EP1701092A1 - Brennerfläche für einen Strahlungsbrenner - Google Patents

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EP1701092A1
EP1701092A1 EP05003527A EP05003527A EP1701092A1 EP 1701092 A1 EP1701092 A1 EP 1701092A1 EP 05003527 A EP05003527 A EP 05003527A EP 05003527 A EP05003527 A EP 05003527A EP 1701092 A1 EP1701092 A1 EP 1701092A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
burner
layer
fuel
burner surface
permeability
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05003527A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Meyer Gerhard
Krüper Burkhard
Ninc Jozef
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Cramer Sr Sro
CRAMER SR sro
Original Assignee
Cramer Sr Sro
CRAMER SR sro
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cramer Sr Sro, CRAMER SR sro filed Critical Cramer Sr Sro
Priority to EP05003527A priority Critical patent/EP1701092A1/de
Publication of EP1701092A1 publication Critical patent/EP1701092A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • F23D14/12—Radiant burners
    • F23D14/16—Radiant burners using permeable blocks
    • 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
    • F23D14/82—Preventing flashback or blowback
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2203/00—Gaseous fuel burners
    • F23D2203/10—Flame diffusing means
    • F23D2203/106—Assemblies of different layers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2212/00—Burner material specifications
    • F23D2212/10—Burner material specifications ceramic
    • F23D2212/101—Foam, e.g. reticulated
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2212/00—Burner material specifications
    • F23D2212/20—Burner material specifications metallic
    • F23D2212/201—Fibres

Definitions

  • the invention relates to a burner surface for a radiant burner for gaseous fuels, burns on the surface of the fuel, and which is permeable to the fuel at least in some areas, and a radiant burner. Furthermore, the invention relates to methods for producing such a burner surface.
  • Radiant burners for fuel gas are known in various embodiments.
  • For the burner surface of the radiant burner usually perforated ceramic plates or mats consisting of metal fibers are used. Gaseous fuels supplied from below penetrate through the openings to the burner surface and are burned there.
  • the document EP 1 418 382 A2 proposes an improved radiant burner in which the burner surface is heterogeneous and has at least two different surface areas, one of which is permeable to the fuel while the other is impermeable to the fuel. In this way, the fuel supply and thus the power delivered by the burner can be regulated in a wide power range and in relation to the total surface area.
  • Foam ceramic is a sponge-like, porous material that is well-suited for the manufacture of radiant burner surfaces because of its optimum fuel gas permeability.
  • the advantages lie in a high power output per unit area, a largely complete combustion of the fuel gases and an associated minimization of pollutants, in particular CO and NOx, in the combustion products.
  • the surface of the burner plate can be increased.
  • This surface enlargement is achieved, for example, by providing a smooth surface with a profile, for example with a wave-shaped profile, elevations in hemispherical or pyramidal shape, etc.
  • the burner surface for a radiant burner for gaseous fuels burns on the surface of the fuel, and which is permeable to the fuel at least in some areas, has at least two layers of different permeability to the fuel.
  • burner surface is to be understood as the system arranged between the fuel supply and the burner surface at which the fuel burns off.
  • the layer system can take only flat partial areas, while other surface areas are impermeable to the fuel.
  • the first for example the uppermost layer of the layer structure, should be as permeable as possible to the fuel.
  • the permeability is limited to the top by the decreasing density of the coating material and the associated loss of stability limit.
  • the permeability corresponds to the porosity of the material. With high porosity, a large surface area at which the fuel burns off is available. This relatively large surface can glow in a short time after the burner fires and produce the desired radiation effect. However, a flashback of the flame to the side of the burner surface where the fuel is supplied can not prevent the first layer alone.
  • a second layer arranged below the first layer should be as permeable as possible to the fuel in order not to significantly hinder gas flow.
  • the layer must not be so permeable that a flashback of the flames can occur inside in the burner housing.
  • the burner surface preferably has a plurality of layers of different permeability to the fuel, wherein a surface of a first layer forms the surface of the burner surface, and the permeability of the first layer for the fuel is greater than the permeability of at least one of the underlying layers.
  • a surface of the first layer may form the surface of the burner surface and have a higher permeability to the fuel than a second layer disposed thereunder.
  • the burner surface preferably consists of layers of porous materials of different porosity.
  • foam burner plates can be used in which ceramic foam layers with two or more different porosities in sandwich construction are produced one above the other.
  • the burner surface consists of layers of porous foam ceramic.
  • the porosity of the layers is adjusted according to the permeabilities as described above.
  • the first layer of the burner surface may have a higher porosity than a second layer arranged thereunder.
  • the burner surface is in particular constructed as a layer system, wherein the permeability of the individual layers decreases with the distance from the surface of the burner surface.
