DE102020202950A1

DE102020202950A1 - Burner for burning a fuel-air mixture flow and heater with such a burner

Info

Publication number: DE102020202950A1
Application number: DE102020202950.4A
Authority: DE
Inventors: Tom Collins
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-03-06
Filing date: 2020-03-09
Publication date: 2021-09-09

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Brenner zum Verbrennen eines Brennstoff-Luft-Gemischstroms, umfassend einen fluiddurchströmbaren Mischer zum Erzeugen des Brennstoff-Luft-Gemischstroms durch Zusammenführen eines Brennstoffstroms mit einem Luftstrom, wobei der Mischer zumindest eine Brennstofföffnung zum Einleiten des Brennstoffstroms in den Luftstrom aufweist; eine Brenneroberfläche zum räumlichen Stabilisieren einer Verbrennung des Brennstoff-Luft-Gemischstroms an zumindest einer Gemischöffnung in der Brenneroberfläche; und einen Gemischkanal zum gemischleitenden Verbinden von Mischer und Brenneroberfläche. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Länge einer Gemischströmungsstrecke, gemessen zwischen der Brennstofföffnung und der Gemischöffnung, im Bereich eines Neunfachen bis Elffachen, bevorzugt im Bereich eines Neuneinhalbfachen bis Zehneinhalbfachen, besonders bevorzugt im Bereich eines Zehnfachen, einer Detonationszellengröße für ein stöchiometrisches Brennstoff-Luft-Gemisch unter Brennerbetriebsbedingungen liegt.The invention is based on a burner for burning a fuel-air mixture flow, comprising a mixer through which a fluid can flow to generate the fuel-air mixture flow by combining a fuel flow with an air flow, the mixer having at least one fuel opening for introducing the fuel flow into the air flow ; a burner surface for spatially stabilizing a combustion of the fuel-air mixture flow at at least one mixture opening in the burner surface; and a mixture channel for the mixture-conducting connection of the mixer and burner surface. The invention is characterized in that a length of a mixture flow path, measured between the fuel opening and the mixture opening, is in the range of nine to eleven times, preferably in the range of nine and a half to ten and a half times, particularly preferably in the range of ten times, a detonation cell size for a stoichiometric fuel-air -Mixture is under burner operating conditions.

Description

Stand der TechnikState of the art

Es sind bereits Brenner zum Verbrennen eines Brennstoff-Luft-Gemischstroms, umfassend einen Mischer zum Erzeugen des Brennstoff-Luft-Gemischstroms, eine Brenneroberfläche zum räumlichen Stabilisieren einer Verbrennung des Brennstoff-Luft-Gemischstroms, und einen Gemischkanal zum gemischleitenden Verbinden von Mischer und Brenneroberfläche, bekannt.There are already burners for burning a fuel-air mixture flow, comprising a mixer for generating the fuel-air mixture flow, a burner surface for spatially stabilizing a combustion of the fuel-air mixture flow, and a mixture duct for the mixture-conducting connection of mixer and burner surface, known.

Ferner ist es bekannt (siehe beispielsweise C. M. Guirao, R. Knystautas, J. H. Lee, W. Benedick, M. Berman, Hydrogen-Air Detonations, Ninetinth Symposium (International) on Combustion, The Combustion Institute, Pittsburgh, 1982, 583-590 ), ein Brennstoff-Luft-Gemisch anhand seiner Detonationszellengröße zu beschreiben. Diese spezifische Kenngröße beschreibt eine experimentell nachweisbare Zellstruktur eines detonierenden Brennstoff-Luft-Gemischs. Die Detonationszellengröße hängt unter anderem ab von der Brennstoffart, dem Brennstoff-Luft-Mengenverhältnis, der Temperatur und dem Druck.It is also known (see for example CM Guirao, R. Knystautas, JH Lee, W. Benedick, M. Berman, Hydrogen-Air Detonations, Ninetinth Symposium (International) on Combustion, The Combustion Institute, Pittsburgh, 1982, 583-590 ) to describe a fuel-air mixture based on its detonation cell size. This specific parameter describes an experimentally verifiable cell structure of a detonating fuel-air mixture. The size of the detonation cell depends, among other things, on the type of fuel, the fuel-air ratio, the temperature and the pressure.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung geht aus von einem Brenner zum Verbrennen eines Brennstoff-Luft-Gemischstroms, umfassend einen fluiddurchströmbaren Mischer zum Erzeugen des Brennstoff-Luft-Gemischstroms durch Zusammenführen eines Brennstoffstroms mit einem Luftstrom, wobei der Mischer zumindest eine Brennstofföffnung zum Einleiten des Brennstoffstroms in den Luftstrom aufweist; eine Brenneroberfläche zum räumlichen Stabilisieren einer Verbrennung des Brennstoff-Luft-Gemischstroms an zumindest einer Gemischöffnung in der Brenneroberfläche; und einen Gemischkanal zum gemischleitenden Verbinden von Mischer und Brenneroberfläche.The invention is based on a burner for burning a fuel-air mixture flow, comprising a mixer through which a fluid can flow to generate the fuel-air mixture flow by combining a fuel flow with an air flow, the mixer having at least one fuel opening for introducing the fuel flow into the air flow ; a burner surface for spatially stabilizing a combustion of the fuel-air mixture flow at at least one mixture opening in the burner surface; and a mixture channel for the mixture-conducting connection of the mixer and burner surface.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Länge einer Gemischströmungsstrecke, gemessen zwischen der Brennstofföffnung und der Gemischöffnung, im Bereich eines Neunfachen bis Elffachen, bevorzugt im Bereich eines Neuneinhalbfachen bis Zehneinhalbfachen, besonders bevorzugt im Bereich eines Zehnfachen, einer Detonationszellengröße für ein stöchiometrisches Brennstoff-Luft-Gemisch unter Brennerbetriebsbedingungen liegt.The invention is characterized in that a length of a mixture flow path, measured between the fuel opening and the mixture opening, is in the range of nine to eleven times, preferably in the range of nine and a half to ten and a half times, particularly preferably in the range of ten times, a detonation cell size for a stoichiometric fuel-air -Mixture is under burner operating conditions.

