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Strahlrohr Strahlrohre, wie sie insbesondere in Industrieöfen Verwendung
finden, sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt und bestehen in ihrem grundsätzlichen
Aufbau aus dem eigentlichen Strahlrohr mit eingesetztem Brennerkopf und daran rückseitig
angeschlossenen Zuführungsleitungen für die Brennmittel und die Verbrennungsmittel,
wobei der Brennerkopf im allgemeinen eine zentrale Brennmittelaustrittsdüse und
umgebende Verbrennungsmittelaustrittsöffnungen aufweist. Durch die Verbrennung der
Brennmittel wird das Strahlrohr erwärmt, das seine strahlende Wärme dem zu erhitzenden
Gut abgibt. Im einzelnen sind sowohl solche Strahlrohre bekannt, bei denen das eigentliche
Strahlrohr ein Mantelrohr darstellt, in dem konzentrisch ein Innenrohr angeordnet
ist, wobei sich im Innenrohr der erwähnte Brennerkopf befindet und im Innenrohr
die Verbrennung stattfindet, während die Rauchgase durch den Ringraum zwischen Innenrohr
und Mantelstrahlrohr zurückgeführt werden, um unter Umständen die Brennmittel und
Verbrennungsmittel vorzuwärmen. Es sind aber auch solche Strahlrohre bekannt, in
denen die Rauchgase geradeaus und ohne Umlenkung von einer Seite zur anderen strömen.
In allen Fällen strömen bei den bekannten Ausführungsformen die aus der Brennmittelaustrittsdüse
und den Verbrennungsmittelaustrittsöffnungen austretenden Brennmittel bzw. Verbrennungsmittel
Strahlen im wesentlichen parallel zueinander und parallel zur Strahlrohrachse.
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Die bekannte Ausführungsform ist insofern nicht frei von Nachteilen,
als sich bei der beschriebenen Strömung der Brennmittel und Verbrennungsmittel ungleichmäßige
Erhitzungen des Strahlrohres, bzw. zunächst des Innenrohres, nicht vermeiden lassen.
Das gilt insbesondere für Teillastbetrieb. Auch läßt sich, wiederum bei Teillastbetrieb,
nicht vermeiden, daß die aus der Reaktion der Brennmittel mit den Verbrennungsmitteln
entstehenden Flamme das Strahlrohr oder Innenrohr unmittelbar beaufschlagt, welches
an derartigen Beaufschlagungsstellen leicht durchbrennt. Im Ergebnis ist die Lebensdauer
der bekannten Strahlrohre, selbst wenn diese aus hochwarmfestem Material hergestellt
werden, nicht befriedigend. - Die gleichen Nachteile gelten für eine Ausführungsform
mit U-förmig geführtem Strahlrohr, bei der Brennmittel und Verbrennungsmittel in
unter anderem einander parallelen, gleichsam kegelförmigen Strahlen aus dem Brennerkopf
austreten. Hier bildet sich gleichsam ein Brennpunkt, an dem Überhitzungen auftreten.
Auch entsteht ein verhältnismäßig kurzer Verbrennungsweg, und ist die Strömung im
ganzen infolge Fehlens einer Drallkomponente in den austretenden Brennmittel- bzw.
Verbrennungsmittelstrahlen wenig stabil.
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Im übrigen ist ein Gasbrenner bekannt, bei dem zur Aufrechterhaltung
des Mischungsverhältnisses bei verschiedenen Durchsatzmengen im Kreise angeordnete
Gasaustrittsdüsen angeordnet sind, deren Achsen Erzeugende eines Hyperboloids bilden,
wobei diese Verbrennungsmittelstrahlen von einem Mischrohr umgeben sind, welches
der Form des Hyperboloids derart. angepaßt ist, daß die aus den Düsen austretenden
Gasstrahlen die Mischrohrwand nicht treffen. Die beschriebenen Probleme bei Strahlrohren
sind durch diese bekannten Maßnahmen nicht beeinflußt worden.
