DE2134330C3

DE2134330C3 - Vorrichtung zur Erzeugung eines Heißgasstroms hoher Geschwindigkeit mit einem Gasbrenner

Info

Publication number: DE2134330C3
Application number: DE2134330A
Authority: DE
Inventors: Hirobumi Chiba Iida; Kazubumi Yokohama Kanagawa Watanabe
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 1970-07-10
Filing date: 1971-07-09
Publication date: 1978-10-26
Also published as: DE2134330B2; DE2134330A1; US3729286A; FR2100480A5; GB1321926A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Heißgasstroms hoher Geschwindigkeit, mit einem Brenner für gasförmige Brennstoffe, mit einer im allgemeinen zylindrischen Brennkammer, an deren einem Ende eine Düse für den Austritt der verbrannten Gase und an deren anderem Ende ein Gasrohr konzentrisch angeordnet ist, das von einem mit einer Lufteintrittsöffnung versehenen Mantel umgeben ist, und mit einem im allgemeinen kegelstumpfförmig ausgebildeten durchlöcherten Strömungsausgleichskörper, der mit seinem verjüngten Ende in der Ebene der Gasaustrittsöffnung liegend zu dem Gasrohr konzentrisch angeordnet ist.

Eine derartige Vorrichtung ist bereits in der AT-PS 302 beschrieben. Bei dieser bekannten Vorrichlung umgibt der Strömungsausgleichskörper mit seinem verjüngten Ende das Gasrohr im Abstand, so daß zwischen dem Gaseintrittscnde des Strömungsausgleichskörpers und der Gasaustrittsöffnung des Gasrohrs ein ringförmiger Zwischenraum vorhanden ist. Das erweiterte Ende des Strömungsausgleichskörpers weist einen wesentlich geringeren Durchmesser als der zylindrische Bereich der Brennkammer auf, und es ist mittels einer Distanzhiilse im Abstand vor dem sogenannten Verbrennungshals der Brennkammer an geordnet. Zwischen dem Verbrennungshals und dem erweiterten Ende des Stromungsausglejchskörpers ist eine Luftdurchladeinrichtung vorgesehen. Die Verbrennungsluft kann daher auf drei verschiedenen Wegen in die Verbrennungskammer gelangen:

1. durch den Zwischenraum zwischen dem verjüngten Ende des Stromungsausgleirhskörpers und dem Gasrohr;

2. durch die in dem Stromungsausgleichskörper angeordneten Löcher, und

3. durch die zwischen dem erweiterten Ende des Stabilisierungstrichters und dem Verbrennungshals der Brennkammer angeordnete Luftdurchlaßeinrichtung.

Mit dieser bekannten Vorrichtung wird zwar eine Stabilisierung der Flammenfront und eine Umwälzung der Verbrennungsprodukte angestrebt, so daß bereits im eigentlichen Brennraum eine fast vollständige Verbrennung, die sich einer stöchiometrischen Verbrennung nähert, erzielhar sein soll. Es erscheint jedoch zweifelhaft, daß diese bekannte Vorrichtung auch dann noch eine zufriedenstellende Verbrennung gewährleistet, wenn mit einem erheblichen Luftüberschußverhältnis gearbeitet wird. Ein sehr hohes Luftüberschußverhäitnis kann beispielsweise dann erforderlich sein, wenn die Verbrennungsgase mit einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur in der Größenordnung von 100" C ausgestoßen werden sollen, um eine örtliche Überhitzung des Herdwagenofens, an dem der Gasbrenner angeordnet ist, zu verhindern.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die selbst dann noch eine stabile Verbrennung gewährleistet, wenn mit einem Luftüberschußverhältnis von 5000% gearbeitet wird, wobei die Austrittsgeschwindigkeit der verbrannten Gase in der Größenordnung von 100 bis 500 m/scc liegen soll.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelost, daß der Strömungsausgleichskörper an seinem verjungten Ende den gleichen Durchmesser wie die Gasaustrittsöffnung des Gasrohrs aufweist und mit diesem gasdicht verbunden ist und daß der Stromungsausgleichskörper mit seinem erweiterten Ende in den zylindrischen Bereich der Brennkammer hineinragt, wobei zwischen dem Umfangsrand des erweiterten Endes des Strömungsausgleichskörpers und der Innenwand der Brennkammer nur ein schmaler Ringspalt verbleibt.

Diese Ausgestaltung des Stromungsausgleichskörpers hat zur Folge, daß in der gesamten Brennkammer kleinere und größere Wirbelströme gebildet werden, dij miteinander in Wechselwirkung treten, wodurch die Verbrennungsgeschwindigkeit beträchtlich gesteigert wird.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Düse der Brennkammer einen schlitzförmigen Austrittsquerschnitt aufweist.