Unter einem Fluid wird hier insbesondere ein Brennstoff, insbesondere ein gasförmiger Brennstoff, oder ein Oxidationsmittel für den Brennstoff, insbesondere Luft, oder ein Gemisch aus Brennstoff und Oxidationsmittel verstanden. Der Brennstoffstrom und der Luftstrom werden in den Mischer eingeleitet, darin, insbesondere in einem Mischraum im Inneren des Mischers, zusammengeführt und gemischt, wodurch der Brennstoff-Luft-Gemischstrom entsteht. Der Mischer weist eine Lufteintrittsöffnung zum Eintreten des Luftstroms in den Mischer, eine Brennstofföffnung zum Eintreten des Brennstoffstroms in den Mischer, den Mischraum und eine Gemischaustrittsöffnung zum Austreten des Brennstoff-Luft-Gemischstroms aus dem Mischer auf. Die mindestens eine Brennstofföffnung kann insbesondere eine kreisförmige Öffnung oder eine spaltförmige Öffnung in den Mischraum sein, die auf einem Umfang des Mischraums angeordnet sind.A fluid is understood here in particular as a fuel, in particular a gaseous fuel, or an oxidizing agent for the fuel, in particular air, or a mixture of fuel and oxidizing agent. The fuel flow and the air flow are introduced into the mixer, are brought together and mixed therein, in particular in a mixing space in the interior of the mixer, as a result of which the fuel-air mixture flow arises. The mixer has an air inlet opening for the air flow to enter the mixer, a fuel opening for the fuel flow to enter the mixer, the mixing chamber and a mixture outlet opening for the fuel-air mixture flow to exit the mixer. The at least one fuel opening can in particular be a circular opening or a slit-shaped opening into the mixing space, which are arranged on a circumference of the mixing space.

Der Brennstoff-Luft-Gemischstrom strömt aus der Gemischaustrittsöffnung des Mischers in den Gemischkanal und weiter zur Brenneroberfläche. Die Brenneroberfläche weist eine Gemischöffnung oder mehrere Gemischöffnungen auf, durch die der Brennstoff-Luft-Gemischstrom austreten kann. Die Strecke zwischen Brennstofföffnung und Gemischöffnung ist die Gemischströmungsstrecke. Stromabwärts der Gemischöffnung in der Brenneroberfläche wird der Gemischstrom gezündet und verbrannt. Der Mischer und der Gemischkanal bedingen die Güte einer möglichst homogenen Gemischbildung, die für eine schadstoffarme Verbrennung benötigt wird.The fuel-air mixture stream flows from the mixture outlet opening of the mixer into the mixture channel and on to the burner surface. The burner surface has a mixture opening or a plurality of mixture openings through which the fuel-air mixture flow can exit. The distance between the fuel opening and the mixture opening is the mixture flow path. Downstream of the mixture opening in the burner surface, the mixture flow is ignited and burned. The mixer and the mixture channel determine the quality of a mixture formation that is as homogeneous as possible, which is required for low-pollutant combustion.

Die Aufgabe von Brenneroberfläche und Gemischöffnung ist es, die Verbrennung räumlich zu stabilisieren, so dass die Flamme ortsfest brennt und weder von der Brenneroberfläche abhebt noch durch die Gemischöffnung in den Gemischkanal zurückschlägt. Ein Flammenrückschlag stellt eine potentiell gefährliche Situation dar. So kann die Verbrennungshitze der zurückgeschlagenen Flamme an einen hierfür nicht ausgelegten Ort innerhalb des Brenners (beispielsweise der Mischer) thermische Überlastung und thermisches Bauteilversagen hervorrufen. Flammenrückschlag durch die Gemischöffnung in den mit einem brennbaren Brennstoff-Luft-Gemisch gefüllten Gemischkanal kann auch zu einer Verpuffung oder Explosion, insbesondere mit plötzlicher Volumenausdehnung der beteiligten Fluide und starkem Druckanstieg, führen. Dabei kann es zur Überschreitung einer maximal zulässigen Druckbeanspruchung kommen, was ein mechanisches Bauteilversagen oder ein Aufheben des mechanischen Zusammenhalts von Brennerkomponenten zur Folge haben kann.The task of the burner surface and the mixture opening is to spatially stabilize the combustion so that the flame burns stationary and neither lifts off the burner surface nor hits back through the mixture opening into the mixture channel. Flashback is a potentially dangerous situation. For example, the heat of combustion of the reflected flame at a location not designed for this within the burner (for example the mixer) can cause thermal overload and thermal component failure. Flashback through the mixture opening into the mixture channel filled with a combustible fuel-air mixture can also lead to a deflagration or explosion, in particular with a sudden expansion in volume of the fluids involved and a sharp rise in pressure. This can result in exceeding a maximum permissible pressure load, which can result in mechanical component failure or the mechanical cohesion of burner components being broken.

Es wurde herausgefunden, dass es eine geeignete Lösung für die Brennerauslegung ist, die Länge der Gemischströmungsstrecke einzuschränken, so dass einerseits eine möglichst homogene Gemischbildung erreicht wird, andererseits mögliche Schäden durch Flammenrückschlag, insbesondere durch Verpuffung und/oder Explosion, minimiert werden. Dabei wurde überraschend herausgefunden, dass die Länge der Gemischströmungsstrecke universell durch eine Einschränkung auf ein Vielfaches der Detonationszellengröße besonders vorteilhaft beschrieben werden kann, wobei das Vielfache im Bereich eines Neun- bis Elffachen, bevorzugt im Bereich eines Neuneinhalb- bis Zehneinhalbfachen, liegt und besonders bevorzugt in etwa ein Zehnfaches, ist. In etwa ein Zehnfaches bedeutet hier insbesondere genau ein Zehnfaches; alternativ kann es auch um 1 % bis 3 % vom Zehnfachen abweichen.It was found that a suitable solution for the burner design is to restrict the length of the mixture flow path so that, on the one hand, a mixture formation that is as homogeneous as possible is achieved and, on the other hand, possible damage from flashback, in particular from deflagration and / or explosion, is minimized. It was surprisingly found that the length of the mixture flow path is universally particularly advantageous due to a restriction to a multiple of the size of the detonation cell can be described, the multiple being in the range of nine to eleven times, preferably in the range of nine and a half to ten and a half times, and particularly preferably about ten times. In particular, approximately tenfold here means exactly tenfold; alternatively, it can also differ by 1% to 3% from ten times.

Unter der Gemischströmungsstrecke wird hier die Strömungsstrecke des Brennstoff-Luft-Gemischstroms verstanden, gemessen ab dem Ort seiner Erzeugung, nämlich dort wo der Brennstoffstrom durch die Brennstofföffnung in den Mischraum und in den dort strömenden Luftstrom eintritt, bis zum Ort seines Austretens aus dem Brenner und nachfolgenden Verbrennens, nämlich dort wo der Brennstoff-Luft-Gemischstroms durch die Gemischöffnung in der Brenneroberfläche austritt.The mixture flow path is understood here as the flow path of the fuel-air mixture flow, measured from the point of its generation, namely where the fuel flow enters the mixing chamber through the fuel opening and into the air flow flowing there, up to the point of its exit from the burner and subsequent combustion, namely where the fuel-air mixture flow exits through the mixture opening in the burner surface.

