Die Erfindung betrifft einen Flachflammenbrenner mit einer Kammer mit einer einzigen Brennlufteinlassöffnung und einer Auslassöffnung, bei dem zumindest ein Teil der Wandung der Kammer zumindest über ein Kreisbogensegment gebogen ausgeführt ist und die Brennlufteinlassöffnung und eine stromaufwärts an die Brennlufteinlassöffnung angrenzende Brennluftzufuhr im Bereich der gebogenen Wandung derart angeordnet und ausgerichtet sind, dass ein durch die Brennlufteinlassöffnung eintretender Brennluftstrom tangential zu der Biegung der Wandung eintritt.

Für das Schmelzen, Wärmen und die Wärmebehandlung von Stahl, NE- Metallen, Glas und Keramik sowie anderen Produkten werden Thermoprozessanlagen eingesetzt. Diese Anlagen weisen einen Ofen auf, der durch Brenner erhitzt wird. Dabei verbrennen die Brenner im Bereich der Ofenwandung Brenngas mit Brennluft sowie mit teilweise angesaugter Ofenatmosphäre.

In vielen Industriezweigen hat sich für die Ofenbefeuerung die Bauform des Flachflammenbrenners durchgesetzt. Ein Flachflammenbrenner weist in der Regel eine zentrische Brenngasführung auf. Die Brennluft wird im so genannten Brennerkopf (Kammer) mit Dralleinbauten in Rotation versetzt. Durch den Drall und die hohe Rotationsgeschwindigkeit bildet sich die Flamme rotationssymmetrisch zum Brenner aus und liegt flach am Brennerstein und der Ofenwand an.

Als interne Abgasrückführung wird zentral Ofenatmosphäre angesaugt. Diese Abgasrückführung führt zu einer Stabilisierung der Flamme und einer Verdünnung des Brenngas-/Brennluft-Gemisches. Weiterhin heizt die Flamme den Brennerstein und die umgebende Ofenwand sehr gleichmäßig auf und kühlt sich damit gleichzeitig selber ab. Diese Mechanismen bewirken einen Abbau von Temperaturspitzen in der Flamme und helfen so, die Bildung von thermischen NO _x zu unterbinden.

Die Wärmeübertragung an das Nutzgut geschieht hauptsächlich durch Festkörperstrahlung von Brennerstein und Ofenwand sowie durch Gasstrahlung der Flamme.

Gattungsgemäße Flachflammenbrenner sind beispielsweise in US 4,220,444, US 3,748,087 oder US 4,487,573 beschrieben.

Nachteilig an den herkömmlichen Flachflammenbrennern sind die für die Erzeugung des Dralls notwendigen stationären oder angetriebenen Dralleinbauten. Angetriebene Dralleinbauten benötigen für ihren Antrieb Energie. Stationäre Dralleinbauten erzeugen Druckverluste, so dass für das Einbringen der Brennluft höhere Drücke notwendig sind, wodurch ebenfalls Energieverluste erzeugt werden.

Aus DE 28 54 395 A1 , US 3,836,315, DE 28 39 460 A1 , US 3,942,939 und SU 343 111 sind Flachflammenbrenner bekannt, bei denen die Brennluft durch eine oder mehrere Brennlufteinlassöffnungen einer zylinderförmigen Kammer zugeführt wird. Die Brennlufteinlassöffnung und die stromaufwärts an die Brennlufteinlassöffnung angrenzende Brennluftzufuhr ist in der Art angeordnet und ausgerichtet, dass ein durch die Brennlufteinlassöffnung eintretender Brennluftstrom tangential zu der Biegung der Wandung eintritt. Aus diesen Druckschriften ist es ferner bekannt, eine teilweise durch die Kammer geführte Brennerlanze zur Bereitstellung des Brenngases vorzusehen, wobei die Auslassöffnungen für den Austritt des Brenngases aus der Brennerlanze in der Kammer des Flachflammenbrenners, bzw. im Bereich der Auslassöffnung der Kammer des Flachflammenbrenners vorgesehen sind.