  • the layers of the burner surface may be formed so that the permeability of the burner surface has a gradient, the permeability decreases with the distance from the surface of the burner surface.
  • Such a burner surface may also be considered as a single layer of cross-sectional permeability to the fuel.
  • the permeability or porosity decreases in the direction of the fuel supply from the surface at which the fuel burns as intended.
  • the burner plate has a first layer, whose surface forms the surface of the burner surface, and a second layer, wherein the first layer has a permeability, which on the other side, a turning of the burner flame from the side at which the fuel burns intended the layer alone can not prevent.
  • the second layer of the burner surface preferably has the greatest possible permeability for the fuel, wherein the permeability is selected such that a turning over of the burner flame from the side at which the fuel burns out as intended is reliably prevented on the other side of the layer.
  • the burner surface may include a plurality of layers having different permeabilities to the fuel, the layers being arranged to increase the surface area of the burner surface so as to minimize the time between ignition of the radiant burner and annealing of the surface of the burner surface, and a turning of the burner flame from the side of the burner surface at which the fuel burns as intended, is prevented on the other side of the burner surface.
  • the individual layer thicknesses can also be adapted in order to achieve the object according to the invention.
  • the burner surface has a heterogeneous structure and has at least one first area permeable to the fuel and at least one second area impermeable to the fuel.
  • the object is also achieved by a radiant burner for gaseous fuels comprising a burner surface as described above.
  • a method for producing a burner surface comprises the following steps:
  • the method offers easy manufacturability of the radiant burner or burner surface.
  • the materials are preferably joined together, e.g. in a ceramic firing process.
  • the two parts of different permeability for the fuel can also be just superimposed and possibly fixed
  • a burner surface for a radiant burner with a layer structure is formed from a heat-resistant ceramic material in a combustion process, wherein the layers have different permeabilities for a gaseous fuel. In this way, a "sandwich" -like structure or a layer system is created.
  • the layers with different permeabilities are in particular formed as layers with different porosity, ie the permeability of a layer is achieved by a selection of the porosity.
  • foam ceramic material can be used as the material.
  • a foam impregnated with liquid ceramic composition, in particular polyurethane is fired, whereby the ceramic hardens and the foam is burned, so that a porous ceramic foam is formed in a uniform ceramic surface in this region.
  • the porous, sponge-like material has an optimally adjustable permeability to the fuel gas and is ideal as a material for the layers of the burner surface.
  • the burner surface has a high power per area.
  • the material provides excellent combustion technology Results concerning the reduction of emissions of pollutants (CO and NOx).
  • a surface area 1 of a burner surface 2 of a radiant burner for gaseous fuels is shown.
  • the surface area 1 of the burner surface 2 consists in this case of two adjacent layers 4 and 5.
  • the free surface of the layer 4 simultaneously forms the surface 3 of the burner surface 2.
  • the fed from below the burner surface 2 fuel G penetrates through the layer system 5, 4 at the surface 3 at which it burns as intended (shown schematically by the flames F).
  • the burner surface 2 per se may be constructed heterogeneously with gaseous fuel permeable regions 1 as shown and with surface adjacent gas impermeable regions (not shown), as set forth in EP 1 418 382 A2.
  • the layer 4 has a lower permeability for the fuel than the layer 5.
  • Both layers consist of a porous material, for example of porous foam ceramic.
  • the higher permeability of the layer 4 for the fuel is achieved by a higher porosity, ie by a coarse-pored structure.
  • the adjacent, underlying and gas supply adjacent layer 5 may be made of the same or a different material. It has a lower porosity, ie a finer porous structure. Thus, the density of the layer 4 is lower than the density of the layer 5.
  • the surface 3 of the burner surface 2 is increased. This causes a shortening of the time duration between the lighting of the burner and the annealing of the surface layer 4 or the surface 3.
  • the porosity or density of the material 5 is selected so that a flipping or rebounding of the flames from the surface 3 to the gas supply side through the layer 5 is prevented.
  • the permeability of the layer 5 for the fuel is maximized in this case in order to ensure an unimpeded gas flow through the layer 5, on the other hand, however, the porosity is chosen so low that the already mentioned flapping of the flames F on the gas supply side is reliably prevented.
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of a surface region 1 of a burner surface 2 according to the invention.
  • three layers 4, 5, 6 are stacked on top of each other.
  • the result is a "sandwich" -like structure or a layer system.
  • the layers 4, 5 and 6 each have different permeabilities for the fuel gas.
  • the layer 4 is, for example, the coarsest porous layer, i. H. it has the highest permeability to the gas in order to provide the largest possible surface area 3 at which the gas burns as intended. In this way, the time between the ignition of the burner and the annealing of the layer 4 or the surface 3 is minimized.
