DK161908B - Gasbraender - Google Patents

Description

DK 161908 B

Opfindelsen angår en gasbrænder af den i krav l's indledning angivne art. Det er almindeligt kendt i en gasbrænder at blande to gasser, hvoraf den ene er en brændbar 5 gas, såsom propan eller butan, og den anden en forbrændingsnærende gas, såsom luft, på en sådan måde at der dannes en brændbar blanding med høj brændværdi.

I visse arter af gasbrændere blandes disse to gasser fuldstændigt, inden de indføres i brænderen.

10 Ved hjælp af sådanne brændere kan der opnås en intens forbrænding af høj kvalitet, men de anvendes ikke mere i praksis, eftersom dannelsen af den brændbare blanding af brændgas og forbrændingsnærende gas udenfor brænderen nødvendiggør komplicerede og kostbare konstruktive foran-15 staltninger for at give installationen en acceptabel sikkerhed. Faktisk er en blanding af de to gasser i visse blandingsforhold særdeles eksplosiv.

Dette er årsagen til, at man efterhånden er gået over til at anvende brændere, hvori blandeprocessen foregår i 20 nærheden af brænderens "spids" eller udløb, og som forsynes særskilt med luft og gas, som blandes på bedst mulig måde med henblik på at sikre forbrændingen.

Et eksempel på en brænder af denne art er beskrevet i GB-patentskrift nr. 1.142.406. I denne brænder ledes 25 forbrændingsluften i en skruelinieformet bane gennem en ! rørformet kanal, og blander sig ved brænderspidsen med i brændgassen, der strømmer ud gennem åbninger i afgangs- ! enden på en hul aksel. Strømmene af gas og luft mødes j under en praktisk taget ret vinkel, hvad der bidrager til 30 opnåelse af en forholdsvis ensartet blanding med stor opvarmningsevne.

Disse brændere er særdeles enkle at installere og udviser 1 en høj grad af driftssikkerhed. Imidlertid er deres for- · i i 2

DK 161908 B

brændingsydelse utilstrækkelig ved visse specielle anvendelser, hvor der kræves en intens og fuldstændig forbrænding. I så fald kan man enten anvende specialbrændere, i 5 almindelighed med et forbrændingskammer, der er udformet af ildfast materiale, men som det et er vanskeligt og kostbart at opbygge, eller brændere med for-blanding ved indløbet.

Fra DE-patentskrift nr. 2.428.622 kendes- en brænde-r med 10 for-blanding af den i krav l's indledning angivne art.

Her strømmer forbrændingsgassen først i aksialretningen gennem kammeret, der er dannet mellem mellemrøret og inderrøret. En del af forbrændingsgassen trænger ind-i" inderrøret gennem en første række skråtstillede åbninger, 15 og blander sig med forbrændingsluften, der strømmer gennem inderrøret. Resten af den tilførte forbrændingsgas strømmer aksialt gennem det nævnte kammer og ind i et kammer, der er dannet mellem yderrøret og mellemrøret, gennem en anden række åbninger udformet i sidstnævnte, og 20 blander sig ved brænderspidsen med den gennem yderrøret strømmende forbrændingsluft.

Der dannes således to indbyrdes uafhængige for-blandinger, der strømmer gennem inderrøret henholdsvis yderrøret, og som blander sig med hinanden i brænderspidsen.

25 Imidlertid bliver luften og gassen ikke underkastet en tilstrækkeligt kraftig omrøring til at danne ensartede for-blandinger, hvad der dels skyldes, at luften i inderrøret strømmer praktisk taget laminært, dels at de to for-blandinger ikke krydser hinanden under en ret vinkel 30 i brænderspidsen.

Det er opfindelsens formål at afhjælpe ulemperne ved alle de ovenfor omtalte brændertyper, samtidigt som der opnås gode forbrændingsegenskaber, en enkel og økonomisk udformning og installation og en høj driftssikkerhed.

3

DK 161908 B

Til dette formål foreslås ifølge opfindelsen en brænder, hvor luft og gas tilføres særskilt og med indbyggede organer til delvis forudgående blanding af luft og gas, 5 idet der opnås en intens blanding og en hurtig forbrænding.

Dette formål opnås ved en gasbrænder af den indledningsvis nævnte art, som ifølge opfindelsen er ejendommelig ved den i krav l's kendetegnende del angivne udformning 10 og indretning.

Dannelsen af en ensartet for-blanding opnås ved hjælp af luftstrømmens hvirvlende bevægelser, der bevares i det mellemste rør. Denne strøm møder den i hovedsagen radiale gasstrøm under en ret vinkel og blandes derfor intimt med 15 denne. Den således dannede for-blanding strømmer videre til mellemkammerets afgangsende i en i alt væsentligt skruelinieformet bevægelse.