Aus DE 10 2004 047 443 B3 ist ein Flachflammenbrenner mit einer sich entlang einer Mittelachse erstreckenden Kammer mit einer Brennlufteinlassöffnung und einer Auslassöffnung bekannt, bei dem eine sich entlang der Mittelachse erstreckende Brennerlanze vorgesehen ist, die eine Austrittsöffnung aufweist, aus der Brenngas austreten kann, wobei die Austrittsöffnung derart an der Brennerlanze angeordnet ist, dass die Strömungsrichtung des aus der Austrittsöffnung ausströmenden Brenngases eine Strömungsrichtung aufweist, die in einem Winkel von > 0° und < 180° zur Mittelachse steht. Die Kammer des Flachflammenbrenners weist eine erste Teilkammer auf, die in dem Sprachgebrauch der DE 10 2004 047 443 B3 als Kammer bezeichnet wird. In dieser ersten Teilkammer (der Kammer) ist auch die Brennlufteinlassöffnung angeordnet. Der Durchmesser, bzw. die Ausdehnung der ersten Teilkammer (der Kammer) senkrecht zur Mittelachse bleibt über die Erstreckung der Teilkammer (der Kammer) in Richtung der Mittelachse gleich. Zumindest ein Teil der Wandung der ersten Teilkammer (der Kammer) ist zumindest über ein Kreisbogensegment gebogen ausgeführt. Die Brennlufteinlassöffnung und eine stromaufwärts an die Brennlufteinlassöffnung angrenzende Brennluftzufuhr sind im Bereich der gebogenen Wandung derart angeordnet und ausgerichtet, dass ein durch die Brennlufteinlassöffnung eintretender Brennluftstrom tangential zur Biegung der Wandung eintritt. Der aus DE 10 2004 047 443 B3 bekannte Flachflammenbrenner weist eine zweite Teilkammer auf, die im Sprachgebrauch der DE 10 2004 047 443 B3 als Brennerstein bezeichnet wird, an den die erste Teilkammer (die Kammer) angesetzt wird. Diese zweite Teilkammer (der Brennerstein) schließt sich in Strömungsrichtung der Brennluft an die erste Teilkammer an. Am Ende der zweiten Teilkammer (des Brennersteins) ist die Auslassöffnung angeordnet, wobei der Durchmesser der zweiten Teilkammer, bzw. die Ausdehnung senkrecht zur Mittelachse über die Erstreckung der zweiten Teilkammer von dem Übergang zur ersten Teilkammer in Richtung der Mittelachse auf die Auslassöffnung hin zunimmt. Die Austrittsöffnung an der Brennerlanze ist bei dem in DE 10 2004 047 443 B3 beschriebenen Flachflammenbrenner in der zweiten Kammer angeordnet. Die schematische Darstellung des Flachflammenbrenners gemäß DE 10 2004 047 443 B3 in Figur 1 der DE 10 2004 047 443 B3 zeigt die Austrittsöffnung an der Brennerlanze in einem Bereich der zweiten Teilkammer, der in Richtung der Mittelachse näher an dem Übergang zur ersten Teilkammer (zu der Kammer) angeordnet ist, als zu der ofeninnenseitigen Auslassöffnung der zweiten

Teilkammer (des Brennersteins).

Nachteilig an den aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen ist eine nach wie vor relativ hohe Schadstoffbelastung des Reaktionsprodukts NO _x aus Brennluft und Brenngas. Zusätzlich ist die thermische Belastung des

Brennersteins relativ hoch, sodass dessen Lebensdauer reduziert wird.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Flachflammenbrenner vorzuschlagen, der die Nachteile des Standes der Technik vermeidet.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der Ansprüche 1 , 2 und 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der hier nach folgenden Beschreibung angegeben:

Die Erfindung geht hinsichtlich der Anordnung der Austrittsöffnung an der Brennerlanze von dem Grundgedanken aus, die Austrittsöffnung möglichst nah an der Auslassöffnung vorzusehen. Erfindungsgemäß ist die Austrittsöffnung an der Brennerlanze in einem Bereich der zweiten Teilkammer angeordnet, der in Richtung der Mittelachse näher an der Auslassöffnung als an dem Übergang zur ersten Teilkammer angeordnet ist. Dadurch wird bewirkt, dass das Reaktionsprodukt der Reaktion aus Brennluft und Brenngas nur gering mit Schadstoffen, insbesondere gering mit thermischen NO _x belastet ist.

Der erfindungsgemäße Flachflammenbrenner weist damit eine sich entlang einer Mittelachse erstreckende Kammer mit einer Brennlufteinlassöffnung und einer Auslassöffnung auf, eine sich entlang oder parallel zur Mittelachse erstreckenden Brennerlanze, die eine Austrittsöffnung aufweist, aus der Brenngas austreten kann, wobei die Austrittsöffnung derart an der Brennerlanze angeordnet ist, dass die Strömungsrichtung des aus der Austrittsöffnung ausströmenden Brenngas eine Strömungsrichtung aufweist, die in einem Winkel von >0° und <180° zur Mittelachse steht, auf,

wobei

die Kammer eine erste Teilkammer aufweist, in der auch die Brennlufteinlassöffnung angeordnet ist und deren Durchmesser, bzw. deren Ausdehnung senkrecht zur Mittelachse über die Erstreckung der Teilkammer in Richtung der Mittelachse im wesentlichen gleich bleibt,

zumindest ein Teil der Wandung der ersten Teilkammer zumindest über ein Kreisbogensegment gebogen ausgeführt ist und die Brennlufteinlassöffnung und eine stromaufwärts an die Brennlufteinlassöffnung angrenzende Brennluftzufuhr im Bereich der gebogenen Wandung derart angeordnet und ausgerichtet sind, dass ein durch die Brennlufteinlassöffnung eintretender Brennluftstrom tangential zu der Biegung der Wandung eintritt, die Kammer eine zweite Teilkammer aufweist, die sich in Strömungsrichtung der Brennluft an die erste Teilkammer anschließt, an deren Ende die Auslassöffnung angeordnet ist und deren Durchmesser, bzw. deren Ausdehnung senkrecht zur Mittelachse über die Erstreckung der Teilkammer von dem Übergang zur ersten Teilkammer in Richtung der Mittelachse auf die Auslassöffnung hin zunimmt,

die Austrittsöffnung an der Brennerlanze in der zweiten

Teilkammer angeordnet ist,

bei dem die Austrittsöffnung an der Brennerlanze in einem Bereich der zweiten Teilkammer angeordnet ist, der in Richtung der Mittelachse näher an der Auslassöffnung als an dem Übergang zur ersten Teilkammer angeordnet ist. ln einer bevorzugten Ausführungsform sind die Austrittsöffnungen in einem Abstand von dem Übergang von der ersten Teilkammer zur zweiten Teilkammer angeordnet, der größer als 60%, insbesondere bevorzugt größer als 70% und ganz besonders bevorzugt größer als 80% des Abstands von dem Übergang der ersten Teilkammer zur zweiten Teilkammer zu der Auslassöffnung entspricht.