  • an intermediate layer 5 is arranged with a lower permeability.
  • the layer 4 does not prevent the flames from being turned over to the other side, i. the gas supply side, the burner surface 2.
  • the layers 4 and 5 together are not suitable for preventing the flames from turning over from the surface 3 to the gas supply side.
  • a third layer 6, adjacent to the layer 5, is arranged with a lower permeability for the fuel than the layers 4 and 5 Layer 6 alone may not prevent the flames from turning over to the gas supply side, but does so in conjunction with layer 5.
  • the number and arrangement of different layers is generally arbitrary, as long as on the one hand a large surface on the side of the burner surface is provided, burns on the fuel as intended, and on the other hand, a turnover, in particular by the lying below the surface layer 4 layer system 5, 6 is reliably prevented.
  • the supply of gas to the surface 3 should be hindered as little as possible by the layers 5, 6 preventing the transfer.
  • any layer system can be formed any layer system.
  • the layers can be joined together or loosely overlaid and fixed in a radiant burner.
  • the entire burner surface 2 could have the layer structure.
  • only certain surface areas 1 of the burner surface 2 could have the layer structure, the remaining burner surface would then be impermeable to the fuel (heterogeneous burner surface).
  • Fig. 3 shows a further embodiment of the invention.
  • the layers 4, 5 of the layer system 2 may well have different thickness, provided that the layer system fulfills the objective of the invention.
  • the surface layer 4 of the surface area 1 which has a very coarse-pored structure, is substantially thicker than the fine-pored layer 5. This improves the stability of the surface layer 4.
  • an optimally enlarged surface 3 is provided.
  • the finely porous layer 5 underlying the layer 4 is made thinner.
  • the permeability and thickness of the layer must be selected in combination so as to reliably prevent the flames from being transferred to the gas supply side without significantly hindering the gas flow to the surface 3.

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Abstract

Eine Brennerfläche 2 eines Strahlungsbrenners für gasförmige Brennstoffe, an deren Oberfläche der Brennstoff abbrennt, weist für den Brennstoff durchlässige Bereiche 1 auf, die als Schichtsystem aufgebaut sind. Eine obere Schicht 4, die die Oberfläche 3 der Brennerfläche bildet, an der der Brennstoff bestimmungsgemäß abbrennt, weist eine höhere Durchlässigkeit für den Brennstoff auf als eine darunter liegende untere Schicht 5. Die Durchlässigkeiten der Schichten sind dabei so gewählt, dass die Oberfläche 3 der Brennerfläche 2 möglichst groß wird, um die Zeitspanne zwischen dem Anzünden des Brenners und dem Glühen der Oberfläche 3 zu verkürzen. Die Durchlässigkeit der darunter angeordneten Schicht 5 soll einerseits einen maximalen Durchfluss des Brenngases G erlauben, andererseits ein Umschlagen der Flammen F von der Oberseite der Brennerfläche 2 auf die Unterseite der Brennerfläche 2 verhindern. Als bevorzugtes Material für das Schichtsystem 2 wird poröse Schaumkeramik eingesetzt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Brennerfläche für einen Strahlungsbrenner für gasförmige Brennstoffe, an deren Oberfläche der Brennstoff abbrennt, und die für den Brennstoff wenigstens in Teilbereichen durchlässig ist, und einen Strahlungsbrenner. Ferner betrifft die Erfindung Verfahren zur Herstellung einer derartigen Brennerfläche.
  • Strahlungsbrenner für Brenngas sind in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt. Für die Brennerfläche des Strahlungsbrenners werden in der Regel gelochte Keramikplatten oder aus Metallfasern bestehende Matten verwendet. Durch die Öffnungen dringen von unten zugeführte gasförmige Brennstoffe an die Brenneroberfläche und werden dort verbrannt.
  • In der Druckschrift EP 1 418 382 A2 wird ein verbesserter Strahlungsbrenner vorgeschlagen, bei dem die Brenneroberfläche heterogen ausgebildet ist und mindestens zwei unterschiedliche Oberflächenbereiche aufweist, von denen einer für den Brennstoff durchlässig ist, während der andere für den Brennstoff undurchlässig ist. Auf diese Weise kann die Brennstoffzufuhr und somit die vom Brenner abgegebene Leistung in einem weiten Leistungsbereich und im Verhältnis zur Gesamtoberfläche reguliert werden.
  • Wenigstens für den gasdurchlässigen Oberflächenbereich wird Schaumkeramik ("ceramic foam") verwendet. Schaumkeramik ist ein schwammähnliches, poröses Material, das sich wegen seiner optimalen Durchlässigkeit für Brenngas gut für die Herstellung der Oberflächen von Strahlungsbrennern eignet. Die Vorteile liegen in einer hohen Leistungsabgabe pro Flächeneinheit, einer weitgehend vollständigen Verbrennung der Brenngase und einer damit verbundenen Minimierung von Schadstoffen, insbesondere CO und NOx, in den Verbrennungsprodukten.
