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Strahlbrenner Die Erfindung betrifft einen Strahlbrenner, bei welchem
eine gasdurchlässige äußere Begrenzung mittels eines durch dieselbe durchtretenden
und in unmittelbarer Nähe derselben ohne katalytische Wirkung verbrennenden Gas-Luft-Gemisches
an der Außenseite auf Glühtemperatur von beispielsweise 70(? bis 800° C gebracht
wird, wobei die äußere Begrenzung des Brenners vorzugsweise zwei, gegebenenfalls
aber mehrere gasdurchlässige Schichten aufweist. Solche Strahlbrenner sind bekannt.
Bei einem bekannten Brenner dieser Art sind hintereinander in gewissen Abständen
gelochte, verhältnismäßig dicke und schwere keramische Platten angeordnet, von welchen
die äußerste die weitesten Durchtrittskanäle aufweist und durch die in . ihrem Bereich
stattfindende Verbrennung auf Glühtemperatur erhitzt wird. Diese bekannten, keramische
Platten aufweisenden Brenner sind außerordentlich schwer und teuer in der Herstellung,
träge im Betrieb und empfindlich gegen mechanische Beanspruchung. Diese Nachteile
gelten auch für die ebenfalls bekannten, nur eine keramische Platte aufweisenden
Strahlbrenner. Eine besondere Verteuerung ergibt sich bei diesen Brennern dadurch,
daß größere Platten aus einer Mehrzahl kleinerer Einzelplatten aufgebaut werden
müssen.
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Es sind auch Strahlbrenner bekannt, bei welchen die glühende Schicht
aus einer gazeartigen Hülle, z. B. einem Drahtgeflecht besteht. In den meisten Fällen
findet in. diesen Brennern die Verbrennung praktisch vollständig hinter den äußersten,
glühenden Hüllen statt, wobei in einem Abstand von der äußersten, glühenden Hülle
ein Rückschlaggitter so angeordnet und bemessen ist, daß es nicht auf Zündtemperatur
des Gemisches erhitzt werden kann. Der Nachteil dieser Brenner besteht darin, daß
verschiedene Hüllen an verschiedenen Stellen des Brenners gesondert befestigt werden
müssen, was die Fabrikation erheblich verteuert, besonders weil wenigstens eine
Hülle nicht am öffnungsrand des Brenners, sondern innerhalb desselben angebracht
werden muß. Auch bei bekannten Glühstrümpfen sind mehrere Hüllen in einem gegenseitigen
Abstand von beispielsweise 1,5 mm angeordnet worden, was eine äußerst heikle Fabrikation
ergab, und wobei Abweichungen von den geforderten Abständen im Betriebe sehr schwer
zu verhindern waren. Es sind auch mit einem einzigen Rückschlaggitter versehene
Bunsenbrenner bekannt, bei welchen jedoch diese einzige Hülle nicht auf Glühtemperatur
erhitzt wird.
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Demgegenüber ist nun der erfindungsgemäße Strahlbrenner dadurch gekennzeichnet,
daß die äußere Begrenzung ausschließlich aus gleichartigen, einander berührenden
gazeartigen Hüllen, z. B. Drahtgeflechten, besteht, wobei die äußerste, Schicht
als wärmeabstrahlende Glühfläche dient, während mindestens eine innere gazeartige
Hülle als Rückschlagsicherung vorgesehen ist. An Stelle mehrerer oder einer teueren,
schweren keramischen Brennerbegrenzung tritt nun hier eine einzige, im Aufbau und
in der Herstellung äußerst einfache Begrenzung aus aufeinandergeschichteten, gleichartigen
gazeartigen Hüllen, insbesondere Drahtgeflechten. Sobald die äußerste Hülle, die
an sich sehr leicht ist und geringe thermische Kapazität aufweist, auf Glühtemperatur
erhitzt ist, setzt die intensive Wärmestrahlung kurze Zeit nach Betriebsaufnahme
ein. Die Brennerbegrenzung besteht nicht mehr aus einzelnen, an verschiedenen Stellen
gesondert anzubringenden Elementen, sondern kann. als einheitliches Ganzes vorbereitet
und am Öffnungsrand des Brenners eingespannt werden, wobei die Begrenzung sowohl
bei der Fabrikation als auch im Betrieb unempfindlich gegen mechanische Einflüsse
ist. Es ist auch sehr leicht, der Begrenzung eine bestimmte erwünschte unebene Form
zu erteilen, wobei es von besonderem Vorteil ist, sie leicht konvex nach außen gewölbt
zu gestalten, um ungleichgerichtete Verbiegungen der Hüllen unter Wärmespannungen
zu verhindern.