Die Nachteile des Standes der Technik können ergänzend oder alternativ auch mit einem Flachflammenbrenner mit einer sich entlang einer Mittelachse erstreckenden Kammer mit einer Brennlufteinlassöffnung und einer Auslassöffnung vermieden werden, der eine sich entlang oder parallel zur Mittelachse erstreckende Brennerlanze mit mindestens zwei Austrittsöffnungen aufweist, aus denen Brenngas austreten kann, wobei die Austrittsöffnungen derart an der Brennerlanze angeordnet sind, dass die Strömungsrichtung des aus den Austrittsöffnungen ausströmenden Brenngases eine Strömungsrichtung aufweist, die in einem Winkel von > 0° und < 180° zur Mittelachse steht, wobei eine sich entlang einer Mittelachse erstreckende Kammer mit einer Brennlufteinlaßöffnung und einer Auslaßöffnung, und eine sich entlang oder parallel zur Mittelachse erstreckenden Brennerlanze, die mindestens zwei Austrittsöffnungen aufweist, vorgesehen ist, aus der Brenngas austreten kann, wobei die Austrittsöffnungen derart an der Brennerlanze angeordnet sind, dass die Strömungsrichtung des aus den Austrittsöffnungen auströmenden Brenngas eine Strömungsrichtung aufweist, die in einem Winkel von >0° und <180° zur Mittelachse steht, wobei

die Kammer eine erste Teilkammer aufweist, in der auch die Brennlufteinlaßöffnung angeordnet ist und deren Durchmesser, bzw. deren Ausdehnung senkrecht zur Mittelachse über die Erstreckung der Teilkammer in Richtung der Mittelachse im wesentlichen gleich bleibt,

zumindest ein Teil der Wandung der ersten Teilkammer zumindest über ein Kreisbogensegment gebogen ausgeführt ist und die Brennlufteinlaßöffnung und eine stromaufwärts an die Brennlufteinlaßöffnung angrenzende Brennluftzufuhr im Bereich der gebogenen Wandung derart angeordnet und ausgerichtet sind, daß ein durch die Brennlufteinlaßöffnung eintretender Brennluftstrom tangential zu der Biegung der Wandung eintritt, die Kammer eine zweite Teilkammer aufweist, die sich in Strömungsrichtung der Brennluft an die erste Teilkammer anschließt, an deren Ende die Auslaßöffnung angeordnet ist und deren Durchmesser, bzw. deren Ausdehnung senkrecht zur Mittelachse über die Erstreckung der Teilkammer von dem Übergang zur ersten Teilkammer in Richtung der Mittelachse auf die Auslaßöffnung hin zunimmt,

eine erste Austrittsöffnung der mindestens zwei Austrittsöffnungen an der Brennerlanze in der zweiten Teilkammer angeordnet ist,

und

eine zweite Austrittsöffnung der mindestens zwei Austrittsöffnungen an der Brennerlanze in der ersten Teilkammer angeordnet ist.

Bei diesem zu dem vorstehenden ersten Aspekt ergänzend einsetzbaren oder alternativen Aspekt wird durch die zweite Austrittsöffnung, die an der Brennerlanze in der ersten Teilkammer angeordnet ist, erreicht, dass die Brennerlanze gut zündet.

In einer bevorzugten Ausführungsform dieses zweiten Aspekts der Erfindung sind eine oder mehr Austrittsöffnungen an der Brennerlanze in einem Bereich der zweiten Teilkammer angeordnet, der in der Richtung der Mittelachse näher an der Auslassöffnung als an dem Übergang zur ersten Teilkammer angeordnet ist, die so ausgeführt sind, dass mindestens 50 % des gesamthaft aus allen Austrittsöffnungen der Brennerlanze austretenden Brenngases aus der einen Austrittsöffnung oder den Austrittsöffnungen austritt, die in einem Bereich der zweiten Teilkammer angeordnet sind, der in Richtung der Mittelachse näher an der Auslassöffnung als an dem Übergang zur ersten Teilkammer angeordnet ist. Der verbleibende Teil des Brenngases tritt aus einer oder mehr Austrittsöffnungen aus, die nicht in einem zweiten Bereich der Teilkammer angeordnet sind, der in Richtung der Mittelachse näher an der Auslassöffnung als an dem Übergang zur ersten Teilkammer angeordnet ist. Es ist bevorzugt, dass das Brenngas mehrheitlich aus der, bzw. den Austrittsöffnungen austritt, die in einem Bereich der zweiten Teilkammer angeordnet sind, der in Richtung der Mittelachse näher an der Auslassöffnung als an dem Übergang zur ersten Teilkammer angeordnet ist, um die Vorzüge hinsichtlich der Reduktion der