  • Neben dem Ziel einer hohen Brennleistung pro Fläche ist es jedoch auch wünschenswert, die Brennerfläche in kürzester Zeit nach der Zündung des Strahlungsbrenners zum Glühen zu bringen, um unnötigen Energieverlust zu vermeiden und bei Kochgeräten die Ankochzeit zu minimieren.
  • Um die Dauer zwischen dem Anzünden des Brenners und dem Glühen der Brenneroberfläche zu verkürzen, kann bekanntermaßen die Oberfläche der Brennerplatte vergrößert werden. Diese Oberflächenvergrößerung wird beispielsweise dadurch erreicht, dass eine glatte Oberfläche mit einem Profil, beispielsweise mit einem wellenförmigen Profil, Erhebungen in Halbkugel- oder Pyramidenform, usw. versehen wird. Dadurch verkürzt sich zwar die Zeit zwischen Zünden und dem Einsetzen des Glüheffekts erheblich, allerdings ist die Herstellung derartiger Platten mit modifizierter Oberfläche technisch aufwendig und kostenintensiv.
  • Bei der Verwendung von Schaumkeramiken bietet es sich an, die Porosität der Schaumkeramik zu erhöhen, um auf diese Weise die Oberfläche zu vergrößern. Dies stößt jedoch an technische Grenzen, da bei einer Schaumkeramikplatte mit einer Struktur mit großen Poren die Flamme von der Brenneroberfläche in den Bereich der Gaszufuhr zurückschlagen kann. Aus Sicherheitsgründen muss daher die Porosität der Schaumkeramik unter einem vorgegebenen Grenzwert bleiben.
  • Ausgehend davon ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kostengünstige Brennerfläche für einen Strahlungsbrenner, einen Strahlungsbrenner und Verfahren zur Herstellung der Brennerfläche vorzuschlagen, durch die eine Verkürzung der Zeitspanne zwischen Anzünden des Brenners und Glühen der Brennerplatte erreicht und gleichzeitig ein Zurückschlagen der Brennerflamme zur Unterseite der Platte verhindert wird.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Brennerfläche gemäß Anspruch 1, einem Strahlungsbrenner gemäß Anspruch 13 und Herstellungsverfahren gemäß den Ansprüchen 14 und 16.
  • Die Brennerfläche für einen Strahlungsbrenner für gasförmige Brennstoffe, an deren Oberfläche der Brennstoff abbrennt, und die für den Brennstoff wenigstens in Teilbereichen durchlässig ist, weist wenigstens zwei Schichten unterschiedlicher Durchlässigkeit für den Brennstoff auf.
  • Unter dem Begriff Brennerfläche soll das zwischen der Brennstoffzufuhr und der Brenneroberfläche, an der der Brennstoff abbrennt, angeordnete System verstanden werden. Das Schichtsystem kann dabei lediglich flächige Teilbereiche einnehmen, während andere Flächenbereiche für den Brennstoff undurchlässig sind.
  • Die erste, beispielsweise die oberste Schicht des Schichtaufbaus, sollte möglichst durchlässig für den Brennstoff sein. Der Durchlässigkeit ist nach oben hin durch die abnehmende Dichte des Schichtmaterials und den damit verbundenen Stabilitätsverlust eine Grenze gesetzt. Bei der Verwendung von Schaumkeramik entspricht die Durchlässigkeit der Porosität des Materials. Bei hoher Porosität steht eine große Oberfläche, an der der Brennstoff abbrennt, zur Verfügung. Diese relativ große Oberfläche kann in einer kurzen Zeit nach der Zündung des Brenners glühen, und den gewünschten Strahlungseffekt erzeugen. Ein Rückschlagen der Flamme auf die Seite der Brennerfläche, an der der Brennstoff zugeführt wird, kann die erste Schicht jedoch alleine nicht verhindern.
  • Eine unterhalb der ersten Schicht angeordnete zweite Schicht sollte zwar möglichst durchlässig für den Brennstoff sein, um denn Gasdurchfluss nicht erheblich zu behindern. Andererseits darf die Schicht nicht so durchlässig sein, dass ein Rückschlagen der Flammen nach innen in das Brennergehäuse auftreten kann.
  • Die Brennerfläche weist bevorzugt eine Vielzahl von Schichten unterschiedlicher Durchlässigkeit für den Brennstoff auf, wobei eine Oberfläche einer ersten Schicht die Oberfläche der Brennerfläche bildet, und die Durchlässigkeit der ersten Schicht für den Brennstoff größer ist als die Durchlässigkeit wenigstens einer der darunter liegenden Schichten.