Bei der Bestimmung der Detonationszellengröße werden insbesondere stöchiometrische Brennstoff-Luft-Verhältnisse sowie im weiteren die herrschenden Brennerbetriebsbedingungen in der Gemischströmungsstrecke bei aktiver Verbrennung angenommen. Als diese Brennerbetriebsbedingungen sollen hier insbesondere Temperaturen zwischen 0 °C und 40 °C, insbesondere 20 °C; Drücke zwischen 800 mbar und 1200 mbar, insbesondere 1013 mbar; sowie im Wesentlichen trockenes Brennstoff-Luft-Gemisch gelten.When determining the size of the detonation cell, in particular stoichiometric fuel-air ratios and also the prevailing burner operating conditions in the mixture flow path with active combustion are assumed. Temperatures between 0 ° C and 40 ° C, in particular 20 ° C; Pressures between 800 mbar and 1200 mbar, in particular 1013 mbar; as well as an essentially dry fuel-air mixture apply.

Eine vorteilhafte Ausführungsform des Brenners ist dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer zumindest zwei Brennstofföffnungen und/oder eine Mehrzahl an Brennstofföffnungen aufweist, wobei die Länge der Gemischströmungsstrecke zwischen der Gemischöffnung und der am weitesten von der Gemischöffnung entfernten Brennstofföffnung gemessen ist.An advantageous embodiment of the burner is characterized in that the mixer has at least two fuel openings and / or a plurality of fuel openings, the length of the mixture flow path being measured between the mixture opening and the fuel opening furthest from the mixture opening.

Eine am weitesten von der Gemischöffnung entfernte Brennstofföffnung ist insbesondere eine am weitesten stromaufwärts der Gemischströmung angeordnete Brennstofföffnung. Bei dieser Brennerauslegung wird ein Brennerbetrieb insbesondere besonders sicher.A fuel opening furthest away from the mixture opening is in particular a fuel opening which is arranged furthest upstream of the mixture flow. With this burner design, burner operation is particularly safe.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Brenners ist dadurch gekennzeichnet, dass die Brenneroberfläche zumindest zwei Gemischöffnungen und/oder eine Mehrzahl oder Vielzahl an Gemischöffnungen aufweist, wobei die Länge der Gemischströmungsstrecke zwischen der Brennstofföffnung und der am weitesten von der Brennstofföffnung entfernten Gemischöffnung gemessen ist.Another advantageous embodiment of the burner is characterized in that the burner surface has at least two mixture openings and / or a plurality or multiplicity of mixture openings, the length of the mixture flow path being measured between the fuel opening and the mixture opening furthest from the fuel opening.

Eine am weitesten von der Brennstofföffnung entfernte Gemischöffnung ist insbesondere eine am weitesten stromabwärts der Gemischströmung angeordnete Gemischöffnung. Bei dieser Brennerauslegung wird ein Brennerbetrieb insbesondere besonders sicher.A mixture opening furthest away from the fuel opening is, in particular, a mixture opening arranged farthest downstream of the mixture flow. With this burner design, burner operation is particularly safe.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Brenners ist dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Gemischströmungsstrecke zwischen der Brennstofföffnung und der Gemischöffnung längs eines Strömungsfadens des Brennstoff-Luft-Gemischstroms gemessen ist.Another advantageous embodiment of the burner is characterized in that the length of the mixture flow path between the fuel opening and the mixture opening is measured along a flow thread of the fuel-air mixture flow.

Unter der Annahme einer laminaren Gemischströmung gibt der Strömungsfaden die tatsächlich durchströmte Strecke eines beispielhaft herausgegriffenen Gemischvolumens wieder. Dieser Begriff soll so aber auch für eine turbulente Gemischströmung verwendet werden. Mit dieser Definition lässt sich der Begriff der Länge der Gemischströmungsstrecke insbesondere auch auf nicht gestreckte, beispielsweise gekrümmte, Gemischströmungsstrecken anwenden.Assuming a laminar mixture flow, the flow thread reproduces the section actually flowed through of a mixture volume selected as an example. However, this term should also be used for a turbulent mixture flow. With this definition, the concept of the length of the mixture flow path can also be applied in particular to non-stretched, for example curved, mixture flow paths.

Die Länge der Gemischströmungsstrecke ist insbesondere längs des Gemischkanals gemessen.The length of the mixture flow path is measured in particular along the mixture channel.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Brenners ist dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner eine, insbesondere steuerbare und/oder regelbare, Luftfördereinheit umfasst und/oder mit einer, insbesondere steuerbaren und/oder regelbaren, Luftfördereinheit verbindbar ist, wobei ein Luftkanal zum luftleitenden Verbinden von Luftfördereinheit und Mischer vorgesehen ist.Another advantageous embodiment of the burner is characterized in that the burner comprises an, in particular controllable and / or regulatable, air delivery unit and / or can be connected to an, in particular controllable and / or regulatable, air delivery unit, with an air duct for air-conducting connection of air delivery unit and Mixer is provided.

Die Luftfördereinheit fördert den Luftstrom. Die Luftfördereinheit umfasst insbesondere ein Luftgebläse mit steuerbarer und/oder regelbarer Drehzahl. Insbesondere ist die Luftfördereinheit stromaufwärts des Mischers angeordnet.The air delivery unit promotes the air flow. The air delivery unit includes, in particular, an air blower with a controllable and / or regulatable speed. In particular, the air delivery unit is arranged upstream of the mixer.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Brenners ist dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner mit einer Brennstoffquelle verbindbar ist, insbesondere mittels einer steuerbaren und/oder regelbaren Brennstoffventileinheit, wobei eine Brennstoffleitung zum brennstoffleitenden Verbinden von Brennstoffquelle und Mischer vorgesehen ist, wobei die Brennstoffleitung an der Brennstofföffnung in den Mischer mündet.Another advantageous embodiment of the burner is characterized in that the burner can be connected to a fuel source, in particular by means of a controllable and / or regulatable fuel valve unit, a fuel line being provided for the fuel-conducting connection of the fuel source and the mixer, the fuel line being connected to the fuel opening in the Mixer opens.