Schadstoffe im Reaktionsprodukt auszunutzen. Insbesondere bevorzugt tritt mehr als 60 %, besonderes bevorzugt mehr als 70 % und insbesondere bevorzugt mehr als 80 % des gesamthaft aus allen Austrittsöffnungen der Brennerlanze austretenden Brenngases aus der Austrittsöffnung oder den Austrittsöffnungen aus, die in einem Bereich der zweiten Teilkammer angeordnet sind, der in Richtung der Mittelachse näher an der Auslassöffnung als an dem Übergang zur ersten Teilkammer angeordnet ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Austrittsöffnung an der Brennerlanze in Richtung der Mittelachse gesehen in einem Bereich der ersten Teilkammer angeordnet, in dem auch die Brennlufteinlassöffnung angeordnet ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind in Richtung der Mittelachse gesehen nur an zwei oder drei Stellen entlang der Erstreckung der

Brennerlanze in Richtung der Mittelachse Austrittsöffnungen vorgesehen. Dies erlaubt eine einfache Bauform der Brennerlanze und eine guten Gemischbildung aus Brennluft und Brenngas in der Kammer des Flachflammenbrenners.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind in einem Bereich der zweiten Teilkammer, der in Richtung der Mittelachse näher an der Auslassöffnung als an dem Übergang zur ersten Teilkammer angeordnet ist, mehrere Austrittsöffnungen an der Brennerlanze angeordnet, wobei die Austrittsöffnungen ringförmig an der zumindest in diesem Bereich im

Querschnitt rund, bzw. elliptisch ausgebildeten Brennerlanze angeordnet sind. Insbesondere bevorzugt sind in diesem Bereich der zweiten Teilkammer nur Austrittsöffnungen angeordnet, die ringförmig an der zumindest in diesem Bereich senkrecht zur Mittelachse gewählten Querschnitt rund, bzw. elliptisch ausgebildeten Brennerlanze angeordnet sind und außerhalb dieses einen Rings in diesem Bereich der zweiten Teilkammer keine weiteren Austrittsöffnungen angeordnet sind.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind in einem Bereich der ersten Teilkammer mehrere Austrittsöffnungen an der Brennerlanze angeordnet, wobei die Austrittsöffnungen ringförmig an der zumindest in diesem Bereich im Querschnitt rund, bzw. elliptisch ausgebildeten Brennerlanze angeordnet sind.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist nur eine einzige Austrittsöffnung an der Brennerlanze in Richtung der Mittelachse gesehen in einem Bereich der ersten Teilkammer angeordnet, in dem auch die Brennlufteinlassöffnung angeordnet ist.

In einem zu den ersten beiden Aspekten der Erfindung alternativen oder ergänzenden dritten Aspekt der Erfindung ist ein Flachflammenbrenner mit einer sich entlang einer Mittelachse erstreckenden Kammer mit einer Brennlufteinlassöffnung und einer Auslassöffnung vorgesehen, bei dem zumindest ein Teil der Wandung der Kammer zumindest über ein Kreisbogensegment gebogen ausgeführt ist und die Brennlufteinlaßöffnung und eine stromaufwärts an die Brennlufteinlaßöffnung angrenzende Brennluftzufuhr im Bereich der gebogenen Wandung derart angeordnet und ausgerichtet sind, daß ein durch die Brennlufteinlaßöffnung eintretender Brennluftstrom tangential zu der Biegung der Wandung eintritt, wobei die Brennluftzufuhr durch Begrenzungswände begrenzt wird und zwei Begrenzungswände derart ausgebildet sind, dass sie an der Brennlufteinlaßöffnung jeweils in einem

Winkel BETA und BETA2 zur Senkrechten auf die Mittelachse an die Wandung der Kammer angrenzen, wobei BETA und BETA2 derart gewählt sind, dass sich diese beiden Begrenzungswände ausgehend von der Wandung der Kammer von der Auslassöffnung fort und nicht zur Auslassöffnung hin erstrecken. In einer alternativen Bauform werden BETA und BETA2 derart gewählt, dass sich diese beiden Begrenzungswände ausgehend von der Wandung der Kammern zu der Auslassöffnung hin erstrecken.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind BETA und BETA2 unterschiedlich, auch wenn BETA und BETA2 auch gleich gewählt werden können. In einer bevorzugten Ausführungsform sind BETA und BETA2 kleiner als 75°, inbesondere kleiner als 45°, besonders bevorzugt kleiner als 30° und ganz besonders bevorzugt kleiner als 15°.

Bei den erfindungsgemäßen Flachflammenbrennern kann durch ein tangentiales Einleiten der Brennluft in eine zumindest zum Teil gebogene Kammer eine Drallerzeugung bewirkt werden. Auf diese Weise kann ein hinreichender Drall erzeugt werden, so dass auf weitere Einbauten zur Drallerzeugung verzichtet werden kann, auch wenn diese zur Unterstützung der durch die tangentiale Einleitung der Brennluft bewirkte Drallerzeugung ergänzend vorgesehen sein können.

