Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:

1 eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Stahlhohlprofils;

2 eine Längsschnittdarstellung des Profils nach 1 längs der Linie II-II;

3 eine Draufsicht auf das Stahlhohlprofil in einer für die Erstellung eines konischen Feuerraums vorbereiteten, keilstumpfförmigen Gestalt;

4. eine konische Brennkammer aus Hohlprofilelementen nach den vorangehenden Figuren im Schnitt;

5 einen Blick in den großen Durchmesser der Brennkammer von 4, teilweise geschnitten, und

6 einen Längsschnitt durch eine doppelkonische Brennermuffel (Combustor) aus Muffel und Beschleunigungsdüse.

Man erkennt in 1 ein insgesamt mit 1 bezeichnetes Stahlprofil im Querschnitt, das einen in der Zeichnung "unteren" Abschnitt aufweist, der im wesentlichen trapezförmig ist und der an seiner Unterseite 2, die im Gebrauch dem Feuerraum zugewandt ist, mit einem Radius R konkav gewölbt ist. An den unteren Abschnitt schließt sich ein oberer, dreieckiger Abschnitt an, der stumpfwinklig ist, wobei der Scheitel mit einem Radius r konvex verrundet ist. Auf einer Mittellinie zentriert, die sich zwischen dem verrundeten Scheitel und der Unterseite 2 erstreckt, ist in dem Profil 1 ein Wasserleitkanal 3 kreisförmigen Querschnitts ausgebildet.

Als Werkstoffe für das so gebildete Hohlprofil kommen die üblichen Kesselbaustähle in Frage, bei niedrigen Drucken auch andere übliche Werkstoffe.

Wie erwähnt, ist die mit dem Radius R schwach gewölbte Unterseite 2 den Feuergasen zugewandt und erlaubt den Aufbau einer für Drallströmungen innerhalb einer konischen Brennkammer hinreichend glatten Innenoberfläche. Optimal für den typischen Bereich der Feuerraum-Durchmesser von 1.000 von 3.000 mm sind folgende Abmessungen des Querschnitts des Hohlprofils:

• Breite a = 146 mm
• Höhe des Trapezabschnitts Gesamthöhe c = 64 mm
• Durchmesser des Kanals d = 41 mm
• Verrundungsradius am Scheitel r = 36 mm
• Krümmungsradius an der Unterseite R = 1.333 mm
• Flankenwinkel des Trapezes: &agr; = 15°.

Für die Erstellung einer kegelstumpfförmigen Brennkammer von 3.050 mm Länge, in der die Hohlprofile nach 1 eine Baulänge von 2.250 mm haben und die sich von einem Durchmesser von 2.484 mm auf einen Durchmesser von 1.468 mm verjüngt, verjüngen sich gemäß 3 die Hohlprofilstäbe von der oben genannten Breite a = 146 mm auf eine Breite von 88,69 mm, was durch entsprechende spanabhebende Bearbeitung der Flanken der Hohlprofilstäbe bewerkstelligt wird.

Die Profilform nach 1 entspricht näherungsweise dem Wärmefluss von der Einstrahlung auf die gekrümmte Unterseite 2 in Richtung auf den wasserführenden Kanal 3.

Bei einer Wärmeeinstrahlung von 400 kW/m², einer Länge des Hohlprofils von 6 m (in solchen Längen werden Profilstäbe üblicherweise im Markt angeboten) und einer Wassereintrittsgeschwindigkeit von 1,20 m/s ist der Wasserdurchsatz ca. 15 mal größer als die verdampfte Wassermenge, es herrscht also eine hinreichend große Sicherheit gegen Überhitzung.

Das Hohlprofil kann geometrisch ähnlich vergrößert oder verkleinert werden. Da der Wasserdurchsatz quadratisch, die Wärmeeinstrahlung aber linear von den Abmessungen abhängt, führt eine Verkleinerung schnell an die zulässige untere Grenze des Verhältnisses zwischen Wasserdurchsatz und Verdampfung, die bei 12 liegt.