For-blandingens hvirvlende bevægelse omdannes af de andre afbøjningsorganer, f.eks. i form af langsgående ribber, 20 til en lineær strømning i hovedsagen koaksialt med rørene, mens forbrændingsluftens hvirvlende bevægelse af de første afbøjningsorganer, f.eks. en ringskive, afbøjes imod brænderens akse i form af en centripetal stråle, der ligger vinkelret på for-blandingsstrålen. Disse to strå-25 ler blandes derfor intimt og danner en fuldstændigt ensartet brændbar blanding.

Brænderen ifølge opfindelsen adskiller sig fra tidligere kendte brændere med forudgående blanding af luft og gas i ved at den blanding, der fremkommer ved brænderens 30 "spids" eller udmundingsende og her forbrændes, er gjort særdeles ensartet, had der er uomgængeligt nødvendigt til i opnåelse af en intens forbrænding uden ufuldstændigt forbrændte andele, takket være meget enkle konstruktive i foranstaltninger.

j i

. DK 161908 B

4

Denne ensartede blanding opnås ved samvirke mellem tre træk: en effektiv "omrøring" af luften og gassen i for-5 blandezonen mellem inderrøret og mellemrøret, først og fremmest understøttet af luftens hvirvlende bevægelse og den ringe tykkelse af luftlaget med ringformet tværsnit, en yderst stor endelig kontaktflade mellem for-blan-10 dingen og forbrændingsluften ved brænderens "spids", eftersom for-blandingen i form af et tyndt lag strømmer ind og "lamineres" mellem de to forbræn= dingsluftstrømme, en intens indbyrdes indtrængning af strålerne af for-15 blanding og luft, idet strømmene krydser hinanden i et område med formindsket tværsnit, der udgør brænderens "spids".

Den zone, hvori forbrændingen foregår og temperaturen er meget høj*, står' ikke i berøring med nogen del af bræn-20 deren, idet det af hensyn til vedligeholdet og materialeomkostningerne forbyder sig selv at anvende et hvilket som helst drøvleorgan eller andet funktionelt organ ned-strøms fra forbrændingszonen.

Det bør bemærkes, at den af forbrændingsluften bestående, 25 centripetale stråle bibeholder en hvirvelbevægelse, som river for-blandingens aksiale stråle med sig. Den endelige blanding har derfor også en vis hvirvelbevægelse, der er gunstig med henblik på opnåelse af en "kugleflamme", der som bekendt udviser et ringe rumfang og en høj 30 forbrændingsintensitet, takket være recirkulationen af de brændende gasser foran ringskiven. Selve ringskiven, der køles af forbrændingsluften, opvarmes kun i ringe omfang og kan derfor fremstilles af almindeligt stål.

For-blandingen, der indeholder en lille andel forbræn-35 dingsluft, der er trængt ind i mellemrøret og tjener til 5

DK 161908B

at transportere gassen, ligger uden for antændelighedsgrænserne. Desuden bevirker den "opretning”, som de langsgående ribber udøver på den med en hvirvlende 5 bevægelse strømmende forblanding, at for-blandingsstrålen forlader brænderens spids med en høj aksial hastighed.

Det vil kunne indses, at enhver risiko for tilbagetænding herved er undgået.

Den fremkomne flamme er meget stabil, uden at det er 10 nødvendigt på sædvanlig måde at træffe specielle foranstaltninger, såsom at anbringe et ildfast mundstykke.

Dels på grund af den hurtige forbrænding og flammens form, dels på grund af recirkulationen af brændgasserne ved brænderens spids, er det muligt at anvende en brænder 15 ifølge opfindelsen i et forbrændingskammer med ringe omfang eller et kammer, der er beliggende i det termiske aflukke, der skal opvarmes. Dersom forbrændingen sker i et kammer, kan dette være af metal og koldt uden risiko for at flammen "går ud" eller for dannelsen af ufor-20 brændte produkter.

Eftersom den i midterrøret strømmende forbrændingsluft begrænses af den indre ringskive, dannes der under denne en "død zone" eller område med lavere tryk, der omfatter åbningen i inderrøret. Det formindskede tryk bevirker, 25 at en del af for-blandingen tilsuges gennem åbningen, idet denne andel af for-blandingen blander sig med den i midterrøret strømmende luft til dannelse af en laminær blanding helt fri for turbulens, der er ophav til en ! j indre flamme i hovedflammen, der er "forankret" bag 30 afgangsringskiven. Denne flamme, der udviser en høj stabilitet, udgør faktisk en i brænderen indbygget tænd-flamme eller et "vågeblus". Denne tændflamme brænder ganske vist til stadighed, men kan let forsynes med en gastilførsel, der er uafhængig af hovedtilførslen af gas.

