DE102019216769A1

DE102019216769A1 - Voll- oder teilvormischender Brenner für einen gasförmigen Brennstoff mit einer sehr hohen Flammengeschwindigkeit

Info

Publication number: DE102019216769A1
Application number: DE102019216769.1A
Authority: DE
Inventors: Albrecht Schaefer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-10-30
Filing date: 2019-10-30
Publication date: 2021-05-06

Abstract

Bei einem voll- oder teilvormischenden Brenner für einen gasförmigen Brennstoff mit einer maximalen Flammengeschwindigkeit von mindestens 1,5 m/s, mit einer Flächenbrenneinheit (120), die eine Verteilerplatte (230) und ein thermisches Schutzelement (220) aufweist, wobei das thermische Schutzelement (220) eine Brenneroberfläche (224) ausbildet, und mit einer Brennstoffzuführkammer, aus der ein mit Luft vorgemischter gasförmiger Brennstoff durch die Verteilerplatte (230) und das thermische Schutzelement (220) zur Verbrennung auf die Brenneroberfläche (224) geleitet wird, wobei die Verteilerplatte (230) eine Mehrzahl von Ausnehmungen zum Durchleiten des mit Luft vorgemischten gasförmigen Brennstoffs zum thermischen Schutzelement (220) aufweist, ist das thermische Schutzelement (220) flächig mit der Verteilerplatte (230) verbunden und zur Verhinderung eines Flammenrückschlags von der Brenneroberfläche (224) zur Brennstoffzuführkammer ist jede der Mehrzahl von Ausnehmungen kleiner als ein dem gasförmigen Brennstoff zugeordneter Löschabstand.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft einen voll- oder teilvormischenden Brenner für einen gasförmigen Brennstoff mit einer maximalen Flammengeschwindigkeit von mindestens 1,5 m/s, mit einer Flächenbrenneinheit, die eine Verteilerplatte und ein thermisches Schutzelement aufweist, wobei das thermische Schutzelement eine Brenneroberfläche ausbildet, und mit einer Brennstoffzuführkammer, aus der ein mit Luft vorgemischter gasförmiger Brennstoff durch die Verteilerplatte und das thermische Schutzelement zur Verbrennung auf die Brenneroberfläche geleitet wird, wobei die Verteilerplatte eine Mehrzahl von Ausnehmungen zum Durchleiten des mit Luft vorgemischten gasförmigen Brennstoffs zum thermischen Schutzelement aufweist.
Aus der DE 10 2012 014 009 A1 ist ein voll- oder teilvormischender Brenner mit einer Brennstoffzuführkammer und einer Flächenbrenneinheit, die eine Verteilerplatte und ein thermisches Schutzelement aufweist, bekannt. Das thermische Schutzelement besteht aus einem Faser-Gewirk und bildet eine Brenneroberfläche aus. Aus der Brennstoffzuführkammer wird ein mit Luft vorgemischter, gasförmiger Brennstoff durch die Verteilerplatte und das thermische Schutzelement zur Verbrennung auf die Brenneroberfläche geleitet. Zum Durchleiten des mit Luft vorgemischten gasförmigen Brennstoffs zum thermischen Schutzelement weist die Verteilerplatte eine Mehrzahl von Ausnehmungen auf.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen voll- oder teilvormischenden Brenner für einen gasförmigen Brennstoff mit einer maximalen Flammengeschwindigkeit von mindestens 1,5 m/s, mit einer Flächenbrenneinheit, die eine Verteilerplatte und ein thermisches Schutzelement aufweist, wobei das thermische Schutzelement eine Brenneroberfläche ausbildet, und mit einer Brennstoffzuführkammer, aus der ein mit Luft vorgemischter gasförmiger Brennstoff durch die Verteilerplatte und das thermische Schutzelement zur Verbrennung auf die Brenneroberfläche geleitet wird, wobei die Verteilerplatte eine Mehrzahl von Ausnehmungen zum Durchleiten des mit Luft vorgemischten gasförmigen Brennstoffs zum thermischen Schutzelement aufweist. Das thermische Schutzelement ist flächig mit der Verteilerplatte verbunden und zur Verhinderung eines Flammenrückschlags von der Brenneroberfläche zur Brennstoffzuführkammer ist jede der Mehrzahl von Ausnehmungen kleiner als ein dem gasförmigen Brennstoff zugeordneter Löschabstand.