Die Brennstoffquelle stellt den Brennstoffstrom bereit. Die Brennstoffquelle wird insbesondere von einer Brennstoffversorgungsleitung oder einem Brennstofftank gebildet. Die Brennstoffventileinheit umfasst insbesondere ein Dosierventil zum gesteuerten und/oder geregelten Dosieren des Brennstoffstroms in den Mischer. Die Brennstoffleitung leitet den Brennstoff von der Brennstoffquelle zur Brennstoffventileinheit und zum Mischer.The fuel source provides the fuel flow. The fuel source is in particular formed by a fuel supply line or a fuel tank. The fuel valve unit comprises, in particular, a metering valve for the controlled and / or regulated metering of the fuel flow into the mixer. The fuel line directs the fuel from the fuel source to the fuel valve assembly and the mixer.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Brenners ist dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer nach Art einer Venturidüse ausgebildet ist, wobei der Luftstrom durch einen in Luftströmungsrichtung konisch sich verengenden Düsenabschnitt und einen stromabwärts folgenden, konisch sich aufweitenden Düsenabschnitt geführt ist, wobei die Brennstofföffnung oder die Brennstofföffnungen im Bereich einer Querschnittsverengung zwischen den beiden Düsenabschnitten der Venturidüse angeordnet ist (sind).A further advantageous embodiment of the burner is characterized in that the mixer is designed in the manner of a Venturi nozzle, the air flow being guided through a nozzle section that narrows conically in the air flow direction and a downstream, conically widening nozzle section, the fuel opening or the fuel openings in the Area of a cross-sectional constriction is arranged between the two nozzle sections of the Venturi nozzle (are).

Die Venturidüse beschleunigt den Luftstrom und erzeugt einen Unterdruck, mittels dessen der Brennstoffstrom in den Mischer gesaugt wird. Unter einem konischen Düsenabschnitt ist hier insbesondere ein Düsenabschnitt zu verstehen, der im Längsschnitt durch die Düse längs einer Strömungsrichtung gerade beziehungsweise gestreckte Flanken als Düsenwand aufweist. In einer anderen Ausführungsform ist unter einem konischen Düsenabschnitt insbesondere auch ein Düsenabschnitt zu verstehen, der im Längsschnitt durch die Düse längs einer Strömungsrichtung gekrümmte, insbesondere konvex gekrümmte, Flanken als Düsenwand aufweist.The Venturi nozzle accelerates the air flow and creates a negative pressure by means of which the fuel flow is sucked into the mixer. A conical nozzle section is to be understood here in particular as a nozzle section which, in a longitudinal section through the nozzle along a flow direction, has straight or elongated flanks as a nozzle wall. In another embodiment, a conical nozzle section is also to be understood as meaning, in particular, a nozzle section which in a longitudinal section through the nozzle along a flow direction has curved, in particular convexly curved, flanks as the nozzle wall.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Brenners ist dadurch gekennzeichnet, dass die Brenneroberfläche eine zylindrische Brenneroberfläche ist, wobei die zumindest eine Gemischöffnung auf der Mantelfläche des Zylinders ausgebildet ist.Another advantageous embodiment of the burner is characterized in that the burner surface is a cylindrical burner surface, the at least one mixture opening being formed on the jacket surface of the cylinder.

Insbesondere weist die zylindrische Mantelfläche des Brenners in einem endseitigen Abschnitt eine Perforation durch eine Vielzahl von regelmäßig angeordneten, benachbarten Gemischöffnungen auf.In particular, the cylindrical jacket surface of the burner has a perforation in an end section through a multiplicity of regularly arranged, adjacent mixture openings.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Brenners ist dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner ein Wasserstoff-Brenner ist.Another advantageous embodiment of the burner is characterized in that the burner is a hydrogen burner.

Unter einem Wasserstoff-Brenner ist insbesondere ein für die Verwendung von Wasserstoff als Brennstoff geeigneter Brenner zu verstehen. Diese Eignung ergibt sich insbesondere unter anderem durch die Materialauswahl bei Brennerkomponenten und/oder Dichtungen; durch die konstruktive und thermische Auslegung, Fluidbereitstellung, Fluiddurchsätze und/oder Sicherheitsvorkehrungen. Unter Wasserstoff ist insbesondere ein Gemisch zu verstehen, das im Wesentlichen aus molekularem Wasserstoff (H2) besteht. Im Wesentlichen aus molekularem Wasserstoff bestehen bedeutet hier ein reines Wasserstoffgas; alternativ kann der Wasserstoff auch geringe Beimischungen von insbesondere gasförmigen Begleitstoffen wie zum Beispiel Sauerstoff, Stickstoff, Wasserdampf, Kohlenwasserstoffen, Kohlendioxid und/oder Kohlenmonoxid enthalten.A hydrogen burner is to be understood in particular as a burner suitable for the use of hydrogen as a fuel. This suitability results in particular from the selection of materials for burner components and / or seals; through the structural and thermal design, fluid supply, fluid flow rates and / or safety precautions. Hydrogen is to be understood in particular as a mixture that essentially consists of molecular hydrogen ( H2 ) consists. Consisting essentially of molecular hydrogen here means a pure hydrogen gas; alternatively, the hydrogen can also contain small admixtures of, in particular, gaseous accompanying substances such as, for example, oxygen, nitrogen, water vapor, hydrocarbons, carbon dioxide and / or carbon monoxide.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Brenners ist dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner ausgebildet ist, einen Wasserstoff-Luft-Gemischstrom zu erzeugen und zu verbrennen, wobei der Brennstoff zumindest im Wesentlichen Wasserstoff ist, wobei die der Auslegung des Brenners zugrundegelegte Detonationszellengröße eine Detonationszellengröße für ein stöchiometrisches Wasserstoff-Luft-Gemisch unter Brennerbetriebsbedingungen ist.Another advantageous embodiment of the burner is characterized in that the burner is designed to generate and burn a hydrogen-air mixture stream, the fuel being at least essentially hydrogen, the detonation cell size on which the design of the burner is based being a detonation cell size for a stoichiometric one Is hydrogen-air mixture under burner operating conditions.

Die Detonationszellengröße für ein stöchiometrisches Wasserstoff-Luft-Gemisch bei Brennerbetriebsbedingungen für Temperatur und Druck beträgt laut Literatur in etwa 15 Millimeter. Daten für weitere Brennstoffe sind ebenfalls der Literatur zu entnehmen.According to the literature, the detonation cell size for a stoichiometric hydrogen-air mixture under burner operating conditions for temperature and pressure is approximately 15 millimeters. Data for other fuels can also be found in the literature.

Die Ausbildung des Brenners, um einen Wasserstoff-Luft-Gemischstrom zu erzeugen und zu verbrennen, kann insbesondere die geeignete Materialauswahl bei Brennerkomponenten und/oder Dichtungen sowie die konstruktive Auslegung von Längen und/oder Durchmessern von Wasserstoff-, Luft- oder Gemischdurchströmten Kanälen und Öffnungen der Luftfördereinheit, des Luftkanals, der Brennstoffleitung, der Brennstoffventileinheit, des Mischers, des Gemischkanals und/oder der Brenneroberfläche bedeuten; ebenso wie die Auswahl einer geeigneten Zündquelle.The design of the burner to generate and burn a hydrogen-air mixture flow, in particular, the suitable choice of material for burner components and / or seals as well as the structural design of lengths and / or diameters of hydrogen, air or mixture-flow channels and openings mean the air delivery unit, the air duct, the fuel line, the fuel valve unit, the mixer, the mixture duct and / or the burner surface; as well as the selection of a suitable ignition source.