Tændflammens høje stabilitet gør det muligt at anvende en flammeovervågningsindretning baseret på ionisering, der 6

DK 161908 B

som bekendt kun virker korrekt dersom dens elektroder til stadighed befinder sig i et område, hvor forbrændingen er særdeles stabil. I det foreliggende tilfælde anbringes flammeovervågning s indretningens elektrode i tændflammen.

5 Det siger sig selv, at det er muligt at anvende en hvilken som helst anden kendt art af flammeovervågningsindretning i en brænder ifølge opfindelsen, f.eks. kan der anvendes en indretning med en for ultraviolet stråling følsom celle.

I så fald tjener inderrøret som "skuerør", idet der i yder-10 rørets endevæg er anbragt et gennemsigtigt vindue, som cellen kan "se igennem".

Opfindelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til det på tegningen viste udførelseseksempel på en gasbrænder ifølge opfindelsen, idet 15 fig. 1 viser brænderen set nedenfra efter pilen F i fig. 2, og fig. 2 er et aksialsnit efter linien II-II i fig. 1.

Den på tegningen viste brænder består af tre rørformede metalelementer 10, 12 og 14, f.eks. af stål, der er monte-20 ret indbyrdes koaksialt. Yderrøret 10 er ved den ene ende lukket af en endevæg 16 og er åbent i den anden ende. I nærheden af den nævnte anden ende er der på indervæggen i yderrøret 10 anbragt en ringskive 18, der er bestemt til at begrænse yderrørets gennemstrømningstværsnit.

25 Mellemrøret 12 har en diameter, der er så meget mindre end diameteren på yderrøret 10, at der mellem de to rør dannes et yderkammer 20. På samme måde afgrænser inderrøret 14 sammen med mellemrøret 12 et mellemkammer 22, og omgiver selv et inderkammer 24.

30 Rørene 12 og 14 har praktisk taget den samme længde og er kortere end den del af yderrøret 10, der ligger mellem endevæggen 16 og ringskiven 18. Rørene 12 og 14 er anbragt inden i yderrøret 10 på en sådan måde, at kamrene 20, 22 og 24 står i indbyrdes forbindelse ved begge ender.

DK 161908 B ! 7 I nærheden af endevæggen 16 er der i yderrøret 10 udformet en åbning 26, der står i forbindelse med en tangentialt til- ! løbende lufttilførselskanal 28 for forbrændingsluft fra en dertil indrettet blæser.

5 Gassen tilføres til mellemkammeret 22 under et højere tryk end luften ved hjælp af et langsgående gastilførselsrør 30, der er ført gennem en åbning i bundvæggen 16 og er indlejret i en udsparing i den øverste ende af inderrøret 14. Den del af gastilførselsrøret 30, der ligger inden i mellemkammeret 10 22, er forsynet med et antal åbninger 32, hvorigennem gas sen strømmer ud i radialretningen.

Mellemrøret 12 afsluttes ved sin nederste ende af en ringskive 34, der vender radialt udad over ringskiven 18 på en sådan måde, at den sammen med denne danner en ringkanal 36, 15 som i hovedsagen forløber radialt.

Inderrøret 14 er på ydersiden af sin nederste endedel forsynet med et antal langsgående ribber 38, der strækker sig radialt hen til mellemrøret 12. Den del af inderrøret 14, der er forsynet med ribberne 38, er gennembrudt af to åbnin-20 ger 40, der er fordelt over et tværsnit vinkelret på inderrøret 14. Desuden er inderrøret 14 på sin undervæg umiddelbart over åbningerne 40 forsynet med et ringskive 42, der strækker sig indad i inderrøret 14 på en sådan måde, at den begrænser gennemstrømningstværsnittet.

i 25 Den ovenfor beskrevne brænder virker på følgende måde:

Den gennem lufttilførselskanalen 28 tilførte luft strømmer tangentialt ind i yderkammeret 20, hvor den opdeles i: - en yderstrøm og en inderstrøm af forbrændingsluft, som begge bevæger sig skruelinieformet gennem yderkammeret 30 20 henholdsvis inderkammeret 24, og - en mellemstrøm af ringe volumen, der gennemstrømmer mellemkammeret 22, ligeledes i skruelinieform. Denne ! strøm møder den fra åbningerne 32 radialt udstrømmende ! 8

' DK 161908 B

gasstråle under et praktisk taget ret vinkel, hvad- der sikrer en energisk omrøring af luften og gassen og gør det muligt at opnå en ensartet for-blanding. Denne for-blanding bevæger sig langs med mellemrøret 12 i en skruelinieformet 5 bevægelse, hvorefter den af ribberne 38Γ orienteres i aksial-retningen på en sådan måde, at den ankommer ved brænderspidsen 44 med en maksimal aksial udløbshastighed.

