist mit einer Isolierung
20 bedeckt. Feuerfestes Material 21 umgibt die Brennkammer 10 und erstreckt sich
vorne radial bis zur lussenfläche vom Rohr 13.
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Das äußere Rohr 13 bildet mit der Offnung der Ofenwand 2 den Ringkanal
3 für die Verbrennungsprodukte, welcher zusammen mit dem Luftkanal 12 einen Rekuperator
darstellt.
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Die Vorderseite des Teiles 21 aus feuerfestem Material fluchtet mit
der Innenfläche der Ofenwand 2. Der Brenner 1 ist wegen der im Abstand von der Innenfläche
der Ofenwand 2 getroffenen Anordnung des Bogens 15 insbesondere für einen solchen
Betrieb geeignet, bei dem die Verbrennungsprodukte sehr hohe Temperaturen erreichen.
Bei niedigeren Temperaturen ist diese Anordnung nicht erforderlich, so daß dann
die Stirnwand
15 in der Ebene der Innenfläche der Ofenwand 2 liegen
kann.
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Ist der Brenner 1 in Betrieb, dann verlassen die Verbrennungsprodukte
den Ofen durch den Kanal 3. Warme wird vom äußeren Rohr 13 zum Rohr 14 und vom Rohr
14 zum Rohr 16 gestrahlt. Auf diese Weise wird der Verbrennungsluft im Bereich der
Brennkameer 10 Wärme durch Konvektion zugeführt, und zwar von der Innenfläche des
äußeren Rohres 13 beiden Flächen des Rohres 14 und der Außenfläche des Rohres 16.
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Da das mittlere Rohr 11 zur Zuführung des gasförmigen Brennstoffs
nicht nur mit einer Isolierung 20 versehen ist, sondern zwischen der Isolierung
20 und dem Rohr 14 ein Luftringraum 22 vorgesehen ist, besteht nur ein minimaler
Wärmeübergang zum Gas im Rohr 11. Die Gefahr des Crackens des Gases und die damit
verbundenen Schwierigkeiten sind gering.
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Der Brenner 24 gemäß Fig. 3 ist im Aufbau im wesentlichen dem Brenner
nach Fig. 1 und 2 ähnlich. Gleiche Teile sind mit denselben Bezugs ziffern versehen.
Der wesentliche Unterschied beruht darin, daß mindestens eine Öffnung 23 in der
Ringplatte 19 vorgesehen ist, welche den Luftringraum 22 mit dem Luftkasten 18 verbindet.
Am hinteren Ende des Brenners 24 ist außerhalb vom Ofen ein von einem nicht dargestellten
Ventil gesteuerter Kanal vorgesehen, welcher vom Ringraum 22 aus dem Brenner 1 nach
außen führt.
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Bei niedriger Brennleistung kann ein adäquater Luftstrom durch den
Luftkanal 12 hindurch aufrechterhalten werden, um die Temperatur des den Verbrennungsprodukten
ausgesetzten Metalls auf einem annehmbaren Wert zu halten. In den Luftkasten 18
eintretende, für die Verbrennung nicht erforderliche
Luft wird
durch geeignete Einstellung des erwähnten äußeren Ventils über die Bohrung bzw.
Bohrungen 23, den Luftringraum 22, das Ventil und den daran anschließenden, nach
außen führenden Kanal abgezogen.
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Bei Hochleistungsbetrieb des Brenners ist der Luftdurchsatz im Kanal
12 normalerweise durch die gewünschte Verbrennung bestimetfi beispielsweise um ein
stöchiometrisches Luft/Brennstoff-Gemisch zu ergeben. Bei Rochleistungsbetrieb entspricht
daher der Luftdurchsatz im Kanal 12 demjenigen Durchsatz, welcher allein für die
Verbrennung erforderlich ist. Der Brenner 24 ermöglicht es jedoch, die Stirnwand
15 mit der Innenfläche der Ofenwand 2 fluchten zu lassen, da die Metalltemperatur
an dieser Stelle erforderlichenfalls vermindert werden kann, und zwar durch Erhöhung
des Luftdurchsatzes und Abzug der überschüssigen, für die Verbrennung nicht erforderlichen
läuft aus dem Luftkasten 18 durch die Offnungen 23 und das geöffnete, nicht dargestellte
äußere Ventil.
