Die Erfindung betrifft eine Brennerdüse mit einer Brennerhülse, einem in der Brennerhülse angeordneten, einen Brennerkopf ausbildenden Brennereinsatz, und einem von der Brennerhülse und dem Brennereinsatz zwischen diesen ausgebildeten Ringspalt, wobei der Brennereinsatz einen ersten Kanal mit einem zur Versorgung der Brennerdüse mit Brennstoff eingerichteten Einlass und einem am Brennerkopf angeordneten, zur Ausbildung einer Hauptflamme eingerichteten ersten Auslass, und wenigstens einen mit dem ersten Kanal kommunizierenden, zur Ausbildung einer Stützflamme eingerichteten zweiten Kanal mit einem in den Ringspalt mündenden zweiten Auslass aufweist.

Derartige Brennerdüsen zur stöchiometrischen Verbrennung von als Gas/Luftgemische der Gasfamilien 1,2 und 3 ausgebildetem Brennstoff finden in unterschiedlichen Thermoprozessanlagen, beispielsweise in Backanlagen, Anwendung. Charakteristisch für diese Art Brennerdüsen ist die Unterteilung der Verbrennung in eine Haupt- und eine Stützflamme, wobei die Hauptflamme primär der Leistungserzeugung und Ausprägung eines hohen Flammenkegels und die Stützflamme der Stabilisierung der Verbrennung dient. Hierfür ist am freien Ende des Brennerkopfes, an dem die Hauptflamme gebildet wird, ein Plateau vorgesehen, welches eine Rückströmung der Stützflamme in diesem Bereich erwirkt und die Flamme über den gesamten Modulationsbereich am Brennerkopf stabilisiert. Zur Flammenrückschlagsicherung stellen die Stütz- und Hauptflammenöffnungen den notwendigen Löschabstand der jeweiligen Gasfamilie dar.

Nachteilig an den bekannten Brennerdüsen ist jedoch, dass diese in ihrer Leistungsmodulation eingeschränkt sind, weil die Verbrennung insbesondere im Kleinlastbereich und speziell unter Verwendung von Flüssiggas ihren Stabilisierungspunkt oberhalb des Brennerkopfes verlässt und das Gemisch bereits im Ringspalt der Stützflammenversorgung entzündet.

Dies hat nach gewisser Zeit eine thermische Überlastung der Brennerdüse zur Folge, da durch die Verbrennung des Brennstoffs im Ringspalt der Brennerdüse ein erheblicher Teil der Wärmeenergie nicht wie vorgesehen an die Umgebung oberhalb der Brennerdüse, sondern an den Korpus des Brennerkopfes und der Brennerhülse abgegeben wird. Die starke Erwärmung des Düsenkörpers kann dabei unter Umständen zu einer Umgehung der Flammenrückschlagsicherung führen. Des Weiteren emittiert die Brennerdüse in diesem Zustand einen Teil der Verbrennungsenergie als Strahlungsenergie in nicht für den Thermoprozess vorgesehene Bereiche.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine vor thermischer Überlastung geschützte Brennerdüse zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Brennerdüse mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.

Wesentliches Merkmal der Erfindung ist einerseits die am Brennerkopf vorgesehene Hinterschneidung, die auf den aus dem Ringspalt austretenden Brennstoff als Stauscheibe wirkt und dadurch im oberen Bereich der Brennerhülse eine für die Erzeugung von Rückströmungsturbulenzen optimale Strömungsgeschwindigkeit auf einem kürzeren Abschnitt des Strömungsraumes bewirkt. Anderseits führt die Fase im oberen Bereich der Brennerhülse, die die Hülse zu einem die Strömungsgeschwindigkeit herabsetzenden Diffusor ausbildet, auf einem kürzeren Abschnitt des Strömungsraumes ebenfalls zur Erzeugung von für Rückströmungsturbulenzen optimalen Strömungsgeschwindigkeiten.