Die Erfindung betrifft auch ein Heizgerät zum Erwärmen eines Wärmeträgermediums mittels eines Brenners, umfassend eine Brennkammer zum Aufnehmen einer Verbrennung eines Brennstoff-Luft-Gemischstroms und einen Wärmeübertrager zum Erwärmen des Wärmeträgermediums mittels der bei der Verbrennung des Brennstoff-Luft-Gemischstroms erzeugten heißen Verbrennungsabgase, wobei der Brenner nach zumindest einer der vorstehenden Darstellungen ausgebildet ist.The invention also relates to a heater for heating a heat transfer medium by means of a burner, comprising a combustion chamber for receiving a combustion of a fuel-air mixture flow and a heat exchanger for heating the heat transfer medium by means of the hot combustion exhaust gases generated during the combustion of the fuel-air mixture flow, wherein the burner is designed according to at least one of the preceding representations.

Unter einem Heizgerät ist insbesondere eine Einrichtung zur Wärme- und/oder Warmwasserversorgung im häuslichen oder gewerblichen Bereich zu verstehen. Unter einem Wärmeträgermedium ist insbesondere ein Heizungsmedium wie Heizungswasser oder Heizluft und/oder ein Trinkwasser zu verstehen, das auf einer Sekundärseite des Wärmeübertragers strömen und erwärmt werden kann. Die Brennkammer nimmt insbesondere die Brenneroberfläche und/oder die Verbrennung auf, schirmt die Verbrennung gegenüber der Umgebung ab und leitet die heißen Verbrennungsabgase zur Wärmeabgabe in eine Primärseite des Wärmeübertragers.A heater is to be understood in particular as a device for the supply of heat and / or hot water in the domestic or commercial sector. A heat transfer medium is to be understood as meaning, in particular, a heating medium such as heating water or heating air and / or drinking water that can flow and be heated on a secondary side of the heat exchanger. In particular, the combustion chamber accommodates the burner surface and / or the combustion, shields the combustion from the environment and conducts the hot combustion exhaust gases into a primary side of the heat exchanger to give off heat.

Mit der Erfindung sind ein Brenner und ein Heizgerät geschaffen, die ein Brennstoff-Luft-Gemischstrom sicher erzeugen und verbrennen können. Mögliche Risiken, die sich insbesondere aus einem Flammenrückschlag ergeben könnten, werden durch eine vorteilhafte Auslegung des Brenners minimiert, so dass das Heizgerät sicher betrieben werden kann.With the invention, a burner and a heater are created which can safely generate and burn a fuel-air mixture flow. Possible risks that arise in particular from a Flashbacks that could result are minimized by an advantageous design of the burner so that the heater can be operated safely.

FigurenlisteFigure list

Weitere Ausgestaltungen und Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind vier Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigt:

1: ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brenners,
2: ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brenners,
3: ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Heizgerätes,
4: ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Heizgerätes.

Further refinements and advantages emerge from the following description of the drawings. Four exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing. The drawing, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into meaningful further combinations. It shows:

1 : a first embodiment of a burner according to the invention,
2 : a second embodiment of a burner according to the invention,
3 : a first embodiment of a heater according to the invention,
4th : a second embodiment of a heater according to the invention.

1 zeigt einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brenners (100) zum Verbrennen eines Brennstoff-Luft-Gemischstroms (200), wobei die dargestellte Anordnung im Wesentlichen rotationssymmetrisch zu einer Längsachse (A) ist. Der Brenner (100) umfasst einen fluiddurchströmbaren Mischer (102) zum Erzeugen des Brennstoff-Luft-Gemischstroms (200) durch Zusammenführen eines Brennstoffstroms (204) mit einem Luftstrom (202), wobei der Luftstrom (202) durch eine Lufteintrittsöffnung (118) in den Mischer (102) eintritt. Der Brennstoffstrom (204) tritt in einen am Mischer (102) ausgebildeten Brennstoffverteilkanal (Ringkanal 114) ein. Der Mischer (102), insbesondere der Brennstoffverteilkanal (114), weist fünf oval dargestellte Brennstofföffnungen (104) zum Einleiten des Brennstoffstroms (204) in den Mischraum (116) im Inneren des Mischers (102) und in den dort strömenden Luftstrom (202) auf (dieses Einleiten ist mittels zwei kleiner, beispielhafter Pfeile für den Brennstoffstrom (204) an zwei Brennstofföffnungen (104) dargestellt). Weiter umfasst der Brenner (100) einen Gemischkanal (110) zum gemischleitenden Verbinden von Mischer (102) und Brenneroberfläche (106). Die möglichst homogene Gemischbildung findet im Mischer (102) und im Gemischkanal (110) statt. Weiter umfasst der Brenner (100) eine Brenneroberfläche (106) zum räumlichen Stabilisieren einer Verbrennung (206) des Brennstoff-Luft-Gemischstroms (200) an hier vorliegend drei Gemischöffnungen (108) in der Brenneroberfläche (106). Der Brenner (100) ist so ausgelegt, dass eine Länge (L) einer Gemischströmungsstrecke (112), gemessen zwischen der Brennstofföffnung (104) und der Gemischöffnung (108), im Bereich eines Neunfachen bis Elffachen, bevorzugt im Bereich eines Neuneinhalbfachen bis Zehneinhalbfachen, besonders bevorzugt im Bereich eines Zehnfachen, einer Detonationszellengröße für ein stöchiometrisches Brennstoff-Luft-Gemisch (200) unter Brennerbetriebsbedingungen liegt. Der Mischer (102) nach 1 weist fünf Brennstofföffnungen (104) auf, die in zwei Ebenen angeordnet sind. Die Länge (L) der Gemischströmungsstrecke (112) ist als die zwischen den drei Gemischöffnungen (108), die in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, und den am weitesten von den Gemischöffnungen (108) entfernten Brennstofföffnungen (104) gemessene Länge definiert. 1 shows a longitudinal section through a first embodiment of a burner according to the invention ( 100 ) for burning a fuel-air mixture flow ( 200 ), the arrangement shown being essentially rotationally symmetrical to a longitudinal axis (A). The burner ( 100 ) includes a fluid-flow mixer ( 102 ) to generate the fuel-air mixture flow ( 200 ) by merging a fuel stream ( 204 ) with an air stream ( 202 ), where the airflow ( 202 ) through an air inlet opening ( 118 ) into the mixer ( 102 ) entry. The fuel flow ( 204 ) enters one at the mixer ( 102 ) formed fuel distribution channel (ring channel 114 ) a. The mixer ( 102 ), especially the fuel distribution channel ( 114 ), has five oval fuel openings ( 104 ) for introducing the fuel flow ( 204 ) into the mixing room ( 116 ) inside the mixer ( 102 ) and into the air stream flowing there ( 202 ) (this introduction is indicated by two small, exemplary arrows for the fuel flow ( 204 ) at two fuel openings ( 104 ) shown). The burner also includes ( 100 ) a mixture duct ( 110 ) for mixing-conducting connection of mixer ( 102 ) and burner surface ( 106 ). The most homogeneous mixture formation possible takes place in the mixer ( 102 ) and in the mixture duct ( 110 ) instead of. The burner also includes ( 100 ) a burner surface ( 106 ) to spatially stabilize a combustion ( 206 ) of the fuel-air mixture flow ( 200 ) at the present three mixture openings ( 108 ) in the burner surface ( 106 ). The burner ( 100 ) is designed so that a length ( L. ) a mixture flow path ( 112 ), measured between the fuel opening ( 104 ) and the mixture opening ( 108 ), in the range of nine to eleven times, preferably in the range of nine and a half to ten and a half times, particularly preferably in the range of ten times, a detonation cell size for a stoichiometric fuel-air mixture ( 200 ) is under burner operating conditions. The mixer ( 102 ) after 1 has five fuel holes ( 104 ), which are arranged in two levels. The length ( L. ) the mixture flow path ( 112 ) is than that between the three mixture openings ( 108 ), which are arranged in a common plane, and the furthest from the mixture openings ( 108 ) removed fuel holes ( 104 ) defined measured length.

