EP0314897B1 - Überstöchiometrisch vormischender Gasbrenner für Gasheizgeräte - Google Patents

Überstöchiometrisch vormischender Gasbrenner für Gasheizgeräte Download PDF

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EP0314897B1
EP0314897B1 EP88114596A EP88114596A EP0314897B1 EP 0314897 B1 EP0314897 B1 EP 0314897B1 EP 88114596 A EP88114596 A EP 88114596A EP 88114596 A EP88114596 A EP 88114596A EP 0314897 B1 EP0314897 B1 EP 0314897B1
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burner plate
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Theo Dipl.-Phys. Jannemann
Hans Berg
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EON Ruhrgas AG
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Ruhrgas AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/02—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/72—Safety devices, e.g. operative in case of failure of gas supply
    • F23D14/76—Protecting flame and burner parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2211/00—Thermal dilatation prevention or compensation

Definitions

  • the invention relates to an over-stoichiometric premixing gas burner for gas heating devices according to the preamble of claim 1.
  • a gas burner of this type is known from DE-A-26 13 633.
  • the invention has for its object to provide a burner design with which the problem of thermal stresses and stress cracks can be mastered even with a desirable, not fully cylindrical design of uncooled burner plates and a connection between burner plate and burner housing that is sufficiently tight against flashback can also be achieved.
  • This object is achieved according to the invention primarily by the features contained in the characterizing part of patent claim 1.
  • This non-fixed, but completely loose mounting of the burner plate in a circumferential groove-like or slot-like frame ensures that the burner plate can move freely on all sides to prevent mechanical stresses, so that the uncooled burner plate is unhindered in length and width in the event of severe temperature changes can expand and stress cracks in the burner can be avoided even if the burner plate is not cylindrical.
  • the burner plate is also bordered on all four edges in such a way that a mixed-density mounting of the burner plate is required on all sides and the risk of flashback is avoided.
  • FIG. 1 shows a side view of the gas burner, partly in longitudinal section
  • FIG. 2 shows a cross section along the line 11-11 in FIG. 1.
  • the gas burner contains a base plate 1 with a mixing channel 2, into which the fuel gas is introduced with a gas nozzle and through which the superstoichiometrically premixed fuel gas / air mixture is fed to the burner with the help of an air blower.
  • a burner frame 4 with two upright housing walls 5 is arranged on the base plate 1 with the interposition of a seal 3.
  • a perforated, uncooled burner plate 6 forms a mixture chamber 7 of the burner above the base plate 1 and between the housing walls 5 and delimits the mixture chamber in relation to the combustion chamber of a gas heater (not shown in more detail).
  • the burner plate 6 which is rectangular in shape, is slightly curved in the manner of a cylinder switch and is fastened along all four edges in the burner housing with a frame-like bezel which keeps the burner plate movable in lengthwise directions and thereby the edges of the burner plate, forming a non-return-proof seal of the mixture chamber 7 of the burner bordering the combustion chamber of the gas heater.
  • a frame-like bezel which keeps the burner plate movable in lengthwise directions and thereby the edges of the burner plate, forming a non-return-proof seal of the mixture chamber 7 of the burner bordering the combustion chamber of the gas heater.
  • retaining strips 9 are arranged, which have receiving grooves 10 into which the straight longitudinal sides of the burner plate 6 protrude.
  • the arcuate end faces of the burner plate 6 are held by arcuate groove-like recesses in the burner housing, preferably on the inside thereof by arcuate projections 11 on the housing walls 5 of the burner frame 4 and on the outside by loosely fitting clamps 12.
  • arcuate projections 11 on the housing walls 5 of the burner frame 4 and on the outside by loosely fitting clamps 12.
  • the receiving grooves 10 or between the projections 11 and the Clamps 12 allow the burner plate 6 to expand lengthwise on all sides with changing temperature effects, as a result of which thermal stresses and stress cracks in the burner are avoided.
  • soft fire-resistant seals 18 are furthermore inserted between the clamps 12 and the burner plate 6 or in the arc-shaped groove-like recesses of the burner housing in order to ensure the gas-tight sealing of the burner plate on its arc-shaped end faces with respect to the mixture space 7.
  • a perforated flow resistance plate 13 of the same arch is arranged at a short distance below the burner plate 6.