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht somit die Bereitstellung eines voll- oder teilvormischenden Brenners, bei dem vorteilhafterweise durch die Ausgestaltung der Ausnehmungen in der Verteilerplatte mit Abmessungen, die kleiner sind als ein dem jeweils verwendeten gasförmigen Brennstoff zugeordneter Löschabstand, ein Erstickungseffekt erreicht werden kann, mit dem ein Flammenrückschlag von der Brenneroberfläche zur Brennstoffzuführkammer wirksam verhindert werden kann. Somit kann der voll- oder teilvormischende Brenner vorteilhafterweise für einen gasförmigen Brennstoff mit einer maximalen Flammengeschwindigkeit von mindestens 1,5 m/s Verwendung finden, z.B. für Wasserstoff mit einer maximalen Flammengeschwindigkeit von mehr als 3 m/s. Dies ermöglicht insbesondere eine Anwendung des voll- oder teilvormischenden Brenners in Gas-Brennwertmodulen gemäß der Norm EN15502 in einem Leistungsbereich von 3,1 bis 37 kW. Bei der Verwendung von Wasserstoff als gasförmigem Brennstoff kann durch eine geeignete Verhinderung eines Flammenrückschlags, d.h. einer kleineren Explosion des bereits brennfertig mit Luft gemischten Wasserstoffs, verhindert werden, dass ein lauter Knall entsteht und gegebenenfalls Komponenten auf der sogenannten „kalten“ Seite, wie z.B. die Brennstoffzuführkammer, beschädigt werden können. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass der erfindungsgemäße voll- oder teilvormischende Brenner ebenfalls für Brenngase der zweiten und dritten Gasfamilie gemäß der Norm EN437 verwendbar ist, d.h. Erdgas und Flüssiggas.
Bevorzugt weist jede der Mehrzahl von Ausnehmungen einen Durchmesser auf, der kleiner als 0,7 mm ist und bevorzugt zumindest annähernd 0,5 mm beträgt.
Somit kann auf einfache Art und Weise sichergestellt werden, dass die Abmessungen der Ausnehmungen kleiner sind als ein Löschabstand eines gasförmigen Brennstoffs mit einer sehr hohen Flammengeschwindigkeit, wie z.B. Wasserstoff.
Vorzugsweise ist die Mehrzahl von Ausnehmungen durch Laserschneiden ausgebildet.
Somit kann sicher und zuverlässig gewährleistet werden, dass geeignete Lochabmessungen bereitstellbar sind.
Bevorzugt ist jede der Mehrzahl von Ausnehmungen als Loch oder Schlitz ausgebildet.
Somit kann einfach und unkompliziert sichergestellt werden, dass der zur Verhinderung eines Flammenrückschlags erforderliche Erstickungseffekt auch bei einer Verwendung eines gasförmigen Brennstoffs mit einer sehr hohen Flammengeschwindigkeit erzielt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform ist das thermische Schutzelement als Faser-Gewirk, insbesondere als Faser-Gestrick, ausgebildet.
Somit kann auf einfache Art und Weise eine definierte Flammenbildung gewährleistet werden. Unter dem Begriff Faser-Gewirk wird im Rahmen der vorliegenden Beschreibung eine beliebig gefertigte Faseroberfläche verstanden, z.B. eine Gewebeoberfläche, eine Gestrickoberfläche, eine filzartige Oberfläche usw., wobei die Fasern aus unterschiedlichen Materialien bestehen können.
Bevorzugt weist das Faser-Gewirk Durchgriffsöffnungen mit einem Durchmesser von maximal 0,5 mm auf.
Die Reduzierung der Durchgriffsöffnungen im Faser-Gewirk dienen dazu, eine effiziente Verbrennung eines jeweils verwendeten gasförmigen Brennstoffs zu ermöglichen, insbesondere bei Verwendung eines gasförmigen Brennstoffs mit einer maximalen Flammengeschwindigkeit von mindestens 1,5 m/s.
Bevorzugt weist das Faser-Gewirk hochtemperaturbeständige, metallische Fasern auf. Vorzugsweise weist das Faser-Gewirk ein Standardgestrick von Polidoro und/oder ein Gewirk von Worgas oder Bekaert, NIT 100S (oder 200S), auf.
Das Faser-Gewirk ist bevorzugt verfilzt, um insbesondere Öffnungen mit zu großen Abmessungen im Faser-Gewirk wirksam zu reduzieren, insbesondere um Durchgriffsöffnungen im Faser-Gewirk auf einen maximalen Durchmesser von 0,5 mm zu reduzieren.