Der Verzicht auf Einbauten zur Drallerzeugung vereinfacht die Konstruktion des Flachflammenbrenners. Der Instandhaltungsaufwand ist geringer, wodurch die Nutzzeit des Flachflammenbrenners erhöht wird. Ferner entfällt die bei Einbauten zur Drallerzeugung notwendige Kühlung dieser Brennerkomponenten. Dadurch kann die sonst durch die Kühlung dieser Brennerkomponenten beeinflusste Regelung der Ofenatmosphäre besser durchgeführt werden. Ferner erlaubt der einbautenfreie Flachflammenbrenner den Einsatz einer regenerativen Wärmerückgewinnung. Ebenso kann der erfindungsgemäße Flachflammenbrenner mit einer hohen Brennluftvorwärmung betrieben werden.

Der erfindungsgemäße Flachflammenbrenner weist eine Kammer mit einer Brennlufteinlassöffnung und einer Auslassöffnung auf. Weist der Flachflammenbrenner eine erste Teilkammer und eine zweite Teilkammer auf, sodass in der ersten Teilkammer die Brennlufteinlassöffnung angeordnet ist und am Ende der zweiten Teilkammer die Auslassöffnung angeordnet ist, kann die zweite Teilkammer durch ein weiteres Brennerbauteil, beispielsweise einen Brennerstein gebildet werden. Bei dieser Bauform weist die erste Teilkammer eine Öffnung auf, die an eine korrespondierende Öffnung des nächsten Brennerbauteils angesetzt wird. Der Übergang von der ersten Teilkammer zur zweiten Teilkammer wird dann durch das Zusammenwirken der Öffnung der ersten Teilkammer mit der korrespondierenden Öffnung des weiteren Brennerbauteils gebildet. Als weiteres Brennerbauteil kann ein Brennerstein eingesetzt werden. Diese Brennersteine sind Steine aus feuerfestem Material, deren Durchgangsöffnung sich von dem Übergang zur ersten Teilkammer zum Ofeninneren hin, also zur Auslassöffnung hin, erweitert. Dabei ist die die sich erweiternde Öffnung begrenzende Wandung des Brennersteins regelmäßig hyperbolisch im Querschnitt; sie kann jedoch in Abhängigkeit der gewünschten Flammenführung einen anderen Übergang von einem kleinen zu einem großen Querschnitt aufweisen, beispielsweise einen konischen Querschnitt, gestuft oder teilkreisförmig, beispielsweise als Viertelteilkreis ausgebildet sein. Der Flachflammenbrenner kann an beliebigen Wänden eines Ofens angebracht werden, beispielsweise den Seitenwänden oder der Ofendecke. Der Übergang von der ersten Teilkammer zur zweiten Teilkammer wird jedoch nicht zwingend durch den Übergang von einer von außen an ein weiteres Brennerelement angesetzten Teilkammer zum weiteren Brennelement definiert. Die erste Teilkammer wird dadurch definiert, dass sie einen Durchmesser, bzw. eine Ausdehnung senkrecht zur Mittelachse über die Erstreckung der ersten Teilkammer aufweist, die in Richtung der Mittelachse im wesentlichen gleich bleibt. Die zweite Teilkammer schließt sich in Strömungsrichtung an die erste Teilkammer an, wobei der Durchmesser der zweiten Teilkammer, bzw. deren Ausdehnung senkrecht zur Mittelachse über die Erstreckung der Teilkammer von dem Übergang zur ersten Teilkammer hin in Richtung der Mittelachse auf die Auslassöffnung zunimmt. Ausgehend von dieser Definition der ersten

Teilkammer und der zweiten Teilkammer sind Bauformen denkbar, bei denen sich die erste Teilkammer bis in das weitere Brennerelement hinein erstreckt, beispielsweise wenn ein Ofen fern liegender Teil des Brennersteins so ausgebildet ist, dass sein Durchmesser, bzw. seine Ausdehnung senkrecht zur Mittelachse über einen Bereich in Richtung der Mittelachse im wesentlichen gleich bleibt. Der Übergang von der ersten Teilkammer zur zweiten Teilkammer ist dann innerhalb des Brennersteins angeordnet.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Durchmesser, bzw. die Ausdehnung der ersten Teilkammer senkrecht zur Mittelachse über die gesamte Erstreckung der Teilkammer in Richtung der Mittelachse konstant. Insbesondere bevorzugt ist die erste Teilkammer zylinderförmig, bzw. mit konstant bleibendem elliptischem Querschnitt ausgebildet. Es ist jedoch denkbar, dass sich der Durchmesser der ersten Teilkammer bzw. ihre Ausdehnung senkrecht zur Mittelachse vom Ofen fern liegenden Ende der

Teilkammer bis zum Übergang zur zweiten Teilkammer leicht zu- oder abnimmt, weshalb der Durchmesser, bzw. die Ausdehnung der ersten Teilkammer senkrecht zur Mittelachse als im wesentlichen gleich bleibend definiert wird. In einer bevorzugten Ausführungsform nimmt die Querschnittsfläche in der Ebene senkrecht zur Mittelachse bei der ersten Teilkammer vom Ofen fernen Ende der ersten Teilkammer bis zum Übergang zur zweiten Teilkammer um nicht mehr als 20 %, insbesondere bevorzugt um nicht mehr als 10 %, insbesondere bevorzugt um nicht mehr als 5 % und ganz besonders bevorzugt um nicht mehr als 1 % zu. In einer bevorzugten Ausführungsform nimmt die Querschnittsfläche in der Ebene senkrecht zur Mittelachse bei der ersten Teilkammer vom Ofen fernen Ende der ersten Teilkammer bis zum Übergang zur zweiten Teilkammer um nicht mehr als 20 %, insbesondere bevorzugt um nicht mehr als 10 %, insbesondere bevorzugt um nicht mehr als 5 % und ganz besonders bevorzugt um nicht mehr als 1 % ab.