  • This plate 13 serves, on the one hand, to distribute the mixture flow over the surface of the burner plate 6 and, through the intended generation of a flow resistance, which is overcome with the blower-assisted mixture supply, and through the associated high pressure loss, also performs the task of vibration damping. This prevents vibrations of the flames on the outside of the burner plate 6 through the burner plate from generating feedback in the mixture chamber 7, which cause undesired burner whistling.
  • the flow resistance plate 13, which can heat up due to heat radiation from the highly heated burner plate 6, is held so that it can be extended in all directions.
  • the arcuate end faces of the flow resistance plate 13 are held between the projections 11 supporting the burner plate 6 and additionally arcuate projections 14 arranged on the housing walls 5.
  • the straight longitudinal sides of the flow resistance plate 13 engage in grooves 15 which are formed between the holding strips 19 and a section of the burner frame 4 which is offset upwards.
  • the all-round extensible fastening also of the flow resistance plate 13 supports the avoidance of thermal stresses and stress cracks in the burner.
  • the upwardly displaced section of the burner frame 4 is designed as a distribution plate 16 which extends over the mixture path of the burner housing and which additionally serves to distribute the mixture flow flowing through the mixing channel 2 at one end of the base plate 1 evenly over the entire length of the burner housing.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen überstöchiometrisch vormischenden Gasbrenner für Gasheizgeräte gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Ein Gasbrenner dieser Art ist aus der DE-A-26 13 633 bekannt.
  • Bei Gasbrennern der vorgenannten Art, die beispielsweise bei Gas-Spezialheizkesseln für Gebäudeheizungen oder auch bei Gas-Heißwasserbereitern angewendet werden, treten bei der bisher angewendeten gemischdichten Befestigung der Brennerplatte am Brennergehäuse infolge der starken Temperatur-Wechselbeanspruchung der ungekühlten Brennerplatte, an der die Verbrennung bzw. Flammenbildung des durch die Perforation hindurchtretenden Brenngas-Luft-Gemisches stattfindet, hohe mechanische Spannungen im Brenner auf. Ohne eine Wasserkühlung der Brennerplatte, die man wegen der Fertigungskosten nach Möglichkeit vermeiden möchte, haben bisher alle im wesentlichen ebenen Ausführungsarten ungekühlter metallischer Brennerplatten aufgrund hoher auftretender mechanischer Spannungen zu Spannungsrissen geführt. Daher beschränkte sich in der Praxis bisher die Brennerkonstruktion auf vollzylinderische Ausführungsformen der ungekühlten Brennerplatten, mit der das Problem hoher auftretender mechanischer Spannungen beherrscht werden konnte.
  • Die Erfindung hat zur Aufgabe, eine Brennerkonstruktion zu schaffen, mit der auch bei wünschenswerter, nicht vollzylinderischer Ausführung ungekühlter Brennerplatten das Problem der Wärmespannungen und Spannungsrisse beherrscht werden kann und dabei auch eine gegen Flammenrückschlag genügend dichte Verbindung zwischen Brennerplatte und Brennergehäuse erreichbar ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungegemäß in erster Linie durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 enthaltenen Merkmale gelöst. Durch diese nicht feste, sondern völlig lose Halterung der Brennerplatte in einem umlaufenden nutartigen beziehungsweise schlitzartigen Rahmen wird eine zur Verhinderung von mechanischen Spannungen notwendige allseitige freie Beweglichkeit der Brennerplatte gewährleistet, so daß sich die ungekühlte Brennerplatte bei vorkommenden starken Temperatur-Wechselbeanspruchungen ungehindert in Länge und Breite ausdehnen kann und dadurch auch bei nicht zylinderförmiger Ausführung der Brennerplatte Spannungsrisse im Brenner vermieden werden. Hierbei wird die Brennerplatte an allen vier Rändern auch derart eingefaßt, daß eine allseitig erforderliche gemischdichte Halterung der Brennerplatte gewährleistet ist und die Gefahr eines Flammenrückschlages vermieden wird.