Gemäß einer Ausführungsform ist das thermische Schutzelement dauerhaft und zumindest annähernd spaltfrei zwischen der Verteilerplatte und einem Rahmen der Flächenbrenneinheit befestigt, insbesondere über eine Schweißverbindung.
Somit kann sicher und zuverlässig gewährleistet werden, dass der mit Luft vorgemischte gasförmige Brennstoff lediglich im Bereich der Brenneroberfläche aus dem voll- oder teilvormischenden Brenner austritt und nicht an entsprechenden Randbereichen hiervon.
Gemäß einer Ausführungsform ist das thermische Schutzelement vollflächig und dauerhaft mit der Verteilerplatte verbunden, bevorzugt über eine Schweißverbindung, insbesondere eine flächige Schweißverbindung mittels Widerstandsschweißen.
Somit kann auf einfache Art und Weise eine Flammenbildung im Bereich zwischen der Verteilerplatte und dem thermischen Schutzelement, bzw. dem Faser-Gewirk, verhindert werden. Hierbei erfolgt eine vollflächige Verbindung zwischen der Verteilerplatte und dem thermischen Schutzelement auf dauerhafte Art und Weise vorteilhafterweise durch ein elektrisches Schweißen, insbesondere ein Widerstandsschweißen, wobei jedoch auch andere Schweißverfahren Anwendung finden können, wie z.B. ein Rollnahtschweißen oder ein Kondensator-Impuls-Schweißen.
Bevorzugt ist die Verteilerplatte aus Edelstahl ausgebildet und weist eine Dicke im Bereich von 0,6 mm bis 1,5 mm auf.
Somit kann eine stabile und robuste Verteilerplatte bereitgestellt werden.
Gemäß einer Ausführungsform weist der gasförmige Brennstoff Wasserstoff auf.
Somit kann ein weithin verfügbarer gasförmiger Brennstoff Anwendung finden, der eine maximale Flammengeschwindigkeit aufweist, die ungefähr achtmal größer ist als eine entsprechende maximale Flammengeschwindigkeit von Kohlenwasserstoff-basierten Brenngasen. Insbesondere kann mittels der Verwendung von Wasserstoff als gasförmigem Brennstoff eine CO₂-freie Verbrennung ermöglicht werden, wobei jeweils verwendeter Wasserstoff z. B. aus einer sogenannten „Power to Gas“-Umwandlung Anwendung finden kann, bei der mittels Windkraft erzeugter Überschussstrom in Wasserstoff umgewandelt und im Gasnetz gespeichert wird.
Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Heizsystem, Heizgerät und/oder Warmwassergerät mit einem derartigen, obenstehend beschriebenen voll- oder teilvormischenden Brenner.
Figurenliste
Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht eines beispielhaften, voll- oder teilvormischenden Brenners mit einer Brennstoffzuführkammer und einer Flächenbrenneinheit,
2 eine Explosionsansicht der Flächenbrenneinheit von 1, die nach Art einer flachen Baugruppe ausgebildet ist,
3 eine Schnittansicht der Flächenbrenneinheit von 2,
4 einen vergrößerten Ausschnitt der Flächenbrenneinheit von 3,
5 eine Draufsicht auf die Flächenbrenneinheit von 2,
6 einen vergrößerten Ausschnitt der Flächenbrenneinheit von 5, und
7 eine Seitenansicht der gemäß einer alternativen Ausführungsform ausgeführten Flächenbrenneinheit von 1, die nach Art einer zylindrischen Baugruppe ausgebildet ist.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In den Figuren werden Elemente mit gleicher oder vergleichbarer Funktion mit identischen Bezugszeichen versehen und nur einmal genauer beschrieben.
1 zeigt einen voll- oder teilvormischenden Brenner 100 mit einer Brennstoffzuführkammer 110 und einer Flächenbrenneinheit 120. Der voll- oder teilvormischende Brenner 100 ist bevorzugt zur Verwendung mit einem gasförmigen Brennstoff ausgelegt, der eine sehr hohe Flammengeschwindigkeit aufweist, insbesondere eine maximale Flammengeschwindigkeit von mindestens 1,5 m/s. Hierbei finden vorzugsweise gasförmige Brennstoffe Anwendung, deren maximale Flammengeschwindigkeit um ein Vielfaches höher ist als die maximale Flammengeschwindigkeit von Kohlenwasserstoff-basierten Brenngasen, wie z.B. Wasserstoff, dessen maximale Flammengeschwindigkeit etwa achtmal größer ist als die maximale Flammengeschwindigkeit von Kohlenwasserstoff-basierten Gasen, wie z.B. Erdgas oder Flüssiggas.
Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass der voll- oder teilvormischende Brenner 100 auch bei gasförmigen Brennstoffen mit einer geringeren maximalen Flammengeschwindigkeit Anwendung finden kann. Beispielsweise kann der voll- oder teilvormischende Brenner 100 auch zur Verbrennung von Kohlenwasserstoff-basierten Brenngasen, wie z.B. Erdgas oder Flüssiggas, Anwendung finden.
Die Brennstoffzuführkammer 110 dient bevorzugt zur Zuführung eines mit Luft vorgemischten gasförmigen Brennstoffs zur Flächenbrenneinheit 120. Illustrativ ist eine derartige Zuführung eines mit Luft vorgemischten gasförmigen Brennstoffs mit einem Pfeil 115 dargestellt.
An der Flächenbrenneinheit 120 erfolgt dann die Verbrennung des mit Luft vorgemischten gasförmigen Brennstoffs. Eine beispielhafte Ausführungsform der Flächenbrenneinheit 120 wird nachfolgend bei 2 bis 6 im Detail beschrieben. Eine alternative Ausführungsform der Flächenbrenneinheit 120 wird bei 7 im Detail beschrieben.
2 zeigt die Flächenbrenneinheit 120 des voll- oder teilvormischenden Brenners 100 von 1 gemäß einer ersten Ausführungsform, illustrativ vor einer Montage. Die Flächenbrenneinheit 120 weist bevorzugt eine Verteilerplatte 230 und ein thermisches Schutzelement 220 auf. Das thermische Schutzelement 220 bildet eine Brenneroberfläche 224 aus, an der die Verbrennung eines mit Luft vorgemischten gasförmigen Brennstoffs erfolgt.
Bevorzugt weist die Flächenbrenneinheit 120 einen Rahmen 210 auf. Der Rahmen 210 hat illustrativ einen rahmenartigen Grundkörper 212, auf dem das thermische Schutzelement 220 vorzugsweise zumindest abschnittsweise angeordnet ist. Darüber hinaus hat der Rahmen 210 illustrativ eine Aufnahme 214, in der das thermische Schutzelement 220 bevorzugt zumindest abschnittsweise aufgenommen ist.
Der Rahmen 210 ist vorzugsweise aus Edelstahl gebildet und weist eine Dicke im Bereich von 1 mm bis 1,2 mm auf. Geeignete Außenabmessungen des Rahmens 210 werden bevorzugt anwendungsspezifisch vorgegeben. Beispielsweise können die Außenabmessungen des Rahmens 210 derart gewählt sein, dass der Rahmen 210 bei einer WB7-Wärmezelle Anwendung finden kann, wobei die Aufnahme 214 eine Größe von etwa 50 mm x 194 mm aufweist.
Das thermische Schutzelement 220 hat vorzugsweise einen Grundkörper 222, der einen Innenbereich 223 sowie einen diesen umschließenden Rahmenbereich 226 aufweist. Der Rahmenbereich 226 ist bevorzugt zur Auflage auf dem rahmenartigen Grundkörper 212 des Rahmens 210 vorgesehen, während der Innenbereich 223 bevorzugt in der Aufnahme 214 des Rahmens 210 angeordnet ist. Vorzugsweise bildet der Innenbereich 223 eine Brenneroberfläche 224 aus, an der eine gewünschte Flammenbildung im Betrieb erfolgt.
Gemäß einer Ausführungsform ist das thermische Schutzelement 220 als Faser-Gewirk, insbesondere als Faser-Gestrick ausgebildet. Das Faser-Gewirk weist vorzugsweise hochtemperaturbeständige, metallische Fasern auf. Darüber hinaus hat das Faser-Gewirk bevorzugt Durchgriffsöffnungen mit einem Durchmesser von maximal 0,5 mm. Um derartige Durchgriffsöffnungen mit einem Durchmesser von maximal 0,5 mm zu erreichen, ist das Faser-Gewirk gemäß einer Ausführungsform verfilzt. Ein geeignetes Verfilzen ist bevorzugt im Anschluss an eine Befestigung des Faser-Gewirks am Rahmen 210 bzw. an der Verteilerplatte 230 ausführbar. Ein geeignetes Verfilzen erfolgt beispielsweise durch ein leichtes Reiben mit einem rauen Objekt über das Faser-Gewirk in unterschiedlichen Richtungen, so dass die Fasern des Faser-Gewirks an der Brenneroberfläche 224 miteinander vermischt bzw. verfilzt werden, so dass größere Löcher auf einen maximalen Durchmesser von 0,5 mm reduziert werden können. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass ein Verfilzen nicht zwingend erforderlich ist für den Fall, dass ein Faser-Gewirk verfügbar ist, dessen maximale Durchgriffsöffnungsdurchmesser bereits nicht größer als 0,5 mm sind.