Die Kammer wird durch Wandungen begrenzt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindestens ein Teil der Wandung, insbesondere die Seitenwandung, der Kammer zumindest über ein Kreisbogensegment gebogen ausgeführt. Insbesondere bevorzugt ist die Kammer bezüglich der Mittelachse zylindrisch oder elliptisch ausgeformt. Die durch die tangentiale Einleitung der Brennerluft bewirkte Drallerzeugung wird jedoch bereits erreicht, wenn Teile der die Brennlufteinlassöffnung umgebenden Wandung gebogen ausgeführt sind, um der dort eingeleiteten Brennerluft ihre Strömungsrichtung (Drallerzeugung) zu geben.

Die Brennerluft wird der Brennlufteinlassöffnung durch eine Brennluftzufuhr zugeführt. Brennlufteinlassöffnung und Brennluftzufuhr sind derart angeordnet und ausgerichtet, dass der durch die Brennlufteinlassöffnung eintretende Brennluftstrom tangential zu der Biegung der Wandung eintritt.

Der erfindungsgemäße Flachflammenbrenner kann mehrere Brennlufteinlassöffnungen und ihnen zugeordnete Brennluftzufuhren aufweisen. Der in der Kammer erzeugte Brennluftstrom setzt sich dann aus den über die einzelnen Brennlufteinlassöffnungen zugeführten Brennluftströmen zusammen. Besonders bevorzugt ist die in Richtung der senkrecht auf der Ebene der

Auslassöffnung stehenden Mittelachse ausgerichtete Wandung der Kammer (Seitenwandung) bezüglich der Mittelachse symmetrisch ausgebildet, insbesondere bevorzugt im Querschnitt rund oder elliptisch. Hierdurch können für eine homogene Flammenausbildung benötigte homogene Brennluftströmungen erzeugt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Strömungsquerschnitt der Brennlufteinlassöffnung kleiner als der kleinste Strömungsquerschnitt der Kammer. Hierdurch werden Druckverluste reduziert. Der Strömungsquerschnitt ist insbesondere der freie Querschnitt, der senkrecht zur Hauptströmungsrichtung liegt und so den Wert der mittleren Strömungsgeschwindigkeit bestimmt. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist der Strömungsquerschnitt der Brennlufteinlassöffnung kleiner als der größte Strömungsquerschnitt der Kammer.

In einer bevorzugten Ausführungsform, insbesondere um einen besonders großen Drall des Brennluftstroms in der Kammer zu erzeugen, wird eine sich in Richtung der Mittelachse erstreckende, flach ausgebildete Brennlufteinlassöffnung vorgesehen. Der Querschnitt der Brennlufteinlassöffnung ist vorzugsweise rechteckig oder elliptisch. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Querschnitt der Brennlufteinlassöffnung rund ausgebildet.

Die Brennluftzufuhr kann so ausgebildet sein, dass das Geschwindigkeitsprofil im Einlassquerschnitt weitestgehend homogen ist. Querschnittssprünge sowie große Winkel zur Verjüngung oder Erweiterung werden vorzugsweise vermieden.

Die Brennluftzufuhr kann zur Brennlufteinlassöffnung hin verjüngend ausgebildet sein. Dadurch wird die Strömungsgeschwindigkeit erhöht, wodurch der erzeugte Drall erhöht wird.

Insbesondere um der Brennluftströmung in der Kammer eine Richtung auf die Auslassöffnung zu zu geben, kann die Brennluftzufuhr derart ausgebildet sein, dass der durch die Brennlufteinlassöffnung eintretende Brennluftstrom teilweise in Richtung auf die Auslassöffnung strömend ausgerichtet ist. Bei Flachflammenbrennern, bei denen das Brenngas durch eine durch die Kammer geführte Brennerlanze strömt, ist es von Vorteil, wenn die Brennlufteinlassöffnung und Brennluftzufuhr derart angeordnet und ausgerichtet sind, dass der durch die Brennlufteinlassöffnung eintretende Brennluftstrom über die Brennerlanze strömt. Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass die untere Begrenzungskante der Brennlufteinlassöffnung, im Querschnitt betrachtet, oberhalb des äußeren Umfangs der meist achsparallel zur Mittelachse geführten Brennerlanze angeordnet ist.

Insbesondere bevorzugt wird der erfindungsgemäße Flachflammenbrenner bei hohen Brennlufttemperaturen eingesetzt. Häufig werden bei hohen Brennlufttemperaturen thermischen Regeneratoren eingesetzt. Die Brennluft kann durch diese thermischen Regeneratoren sehr hohe Temperaturen aufweisen. Die hohen Temperaturen können aber auch auf andere Weise erzeugt werden. Die regenerative Wärmerückgewinnung kann insbesondere nach der Art des in DE 199 3 513 C1 beschriebenen Regenerators ausgebildet sein. Auf DE 199 33 513 C1 wird für die Ausgestaltung eines vorzugsweise vorzusehenden Regenerators ausdrücklich Bezug genommen und diese als Offenbarung des erfindungsgemäß einzusetzenden Regenerators angesehen.