  • Vollständig vormischende Gasbrenner neigen bei grösserer Leistung zum Pfeifen infolge einer Rückkopplungsschwingung der Flammen. Diese Geräuschentwicklung läßt sich dadurch unterdrücken, daß in Strömungsrichtung vor der perforierten Brennerplatte ein sehr hoher Widerstand für die Gemischströmung aufgebaut wird, der mit einer gebläseunterstützten Zuführung des Gemisches zur Brennerplatte überwunden wird. Gemäß einem vorteilhaften weiteren Ausgestaltungsmerkmal des erfindungsgemäßen Gasbrenners ist in einem geringen Abstand unter der Brennerplatte eine gleichartig gewölbte perforierte Strömungswiderstandsplatte angeordnet und an ihren Rändern nach allen Richtungen ebenfalls längenausdehnbar beweglich im Brennergehäuse eingefaßt, so daß auch von dieser Strömungswiderstandplatte, auf die die Wärmestrahlung der hoch erhitzten Brennerplatte einwirkt, keine Wärmespannungen und keine Spannungsrissgefahr ausgehen können. In der Zeichnung ist eine Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Brenners dargestellt. Es zeigen Figur 1 eine Seitenansicht des Gasbrenners, teilweise im Längsschnitt, Figur 2 einen Querschnitt nach der Linie 11-11 in Figur 1.
  • Der Gasbrenner enthält eine Grundplatte 1 mit einem Mischkanal 2, in den das Brenngas mit einer Gasdüse eingeleitet wird und durch den mit Unterstützung durch ein Luftgebläse das überstöchiometrisch vorgemischte Brenngas-LuftGemisch dem Brenner zugeführt wird. Auf der Grundplatte 1 ist unter Zwischenschaltung einer Dichtung 3 ein Brennerrahmen 4 mit zwei aufrechten Gehäsewänden 5 angeordnet. Eine perforierte, ungekühlte Brennerplatte 6 bildet über der Grundplatte 1 und zwischen den Gehäusewänden 5 einen Gemischraum 7 des Brenners und begrenzt den Gemischraum gegenüber dem Brennraum eines nicht näher dargestellten Gasheizgerätes. Die in der Grunrißform recehteckige Brennerplatte 6 ist zylinderschaltenartig leicht gewölbt und ist entlang allen vier Rändern im Brennergehäuse mit einer rahmenartigen Einfassung befestigt, die die Brennerplatte nach allein Richtungen längenausdehnbar beweglich hält und hierbei die Ränder der Brennerplatte unter Bildung einer rückschlagsicheren Abdichtung des Gemischraumes 7 des Brenners gegenüber dem Brennraum des Gasheizgerätes einfaßt. Für die bewegliche, rückschlagsicher abgedichtete Einfassung der Brennplatte sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel auf dem Brennerrahmen 4, unter Zwischenschaltung einer Dichtung 8, Halteleisten 9 angeordnet, die Aufnahmenuten 10 aufweist, in die die geradlinigen Längsseiten der Brennerplatte 6 hineinragen. Die bogenförmigen Stirnseiten der Brennerplatte 6 sind von bogenförmigen nutartigen Ausnehmungen des Brennergehäuses gehalten, vorzugsweise auf ihrer Innenseite von bogenförmigen Vorsprüngen 11 an den Gehäusewänden 5 des Brennerrahmens 4 und außenseitig von lose anliegenden Schellen 12. In den Aufnahmenuten 10 bzw. zwischen den Vorsprüngen 11 und den Schellen 12 ist allseitig eine Längenausdehnung der Brennerplatte 6 bei wechselnden Temperatureinwirkungen möglich, wodurch Wärmespannungen und Spannungsrisse im Brenner vermieden werden.
  • Die überlappende Einfassung der Längsseiten der Brennerplatte 6 in den Aufnahmenuten 10 bzw. der Stirnseiten der Brennerplatte 6 zwischen den Vorsprüngen 11 und den Schellen 12 bewirkt gleichzeitig die rückschlagsichere Abdichrung zwischen dem Gemischraum des Brenners und dem Brennraum des Gasheizgerätes. Vorteilhafterweise sind bei dem dargestelltgen Ausführungsbeispiel metallische oder aus einem weichen feuerbeständigen Material bestehende Dichleisten 17 vorgesehen, welche in die Aufnahmenuten 10 einlegbar sind, um eine einwandfrei gasdichte Abdichtung der Längsseiten der Brennerplatte 6 gegenüber dem Gemischraum 7 ohne Behinderung der Längenausdehnbarkeit der Brennerplatte 6 zu erzeilen. Vorteilhafterweise sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weiterhin zwischen den Schellen 12 und der Brennerplatte 6 bzw. in den bogenförmigen nutartigen Ausnehmungen des Brennergehäuses weiche feuerbeständige Dichtungen 18 eingelegt, um die gasdichte Abdichtung der Brennerplatte an ihren bogenförmigen Stirnseiten gegenüber dem Gemischraum 7 zu gewährleisten.