Unabhängig vom Austrittsi|uerschnitt der Düse kann es zweckmäßig sein, daß die Düse koaxial zu der Langsachse der Brennkammer angeordnet ist. Es ist aber auch eine Ausführungsform möglich, bei der die Düse Unter einen Winkel, vorzugsweise unter einem rechten Winkel zu der Längsachse der Brenn-* kammer angeordnet ist.

Aus der FR-PS 1292222 ist es bei einem Gasbrenner an sich bereits bekannt, die Düse im rechten Win-

kcl /ur Längsachse der Brennkammer anzuordnen und mit einem schlitzförmigen Austriltsquerschnitt zu versehen. Dei diesem bekannten Gasbrenner werden das Brenngas und die Verbrennungsluft jedoch bereits vor dem Eintritt in die Brennkammer miteinander vermischt.

Aus der Zeilschrift »Oaswarme« 1954, Seite 17K ist auch bereits ein sogenannter Umwalzbrenner fur gasförmige Brennstoffe bekannt, bei dem die Düse koaxial zur Längsachse der Brennkammer angeordnet ist. Bei diesem bekannten Umwalzbrenner werden das Brenngas und die Verbrennungsluft der Brennkammer zwar voneinander getrennt zugeführt, es ist aber kein Strömungsausgleichskörper vorgesehen.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch eine Ausfuhrungsforra einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Heißgasstroms gemäß der Hrfindung.

Fig. 2 eine teilweise Unteransicht der Vorrichtung nach Fig. 1 und

Fig. 5 eine Hndansicht der Vorrichtung na-h Fig. 1.

In Fig. 1 bezeichnet die Bezugszahl I eine Brennkammer eines von einem Brennerziegel 2 begrenzten Gasbrenners, und an einem Ende der Brennerkammer ist eine konische Düse 3 ausgebildet, die eine kleinere Querschnittsfläche als die Brennkammer 1 hat. Die Düse 3 ist rechtwinklig zu der Längsachse der Brennkammer angeordnet, wie es mit durchgezogenen Linien in Fig. 1 und 2 dargestellt ist. Die Düse 3 kann aber auch koaxial zu der Längsachse der Brennkammer angeordnet sein, wie es mit strichpunktierten Linien in Fig. 1 und λ dargestellt ist. Durch geeignetes Ausrichten der Düse 3 kann der Gasbrenner an einer gewünschten Stelle eines Heizofens angebracht werden, ohne daß eine Beschränkung auftritt. Das Dusenende ist vorzugsweise in Schlitzform ausgebildet, wie es gezeigt ist, da die Schlitzform gegenüber einer runden Form insofern vorteilhaft ist, als der Oberflächenbereich des Strahles von Gasen, die aus der Düse ausgestoßen werden, größer gestaltet werden kann und da sich der Gasstrom breit ausdehnt, wenn der Gasbrenner in einem Heizofen angebracht ist. Infolge des Ausbildens der Düse 3 an einem Ende der Brennkammer 1 entsteht ein Rückstrom von Verbrennungsgasen in der Brennkammer in einer Richtung entgegengesetzt zur Strahlrichtung der Verbrennungsgase, der ein sorgfälliges Mischen von Brenngas und Luft hervorruft und außerdem eine gleichmäßige Verbrennung. Die Bezugszahl 4 bezeichnet einen Strömungsausgleichskörper, der mit einer Anzahl von Luftdurchtrittsöffnungen 5 versehen ist. Der Stromungsausgleichskörper 4 ist mit dem inneren Ende eines Gasrohrs 6 verbunden, das zu der Längsachse der Brennkammer 1 konzentrisch angeordnet ist. Obwohl bei der gezeigten Ausfuhrungsform der Strömungsausgleichskörper 4 eine nach vorn divergierende kegelstumpfförmige Gestalt hat, kann er auch in Form einer rechtwinklig zur Längsachse der Brenncrkammcr verlaufenden Ringplatte ausgebildet sein, Dieser Strömungsausgleichskörper 4 dient dazu, die Vermischung des Brenngases mit Luft zu fordern Eine große Anzahl von Luftdurchtrittsuffnungen 5 in dem Stromungsausgleichskorper 4 verursacht, dall der VerbrLnnungsberejch entsprechend der Menge des /ugefuhrten Brenngases verschoben wird. Wenn beispielsweise die Menge des Brenngases relativ zur Luft gering ist, dann brennt das Brenngas in der Nähe der Luftdurchtrittsöffnungen 5, und wenn die Menge des Brenngases relativ zur Luft groß ist, dann brennt

ίο das Brenngas über der gesamten Oberflache des Stromungsausgleichskorpers 4.