Bevorzugt weist das Faser-Gewirk nach dem Verfilzen eine Dicke von weniger als 1,5 mm auf. Gegebenenfalls ist hierzu ein separater Komprimierungsschritt erforderlich. Ein geeignetes Faser-Gewirk ist z.B. das Standard-Faser-Gewirk von Polidoro. Alternativ kann z.B. das Faser-Gewirk Bekaert NIT 100S (oder 200S) oder ein Faser-Gewirk von Worgas Anwendung finden.
Die Verteilerplatte 230 hat, analog zum thermischen Schutzelement 220, bevorzugt ebenfalls einen Rahmenbereich 232 und einen Innenbereich 234, die gemeinsam einen Grundkörper ausbilden. Im Innenbereich 223 ist vorzugsweise ein Perforierungsbereich 236 ausgebildet, mit einer Mehrzahl von Ausnehmungen (610 in 6). Der Rahmenbereich 232 dient bevorzugt zur Verbindung mit dem Rahmenbereich 226 des thermischen Schutzelements 220 und der Perforierungsbereich 236 greift bevorzugt in den Innenbereich 223 des thermischen Schutzelements 220 ein, um ein Zuführen eines mit Luft vorgemischten gasförmigen Brennstoffs durch den Perforierungsbereich 236 zum Innenbereich 223 bzw. zur Brenneroberfläche 224 des thermischen Schutzelements 220 im Betrieb zu ermöglichen.
Die Verteilerplatte 230 ist bevorzugt aus Edelstahl ausgebildet und weist bevorzugt eine Dicke im Bereich von 0,6 mm bis 1,5 mm auf. Jede der Mehrzahl von Ausnehmungen (610 in 6) im Perforierungsbereich 236 der Verteilerplatte 230 hat bevorzugt einen Durchmesser, der kleiner als 0,7 mm ist und bevorzugt zumindest annähernd 0,5 mm beträgt, wie unten bei 6 im Detail beschrieben.
3 zeigt die Flächenbrenneinheit 120 von 2 im zusammengebauten Zustand, mit dem Rahmen 210, dem thermischen Schutzelement 220 und der Verteilerplatte 230. Illustrativ ist in 3 eine sogenannte „heiße Seite“ der Flächenbrenneinheit 220, auf der im Betrieb eine definierte Flammenbildung mit Flammen 360 bei der Verbrennung eines durch die Verteilerplatte 230 und das thermische Schutzelement 220 auf die Brenneroberfläche 224 geleiteten, mit Luft vorgemischten gasförmigen Brennstoffs erfolgt, mit einem Bezugszeichen 302 gekennzeichnet. Eine sogenannte „kalte Seite“ der Flächenbrenneinheit 120, auf der gemäß einer Ausführungsform unter anderem die Brennstoffzuführkammer 110 von 1 angeordnet ist, ist mit dem Bezugszeichen 304 gekennzeichnet.
Bevorzugt ist das thermische Schutzelement 220 dauerhaft und zumindest annähernd spaltfrei zwischen der Verteilerplatte 230 und dem Rahmen 210 der Flächenbrenneinheit 120 befestigt. Eine derartige Befestigung erfolgt bevorzugt über eine Schweißverbindung.
Illustrativ erfolgt die Befestigung des thermischen Schutzelements 220 zwischen der Verteilerplatte 230 und dem Rahmen 210 am Rahmenbereich 226 des thermischen Schutzelements 220. Dieser Rahmenbereich 226 ist in einem mit dem Bezugszeichen 350 gekennzeichneten Bereich zwischen dem Rahmen 210 und dem Rahmenbereich 232 der Verteilerplatte 230 angeordnet, so dass sich durch ein geeignetes Schweißverfahren, z.B. ein elektrisches Schweißen mittels Widerstands-Schweißverfahren, oder aber auch Rollnahtschweißen, Widerstandspress-Schweißen und/oder Kondensator-Impuls-Schweißen, eine geeignete dauerhafte und zumindest annähernd spaltfreie Verbindung zwischen den Rahmenbereichen 226, 232 sowie dem Rahmen 210 ergibt.