  • Eine Oberfläche der ersten Schicht kann die Oberfläche der Brennerfläche bilden und eine höhere Durchlässigkeit für den Brennstoff aufweisen als eine darunter angeordnete zweite Schicht.
  • Die Brennerfläche besteht bevorzugt aus Schichten aus porösen Materialien unterschiedlicher Porosität. Insbesondere können Schaumbrennerplatten verwendet werden, in der Schaumkeramikschichten mit zwei oder mehreren unterschiedlichen Porositäten in Sandwichbauweise übereinander hergestellt werden.
  • Insbesondere besteht die Brennerfläche aus Schichten aus poröser Schaumkeramik. Die Porosität der Schichten wird entsprechend der Durchlässigkeiten, wie oben beschrieben, eingestellt. Somit werden zwei Ziele erreicht, zum einen das Verhindern Rückschlagens der Flammen bei maximalem Gasdurchfluss, zum anderen eine erhebliche Verkürzung der Anglühzeit. Der grundsätzliche Erfindungsgedanke soll jedoch auch bei einer Verwirklichung mit konventionellen Materialien, z.B. gelochten Keramikplatten oder Metallfasermatten, geschützt werden.
  • Die erste Schicht der Brennerfläche kann insbesondere eine höhere Porosität aufweisen als eine darunter angeordnete zweite Schicht.
  • Die Brennerfläche ist insbesondere als Schichtsystem aufgebaut, wobei die Durchlässigkeit der einzelnen Schichten mit der Entfernung von der Oberfläche der Brennerfläche abnimmt.
  • Die Schichten der Brennerfläche können so ausgebildet sein, dass die Durchlässigkeit der Brennerfläche einen Gradienten aufweist, wobei die Durchlässigkeit mit der Entfernung von der Oberfläche der Brennerfläche abnimmt. Eine solche Brennerfläche kann auch als eine einzige Schicht mit sich im Querschnitt verändernder Durchlässigkeit für den Brennstoff angesehen werden. Die Durchlässigkeit bzw. Porosität nimmt von der Oberfläche, an der der Brennstoff bestimmungsgemäß abbrennt, in Richtung der Brennstoffzufuhr ab.
  • Die Brennerplatte weist insbesondere eine erste Schicht, deren Oberfläche die Oberfläche der Brennerfläche bildet, und eine zweite Schicht auf, wobei die erste Schicht eine Durchlässigkeit aufweist, die ein Umschlagen der Brennerflamme von der Seite, an der der Brennstoff bestimmungsgemäß abbrennt, auf die andere Seite der Schicht alleine nicht verhindern kann.
  • Die zweite Schicht der Brennerfläche weist bevorzugt eine möglichst große Durchlässigkeit für den Brennstoff auf, wobei die Durchlässigkeit so gewählt ist, dass ein Umschlagen der Brennerflamme von der Seite, an der der Brennstoff bestimmungsgemäß abbrennt, auf die andere Seite der Schicht sicher verhindert wird.
  • Die Brennerfläche kann eine Vielzahl von Schichten mit unterschiedlichen Durchlässigkeiten für den Brennstoff aufweisen, wobei die Schichten derart angeordnet sind, dass die Oberfläche der Brennerfläche so vergrößert wird, dass die Zeit zwischen dem Zünden des Strahlungsbrenners und dem Glühen der Oberfläche der Brennerfläche minimiert wird, und ein Umschlagen der Brennerflamme von der Seite der Brennerfläche an der der Brennstoff bestimmungsgemäß abbrennt, auf die andere Seite der Brennerfläche verhindert wird. In diesem "Sandwich"-System können neben der Anordnung der Schichten auch die einzelnen Schichtdicken angepasst werden, um die erfindungsgemäße Aufgabe zu lösen.
  • Die Brennerfläche ist insbesondere heterogen aufgebaut und weist zumindest einen ersten für den Brennstoff durchlässige Flächenbereich und mindestens einen zweiten für den Brennstoff undurchlässigen Flächenbereich auf. Die Vorteile des heterogenen Aufbaus, wie in der Druckschrift EP 1 418 382 A2 beschrieben, können mit den Vorteilen der vorliegenden Erfindung kombiniert werden.
  • Die Aufgabe wird auch gelöst durch einen Strahlungsbrenner für gasförmige Brennstoffe umfassend eine Brennerfläche wie oben beschrieben.