"Brennluft" ist nicht auf Luft beschränkt, sondern umfasst jeglichen Oxidator (Sauerstofflieferant), der zur Oxidation (Verbrennung) von Brenngas eingesetzt wird. Da in derartigen Öfen die Brenngaszufuhr und die Brennluftzufuhr vertauscht werden können, beispielsweise beim Einsatz von Schwachgas, bei dem ein deutlich höherer Volumenanteil an Brenngas im Verhältnis zur Brennluft eingebracht wird, sind die Begriffe Brennluft und Brenngas auch mit vertauschter Bedeutung zu verstehen, so dass die Erfindung auch solche Flachflammenbrenner umfasst, bei denen nicht die eigentliche Brennluft durch eine Brennlufteinlassöffnung tangential zu der Biegung der Wandung eintritt, sondern eigentlich das Brenngas, das dann (zur Begriffswahrung innerhalb dieses Textes und der Ansprüche) als "Brennluft" bezeichnet wird, während der eigentliche Oxidator auf anderem Wege, beispielsweise über eine Brennerlanze eingebracht wird. In dieser Beschreibung wird als Mittelachse der Kammer insbesondere bevorzugt die Achse bezeichnet, die durch die Mittelpunkte der Kreise bei einer ersten Teilkammer mit senkrecht zu ihrer Längserstreckung kreisförmigen Querschnitten geht, bzw. durch die Schnittpunkte der beiden Achsen der Ellipsen einer senkrecht zu ihrer Längsachse mit elliptischen Querschnitten ausgebildeten ersten Kammer geht.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 den Grundaufbau eines Flachflammenbrenners in seiner

Einbaulage in einer Industrieofenanlage in einem schematischen Querschnitt;

Fig. 2 den erfindungsgemäßen Flachflammenbrenner in einem

Querschnitt senkrecht zur Mittelachse und

Fig.3 den erfindungsgemäßen Flachflammenbrenner in einer geschnittenen Draufsicht und

Fig. 4 den erfindungsgemäßen Flachflammenbrenner in einer alternativen

Ausführungsform in einer geschnittenen Draufsicht.

Der in Figur 1 dargestellte Flachflammenbrenner 1 weist eine sich entlang der strichpunktiert dargestellten Mittelachse A erstreckende Kammer 2 mit einer Brennlufteinlassöffnung 3 und einer stromaufwärts an die Brennlufteinlassöffnung 3 angrenzenden Brennluftzufuhr 4 auf. Der Flachflammenbrenner 1 weist ferner eine Auslassöffnung 12 auf. Der Flachflammenbrenner weist eine sich entlang zur Mittelachse A erstreckende Brennerlanze 7 auf, die mehrere Austrittsöffnungen 8 aufweist, aus denen Brenngas austreten kann, wobei die Austrittsöffnungen 8 derart an der Brennerlanze 7 angeordnet sind, dass die Strömungsrichtungen des aus den Austrittsöffnungen 8 ausströmenden Brenngases eine Strömungsrichtung aufweist, die in einem Winkel von > 0° und < 180° zur Mittelachse A steht. Die Kammer 2 weist eine erste Teilkammer 13 auf, in der auch die Brennlufteinlassöffnung 3 angeordnet ist und deren Durchmesser senkrecht zur Mittelachse über die Erstreckung der Teilkammer 13 in Richtung der Mittelachse gleich bleibt. Die erste Teilkammer 13 wird teilweise durch ein auf den Brennerstein 6 aufgesetztes Bauelement gebildet, erstreckt sich aber über den Übergang 5 des aufgesetzten Bauelements zum Brennerstein 6 hinweg weiter fort und bis zu dem Teil des Brennersteins 6, in dem sich die Wandung der Durchtrittsöffnung durch den Brennerstein zum Ofeninneren 9 hin hyperbolisch aufweitet. Die Kammer 2 weist eine zweite Teilkammer 14 auf, die sich in Strömungsrichtung der Brennluft an die erste Teilkammer 13 anschließt. Am Ende der zweiten Teilkammer 14 ist die Auslassöffnung 12 angeordnet. Der Durchmesser der sich zum Ofeninneren hin hyperbolisch aufweitenden zweiten Teilkammer 14 nimmt senkrecht zur Mittelachse A über die Erstreckung der Teilkammer 14 von dem Übergang zur ersten Teilkammer 13 Richtung der Mittelachse A auf die Auslassöffnung 12 hin zu.

Die Austrittsöffnungen 8 an der Brennerlanze sind sowohl in der zweiten Teilkammer 14 als auch in der ersten Teilkammer 13 angeordnet.

Die zweite Teilkammer 14 hat in Richtung der Mittelachse A eine Gesamterstreckung H. Die Austrittsöffnungen 8 an der Brennerlanze in der zweiten Kammer 14 sind in einem Bereich der zweiten Teilkammer 14 angeordnet, der in Richtung der Mittelachse näher an der Auslassöffnung 12 als an dem Übergang zur ersten Teilkammer 13 angeordnet ist. Die in der Figur 1 dargestellte Länge L ist größer als 0,5 x H.