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Es sind zwar auch katalytisch arbeitende Brenner bekannt, bei welchen
eine katalytisch wirkende, verhältnismäßig dicke, lose Schicht zwischen je zwei
feinen. Drahtgeflechten angeordnet ist, welche Drahtgeflechte ihrerseits. durch
äußere, festere und grobmaschigere
Drahtgeflechte gestützt werden.
Bei solchen katalytisch arbeitenden Brennern kommt der Rückschlagsicherung nicht
die Bedeutung zu, und sie stellt nicht dieselben Probleme, wie bei Brennern ohne
katalytische Verbrennung. Obwohl daher die aus einer von je zwei Drahtgeflechten
eingeschlossene katalytisch wirkende Schicht und je zwei sie einschließenden Drahtgeflechten
bestehende Begrenzung als einheitlich zu behandelndes und einzubauendes Gebilde
betrachtet werden kann, bietet doch der Aufbau aus drei verschiedenartigen Schichten,
von welchen der Katalysator keine bestimmte Form besitzt und daher von Drahtgeflechten
umschlossen sein muß, und der Einbau der Brennerbegrenzung erhebliche Schwierigkeiten
bei der Fabrikation. Vor allem aber haben diese bekannten katalytisch arbeitenden
Brenner nicht erkennen lassen, daß ein: noch einfacheren Aufbau einer rückschlagsicheren
Brennerbegrenzung aus aufeinanderliegenden Hüllen auch bei nicht katalytisch arbeitenden
Strahlbrennern möglich wäre, weil einerseits die Probleme in bezug auf die Rückchlagsicherheit
nicht vergleichbar sind und weil die katalytisch wirkende Schicht der bekannten
Brenner eine gewisse Dicke überschreitet und daher nicht als gazeartige Hülle bezeichnet
werden kann.
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In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Strahlbrenners im Axialschnitt dargestellt.
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Die Düse 1 des Brenners ist mittels einer Schraube 2 auf eine Gasleitung
3 aufgeflanscht. Das Gas strömt durch die zentrale Bohrung 4 der Schraube 2 zur
Düse 1 und tritt dann in das auf die Düse aufgeschobene und darauf mittels einer
Stellschraube festgehaltene Mischrohr 5 des Brenners aus. Das Mischrohr 5 weist
einen seitlichen Schlitz 6 auf, durch welchen Primärluft angesogen wird. Auf das
mit Gewinde versehene untere Ende des Mischrohres 5 ist der Brennerkopf aufgeschraubt,
welcher eine Verteilerhaube 7 und einen schalenartigen Brennerkorpus 8 mit stark
reflektierender Innenwand, beispielsweise aus Aluminium, aufweist. Auf die nach
außen gebogenen Ränder des Brennerkorpus 8 sind mittels eines Preßringes 9 zwei
gleichartige, siebartige Metallgitter oder Drahtnetze 10 aufgesetzt, welche die
äußere Begrenzung dies Brenners bilden. Diese Drahtnetze können beliebig fein; sein,
sollten jedoch eine Maschenweite von ungefähr 1 mm nicht überschreiten, da sonst
Rückzündungen auf die Brennerdüse nicht mit Sicherheit vermieden werden können.
Sehr gute Resultate wurden beispielsweise mit hochhitzebeständigen, korrosionsfesten
Drahtgeflechten erzielt.
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Der dargestellte und beschriebene Strahlbrennar funktioniert wie folgt:
Der aus der Brennerdüse 1 austretende Gasstrahl reißt Luft mit sich und vermischt
sich mit derselben im Mischrohr 5. Das brennbare Gas-Luft-Gemisch tritt dann durch
die nicht näher bezeichneten Öffnungen in. der Verteilerhaube 7 in den Brennerraum
zwischen den Geflechten 10 und dem Brennerkorpus 8 aus. Das Gemisch strömt von hier
durch die, Geflechte 10 durch und verbrennt in den Maschenöffnungen des äußeren
Geflechtes, wodurch letzteres so stark erhitzt wird, daß es zu glühen beginnt. Enthält
das Gemisch nicht genügend Sauerstoff zu einer vollständigen Verbrennung, so findet
eine Verbrennung der restlichen brennbaren Geniischanteüe unmittelbar außerhalb
des äußeren Geflechtes 10 statt, wo bereits Sekundärluft zutreten kann. Auch diese
letzte Verbrennungszone wirkt beheizend auf das äußere Geflecht 10. Das äußere Geflecht
erreicht dabei Temperatur von 700 bis 800° C, d. h. helle Rotglut.
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Wie erwähnt, spielt sich die Verbrennung in den Maschenöffnungen oder
in unmittelbarer Nähe des äußeren Geflechtes 10 ab und erhitzt dieses. Um die gewünschte
Strahlung zu erhalten, würde also grundsätzlich ein, einfaches Geflecht genügen.