    • Ein Verfahren zur Herstellung einer Brennerfläche umfasst folgende Schritte:
  • Ausbildung einer ersten Schicht aus hitzebeständigem Material mit einer ersten Durchlässigkeit für einen gasförmigen Brennstoff; Ausbildung einer zweiten ersten Schicht aus hitzebeständigem Material mit geringerer Durchlässigkeit für den gasförmigen Brennstoff; und Aneinanderfügen der Materialien zur Bildung eines Schichtaufbaus. Das Verfahren bietet eine einfache Herstellbarkeit des Strahlungsbrenners bzw. der Brennerfläche.
  • In dem Verfahren werden die Materialien bevorzugt miteinander verbunden, z.B. in einem keramischen Brennverfahren. Die beiden Teile unterschiedlicher Durchlässigkeit für den Brennstoff können jedoch auch lediglich übereinander gelegt und eventuell fixiert werden
  • In einem weiteren Verfahren zur Herstellung einer Brennerfläche wird aus einem hitzebeständigen keramischen Material in einem Brennverfahren eine Brennerfläche für einen Strahlungsbrenner mit einem Schichtaufbau ausgebildet, wobei die Schichten unterschiedliche Durchlässigkeiten für einen gasförmigen Brennstoff aufweisen. Auf diese Weise entsteht ein "Sandwich"-artiger Aufbau bzw. ein Schichtsystem.
  • Die Schichten mit unterschiedlichen Durchlässigkeiten werden insbesondere als Schichten mit unterschiedlicher Porosität ausgebildet, d.h. die Durchlässigkeit einer Schicht wird durch eine Auswahl der Porosität erreicht. Insbesondere kann als Material Schaumkeramik verwendet werden. Zur Herstellung der Schaumkeramik wird mit Flüssigkeramikmasse getränkter Schaumstoff, insbesondere Polyurethan, gebrannt, wodurch die Keramik aushärtet und der Schaumstoff verbrannt wird, so dass in diesem Bereich ein poröser Keramikschaum in einer einheitlichen Keramikoberfläche gebildet wird. Das poröse, schwammähnliche Material weist eine optimal einstellbare Durchlässigkeit für das Brenngas auf und eignet sich hervorragend als Material für die Schichten der Brennerfläche. Die Brennerfläche weist eine hohe Leistung pro Fläche auf. Außerdem liefert das Material ausgezeichnete verbrennungstechnische Ergebnisse hinsichtlich der Reduzierung des Ausstoßes von Schadstoffen (CO und NOx).
  • Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der detaillierten Beschreibung der folgenden Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten Zeichnung: Es zeigen:
    • Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennerfläche;
    • Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennerfläche; und
    • Fig. 3 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennerfläche.
  • In Fig. 1 ist ein Flächenbereich 1 einer Brennerfläche 2 eines Strahlungsbrenners für gasförmige Brennstoffe dargestellt. Der Flächenbereich 1 der Brennerfläche 2 besteht in diesem Fall aus zwei benachbarten Schichten 4 und 5. Die freie Oberfläche der Schicht 4 bildet gleichzeitig die Oberfläche 3 der Brennerfläche 2. Der von unten der Brennerfläche 2 zugeführte Brennstoff G dringt durch das Schichtsystem 5, 4 an die Oberfläche 3, an der er bestimmungsgemäß abbrennt (schematisch dargestellt durch die Flammen F).
  • Die Brennerfläche 2 an sich kann heterogen mit für den gasförmigen Brennstoff durchlässigen Bereichen 1, wie dargestellt, und flächig benachbarten für das Gas undurchlässigen Bereichen (nicht dargestellt) aufgebaut sein, wie dies in der EP 1 418 382 A2 ausgeführt ist.
  • Die Schicht 4 weist eine geringere Durchlässigkeit für den Brennstoff auf als die Schicht 5. Beide Schichten bestehen aus einem porösen Material, beispielsweise aus poröser Schaumkeramik. Die höhere Durchlässigkeit der Schicht 4 für den Brennstoff wird durch eine höhere Porosität, d. h. durch eine grobporigere Struktur erreicht. Die benachbarte, darunter liegende und an die Gaszufuhr angrenzende Schicht 5 kann aus dem gleichen oder einem anderen Material hergestellt sein. Sie weist eine geringere Porosität auf, d. h. eine feinporösere Struktur. Somit ist die Dichte der Schicht 4 geringer als die Dichte der Schicht 5.
  • Auf diese Weise wird die Oberfläche 3 der Brennerfläche 2 vergrößert. Dies bewirkt eine Verkürzung der Zeitdauer zwischen dem Anzünden des Brenners und dem Glühen der Oberflächenschicht 4 bzw. der Oberfläche 3.