Das thermische Schutzelement 220 ist darüber hinaus bevorzugt flächig mit der Verteilerplatte 230 verbunden. Vorzugsweise ist das thermische Schutzelement 220 vollflächig und dauerhaft mit der Verteilerplatte 230 verbunden, um in einem Bereich 270 zwischen der Verteilerplatte 230 und dem thermischen Schutzelement 220 eine Flammenbildung zu verhindern. Eine geeignete vollflächige und dauerhafte Verbindung kann ebenfalls z.B. über eine Schweißverbindung erreicht werden, insbesondere über eine flächige Schweißverbindung mittels Widerstands-Schweißen. Alternativ hierzu kann eine flächige Schweißverbindung ebenfalls mittels Rollnahtschweißen, Widerstandspress-Schweißen und/oder Kondensator-Impuls-Schweißen erreicht werden.
Der Zwischenbereich 270 kennzeichnet hierbei bevorzugt den ganzen thermisch belasteten Bereich bzw. die ganze thermisch belastete Fläche der Verteilerplatte 230 bzw. des thermischen Schutzelements 220. Diese thermisch belastete Fläche 270 ist bevorzugt im Betrieb vor Temperaturen von mehr als 250°C zu schützen, da insbesondere die Verteilerplatte 230 einen Flammenrückschlag im Betrieb verhindern soll, insbesondere mittels Erstickungseffekt, der jedoch reduziert wird, falls die Temperaturen auf der thermisch belasteten Fläche 270 größer als 400°C oder 500°C werden.
Darüber hinaus ist in 3 ein Bereich mit dem Bezugszeichen 400 gekennzeichnet. Dieser Bereich ist unten bei 4 weiter erläutert.
4 zeigt den Bereich 400 von 3 mit dem Rahmen 210, dem thermischen Schutzelement 220 und der Verteilerplatte 230. Die Verteilerplatte 230 ist auf der kalten Seite 304 angeordnet, und das thermische Schutzelement 220 ist zumindest bereichsweise auf der heißen Seite 302 angeordnet.
4 verdeutlicht die zumindest teilweise Anordnung des Innenbereichs 223 des thermischen Schutzelements 220 in der Aufnahme 214 des Rahmens 210, sowie die Anordnung des Innenbereichs 234 der Verteilerplatte 230 zumindest abschnittsweise im Innenbereich 223 des thermischen Schutzelements 220. Darüber hinaus verdeutlicht 4 die bevorzugt zumindest annähernd spaltfreie Anordnung des thermischen Schutzelements 220 zwischen der Verteilerplatte 230 und dem Rahmen 210.
5 zeigt die Flächenbrenneinheit 120 von 3, gesehen in Richtung eines Pfeils V von 3, mit dem Rahmen 210 und der Verteilerplatte 230. Die Verteilerplatte 230 weist den Innenbereich 234 mit dem Perforierungsbereich 236 auf, die illustrativ in der Aufnahme 214 des Rahmens 210 angeordnet sind bzw. in diese eingreifen.
Wie oben bei 1 beschrieben ist die Flächenbrenneinheit 120 zur Verwendung mit dem voll- oder teilvormischenden Brenner 100 von 1 ausgebildet, der gemäß einer Ausführungsform mit einem Heizsystem, Heizgerät und/oder Warmwassergerät Anwendung finden kann. Hierbei ist der voll- oder teilvormischende Brenner 100 von 1 insbesondere zur Verwendung in Gas-Brennwertkesseln gemäß der Norm EN 15502 ausgebildet, die in einem Leistungsbereich zwischen 3,1 bis 37 kW betreibbar sind. In diesem Fall hat der Rahmen 210 beispielhaft eine Länge 511 von 240 mm und eine Breite 512 von 96,5 mm. Die Verteilerplatte hat beispielhaft eine Länge 531 von 226 mm und eine Breite 532 von 82 mm. Die Aufnahme 214 des Rahmens 210 hat, wie bei 2 beschrieben, eine Länge von etwa 194 mm bzw. 194,5 mm und eine Breite von 50 mm bzw. 50,5 mm.