2 zeigt einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brenners (100). Abweichend von dem Brenner nach 1 sind in 2 die Brennstofföffnungen (104) in einer gemeinsamen Ebene angeordnet; die Brennstofföffnungen (104) können beispielsweise kreisförmig ausgebildet und umfänglich aufeinander folgend am Brennstoffverteilkanal (114) angeordnet in den Mischraum (116) münden (dargestellt sind nur zwei Brennstofföffnungen (104) in einer gemeinsamen Ebene, weitere Brennstofföffnungen (104) können umfänglich der zylindrischen Berührfläche von Mischer (102) und Brennstoffverteilkanal (114) angeordnet sein). Die Brennstofföffnung (104) kann alternativ auch spaltförmig in Form eines umfänglich umlaufenden, in den Mischraum (116) mündenden Spalts ausgebildet sein. Abweichend von 1 sind die Gemischöffnungen (108), insbesondere umfänglich, auf einer zylindrischen Mantelfläche einer zylindrischen Brenneroberfläche (106) in drei Ebenen angeordnet (dargestellt sind je Ebene nur zwei Gemischöffnungen (108), weitere Gemischöffnungen (108) können umfänglich der zylindrischen Brenneroberfläche (106) in den drei Ebenen angeordnet sein). Die Länge (L) der Gemischströmungsstrecke (112) ist als die zwischen den Brennstofföffnungen (104), die in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, und den am weitesten von den Brennstofföffnungen (104) entfernten Gemischöffnungen (108) gemessene Länge definiert. 2 shows a longitudinal section through a second embodiment of a burner according to the invention ( 100 ). Deviating from the burner after 1 are in 2 the fuel holes ( 104 ) arranged in a common plane; the fuel holes ( 104 ) can, for example, be circular and follow one another circumferentially on the fuel distribution channel ( 114 ) arranged in the mixing room ( 116 ) open out (only two fuel openings are shown ( 104 ) on a common level, further fuel openings ( 104 ) can circumferentially of the cylindrical contact surface of mixer ( 102 ) and fuel distribution channel ( 114 ) be arranged). The fuel opening ( 104 ) can alternatively also be in the form of a gap in the form of a circumferential, into the mixing chamber ( 116 ) be formed opening gap. Deviating from 1 are the mixture openings ( 108 ), in particular circumferentially, on a cylindrical jacket surface of a cylindrical burner surface ( 106 ) arranged in three levels (only two mixture openings per level are shown ( 108 ), further mixture openings ( 108 ) can circumferentially of the cylindrical burner surface ( 106 ) be arranged in the three levels). The length ( L. ) the mixture flow path ( 112 ) is than that between the fuel ports ( 104 ), which are arranged in a common plane, and the furthest from the fuel openings ( 104 ) distant mixture openings ( 108 ) defined measured length.

3 zeigt einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Heizgerätes (300) zum Erwärmen eines Wärmeträgermediums mittels eines Brenners (100). Das Heizgerät (300) umfasst eine Brennkammer (302) zum Aufnehmen einer Verbrennung (206) eines Brennstoff-Luft-Gemischstroms (200) und einen Wärmeübertrager (304) zum Erwärmen des Wärmeträgermediums mittels der bei der Verbrennung (206) des Brennstoff-Luft-Gemischstroms (200) erzeugten heißen Verbrennungsabgase (210). Ein Verdrängungskörper (306) lenkt die heißen Verbrennungsabgase (210) aus der Brennkammer (302) in den Wärmeübertrager (304). 3 shows a section through a first embodiment of a heater according to the invention ( 300 ) for heating a heat transfer medium by means of a burner ( 100 ). The heater ( 300 ) includes a combustion chamber ( 302 ) to record a burn ( 206 ) of a fuel-air mixture flow ( 200 ) and a heat exchanger ( 304 ) for heating the heat transfer medium by means of the combustion ( 206 ) of the fuel-air mixture flow ( 200 ) generated hot combustion gases ( 210 ). A sinker ( 306 ) directs the hot combustion gases ( 210 ) from the combustion chamber ( 302 ) into the heat exchanger ( 304 ).

Der Brenner (100) nach 3 umfasst einen fluiddurchströmbaren Mischer (102) zum Erzeugen des Brennstoff-Luft-Gemischstroms (200) durch Zusammenführen eines Brennstoffstroms (204) mit einem Luftstrom (202), wobei der Mischer (102) eine Lufteintrittsöffnung (118) zum Eintreten des Luftstroms (202) in den Mischer (102) und eine oder mehrere Brennstofföffnungen (104) zum Einleiten des Brennstoffstroms (204) in den Luftstrom (202) aufweist.The burner ( 100 ) after 3 includes a fluid-flow mixer ( 102 ) to generate the fuel-air mixture flow ( 200 ) by merging a fuel stream ( 204 ) with an air stream ( 202 ), where the mixer ( 102 ) an air inlet opening ( 118 ) for the air flow to enter ( 202 ) into the mixer ( 102 ) and one or more fuel openings ( 104 ) for introducing the fuel flow ( 204 ) into the air stream ( 202 ) having.