In dem Bereich der zweiten Teilkammer 14, der in Richtung der Mittelachse A näher an der Auslassöffnung 12 als an dem Übergang zu der ersten Teilkammer 13 angeordnet ist, sind nur Austrittsöffnungen 8 an der Brennerlanze 7 angeordnet, die in einem ringförmig an der zumindest in diesem Bereich im senkrecht zur Mittelachse A gewählten Querschnitt rund ausgebildeten Brennerlanze 7 angeordnet sind. Außerhalb der ringförmig angeordneten Austrittsöffnungen 8 sind in diesem Bereich der zweiten Teilkammer 14 keine weitere Austrittsöffnungen für Brenngas vorgesehen. In einem Bereich der ersten Teilkammer 13 sind mehrere Austrittsöffnungen 8 an der Brennerlanze 7 angeordnet und zwar so, dass die Austrittsöffnungen 8 ringförmig an der zumindest in diesem Bereich im Querschnitt rund ausgebildeten Brennerlanze 7 angeordnet sind. Zum Erhitzen des Ofens wird Brennluft über die Brennluftzufuhr 4 in die Kammer 2 eingebracht und dort verdrallt. Die im Drall strömende Brennluft tritt über den Übergang 5 in den Durchtritt des Brennersteins 6 ein. Hier wird sie mit Ofenatmosphäre, die durch die Strömungsverhältnisse in Richtung des Pfeils B angesaugt wird, vermischt. Je nach Anordnung der Spitze der Brennerlanze 7 wird in der Durchtrittsöffnung durch den Brennerstein 6 das Brenngas zunächst mit der angesaugten Ofenatmosphäre vermischt und dieses Gemisch dann mit der im Drall strömenden Brennluft vermischt. Es werden jedoch auch Anordnungen eingesetzt, bei denen das Brenngas unmittelbar mit der im Drall strömenden Brennluft vermischt wird. Durch einen im Bereich der sich konisch erweiternden Wandung der Durchtrittsöffnung durch den Brennerstein 6 angeordneten Zündvorrichtung wird das Gemisch aus Brennluft und Brenngas bzw. Brennluft, Brenngas und angesaugter Ofenatmosphäre gezündet. Aufgrund der durch die Drallströmung der Brennluft vorgegebenen Strömungsverhältnisse strömt die Flamme in Richtung der Pfeile C entlang der Ofenwandung 10. Auf diese Weise heizt die Flamme den Brennerstein und die umgebende Ofenwand gleichmäßig auf. Die Wärmeübertragung an das in dem Ofen angeordnete Nutzgut geschieht überwiegend durch Festkörperstrahlung vom Brennerstein und von der Ofenwand sowie durch Gasstrahlung der Flamme.

Wie in Fig. 2 ersichtlich, ist die Kammer 2 des erfindungsgemäßen Flachflammenbrenners 1 um eine Mittelachse A symmetrisch und kreisförmig ausgebildet. Die Brennlufteinlassöffnung 3 und die an die Brennlufteinlassöffnung stromaufwärts angrenzende Brennluftzufuhr 4 sind derart angeordnet und ausgerichtet, dass ein durch die Brennlufteinlassöffnung 3 eintretender Brennluftstrom tangential zu der Biegung der Wandung der Kammer 2 eintritt. Die Brennluftzufuhr 4 ist dabei zur Brennlufteinlassöffnung 3 hin verjüngend ausgebildet. In Figur 3 sind die Brennerlanze 7 und ein Teil der ersten Teilkammer 13, nämlich der Bauteil, der auf dem Brennerstein 6 aufgesetzt wird, dargestellt. Die Brennluftzufuhr 4 wird durch Begrenzungswände 16, 17 begrenzt. Die Begrenzungswände 16, 17 sind derart ausgebildet, dass sie an der Brennlufteinlassöffnung 3 jeweils einem Winkel ß und ß2 zu einer parallel zur Mittelachse an die Wandung der Kammer 2 angrenzen. In der Fig. 3 sind ß und ß2 derart gewählt, dass sich diese beiden Begrenzungswände 16 und 17 ausgehend von der Wandung der Kammer von der Auslassöffnung 12 fort und nicht zur Auslassöffnung 12 hin erstrecken. Insbesondere bevorzugt ist der Winkel ß der Darstellung in Fig. 3 größer als der Winkel ß2, so dass der Brennluftstrom teilweise in Richtung auf die Auslassöffnung 5 hin strömend ausgerichtet ist.

Die Brennluftzufuhr 4 ist ferner durch weitere Begrenzungswände begrenzt, die in einem Winkel ALPHA und ALPHA2 zur Senkrechten auf die Mittelachse A angedacht sind. Die der Mittelachse nähere Begrenzungswand grenzt in einem Abstand e von der Mittelachse beabstandet an die Wandung der Kammer 2 an. Die Brennlufteinlassöffnung weist eine Breite d1 auf.

Die Brennlufteinlassöffnung 3 ist derart ausgebildet, dass ihre untere Begrenzungskante 11 auf gleicher Höhe oder oberhalb des Außenumfangs 15 der Brennerlanze 7 angeordnet ist. So strömt der durch die Brennlufteinlassöffnung eintretende Brennluftstrom über die durch die Kammer geführte Brennlanze.

In Fig. 4 sind ß und ß2 derart gewählt, dass sich diese beiden Begrenzungswände 16 und 17 ausgehend von den Wandungen der Kammer zu der Auslassöffnung 12 hin erstrecken.