  • Die Porosität bzw. Dichte des Materials 5 ist so gewählt, dass ein Umschlagen bzw. Rückschlagen der Flammen von der Oberfläche 3 auf die Gaszufuhrseite durch die Schicht 5 verhindert wird. Die Durchlässigkeit der Schicht 5 für den Brennstoff wird dabei zwar maximiert, um einen möglichst ungehinderten Gasfluss durch die Schicht 5 zu gewährleisten, andererseits ist jedoch die Porosität so gering gewählt, dass das bereits erwähnte Umschlagen der Flammen F auf die Gaszufuhrseite sicher verhindert wird.
  • In der Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Flächenbereichs 1 einer erfindungsgemäßen Brennerfläche 2 dargestellt. In diesem Fall sind drei Schichten 4, 5, 6 übereinander gestapelt. Es entsteht ein "Sandwich"-artiger Aufbau bzw. ein Schichtsystem. Die Schichten 4, 5 und 6 weisen jeweils unterschiedliche Durchlässigkeiten für das Brenngas auf. Die Schicht 4 ist beispielsweise die grobporöseste Schicht, d. h. sie weist die höchste Durchlässigkeit für das Gas auf, um eine möglichst große Oberfläche 3, an der das Gas bestimmungsgemäß verbrennt, bereitzustellen. Auf diese Weise wird die Zeitspanne zwischen dem Zünden des Brenners und dem Glühen der Schicht 4 bzw. der Oberfläche 3 minimiert.
  • Unter der Schicht 4 ist eine Zwischenschicht 5 mit geringerer Durchlässigkeit angeordnet. Die Schicht 4 verhindert jedoch in diesem Beispiel alleine kein Umschlagen der Flammen auf die andere Seite, d.h. die Gaszufuhrseite, der Brennerfläche 2.
  • Auch die Schichten 4 und 5 zusammen sind nicht dazu geeignet, ein Umschlagen der Flammen von der Oberfläche 3 zur Gaszufuhrseite zu verhindern. Aus diesem Grund ist eine dritte Schicht 6, angrenzend an die Schicht 5, mit einer geringeren Durchlässigkeit für den Brennstoff angeordnet als die Schichten 4 und 5. Auch die Schicht 6 mag alleine ein Umschlagen der Flammen auf die Gaszufuhrseite nicht verhindern, leistet dies allerdings in Verbindung mit der Schicht 5.
  • Insgesamt bleibt festzuhalten, dass die Anzahl und die Anordnung verschiedener Schichten im allgemeinen beliebig ist, solange einerseits eine große Oberfläche an der Seite der Brennerfläche bereitgestellt wird, an der Brennstoff bestimmungsgemäß abbrennt, und andererseits ein Umschlagen, insbesondere durch das unter der Oberflächenschicht 4 liegende Schichtsystem 5, 6 sicher verhindert wird. Als dritte nebengeordnete Anforderung soll jedoch durch die das Umschlagen verhindernden Schichten 5, 6 die Gaszufuhr zur Oberfläche 3 möglichst wenig behindert werden.
  • Es kann ein beliebiges Schichtsystem gebildet werden. Man könnte das Schichtsystem auch als Sandwich-Aufbau bezeichnen. Die Schichten können miteinander verbunden oder lose übereinander gelegt und in einem Strahlungsbrenner fixiert werden. Außerdem könnte die gesamte Brennerfläche 2 den Schichtaufbau aufweisen. Alternativ könnten jedoch nur bestimmte Flächenbereiche 1 der Brennerfläche 2 den Schichtaufbau aufweisen, die übrige Brennerfläche wäre dann für den Brennstoff undurchdringlich (heterogene Brennerfläche).
  • Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Anhand dieser Figur wird deutlich, dass die Schichten 4, 5 des Schichtsystems 2 durchaus auch unterschiedliche Dicke aufweisen können, sofern das Schichtsystem die Zielsetzung der Erfindung erfüllt. Im vorliegenden Beispiel ist die Oberflächenschicht 4 des Flächenbereichs 1, die eine sehr grobporöse Struktur aufweist, wesentlich dicker ausgebildet als die feinporöse Schicht 5. Dadurch wird die Stabilität der Oberflächenschicht 4 verbessert. Gleichzeitig wird eine optimal vergrößerte Oberfläche 3 bereitgestellt. Die unter der Schicht 4 liegende feinporöse Schicht 5 ist dagegen dünner ausgebildet. Durchlässigkeit und Dicke der Schicht müssen in Kombination so ausgewählt sein, dass ein Umschlagen der Flammen auf die Gaszufuhrseite sicher verhindert wird, ohne den Gasfluss zur Oberfläche 3 erheblich zu behindern.

Claims (17)

  1. Brennerfläche (2) für einen Strahlungsbrenner für gasförmige Brennstoffe, an deren Oberfläche (3) der Brennstoff abbrennt, und die für den Brennstoff wenigstens in Teilbereichen (1) durchlässig ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennerfläche (2) wenigstens zwei Schichten (4, 5) unterschiedlicher Durchlässigkeit für den Brennstoff aufweist.