Stromabwärts des Mischers (102) schließt sich ein Gemischkanal (110) an, der den Brennstoff-Luft-Gemischstrom (200) zur Brenneroberfläche (106) leitet. Die Brenneroberfläche (106) dient zur räumlichen Stabilisierung einer Verbrennung (Flamme 206) des Brennstoff-Luft-Gemischstroms (200) an den mehreren Gemischöffnungen (108) in der Brenneroberfläche (106). Die Brenneroberfläche (106) ist als eine zylindrische Brenneroberfläche (106) ausgebildet, wobei die mehreren Gemischöffnungen (108) auf der Mantelfläche des Zylinders ausgebildet sind.Downstream of the mixer ( 102 ) a mixture channel closes ( 110 ), which controls the fuel-air mixture flow ( 200 ) to the burner surface ( 106 ) directs. The burner surface ( 106 ) serves for the spatial stabilization of a combustion (flame 206 ) of the fuel-air mixture flow ( 200 ) at the several mixture openings ( 108 ) in the burner surface ( 106 ). The burner surface ( 106 ) is as a cylindrical burner surface ( 106 ) formed, wherein the plurality of mixture openings ( 108 ) are formed on the outer surface of the cylinder.

Die Länge (L) der Gemischströmungsstrecke (112), gemessen zwischen der am weitesten stromaufwärts angeordneten Brennstofföffnung (104, in 3 liegen alle Brennstofföffnungen 104 in einer Ebene) und der am weitesten stromabwärts angeordneten Gemischöffnung (108), liegt im Bereich eines Neunfachen bis Elffachen, bevorzugt im Bereich eines Neuneinhalbfachen bis Zehneinhalbfachen, besonders bevorzugt im Bereich eines Zehnfachen, einer Detonationszellengröße für ein stöchiometrisches Brennstoff-Luft-Gemisch (200) unter Brennerbetriebsbedingungen.The length ( L. ) the mixture flow path ( 112 ), measured between the most upstream fuel port ( 104 , in 3 are all fuel holes 104 in one plane) and the mixture opening located furthest downstream ( 108 ), is in the range of nine to eleven times, preferably in the range of nine and a half to ten and a half times, particularly preferably in the range of ten times, a detonation cell size for a stoichiometric fuel-air mixture ( 200 ) under burner operating conditions.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Brenner (100) ein Wasserstoff-Brenner. Die Länge (L) der Gemischströmungsstrecke (112) beträgt für den Wasserstoff-Brenner beispielsweise 150 Millimeter, das entspricht einem Zehnfachen der Detonationszellengröße von 15 Millimeter für ein stöchiometrisches Wasserstoff-Luft-Gemisch. Alternativ beträgt die Länge (L) der Gemischströmungsstrecke (112) beispielsweise 142,5 Millimeter, das entspricht einem Neuneinhalbfachen der Detonationszellengröße von 15 Millimeter für ein stöchiometrisches Wasserstoff-Luft-Gemisch.In a preferred embodiment, the burner ( 100 ) a hydrogen burner. The length ( L. ) the mixture flow path ( 112 ) is 150 millimeters for the hydrogen burner, for example, which corresponds to ten times the detonation cell size of 15 millimeters for a stoichiometric hydrogen-air mixture. Alternatively, the length is ( L. ) the mixture flow path ( 112 ) for example 142.5 millimeters, which corresponds to nine and a half times the detonation cell size of 15 millimeters for a stoichiometric hydrogen-air mixture.

Stromaufwärts des Mischers (102) ist eine, insbesondere steuerbare und/oder regelbare, Luftfördereinheit (120), insbesondere ein Luftgebläse, angeordnet; ein Luftkanal (122) ist zum luftleitenden Verbinden von Luftfördereinheit (120) und Mischer (102) vorgesehen. Die Luftfördereinheit (120) saugt Luft insbesondere aus einer Aufstellumgebung des Heizgeräts (300) an und fördert den Luftstrom (202) durch den Luftkanal (122) in den Mischer (102). Ebenfalls stromaufwärts des Mischers (102), und hydraulisch parallel zu Luftfördereinheit (120) und Luftkanal (122), ist eine Brennstoffleitung (124) zur brennstoffleitenden Verbindung des Mischer (102) mit einer Brennstoffquelle (208) angeordnet, wobei eine, insbesondere steuerbare und/oder regelbare, Brennstoffventileinheit (126) in der Brennstoffleitung (124) zum Dosieren des Brennstoffstroms (204) vorgesehen ist. Die Brennstoffleitung (124) mündet an der Brennstofföffnung (104) in den Mischer (102). Der Mischer (102) ist nach Art einer Venturidüse ausgebildet. In Luftströmungsrichtung folgt nach der Lufteintrittsöffnung (118) ein konisch sich verengender Düsenabschnitt und ein stromabwärts folgender, konisch sich aufweitender Düsenabschnitt. Zwischen diesen Düsenabschnitten, im Bereich einer Querschnittsverengung, sind die Brennstofföffnungen (104) angeordnet.Upstream of the mixer ( 102 ) is a particularly controllable and / or adjustable air delivery unit ( 120 ), in particular an air blower, arranged; an air duct ( 122 ) is for the air-conducting connection of the air feed unit ( 120 ) and mixer ( 102 ) intended. The air conveyor unit ( 120 ) draws in air especially from the vicinity of the heater ( 300 ) and promotes the air flow ( 202 ) through the air duct ( 122 ) into the mixer ( 102 ). Also upstream of the mixer ( 102 ), and hydraulically parallel to the air feed unit ( 120 ) and air duct ( 122 ), is a fuel line ( 124 ) to the fuel-conducting connection of the mixer ( 102 ) with a fuel source ( 208 ) arranged, wherein a, in particular controllable and / or regulatable, fuel valve unit ( 126 ) in the fuel line ( 124 ) for metering the fuel flow ( 204 ) is provided. The fuel line ( 124 ) ends at the fuel opening ( 104 ) into the mixer ( 102 ). The mixer ( 102 ) is designed in the manner of a Venturi nozzle. In the air flow direction, after the air inlet opening ( 118 ) a conically narrowing nozzle section and a downstream following, conically widening nozzle section. The fuel openings ( 104 ) arranged.