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Die Erfindung betrifft ein Strahlrohr mit eingesetztem Brennerkopf
und daran angeschlossenen Zuführungsleitungen für die Brennmittel (z. B. Gas) und
die Verbrennungsmittel (z. B. Luft) sowie mit einer zentralen Brennmittelaustrittsdüse
und umgebenden Verbrennungsmittelaustrittsöffnungen. Die Erfindung ist gekennzeichnet
durch die Anwendung der an sich bekannten Merkmale, daß die aus dem Verbrennungsmittelaustrittsöffnungen
austretenden Verbrennungsmittelstrahlen (in geometrischer Betrachtung) die Erzeugenden
eines Rotatiorishyperboloids bilden, dessen Achsen mit -der Bre""m"ttelaustrittsdüsenachse
und damit Strahlrohrachse zusammenfällt. Offenbar besitzen die so orientierten Verbrennungsmittelstrahlen
eine Drallkomponente, die stabilisierend wirkt.
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Beschriebene Orientierung der Verbrennungsmittelstrahlen in bezug
auf den Brennmittelstrahl kann auf verschiedenste Weise verwirklicht werden, z.
B. durch besondere düsenförmige Gestaltung der Verbrennungsmittelaustrittsöffnungen
oder auch durch Leitvorrichtungen. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung,
die sich funktionell und
baulich durch Einfachheit auszeichnet,
ist dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsmittelaustrittsöffnungen in einer
Fläche angeordnet sind, die einerseits von der Brennmittelaustrittsdüsenmündung
nach außen trichterförmig ansteigt und andererseits in sich ein regelmäßiges Faltwerk
mit radialen Kämmen bzw. Tälern bildet. Der Begriff Faltwerk ist dabei in dem Sinne
gebraucht, wie er beispielsweise auch in der Statik üblich ist und weiter durch
die Figuren erläutert.
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Im einzelnen läßt sich die letztbesehriebene Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Strahlrohres auf verschiedene Weise weiter ausbilden. So geht ein Vorschlag der
Erfindung dahin, daß die zu je einem Kamm zusammenlaufenden Flächen des Faltwerkes
unterschiedlich steil, aber von Kamm zu Kamm gleich sind. Im allgemeinen wird man
im übrigen die Verbrennungsmittelaustrittsöffnungen in dem Faltwerk längs eines
oder mehrerer Kreise um die Brennmittelaustrittsdüsenachse auf gleichsinnig geneigten
Faltwerksflächen anordnen.
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Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind vor allem darin zu
sehen, daß durch Anwendung einer an sich bekannten Mischeinrichtung bei einem Strahlrohr
ein neuer Effekt erreicht, nämlich eine gleichmäßige Erwärmung des Strahlrohres
über seinen gesamten Umfang, insbesondere auch für Teillastbetrieb, gewährleistet
ist. Dabei ist infolge der Orientierung der Verbrennungsmittelstrahlen nach Richtung
von geraden Erzeugenden eines Rotationshyperboloids ein langer stabiler Verbrennungsweg
geschaffen und die Gefahr reduziert, daß die Flamme das Strahlrohr bzw. bei Ausführungsformen
mit Innenrohr das Innenrohr beaufschlagt und Durchbrennungen hervorruft. Darüber
hinaus erhält die Flamme und erhalten die Rauchgase einen vorteilhaften Drall, der
die Verbrennung fördert und eine gleichmäßige Temperaturverteilung bewirkt. Die
durch die Erfindung erreichten Vorteile bestehen bei der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung aber auch darin, daß sich der Brennerkopf des erfindungsgemäßen Strahlrohres
in der Ausführungsform mit Faltwerk auf einfachste Weise, z. B. durch Pressen oder
als Gußstück, herstellen läßt. Das erfindungsgemäße Strahlrohr kann selbstverständlich
mit oder ohne Innenrohr ausgeführt werden.
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Die Erfindung wird an Hand der lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden
Zeichnung ausführlicher erläutert; es zeigt F i g. 1 einen Axialschnitt durch ein
erfindungsgemäßes Strahlrohr, F i g. 2 einen vergrößerten Ausschnitt nach dem Gegenstand
nach F i g. 1 und F i g. 3 einen Schnitt in Richtung A-A durch den Gegenstand nach
F i g. 2.