  2. Brennerfläche (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennerfläche (2) eine Vielzahl von Schichten (4, 5, 6) unterschiedlicher Durchlässigkeit für den Brennstoff aufweist, wobei eine Oberfläche einer ersten Schicht (4) die Oberfläche (3) der Brennerfläche (2) bildet, und die Durchlässigkeit der ersten Schicht (4) für das Gas größer ist als die Durchlässigkeit wenigstens einer der darunter liegenden Schichten (5, 6).
  3. Brennerfläche (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche einer ersten Schicht (4) die Oberfläche (3) der Brennerfläche (2) bildet und eine höhere Durchlässigkeit für den Brennstoff aufweist als eine darunter angeordnete zweite Schicht (5).
  4. Brennerfläche (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten (4, 5) aus porösen Materialien unterschiedlicher Porosität bestehen.
  5. Brennerfläche (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten (4, 5) aus poröser Schaumkeramik bestehen.
  6. Brennerfläche (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (4) eine höhere Porosität als eine darunter angeordnete zweite Schicht (5) aufweist.
  7. Brennerfläche (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennerfläche (2) als Schichtsystem aufgebaut ist, wobei die Durchlässigkeit der einzelnen Schichten (4, 5, 6) mit der Entfernung von der Oberfläche (3) der Brennerfläche (2) abnimmt.
  8. Brennerfläche (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten (4, 5) so ausgebildet sind, dass die Durchlässigkeit der Brennerfläche (2) einen Gradienten aufweist, wobei die Durchlässigkeit mit der Entfernung von der Oberfläche (3) der Brennerfläche (2) abnimmt.
  9. Brennerplatte (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennerfläche (2) eine erste Schicht (4), deren freie Oberfläche die Oberfläche (3) der Brennerfläche (2) bildet, und eine zweite Schicht (5) aufweist, wobei die erste Schicht (4) eine Struktur aufweist derart, dass die Oberfläche (3) der Brennerfläche gegenüber einer im wesentlichen glatten Flache vergrößert ist.
  10. Brennerfläche (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (5) eine möglichst große Durchlässigkeit für den Brennstoff aufweist, wobei die Durchlässigkeit und die Schichtdicke so gewählt sind, dass ein Umschlagen der Brennerflamme von der Seite, an der der Brennstoff bestimmungsgemäß abbrennt, auf die andere Seite der Schicht (5) sicher verhindert wird.
  11. Brennerfläche (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennerfläche (2) eine Vielzahl von Schichten (4, 5, 6) mit unterschiedlichen Durchlässigkeiten für den Brennstoff aufweist, wobei die Schichten (4, 5, 6) derart angeordnet sind, dass die Oberfläche (3) der Brennerfläche (2) so vergrößert wird, dass die Zeit zwischen dem Zünden des Strahlungsbrenners und dem Glühen der Oberfläche (3) der Brennerfläche (2) minimiert wird, und ein Umschlagen der Brennerflamme von der Seite der Brennerfläche (2), an der der Brennstoff bestimmungsgemäß abbrennt, auf die andere Seite der Brennerfläche (2) sicher verhindert wird.
  12. Brennerfläche (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennerfläche (2) heterogen aufgebaut ist und zumindest einen für den Brennstoff durchlässigen ersten Flächenbereich (1) und mindestens einen für den Brennstoff undurchlässigen zweiten Flächenbereich aufweist.
  13. Strahlungsbrenner (1) für gasförmige Brennstoffe, umfassend eine Brennerfläche (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  14. Verfahren zur Herstellung einer Brennerfläche (2), insbesondere nach einem der Ansprüche 1-12, umfassend folgende Schritte:
    Ausbildung einer ersten Schicht aus hitzebeständigem Material mit einer ersten Durchlässigkeit für einen gasförmigen Brennstoff;
    Ausbildung einer zweiten ersten Schicht aus hitzebeständigem Material mit geringerer Durchlässigkeit für den gasförmigen Brennstoff; und
    Aneinanderfügen der Materialien zur Bildung eines Schichtaufbaus.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialien miteinander verbunden werden.
  16. Verfahren zur Herstellung einer Brennerfläche (2), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, dass aus einem hitzebeständigen keramischen Material in einem Brennverfahren eine Brennerfläche (2) für einen Strahlungsbrenner (1) mit einem Schichtaufbau ausgebildet wird, wobei die Schichten unterschiedliche Durchlässigkeiten für einen gasförmigen Brennstoff aufweisen.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14-16, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten mit unterschiedlichen Durchlässigkeiten als Schichten mit unterschiedlicher Porosität ausgebildet werden.
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