Forbrændingsluften, der strømmer gennem yderkammeret 20, passerer gennem den af ringskiverne 18 og 34 afgrænsede 10 ringkanal 36, som retter forbrændingsluften mod brænderens akse. Strålerne af forbrændingsluft og af den nævnte forblanding vil således i brænderspidsen 44 mødes under en ret vinkel til dannelse af en ensartet brændbar blanding. Forbrændingsluftstrømmens hvirvelbevægelse bevares i den 15 dannede blanding, hvad der understøtter recirkulationen af forbrændingsprodukterne i blandingszonen og derved frembringer en forbrænding af typen "kugleflamme", der udmærker sig ved en flamme 45 af ringe rumfang og høj forbrændingsintensitet .

20 Desuden er enhver risiko for tilbagebrænding udelukket, eftersom for-blandingen, der strømmer gennem mellemkammeret 22 opstrøms fra brænderspidsen 44, indeholder for meget gas til at kunne antændes.

Den fremkomne flamme er særdeles stabil, uden at det er 25 nødvendigt at forsyne brænderen med specialudstyr, såsom en ildfast trækåbning. Til trods for flammens høje temperatur opvarmes ringskiven 18 kun lidt, da den afkøles af forbrændingsluften. Dette er årsagen til en vigtig fordel ved brænderen ifølge opfindelsen, nemlig at brænderens 30 bestanddele kan fremstilles af almindeligt stål.

På grund af den opnåede flammes hurtighed og udformning behøver brænderen ikke at omfatte mere end et forbrændingskammer 46 af meget ringe rumfang, således som det er vist i fig. 2, og brænderen kan også fungere uden et sådant kammer.

DK 161908 B

9 j

Inderrøret 14 kan tjene som betragtningsrør for en flammeovervågningsindretning af celletypen, som ikke er vist.

En gennemsigtigt skueglas 48 er derfor anbragt i bundvæggen 16 for at flammeovervågningsapparatet skal kunne "se" ind i Er og- gennem inderrøret 14. I inderrøret 14 kan der anbringes en elektrode tilhørende en flammeovervågningsindretning af ioniseringstypen. Som forklaret ovenfor bør denne elektrode anbringes i en zone med høj flammestabilitet, for at den strøm, som elektroden leverer, kan være repræsentativ for 10 brænderens funktionstilstand.

I den i fig. 2 viste brænder er zonen 50 med høj flammesta-bilitet anbragt indeni inderrøret 14 nedstrøms for den indvendige ringskive 42. Ringskiven 42 bremser strømningen af forbrændingsluft i inderkammeret 24 og danner derved en 15 "død zone" med formindsket tryk. Denne trykformindskelse bevirker tilsugning gennem åbningerne 40 af en ringe mængde for-blanding, der møder den gennem inderkammeret 24 strømmende forbrændingsluft til dannelse af en brændbar blanding, som- ikke roterer. Derved fremkommer en meget stabil, lille 20 central flamme 52, som "hænger fast" bag den indre ringskive 42 og faktisk udgør en i brænderen indbygget tændflamme eller et "vågeblus".

Tændflammen kan også forsynes med gas direkte fra tilførselsrøret 30 gennem en ikke vist kanal.

25 Denne tændflamme kan let tændes ved hjælp af en kendt højspændingsgnisttænder, og tænder derpå igen brænderens hovedflamme.

Tændingen af denne meget pålidelige tændflamme og brændgas-sens korte strømningsbane muliggør antændelsestider på 30 mindre end et sekund, hvorved der opnås en bedre sikkerhed end ved de fleste kommercielt tilgængelige brændere, og især en mulighed til at anvende brænderen med fuld sikkerhed i aflukker med meget lille rumfang eller med stort j trykfald. j i j 10

DK 161908 B

Det skal desuden bemærkes, at brænderen ifølge opfindelsen er enkelt opbygget og let at samle. Brænderen kan således opbygges ved hjælp af let tilgængelige emnematerialer, såsom rør og ringskiver af stål, der kan fastgøres til hin-5 anden ved hjælp af passende, billige organer. F.eks. kan mellemrøret 12 fastgøres koaksialt i yderrøret 10 ved hjælp af bolte gennem flige, der rager ud fra yderrøret 10's overkant, og inderrøret 14 holdes centreret i forhold til mellemrøret 12 ved hjælp af de langsgående ribber 38, der lig-10 ger an imod mellemrøret 12. Desuden fastholdes inderrøret 14 imod aksialforskydning af gastilførselsrøret 30.