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Der Brenner 24 mit der Stirnwand 15 aus Metall, welche nicht von
feuerfestem Material bekleidet ist und mit der Innenfläche der Ofenwand 2 fluchtet,
kann bei höheren Temperaturen als andernfalls möglich betrieben werden. Sowohl bei
Hochleistungsbetrieb als auch beim Betrieb mit niederer Leistung kann überschüssige
Luft durch die Luftkanäle hindurchströmen gelassen werden, so daß die Temperatur
der Stirnwand 15 herabgesetzt wird, wobei überschüssige, für die Verbrennung nicht
erforderliche Luft durch die Öffnungen 23 und das nicht dargestellte, äußere geöffnete
Ventil abzieht.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 strömt Brenngas über ein mittleres
Rohr 101 einer Düse 102 des Brenners zu, welcher am Einlaßende der Brennksmmer 103
von einer Hülse
104 aus feuerfest ei Material umgeben ist. Das
vordere Ende der Hülse 104 liegt in der Ebene der Innenfläche der Ofenwand 105.
Das Glasrohr 101 ist außen von einer nicht dargestellten Isolierung umgeben und
darüber hinaus gegen Wärmestrahlung durch ein umgebendes, konzentrisches Rohr 106
geschützt. km vorderen Ende ist das Rohr 106 Mit einer konischen Kappe 107 versehen,
welche die Rückwand eines Luftkastens 108 bildet, von dei Luftöffnungen zur Düse
102 führen.
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Ein Rohr 109 umgibt du Rohr 106 konzentrisch und begrenzt damit einen
Luftringkanal 110. Das Bohr 109 stellt zugleich die Innenwand eines umgebenden Verbrennungsproduktkanals
111 dar, welcher zusammen mit dem Luftkanal 110 einen Rekuperator bildet.
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Der Kanal 111 ist von einen Vorwärmer umgeben, welcher aus einen
inneren Rohr 112, einen Mittleren Rohr 113 und einen äußeren Rohr 114 besteht. Eine
ringförmige Stirnwand 115 verbindet die vorderen Enden vom Innenrohr 112 und vor
Außenrohr 114. Diese Rohre begrenzen einen inneren Luftkanal 116 sowie einen äußeren
Luftkanal 117 des Vorwärmers, welche am vorderen Ende durch einem radialen Kanal
118 miteinander verbunden sind. Am hinteren Ende des äußeren Luftkanals 117 ist
ein Lufteinlaß 119 vorgesehen. Am hinteren Ende des inneren Luftkanals 116 ist ein
Ringraum 120 vorgesehen, während am hinteren Ende des Verbrennungsproduktkanals
111 ein Ringraum 121 mit Auslaß 122 angeordnet ist. Ein weiterer Luftringraum 123
hinter den Bau 121 mündet in den Einlaß des Luftkanals 110 vom Rekuperator. Die
Ringräume 120 und 123 sind durch in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordnete
Bälge 124 miteinander verbunden, welche Überleitungsverbindungen zwischen den Luftkanälen
116 und 110 bilden.
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Bälge 125 bilden die Außenwand des Ringraums 12o. Die Bälge 124 und
125 eriöglichen unterschiedliche Wärmeausdehnungen
der Rohre.
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Der Luftkanal des Brenners umfaßt die Luftkanäle des Rekuperators
und des Vorwärmers.
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Vom Ringraum 123 führt ein Kanal 126 aus dem Brenner heraus, welcher
Kanal 126 mit einem Ventil 127 versehen ist.
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Eine Isolierung 139 trennt das Rohr 114 und die stirnwand 115 vom
feuerfesten Material der Ofenwand 105.
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Der Brenner mit von der Ofenwand 105 durch feuerfestes naterial getrennter
Stirnwand 115 des Vorwärmers ist insbesondere für einen solchen Betrieb geeignet
wobei die Verbrennungsprodukte sehr hohe Temperaturen erreichen. Bei einem Betrieb
bei niedrigeren Temperaturen ist diese Anordnung im Abstand nicht erforderlich,
so daß die Luftkanäle 116 und 117 des Vorwärmers sich so weit nach vorne erstrecken
können, daß die Stirnwand 115 in der Ebene der Innenfläche der Ofen wand 105 liegt.
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Das Rohr 109 erstreckt sich um die Hülse 104 herum nach vorne, und
zwar mindestens teilweise über dieselbe hinweg bis etwa zur Stirnwand 115 hin. Dieser
Fortsatz, obwohl nicht unmittelbar gekühlt, kann Wärme zur verhältnismäßig kühlen
Oberfläche des Innenrohres 112 vom Vorwärmer strahlen und unter der Voraussetzung,
daß er sich nicht über die Ebene der Stirnwand 115 hinaus erstreckt, auch bei Hochtemperaturbrennern
verwendet werden.