Darüber hinaus ist in 5 beispielhaft ein Ausschnitt des Perforierungsbereichs 236 der Verteilerplatte 230 mit einem Bezugszeichen 600 gekennzeichnet. Dieser Ausschnitt 600 wird unten bei 6 weiter beschrieben.
6 zeigt den Ausschnitt 600 von 5 zur Verdeutlichung einer beispielhaften Ausgestaltung einer Mehrzahl von Ausnehmungen 610 im Perforierungsbereich 236 der Verteilerplatte 230 gemäß 5. Illustrativ sind fünf Ausnehmungen der Mehrzahl von Ausnehmungen 610 separat und stellvertretend mit den Bezugszeichen 611, 612, 613, 614, 615 gekennzeichnet. Jede weitere Bezugnahme auf eine der Ausnehmungen 611 bis 615 ist nachfolgend stellvertretend für jede der Mehrzahl von Ausnehmungen 610 zu verstehen.
Gemäß einer Ausführungsform ist jede der Mehrzahl von Ausnehmungen 610 kleiner als ein Löschabstand eines jeweils verwendeten gasförmigen Brennstoffs. Dies dient erfindungsgemäß zur Verhinderung eines Flammenrückschlags von der Brenneroberfläche 224 von 3 zur Brennstoffzuführkammer 110 von 1. Illustrativ ist jede der Mehrzahl von Ausnehmungen 610 als ein Loch ausgebildet, exemplarisch als ein kreisförmiges Loch. Alternativ hierzu kann jede der Mehrzahl von Ausnehmungen 610 auch eine andere Ausgestaltung aufweisen, beispielsweise als Schlitz.
Wie oben bei 1 beschrieben, findet vorzugsweise ein gasförmiger Brennstoff mit einer sehr hohen maximalen Flammengeschwindigkeit Anwendung, z.B. Wasserstoff. Der Löschabstand von Wasserstoff liegt zumindest annähernd im Bereich zwischen 0,5 mm und 0,7 mm in Abhängigkeit von einer jeweiligen Temperatur der Verteilerplatte 230 von 5.
Gemäß einer Ausführungsform ist zumindest 4% bis 5% des Perforierungsbereichs 236 der Verteilerplatte 230 von 5 zum Durchtritt für einen mit Luft vorgemischten gasförmigen Brennstoff vorzusehen. Anders ausgedrückt ist eine relative Öffnung der Verteilerplatte 230 bzw. deren Perforierungsbereich 236 von 5 von 4% bis 5% der Gesamtfläche auszubilden. Unter der Annahme, dass jede der Ausnehmungen 611 bis 615 einen Durchmesser aufweist, der kleiner als 0,7 mm ist und exemplarisch z.B. annähernd 0,5 mm beträgt, sowie unter der weiteren Annahme, dass die Ausnehmungen 611 bis 615 bzw. die Mehrzahl von Ausnehmungen 610 in Längsrichtung 609 und Querrichtung 608 der Verteilerplatte 230 von 5 gleichförmig voneinander beabstandet sind, ergibt sich bei einem beispielhaften Abstand von jeweils 2 mm zwischen der Mehrzahl von Ausnehmungen 610 eine relative Öffnung des Perforierungsbereichs 236 von 5 zu 4,9%. Bei einer Reduzierung des Durchmessers der Ausnehmungen 611 bis 615 auf lediglich etwa 0,4 mm ergibt sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine relative Öffnung von 3,14%. Derartige Ausnehmungen mit einem derart geringen Durchmesser werden bevorzugt mittels Laserschneiden ausgebildet.
Es wird darauf hingewiesen, dass unter einer gleichförmigen Beabstandung verstanden wird, dass Abstände in Längsrichtung 609 und Querrichtung 608 jeweils identische Maße annehmen. Z.B. beträgt im obigen Beispiel ein erster Abstand 601 zwischen den Ausnehmungen 611, 612 etwa 2 mm, während zwischen den Ausnehmungen 611, 613 in Längsrichtung 609 der doppelte Abstand 602 von etwa 4 mm ausgebildet ist. Analog hierzu ist in Querrichtung 608 zwischen den Ausnehmungen 613, 614 ein Abstand 603 von ebenfalls etwa 2 mm vorgesehen, während zwischen den Ausnehmungen 613, 615 der doppelte Abstand 604 von etwa 4 mm ausgebildet ist.