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Das in den Figuren dargestellte Strahlrohr ist z. B. zur Strahlungsbeheizung
eines Industrieofens bestimmt und besteht in seinem grundsätzlichen Aufbau aus eben
dem eigentlichen Strahlrohr 1 mit einem darin eingesetzten Brennerkopf
2. An diesem Brennerkopf sind die Zuführungsleitungen 3, 4 für die Brennmittel
und Verbrennungsmittel angeschlossen, und zwar ist eine zentrale Brennmittelaustrittsdüse
5 vorgesehen und daran das zentrale Brennmittelzuführungsrohr 3 angeschlossen, welches
koaxial von dem umgebenden Verbrennungsmittelzuführungsrohr 20 aufgenommen
wird, über das die Verbrennungsmittel den Verbrennungsmittelaustrittsöffnungen
6 im Brennerkopf 2 zugeführt werden. Der Eintrittsstutzen für die
Verbrennungsmittel ist mit 7
bezeichnet, der für die Brennmittel mit
B. Im übrigen ist auf das Brennmittelzuführungsrohr 3 noch ein Schutzmantel
9 aufgeschoben, der dazu dient, naphteilig hohe, z. B. Zerfall von Kohlenwasserstoffen
bedingende, Erwärmungen des Brennmittels zu verhindern. Tatsächlich ist nämlich
das in den Figuren dargestellte Strahlrohr ein solches mit Innenrohr 10,
so daß die Rauchgase nach dem Verlassen des Innenrohres 10, wie die Pfeile
11 andeuten, umgelenkt werden und durch den Zwischenraum 12 zwischen
Strahlrohr 1 und Innenrohr 10 zurückströmen sowie Brennmittel und
Verbrennungsmittel vorwärmen. Die Abgase werden über den Rohrstutzen 13 abgeführt.
Die in den Figuren angedeuteten Flächen 14 sind Wärmeaustauschlamellen und
dienen insbesondere der Vorwärmung der Verbrennungsmittel.
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Wie in den Figuren durch die strichtpunktierten Linien 15 angedeutet
ist, ist bei dem dargestellten Strahlrohr die Anordnung so getroffen, daß die aus
den Verbrennungsmittelaustrittsöffnungen 6 austretenden Verbrennungsmittelstrahlen
in geometrischer Betrachtung die geraden Erzeugenden eines Rotationshyperboloids
bilden, dessen Achse mit der Brennmittelaustrittsdüsenachse 16 und damit
mit der Strahlrohrachse zusammenfällt. Dabei sind im Ausführungsbeispiel die Verbrennungsmittelaustrittsöffnungen
6 in einer Fläche angeordnet, die einerseits von der Mündung der Brennmittelaustrittsdüse
5 nach außen trichterförmig ansteigt und andererseits in sich ein regelmäßiges Faltwerk
mit radialen Kämmen 17
bzw. Tälern 18 bildet, die bei der beschriebenen
Ausführungsform offenbar in ihrer Höhe von außen nach innen abnehmen. Der Begriff
Faltwerk bedarf im einzelnen unter Hinweis auf insbesondere die F i g. 2 und die
F i g. 3 keiner weiteren Erläuterung mehr. Diese Figuren lassen im übrigen erkennen,
daß im Ausführungsbeispiel die zu je einem Kamm 17 zusammenlaufenden Flächen
a, b des Faltwerkes unterschiedlich steil, von Kamm zu Kamm aber gleich sind.
Die Verbrennungsmittelaustrittsöffnungen.6 sind im Ausführungsbeispiel längs eines
Kreises 19 in dem Faltwerk 17, 18 angeordnet, und zwar auf gleichsinnig geneigten
Faltwerkflächen. Im Ergebnis entsteht so eine rotierende Flamme, wobei sich der
Drall dieser Flamme auch in die Rauchgase hinein fortsetzt, so daß eine umfangmäßig
gleichmäßige Erwärmung des Strahlrohres 1 gewährleistet wird, während darüber
hinaus derartig lange Verbrennungswege sich ergeben, daß eine unmittelbare Beaufschlagung
im Ausführungsbeispiel des Innenrohres 10 durch die Flanune und folglich
das Durchbrennen desselben vermieden wird.