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Im Betrieb fließen die Verwendungsprodukte durch den Kanal 111 nach
hinten und verlassen den Brenner durch den Ringraum 121 und den Auslaß 122. Verbrennungsluft
tritt in den äußeren Luftkanal 117 des Vorwärmers durch den Lufteinlaß
119
ein, strömt nach vorne in Kanal 117, dann radial nach innen dadurch den Kanal 118
und wieder zurück durch den inneren Luftkanal 116 des Vorwärmers zum Ringraum 120.
Von dort strömt die Luft durch die Bälge 124 in den Ringraum 123, um dann durch
den Luftkanal 110 des Rekuperators zur Düse 102 zu gelangen.
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Vom Rohr 112 wird Wärme zum Rohr 113 gestrahlt, und von dort zum
Rohr 114. Weiterhin wird wärme vom Rohr 109 zum Rohr 106 gestrahlt. Die Verbrennungsluft
wird daher durch Konvektion innen am Rohr 114, an beiden flächen des Rohres 113
und außen am Rohr 112 im Vorwärmer erwärmt, ferner an der AußonflSche vom Rohr 106
und an der Innenfläche von Rohr 109.
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Beim Betrieb mit niederer Leistung kann eine ausreiohende Luftströmung
im Vorwärmer aufrechterhalten werden, um die Temperatur der Metallteile des Vorwärmers
und des Rekuperatorn in annehmbaren Grenzen zu halten. Dazu wird das Ventil 127
geöffnet, um überschüssige, für die Verbrennung nicht erforderliche Luft abzulassen.
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Die Wärmeübertragungsfläche des erfindungsgemäßen Brenners einschließlich
der durch den Vorwärmer vermittelten ist mehr als doppelt 80 groß wie diejenige
eines konventionellen rekuperativen Brenners. Bei gegebener Eintrittstemperatur
der Verbrennungsprodukte können hohe LuStvorwärmungen erwartet werden. Dies ist
ohne große Steigerung der Länge oder des Durchmessers erzielt.
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Der rekuperative Brenner gemäß Fig. 5 ist im wesentlichen denjenigen
nach Fig. 4 ähnlich. Gleiche Bauteile sind mit denselben Bezugsziffern versehen.
Das äußere Rohr 114
des Vorwärmers ist jedoch im Abstand von der
zur Anbringung des Brenners in der Ofenwand 105 vorgesehenen Offnung angeordnet,
so daß ein Hilfsringkanal 128 für die Verbrennungsprodukte sich ergibt. Am hinteren
winde mündet dieser Kanal 128 in einen zweiten Ringraum 129 mit auslaß 130. Das
äußere Rohr 114 ist daher unmittelbar durch Verbrennungsprodukte erwärmt, welche
durch den Kanal 128 strömen, ferner durch Strahlung von der Ofenwand 105 her. Es
strahlt Wärme zum Rohr 113 hin, wodurch das Ausmaß der Wärmeübertragung auf die
durch den Vorwärmer strömende Luft erhöht wird.
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Aus Fig. 5 geht hervor, daß die Stirnwand 115 mit der Innenfläche
der Ofenwand 105 fluchtet. Sie kann jedoch auch gemäß Fig. 4 durch feuerfestes Material
vom Ofeninnenraum getrennt sein. Die in Fig. 5 wiedergegebene Bauweise ist insbesondere
geeignet bei verhältnismäßig niederen Temperaturen der Verbrennungsprodukte. Gewünscht
enfall s kann sie Jedoch auch bei Temperaturen der Verbrennungsprodukte angewendet
werden, welche hoher als sonst möglich sind, indem der Luftdurchsatz in den Kanälen
116 und 117 des Vorwärmers ifber das für die Verbrennung in der Brennerdüse erforderliche
naß erhöht wird, und zwar derart, daß die Temperatur der Btirnwand 115 herabgesetzt
wird. Vberschüssige Luft wird durch den Kanal 126 und das Ventil 127 abgezogen.