7 zeigt die Flächenbrenneinheit 120 von 1, der erfindungsgemäß zur Verbrennung ein mit Luft vorgemischter gasförmiger Brennstoff in Richtung des Pfeils 115 von 1 zugeführt wird. Im Gegensatz zu 2 bis 6 ist die Flächenbrenneinheit 120 hier jedoch nicht nach Art einer flachen Baugruppe ausgebildet, sondern nach Art einer zylindrischen Baugruppe 700, mit einem Rahmen 710, an dem ein hülsenförmiges thermisches Schutzelement 720 sowie eine Verteilerhülse 730 befestigt werden. In diesem Fall ist wieder eine Flammenbildung 360 auf einer heißen Seite 302 gemäß 3 vorgesehen, von der aus ein Flammenrückschlag auf eine kalte Seite 304 zu verhindern ist.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Ausbildung der Verteilerhülse 730 von 7 z.B. durch ein Biegen der Verteilerplatte 230 von 2 bis 5 in eine zylindrische Form erreicht werden kann. Deshalb ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Bezugnahme auf eine „Verteilerplatte“ ebenfalls als eine Bezugnahme auf eine „Verteilerhülse“ zu verstehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012014009 A1 [0002]

Claims

Voll- oder teilvormischender Brenner (100) für einen gasförmigen Brennstoff mit einer maximalen Flammengeschwindigkeit von mindestens 1,5 m/s, mit einer Flächenbrenneinheit (120), die eine Verteilerplatte (230) und ein thermisches Schutzelement (220) aufweist, wobei das thermische Schutzelement (220) eine Brenneroberfläche (224) ausbildet, und mit einer Brennstoffzuführkammer (110), aus der ein mit Luft vorgemischter gasförmiger Brennstoff durch die Verteilerplatte (230) und das thermische Schutzelement (220) zur Verbrennung auf die Brenneroberfläche (224) geleitet wird, wobei die Verteilerplatte (230) eine Mehrzahl (610) von Ausnehmungen (611-615) zum Durchleiten des mit Luft vorgemischten gasförmigen Brennstoffs zum thermischen Schutzelement (220) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das thermische Schutzelement (220) flächig mit der Verteilerplatte (230) verbunden ist und zur Verhinderung eines Flammenrückschlags von der Brenneroberfläche (224) zur Brennstoffzuführkammer (110) jede der Mehrzahl (610) von Ausnehmungen (611-615) kleiner ist als ein dem gasförmigen Brennstoff zugeordneter Löschabstand.
Voll- oder teilvormischender Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Mehrzahl (610) von Ausnehmungen (611-615) einen Durchmesser aufweist, der kleiner als 0,7 mm ist und bevorzugt zumindest annähernd 0,5 mm beträgt.
Voll- oder teilvormischender Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl (610) von Ausnehmungen (611-615) durch Laserschneiden ausgebildet ist.
Voll- oder teilvormischender Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Mehrzahl (610) von Ausnehmungen (611-615) als Loch oder Schlitz ausgebildet ist.
Voll- oder teilvormischender Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das thermische Schutzelement (220) als Faser-Gewirk, insbesondere als Faser-Gestrick, ausgebildet ist.
Voll- oder teilvormischender Brenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Faser-Gewirk Durchgriffsöffnungen mit einem Durchmesser von maximal 0,5 mm aufweist.
Voll- oder teilvormischender Brenner nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Faser-Gewirk hochtemperaturbeständige, metallische Fasern aufweist.
Voll- oder teilvormischender Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das thermische Schutzelement (220) dauerhaft und zumindest annähernd spaltfrei zwischen der Verteilerplatte (230) und einem Rahmen (210) der Flächenbrenneinheit (120) befestigt ist, insbesondere über eine Schweißverbindung.
Voll- oder teilvormischender Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das thermische Schutzelement (220) vollflächig und dauerhaft mit der Verteilerplatte (230) verbunden ist, bevorzugt über eine Schweißverbindung, insbesondere eine flächige Schweißverbindung mittels Widerstandsschweißen.
Voll- oder teilvormischender Brenner nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerplatte (230) aus Edelstahl ausgebildet ist und eine Dicke im Bereich von 0,6 mm bis 1,5 mm aufweist.
Voll- oder teilvormischender Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gasförmige Brennstoff Wasserstoff aufweist.
Heizsystem, Heizgerät und/oder Warmwassergerät mit einem voll- oder teilvormischenden Brenner (120) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.