Auf der Grundlage dieser Merkmale können der Ringquerschnitt für eine verbesserte Flammenrückschlagsicherung verringert und die Stützflammenkanäle in einem Winkel von besonders bevorzugt ungefähr 50° zur Hauptachse der Brennerdüse zum Ausgleich einer Verschiebung des Druckverlustverhältnisses zwischen Stütz- und Hauptflammenöffnung schräggestellt werden. Der verringerte Ringquerschnitt reduziert also die Verbrennungsneigung der Stützflamme im Ringspalt bei Kleinlastbetrieb, wobei die Strömungsgeschwindigkeit des Gas-Luftgemisches in diesem Bereich derart erhöht wird, dass eine Stabilisierung der Flamme im Ringspalt nicht mehr möglich ist. Da aber die Reduzierung des Ringspaltquerschnittes zu einer Verschiebung der Druckverhältnisse zwischen Stützflammen- und Hauptflammengemisch und damit zu einem frühzeitigen Abheben der Flamme vom Stabilisierungsplateau bei Großlastbetrieb führen würde, sind die die Stützflammenkanäle zur Längsachse der Brennerdüse geneigt, wodurch eine Reduzierung der Druckverluste im Bereich der Strömungsumlenkung erreicht und die ursprünglich erhöhten Druckverluste an dieser Stelle im Wesentlichen ausgeglichen werden. Insgesamt kann insbesondere durch die bevorzugte Ausgestaltung eine optimale Einstellung des Verhältnisses von Strömungs- und Flammgeschwindigkeit ohne thermische Überlastung der Brennerdüse erreicht werden.

Erfindungsgemäß ist eine Brennerdüse mit einer Brennerhülse, einem in der Brennerhülse angeordneten, einen Brennerkopf ausbildenden Brennereinsatz, und einem von der Brennerhülse und dem Brennereinsatz zwischen diesen ausgebildeten Ringspalt, wobei der Brennereinsatz einen ersten Kanal mit einem zur Versorgung der Brennerdüse mit Brennstoff eingerichteten Einlass und einem am Brennerkopf angeordneten, zur Ausbildung einer Hauptflamme eingerichteten ersten Auslass, und wenigstens einen mit dem ersten Kanal kommunizierenden, zur Ausbildung einer Stützflamme eingerichteten zweiten Kanal mit einem in den Ringspalt mündenden zweiten Auslass aufweist, wobei der Brennerkopf eine auf aus dem Ringspalt austretenden Brennstoff als Stauscheibe wirkende Hinterschneidung aufweist und die Brennerhülse im Bereich des Brennerkopfes als Diffusor ausgebildet ist.

Die erfindungsgemäß ausgestaltete Brennerdüse ist insbesondere zur stöchiometrischen Verbrennung von als Gas/Luftgemische der Gasfamilien 1,2 und 3 ausgebildetem Brennstoff eingerichtet. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Brennerdüse nimmt die Strömungsgeschwindigkeit des Gas/Luftgemisches im Ringspalt der Brennerdüse vor Erreichen des vom Brennerkopf gebildeten Stabilisierungsplateaus ab, da eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit zu einer Reduzierung der Rückströmungsturbulenzen auf dem Stabilisierungsplateau führt. Speziell entsteht durch die Ausbildung der Hülse als sich (trichterartig) erweiternder Diffusor ein progressiver Flächenzuwachs zwischen Brennerkopf und Brennerhülse, wodurch sich der Ziel quer schnitt an der Düsenmündung gegenüber herkömmlichen Brennerdüsen auf einem kürzeren Abschnitt in axialer Richtung erreichen lässt. Der engere Querschnitt im Ringspalt kann somit über einen größeren Bereich der Brennerdüse aufrechterhalten werden.

Unterhalb des vom Brennerkopf ausgebildeten Stabilisierungsplateaus ist der insbesondere zylindrische Brennereinsatze mit einer Hinterschneidung versehen, die am Übergang zum Stabilisierungsplateau einen Druckanstieg innerhalb der Strömung und eine Umlenkung eines Teils des durch den Ringspalt strömenden Brennstoffs Strömung in eine horizontale Richtung lenkt. Hierdurch wird eine ausreichende Versorgung der Überzündschlitze mit Gemisch sichergestellt. Auch hier lässt sich der Zielquerschnitt unterhalb des Stabilisierungsplateaus gegenüber herkömmlichen Brennerdüsen auf einem kürzeren Abschnitt in axialer Richtung erreichen.