Eine Vergrößerung führt zu entsprechend längeren Wärmeflusswegen. Mit steigenden Abmessungen wird der Punkt A, der am Rand der Einstrahlfläche 2 des Hohlprofils 1 liegt (siehe 1) proportional immer heißer.

Unter üblichen Industriekessel-Bedingungen sind vernünftige Grenzen für die größte Breite a der Hohlprofile minimal 120 mm und maximal 180 mm. Alle anderen Abmessungen hängen linear davon ab.

Die Außenkontur des Hohlprofils 1 lässt sich vereinfachen bis zum Grenzfall eines Rechtecks. Die Funktion wird dadurch nicht beeinträchtigt, wohl aber der Materialaufwand deutlich höher. Die Konstruktion wird insgesamt deutlich schwerer, ohne dass hieraus ein Vorteil erwüchse.

4 zeigt im Axialschnitt eine konische Brennkammer, die aus zugeschnittenen Hohlprofilen nach den 1 bis 3 aufgebaut ist. Man erkennt in 4 ein im Schnitt dargestelltes Hohlprofil 1, das eine keilstumpfförmige Gestalt gemäß 3 hat und von dem eine Vielzahl nebeneinanderliegender gleichartiger Hohlprofile eine insgesamt kegelstumpfförmige Brennkammer umschließen. Die Hohlprofile 1 sind gemeinsam an einem unteren Ringsammler 4 und einem oberen Ringsammler 5 angeschlossen, die der Zu- und Abführung von Wasser und/oder Dampf oder anderen Kühlmedien dienen. Die Hohlprofile 1 werden von einer Ringkonstruktion 6 zusammengehalten.

Im dargestellten Beispiel ist die Brennkammer eine Nachbrennkammer und stellt der kleinere Durchmesser des Kegelstumpfes den Austrittsquerschnitt dar. Die in der Zeichnung erkennbaren Schächte 7 und 8, in deren Bereich die Hohlprofile ausgekröpft sind, sind ein Einfüllschacht 7 für stückigen Brennstoff zum Beschicken eines hier nicht dargestellten Feuerungsrostes, an den die Nachbrennkammer nach 4 angesetzt ist, und ein Startbrennschacht 8 durch den hindurch mittels einer Brennerlanze der auf dem Feuerungsrost liegende Brennstoff bei Betriebsbeginn gezündet wird.

5 zeigt einen Blick in den großen Durchmesser der Brennkammer von 4. Man erkennt in ihr sehr deutlich die keilstumpfartige Form der Hohlprofile 1, ihre Verbindungen mit den Ringsammlern 4 und 5 und die beiden Schächte 7 und 8.

Eine andere Anwendung des erfindungsgemäßen Stahl-Hohlprofils ist in 5 dargestellt. Es handelt sich um eine wassergekühlte Brennermuffel für hohe Wasserdrucke, etwa für Industriedampfkessel. Hier liegen Drucke von meist 80–120 bar vor und Wärmestromdichten von bis zu 400 kW/m².

Mit dem bisherigen Stand der Technik kann diese Konstruktion aus den vorstehend dargelegten Gründen nicht ausgeführt werden. Mit der Erfindung wird sie jedoch nunmehr möglich.

Die Brennermuffel besteht aus folgenden Elementen:

• – Brennlufteintritt 31
• – Sammelraum 32
• – Leitschaufeln 33
• – konische Muffel 34
• – Flammbeschleunigungsdüse 35
• – Kohlenstaublanze 36
• – Umlenkhaube der Lanze 37
• – Austrittsöffnung 38

Für andere als staubförmige Brennstoffe sind andere Vorrichtungen der Brennstoffzufuhr nach dem Stand der Technik einzusetzen.

Die Konizitäten der Muffel 34 und der Flammbeschleunigungsdüse 35 sind so groß, dass diese Bauelemente nur mit dem erfindungsgemäßen Stahl-Hohlprofil erstellt werden können.