Es hat sich aber gezeigt, daß bei einer solchen Anordnung die Flamme sehr leicht
auf die Brennerdüse zurückschlägt. Dieses Zurückschlagen wird nun in einfacher und
wirksamer Weise durch das innere Drahtgeflecht 10 verhindert. Die Gründe hierzu
sind oben erläutert worden. Die Rückschlagsicherung hat sich als besonders wirksam
erwiesen, wenn die Geflechte so angeordnet werden, daß die Drähte des einen Geflechtes
die Maschenöffnungen des anderen überdecken.
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Bei dieser versetzten Anordnung der Geflechtmaschen kann auch eine
bessere Abstrahlung von den äußeren Drahtflächen des inneren Geflechtes durch die
Maschenöffnungen des äußeren Geflechtes nach außen erfolgen, was zu einer intensiven
Strahlwirkung des ganzen Brenners und zu einer guten Kühlung des inneren Geflechtes
beiträgt. Der Wärmeübergang von dem hell glühenden äußeren Geflecht auf das innere
Geflecht wird dabei erschwert, so daß die Rückzündsicherheit durch diese Maßnahme
wesentlich erhöht wird.
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Die Masse und somit die Wärmekapazität der aus den Drahtgeflechten
10 bestehenden äußeren Brennerbegrenzung ist sehr klein. Die oben angegebene Glühtemperatur
wird im normalen Betrieb in weniger als 20 Sekunden erreicht. Trotzdem die Masse
der äußeren Begrenzung klein ist, ist jedoch die strahlende Fläche verhältnismäßig
groß, indem auch die von den seitlichen und inneren Drahtpartien abgestrahlte Wärme
entweder direkt oder nach Reflexion am Brennerkorpus 8 durch die Maschenöffnungen
austritt.
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Der aus einem gut leitenden Material, wie z. B. Aluminium, bestehende
Reflektor 8 leitet eine erhebliche Wärmemenge aus den direkt auf ihn aufliegenden
Geflechten 10, insbesondere aus dem inneren Geflecht ab und trägt damit sehr wirksam
zur Abkühlung dieses inneren Geflechtes und somit zur Erhöhung der Rückzündsicherheit
bei. Die auf diese Weise abgeleitete Wärme wird vom Reflektor durch Strahlung und
Konvektion an das einströmende Gas-Luft-Gemisch abgegeben. Es ergibt sich also durch
die Wärmeableitung in den Reflektor keine Senkung des Brennerwirkungsgrades. Es
ist also von Bedeutung, daß mindestens das Innere der Geflechte 10 mit einer möglichst
großen Fläche auf den Reflektor aufliegt, damit ein intensiver Wärmeaustausch zwischen
diesen Teilen erfolgen kann.
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Der Strömungswiderstand der äußeren, aus den Drahtgeflechten
10 bestehenden Brennerbegrenzung ist bezogen auf die Austrittsfläche sehr
klein. Unter diesen Umständen wird viel Primärluft angesaugt. Das brennbare Gas-Luft-Gemisch
ist also reich an Sauerstoff und wird praktisch vollständig in den Maschen des äußeren
Geflechtes verbrennen, so daß die ganze Verbrennungsenergie unmittelbar zur Erhitzung
des äußeren Geflechtes beitragen wird. Dadurch ergibt sich ein verhältnismäßig hoher
Wirkungsgrad des Strahlbrenners.
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Der beschriebene Strahlbrenner eignet sich beispielsweise als Strahlungsheizelement
in Trockenöfen
und Grillieröfen. Beim letztgenannten Anwendungszweck
ist auch der Umstand sehr wesentlich, daß die Anheizzeit des Brenners selbst verglichen
mit der Betriebszeit zum grillieren sehr klein ist, was zu dem bereits erwähnten
hohen thermischen Wirkungsgrad auch einen sehr guten Betriebswirkungsgrad ergibt.
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Die Geflechte 10 könnten natürlich verschiedene Maschenweite
aufweisen, wobei vorzugsweise das innere Geflecht feiner gewählt wird. Auch könnten
die Drahtgeflechte durch andere geeignete gasdurchlässige Hüllen, beispielsweise
dünne, grobporöse, gesinterte Schichten od. dgl., ersetzt sein. Auch könnten feuerfeste
Geflechte aus anderen Materialien als Metallen verwendet werden.
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Zur Erhöhung der Rückzündsicherheit kann es unter Umständen von Vorteil
sein, mehr als zwei gasdurchlässige Hüllen vorzusehen, die alle gleichartig oder
verschiedenartig aufgebaut sein könnten.