Durch die Verwendung einer Hinterschneidung zur Ausbildung des Brennerkopfes als Stauscheibe wird nur ein kleiner Bauraum in Anspruch genommen, sodass auch insbesondere kleine Brennerdüsen erfindungsgemäß ausgestaltet werden können.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Brennerdüse derart ausgebildet, dass der zweite Kanal zum ersten Kanal in Strömungsrichtung des Brennstoffs gesehen in einem Winkel von a < 90° angeordnet, also in Strömungsrichtung geneigt ist. Der Winkel a zwischen dem zweiten Kanal und dem ersten Kanal beträgt insbesondere 30° < a < 70°. Höchst bevorzugt beträgt der Winkel 50° ± 5°, speziell genau 50°.

Eine besonders einfache Ausgestaltung wird erreicht, wenn der erste Kanal den Brennereinsatz axial durchzieht, insbesondere als Bohrung ausgebildet ist.

Der auf dem Brennerkopf angeordnete erste Auslass ist insbesondere in einer schlitzartigen Vertiefung angeordnet, die nach Art eines Längsschlitz-Schraubenkopfes ausgebildet sein kann. Durch diese Ausgestaltung ist es - auch in Anbetracht des sich in Form eines Diffusors erweiternden Hülsenabschnitts - bei Ausbildung entsprechender Gewinde auf einfache Weise möglich, den Brennereinsatz in die Brennerhülse einzusetzen und an der Brennerhülse oder einem die Brennerdüse tragenden Träger durch eine Drehbewegung zu befestigen.

Weiter ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Vertiefung mit einem an der Brennerhülse angeordneten Überzündschlitz fluchtend ausgebildet ist, sodass bei Anordnung mehrerer Brenndüsen zu einem Linearbrenner ein einfaches Entzünden der Flamme ermöglicht ist.

Schließlich wird ein Brenner mit wenigstens einer vorgenannten Brennerdüse vorgeschlagen. Der Brenner weist bevorzugt eine Mehrzahl von Brennerdüsen in Linien- oder Flächenformation auf. Der Brenner ist insbesondere Bestandteil eines Ofens oder einer Backanlage. Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der einzigen Fig. 1 dargestellten, besonders bevorzugt ausgestalteten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgestalteten Brennerdüse in einer Seitenansicht (A), in einem entlang der in Fig. 1 A gezeigten Linie B-B geführten Querschnitt (B), in einer um zur Fig. 1 A um 90° gedrehten Seitenansicht (D) und einem dazu entlang der in Fig. ID gezeigten Linie A-A geführten Querschnitt (C).

Die Brennerdüse 10 weist eine Brennerhülse 20 und einen in der Brennerhülse 20 angeordneten Brennereinsatz 40 auf, wobei die Brennerhülse 20 und der Brennereinsatz 40 im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet sind. Zwischen der Brennerhülse 20 und dem Brennereinsatz 40 ist ein von der Innenwandung der Brennerhülse 20 und der Außenwandung des Brennereinsatzes 40 gebildeter Ringspalt 50 vorgesehen.

Der Brennereinsatz 40 weist einen axial durch den Brennereinsatz 40 geführten ersten Kanal 60 auf, der auf seiner einen Seite einen zur Versorgung der Brennerdüse 10 mit Brennstoff eingerichteten Einlass 70 und auf seiner anderen Seite an dem den Brennerkopf 30 ausbildenden Abschnitt des Brennereinsatzes 40 angeordneten ersten Auslass 80, an dem sich im Betrieb der Brennerdüse 10 die Hauptflamme ausbildet, aufweist. Von diesem ersten Kanal abzweigend ist eine Mehrzahl von mit dem ersten Kanal 60 kommunizierenden, zur Ausbildung einer Stützflamme eingerichteten zweiten Kanälen 90 vorgesehen, die jeweils einen in den Ringspalt 50 mündenden zweiten Auslass 100 aufweisen.

Der zweite Kanal 90 ist relativ zum ersten Kanal 60 in Strömungsrichtung des Brennstoffs gesehen in einem Winkel von a = 50° angeordnet.

Schließlich ist zu erkenne, dass der erste Auslass 80 am Brennerkopf 30 in einer schlitzartigen Vertiefung 130 angeordnet ist, die mit dem an der Brennerhülse 20 angeordneten Überzündschlitz 140 fluchtend ausgebildet ist.