Brænderen ifølge opfindelsen gør det muligt at opnå en hurtig, stabil og fuldstændig forbrænding med en intens varmeoverføring, uden at nogen del af brænderen er under-15 kastet særlige termiske begrænsninger.

Claims (10)

1. Gasbrænder med indbygget for-blanding og tre koaksiale rør, nemlig 5 a) et yderrør (10), hvori forbrændingsluften strømmer ind, b) et mellemrør (12), hvortil brændgassen strømmer, og c) et inderrør (14), hvortil forbrændingsluften ligeledes strømmer, 10 kendetegnet ved, I) at forbrændingsluften strømmer tangentielt ind i yderrøret (10) i nærheden af dettes ene, af en endevæg (16) lukkede ende, og opdeles i tre strømme, som hver gennemstrømmer yderrøret (10), 15 mellemrøret (12), henholdsvis inderrøret (14) med en skruelinieformet bevægelse, II) at forbrændingsgassen strømmer radialt ind i mellemrøret (12) ligeledes i nærheden af dettes nærmest endevæggen (16) beliggende ende og sammen 20 med den deri strømmende luft danner en ikke- brændbar for-blanding, III) at mellemrøret (12) og inderrøret (14) er åbne ved begge ender og ved en ende ender i en forud bestemt afstand fra endevæggen (16),

25 IV) at yderrøret (10) i kort afstand nedstrøms for mellemrørets (12) udløbsende er udstyret med første afbøjningsorganer (18) indrettet til at afbøje den ydre luftstrøm radialt mod brænderaksen, og ved

30 V) andre afbøjningsorganer (38), der er indrettet til at aksial-orientere for-blandingen, når denne strømmer ud af mellemrøret (12), på en sådan måde, at den krydser den ydre luftstrøm under en praktisk taget ret vinkel.

2. Brænder ifølge krav 1, kendetegnet ved, at de første afbøjningsorganer i det mindste omfatter en ring- DK 161908 B skive (18), der er fastgjort til indersiden af yderrøret (10) i kort afstand nedstrøms fra mellemrørets (12) afgangsende.

3. Brænder ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at mellemrøret (12) på sin afgangsende er udstyret med en henholdsvis en anden ringskive (34), der strækker sig udad og sammen med de første afbøjningsorganer henholdsvis den første ringskive (18) danner en ringformet kanal (36), 10 hvori den fra yderrøret (10) kommende forbrændingsluftstrøm afbøjes imod brænder-aksen.

4. Brænder ifølge krav 1, kendetegnet ved, at de andre afbøjningsorganer udgøres af langsgående, radiale ribber (38), der er anbragt mellem mellemrøret (12) og 15 inderrøret (14) i nærheden af disse rørs afgangsender.

5. Brænder ifølge et eller flere af kravene 1-4, kendetegnet ved, at der i den inden for ribberne (38) beliggende zone af inderrøret (14) er udformet mindst én åbning (40), der gør det muligt at aflede en brøkdel af 20 den i mellemrøret (12) strømmende for-blanding imod inderrøret (14), idet der umiddelbart opstrøms for åbningen eller åbningerne (40) er anbragt en forhindring eller ringskive (42), der er monteret i inderrøret (14) og ved hvilken der udvikler sig en central tændflamme (52).

6. Brænder ifølge et eller flere af kravene 1-4, kendetegnet ved, at inderrøret (14) omfatter en kanal, hvorigennem ren brændgas fra gastilførselsorganet (30) tilføres en tændflamme (52), der er "forankret" bag en ringskive (42) i inderrøret (14).

7. Brænder ifølge krav 5 eller 6, kendetegnet ved at der i inderrøret (14) i området for tændf lammen (52) er anbragt en flammeovervågningsindretning. DK 161908 B

8. Brænder ifølge krav 7, kendetegnet ved, at flammeovervågningsindretningen er af den art, der omfatter en for ultraviolet stråling følsom celle, idet der i 5 yderrørets (10) endevæg (16) er anbragt et skueglas (48).

9. Brænder ifølge krav 7, kendetegnet ved, af flammeovervågningsindretningen er af ioniseringstypen og omfatter en i tændflammen anbragt elektrode.

10. Brænder ifølge et eller flere af kravene 5-9, 10 kendetegnet ved, at der i inderrøret (14) i området for tændflammen (52) er anbragt en elektrisk tænder. i