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Der rekuperative Brenner gemaß Fig. 6 entspricht gleichfalls ii wesentlichen
demjenigen nach Fig. 4. Dieselben Bauteile sind ebenfalls mit den gleichen Bezugsziffern
versehen. Bei dieser Ausführungsform sind die Luftringräume 120 und 123 der Ausführungsform
nach Fig. 4 zu einem einzigen Luftringraum 131 mit zylindrischer Außenwand 132 zusammengefaßt,
Der Ringraum 121 hat kleinere radiale Abmessungen als bei der Ausführungsform gemäß
Fig. 4 und ist
mit einer zylindrischen Außenwand 133 versehen,
welche gegenüber der Wand 132 des Luftringraumes 131 radial nach innen gesetzt ist,
um einen Ringkanal 146 zu bilden, welcher eine tbergangßverbindung darstellt. Ein
radialer Auslaß 122 vom Ringraum 121 durchßetztNden Luftringraum 131 und die Wand
132, um aus dem Brenner herauszulaufen. Bei dieser Bauweise strömt Luft im Ringraum
131 und im Luftkanal 110 über im wesentlichen sämtliche Flächen des Ringraumes 121,
wie besonders deutlich aus der unteren Hälfte von Fig. 6 ersichtlich.
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Die Rohre 106 und 109 bilden die mittlere bzw. äussere Wand eines
ausgedehnten Luftkanals 110 des Rekuperators 134 und erstrecken sich über das Einlaßende
der Brennkammer 103 hinaus, und zwar fast bis zur Innenfläche der Ofenwand 105,
wobei die Hülse 104 aus feuerfestem Material einen Abachnitt verminderten Durchmessers
aufweist, um das vordere Ende des Rekuperators 134 aufzunehmen. Ein Innenrohr 135
des Rekuperators 134 ist am vorderen Ende über eine Ringplatte 136 mit dem vorderen
Ende vom Rohr 109 verbunden, wobei das mittlere Rohr 106 im Abstand von der Ringplatte
136 angeordnet ist, so daß sich ein radialer Luftkanal 137 ergibt.
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Statt einer konischen Kappe 107 ist eine Ringplatte 138 vorgesehen,
welche die rückwärtige Wand des Luftkasten 108 bildet.
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Dieser Brenner arbeitet ähnlich demJenigen gemäß Fig. 4, abgesehen
davon, daß im Kanal 110 zwischen den Rohren 106 und 109 fließende Luft nunmehr über
das Einlaßende der Brennkammer 103 hinweg strömt, bevor sie umkehrt und durch den
Kanal 137 und den Kanal zwischen den Rohren 135
und 106 in den
Luftkasten 108 gelangt.
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Zwar ist ein Luftablaßkanal 126 in Big. 6 nicht dargestellt, doch
kann er gewünschtenfalls vorgesehen und an den Ringraum 131 oder an den Luftkasten
108 angeschlossen sein.
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Die Stirnwand 115 des Vorwärmers und die Ringplatte 136 vom Rekuperator
134 sind jeweils von der Innenfläche der Ofenwand 105 durch feuerfestes Naterial
getrennt. Der Brenner ist daher insbesondere geeignet für einen Betrieb, bei dem
die Verbrennungsprodukt e sehr hohe Temperaturen erreichen. Beim Betrieb mit niedrigeren
Temperaturen ist die erwähnte Trennung nicht erforderlich, so daß sich Vorwärmer
und Rekuperator dann weiter nach vorne erstrecken können, so daß sie in der Ebene
der inneren Fläche der Ofenwand 105 liegen.
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In Fig. 7 ist eine Expansionsverbindung des Rohres 114 vom Vorwärmer
gemäß Fig. 6 dargestellt. Die Wand 132 ist mit einer Ringplatte 140 verschweißt,
welche mit einer Gehäusewand 141 des Ofens durch Mutter 142 und Schraubenbolsen
143 verbunden ist. Die Gehäusewand 141 und die Ringplatte 140 weisen Öffnungen auf,
welche vom Bohr 114 durchsetzt sind. Die Ringplatte 140 ist an der der Gehäusewand
141 benachbarten Seit. an der erwähnten Öffnung für das Rohr 114 mit einer konischen
Phase 144 versehen. Zwischen dieser und der benachbarten Fläche der Gehäusewand
141 sowie der äußere ren Oberfläche vom Rohr 114 ist eine Schnur 145 aus Asbest
oder dergleichen angeordnet. Das Rohr 114 kann so bezüglich der Gehäusewand 141
gleiten, wobei trotzdem eine gasundurchlässige Dichtung vermittelt ist, welche fester
gestellt wer
den kann durch Anziehen der Muttern 142, so daß die
Ringplatte 140 naher an die Wand 141 gesogen wird.