  • In einem geringen Abstand unter der Brennerplatte 6 ist eine gleichartig gewölbte perforierte Strömungswiderstandsplatte 13 angeordnet. Diese Platte 13 dient einerseits zur Verteilung der Gemischströmung über die Fläche der Brennerplatte 6 und erfüllt durch beabsichtigte Erzeugung eines Strömungswiderstandes, der mit der gebläseunterstützten Gemischzuführung überwunden wird, und durch einen damit verbundenen hohen Druckverlust auch die Aufgabe der Schwingungsdämpfung. Dadurch wird verhindert, daß Schwingungen der Flammen an der Außenseite der Brennerplatte 6 durch die Brennerplatte hindurch Rückkopplungen im Gemischraum 7 erzeugen, die ein unerwünschtes Brennerpfeifen verursachen. Auch die Strömungswiderstandsplatte 13, die sich durch Wärmestrahlung der hoch erhitzten Brennerplatte 6 erwärmen kann, ist nach allen Richtungen längenausdehnbar beweglich gehalten. Die bogenförmigen Stirnseiten der Strömungswiderstandsplatte 13 sind zwischen den die Brennerplatte 6 stützenden Vorsprüngen 11 und zusätzlich an den Gehäusewänden 5 angeordneten bogenförmigen Vorsprüngen 14 gehalten. Die geradlinigen Längsseiten der Strömungswiderstandsplatte 13 greifen in Nuten 15 ein, die zwischen den Halteleisten 19 und einem nach oben versetzten Abschnitt des Brennerrahmens 4 gebildet sind. Die allseitig längenausdehnbare Befestigung auch der Strömungswiderstandsplatte 13 unterstützt die Vermeidung von Wärmespannungen und Spannungsrissen im Brenner. Der nach oben versetzte Abschnitt des Brennerrahmens 4 ist als eine über den Gemischweg des Brennergehäuses sich erstreckende Verteilplatte 16 ausgebildet, die zusätzlich dazu dient, die an einem Ende der Grundplatte 1 durch den Mischkanal 2 einströmende Gemischströmung gleichmäßig über die gesamte Länge des Brennergehäuses zu verteilen.

Claims (5)

1. Überstöchiometrisch vormischender Gasbrenner für Gasheizgeräte, insbesondere mit gebläseunterstützter Gemischzuführung, mit einer die Begrenzung zwischen dem Gemischraum des Brennergehäuses und dem Brennraum des Heizgerätes bildenden perforierten, ungekühlten Brennerplatte, die rechteckig und zylinderschaltenartig leicht gewölbt und entlang allen vier Rändern im Brennergehäuse von einer rahmenartigen Einfassung gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einfassung an den gewölbten Stirnseiten der Brennerplatte aus bogenförmigen nutartigen Ausnehmungen und an den geradlinigen Längsseiten der Brennerplatte aus Aufnahmenuten des Brennergehäuses besteht, wobei Ausnehmungen und Aufnahmenuten die Brennerplatte nach allen Richtungen beweglich aufnehmen.
2. Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bogenförmigen nutartigen Ausnehmungen von bogenförmigen Vorsprüngen (11) des Brennergehäuses, auf denen die Brennerplatte an ihren bogenförmigen Stirnseiten innenseitig aufliegt, und von Schellen (12) gebildet sind, die an den bogenförmigen Stirnseiten der Brennerplatte außenseitig lose anliegen.
3. Gasbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einem geringen Abstand unter der Brennerplatte (6) eine gleichartig gewölbte perforierte Strömungswiderstandsplatte (13) angeordnet und an ihren Rändern nach allen Richtungen längenausdehnbar beweglich im Brennergehäuse eingefaßt ist.
4. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Gemischweg des Brennergehäuses zwischen der Brennerplatte (6) bzw. der Strömungswiderstandsplatte (13) und der Einmündungsöffnung des Brennervormischkanals (2) in das Gehäuse eine mit Durchlaßöffnungen für die Gemischverteilung versehene Verteilplatte (16) angeordnet ist.
5. Gasbrenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bogenförmigen nutartigen Ausnehmungen bzw. die Schellen (12) über eine feuerbeständige weiche Dichtung (18) an den Stirnseiten der Brennerplatte (6) anliegen und daß die Längsseiten der Brennerplatte in den Aufnahmenuten (10) mittels in die Aufnahmenuten eingelegter metallischer oder weicher feuerbeständiger Dichtleisten (17) abgedichtet sind.
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