Das bedeutet, daß standig eine stabile Verbrennung erzielt werden kann, unabhängig davon, ob die Menge des zugefuhrten Brenngases relativ /ur zugefuhrten Verbrennungsluft groß oder klein ist, und das Brenn gas kann vollständig verbrannt werden. Das heißt, es kann eine stabile und vollständige Verbrennung er zielt werden, sowohl wenn das Brenngas und die Luft im stöchiometrischen Mischverhältnis stehen als auch wenn die Menge der Luft relativ zum Brenngas über maßig groü ist. Die Bezugszahl 7 bezeichnet einen Sparbrenner, der sich konzentrisch ... dem Gasrohr ft erstreckt und so konstruiert ist. daß er .iincrhalb des Stromungsausgleichskorpers 4 eine Sparflamme bil det. Durch diese Konstruktion kann der Sparhren ner 7das Brennstoff Luft-Gemisch in der Brennkam mer 1 -.vanglaufig zünden. Da die Sparflamme innerhalb des Stromungsausgleichskorpers 4 gebildet wird, kann außerdem eine Überhitzung des Brenners vermieden werden, die sonst durch die Sparflamme verursacht wurde. Das ist insofern vorteilhaft, als es die Lebensdauer des Gasbrenners verlängert

Bei der oben beschriebenen Konstruktion wird das Brenngas von einer Gaseintrittsoffnung 8 durch das

Gasrohr 6 zur Innenseite des Stromungsausgleichskorpers 4 geleitet, d. h. in die Brennkammer 1. Andererseits wird Luft von einer Lufteintrittsöffnung 9 durch die Luftdurchtrittsöffnungen 5 in die Brennkammer 1 eingeführt. Das Brenngas und die Luft werdengemischt unddurch den Sparbrenner 7gczundet. Somit wird die Verbrennung eingeleitet. Da die Querschnittsfläche der Düse 3 kleiner ist als diejenige der brennkammer 1. reicht die Leistung der Brennkammer in diesem Fall bis zu 5000 bis 20000 χ K)⁴ Kcal/m'h. Bei Vollendung der Verbrennung in der Brennkammer werden die entstehenden Verbrennungsgase aus der Düse 3 in Form eines Heißgas-Stroms ausgestoßen. Die Geschwindigkeit des Heißgasstroms beträgt 100 bis 500 m see.

Die beschriebene Vorrichtung ist fur eine Verbrennung bei Luftuberschuß geeignet, wie es oben festgestellt wurde, und eine zufriedenstellende Verbrennung kann selbst bei einem Luftuberschußverhältnis von 5000% erzielt werden. Daher ist es nicht immer der F'il, daß die Temperatur der Verbrennungsgase, die aus der Düse 3 ausgestoßen werden, hoch ist, sondern die Verbrenncngsgasc können als warmer Wind ausgestoßen werden, beispielsweise mit einer Temperatur von 100" C. Das ist insofern vorteilhaft, als eine örtliche Überhitzung des Ofens, wenn der Gasbrenner in einem Heizofen angebracht ist, vermieden und eine gleichmäßige Temperaturverteilung in diesem Ofen erzielt werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Erzeugung eines Heißgasstrnmes hoher Geschwindigkeit, mit einem Brenner für gasformige Brennstoffe, mil einer im allgemeinen zylindrischen Brennkammer, an deren einem Ende eine Düse für den Austritt der verbrannten Gase und an deren anderem Ende ein Gasrohr konzentrisch angeordnet ist, das von einem mit einer Lufteintritlsöffnung versehenen Mantel umgeben ist, und mit einem im allgemeinen kegelstumpfförmig ausgebildeten durchlöcherten Strömungsausglcichskörper, der mit seinem verjüngten Ende in der Ebene der Gasaustrittsöffnung liegend zu dem Gasrohr konzentrisch angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsausgleichskörper (4) an seinem verjüngten Ende den gleichen Durchmesser wie die Gasaustrittsöffnung des Gasrohrs (6) aufweist so und mit die-em gasdicht verbunden ist und daß der Strömuiigsausgleichskörper (4) mit seinem erweiterten Ende in den zylindrischen Bereich der Brennkammer (1) hineinragt, wobei zwischen dem Umfangsrand des erweiterten Endes des Strömungsausgleichskörpers (4) und der Innenwand der Brennkammer (1) nur ein schmaler Ringspalt verbleibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (3) einen schlitzfürmigen Austrittsquerschnitt aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (3) koaxial zu der Längsachse de· Bren .kammer (1) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspn dl 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (3) unter einem Winkel, vorzugsweise unter einem rechten Winkel zu der Längsachse der Brennkammer (1) angeordnet ist.