4 zeigt einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Heizgerätes (300). Das Heizgerät (300) nach 4 unterscheidet sich von dem Heizgerät (300) nach 3 im Wesentlichen dadurch, dass der Gemischkanal (110) gekrümmt ausgebildet ist. An 4 lässt sich gut erkennen, wie die Länge (L) der Gemischströmungsstrecke (112) zwischen der Ebene der Brennstofföffnungen (104) und der Ebene der am weitesten von den Brennstofföffnungen (104) entfernten Gemischöffnungen (108) längs eines Strömungsfadens (212) des Brennstoff-Luft-Gemischstroms (200) zu messen ist. 4th shows a section through a second embodiment of a heater according to the invention ( 300 ). The heater ( 300 ) after 4th differs from the heater ( 300 ) after 3 essentially because the mixture duct ( 110 ) is curved. At 4th can be clearly seen how the length ( L. ) the mixture flow path ( 112 ) between the plane of the fuel openings ( 104 ) and the level of the furthest from the fuel openings ( 104 ) distant mixture openings ( 108 ) along a flow filament ( 212 ) of the fuel-air mixture flow ( 200 ) is to be measured.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Brenner (100) ein Wasserstoff-Brenner. Die Länge (L) der Gemischströmungsstrecke (112) beträgt für den Wasserstoff-Brenner beispielsweise 145,5 Millimeter, das entspricht knapp einem Zehnfachen der Detonationszellengröße von 15 Millimeter für ein stöchiometrisches Wasserstoff-Luft-Gemisch. Alternativ beträgt die Länge (L) der Gemischströmungsstrecke (112) beispielsweise 135 Millimeter, das entspricht einem Neunfachen der Detonationszellengröße von 15 Millimeter für ein stöchiometrisches Wasserstoff-Luft-Gemisch.In a preferred embodiment, the burner ( 100 ) a hydrogen burner. The length ( L. ) the mixture flow path ( 112 ) is, for example, 145.5 millimeters for the hydrogen burner, which corresponds to almost ten times the detonation cell size of 15 millimeters for a stoichiometric hydrogen-air mixture. Alternatively, the length is ( L. ) the mixture flow path ( 112 ) for example 135 millimeters, which corresponds to nine times the detonation cell size of 15 millimeters for a stoichiometric hydrogen-air mixture.

Es empfiehlt sich, die Länge (L) der Gemischströmungsstrecke (112) unter einem Zehnfachen der Detonationszellengröße zu halten. Längen (L) zwischen einem Neunfachen und einem Zehnfachen, bevorzugt zwischen einem Neuneinhalbfachen und einem Zehnfachen haben sich besonders bewährt. Für den Wasserstoff-Brenner entspricht das Längen (L) im Bereich zwischen 135 Millimeter und 150 Millimeter, bevorzugt im Bereich zwischen 142,5 Millimeter und 150 Millimeter. Damit ist ein Brenner geschaffen, bei dem einerseits eine möglichst homogene Gemischbildung erreicht wird, andererseits mögliche Schäden durch Flammenrückschlag, insbesondere durch Verpuffung und/oder Explosion, minimiert werden.It is recommended that the length ( L. ) the mixture flow path ( 112 ) below ten times the detonation cell size. Lengths ( L. ) between nine and ten times, preferably between nine and a half and ten times, have proven particularly useful. For the hydrogen burner the length corresponds to ( L. ) in the range between 135 millimeters and 150 millimeters, preferably in the range between 142.5 millimeters and 150 millimeters. This creates a burner in which, on the one hand, a mixture formation that is as homogeneous as possible is achieved, and on the other hand possible damage from flashback, in particular from deflagration and / or explosion, can be minimized.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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.This list of the documents listed by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited

C. M. Guirao, R. Knystautas, J. H. Lee, W. Benedick, M. Berman, Hydrogen-Air Detonations, Ninetinth Symposium (International) on Combustion, The Combustion Institute, Pittsburgh, 1982, 583-590 [0002]

Claims

Burner (100) for burning a fuel-air mixture flow (200), comprising • a mixer (102) through which fluid can flow for generating the fuel-air mixture flow (200) by merging a fuel flow (204) with an air flow (202), wherein the mixer (102) has at least one fuel opening (104) for introducing the fuel flow (204) into the air flow (202), a burner surface (106) for spatially stabilizing a combustion (206) of the fuel-air mixture flow (200) at least one mixture opening (108) in the burner surface (106), • a mixture channel (110) for the mixture-conducting connection of mixer (102) and burner surface (106), characterized in that a length (L) of a mixture flow path (112), measured between the fuel opening (104) and the mixture opening (108), in the range of nine to eleven times, preferably in the range of nine and a half to ten and a half times, particularly preferably in the range of a Z. eevenfold, a detonation cell size for a stoichiometric fuel-air mixture (200) under burner operating conditions.

Burner (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the mixer (102) has at least two fuel openings (104) and / or a plurality of fuel openings (104), the length (L) of the mixture flow path (112) between the Mixture opening (108) and the fuel opening (104) furthest away from the mixture opening (108) is measured.

Burner (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the burner surface (106) has at least two mixture openings (108) and / or a plurality of mixture openings (108), the length (L) of the mixture flow path (112) between the Fuel opening (104) and the mixture opening (108) furthest from the fuel opening (104) is measured.

Burner (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the length (L) of the mixture flow path (112) between the fuel opening (104) and the mixture opening (108) along a flow thread (212) of the fuel-air mixture flow (200 ) is measured.

Burner (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the burner (100) comprises an, in particular controllable and / or regulatable, air delivery unit (120) and / or with an, in particular controllable and / or regulatable, air delivery unit (120) can be connected, an air duct (122) for air-conducting connection of the air delivery unit (120) and mixer (102) being provided.

Burner (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the burner (100) can be connected to a fuel source (208), in particular by means of a controllable and / or regulatable fuel valve unit (126), with a fuel line (124) for fuel-conducting connection of fuel source (208) and mixer (102) is provided, the fuel line (124) opening into the mixer at the fuel opening (104).

Burner (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the mixer (102) is designed in the manner of a Venturi nozzle, the air flow (202) being guided through a nozzle section which narrows conically in the air flow direction and a conically widening nozzle section following downstream is, wherein the fuel opening (104) is arranged in the area of a cross-sectional constriction between the two nozzle sections of the Venturi nozzle.

Burner (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the burner surface (106) is a cylindrical burner surface (106), the at least one mixture opening (108) being formed on the jacket surface of the cylindrical burner surface (106).

Burner (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the burner (100) is a hydrogen burner.

Burner (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the burner (100) is designed to generate and burn a hydrogen-air mixture flow (200), the fuel being at least essentially hydrogen, the design of the burner (100) on which the detonation cell size is based is a detonation cell size for a stoichiometric hydrogen-air mixture (200) under burner operating conditions.

Heater (300) for heating a heat transfer medium by means of a burner (100), comprising • a combustion chamber (302) for receiving a combustion (206) of a fuel-air mixture flow (200), • a heat exchanger (304) for heating the heat transfer medium by means of the hot combustion exhaust gases (210) generated during the combustion (206) of the fuel-air mixture flow (200), characterized in that the burner (100) after at least one of the Claims 1 until 10 is trained.